JPH02201417A - 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、例えば、光フアイバー伝送等の分ツｆで用い
られる光アイソレータに関する。

［従来の技術］ 例えば、光フアイバー伝送においては、半導体レーザ等
の光源の安定化や、光ファイバーの接続点及び入・出端
などで反射された反射戻り光の除去等を図り、高い光伝
送品質を確保するために磁気光学素子（ファラデーロー
チーター）を利用した光アイソレータが用いられる。

この光アイソレータは、磁気光学素子の入射位置及び出
射位置に、それぞれ第１の偏光子及び第２の偏光子を配
置したものである。

これにより、第１の偏光子によって偏光光にされた入射
光は磁気光学素子内でその偏波面が一定角度（例えば４
５°）回転された後、第２の偏光子を通じて出射する。

一方、この出射光の一部は、光ファイバー等の端面で反
射され、反射光となって前記第２の偏光子に入射する。

この反射光は前記第２の偏光子によって偏光光にされ、
磁気光学素子内でその偏波面が一定角度（４５°）回転
された後、前記第１の偏光子に入射する。このとき、前
記磁気光学素子による偏波面の回転方向は通常光の進行
方向によらず一定であるから、前記第１の偏光子に入射
する入射光と反射光とでは、これらが前記磁気光学素子
内で回転を受けた回転角の和の分（９０°）だけ互いの
偏波面がずれていることになる。したがって、反射光は
、前記第１の偏光子によって遮断されることになる。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この種の光アイソレータとしては、高いアイ
ソレーションを有し、かつ、低い挿入損失を備えたもの
が要求される。

ところが、従来の光アイソレータは、必ずしもこの要求
を充分に満足するものであるとはいえなかった。

特に、環境温度が変化した場合にその性能が変動する場
合があり、苛酷な環境条件のもとての使用の要求に充分
耐えるものであるとはいえながった。

本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、従
来の光アイソレータに極めて簡単な変更を施すだけで、
著しく性能を向上させることができる光アイソレータを
提供することを目的としたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、本発明者等が従来の光アイソレータの欠点の
原因を究明した結果、解明された事実にもとづいてなさ
れたものであり、以下の構成とすることで、上述の課題
を解決している。

入射光を偏光光にして出射させる第１の偏光子と この第１の偏光子から出射された偏光光を入射してファ
ラデー効果により偏波面を回転させて出射させる磁気光
学素子と、 この磁気光学素子を保持するとともに、該磁気光学素子
内に磁界を形成してファラデー効果を生じさせる磁石部
材と、 前記磁気光学素子からの出射光を入射して出射させる第
２の偏光子とを有し、 前記磁気光学素子を前記磁石部材に保持するための固着
手段として、硬化後に弾性を具備する接着手段を用いた
ことを特徴とする構成。

［作用］ 前記構成において、前記磁気光学素子を前記磁石部材に
保持するための固着手段として、硬化後に弾性を具備す
る接着手段を用いたことにより、製造の際において、接
着手段の硬化時に磁気光学素子に有害な応力が加わった
り、あるいは、光アイソレータを使用する際の環境温度
の変化に伴う磁石部材と磁気光学素子との熱膨張差によ
る光軸ずれ等が生ずるおそれがなく、常時安定した性能
を維持できるようになった。

これは、本発明者等が解明した以下の事実に基づくもの
である。

すなわち、従来の光アイソレータの欠点の原因を究明し
た結果、磁石部材に固定された磁気光学素子に位置ずれ
による光軸ずれが生じ、あるいは、磁気光学素子に有害
な応力が加わり、これによって複屈折が生じ、透過する
レーザ光の波面に位相差が生じてアイソレーションの低
下や挿入損失の増大を招いていることが判明した。

さらに、この原因を究明したところ、前記磁気光学素子
を磁石部材に固定するに際し、組み付は後のガタ等を防
止して寸法精度を維持するために、がっちりと固定でき
る固定手段、例えば、ある種の熱硬化性のエポキシ樹脂
系接着剤等を用いて強固に固定していた点が原因である
ことがわかった。

