JPH04225302A - ファイバー型光アイソレータ - 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、光ファイバー通信シス
テムの送信機の発光部において使用される半導体レーザ
の戻り光による干渉ノイズを防止するのに使用されるフ
ァイバー型光アイソレータに関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来レーザ等の発光源に対して戻ってくる
戻り光を防止するのに使用される光アイソレータは、ガ
ーネットに代表される磁気光学素子を利用して作られて
きた。そしてこの種の光アイソレータのメカニズムは、
該磁気光学素子に加えた磁界の磁界印加方向と該磁気光
学素子に入射させる光の入射方向を一致させた場合、該
入射光の偏光方向が時計方向に回転される機能（戻り光
に対しても非相反により同一方向に回転する）を利用し
たものである。即ち該機能を有する磁気光学素子を相対
的にニコル条件を４５°回転させた２つの偏光子で挾み
込むことにより光アイソレータが構成される。そしてこ
の光アイソレータへの戻り光は、入射側の偏光子に対し
てクロスニコルの条件となり除去されるのである。

【０００３】図６はこの種の光アイソレータの使用例を
示す図である。同図に示すようにこの光アイソレータ９
０は、その両端に結合レンズ９１，９２を配設し、結合
レンズ９１側にはレーザダイオード９３を配設し、結合
レンズ９２側には光ファイバー９４の入射側端面を配設
している。なお９５は光コネクタ、９６は光アダプター
、９７は他の光ファイバーであり、光コネクタ９５に光
アダプタ９６を接続することで光ファイバー９４に他の
光ファイバー９７が接続される。そしてレーザダイオー
ド９３から発射された光は、結合レンズ９１で平行光と
された後に光アイソレータ９０を透過し、結合レンズ９
２で集光され、光ファイバー９４のコア内に導入される
。一方該光ファイバー９４や光ファイバー９７の内部や
端面で散乱、反射等されて戻ってきた戻り光は、前記光
アイソレータ９０を通過するときに除去され、レーザダ
イオード９３には戻らない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の磁気光学素
子を用いた光アイソレータには以下のような欠点、問題
点があった。

【０００５】（ａ）　磁気光学素子や偏光子等の光学部
品をアッセンブルして製造するため、その加工及び調整
に時間と手間がかかる。

【０００６】（ｂ）　使用する磁気光学素子や偏光子等
の光学部品の価格が高く、前記（ａ）　と相まって非常
に高価なものとなってしまう。

【０００７】（ｃ）　偏光特性を利用しているため、該
光アイソレータを光ファイバーと光ファイバーの間に使
用する場合、損失が大きくなる（光ファイバーを通過し
てきた光は無偏光となっているため）。従ってこの場合
はＴＭ波とＴＥ波に分離しそれぞれ光アイソレータで回
転させてから合流するという構成にする必要があり、そ
の構造が非常に複雑なものとなる。

【０００８】（ｄ）　使用する磁気光学素子に対して磁
界を印加しておく必要があり、該磁気光学素子の外周に
筒状の磁石を取り付ける必要がある。このため光アイソ
レータの外径に対して有効開口径が小さくなる。例えば
光アイソレータの外径が３ｍｍのものでは、その有効開
口径は０．５ｍｍ程度である。

【０００９】（ｅ）　使用時において光源と光ファイバ
間に設置するため、設置時の結合光学系の調整が困難で
ある。

【００１０】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、光学系の調整が容易で、偏光依存性がなく、しか
も安価なファイバー型光アイソレータを提供するもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、クラッド８内にコア２を設け、光の入射側
端面３のコア径を出射側端面４のコア径よりも拡大した
構造のファイバーモジュール１０を多数個具備し、該多
数個のファイバーモジュール１０を径の拡大された側の
端面と拡大されていない側の端面同士が接合するように
順次連続的に融着接続してファイバー型光アイソレータ
１を構成した。

【００１２】また本発明は、クラッド内にコア３２を設
け、該コア３２の径を、光の入射側からみて急峻に拡大
する急テーパー部３４と、徐々に縮小する緩テーパー部
３５が多数交互に繰り返すように構成し、その入射側の
端面をコア径の拡大された部分で切断し、出射側の端面
をコア径の縮小した部分で切断することによってファイ
バー型光アイソレータ３０を構成した。

