JP5439670B2 - 偏波無依存型光アイソレータ - Google Patents
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入射角θaが小さ過ぎる場合、図5(B)に記載された逆方向(順方向とは反対方向)からの戻り光が入射側のレンズ8を介して光ファイバ6のコア近傍に戻るため、コアに結合してアイソレーションを悪化させてしまう。また、例え戻り光がコアに結合せずにクラッドに結合したとしても、ファイバレーザ用光アイソレータの場合、光通信用の光アイソレータと較べて光アイソレータを通過する光の強度が強いため、クラッドに結合した戻り光が、クラッドを伝播して入射側光ファイバの入り口側にある光学系を損傷してしまうことがある。従って、光通信用の光アイソレータに較べて上記入射角θaを大きくする必要がある。
入射角θaとオフセット角θoffが決まると、図1(A)に示すサファイア単結晶板内における実際の光路が決定される。楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光のサファイア単結晶板入射後の光路と、サファイア単結晶板のc軸とのなす角度が、上記0.74度以内であれば、楔形複屈折結晶板で分離された常光がサファイア単結晶板内で異常光に分離され、あるいは、楔形複屈折結晶板で分離された異常光がサファイア単結晶板内で常光に分離される割合が少ないため、図3のグラフ図で確認されたように消光比が40dB以上となり、ピークアイソレーションが安定的に40dB以上になる。
磁性ガーネット単結晶におけるビームサイズは、光ファイバの開口数と光アイソレータに使用されるレンズの焦点距離の積で与えられる。
コア径が6μm(直径)、クラッド径が125μm(直径)である、通常の光ファイバを前提とし、上記戻り光がクラッドに結合しない条件(楔角、θa、コリメータに使用するレンズの焦点距離)を検討した。
次に、コア径が6μm(直径)、クラッド径が125μm(直径)である、通常の光ファイバを前提とし、ピークアイソレーションが40dB以上を確保でき、かつ、上記戻り光がクラッドに結合しない具体的条件(楔角、θa、コリメータに使用するレンズの焦点距離)を検討した。
光路上に配置された一対の楔形複屈折結晶板と、これ等楔形複屈折結晶板間の光路上に配置されかつ磁性ガーネット単結晶により構成されたファラデー回転子と、上記ファラデー回転子を中央にして各楔形複屈折結晶板の外側光路上にそれぞれ配置されかつコリメータに使用するレンズとを備え、上記ファラデー回転子の各光透過面にサファイア単結晶板が接合された偏波無依存型光アイソレータにおいて、
一対の上記楔形複屈折結晶板がルチル単結晶によりそれぞれ構成され、
各サファイア単結晶板の光透過面が、隣に位置する楔形複屈折結晶板の非傾斜光透過面と平行で、かつ、サファイア単結晶板のc面からオフセットされるように形成されていると共に、
入射側の楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光の光軸がなす角度の2等分線で表される仮想光のサファイア単結晶板への入射角θaが、7.43〜12.17度、
上記サファイア単結晶板のc面からのオフセット角θoffが、3.83〜7.08度、
および、上記レンズの焦点距離をfとしたとき、3mm≧f≧21.7/θa(mm)の各条件を満たすように設定されていることを特徴とするものである。
入射側の楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光が、共に上記サファイア単結晶板のc面に対し略垂直となるように入射することになるため、サファイア単結晶の複屈折に起因した消光比の悪影響を最小限にすることができ、40dB以上のピークアイソレーションを安定的に得ることが可能となる。
ファラデー回転子を構成する磁性ガーネット単結晶は、液相エピタキシャル法で育成したもので、ファラデー回転角が45度となるように研磨により厚みが調整されている。
上記楔形複屈折結晶板として楔角が5.0度のルチル単結晶を用い、入射側の楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光の光軸がなす角度の2等分線で表される仮想光のサファイア単結晶板への入射角θa(図1A参照)が8.08度に調整されている点と、楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光のサファイア単結晶板入射後の光路と、サファイア単結晶板のc軸とのなす角度が0.74度以内となる条件を確保するため、サファイア単結晶板のc面からのオフセット角θoff(図1A参照)が4.23〜4.96度の範囲内に調整されたサファイア単結晶板を用意した点を除き、実施例1と同様に機能する偏波無依存型光アイソレータを製造した。
