JPH04221922A - 偏光無依存型光アイソレータ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信等にお
ける反射戻り光の遮断機能を有する光学部品であり、光
の偏光方向に影響を受けない偏光無依存型光アイソレー
タの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザを信号光源とする光通信，
光計測技術等の進歩に伴い、これまでは不可能であった
数百メガヘルツを越える高速高密度な伝送信号が、光フ
ァイバを経路として可能になってきたが、同時に結合レ
ンズ，光コネクタ，その他の光学部品から回帰する反射
戻り光が半導体レーザの発振モードに影響を及ぼすこと
もわかり、反射戻り光を遮断する各種の光アイソレータ
が提案された。

【０００３】一般的な光アイソレータは、半導体レーザ
光を光ファイバへ結合するモジュール部分に配置される
が、近年の光増幅技術の急速な進歩に伴って、ファイバ
間に挿入する光アイソレータの必要性が高まってきた。 ファイバ間を伝送されてくる光は偏光方向が一定ではな
いため、偏光方向に無関係な光アイソレータが必要であ
り、これまで各種の提案があった。

【０００４】例えば、図２はファラデー回転子と３個の
複屈折結晶板を用いた構造（特公昭６０−５１６９０号
公報参照）であり、図３はファラデー回転子のほか、２
個の複屈折結晶板と１個の旋光子を用いた構造（特公昭
５８−２８５６１号公報参照）である。これらの光学部
品が１個または２個のレンズを介してファイバに結合さ
れる。前者において複屈折結晶板１’　は１に対して１
／√２の厚さである。後者において１’と１は同厚であ
るが、１’　は１に対しｘ軸のまわりに１８０゜回転し
た構造であり、それらの間にファラデー回転子２，旋光
子３を配置した構成である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図２，図３の構成は、
逆方向の光が複屈折結晶板１の厚みに比例した分離幅を
とり、入射光線軸から見た常光，異常光の変位幅が消光
特性を決定する。したがって、十分高い消光特性を得る
には複屈折結晶板の厚みを大きくしなければならないし
、フアイバ間の光学結合損失も大きくなる欠点がある。 しかも図３の構成は旋光子を必要とするが、工業規模で
生産されている代表的な旋光物質の水晶を用いると、４
５゜偏光面を回転するには１．３μｍ帯で約４゜／ｍｍ
の旋光能だから１１．２５ｍｍ程度必要とし、小型構成
には向かない。

【０００６】一方、図４は代表的な偏光無依存型光アイ
ソレータの構造を示す。この構造はレンズ間にテーパ状
の一対の複屈折結晶板４を配し、常光，異常光が逆方向
ではテーパ角度に起因するある角度で出射されるため、
単純，小型な構造で高い消光特性が得られる。しかしテ
ーパ状複屈折結晶板を加工する煩雑さ、複雑な光線経路
を追跡しながら調芯して組立てる微妙な組立技術を要す
る等の量産面の欠点があった。本発明は以上に説明した
ような従来構成の欠点を補い、高性能かつ小型，調整の
簡素化，単純構造および経済的な低価格化を同時に実現
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の構成要素
を示すものである。結晶光軸が表面に対して傾いた複屈
折結晶板Ｐ１とファラデー回転子Ｆ，Ｐ１より厚みが√
２　倍で、光線軸に垂直な断面が小さく、光線軸の回り
に４５゜回転して配置される複屈折結晶板Ｐ２、および
直角をなす二面が鏡面Ｒに形成された直角プリズムＭの
順に光線軸上に構成され、直角プリズムＭの直角をなす
二面が入射光に対して１／２　直角をなすようにして、
光線軸の回りに同様に４５゜回転して配置することによ
り、複屈折結晶板Ｐ２から出射された光線を直角プリズ
ムで折返し、複屈折結晶板Ｐ２は透過せず、ファラデー
回転子Ｆおよび複屈折結晶板Ｐ１へ回帰する構造の偏光
無依存型光アイソレータである

【０００８】本発明では、遮断方向光の入射光線軸上か
らの分離は、複屈折結晶板Ｐ２による分離効果と直角プ
リズムＭにおける反射効果に起因するもので、分離幅は
常光，異常光とも従来の平行平板型複屈折結晶板を用い
た構成の√２　倍となり、高い消光特性が実現される。

【０００９】図５は、本発明の動作原理を偏光方向の変
化から説明するものであり、（ａ）　は透過方向、（ｂ
）　は遮断方向から光線を導入したときの偏光状態であ
る。■から■の記号は図１に示されるように、透過方向
光線の通過順番を意味する。したがって、遮断方向から
きた光は■から■へ進行する。（ａ）　においては、Ｍ
で２回反射した偏光成分はＰ２を透過しないように配置
されており、そのままＦ，Ｐ１へ戻るため入射時点とは
９０゜偏光方向が回転するが、いかなる偏光状態でもこ
の関係が保存されるため偏光無依存型光アイソレータと
して動作することがわかる。

【００１０】遮断方向光線は（ｂ）　で示されるように
Ｐ１の厚さをＤとし、Ｐ１による常光，異常光の分離幅
をｄとすれば、ほぼｄ＝Ｄ／１０だけ異常光が紙面上方
へずれ、さらにＦを透過すると時計方向に４５゜偏光方
向が回転する。この時点で透過方向の場合とは完全に９
０゜偏光方向が異なる。次にＰ２が欠損した空間を伝搬
し■面に入り、対称配置に転換した状態で反射されてＰ
２へ向かう。

