JPH04264514A - 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、半導体レーザを用いた
光ファイバ通信や光ディスクの入出力等における光学系
の反射戻り光を阻止するための光アイソレータに関し、
特に入射光の偏光方向に影響を受けない偏光無依存型の
光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信や光ディスクの入出等の
主要な光源である半導体レーザでは、それに結合される
光ファイバの端面や、光ファイバ同士の接続点、あるい
は結合レンズ，光コネクタ等の光学系からの反射戻り光
を受けると発振が不安定になり、雑音の増加や出力変動
等、動作特性が大幅に劣化することが知られている。こ
の反射光による半導体レーザの動作不安定性を解消し、
安定な光通信用光源を実現するために、これまでに各種
の光アイソレータが開発されている。

【０００３】偏光子，検光子としてローション・プリズ
ムを用い、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）単結晶
やＢｉ置換ガーネット等のファラデー回転子、このファ
ラデー回転子を順方向に磁化するためのＳｍＣｏなどの
孔あき永久磁石を用いて構成した光アイソレータが一般
に広く知られているが、このような構成の光アイソレー
タはある偏光面しか有効でなく、光アイソレータの偏光
方向に合致しない光が入射した場合には通過光が大幅に
損失するという欠点があった。これに対して、例えば、
光アイソレータを光ファイバ間に挿入して使用する場合
には、光ファイバ中を伝搬する光ビームは一般に直線偏
光が保たれていないので、偏光依存性のない光アイソレ
ータが望ましい。

【０００４】そこで、偏光方向に依存せずに全ての偏光
面に対してアイソレーション効果を示す構成として、ロ
ーションプリズムの代わりに方解石のような平板状複屈
折結晶による常光，異常光の分離／合成を利用した偏光
無依存型の光アイソレータが提案されている。例えば、
松本氏が提案した特開昭５５−２２７２９号公報には、
レンズ，第１の平板状複屈折結晶，１個の磁気光学材料
（ファラデー回転子），旋光性結晶（または異方性結晶
）、および第２の平板状複屈折結晶を入射側から順次配
置し、磁気光学材料を磁化するための永久磁石を有する
光アイソレータが示されている。また、例えば、今野氏
等が提案した特開平２−４６４１９号公報には、結晶光
軸が表面に対して傾いた第１の平板状複屈折結晶，偏光
面を４５°回転するための第１のファラデー回転子，第
１の平板状複屈折結晶に対し√２倍の厚さを有し、また
Ｘ軸を中心として１８０°回転した後、入射光線方向を
回転軸とし４５°回転して配置された第２の平板状複屈
折結晶，上記第１のファラデー回転子と同じ向きに磁化
された第２のファラデー回転子，第１の平板状複屈折結
晶と同一厚さを有し、かつ第２の平板状複屈折結晶に対
し入射光線方向を回転軸として４５°回転し第１の平板
状複屈折結晶の光軸と互いに９０°回転して配置した第
３の平板状複屈折結晶、およびファラデー回転子を磁化
するための永久磁石により構成された光アイソレータが
示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の光アイソレータでは、入射光がどのような
偏光状態であってもアイソレーション作用を有するが、
出射光の偏光面（偏波面）が入射光の偏光面と異なって
しまうという問題があった。例えば、上記の特開昭５５
−２２７２９号公報の光アイソレーションでは、偏光面
を４５°回転するためのファラデー回転子を１個だけ有
しているので、入射光の偏光面がそのファラデー回転子
からの作用を１回受けることとなり、入射偏光面が出射
側では４５°回転してしまう。同様に、上記特開平２−
４６４１９号公報の光アイソレーションは、偏光面を４
５°回転するための２個のファラデー回転子が同じ向き
に磁化されている構成であるので、入射光の偏光面がフ
ァラデー回転子からの作用を同一方向に２回受けること
となり、入射偏光面が出射側では９０°回転してしまう
。

