JPH01106014A - ファラデー回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　　要〕 光アイソレータ等に使用されるファラデー回転子に関し
、 ２つの端面に反射防止膜を高精度に成膜するといった面
倒な技術を必要とすることなく、アイソレーションを大
きく向上させることを目的とし、光の入出射面である２
つの端面間に角度を持たせ、その角度を、前記２つの端
面間での２回反射光を１回透過光と空間的に分離しうる
最小角度から、ファラデー回転角の分布をその許容値内
に維持しうる最大角度までの範囲とするように構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光アイソレータ等に使用されるファラデー回
転子に関する。

〔従来の技術〕

ファラデー回転子は、ファラデー効果（すなわち光の偏
光面が磁界中で回転する現象）を利用した旋光装置であ
り、非相反性を持つことから光アイソレータに使用され
ている。

従来のファラデー回転子を使用した光アイソレータの構
成を第２図に示す。すなわち、方位角を互いに４５°傾
けて設定された偏光子１と検光子２との間に、４５°の
ファラデー回転角を持つファラデー回転子３を挿入した
ものである。ファラデー回転子３はＹＩＧ（イツトリウ
ム鉄ガーネット）結晶等でできており、４５°のファラ
デー回転角が得られるように予め間隔（例えば２龍）の
決められた２つの平行な端面３ａ、３ｂを存している。

このような構成の光アイソレータでは、一般に、−順方
向の光（矢印入方向の光）を通過させ、逆方向の光（矢
印Ｂ方向の光）を阻止することができる。その作用を具
体的に以下に示す。なお、各位置における、矢印Ａ方向
から見た光の偏光方向を破線円内に示す。

まず順方向では、偏光子１を通過した直線偏光が、その
進行方向と同一方向の磁界Ｈの印加されたファラデー回
転子３を通過することにより４５＠の旋光を受け、偏光
子１とは４５°傾けて配置された検光子２を通過するこ
とができる。

一方、逆方向では、ランダムな偏光成分の光が反射され
てきた場合を考えると、まず検光子２の方位角に等しい
偏光成分の光のみがファラデー回転子３に入射し、ここ
で４５°の旋光を受ける。この時、磁界Ｈの方向と光の
進行方向が反対なので、ファラデー回転子３中を光が進
行するにつれて、順方向の時に受けた旋光と同じ向きに
偏光面が回転する。すなわち、逆方向では、ファラデー
回転子３を通過した後の光ＩＩの偏光方向が偏光子１の
方位角と９０″ずれることになり、この光ＩＩは偏光子
１で阻止される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のファラデー回転子３では、端面３ａ、３
ｂにおいて人出射光が屈折することにより光路が変動す
るのを防止するために、また２つの端面３ａ、３ｂ間の
厚さが変化することにより入射位置に応じてファラデー
回転角に分布が生じるのを防止するために、上記端面３
ａ、３ｂは互いに平行となるように精度良（研摩されて
いる。

ところが、このように平行な２つの端面３ａ。

３ｂ間では多重反射が生じやすい。特に逆方向では、第
２図に示したようにファラデー回転子３を１回で透過し
た光（以下、１回透過光と称す）１、とは同一光路上で
あって同一方向に、少なくとも、端面３ａ、３ｂで１回
ずつ計２回反射された光（以下、２回反射光と称す）１
２が混入する。

この２回反射光１２は、ファラデー回転子３中を１回透
過光１．よりも２回多く通過し、すなわち４５°の旋光
を２回多く受けていることから、偏光方向が１回透過光
β１よりも９０°ずれて偏光子１の方位角と一致し、そ
のため偏光子１を通過してしまう。

このように、ファラデー回転子３における多重反射光（
特に、最も損失の少ない２回反射光ＸＺ）が偏光子ｌを
通過して入力側に戻ってくることは、アイソレーション
（順方向の光損失と逆方向の光損失の比（ｄＢ））が劣
化し、光アイソレータとしての性能が低下することにな
る。従来、このようなアイソレーションの劣化を防止す
るため、２つの端面３ａ、３ｂに反射防止膜を高精度に
成膜するようにしているものもあるが、このような加工
は非常に面倒な技術を必要とするものであった。

