JPH03107916A - レーザ光線の光フアイバへの入力光学装置 - 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、半導体レーザから放射されるレーザ光線を
光ファイバへ反作用無しに入力するための光学装置に関
する。

［従来の技術］ 半導体レーザから発散して放射されるレーザ光線を光フ
ァイバ特に単一モードファイバへ反作用無く入力するた
めの光学袋とであって、レーザ光線の光路の中に第１の
光学レンズとこの光線の伝播方向に第１のレンズの後方
に配置された第２の光学レンズ並びに光アイソレータが
配置され、この光アイソレータがファラデー旋光器と少
なくとも一つの偏光子とから成り、第２のレンズがファ
ラデー旋光器の構成部分である装置は、欧州特許出願公
開：５０２７５Ｏｆ１８号（特開昭１１１３−１８２１
１１７　）公報から知られている。この装置により約−
３５ｄＢの遮断域減衰性が達成できる。ヘテロゲイン装
置により働く光伝送装置は極めて単色で周波数の安定し
たレーザ送信器及び局部発振器を必要とする。スペクト
ル線が反作用により広げられたレーザはこのためには採
用することができない（Ｒ。

Ｗ、　Ｔｋａｃｈ及び＾、　Ｒ，Ｃｈｒａｐｌｙｖｔ　
ｆ）論文「単一周波数１．５７ｚｍレーザにおける弱い
フィードバックによるライン幅拡大及びモード分裂（Ｌ
ｉｎｅｗｉｄｔｈｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｉ＋
ｏｄｅ　ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｗｅａｋ
ｆｅｅｄｂａｃｋ　　ｉｎ　ｓｉｎｇｌｅ−ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ　　１．５１Ｌｍ　　１ａｓｅｒｓ）Ｊ　１９
８６年ファイバ通信会議（ＯＦＣ）、アトランタ、ＭＩ
５、／１９Ｂ６年光通信欧州会議（ＥＣＯＣ）、バルセ
ロナ、第■巻、第１１〜１６ページ、７１９８７年光通
信欧州会議、第工巻、第３４９ページ参照）、ここでは
反作用の抑制従って少なくとも一７０ｃｌＢの遮断域減
衰性が必要である。

［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、少なくとも一７０ｄＢの遮断域減衰
性が達成可能であるような、半導体レーザから放射され
るレーザ光線を光ファイバへ反作用無く入力するための
光学装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この課題は前記の種類の装置においてこの発明に基づき
、第１のレンズと第１の光アイソレータとの間に第２の
光アイソレータが配置され、第２の光アイソレータが第
２のファラデー旋光器及び第１の偏光子に比べて高い遮
断域減衰性を有する第２の偏光子から成ることにより解
決される。

［作用効果］ この発明に基づく装置により、半導体レーザモジュール
の中に組み込まれ光ヘテロゲイン装置のために使用でき
る組み立て長さの非常に短い簡単でコンパクトな二重ア
イソレータが作られる。

付言すれば、シラサギらの論文「単一モードファイバの
ための光アイソレータ（ＯｐｔｉｃａｌＩｓｏｌａｔｏ
ｒ　ｆｏｒ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒ）　
Ｊ　１９８６年光通信欧州会講、バルセロナ、第■巻、
第１１〜１６ページから二つのファイバ端の間に配置す
べき二重アイソレータが知られており、この二重アイソ
レータは直列に接続された二つの光アイソレータから成
る。これらのアイソレータはそれぞれファラデー旋光器
及び複屈折性くさび板の形の二つの偏光子から成り、送
信方向への常光線がくさびでの屈折により受ける角度偏
向を第２のくさびにより補償するように、これらくさび
板は相対して配置されている。

これに対してこの発明に基づく装置は二つの偏光子しか
必要とせず、これらの偏光子のうち半導体レーザの近く
に配置された第２の偏光子が第１の偏光子より高い遮断
域減衰性を有しなければならず、第１の偏光子に対して
はただ一つの光アイソレータを備えた従来の装置が要求
する遮断域減衰性で十分である。

