JPH0412457B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーザ光源への帰還光を除去するた
めの光アイソレータに関する。

従来、光通信分野等で用いられてきた光アイソ
レータは、大きなベルデ定数を有する光学的に均
一なフアラデー媒質、例えば鉛ガラスやYIG（イ
ツトリウム・アイアン・ガーネツト）等を磁場の
強い環状の永久磁石で囲い、フアラデー媒質内部
の直線偏光面の回転角度が45°になるようあらか
じめ磁場の強さとフアラデー媒質の光路長を設定
し、フアラデー媒質の両端に所定の方位の偏光子
を配置して構成してきた。しかし、従来のフアラ
デー媒質が非常に高価であるため、アイソレータ
は、必要性が高いにもかかわらずその普及が阻ま
れてきた。これに対し、安価なフアラデー媒質と
して光フアイバを利用したものがある。しかし、
これは、光フアイバに導線をコイル状に巻きつけ
た構造であるため、均一な磁場を得るのが難しく
また導線に電流を流すため発熱する欠点があつ
た。

本発明の目的は、上記欠点を改善し、安価で信
頼度の高い実用的光アイソレータを提供すること
にある。

本発明の光アイソレータは、フアラデー媒質と
して円偏光保存フアイバを用い、貫通孔を具備し
貫通孔の中心軸に平行な方向に磁化された永久磁
石に、45°のフアラデー回転角が得られる長さ分
だけ該円偏光保存フアイバをトロイダルコイル状
に巻きつけ、該円偏光保存フアイバの両端に偏光
子を所定の方位に向けて配置した構成となつてい
る。

本発明の特長は、光フアイバをフアラデー媒質
に用いてアイソレータを構成することにより、低
価格化を実現できるうえに、信頼度が高く、寸法
や基本性能も従来のアイソレータよりも優れた実
用性の極めて高い光アイソレータを提供できる点
にある。

以下図面を用いて本発明を具体的実施例を詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例の構成図である。
環状の永久磁石１に円偏光保存フアイバ２がトロ
イダルコイル状に巻きつけられている。この状態
における光フアイバ内の磁場〓による偏光面の回
転角θは、光フアイバ内の光の伝搬方向をＺ、そ
の単位ベクトルを〓、光フアイバのベルデ定数を
ηとして線積分 θ＝∫dz η 〓・〓 (1) で与えられることが知られている。本発明では、
光フアイバを環状の永久磁石の囲りに第１図のご
とく一定方向に巻きつけているので、上記(1)式の
積分は、一周当りの積分値δθと、巻き数Ｎの積に
なる。第２図は、永久磁石１の断面図で、磁力線
２１、および上記の一周分に相当する積分路２２
を一緒に示してある。上記のδθへの寄与は、磁力
線と光フアイバ（積分路）がほぼ平行な磁石内部
と磁石外部とから生ずるが、それらの符号は逆で
あり、しかも以下で述べるごとく大きさが異る。
本発明のごとく環状の永久磁石を用いると、磁石
内部の磁場が外部よりも１桁前後は強いため、符
号の逆な磁石外部の積分値が、磁石内部の積分値
に比べほとんど無視できる。このため、有意のフ
アラデー回転を一周当りで生ぜしめうる。

これに対し、永久磁石として棒状のものを用い
ると、磁場の強度が空間的に対称のため、磁力線
にほゞ沿いながら光フアイバを巻くと、一周当り
の積分が前記の２つの項の打ち消し合いにより、
ほとんどなくなる。このため、有意のフアラデー
回転を生ぜしめることができない。

以上から、光フアイバのごとくηが一般に小さ
な媒質をフアラデー媒質に用いても、巻き数Ｎを
増やすことにより、容易に光アイソレータを構成
できることがわかる。

具体的にフアイバの材料として最も一般的な熔
融石英（SiO₂）を用いる場合、ベルデ定数は波
長1.3μｍにおいて約0.017（分／cm・ガウス）と小
さい。しし永久磁石として希土類を含むSm・Co
系のごとき高磁力の材料を用いると、磁石内部の
磁場は容易に10³ガウスに達するので、約３ｍの
光フアイバを永久磁石に巻きつけることにより容
易にθとして45°が得られる。この長さは、一周
当り３cmとしても、Ｎとしてたかだか100回程度
巻くだけで実現可能な数値であり、本発明により
コンパクトで低価格なフアラデー回転素子が光フ
アイバを用いて実現できることがわかる。

光アイソレータはこの環状永久磁石に巻きつけ
た光フアイバの両端に第１図のごとき偏光子３，
４を、フアラデー回転角45°のときの順方向の透
過率が最大になる方位に配置して構成される。