上記楔形複屈折結晶板として楔角が7.0度のルチル単結晶を用い、入射側の楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光の光軸がなす角度の2等分線で表される仮想光のサファイア単結晶板への入射角θa(図1A参照)が11.35度に調整されている点と、楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光のサファイア単結晶板入射後の光路と、サファイア単結晶板のc軸とのなす角度が0.74度以内となる条件を確保するため、サファイア単結晶板のc面からのオフセット角θoff(図1A参照)が6.23〜6.65度の範囲内に調整されたサファイア単結晶板を用意した点を除き、実施例1と同様に機能する偏波無依存型光アイソレータを製造した。
上記楔形複屈折結晶板として楔角が7.5度のルチル単結晶を用い、入射側の楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光の光軸がなす角度の2等分線で表される仮想光のサファイア単結晶板への入射角θa(図1A参照)が12.17度に調整されている点と、楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光のサファイア単結晶板入射後の光路と、サファイア単結晶板のc軸とのなす角度が0.74度以内となる条件を確保するため、サファイア単結晶板のc面からのオフセット角θoff(図1A参照)が6.73〜7.08度の範囲内に調整されたサファイア単結晶板を用意した点を除き、実施例1と同様に機能する偏波無依存型光アイソレータを製造した。
上記楔形複屈折結晶板として楔角が4.0度のルチル単結晶を用い、入射側の楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光の光軸がなす角度の2等分線で表される仮想光のサファイア単結晶板への入射角θa(図1A参照)が6.46度に調整されている点と、楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光のサファイア単結晶板入射後の光路と、サファイア単結晶板のc軸とのなす角度が0.74度以内となる条件を確保するため、サファイア単結晶板のc面からのオフセット角θoff(図1A参照)が3.23〜4.12度の範囲内に調整されたサファイア単結晶板を用意した点を除き、実施例1と同様に機能する偏波無依存型光アイソレータを製造した。
上記楔形複屈折結晶板として楔角が8.0度のルチル単結晶を用い、入射側の楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光の光軸がなす角度の2等分線で表される仮想光のサファイア単結晶板への入射角θa(図1A参照)が13.00度に調整されている点と、楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光のサファイア単結晶板入射後の光路と、サファイア単結晶板のc軸とのなす角度が0.74度以内となる条件を確保するため、サファイア単結晶板のc面からのオフセット角θoff(図1A参照)が7.23〜7.50度の範囲内に調整されたサファイア単結晶板を用意した点を除き、実施例1と同様に機能する偏波無依存型光アイソレータを製造した。
2 第1のサファイア単結晶板
3 磁性ガーネット単結晶(ファラデー回転子)
4 第2のサファイア単結晶板
5 第2の楔形複屈折結晶板
6 光ファイバ
7 光ファイバ
8 レンズ
9 レンズ
Claims (1)
- 光路上に配置された一対の楔形複屈折結晶板と、これ等楔形複屈折結晶板間の光路上に配置されかつ磁性ガーネット単結晶により構成されたファラデー回転子と、上記ファラデー回転子を中央にして各楔形複屈折結晶板の外側光路上にそれぞれ配置されかつコリメータに使用するレンズとを備え、上記ファラデー回転子の各光透過面にサファイア単結晶板が接合された偏波無依存型光アイソレータにおいて、
一対の上記楔形複屈折結晶板がルチル単結晶によりそれぞれ構成され、
各サファイア単結晶板の光透過面が、隣に位置する楔形複屈折結晶板の非傾斜光透過面と平行で、かつ、サファイア単結晶板のc面からオフセットされるように形成されていると共に、
入射側の楔形複屈折結晶板で分離された常光と異常光の光軸がなす角度の2等分線で表される仮想光のサファイア単結晶板への入射角θaが、7.43〜12.17度、
上記サファイア単結晶板のc面からのオフセット角θoffが、3.83〜7.08度、
および、上記レンズの焦点距離をfとしたとき、3mm≧f≧21.7/θa(mm)の各条件を満たすように設定されていることを特徴とする偏波無依存型光アイソレータ。
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