JPH0210311A - 光アイソレータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光フアイバ通信や光デイスク用光ヘッドな
どの光源である半導体レーザへの戻り光を防止するため
に用いられる光アイソレータに関する。

〔従来の技術〕

従来、光アイソレータは第２図に示すように、ファラデ
ー回転子１と、ファラデー回転子を磁化するための永久
磁石２と、偏光ビームスプリッタ（偏光プリズム）３．
４で構成されている。この従来の光アイソレータでは、
偏光プリズム３へ入射した直線偏光Ａ（例えば、図面の
垂直方向に電気ベクトルの振動方向を持つ光とする。）
は、偏光プリズム３を透過し、ファラデー回転子１で偏
光面を４５″回転され、偏光プリズム４を透過して透過
光Ｂとして出射される。一方、反射戻り光として偏光プ
リズム４に右から入射する光Ｃのうち、偏光プリズム４
の透過偏光面に一致する成分のみが偏光プリズムを透過
し、ファラデー回転子１で４５”偏光方向を回転される
。この回転方向は、光の進行方向によらず一定方向であ
るから、ファラデー回転を受けた反射戻り光は、偏光プ
リズム３の透過偏光面を直交する偏光になっており、偏
光プリズム３を出射できず、左方向には光が出てこない
。このようにして、光フアイバ通信や光デイスク用光ヘ
ッドなどの光源である半導体レーザへの戻り光を防止し
ている。

ファラデー回転子としては、通常、Ｂｉ置換ガーネット
がファラデー回転角が大きいので、結晶や厚膜の形で用
いられる。偏光プリズムとしては、グラントムソンプリ
ズムやロッションプリズムが使われている。これらのプ
リズムは、水晶や方解石などの複屈折性結晶の結晶軸の
異なる２つの三角プリズムをはり合わせたものである。

ファラデー回転子と光アイソレータについては、応用物
理学会光学懇話会微小光学研究グループ発行の“旧ＣＲ
ＯＯＰＴＴＣＳ　ＮＥＷＳ”第１４巻第４号第１８〜２
３頁所載の石川治男他著の論文ｒＢｉ置換ガーネット膜
を用いた光アイソレータの作製」に詳細に説明されてい
る。また、上記偏光プリズムについては、吉原邦夫著「
物理光学」　（井守出版、昭和４１年発行）の第２１３
〜２１６頁に詳細に説明されている。

〔発明が解決しようとする課題〕 上述した従来の光アイソレータでは、偏光プリズムに複
屈折性結晶を用いているので材料が高価なうえ、このよ
うな偏光プリズムは、４面を研磨して、さらに接着する
という工程を必要とするので製作工数がかかり高価で量
産向きでないという問題があった。さらに２つの三角プ
リズムをはり合わせた構造のため大型になり、光アイソ
レータの小型化の障害になっていた。

本発明の目的は、上記問題点を解消して、小型。

薄型でかつ低価格で、量産性にすぐれた光アイソレータ
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ファラデー回転子と、このファラデー回転子
に磁場を印加する磁場印加手段とを備える光アイソレー
タにおいて、 前記ファラデー回転子の光入出射面の少なくとも一方の
面に、光の波長の１７２よりも小さいピッチを有する表
面凹凸型の１次元周期構造を有する第１の領域と、この
第１の領域と厚さの異なる平坦な表面を有する第２の領
域とを交互に形成したことを特徴としている。

〔作用〕

本発明の作用原理は次の通りである。本発明では、回折
格子を用い、その０次回折効率すなわち透過率が特定の
偏光に対して１００％で、これに直交する偏光に対して
０％となるようにすることで、偏光ビームスプリフタ機
能の偏光素子を構成している。

矩形断面の位相格子のＯ次回折光の回折効率は、η。＝
　　　　　　（１＋ｃｏｓｒ）　　　　　　　　　　（
１）で与えられる。ここにγは、格子部で光が受ける位
相差であり、 γ；２πｔ・Δｎ／λ　　　　　　　　　　　（２）で
表される。（２）式で、ｔは格子の厚さ、Δｎは位相格
子を構成している２つの媒質の屈折率の差、λは光の波
長である。