本発明は、上記問題点に鑑み、２つの端面に反射防止膜
を高精度に成膜するといった面倒な技術を必要とするこ
となく、アイソレーションを大きく向上させることので
きるファラデー回転子を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のファラデー回転子は、光の入出射面である２つ
の端面間に、以下のような範囲内で角度を持たせたもの
である。すなわち、上記角度の下限は、上記２つの端面
間での２回反射光を１回透過光と空間的に分離しうる最
小の角度とする。また、上記角度の上限は、ファラデー
回転角の分布をその許容値内（例えば４５°±０．５°
）に維持しうる最大の角度とする。

〔作　　　用〕

上記のような角度を持った２つの端面間を光が反射すれ
ば、その角度が小さくとも、反射を繰返す毎に光の進行
方向が上記角度の何倍にも大きく傾けられる。従って、
２回反射光を主とする多重反射光の進行方向も１回透過
光に対して太き（傾けられることになり、よって多重反
射光は１回透過光から分離されて、入力側への戻り光が
なくなる。しかも、上述のように角度の上限と下限を設
けたことにより、光アイソレータの特性に実質的な悪影
響が生じることはない。

以上のことから、何ら面倒な技術を必要とせずに、アイ
ソレーションを大きく向上させることが可能になる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例めファラデー回転子１３を
使用した光アイソレータの構成図である。

すなわち、方位角を互いに４５°傾けて設定された第２
図と同様な偏光子１と検光子２との間に、本実施例のフ
ァラデー回転子１３を挿入することにより、光アイソレ
ータを構成したものである。

本実施例のファラデー回転子１３は、一方の端面１３ａ
を、他方の端面１３ｂに対して角度θ１だけ傾くように
斜めに研摩したものである。上記の角度θ１は、θ０、
≦０１≦θ、８の範囲で任意に設定する。ここで、下限
の角度θＷＩＮは、端面１３ａ、１３ｂ間での２回反射
光１．□を１回透過光！、と空間的に分離できる最小の
角度とする。

上限の角度θＷＡＸは、ファラデー回転角の分布をその
許容値内（例えば４５°±０．５°）に維持できる最大
の角度とする。−例として、ファラデー回転子１３の直
径Ｄ＝２＋＋ｎ、斜め研摩前の両端面１３ａ、１３ｂ間
の厚さｔｌ）＝２ｍｍとし、コア径ｌＯμｍのシングル
モードファイバに対し焦点距離５ｗ程度のレンズで平行
ビーム結合させる場合について、上記の角度θ４８、θ
□８を求めてみる。

まずθＭＩＮについて考えてみると、上記の場合、２回
反射光ｌ１Ｉｚを１回透過光ＩＩｌから分離するために
は、これらの間に少なくとも約０．２°の角度ずれがあ
れば十分である（すなわち、θ２≧０．２°）。また、
ファラデー回転子１３の屈折率ｎ＝２とすると、２回反
射光ｌ□の反射および屈折を考えれば、θ２はθ１の約
４倍の大きさになる（θ２＝４×θ１）。よって、θ、
＝０．２°となる時のθ１がθＭＩＮであることから、
θＷＩＮ　”θ、　　（＝０．２°）　／　４　＝０．
０５°と求まる。

一方、θＭＡＭについて考えてみると、ファラデー回転
角の分布の許容値を４５°±０．５＠とした場合、ファ
ラデー回転角が端面１３ａ、１３ｂ間の厚さに比例する
ことから、上記の許容値を維持するためには以下の式を
満たせばよいことになる。

