JP5392837B2 - 反射型光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、反射型光デバイスに関し、更に詳しく述べると、レンズ、ファラデー素子、及びミラーを単一のホルダに直接固着した構造の反射型光デバイスに関するものである。この技術は、特に限定されるものではないが、例えば光アッテネータなどに有用である。

光通信システムあるいは光計測システムなどでは、透過光量を制御するための可変光アッテネータを必要とする。例えば波長多重通信では、挿入損失の均等化のために各波長毎に光アッテネータを組み込むことが行われている。この種の可変光アッテネータの典型的な例は、可変ファラデー回転子の光軸上の前後（入力側と出力側）に複屈折素子（偏光子と検光子）を設置する対向型であるが、小型化並びに低廉化のために、複屈折素子と、レンズと、ミラーを順に配列し、入力ファイバと出力ファイバを複屈折素子側に設定して、複屈折素子とミラーとの間に設置した可変ファラデー回転子で偏波方向の回転角度を制御することにより入射光の減衰量を調整可能とした反射型（特許文献１参照）が開発されている。

このような反射型光アッテネータとしては、例えば、光ファイバと複屈折素子とレンズが同軸上に位置するように筒型ケースに組み込んだファイバコリメータと、該ファイバコリメータを傾き調整した状態で収容可能な第１のホルダと、可変ファラデー回転子とミラーが同軸上に位置するように組み込んだ第２のホルダとからなり、前記第１のホルダと第２のホルダの突き合わせ面を互いに中心軸に垂直な移動可能平面とし、それら移動可能な突き合わせ平面で第１及び第２のホルダを突き合わせ、位置調整した状態で固定する構造がある（特許文献２参照）。

しかし、各光学部品を別々のホルダに固定し、ホルダ同士を調節固定する構造は、調節箇所が多くなり、且つ必要なホルダの種類も多くなるため、コストアップの要因となっている。また、ホルダ数が多くなると、それぞれの加工精度（加工公差）の積み上げで製品の最終精度が決まるため、光デバイスとしての光学的な特性に影響を及ぼす。その影響を排除するためには各々公差を厳密にする必要があるが、いくら厳密にしても複数の公差の積み上げを無くすことはできず、調整が極めて困難となっている。

特開２００３−１０７４２０号公報 特開２００９−４２５２１号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数の主要な光学部品を１個のホルダに固着することで加工精度の積み上げを無くし、調整箇所を最小限にすることにより容易に製作でき、コストダウンと特性の安定化を図ることである。

本発明は、平行に配置された２本の入出力用の光ファイバと、複屈折素子、レンズ、ファラデー素子、及びミラーを、その順序で光軸に沿って配設し、光が入出力用の光ファイバとミラーとの間を往復する型式の反射型光デバイスにおいて、前記レンズ、ファラデー素子、及びミラーを保持する単一のホルダを用い、該ホルダの一方の側にはレンズが、それと反対側にはミラーがそれぞれ位置し、前記レンズ、ファラデー素子、及びミラーは、前記ホルダに直接無調整で固着されており、光ファイバの前記ホルダに対する光軸方向の位置と光軸に垂直方向の位置を調整可能とした反射型光デバイスである。

例えば、ホルダを円筒状とし、その一方の側部に同心状の凹部を形成して該凹部内にレンズを固着し、それと反対の側部に外形面の中心を通り中心軸に垂直方向に延びる溝を形成して該溝内にファラデー素子を固着すると共に溝にミラーを架設する構造が好ましい。その他、ホルダを円筒状とし、その一方の側部に同心状の凹部を形成して該凹部内にレンズを固着し、それと反対の側部にも同心状の凹部を形成して該凹部内にファラデー素子を固着すると共に凹部を跨ぐようにミラーを取り付ける構造でもよい。これらでは、入出力用の光ファイバを保持するフェルールが円筒状のスリーブ内に挿入され、該スリーブの先端面がホルダのレンズ側の端面に当接しており、前記フェルールのスリーブへの出し入れと該スリーブのホルダ端面での摺動とによって光ファイバの前記ホルダに対する光軸方向と光軸に垂直方向の位置の調整を行うようにする。

円筒状のホルダを、ファラデー素子を装着する部分の外径がレンズを装着する部分の外径よりも細い段差付き構造とし、その細径部分の外周部に磁界印加手段が付加されている構造が好ましい。そのような構造にすると、外部磁界印加手段が取り付け易くなる。ファラデー素子と外部磁界印加手段とでファラデー回転子が構成される。