上述のようなＯ次回折効率の変化を得るためには、格子
の位相差γが偏光によってγ工＝０゜１よ＝π（ここで
１１．土は格子溝に平行および垂直な偏光を各々表す。

）の変化をする必要があり、（２）式でΔｎが偏光によ
って変化しなければならず、通常は複屈折性の材料を必
要とする。

本発明では、高価な複屈折性結晶を用いることなく、複
屈折性を得るために、稠密な周期構造を利用している。

ピッチが光の波長の１７２より小さい位相格子では、回
折光を生じず複屈折性を示す。

表面凹凸格子の溝に平行な方向の実行屈折率をｎ　Ｉ＋
　％　？Ｒに垂直な方向の実効屈折率をｎ、とすると、 ｎ１Ｉ＝（ｎ＋”ｑ＋ｎｚ２（１−ｑ）：］””　　　
（３）ｎよ　−（（Ｌ／ｎ、”）Ｑ ＋　（１／ｎｚ”）　　（Ｉ　　Ｑ）　）−””　　（
４）となる。ここで、ｎｌは溝部の屈折率、ｎ２はラン
ド部の屈折率、ｑは格子ピッチに対する溝部の幅の比で
ある。この複屈折を利用して、偏光によって回折効率を
変化させる。

第３図は稠密格子を用いた格子型偏光素子を示す。稠密
格子を第１の領域５に用いて、平坦な表面を有する第２
の領域６と交互に配置した格子を基板７上に構成する。

この場合、第１の領域５と第２の領域６の境界面に対し
て、第１の領域内の稠密格子の周期方向が垂直であると
する。このような格子型偏光素子において、光の進行方
向を矢印８の方向とすると、格子溝に平行な方向の偏光
およびこれに垂直な方向の偏光に対する両頭域の位相差
は、 十ｔ　ｚ−ｎ、Ｉｊ　＋　） ＋ｔｚ　　ｎ　　　ｊ＋）　　　　　　　　　　　　　
　（６１となる。ここにｔＩ＋ｔ２は各々第１の領域５
の凹凸溝深さおよび第２の領域６の深さである。このよ
うに、両頭域の深さを変えることで、Ｔ　ｎ　＝Ｏ＋γ
工＝πが満たせる。

以上が本発明の原理である。深さ１．．１２を浅く、す
なわち容易に製作するためには、ｎ、−ｎよが大きいこ
とが必要であり、そのためには屈折率ｎ２の大きい材料
を用いることが得策である。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例の基本構成を示す斜視図
である。この光アイソレータは、片面に格子型偏光ビー
ムスプリッタＩＯが形成された円柱状のファラデー回転
子９と、このファラデー回転子を同心状に取り囲みファ
ラデー回転子９を磁化する永久磁石１１とから構成され
ている。

ファラデー回転子９としては、厚膜のＢｉ置換ガーネッ
トを用いた。光の波長λ＝１．３μｍで４５゜のファラ
デー回転を得るのに要する膜厚は２５０μｍである。Ｂ
ｉ置換ガーネットのλ＝１．３μｍでの屈折率は、ｎｔ
　＝２．４３である。

格子型偏光ビームスプリッタ１ｏは、第３図において説
明した構造を有しており、稠密素子のピッチに対する溝
幅比をｑ＝０．５とすると、ｆ３）、　（４１式からｎ
ｌ１＝１．８５８　、ｎ、　＝１．３０８となる。稠密
格子のピッチとしてはλ／２より小さければよいので０
．６μｍとした。また、第１の領域と第２の領域とから
なる格子構造の周期は、所望の０次回折光と他次回折光
の分離がとれることが設計条件となり、本実施例では５
０μｍとした。上述のｎ、＝２．４３．　　ｎ、　＝１
．８５８　、ｎｚ　＝１．３０８を用いて（５）（６）
式を解き、ｔ＋　＝１．１８μｍ、　　ｔｚ　＝０．４
７２μｍの格子を製作した。