【００１３】

【作用】上記の如く本発明にかかるファイバー型光アイ
ソレータにおいては、多数接続されるファイバーモジュ
ールの光の入射側端面のコア径を出射側端面のコア径よ
りも拡大したので、入射光に対してはファイバーモジュ
ールの接続部において光はほとんど漏れず、そのほとん
ど全てが伝搬されていく。一方逆に戻り光はファイバー
モジュールの接続部において大径のコアから小径のコア
に導入されることとなるので、該接続部において該コア
内の戻り光はそのほとんどが入射側ファイバークラッド
内の方へ放射するため、除去される。そしてこの除去作
用はファイバーモジュールの接続部毎に行われるため、
十分なアイソレーションが得られる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１５】図１は本発明による第１の実施例を示す側
断面図である。同図に示すようにこのファイバー型光ア
イソレータ１は、ファイバーモジュール１０を多数個（
同図においては３個）融着接続することによって構成さ
れている。

【００１６】ここで図２は１つのファイバーモジュール
１０を拡大して示す側断面図である。同図に示すように
このファイバーモジュール１０は、円柱状のクラッド８
内にコア２を設けて構成されている。ここでこのコア２
にはコア拡大部５を設けることにより、入射光が入射す
る入射側端面３のコア径ｄ１が、出射側端面４のコア径
ｄ２よりも大きくなるように構成されている。なおこの
コア拡大部５においては、入射側端面３におけるコア径
を最も拡大し、該入射側端面３のコア径から出射側端面
４方向に向かって徐々にテーパー状にそのコア径を小さ
くし、最終的には出射側端面４側の細いコア径と同一に
されている。

【００１７】このコア拡大部５を有するファイバーモジ
ュール１０は、ゲルマニウム（Ｇｅ）をドープした石英
系ファイバーを熱処理することによって得られる。即ち
このファイバーモジュール１０を製造するには、例えば
光ファイバーのコアを拡大したい部分のクラッドの表面
にカーボンを蒸着し、これを真空炉内で１２００°Ｃ程
度で１０〜３０Ｈｒ熱処理する。これによって該熱を加
えた部分のコアにドープされたＧｅがクラッド内に拡散
し、該コアの径が拡大する。そして該熱処理部の中心部
（最も熱を加えて最もコア径が拡大した部分）と熱処理
を加えていない部分間で切断すると、上記コア拡大部５
を有するファイバーモジュール１０が得られる。

【００１８】そしてこのファイバーモジュール１０から
図１に示すファイバー型光アイソレータ１を製造するに
は、上記ファイバーモジュール１０を多数個用意し、該
多数個のファイバーモジュール１０の径の拡大された入
射側端面３と拡大されていない側の出射側端面４を次々
に連続的に融着接続機を用いて融着接続することによっ
て行う。

【００１９】ここで図５はこのようにして製造されたフ
ァイバー型光アイソレータ１の使用例を示す図である。 同図に示すようにこのファイバー型光アイソレータ１の
入射側には、レーザダイオード２０と有限共役長型の結
合レンズ２１が配設され、出射側には光コネクタ２２が
接続されている。なおこの光コネクタ２２には他の光フ
ァイバー２４が固定された光アダプタ２３が接続される
。

【００２０】そしてレーザダイオード２０から発射され
た光は、結合レンズ２１によってファイバー型光アイソ
レータ１の入射側端面に集光され、そのコア２内に導入
され、該ファイバー型光アイソレータ１内を伝搬され、
ほとんど光の損失のない状態で該ファイバー型光アイソ
レータ１の出射側端面から出射される。なおこの出射光
は光コネクタ２２と光アダプタ２３によって接続された
他の光ファイバー２４に入射される。一方光ファイバー
２４の端面やファイバー型光アイソレータ１内で反射等
された戻り光は、該ファイバー型アイソレータ１内を逆
方向に伝搬するが、この戻り光は該ファイバー型アイソ
レータ１内においてほとんどすべて除去され、前記レー
ザーダイオード２０には戻らない。