ファラデー素子に固定磁界を印加する永久磁石と、その固定磁界方向に対して垂直な可変磁界を印加する電磁石を付設し、電磁石への電流制御によりファラデー回転角を変化させ、入出力用の光ファイバ間での結合量を制御する反射型光アッテネータが構成できる。

本発明に係る反射型光デバイスは、単一のホルダを用い、レンズ、ファラデー素子、及びミラーを前記ホルダに直接無調整で固着するように構成されているため、複数の寸法公差の積み上げを無くすことができ、構造が簡略化され、小型化できる。ホルダの一方の側にはレンズが、それと反対側にはミラーがそれぞれ位置するので、前記ホルダの長さを有効利用できる。光学調整は、光ファイバの前記ホルダに対する光軸方向と光軸に垂直方向の位置の調整のみなので、調整箇所が削減され、単一のホルダを用いることと相俟って、安価に且つ容易に製造できる。

ホルダに溝を形成すると、ファラデー素子が装着し易くなる。ファラデー素子を装着する部分のホルダ外径がレンズを装着する部分のホルダ外径よりも細い段差付き構造とすると、外部磁界印加手段をコンパクトに装着でき、光デバイス全体としての小型化を図ることができる。

本発明に係る反射型光デバイスの一実施例の説明図。 それに外部磁界印加手段を付加した状態の一例を示す説明図。 本発明に係る反射型光デバイスの他の実施例の説明図。 本発明に係る反射型光デバイスの更に他の実施例の説明図。 本発明に係る反射型光デバイスの他の実施例の説明図。

本発明の反射型光デバイスは、平行に配置された２本の入出力用の光ファイバと、複屈折素子、レンズ、ファラデー素子、及びミラーを、その順序で光軸に沿って配設し、光が入出力用の光ファイバとミラーとの間を往復する構造である。ここで、レンズ、ファラデー素子、及びミラーは、単一のホルダで保持される。その際、ホルダの一方の側にレンズが位置し、それと反対の側にはミラーが位置するように、レンズ、ファラデー素子、及びミラーを前記ホルダに直接無調整で固着する。このように、単一のホルダを使用して、レンズ、ファラデー素子、及びミラーの各光学部品を前記ホルダに直接無調整で取り付ける点に、本発明の一つの大きな特徴がある。

光ファイバは、前記ホルダに対して光軸方向と光軸に垂直方向の位置を調整し、それによって必要とする光学特性を発現させる。具体的には、レンズの焦点位置に光ファイバの端面が位置するように調整する。

また、ファラデー素子に固定磁界を印加する永久磁石と、固定磁界に対して垂直方向の可変磁界を印加する電磁石を、ホルダに付設する。それらファラデー素子と永久磁石と電磁石によって可変ファラデー回転子が構成される。電磁石への電流制御によりファラデー回転角を変化させると、入出力用の光ファイバ間での結合量を制御する反射型光アッテネータが構成できる。

なお、電磁石への電流制御によりファラデー回転角を９０度切り替えると、入出力用の光ファイバ間で光のオン−オフを制御する反射型光スイッチが構成できる。その他、ファラデー素子に固定磁界を印加する永久磁石のみを設置することで、反射型光アイソレータが構成できる。

図１は、本発明に係る反射型光デバイスの一実施例を示す説明図である。ここでＡは縦断面を、Ｂはミラー側の側面を、またＣはホルダの斜視図を、それぞれ表している。基本的に、平行に配置された２本の入出力用の光ファイバ１０と、複屈折素子１２、レンズ１４、ファラデー素子１６、及びミラー１８が、光軸に沿って、その順序で（図面上では左側から右側へ向かって）配列されている。これらのうち、レンズ１４、ファラデー素子１６、及びミラー１８の各光学部品が、単一のホルダ２０で保持される。ここでホルダ２０は円筒状をなし、一方の側（図面上では左手側）の外径が太く、他方の側（図面上では右手側）の外径が細い同軸状の段差付き構造である。その一方の側（大径側）に同心状の凹部２２を形成して該凹部２２内に光収束性のレンズ（ここでは平凸均質レンズ）１４を固着し、他方の側（小径側）に中心を通り軸に垂直方向に延びる溝２４を形成して該溝２４内にファラデー素子１６を固着すると共に溝にミラー１８を架設する。