この発明に基づく装置の有利な構成によれば、二つのフ
ァラデー旋光器の中に第３の光学レンズが配置され（、
：＃求項２参照）、このレンズは平凸レンズとするのが
有利である（請求項３参照）、この構成により３レンズ
結合光学系が与えられ、この結合光学系により入力効率
に関する個々の要素の比較的大きい′ｔＪ８節公差が許
容され、モジュールの簡単な製作組み立てが可能となる
。

この発明に基づく装置では、ｔ５２の偏光子が複屈折性
材料のくさびから成るのが有利である（請求項４参照）
、高い遮断域減衰性を保証し製造が容易で非常にコンパ
クトなこのくさびは、確かに送信される光の屈折により
この光の角度誤差を発生させるが、この誤差は結合しよ
うとするファイバの調節により完全に補償できるので有
利である。レーザとファイバとの間の付加的な入力損失
がそれにより避けられる。ファイバの再調節によリ、角
度誤差を補償しなければならない別のくさびを省略する
ことができる。偏光子のための費用がそれにより低減さ
れる。

［実施例］ 次にこの発明に基づく入力光学装置の複数の実施例を示
す図面によりこの発明の詳細な説明する。

図示のすべての装置において、半導体レーザ１から発散
して放射される直線偏光レーザ光線は第１のレンズ３例
えばガラス製球レンズにより平行にされ、第２のレンズ
４又は第３のレンズ１２と第２のレンズ４とにより例え
ば単一モードファイバであるファイバ８の端面８１上に
集束される。

第１のレンズ３とファイバ８の端面８１との間にはレー
ザ光線の伝播方向Ｒに関して相前後して、まずｇＳ２の
光アイソレータ９１次に第１の光アイソレータ５がレー
ザ光線の光路上に配置されている。

第１の光アイソレータ５は第１のファラデー旋光器６及
びこの旋光器とファイバ８との間に配置された第１の偏
光子７から成る。供給される直線偏光の偏光面を４５°
回転させる第１のファラデー旋光器６は、第２のレンズ
４を形成するフェライト例えばＹＩＧ　（イツトリウム
鉄ガーネット）製の平凸レンズから成り、このレンズは
凸面４０を半導体レーザｌに向けかつ環状磁石６１によ
り囲まれている。

第１の偏光子７は例えば、伝播方向Ｈに斜めに角度を成
して配置されガラス製ブロック７１の巾に埋め込まれた
誘電体の多重層、従って干渉偏光子から成ることができ
る。

第２の光アイソレータ９は第２のファラデー旋光器１０
及びこの旋光器と第１のアイソレータ５との間に配置さ
れた第２の偏光子１１から成る。

第２のファラデー旋光器ｌＯは第３のレンズ１２を形成
するフェライト例えばＹＩＧ製板から成り、この板は環
状磁石１０１により囲まれている。

第１図に示す実施例ではレンズ１２は平行な平面１２１
，１２２を有し、一方このレンズ１２は第２図に示す実
施例の場合には平凸レンズとして構成され、その凸面１
２３は半導体レーザ１に向けられている・ 第２図に示す実施例では第１のレンズ３及びｗＳ２のフ
ァラデー旋光器ｌＯの第３のレンズ１２が共焦点レンズ
系を形成するのが有利であり、このレンズ系はレーザス
ポットを直接ファイバ上に結像せず比較的大きい中間ス
ポットを作る。第１のファラデー旋光器６の第２のレン
ズ４により中間スポットに適合する虚のスポットが作ら
れる。