【００２１】以下その作用について図１に示すファイバ
ー型光アイソレータ１を用いて説明する。まず図１に示
すファイバー型光アイソレータ１の左端面からレーザ光
を入射する。このとき該入射されるファイバーモジュー
ル１０の入射側端面３におけるコア２の径は拡大されて
いるので、その入射は容易であり光のモレは少なく、結
合効率がよい。逆に言えば通常の光ファイバーのコアに
光を入射する場合に比較し、その結合条件が緩和される
。

【００２２】次にコア２内に導入された光は、該コア２
とクラッド８の境界面において反射し、モード変換しな
がら細径方向に絞り込まれる。

【００２３】そして該ファイバーモジュール１０の出射
側端面４から出射された光は、次のファイバーモジュー
ル１０の入射側端面３に入射する。このとき該出射側端
面４のコア２の径は、該入射側端面３のコア２の径より
もかなり小さいので、この接続部における光の漏れは少
なく光の損失は僅かである。またこのとき両コア２，２
はいずれも同一の屈折率なので端面反射による影響は無
視できる程度に小さい。従って該接続部分における光の
損失はほとんどない。

【００２４】以上のようにして入射光はほとんど損失が
ない状態で次々にファイバーモジュール１０内を伝搬さ
れていく。

【００２５】一方該ファイバー型光アイソレータ１内を
逆方向に向かう戻り光は、例えば図１の右端のファイバ
ーモジュール１０内に入射して、テーパー状に拡大する
コア２内を球面波に波面変換され、広がりながら伝搬す
る。そして該戻り光は該コア２の最も径の拡大された入
射側端面３から次のファイバーモジュール１０内に入射
されるが、該次のファイバーモジュール１０の出射側端
面４におけるコア２の径は小さいので、大部分クラッド
８内に出射するため、該コア２内に入射される戻り光は
少なく、ここでほとんどの戻り光はカットされる。そし
てここでカットされずに次のファイバーモジュール１０
の出射側端面４のコア２内に入射した光は、再び該次の
ファイバーモジュール１０内を広がりながら伝搬する。 そして該戻り光がさらに次のファイバーモジュール１０
のコア２内に入射する際にも上記と同様の理由によって
そのほとんどが除去される。このような除去作用は多数
本接続したファイバーモジュール１０の接続部分ごとに
行われるので、戻り光はほとんどすべて除去されること
となるのである。

【００２６】ここでこのファイバー型光アイソレータ１
に必要なアイソレーションは、各ファイバーモジュール
１０の両端面のコア径の差と、接続するファイバーモジ
ュール１０の個数によって定まる。即ちファイバーモジ
ュール１０の両端面のコア径の差があればある程、また
接続するファイバーモジュール１０の個数が多ければ多
い程、アイソレーションは大きくなる。

【００２７】また光の伝搬損失を小さくするには、図２
に示すコア拡大部５のコア２のテーパー角をむやみに大
きくはできず（損失が大きくなるため）、適度に設定す
る必要がある。即ちむしろ該テーパー角は緩くし、該フ
ァイバーモジュール１０の長さを長くすることによりそ
のコア径を拡大した方がよい。

【００２８】図３は本発明による第２の実施例を示す側
断面図である。この実施例においては、１本の光ファイ
バー内のコア径の拡大と縮小を繰り返させることによっ
てファイバー型光アイソレータ３０が構成されている。

【００２９】即ちこのファイバー型光アイソレータ３０
のコア３２は、光の入射側からみてその径が徐々に縮小
する緩テーパー部３５と、急峻に拡大する急テーパー部
３４を多数交互に繰り返すように構成されている。ここ
で、急テーパー部３４のテーパー角度は、該コア３２内
を入射光の進行方向とは逆方向に進む光が該テーパー面
において全反射する条件を超える角度としておくことが
望ましい。それによりそこでコアよりクラッド側に戻り
光が入射する。またこのファイバー型光アイソレータ３
０の入射側端面３６はコア３２の径の最も太い所でカッ
トされ、出射側端面３７はコア３２の最も細い所でカッ
トされている。

【００３０】このように構成しても、上記図１の実施例
と同様に、該ファイバー型光アイソレータ３０に入射す
る入射光は緩テーパー部３５でゆるやかに絞られた後に
急テーパー部３４で波面変換拡大され反射伝搬動作を繰
り返しながらコア３２内をほとんど損失なく伝搬する。