製作は、次のようにして行った。ファラデー回転子９を
構成する厚膜のＢｉ置換ガーネットを基板にし、０．６
μｍピッチの稠密格子は、ホログラフィ干渉でフォトレ
ジストをバターニングし、これをマスクにイオンミリン
グで形成した。また、第２の領域の形成には、高温リン
酸エツチングを用いて形成した。

このような格子型偏光ビームスプリッタ（偏光素子）１
０によれば、格子溝に平行な偏光と直交する偏光との間
の消光比は２０ｄＢ以上がとれた。これにより、反射戻
り光を防止することができる。

以上の第１の実施例ではファラデー回転子の片面のみに
格子型偏光素子を形成した例を示したが、ファラデー回
転子の両面に格子の溝方向が互いに４５°の格子型偏光
素子を形成することで消光比を大きくできる。

また、厚膜のＢｔ置換ガーネットは非磁性のガーネット
（Ｇ　Ｇ　Ｇ）を基板にして製作されているが、本発明
の光アイソレータの格子型偏光素子は、このＧＧ（４板
に形成しても同じ効果が得られることは言うまでもない
。したがって、本発明で言うファラデー回転子は基板を
含むものである。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。本実施例では
、第３図の格子型偏光素子をファラデー回転子そのもの
の表面に形成せず、ファラデー回転子表面に屈折率の高
い層を形成し、この高屈折率層に格子型偏光素子を形成
した。高屈折率層としては、アモルファスシリコンをＣ
ＶＤで成膜した。屈折率はｎｚ＝３．５であるから、ｎ
　　＝２．５７４゜ｎ、＝１．３６０となり、ｔ、　　
＝０．５３５μｍ、ｔ、＝０．１９８μｍと第１の実施
例に比べ浅い溝を形成した。溝の形成には反応性イオン
エツチングを用いた。本実施例で示したように、本発明
で言うファラデー回転子の光入出射面とは、表面に成膜
した高屈折率層を含むものである。

なお、上述の２つの実施例では格子型偏光素子の第１の
領域と第２の領域の境界面に対して、第１の領域内の稠
密格子の周期方向が垂直な場合を示したが、第１の領域
内の稠密格子の周期方向は第１の領域と第２の領域の境
界面に対して任意の角度で良いことは上述の作用の項で
の説明から明らかである。

〔発明の効果〕

本発明の光アイソレータは、偏光素子として複屈折性結
晶を必要とせず、しかも偏光素子をフォトリソグラフィ
の手法により簡単にファラデー回転子と一体にして、多
数個同時に製作でき、かつ磁石を取り付けるだけである
から極めて安価である。

また、本発明の光アイソレータは、ファラデー回転子の
厚さだけあればよいので数１００Ｉ！ｍと極めて薄く、
軽量な素子である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は従来
の光アイソレータを示す断面図、第３図は本発明の光ア
イソレータの格子型偏光素子を示す部分斜視図である。 １、　９・・・ファラデー回転子 ２．１１・・・永久磁石 ３．４・・・偏光ビームスプリッタ ５・・・・・第１の領域 ６・・・・・第２の領域 ７・・・・・基板 ８・・・・・光の進行方向を示す矢印

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ファラデー回転子と、このファラデー回転子に磁
   場を印加する磁場印加手段とを備える光アイソレータに
   おいて、 前記ファラデー回転子の光入出射面の少なくとも一方の
   面に、光の波長の１／２よりも小さいピッチを有する表
   面凹凸型の１次元周期構造を有する第１の領域と、この
   第１の領域と厚さの異なる平坦な表面を有する第２の領
   域とを交互に形成したことを特徴とする光アイソレータ
   。