JPH04241314A - 光アイソレ一タ - 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】本発明は光アイソレータの改良に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体レーザ等を光源として
用いる光通信、書込み可能なビデオディスク等では光フ
ァイバ、レンズ系、コネクタ類の端面からの反射光を防
止する装置として光アイソレータを用いていた。

【０００３】図２は従来の光アイソレータの一例を示す
もので、図中、１，２は複屈折結晶素子、３は半波長板
、４はファラデー回転子（磁気光学結晶）、５は永久磁
石、６はケース、７は光入力部、８は光出力部である。 この光アイソレータにおける光の伝搬のようすを図３に
従って説明する。

【０００４】図３（ａ）　は光が順方向に入射した場合
の偏光（偏波面）のようすを示すもので、入力光１０は
複屈折結晶素子１を通過後、屈折しない偏光成分である
常光成分１１ａ及び屈折する偏光成分である異常光成分
１１ｂの２つの直交した偏光の光に分離される。この２
つの光成分１１ａ，１１ｂは半波長板３を通過し、これ
によってその偏光がそれぞれ４５度回転され（１２ａ，
１２ｂ）、さらに永久磁石５（ここでは図示せず）によ
り矢印方向の磁場Ａが加えられたファラデー回転子４を
通過し、これによってその偏光がさらにそれぞれ４５度
回転される（１３ａ，１３ｂ）。従って、ファラデー回
転子４から出力される光１３ａ，１３ｂは入力光１０に
対して偏光が９０度回転している。複屈折結晶素子２は
その結晶軸が複屈折結晶素子１に対して９０度ずらして
配置されており、前記光１３ａ及び１３ｂはそれぞれ複
屈折結晶素子２に対して異常光成分及び常光成分となる
ため、合成され、出力光１４として出力される。この出
力光１４は入力光１０に対して偏光が９０度回転してい
る。

【０００５】図３（ｂ）　は光が逆方向に入射した場合
の偏光のようすを示すもので、入力光２０は複屈折結晶
素子２を通過後、常光成分２１ａ及び異常光成分２１ｂ
の２つの直交した偏光の光に分離される。この２つの光
成分２１ａ，２１ｂはファラデー回転子４を通過し、こ
れによってその偏光がそれぞれ４５度回転され（２２ａ
，２２ｂ）、さらに半波長板３を通過し、これによって
その偏光がそれぞれ４５度回転される（２３ａ，２３ｂ
）。 ここで、ファラデー回転子４による偏光の回転方向はフ
ァラデー回転のもつ非相反性のため、光の入射方向に拘
らず磁場Ａの方向によってのみ決まり、この場合、ファ
ラデー回転子４による回転方向と半波長板３による回転
方向とは逆になる。従って、半波長板３から出力される
光２３ａ，２３ｂは複屈折結晶素子２から出力される光
２１ａ，２１ｂに対して偏光が回転しない。前記光２３
ａ及び２３ｂはそれぞれ複屈折結晶素子１に対して常光
成分及び異常光成分となるため、該光２３ａは直進し（
２４ａ）、また、光２３ｂは順方向の入射時と逆方向に
位置が変えられる（２４ｂ）。この出力光２４ａ，２４
ｂは順方向に入射した時の位置２５と異なる位置にそれ
ぞれ出力される。

【０００６】従って、図２における光入力部７をピンホ
ール状にすれば、逆方向の入力光、即ち反射光を遮断す
ることができる。このようにして光アイソレータは順方
向にしか光を通さず、入射する光の偏光に依存しない。

【０００７】図４は前記光アイソレータにおける光の進
路を示すもので、同図（ａ）　は順方向に光が入射した
場合、同図（ｂ）　は逆方向に光が入射した場合のもの
をそれぞれ示している。図中、●（黒丸）は異常光成分
、｜（縦線）は常光成分をそれぞれ示しており、光入力
部７より入力された光は偏波に拘らず光出力部８へ出力
されているが、光出力部８より入力された光はいずれの
偏波の光も光入力部７からずれた位置に出力されている
。この光アイソレータは光の完全な遮断ではなく、光の
スポット位置の変化を利用しているとも言える。

【０００８】また、他の従来例として、半波長板３を用
いず、複屈折結晶素子２の代りに２つの複屈折板を組合
せることにより、偏光方向が９０度異なる２つに分離し
た光を合成するようになしたもの（特公昭５８−２８５
６１号公報参照）もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記ファラ
デー回転子４のファラデー回転角には波長依存性がある
。このため、前記光アイソレータでは入力光の波長が変
化すると、該ファラデー回転子４による偏光回転角が４
５度からずれてしまい、光入力部７に光が戻ってしまう
、即ちアイソレーションが急激に低下してしまうという
問題があった。