【００３１】一方該ファイバー型光アイソレータ３０を
逆方向に伝搬する戻り光は、緩テーパー部３５でコア３
２内を緩やかに広がりながら反射伝搬した後、急テーパ
ー部３４においてそのほとんどがコア３２からクラッド
内に漏れ、これによって次の緩テーパー部３５のコア３
２内に入射できる戻り光はかなり少なくなる。そしてこ
こでカットされずに次の緩テーパー部３５のコア３２内
に入射した光は、再び次の急テーパー部３４でそのほと
んどが除去される。このような除去作用は緩テーパー部
３５から急テーパー部３４への移行部において繰り返し
行われるので、戻り光はほとんどすべて除去されること
となる。

【００３２】このファイバー型光アイソレータ３０を製
造するには、例えばＧｅをドープした通常の石英系光フ
ァイバーを用意し、該光ファイバーのクラッド外周にカ
ーボンを蒸着する。このときカーボンの厚さ（黒色の明
度）は蒸着する場所によって異ならせる。即ちコア径を
最も大きくしたい所に最も厚くカーボンを蒸着し、その
他の部分にもコア径を大きくしたい程度に従って該カー
ボンの厚さを調整して蒸着する。そしてこの光ファイバ
ーを前記図１のファイバー型光アイソレータ１の場合と
同様に、熱処理すれば、このファイバー型光アイソレー
タ３０が得られる。その時のカーボン蒸着の１実施例を
図４に示す。

【００３３】このようにして製造されるファイバー型光
アイソレータ３０は、１本の光ファイバーによって構成
できるので、図１に示すファイバー型光アイソレータ１
と相違し、融着接続工程が不要となる。

【００３４】このファイバー型光アイソレータ３０にお
いて必要とされるアイソレーションは、急テーパー部３
４と緩テーパー部３５のテーパー角の大きさ、及びこの
ファイバー型光アイソレータ３０のファイバー長によっ
て調整できる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
るファイバー型光アイソレータによれば以下のような優
れた効果を有する。

【００３６】（ａ）　光ファイバーだけで構成できるの
で、部品点数が少なく、アッセンブルも容易であり、軽
量且つ低価格化が図れる。

【００３７】（ｂ）　従来の光アイソレータのように偏
光条件を利用していないので、偏光依存性が無い。従っ
てレーザダイオード等の光源部分にも、光ファイバーと
光ファイバーの間の部分にもそのまま使用できる。

【００３８】（ｃ）　接続するファイバーモジュールの
数やファイバー全体の長さを調整するだけで容易に必要
とするアイソレーションが得られる。

【００３９】（ｄ）　多数のファイバーモジュールを接
続する際に、コア径を拡大しない端面からコア径を拡大
した端面に光が入射するように接続したので、その接続
効率がよい。

【００４０】（ｅ）　ファイバー一体化構造で、温度波
長依存性、信頼性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例を示す側断面図であ
る。

【図２】ファイバーモジュール１０を拡大して示す側断
面図である。

【図３】本発明による第２の実施例を示す側断面図であ
る。

【図４】本発明による第２実施例におけるカーボン蒸着
の状態を示す図である。

【図５】ファイバー型光アイソレータ１の使用例を示す
図である。

【図６】従来の光アイソレータ９０の使用例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１　　ファイバー型光アイソレータ ２　　コア ３　　入射側端面 ４　　出射側端面 ５　　コア拡大部 ８　　クラッド １０　　ファイバーモジュール ３０　　ファイバー型光アイソレータ ３２　　コア ３４　　急テーパー部 ３５　　緩テーパー部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クラッド内にコアを設け、光の入射側端面
   のコア径を出射側端面のコア径よりも拡大した構造のフ
   ァイバーモジュールを多数個具備し、該多数個のファイ
   バーモジュールを径の拡大された側の端面と拡大されて
   いない側の端面が接合するように順次連続的に融着接続
   して構成されたことを特徴とするファイバー型光アイソ
   レータ。
2. 【請求項２】クラッド内にコアを設け、該コアの径は、
   光の入射側からみて急峻に拡大する急テーパー部と、徐
   々に縮小する緩テーパー部を多数交互に繰り返すように
   構成され、その入射側の端面はコア径の拡大された部分
   で切断され、出射側の端面はコア径の縮小した部分で切
   断されていることを特徴とするファイバー型光アイソレ
   ータ。