すなわち、この従来使用していた接着剤は硬化後は完全
に硬くなり、また、硬化の際に、収縮等により磁気光学
素子に有害な応力が加わるおそれがあった。このなめ、
残留応力により複屈折が生じ、透過するレーザ光の波面
に位相差が生じてアイソレーションの低下や挿入損失を
増大させる場合があった。

さらに、前記接着剤が硬化後に完全に硬くなることから
、前記磁気光学素子と磁石部材とは硬く接合されること
になる。ところが、−船釣に、前記磁気光学素子と磁石
部材とは互いの熱膨張係数が著しく異なる。例えば、磁
気光学素子としてよく用いられるＦＲ−５硝子（ＨＯＹ
Ａ株式会社の商品名）の熱膨張係数は、４　Ｘ　１０−
６／’Ｃであるのに対し、磁石部材として用いられるＳ
ｍ−Ｃ。

系永久磁石の熱膨張係数は、１４ｘ　１０−６／”Ｃで
ある。このため、環境温度が変化した場合、前記磁気光
学素子と磁石部材の熱膨張差により、光軸ずれが生じて
いたものである。

本発明者等は。上記不都合を解消するため、種々の方法
を試みた結果、極めて単純な方法、すなわち、前記磁気
光学素子と磁石部材とを接着する接着剤として、硬化後
に弾性を有する接着手段を用いることが最も効果的であ
るとの結論にいたったものである。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例にかかる光アイソレータの縦
断面図、第２図は第１図におけるＩ−Ｉ［線断面図であ
る。以下これらの図を参照しながら、本発明の一実施例
を詳述する。

これらの図において、符号１は略円柱状の磁気光学素子
、符号２は前記磁気光学素子１内に磁界を形成するため
の磁石部材、符号３は前記磁気光学素子１を磁石部材に
固着するための接着手段、符号４は第１の偏光子、符号
５は第２の偏光子、符号６は前記磁石部材２を収容する
ケース、符号７は前記ケース６の前方側板、符号８は前
記ケース６の後方側板である。

前記磁気光学素子１は、例えば、ＦＲ−５硝子（ＨＯＹ
Ａ株式会社の商品名）等を円柱状に形成し、両端面の一
部を、光軸と垂直な面に対して所定の角度をなし、かつ
、互いに平行になるように形成してそれぞれの面に反射
膜１ａ及び１ｂを形成したものである。

また、前記磁石部材２は、Ｓｍ−Ｃｏ系永久磁石を略直
方体状に形成し、その中心部に、相対向する一対の面ど
うしをむすんで貫通する貫通孔２ａを設け、この貫通孔
２ａに前記磁気光学素子１を挿入するようにしたもので
ある。なお、これら相対向する一対の面の一方の側に磁
石のＮ極が、他方の側にＳ極が形成され、これにより、
前記磁気光学素子１内に、該磁気光学素子１の光軸方向
に平行な磁界が形成されるようになっている。

前記磁気光学素子１は、前記磁石部材２の貫通孔２ａ内
に接着手段３により固着されている。

この接着手段３は、硬化後に適切な弾性を有するもので
あればよく、例えば、信越シリコーンＲＴＶ（室温硬化
）ゴムコンパウンドＫＥ４５６０（信越化学工業株式会
社の商品名）、あるいは、これに類似の性質を有する接
着剤を用いることができる。