【００１０】本発明は前記従来の問題点に鑑み、入力光
の波長に依存せず、反射光を防止し得る光アイソレータ
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、請求項１として、光の常光成分及び異常光
成分を分離又は合成する２つの複屈折結晶素子と、前記
２つの複屈折結晶素子の間に配置されたファラデー回転
子と、前記２つの複屈折結晶素子の間に配置され且つ前
記ファラデー回転子の波長特性と同様な特性を有する偏
光回転子と、前記ファラデー回転子による偏光の回転が
順方向に入射された光に対して前記偏光回転子による偏
光の回転と同一方向になるような磁場を該ファラデー回
転子に加える磁場発生手段とを備えた光アイソレータ、
また、請求項２として、偏光回転子として、単位長さ当
りの波長特性がファラデー回転子の波長特性と同様な変
化を示す部材を該ファラデー回転子の波長特性と同様な
特性が得られる長さに構成したものを備えた請求項１記
載の光アイソレータを提案する。

【００１２】

【作用】本発明の請求項１によれば、順方向に入射され
た光は一の複屈折結晶素子で常光及び異常光に分離され
、それぞれの偏光がファラデー回転子で４５度回転され
、また、偏光回転子で同一方向に所定の角度回転され、
これによって他の複屈折結晶素子で合成されて出力され
る。また、逆方向に入射された光は一の複屈折結晶素子
で常光及び異常光に分離され、それぞれの偏光がファラ
デー回転子で４５度回転され、また、偏光回転子で逆方
向に所定の角度回転され、これによって他の複屈折結晶
素子で入射位置と異なる位置にそれぞれ分離されて出力
される。また、基準となる波長と異なる波長の光が入力
された場合、逆方向に入射された光についてはファラデ
ー回転子で生じる偏光回転角の変化分が偏光回転子で生
じる偏光回転角の変化分で相殺される。

【００１３】また、請求項２によれば、単位長さ当りの
ファラデー回転子の波長特性と同様な変化を示す部材に
より、ファラデー回転子の波長特性と同様な特性を有す
る偏光回転子を構成することができる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の光アイソレータの第１の実施
例を示すもので、図中、従来例と同一構成部分は同一符
号をもって表す。即ち、１，２は複屈折結晶素子、４は
ファラデー回転子、５は永久磁石、６はケース、７は光
入力部、８は光出力部、９は偏光回転子である。ここで
、偏光回転子９としては水晶等の旋光性の媒質を考える
。

【００１５】まず、この光アイソレータにおける基準と
なる波長の光の伝搬のようすを図５に従って説明する。

【００１６】図５（ａ）　は光が順方向に入射した場合
の偏光のようすを示すもので、入力光３０は複屈折結晶
素子１を通過し、常光成分３１ａ及び異常光成分３１ｂ
の２つの直交した偏光の光に分離される。この２つの光
成分３１ａ，３１ｂは偏光回転子９を通過し、これによ
ってその偏光がそれぞれ所定の角度、例えばα度だけ回
転され（３２ａ，３２ｂ）、さらにファラデー回転子４
を通過し、これによってその偏光がさらにそれぞれ４５
度回転される（３３ａ，３３ｂ）。複屈折結晶素子２は
ここではその結晶軸が複屈折結晶素子１に対して（α＋
４５）度ずらして配置されており、前記光３３ａ及び３
３ｂはそれぞれ複屈折結晶素子２に対して異常光成分及
び常光成分となるため、合成され、出力光３４として出
力される。

【００１７】図５（ｂ）　は光が逆方向に入射した場合
の偏光のようすを示すもので、入力光４０は複屈折結晶
素子２を通過後、常光成分４１ａ及び異常光成分４１ｂ
の２つの直交した偏光の光に分離される。この２つの光
成分４１ａ，４１ｂはファラデー回転子４を通過し、こ
れによってその偏光がそれぞれ４５度回転され（４２ａ
，４２ｂ）、さらに偏光回転子９を通過し、これによっ
てその偏光がそれぞれ−α度回転される（４３ａ，４３
ｂ）。前記光４３ａ及び４３ｂはそれぞれ複屈折結晶素
子１に対して常光成分及び異常光成分となるため、該光
４３ａは直進し（４４ａ）、また、光４３ｂは順方向の
入射時と逆方向に位置が変えられる（４４ｂ）。この出
力光４４ａ，４４ｂは順方向に入射した時の位置４５と
異なる位置にそれぞれ出力される。