こうして入射側の偏光子３を透過する直線偏光
の入射光１１は、円偏光保存フアイバ２の中で永
久磁石１の磁場による45°の偏光面の回転を受け、
出射側の偏光子４を透過して出射光１２となる。
一方逆進して入射した直線偏光は、通常のアイソ
レータの場合と同様、入射端の偏光子３を透過で
きない偏光面に回転され、別の光路１４に除去さ
れる。

次に本発明の前述した特長のひとつである特性
の高信頼度性につき説明する。通常の等方的な光
フアイバを永久磁石に巻きつけた場合には、この
光フアイバ内部に曲げや引つ張りによる複雑な複
屈折を生じる。そのため直線偏光で光フアイバ内
に入射した光は、前記のフアラデー効果による偏
光面の回転に加え、このような複屈折による複雑
な偏光変化を受けるため、通常の等方的な光フア
イバを用いては事実上本発明の目的とする光アイ
ソレータを構成できない。これに対し、本発明の
ごとく、光フアイバとして円偏光保存フアイバを
用いると、光フアイバ内にあらかじめつくられた
大きな異方性のために、上記の曲げや引つ張りに
よる複屈折は事実上無視できる。この結果、磁場
がない場合に、外部からの機械的擾乱等の有無に
もよらず、よく知られているごとく直線偏光の偏
波面が光フアイバを伝搬中に回転し、直線偏光状
態が安定に保たれ、一定の偏光方向で入射した光
は、一定の偏光方向の直線偏光で出射端から出射
される。このような偏光特性は円偏光がこの光フ
アイバ内での基準モードであることによる。この
特性は、磁場が印加された場合のフアラデー回転
の基準モードが円偏光であるという特性と共通で
ある。この結果、この円偏光保存フアイバを用い
ることにより、曲げや引つ張りや外部擾乱の存在
下でも安定に直線偏光状態が保たれつつ、フアラ
デー回転を生じうることがわかる。この点が本発
明による信頼度の高い動作をもたらす。

一方、曲げ、引つ張りや外部擾乱による偏光変
化を単に防止するのみの目的ならば、直線偏光を
基準モードとする偏光保存フアイバを用いうる
が、その場合にはフアラデー回転による偏光面の
回転を生じると、光フアイバ内の複屈折性により
直線偏光状態を保てず、光アイソレータとして機
能しなくなる。

このように、円偏光保存フアイバを用いる場合
にのみ実用的な光アイソレータを光フアイバを用
いて構成できることが判る。

本発明の実施例としては、第１の実施例以外に
も別の構成が考えられる。例えば、第１図の偏光
子３，４は方解石のごときバルク材からなる偏光
子ではなく、導波路構造を有する偏光子であつて
もよい。むしろその方が寸法や他の光学素子との
接続の点で有利である。

第３図のごとき円偏光保存フアイバ２のクラツ
ドの一部に、コア部分５に達しない切断面６によ
りつくられた欠除部分を設けると、その部分が偏
光子の役割をはたすことが知られている。

このためこのような欠除部分を前記の永久磁石
に巻きつけた円偏光保存フアイバの両端に、切断
面の向きを配慮して設けることにより、前記の導
波路型の偏光子を有する光アイソレータが構成で
きる。偏光子として他の平面回路型の導波路型偏
光子をも用いうるのは自明のことである。

本発明に用いる光フアイバはシリカに限定され
るものではない。フアラデー効果を有する材料で
フアイバ化が可能なものは原理的に用いうる。鉛
ガラスや希土類を不純物に含むガラスはこの点で
有望な材料といえ、その場合光フアイバの必要長
は大幅に短縮される。

また、環状の永久磁石の具体的形状は円形に限
定されるものではなく、角形や楕円形でもよい。
また、むしろ筒状に近い形状の永久磁石を用いて
もよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す斜視図
である。 １……永久磁石、２……円偏光保存フアイバ、
３……入射端の偏光子、４……出射端の偏光子、
１１……入射光、１２……出射光、１４……別の
光路。 第２図は永久磁石の断面図である。 ２１……磁力線、２２……積分路。 第３図はフアイバ型の偏光子の構成図である。 ５……コア部分、６……切断面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 貫通孔を具備し、この貫通孔の中心軸に平行
   な方向に磁化されている永久磁石に、円偏光保存
   フアイバを、45度のフアラデー回転角が得られる
   長さ分だけトロイダルコイル状に巻きつけ、当該
   円偏光保存フアイバの両端に偏光子を所定の方向
   に向けて配置したことを特徴とする光アイソレー
   タ。