JPH02201415A - ハウジング付光アイソレータ - 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」 本発明は、高速大容量光通（３システム等に適用するハ
ウジング付光アイソレータに関わり、特に性能を向上さ
せるためのハウジング付光アイソレータの構造に関する
。

「従来の技術」 近年、光ファイバーと半導体レーザの駕異的な進歩によ
り光ファイバーを用いた通信装置の高速化、大容量化の
研究開発及び実用化が真剣に検討されている。これらに
は発光渦（とじてスペクトル線幅の狭い半導体レーザが
多用されている。特に高速大容量光通イＪシステム等に
適用される高性能な半導体レーザは、光ファイバー等か
らの反射光の帰還（戻り光）により敏感に影響を受け、
スペクトル線幅の広がりや半導体レーザの発振特性その
ものが不安定になるという現象がある。そこで、この戻
り光が半導体レーザに到達しないようにするために高い
逆方向損失を有する光アイソレータが必須のものとなっ
た。

最近の半導体レーザモジュールは信頼性を確保するため
にモジュール全体をレーザ溶接等の方法により気密封じ
する場合が多い。そのため半導体レーザの近傍に配置さ
れる光アイソレータは、溶接性の優れた鉄等の強磁性体
円筒型ハウジング６の中に収納される。これが本発明が
関するハウジング付光アイソレータである。

第５図は、従来のハウジング付光アイソレータの構造を
説明するための断面図で、図中１はファラデー回転子、
２ａ、２ｂは偏光子、３は中空の永久磁石、４　ａ、４
　ｂはＩ前記偏光子２ａ、２ｂを固定するための回転ホ
ルダー、７はファラデー回転子振固定するための固定ホ
ルダー、６は強磁性体のハウジングであり、回転ホルダ
ー４ａ、４ｂに回転中心軸を与えるためと光アイソレー
タ全体の強度を補強するための外ケースでもある。

従来４ｎ造の光アイソレータでは、ファラデー回転子１
に印加される初期設定磁界が充分でないと、前記ハウジ
ング６の中に光アイソレータを挿入することにより光ア
イソレータの特性が著しく劣化することがある。

これを避けるために、大きな磁石を用いて印加磁界を充
分に大きくし、余裕を持った設計を行うことが考えられ
る。しかし、これではハウジング付光アイソレータの全
体の小型化とは矛盾することになる。従って、従来技術
では性能確保を考慮しながら適当な寸法のところで妥協
しなければならなかった。小型化のためにはこれが大き
な問題である。

特に最近、光通信の進展にともない光アイソレータ付レ
ーザモジュールの小型化の要求が強まり、高性能なハウ
ジング付小型光アイソレータの出現が切望されている。

これを実現する一つの方法として、光アイソレータの磁
気回路を磁気ヨーク５ａ、５ｂを用いて閉磁路にする提
案は既に、特開昭５４−５６４６２号公報に開示されて
いる。この実施例の溝造図を、第６図に示す。図中曲線
は磁束の流れを示す。この場合、第７図に示すように、
強磁性体の円筒型ハウジング６が永久磁石３の外側に密
着した場合は、磁気ヨーク５ａ、５ｂが外側の強磁性体
ハウジング６を介して永久磁石３を含む別の閉磁路を形
成することになり、ファラデー回転子の方向に流れてい
た磁束の一部がハウジングに吸い取られるようになる。

そのためにファラデー回転子に印加される磁界は第５図
の従来技術の実施例と同じように著しく減少する。従っ
てこのまま方法では強磁性体ハウジングに挿入した場合
の光アイソレータの特性劣化の効果を軽減することはで
きない。

「発明が解決しようとする課題」 上記従来技術のハウジング付光アイソレータの構造にあ
っては、レーザモジュールを実際に組み立てる場合、磁
性体ハウジングの中に挿入しても特性劣化しない小型の
光アイソレータを実現できないという問題があった。