【００１８】一般に、旋光性媒質では媒質を通過した光
を反射させ、再度、該媒質を通過させた場合、偏光面が
元に戻るという性質を持っているため、光アイソレータ
に対して逆方向に入射した場合には偏光回転子９で−α
度だけ偏光が回転する。

【００１９】図６はファラデー回転子４及び偏光回転子
９の波長特性の一例を示すものである。同図（ａ）　は
ファラデー回転子４のファラデー回転係数−波長特性を
示し、ここでは１μｍ帯のアイソレータに使用されてい
るＹＩＧ及びＧａ−ＹＩＧの特性を示す。また、同図（
ｂ）　は偏光回転子４、ここでは水晶の偏光回転係数−
波長特性を示している。水晶の単位長さ当りの偏光回転
角ρ（ｄｅｇ／ｍｍ）は光の波長をλ（ｎｍ）とすると
、下記式で表される。

【００２０】 　　ρ＝７．２４８４×１０６　／λ２　＋１．２７６
３６　×１０８　／λ８　−０．２０４８図６によれば
、ファラデー回転子４及び偏光回転子９は共に光の波長
が大きくなればなるほど回転係数が小さくなり、その変
化も同様であることがわかる。従って、ファラデー回転
子４に加える磁場Ａの方向を該ファラデー回転子４によ
る偏光の回転が順方向に入射された光に対して偏光回転
子９による偏光の回転と同一方向になるように、言換え
れば逆方向に入射された光に対して偏光回転子９による
偏光の回転と逆方向になるように設定し、さらにファラ
デー回転子４及び偏光回転子９の長さを適当に調節すれ
ば、アイソレーションの波長依存性をなくすことができ
る。

【００２１】前記光アイソレータにおける基準となる波
長と異なる波長の光の伝搬のようすを図７に従って説明
する。

【００２２】図７（ａ）　は光が順方向に入射した場合
の偏光のようすを示すもので、入力光５０は複屈折結晶
素子１を通過し、常光成分５１ａ及び異常光成分５１ｂ
の２つの直交した偏光の光に分離される。この２つの光
成分５１ａ，５１ｂは偏光回転子９を通過し、これによ
ってその偏光がそれぞれ（α＋δ）度だけ回転され（５
２ａ，５２ｂ）、さらにファラデー回転子４を通過し、
これによってその偏光がさらにそれぞれ（４５＋δ）度
回転される（５３ａ，５３ｂ）。なお、δは波長変化に
よる偏光回転角の変化分である。従って、ファラデー回
転子４から出力される光５３ａ，５３ｂは入力光５０に
対して偏光が（α＋４５＋２δ）度回転している。前記
光５３ａ及び５３ｂは複屈折結晶素子２で合成され、出
力される（５４）が、前述したように複屈折結晶素子２
はその結晶軸が複屈折結晶素子１に対して（α＋４５）
度ずらして配置されているので、その光強度はファラデ
ー回転子４の出力光の光強度のｃｏｓ２　２δだけとな
る。

【００２３】図７（ｂ）　は光が逆方向に入射した場合
の偏光のようすを示すもので、入力光６０は複屈折結晶
素子２を通過後、常光成分６１ａ及び異常光成分６１ｂ
の２つの直交した偏光の光に分離される。この２つの光
成分６１ａ，６１ｂはファラデー回転子４を通過し、こ
れによってその偏光がそれぞれ（４５＋δ）度回転され
（６２ａ，６２ｂ）、さらに偏光回転子９を通過し、こ
れによってその偏光がそれぞれ−（α＋δ）度回転され
る（６３ａ，６３ｂ）。前記光６３ａ及び６３ｂはそれ
ぞれ複屈折結晶素子１に対して常光成分及び異常光成分
となるため、該光６３ａは直進し（６４ａ）、また、光
６３ｂは順方向の入射時と逆方向に位置が変えられる（
６４ｂ）。この出力光６４ａ，６４ｂは順方向に入射し
た時の位置６５と異なる位置にそれぞれ出力される。

【００２４】このように光が逆方向に入射した場合には
ファラデー回転子４による偏光回転角の変化分δを偏光
回転子９による偏光回転角の変化分δで相殺することに
より、入力光の波長が変化しても反射光が光の入射位置
に戻らないようにすることができる。