なお、上述のゴムコンパウンドＫＥ４５６０の硬化後の
物理特性は以下の通りである。

■　伸び（＝最大引張強さまで引張ったときに伸びた長
さの元の長さに対する比を百分率で表したもの） ＫＨ２５６０ ｉｏｏ％（引張り強さ；１５Ｋｇ／ｃｍ２）（なお、従
来技術のエポキシ接着剤は、引張り強さが５２６　Ｋ　
ｇ　／　ｃ　ｍ２であって、そのときの伸びが２．３％
であった。） ■　ゴム状弾性体としての性質 ＪＩ、Ｓ　　ｋ６２００に規定されている内容と同じ ■　硬度 ＪＩＳ　　ｋ６３２１に規定されている内容と同じ ■　接着強度 １５Ｋｇ／ｃｍ２ 前記第１の偏光子４及び際２の偏光子５は、それぞれ前
記ケース６の前方側板７及び後方側板８に取り付けられ
ている。この場合、前記第１の偏光子４は、その光軸が
、前記磁気光学素子１の入射面、すなわち、第１図中左
端面の上方の反射膜が形成されていない面の中心部を通
るように前記前方側板７に固定されている。また、前記
第２の偏光子５は、その光軸が、前記磁気光学素子１の
出射面、すなわち、第１図中右端面の下方の反射膜が形
成されていない面の中心部を通るように前記後方側板８
に固定されている。さらに、前記第２の偏光子５は、そ
の偏光面を、前記第１の偏光子の偏光面から前記磁気光
学素子１内で直線偏光が回転される一定の角度（通常は
４５°）だけ回転した状態に設定されている。なお、こ
れら前方側板７及び後方側板８には、それぞれ前記第１
の偏光子４への入射光Ａを通過させる貫通孔７ａ並びに
前記第２の偏光子５からの出射光Ａ及び外部からの反射
光Ｂを通過させる貫通孔８ａが設けられている。

上述の光アイソレータにおいては、入射光Ａ（例えば、
波長８３０ｎｍのレーザ光）は、第１の偏光子４を透過
することにより直線偏光となって、磁気光学素子１に入
射する。

入射した直線偏光は前記磁気光学素子１内で、反射ｆｌ
ｉｌａ及び１ｂによって多重反射（本実施例では４回）
して前記第２の偏光子５に向けて出射する。その際、前
記直線偏光は、前記磁気光学素子１内の磁界の作用によ
るファラデー効果を受けてその偏波面を回転させられ、
出射光の偏波面が入射光の偏波面と一定角度（通常は４
５°）なすことになる。なお、上述のように、入射した
直線偏光を多重反射させているのは、入射光を多重反射
することにより、磁気光学素子１内での光伝搬光路ｐを
長くして、所定のファラデー回転角θ（θ＝ＶｆＪＨ：
ただし、■；ヴエルデ定数、Ｈ：磁界強度）を得るため
である。

こうして前記磁気光学素子１を出射した光は前記第２の
偏光子５に入射するが、この第２の偏光子５は、その偏
光面が、前記第１の偏光子４の偏光面から前記磁気光学
素子１内で直線偏光が回転される一定の角度（４５°）
だけ回転した状態に設定されているので、入射した直線
偏光をほぼそのまま透過して外部に出射する。

一方、前記第２の偏光子５には、該偏光子５から出射し
た光が外部の光ファイバーの端面等によって反射されて
生じた反射光（戻り光）Ｂが入射する。この反射光Ｂは
、前記第２の偏光子５によって直線偏光にされ、磁気光
学素子１に入射してその偏波面が一定角度（４５°）回
転されて第１の偏光子４に入射する。ところが、前記反
射光Ｂの偏波面は、前記第１の偏光子４の偏光面に対し
て、以下の関係にある。すなわち、前記第１及び第２の
偏光子４及び５の偏光面が互いになす角度に、さらに磁
気光学素子１によって回転された角度をプラスした角度
をなす関係であって、通常、この角度は９０’である。

したがって、反射光Ｂは、この第１の偏光子４を通過す
ることはできず、該第１の偏光子４によって遮断される
。すなわち、これによりアイソレーションの作用が得ら
れる。