ｒ問題点を解決するための手段」 本発明の目的は、上記問題点を解決して強磁性ハウジン
グの中に挿入しても特性劣化しない小型の光アイソレー
タを提供するこのである。

即ち、本発明の光アイソレータは、円筒型永久磁石３の
中央に配されたファラデー回転子、該ファラデー回転子
の両側に配された二つの磁気ヨーク及びそれらの両方の
外側に配された二つの偏光子を主構成部分とする光アイ
ソレータ部と、該光アイソレータ部を内包する強磁性体
のハウジング部よりなるハウジング付光アイソレータに
おいて、前記磁気ヨークが外径Ｄｙｏの円板状でありか
つ中心に直径がＤｙｉの光通過孔を有するとともに、前
記円筒型永久磁石の外径をＤＯＩＯ及び内径をＤｍｉ、
前記強磁性体の円筒型ハウジングの内径をＤｈｉとし、
該ファラデー回転子の光軸に垂直な断面の最小寸法をＤ
ｆとした場合、それぞれの寸法が１．２Ｄｍｏ−０，２
Ｄ＋＋ｉ≦Ｄｈｉ≦１．５Ｄｍｏ−０，５ＤｍｉＤａｒ
ｔ≦Ｄｙｏ≦Ｄｍ。

Ｄｙｉ≦１．２Ｄｆ の関係にあることを特徴としている。

「実施例」 以下実施例により本発明に付いて更に詳しく説明する。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための断面図で
ある１強磁性体ハウジング６の内径Ｄｈｉより永久磁石
３の外径Ｄｍｏを少し小さくし、両者の間に磁気回路的
に空隙をもうけた構造となっている。円筒型永久磁石３
の両側には、磁気ヨーク５°ａ、５’ｂが配されている
。また、それらの両方の外側に偏光子２ａ、２ｂを装架
した回転ホルダー４ａ、４ｂが配されている。なお本実
施例では、磁気ヨーク５°ａ、５°ｂの外径Ｄｙｏと永
久磁石の外径Ｄｍｏは同じにした。

ここで、強磁性体ハウジングＧ内への挿入効果に対して
強い小型光アイソレータを実現するために設計上重要な
ことは、強磁性体ハウジングの内径’Ｄｈｉと円筒型永
久磁石３の寸法Ｄｍｏ、Ｄｍｉの最適関係を見つけるこ
とである。

第２図に、第１図の強磁性体ハウジング６、磁気ヨーク
５″ａ、５°ｂ、円筒型永久磁石３及びファラデー回転
子１の部分を拡大して示す。本実施例では、左右の二つ
の磁気ヨーク５”ａ、５°ｂは同じ寸法のものを用いた
。

このような構造でファラデー回転子１の長さと円筒型永
久磁石３の長さが等しい場合は、磁気ヨーク５°ａ、５
°ｂをファラデー回転子ｌは接触し、閉磁路となる。第
２図の図中に磁束の流れる方向を矢印で示す１円筒型永
久磁石３から生ずる磁束線は磁気ヨーク５°ａ、５°ｂ
によりほとんどファラデー回転子に流れる。外周部の磁
束線は空隙があるために余りハウジングに流れない。

第３図は、強磁性体ハウジング６の内径Ｄｈｉを種々変
えた幾つかの実施例により、本発１１の効果を実際に確
かめた結果を示す。この実施例では、第５図及び第７図
の従来構造の光アイソレータの特性変化も同時に示す。

第３図の横軸は、ハウジング６の内径Ｄｈｉを永久磁石
３の直径Ｄｍｏで正規化して示し、縦軸は実験した光ア
イソレータの逆方向損失及び挿入損失の測定結果を示す
。但し、この時、永久磁石の寸法はＤｍｏ＝６．０ｍｗ
φ、　Ｄｍｉ＝３．０ｍｍφ、磁気ヨークの内径はＤｙ
１＝１．６ｍｍφ、ファラデー回転子は一辺が２．０ｍ
ｍの角柱を用い、本実施例では一定とした。

また、永久磁石３の長さは３ｍｍ、ファラデー回転子の
長さは２．６＋ａｍとした。ファラデー回転子としては
ＹＩＧ単結晶を用いたので、使用波長を１．５５μｍと
すると、ファラデー回転子１の上記長さは必然的に決ま
る０円筒型永久磁石３の内径Ｄａｉは、このファラデー
回転子１と固定ホルダー７を収納できる最小のものとし
て予め決められる。