虚の中間像を用いたファイバスポットの拡大により調節
公差の改善が達成される。

両ファラデー旋光器６．１０は直線偏光の平面をそれぞ
れ４５°、合計で９０°回転させるように配置されてい
る。

第２の偏光子１１は第１の偏光子７に比べて一層大きい
遮断域減衰性を有しなければならず。

その際第１の偏光子７は従来の単一アイソレータの場合
に偏光子が満たさなければならない条件を充足しなけれ
ばならない（チカマ、オナカ、キヨナガ、スヤマ、クワ
ハラの論文「広帯域分散回路網のための単一の分布帰還
形レーザを用いた光の周波数偏移キーイング伝送実験（
Ａｎ　０ｐｔｉｃａｌ　ＦＳＫＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏ
ｎ　　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　　Ｕｓｉｎｇ　　５ｏｌ
ｉｔａｒｙ　　ＤＦＢＬａｓｅｒｓ　ｆａｒ　Ｂｒｏａ
ｄ−Ｂａｎｄ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｎｅｔｗｏｒ
ｋｓ）Ｊ　１９８７年光通信欧州会議、第工巻、第３４
９ページ参照）、この条件によればファイバ８から戻っ
て来る排除すべき直線偏光に対する第１の偏光子の透過
率τｌは、偏光子７が遮断的に働く偏光成分に対して、
第１のファラデー旋光器６のフェライト材料の消衰係数
により小さくなければならない、フェライト材料の消衰
係数には、フェライト材料の応力複屈折により第１の偏
光成分からこの成分に対し直交する偏光面へ散乱する割
合を決定する。第１の偏光子７が遮断的に働く一方の偏
光成分に対し直交する他方の偏光成分は。

ｍｌの偏光子７を妨げられずに通過する。この他方の成
分のうちｋにより決まる割合が一方の偏光成分の偏光面
上へ散乱する。第１のファラデー旋光器６の後方でファ
イバ８から戻って来る光がｋにより決まる割合より著し
く大きくならないために、透過率で１はｋより小さくな
ければならない。

第２の偏光子１１は他方の偏光成分に対して遮断的に働
くが、一方の偏光成分は妨げられずに通過する。第１の
ファラデー旋光ＩｌＢからは、他方の偏光成分から一方
の偏光成分の偏光面へ散乱されｋにより決まる割合が、
第２の偏光子１１を通過して第２のファラデー旋光３１
０のフェライト材料に到達する。この材料中では、ｋに
より決まる割合のうちのこのフェライト材料の消衰係数
ｋｌ　により決まる割合が、他方の偏光成分の偏光面上
へ散乱する。従ってファイバ８から戻って来る光パワー
のうち、第２のファラデー旋光器１０の後方ではフェラ
イト材料中での散乱により引き起こされに−に’　によ
り決まる割合が得られる。

ファイバ８から戻って来る光が第２のファラデー旋光器
ｌＯの後方では、両液光器６、ｌＯのフェライト材料中
での散乱により生じる光より大きくならないために、ｋ
＜＜１及　びに’＜＜１の場合に、第２の偏光子１１が
遮断的に働く他方の偏光成分に対する第２の偏光子１１
の透過率で２はに＠に’　　より小さくなければならな
い、従って第２の偏光子１１が第１の偏光子６より大き
い遮断域減衰性を有することが必要であり、その際第１
の偏光子６に対しては従来の単一アイソレータの場合に
偏光子が有しなければならない遮断域減衰性で十分であ
る。に＝−３７ｄＢの値を有するＹＩＧ材料に対する消
衰係数の場合には。

τ２＜＜−７４ｄＢでなければならない。

両部光子の選択が正しい場合には、ＹＩＧ材料では半導
体レーザのＴＥモードへフィードバックされる光が係数
に２　＝−７４ｄＢだけ減衰され、これに反して単一ア
イソレータでは係数１（−＝　−３７ｄ　Ｂだけ抑制さ
れるにすぎない。

第１の偏光子７は有利にも単一アイソレータの要求を満
たすだけでよいので、そこで通常用いられるすべてのフ
イソレータ例えば干渉偏光子又は複屈折性材料例えば方
解石から成る板を用いることもできる。

第２の偏光子１１は二つのレンズの間の平行にされた光
路に設けられる。この範囲ではビームのスポット半径が
波長に比べて大きい、ここでは僅かしかレーザヘフィー
ドバックしないために、反射されるガウスビームの僅か
な角度偏向で十分である。角度偏向を発生させる偏光子
として例えば干渉偏光子、ロション偏光子、又は複屈折
性くさびが使用される。