第３図は光アイソレータの温度特性を示すグラフである
。図において、縦軸が出射光の光軸移動量（単位；ｍｒ
ａｄ＝ミリラジアン）、横軸が温度である。

なお、ここで、光軸移動量とは、前記第１の偏光子４か
ら入射して磁気光学素子１を通過して第２の偏光子５か
ら出射する光の進行方向が、基準の方向に対してなす角
度（単位；ミリラジアン）をいう。

第３図のグラフにおいて、口印のプロット点を結んだ曲
線が従来例を示し、Ｏ印のプロット点を結んだ曲線が本
実施例を示している。なお、ここにおける従来例とは、
前記第１図及び第２図における接着手段として、エポキ
シ樹脂系の接着剤、すなわち、効果後に完全に硬くなる
性質の接着剤を用いた場合である。

第３図のグラフから明らかなように、従来の光アイソレ
ータでは、Ｏ℃〜２５℃の温度変化により、Ｏ９９ｍｒ
ａｄ以上の光軸ずれが生じたのに対して、本実施例にあ
っては、Ｏ℃〜５５℃の温度変化に対して、光軸ずれが
０．１ｍｒａｄ以下であった。

このため、本実施例では、光軸ずれによる挿入損失の増
大等がなく、常に安定した低い挿入損失を維持できる。

また、アイソレーションを測定したところ、従来の光ア
イソレータでは、最大３３ｄＢ程度しか得られなかった
が、本実施例では、最大４０ｄＢ程度を得ることができ
た。

なお、前記実施例では、接着手段として、信越シリコー
ンＲＴＶ　（室温硬化）ゴムコンパウンドＫＥ４５６０
を用いた例を掲げたが、本発明は、これに限られるもの
でなく、硬化後に適当な弾性を備えたもの、すなわち、
外力により一旦変形−しても元に復帰するいわゆるエラ
スティック機能を備えたものであればよい、このエラス
ティック機能は、接着剤の引張り強さに比例し、本発明
の機能を果たすためには、引張り強さが数ｇ／Ｃｍ２程
度（前記実施例では、１５Ｋｇ／ｃｍ２）あれば充分で
あることが振動試験により確認されている。

なお、この確認試験の条件は以下の通りである。

振幅；２ｍｍ 周波数；　１０）（ｚ　、　５０Ｈｚ 振動方向、ＸＹＺ方向 時間；３時間 また、前記実施例では、磁気光学素子としてＦＲ−５を
用いた例を掲げたが、これも、例えば、イツトリウム鉄
ガーネット単結晶（Ｙ　Ｉ　Ｇ”Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２）そ
の他の磁気光学素子材を用いてもよいことは勿論である
。

［発明の効果］ 以上、詳述したように、本発明は、磁気光学素子を磁石
部材に保持するための固着手段として、硬化後に弾性を
具備する接着手段を用いるという極めて簡単な構成によ
り、熱変化による光軸ずれや、有害な応力の作用による
位相ずれ等が生ずるおそれを防止し、常に安定して高い
アイソレーションが得られ、かつ、低い挿入損失を備え
た光アイソレータを得ることを可能にしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる光アイソレータの縦
断面図、第２図は第１図における■−■線断面図、第３
図は光アイソレータの温度特性を示すグラフである。 １・・・磁気光学素子、２・・・磁石部材、３・・・接
着手段、４・・・第１の偏光子、５・・・第２の偏光子
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入射光を偏光光にして出射させる第１の偏光子と、 この第１の偏光子から出射された偏光光を入射してファ
   ラデー効果により偏波面を回転させて出射させる磁気光
   学素子と、 この磁気光学素子を保持するとともに、該磁気光学素子
   内に磁界を形成してファラデー効果を生じさせる磁石部
   材と、 前記磁気光学素子からの出射光を入射して出射させる第
   ２の偏光子とを有し、 前記磁気光学素子を前記磁石部材に保持するための固着
   手段として、硬化後に弾性を具備する接着手段を用いた
   ことを特徴とする光アイソレレータ。