【００１１】透過方向（ａ）　の■面に示すように、入
射光線位置を原点にとり、紙面横方向をｘ軸、上下方向
をｙ軸とすれば、遮断方向光線が■面に達したときの光
線位置は異常光が入射光線軸上原点にあり、常光がｘ軸
上−ｄの点上に位置する。■面に達したときは異常光だ
け原点からｙ＝ｘ線上√２ｄ、座標点（ｄ，ｄ）まで移
動する。Ｆを透過すると、偏光方向はさらに４５゜時計
方向に旋回するので、Ｐ１に対して常光，異常光の関係
が逆転し、■面まで座標点（−ｄ，０）に位置した常光
成分がＰ１を透過後に座標点（−ｄ，−ｄ）へ移動する
。

【００１２】結局、常光，異常光とも原点、すなわち入
射光線軸上から√２　ｄの位置に出射し、遮断されるこ
とになる。このとき光線をガウス分布と仮定したとき、
分布広がりを考慮した移動幅を考えれば消光特性と、複
屈折結晶板の厚みや全体構成が決定できる。

【００１３】また、図２，図３の構成はファラデー回転
子の楕円成分が存在する場合、入射光線軸上をそのまま
回帰するため消光特性がファラデー回転子の楕円成分に
支配される。しかし本発明では、図５（ｂ）　を基に検
討すると（図中小さな矢印で表記したもの）、主な楕円
成分はファラデー回転子を透過する毎に発生するので図
中■面と■面で２回生ずるので、全部で４種の楕円成分
光が発生することになる。しかし■面に見られるように
、４種の楕円成分光がすべて原点からｄだけ分離した位
置に落ち着き、入射光線軸上へ戻ることはない。すなわ
ち、原理的に従来の複屈折結晶板方式では不可能であっ
た高い消光特性が、本発明により容易に実現できる。

【００１４】

【実施例】光源は本構成の中間点の直角プリズム反射鏡
Ｍでビームウェィストを有するファイバコリメータを採
用し、出射点の光束が約１００μｍである、１３１０ｎ
ｍの波長帯を用いた。またビームウェィスト点における
ビーム径は約８０μｍであった。複屈折結晶板Ｐ１は断
面２ｍｍ×２ｍｍ、厚さ２ｍｍで、Ｐ２は断面２ｍｍ×
１ｍｍ、厚さ２．８３ｍｍのルチル単結晶を用いた。結
晶光軸は断面に対して約４５゜の方位になるよう切り出
した。直角プリズム反射鏡Ｍは２ｍｍ立方体を対角線で
分割した直角プリズムの２面が反射鏡になっているコー
ナキューブを採用した。ファラデー回転子はＬＰＥ成長
によるＢｉＲＦｅ系ガーネツト膜（２ｍｍ×２ｍｍ、厚
み約２００μｍ）を用い、Ｓｍ−Ｃｏ磁石で飽和磁化し
た。

【００１５】最初に、無調整でＰ１とＦを一体化し、予
め鏡面対称点に入出射光が動作する位置に調整されたＰ
２とＭの一体部品を調整し、Ｐ１に入射側ファイバコリ
メータを固定し、出射側ファイバコリメータを移動して
出射点を検出した後にＰ１，ＦおよびＰ２，Ｍを固定し
、次に出射側ファイバコリメータを接続した。光学部品
の表面は反射防止処理を施してある。この構成の場合、
入射光線軸上からの常光，異常光のシフト幅は約２８０
μｍあり、ガウス光線の裾野部分を計算から考慮しても
十分な消光特性がとれる。

【００１６】光アイソレータの特性は、ピッグテイル−
ファィバ間の挿入損失は２．４ｄＢ　であり、逆挿入損
失は４２ｄＢであった。挿入損失はほとんどがファイバ
コリメータ間の結合損失で約２ｄＢあり、さらに結合系
を調整すれば向上する。

【００１７】

【発明の効果】本発明は比較的単純な構造で小型高消光
特性が得られると共に、複屈折結晶板の使用量も少ない
ことから、低価格な偏光無依存型光アイソレータを提供
するものであり、今後発展が期待されている光増幅技術
、特にＥｒドープファイバ光増幅を用いた光伝送に多大
な貢献が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光無依存型光アイソレータの斜視図
である。

【図２】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成図で
ある。

【図３】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成図で
ある。

【図４】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成図で
ある。

【図５】本発明における透過方向（ａ），遮断方向（ｂ
）の各光学素子間の常光，異常光の偏光方向の変化を示
す図である。

【符号の説明】

１　　複屈折結晶板 １’　複屈折結晶板 ２　　ファラデー回転子 ３　　旋光子 ４　　テーパ状複屈折結晶板 Ｐ１　　複屈折結晶板 Ｐ２　　複屈折結晶板 Ｆ　　ファラデー回転子 Ｍ　　直角プリズム Ｒ　　鏡面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　結晶光軸が表面に対して傾いた第一の
   複屈折結晶板，偏光面を４５゜回転するためのファラデ
   ー回転子，第二の複屈折結晶板および直角プリズムの順
   に光線軸上に配置され、前記第二の複屈折結晶板は第一
   の複屈折結晶板より光線軸に垂直な断面積が小さく、か
   つ√２倍の厚みをなし、光線軸の回りに４５゜回転して
   配置し、前記直角プリズムは直角をなす二面が鏡面に形
   成され、かつ光線軸に対して１／２　直角をなし、光線
   軸の回りに同様に４５゜回転して配置することにより、
   前記第二の複屈折結晶板から出射された光線を直角プリ
   ズムで折返し、第二の複屈折結晶板は透過せずに、前記
   ファラデー回転子および第一の複屈折結晶板へ回帰する
   ことを特徴とした偏光無依存型光アイソレータ。