第３図の右端の点は、従来技術の例を示し、強磁性体ハ
ウジング６の内径ＤｈＬと永久磁石３の外径Ｄｍｏを同
じにした場合である６図中−点！１　ｊ＋！ｌｉはハウ
ジング挿入前の光アイソレータの特性である。

この結果から分かるように従来構造では１、強磁性体の
ハウジング６の中に密着させて挿入すると、光アイソレ
ータの逆方向損失と挿入損失がともに劣化する。

これに対して、本発明の実施例にみるように、１．１０
≦Ｄｈｉ／Ｄｍｏ≦１，２５ の範囲では、ハウジング６のなかに挿入しても逆方向損
失及び挿入損失の劣化はそれほど大きくない。勿論、Ｄ
ｈｉが大きければ大きいほど特性劣化は少ないのである
が、これではハウジング付光アイソレータの小型化には
反するので、Ｄｈｉには自ずと上限がある０本実施例の
実験から、特性が殆ど変化しなくなる直前の値として、
上記のように範囲を決めた。

ここで、設計上はハウジングと永久磁石の間の空隙の断
面積が円筒型永久磁石３の側面の面積に対してどの位の
割合であるかが重要なパラメータである。すなわち、Ｄ
ｈｉ／Ｄｍｏの絶対値が間圧なのではなく、内径Ｄｍｉ
と外径Ｄｍｏのの範囲とＤｍ。

とＤｈｉの範囲が問題である。この点を考慮すると、前
記関係は ０．２（Ｄｍｏ−Ｄｍｉ）≦Ｄｈｉ−Ｄｍｏ≦０．５（
ＤＩＩｉｏ−Ｄｍｉ）のよう変形できる。上記関係は更
に変形できて次のようになる。

１．２Ｄｍｏ−０，２Ｄｍｉ≦１）ｈｉ≦１．５Ｄｍｏ
−０，５Ｄｍｉすなわち、この範囲にハウジングもしく
は永久磁石の寸法があれば、強磁性体ハウジングへの挿
入効果を著しく軽減できることが分かる。

次に、磁気ヨーク５°ａ、５’ｂの内径Ｄｙｉの範囲に
ついて検討した。内径Ｄｙｉは小さい方が磁気回路上は
閉磁路に近いので好ましいが、余り小さすぎると透過光
の有効エリアが減少し、充分な光量を半導体レーザから
光ファイバー等に伝搬できない恐れがある。そのため、
内径Ｄｙｉはできるだけ大きいしたい、しかし、余り大
きくなりすぎると、ファラデー回転子と磁気ヨークの間
が離れ磁気抵抗が増加し、本来の目的である強磁性体ハ
ウジングへの挿入効果に対して強くすることができない
。

この限界値を知る目的で、第６図の実施例のＤｈｉ／Ｄ
ｍｏ＝１．１０の点でＤｙｉを１．６ｍｍ、１．８ｍｍ
、２．０ｍｍ。

２．２ｍｍ、２．４ｍｍ、２．６ｎ＋ｍだけ変化させて
実験を行った。

この結果、Ｄｙｉは２．４ｍｒＱまで、すなわち角柱の
ファラデー回転子の一辺の長さ２．０ｍｍの１．２倍ま
ではハウジング装着のよる特性劣化はそれほど激しくな
く、本発明の効果があることが分かった。

本実施例では角柱のファラデー回転子１を用いたが、他
の形状、例えば、円柱状のファラデー回転子でも本発明
の効果は同じである。この場合、角柱の一辺の長さは円
柱直径に相当すると考えられる。また、その他の形状と
しては、長方形も考えられるが、この場合には、短辺の
長さがそれに相当すると考えられる。すなわち１以上の
ことをまとめて本発明の範囲を表現すれば、磁気ヨーク
５°ａ、５’ｂの内径ＤｙＬはファラデー回転子の光軸
に垂直な断面の最小の横方向の寸法の１．２倍以下が妥
当であり、これが内径Ｄｙｉの上限であるということに
なる。

また、磁気ヨークの外径の限界値について検討を行った
。磁気ヨークの直径が永久磁石の直径よりも大きい場合
には、ハウジングの挿入効果が大きく本発明の効果は上
げられない。磁気ヨークの直径の上限は永久磁石の直径
となる。また、磁気ヨークの効果が生きるためには、永
久磁石の内径より磁気ヨークの外径を大きくなければな
らない。