なお、端面１３ａ、１３ｂ間の最小の厚さ（すなわち、
ファラデー回転角の最も小さ（なる部分の厚さ）を第１
図に示すようにｔｌ　とする。

上記の式を満たすθ、の最大値がθ圓＾Ｘであることか
ら、θＷＡＸ　＝ｓｉｎ　−’　（０，５／４５）　−
０，５”と求まる。

以上のようにしてθＭ＋、４＝０．０５°、θ、Ａや＝
０．５°が得られたとすると、θ１を０．０５　”≦θ
。

≦０．５”を満たす任意の値に設定すればよい。

次に、第１図に示した構成からなる光アイソレータの作
用について説明する。

まず順方向（矢印Ａ方向）では、ファラデー回転子１３
の端面１３ａの傾き角度θ１を考慮し、入射光はわずか
に斜め方向から偏光子１に入射され、ここを通過した直
線偏光がファラデー回転子１３に入射する。゛この入射
光は、一方の端面１３ａでわずかに屈折して水平方向と
なり、更に他方の端面１３ｂに到達するまでに４５＠の
旋光を受ける。この際、端面１３ａが斜めに研摩されて
いることから、両端面１３ａ、１３ｂ間の厚さに分布が
生じ、これに伴いファラデー回転角（４５°）にも分布
が生じるが、この分布が許容値内に納まるように０１に
上述した上限（θ□Ｘ）を設けているため、実質的には
何ら問題が生じない。よって、ファラデー回転子１３を
通過した直線偏光は、偏光子１とは４５°傾けて配置さ
れた検光子２を難無く通過することができる。なお、フ
ァラデー回転子１３の端面１３ａに入射した光の屈折角
は、０重とほぼ同程度の微小な角度なので、この角度に
応じて予め入力側の光学系を微調整しておけば、光の結
合状態には何ら問題が生じない。

また、逆方向では、ランダムな偏光成分の光が反射され
てきた場合を考えると、まず検光子２の方位角に等しい
偏光成分の光のみがファラデー回転子１３に入射する。

このファラデー回転子１３を端面１３ａで反射されずに
そのまま透過した１回透過光Ａ’１１は、４５°　（許
容値内）の旋光を受けることにより、偏光子ｌで阻止さ
れる。

一方、逆方向においてファラデー回転子１３の端面１３
ａ、１３ｂで１回ずつ計２回反射して生じた２回反射光
１１！は、第２図においても示したように、ファラデー
回転子１３中を１回透過光β目よりも２回多く通過して
いることから、偏光方向が１回透過光β、よりも９０″
ずれて偏光子１の方位角と一致する。ところが、端面１
３ａが角度θ、たけ傾いているため、反射を２度繰返す
ことにより、２回反射光”１ｇの進行方向は１回透過光
１．に対し、角度θ１の約４倍の大きな角度θ２だけ（
噴けられる。しかも、この角度θ２が１回透過光！、と
２回反射光１１．とを分離するのに十分な大きさである
ように、θ１に上述した下限（θ９、Ｎ）を設けている
ため、２回反射光１１□は１回透過光Ｊｌ＋から完全に
分離されることなり、従来のように入力側に戻るような
ことは全くなくなる。なお、２回反射光２＋２の他に３
回以上の多重反射光も生じるが、これらは全く問題にな
らないほど微小な光であり、しかもそれらの進行方向は
２回反射光１１２よりも更に大きく傾けられるため、こ
れらの入力側への戻りの影響は全く考える必要がない。

以上のことから、本実施例では、ファラデー回転角の分
布を許容範囲内に維持させながら、多重反射光を透過光
から十分に分離することができ、よってアイソレーショ
ン特性を著しく高めることができる。しかも、端面１３
ａ、１３ｂに反射防止膜を高精度に生成するといった面
倒な技術は、−切必要としない。更に、光透過率を問題
にしない用途の場合には、反射防止膜は全く不要になる
。

なお、上記実施例は、一方の端面１３ａのみを斜めに研
摩したものであるが、もう一方の端面１３ｂのみ、ある
いは双方の端面１３ａ、１３ｂを、前述した角度の条件
を満たすように斜めに研摩してもよい。また、端面が平
面である必要はなく、曲面となるように研摩してもよい
。

また、本発明のファラデー回転子は、上述した光アイソ
レータ以外の装置にも適用しうろことはもちろんである
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のファラデー回転子によれ
ば、ファラデー回転角の分布をその許容値内に維持しな
がら、多重反射光を１回透過光から分離でき、よってア
イソレーションを大きく向上させることができる。しか
も、端面に反射防止膜を生成する際も、その高い精度が
要求されず、よって、そのための面倒な技術が全く不要
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のファラデー回転子を使用し
た光アイソレータの構成図、 第２図は従来のファラデー回転子を使用した光アイソレ
ータの構成図である。 １３・・・ファラデー回転子、 １３ａ、１３ｂ・−一端面、 １１、・・・１回透過光、 １１□・・・２回反射光。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光の入出射面である２つの端面（１３ａ、１３ｂ）
   間に角度を持たせたファラデー回転子（１３）であって
   、前記角度を、前記２つの端面（１３ａ、１３ｂ）間で
   の２回反射光を１回透過光と空間的に分離しうる最小角
   度から、ファラデー回転角の分布をその許容値内に維持
   しうる最大角度までの範囲とすることを特徴とするファ
   ラデー回転子。 ２）前記２つの端面（１３ａ、１３ｂ）間の角度が０．
   ０５゜以上０．５゜以下であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のファラデー回転子。