干渉偏光子は経済的であり容易に製作できるが、−４０
ｄＢ未満の過小の遮断域減衰性を有するにすぎない、こ
の種の二つの偏光子を直列に配ｔしたときでさえ、遮断
域減衰性は一４０ｄＢより良くはならない、また三つの
直列接続された干渉偏光子では過大な透過損失が生じる
。

ロション偏光子及びこの種の偏光子はコンパクトであり
優れた遮断特性を示すが、その製造は非常に費用がかか
る。また異なる軸断面を有する二つの複屈折性くさびを
組み合わせなければならない、従って大きい製作費が相
応の高い部品価格を招く。

複屈折性くさびは著しく安価である。この種のくさびは
十分に高い遮断域減衰性を有する。このくさびでは常光
線及び異常光線が異なる大きさの角度偏向により相互に
分離される。唯一の欠点はファイバへ入射しようとする
常光線の望ましくない角度偏向にある。

この欠点はファイバ８の適当な調節により補償すること
ができ、常光線の偏向角が小さいときには入射損失が発
生しないことが見いだされた。

第３図に示す実施例の場合には、第２の偏光子１１が方
解石製のくさびから成る。

第３図に示す実施例の具体的な構成では、第１のレンズ
３が焦点距離ｆｌ＝０．５ｍｍを有するガラス製球レン
ズから成る。方解石製くさびはα＝２．８１’のくさび
角を有する。このくさびは常光線ｏｓｔを角度φｏ＝１
．３４°だけ偏向し、偏向された常光線ｏｓｔと偏向さ
れた異常光線との間の角度差Δφは０．４５°である。

第２のレンズ４は焦点距＠ｆ２　＝２．５ｍｍを有する
、φ０の角度に偏向された常光線ｏｓｔは第２のレンズ
４により、装置の光学軸Ａに対し平行にしかしながらこ
の軸Ａに対し ｘｏ　＝ｆ２　　・ｔａｎφｏ　＝５８．８μｍだけず
れた光線へ変換させられる。この軸のずれＸＱは軸Ａか
らのファイバ８の相応の軸ずれにより補償される。この
具体的構成は少なくとも一７４ｄＢの遮断域減衰性を有
する。

くさびの厚さは重要でないので、この偏光子１１を非常
に薄く例えば０．５ｍｍに構成することができる。この
ことは１２ｍｍ以下の装置の有利に短い組み立て長さに
貢献する。

複屈折性材料のくさびの形の偏光子１１は第２図に示す
実施例の場合にも用いることができる。

この発明に基づく装置は次のように働く、すなわち半導
体レーザｌから発散して放射され例えばＴＥモードで直
線偏光されたレーザ光線が第１のレンズ３により平行に
され、第２のファラデー旋光器ｌＯに当たり、この旋光
器は直線偏光の偏光面を４５°回転させる。第２の偏光
子１１はこの偏光面上の偏光に対しては透明であるよう
にａｍされているので、偏光は妨げられずこの偏光子１
１を通過して第１のファラデー旋光器６に到達し、この
旋光器は供給された直線偏光の偏光面を再び４５６回転
させるので、この旋光器６から出射する光の偏光面は当
初のＴＥモードの偏光面に比べて９０６回転している。

第１の偏光子７はこの平面上の偏光に対して透明である
ように調節されているので、偏光は妨げられずこの偏光
子７を通過してファイバ８へ到達し、偏光はファイバの
端面８１上に偏光は第２のレンズ４により集束される。

ファイバ８から戻って来る光はファイバ８内の弱い複屈
折性に基づき、相互に直交する二つの偏光成分に分解で
きる任意の偏光状態をとり、これらの成分のうち第１の
成分は当初のＴＥモードの偏光面に対し９０″回転した
平面上に偏光され、第２の成分は当初のＴＥモードの偏
光面上で振動する。