これらレンズ１４、ファラデー素子１６、及びミラー１８は、無調整でホルダ２０の各所に固着すればよく、それによって１つのアセンブリとして光ファイバとは別に製作できる。複屈折素子１２は、例えば平行平板型のルチル結晶板などである。ここでは、サポート部材２６を介してレンズ１４の平面側に取り付けている。勿論、複屈折素子をホルダに直接取り付けてもよい。複屈折素子１２は、光ファイバとレンズとの間に配置されていればよい。

２本の入出力用の光ファイバ１０が平行に配置されたフェルール３０を、円筒状のスリーブ３２に挿入し、該スリーブ３２の先端面をホルダ２０の一方の側（大径側）の端面に突き当てる。スリーブ３２に対してフェルール３０を抜き差しすることで光軸方向の位置調整を行い、スリーブ３２をホルダ２０の端面上で摺動することで光軸に垂直な面内位置の調整を行う。これら位置決め調整は、光学特性をチェックしながら実施するが、原理的にはレンズの焦点位置に光ファイバの端面がくるように位置調整することになる。

なお、図１には示していないが、実際にはファラデー素子１６に必要な磁界を印加する外部磁界印加手段が付設され、それによってファラデー回転子を構成する。光アッテネータの場合、固定磁界を印加する永久磁石と、その固定磁界方向に対して垂直方向の可変磁界を印加する電磁石を設け、それらの合成磁界がファラデー素子１６に印加されるようにし、可変ファラデー回転子とする。永久磁石と電磁石の構造や配置等によって変わるが、固定磁界を光軸方向、可変磁界を光軸に垂直方向としてもよいし、逆に固定磁界を光軸に垂直方向、可変磁界を光軸方向としてもよい。

一方の光ファイバからの入力光は複屈折素子１２で常光と異常光に分離し、レンズ１４を通り、ファラデー素子１６で偏光方向が回転制御され、ミラー１８で反射する。ミラー１８からの反射光は、再びファラデー素子１６で偏光方向が回転制御され、レンズ１４を通り、複屈折素子１２で常光成分と異常光成分の一部が合成され（ファラデー回転角によっては全く合成されない場合もあるし、全てが合成される場合もある）、他方の光ファイバに結合して出力する。ファラデー素子１６における偏光方向の回転制御は、電磁石への電流制御によるファラデー回転角の変化で行われ、それに応じて入出力用の光ファイバ間での結合量が制御される。

外部磁界印加手段を付加した具体例を図２に示す。基本的な構成は図１と同様であるので、対応する部分には同一符号を付し、それらについての説明は省略する。なお、図２では、各部材の向きを光軸回りに９０度変えてある。ホルダ２０の小径側の溝２４内に装着されているファラデー素子１６の外周にトロイダル状にコイルを巻き付けて電磁石３６とする。また、その外側に光軸に垂直な方向で対向するように一対の永久磁石３８を取り付ける。コイルへの通電によって電磁石３６では光軸方向に磁界が発生し、電流値によって変化する可変磁界となる。他方、永久磁石３８による磁界は固定磁界であり、その向きは光軸に垂直方向である。これら固定磁界と可変磁界がファラデー素子１６に印加され、それらの合成磁界の向きによってファラデー回転角が制御される。このような外部磁界印加手段の場合、ホルダ２０のファラデー素子装着側が小径構造であると、その小径部分の外周側に取り付けることで小型化に寄与しうる。

図３は、本発明の他の実施例を示している。ホルダ４０は円筒状をなし、一方の側（図面上では左手側）の外径が太く、他方の側（図面上では右手側）の外径が細い同軸状の段差付き構造である。その一方の側に同心状の凹部４２を形成して該凹部４２内にレンズ１４を固着し、他方の側にも同心状の凹部４４を形成して該凹部４４内にファラデー素子１６を固着する。ミラー１８は、凹部４４を跨ぐように取り付ける。