【００２５】図８は本発明の第２の実施例を示すもので
、ここでは第１の実施例において偏光回転子９の位置と
ファラデー回転子４の位置とを入替えたもので、その他
の構成及び動作は第１の実施例と同様である。

【００２６】図９は本発明の第３の実施例を示すもので
、ここでは入力光の偏光に依存しない光アイソレータ、
一般には光ファイバ間に使用される光アイソレータを提
供するものである。即ち、図中、７１，７２は光ファイ
バであり、それぞれの端部は光入力部７及び光出力部８
に接続されている。また、７３は光ファイバ間の光を結
合するためのレンズであり、光ファイバ７１より入力さ
れた光を集束して複屈折結晶素子１乃至２間を通過させ
、光ファイバ７２に出力する。なお、その他の構成及び
動作は第１の実施例と同様である。

【００２７】図１０は本発明の第４の実施例を示すもの
で、ここでは第３の実施例において偏光回転子９の位置
とファラデー回転子４の位置とを入替えたもので、その
他の構成及び動作は第３の実施例と同様である。

【００２８】図１１は本発明の第５の実施例を示すもの
で、ここでは第３の実施例においてレンズを２個用いた
ものである。即ち、図中、７４はレンズであり、光ファ
イバ７１より入力されレンズ７３により集束され、複屈
折結晶素子１乃至２間を通過した光を再度集束させ、光
ファイバ７２に出力する。なお、その他の構成及び動作
は第３の実施例と同様である。

【００２９】図１２は本発明の第６の実施例を示すもの
で、ここでは第５の実施例において偏光回転子９の位置
とファラデー回転子４の位置とを入替えたもので、その
他の構成及び動作は第５の実施例と同様である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
よれば、逆方向に入射される反射光については入力光の
波長の変化に基くファラデー回転子による偏光回転角の
変化分を同じく入力光の波長の変化に基く偏光回転子に
よる偏光回転角の変化分で相殺することができ、入力光
に対する波長依存性がない光アイソレータを実現するこ
とができる。

【００３１】また、本発明の請求項２によれば、単位長
さ当りのファラデー回転子の波長特性と同様な変化を示
す部材によりファラデー回転子の波長特性と同様な特性
を有する偏光回転子を構成することができ、入力光に対
する波長依存性がない光アイソレータを実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の光アイソレータの第１の実施例を
示す構成図

【図２】　　従来の光アイソレータの一例を示す構成図

【図３】　　図２の光アイソレータにおける光の伝搬の
ようすを示す説明図

【図４】　　図２の光アイソレータにおける光の進路を
示す説明図

【図５】　　基準となる波長の光の伝搬のようすを示す
説明図

【図６】　　ファラデー回転子及び偏光回転子の波長特
性の一例を示すグラフ

【図７】　　基準となる波長と異なる波長の光の伝搬の
ようすを示す説明図

【図８】　　本発明の光アイソレータの第２の実施例を
示す構成図

【図９】　　本発明の光アイソレータの第３の実施例を
示す構成図

【図１０】　　本発明の光アイソレータの第４の実施例
を示す構成図

【図１１】　　本発明の光アイソレータの第５の実施例
を示す構成図

【図１２】　　本発明の光アイソレータの第６の実施例
を示す構成図

【符号の説明】

１，２…複屈折結晶素子、４…ファラデー回転子、５…
永久磁石、６…ケース、７…光入力部、８…光出力部、
９…偏光回転子、７１，７２…光ファイバ、７３，７４
…レンズ、Ａ…磁場。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光の常光成分及び異常光成分を分離又
   は合成する２つの複屈折結晶素子と、前記２つの複屈折
   結晶素子の間に配置されたファラデー回転子と、前記２
   つの複屈折結晶素子の間に配置され且つ前記ファラデー
   回転子の波長特性と同様な特性を有する偏光回転子と、
   前記ファラデー回転子による偏光の回転が順方向に入射
   された光に対して前記偏光回転子による偏光の回転と同
   一方向になるような磁場を該ファラデー回転子に加える
   磁場発生手段とを備えたことを特徴とする光アイソレー
   タ。
2. 【請求項２】　　偏光回転子として、単位長さ当りの波
   長特性がファラデー回転子の波長特性と同様な変化を示
   す部材を該ファラデー回転子の波長特性と同様な特性が
   得られる長さに構成したものを備えたことを特徴とする
   請求項１記載の光アイソレータ。