第１の成分は妨げられず偏光子７を通り抜けて第１のフ
ァラデー旋光器６へ到達し、この旋光器はこの第１の成
分の偏光面を４５°回転させる。

第２の成分に対しては第１の偏光子７が遮断的に働き、
すなわちこの偏光子７の低い透過率τｌにより決まるこ
の第２の成分の僅かなパワーの一部だけが第１のファラ
デー旋光器６の後方へ到達するにすぎず、この旋光器は
このパワーの一部の偏光面をも４５″回転させる。更に
ファラデー旋光器６のフェライト材料の消衰係数にくく
！により決まる第１の成分のパワーの一部が、この成分
の偏光面に対し垂直な偏光面上に散乱するので。

第２の偏光子１１には光パワーにおいて散乱された光の
分だけ僅かに減り４５″回転した偏光面を有する第１の
成分と第２の成分の僅かなパワーの一部とが到達し、第
２の成分の偏光面は第１の成分の４５°回転した偏光面
に対し垂直である。

τｌ＜ｋが選ばれているので、第２の偏光子１１に到達
する第２の成分の僅かなパワーの一部は主としてｋによ
り決定される。

第２の成分の僅かなパワーの一部は妨げられずに第２の
偏光子１１を通り抜けて第２のファラデー旋光器１０に
到達し、この旋光器はこの成分の偏光面を４５°回転さ
せ、かつそのフェライト材料の消衰係数に’＜＜１によ
り決まる第２の成分のパワーの一部がこの成分の偏光面
に対し垂直な平面上に散乱する。

４５°回転した偏光面を有する第１の成分に対しては第
２の偏光子１１が遮断的に働き、すなわち第２の偏光子
１１の低い透過率τ２により決まる第１の成分の僅かな
パワーの一部だけが第２のファラデー旋光器１０の後方
に到達するにすぎず、この旋光器はこのパワーの一部の
偏光面をも４５°回転させる。

従って第１のレンズ３へ到達するのは、光パワーにおい
て散乱された光の分だけ僅かに減少したｆＩＳ２の成分
並びに第１の成分の僅かなパワーの一部であり、ｉ２の
成分の偏光面は第２のファラデー旋光３１１０の後方で
は当初のＴＥモードの偏光面に対し垂直であり、かつこ
の僅かな光のパワーは主としてｋくく１により決まり、
またｔｊＳｌの成分はｉ２のファラデー旋光器１０の後
方では当初のＴＥモードの偏光面上で振動する。

τ２＜ｋ６に’が選ばれるので、第１のレンズ３に到達
する第１の成分のパワーの一部は主としてに−に’＜＜
ｋにより決まる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はそれぞれこの発明に基づく入力光
学装置の異なる実施例の軸方向断面図である。 １・・・半導体レーザ ３．４．１２・・・光学レンズ ５．９・・・光アイソレータ ６．１０・・・ファラデー旋光器 ７．１１・・・偏光子 ８・・・光ファイバ Ｒ・・・伝播方向

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体レーザ（１）から発散して放射されるレーザ
   光線を光ファイバ（８）へ反作用無く入力するための光
   学装置であって、レーザ光線の光路中に第１の光学レン
   ズ（３）とこの光線の伝播方向（Ｒ）に第１のレンズ（
   ３）の後方に配置された第２の光学レンズ（４）並びに
   第１の光アイソレータ（５）が配置され、この光アイソ
   レータがファラデー旋光器（６）と少なくとも一つの第
   １の偏光子（７）とから成り、第２のレンズ（４）がフ
   ァラデー旋光器（６）の構成部分である装置において、
   第１のレンズ（３）と第１の光アイソレータ（５）との
   間に第２の光アイソレータ（９）が配置され、第２の光
   アイソ レータが第２のファラデー旋光器（１０）及び第１の偏
   光子（７）に比べて高い遮断域減衰性を有する第２の偏
   光子（１１）から成ることを特徴とするレーザ光線の光
   ファイバへの入力光学装置。 ２）第２のファラデー旋光器（１０）の中に第３の光学
   レンズ（１２）が配置されていることを特徴とする請求
   項１記載の装置。 ３）第３のレンズ（１２）が平凸レンズであることを特
   徴とする請求項２記載の装置。 ４）第２の偏光子（１１）が複屈折性材料のくさびから
   成ることを特徴とする請求項１ないし３の一つに記載の
   装置。