図４は、本発明の更に他の実施例を示している。ホルダ５０は円筒状をなし、全体として外径は一定とする。その一方の側（図面上では左側）に同心状の凹部５２を形成して該凹部５２内にレンズ１４を固着し、他方の側（図面上では右側）には中心を通り軸に垂直方向に延びる溝５４を形成して該溝５４内にファラデー素子１６を固着すると共に溝５４にミラー１８を架設している。なお、本実施例のように、凹部５２が浅く、複屈折素子１２あるいはレンズ１４などの一部がホルダ５０の端面よりも突出する場合には、フェルールを保持するスリーブを、単純な円筒体ではなく、ホルダ５０との当接側の内径を大きくして突出しているレンズなどと干渉しないように逃げを設ければよい。そのような形状のスリーブを符号３４で示す。

図５は、本発明の他の実施例を示している。ホルダ６０は円筒状をなし、全体として外径は一定とする。その一方の側（図面上では左側）に同心状の凹部６２を形成して該凹部６２内にレンズ１４を固着し、他方の側（図面上では右側）にも同心状の凹部６４を形成して該凹部６４内にファラデー素子１６を固着すると共に凹部６４を跨ぐようにミラー１８を取り付けている。

本発明においては、アルミニウム円柱を削り出すことによって、ホルダを高精度で作製できる。ファラデー素子は、レンズとミラーの間にあればよく、光軸方向の位置が多少ずれていても問題はない。同様に、複屈折素子は光ファイバとレンズの間にあればよく、光軸方向の位置が多少ずれていても問題はない。従って、組み立ては容易に行える。特に、ファラデー素子の装着部を溝構造にすれば、組み立てはより一層容易となる。

外部磁界印加手段は、図２に示す構造の他、図示するのを省略するが、ホルダ内に円環状の永久磁石を組み込んでファラデー素子に光軸方向の固定磁界を印加すると共に、Ｃ型の磁気ヨークにコイルを巻き付けた電磁石をホルダの外側に設け、その磁気ギャップ内にファラデー素子が位置するようにして、光軸に垂直方向に可変磁界を印加する構造でもよい。

１０ 光ファイバ
１２ 複屈折素子
１４ レンズ
１６ ファラデー素子
１８ ミラー
２０ ホルダ
２２ 凹部
２４ 溝

Claims (6)

1. 平行に配置された２本の入出力用の光ファイバと、複屈折素子、レンズ、ファラデー素子、及びミラーを、その順序で光軸に沿って配設し、光が入出力用の光ファイバとミラーとの間を往復する型式の反射型光デバイスにおいて、
   前記レンズ、ファラデー素子、及びミラーを保持する単一のホルダを用い、該ホルダの一方の側にはレンズが、それと反対側にはミラーがそれぞれ位置し、前記レンズ、ファラデー素子、及びミラーは、前記ホルダに直接無調整で固着されており、光ファイバの前記ホルダに対する光軸方向の位置と光軸に垂直方向の位置を調整可能としたことを特徴とする反射型光デバイス。
2. ホルダは円筒状をなし、その一方の側部に同心状の凹部を形成して該凹部内にレンズを固着し、それと反対の側部に外形面の中心を通り中心軸に垂直方向に延びる溝を形成して該溝内にファラデー素子を固着すると共に溝にミラーを架設する請求項１記載の反射型光デバイス。
3. ホルダは円筒状をなし、その一方の側部に同心状の凹部を形成して該凹部内にレンズを固着し、それと反対の側部にも同心状の凹部を形成して該凹部内にファラデー素子を固着すると共に凹部にミラーを架設する請求項１記載の反射型光デバイス。
4. 入出力用の光ファイバを保持するフェルールが円筒状のスリーブ内に挿入され、該スリーブの先端面がホルダのレンズ側の端面に当接しており、前記フェルールのスリーブへの出し入れと該スリーブのホルダ端面での摺動とによって光ファイバの前記ホルダに対する光軸方向と光軸に垂直方向の位置の調整を行う請求項２又は３記載の反射型光デバイス。
5. ホルダは、ファラデー素子を装着する部分の外径がレンズを装着する部分の外径よりも細い段差付き構造であり、その細径部分の外周部に磁界印加手段が付加されている請求項２乃至４のいずれかに記載の反射型光デバイス。
6. 請求項２乃至４のいずれかに記載の反射型光デバイスであって、ファラデー素子に固定磁界を印加する永久磁石と、その固定磁界方向に垂直な可変磁界を印加する電磁石とを具備し、電磁石への電流制御によりファラデー回転角を変化させ、入出力用の光ファイバ間での結合量を制御可能とした反射型光アッテネータ。

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