これらのことをまとめると下記のようになる。

Ｄｍｉ≦Ｄｙｏ≦Ｄｍ。

第４図は、本発明の他の実施例を示す光アイソレータの
構造図である。すなわち、本発明の磁気ヨーク５″ａ、
５″ｂは中心に僅かな突Ｂ９　ａ　＋　９　ｂを有し、
これが円筒型永久磁石３の内周表面を摺動するように回
転する。予め偏光子を取り付けたホルダー４’ａ、４”
ｂをこの磁気ヨーク５”ａ、５″ｂと接着剤等により固
定して置けば、磁気ヨーク５”ａ、５”ｂは円筒型永久
磁石３に吸引されるので、接着剤が固まる前でも全体の
形を維持できる。

このため、接着剤を塗布した後でも、接着剤が硬化する
までは偏光子を回転して光アイソレータを調整すること
ができる。この突Ｊｉ９ａ、９ｂの高さは、偏光子２　
ａ、２　ｂの回転の中心を確保できる範囲内でできるだ
け小さい方がよい。

また１本実施例では本発明の効果を実証するために、す
なわち永久磁石とハウジングの間に磁気的に空隙を設け
るため、円筒型の非磁性体のスペーサが配されている。

これにより衣定に本発明の効果を維持できる。

「発明の効果」 以上実施例を用いて詳細に説明したように、本発明のハ
ウジング付光アイソレータは、強磁性体のハウジングの
押入効果に対してきわめて安定である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第４図は本発明の詳細な説明するため
の構造図、第３図は本発明の効果を示す特性図、第５図
、第６図、第７図は従来技術を説明するための構造図で
ある。 １；ファラデー回転子、２　ａ、２　ｂ；偏光子。 ３；円筒型永久磁石、４ａ、４　ｂ、４°ａ　ｒ　４　
’　ｂ　；回転ホルダー、５ａ、５ｂ、５°　、　５１
　ｂ　、　５１１　ａ、　５　ｎｂ；磁気ヨーク、６；
強磁性体ハウジング、７；固定ホルダー、８；非磁性体
スペーサ、９　ａ　ｅ　９　ｂ　ｉ突起 第３ 図 Ｄｈｉ　／Ｄｍ。 第２図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒型磁石の中央に配されたファラデー回転子、
   該ファラデー回転子の両側に配された二つの磁気ヨーク
   及びそれらの外側の両方に配された二つの偏光子を主構
   成部分とする光アイソレータ部と、該光アイソレータ部
   を内包する強磁性体のハウジング部よりなるハウジング
   付光アイソレータにおいて、前記磁気ヨークが外径Ｄｙ
   ｏの円板状でありかつ中心に直径がＤｙｉの光通過孔を
   有するとともに、前記円筒型磁石の外径をＤｍｏ及び内
   径をＤｍｉ、前記強磁性体の円筒型ハウジングの内径を
   Ｄｈｉとし、該ファラデー回転子の光軸に垂直な断面の
   最小寸法をＤｆとした場合、それぞれの寸法が １．２Ｄｍｉ−０．２Ｄｍｉ≦Ｄｈｉ≦１．５Ｄｍｏ−
   ０．５ＤｍｉＤｍｉ≦Ｄｙｏ≦Ｄｍｏ Ｄｙｉ≦１．２Ｄｆ の関係にあることを特徴とするハウジング付光アイソレ
   ータ。
2. （２）請求項１記載のハウジング付光アイソレータにお
   いて、前記光アイソレータ本体を非磁性体の円筒型ホル
   ダーを介して前記強磁性体のハウジング部中に密着挿入
   したことを特徴とするハウジング付光アイソレータ。
3. （３）請求項１ないし２のいずれかに記載のハウジング
   付光アイソレータにおいて、該円板状の磁気ヨークの中
   心に円形の突起があり、この突起が円筒型永久磁石の中
   空部分に入り、前記磁気ヨークが円筒型永久磁石の内周
   表面及び側平面を摺動するように回転可能となっている
   ことを特徴とするハウジング付光アイソレータ。