【０００６】このように、光アイソレータの入射側と出
射側とで偏光面が保存されない状況においては、例えば
定偏波光ファイバ（偏波面保存光ファイバ）間に光アイ
ソレータを取付ける場合に、光ファイバを光線方向を軸
として４５°あるいは９０°回転させるなどの付加的な
調整およびそのための工夫が必要となるというような解
決すべき課題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上述の
点に鑑みて、入射光の偏光面に依存せずに、同時に偏光
面が出力側で変化（回転）しない高精度な偏光無依存型
の光アイソレータを提供することにある。

【０００８】上記目的を達成するため、本発明は、結晶
光軸が表面に対し傾いた第１の平行平板状複屈折性物質
、偏光面を回転させるための第１のファラデー回転子、
前記第１の平行平板状複屈折性物質に対し√２倍の厚さ
を有し、かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに１３
５°回転させた結晶光軸を有する第２の平行平板状複屈
折性物質、前記第１のファラデー回転子と逆向きに偏光
面を回転させる第２のファラデー回転子、前記第１の平
行平板状複屈折性物質と同一厚さを有し、かつ平行平板
面に対して垂直な軸の回りに９０°回転させた結晶光軸
を有する第３の平行平板状複屈折性物質、および前記第
１と第２のファラデー回転子を磁化するための永久磁石
とを具備したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、上記のように、第１のファラデー
回転子に対して逆向きに磁化された偏光面回転用の第２
のファラデー回転子を有しているので、入射光の偏光面
が第１のファラデー回転子から作用を受けて４５°回転
しても、次段の第２のファラデー回転子による−４５°
の回転により入射時の偏光面状態に戻される。従って、
本発明では、入射光の偏光面が出射側で実質的に回転せ
ず、偏光面が保存される。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例の光アイソレータ
の概略構成を示す。この光アイソレータは、第１平行平
板状複屈折結晶１，第１ファラデー回転子２，第２平行
平板状複屈折結晶３，第２ファラデー回転子４、および
第３平行平板状複屈折結晶５をこの順序で入射光の入射
方向に沿って配列した構成のものであり、上記ファラデ
ー回転子２，４を互いに異なる方向に磁化する永久磁石
６，７も有する。平行平板状複屈折結晶１，３，５とし
ては方解石板の他にルチルなどの各種の複屈折性結晶物
質が利用できる。ファラデー回転子２，４としてはＹＩ
Ｇ（イットリウム鉄ガーネット）単結晶，Ｂｉ置換ガー
ネット，ＲＩＧ（希土類鉄ガーネット）などの各種の磁
気光学材料が利用できる。また、永久磁石６，７として
は例えばＳｍＣｏなどの環状の孔あき永久磁石等が利用
できる。

【００１２】第１平行平板状複屈折結晶１は結晶光軸が
表面に対し約４５°前後傾いている。第２平行平板状複
屈折結晶３は第１平行平板状複屈折結晶１の厚さに対し
√２倍の厚さを有し、かつ自らの平行平板面に対して垂
直な軸の回りに１３５°回転させた結晶光軸を有する。 第３平行平板状複屈折結晶５は第１平行平板状複屈折結
晶１の厚さと同じ厚さを有し、かつ自らの平行平板面に
対して垂直な軸の回りに９０°回転させた結晶光軸を有
する。図２は平行平板に投影したそれぞれの結晶光軸の
向きを表わす。また、第１ファラデー回転子２は偏光面
を４５°回転させるのに対し、第２ファラデー回転子４
は第１ファラデー回転子２と逆向きに偏光面を−４５°
回転させる。このため、永久磁石６，７の磁化方向は図
１のＨ１，Ｈ２で示すように逆向きとなっている。

【００１３】図３および図４は、図１の光アイソレータ
において順方向の入射光線の伝搬状態を追跡したもので
ある。図３はＸ軸方向の偏光面を有する入射光線が順方
向に入射した場合を示しているが、第１ファラデー回転
子２で偏光面が４５°回転されても、第２ファラデー回
転子４で−４５°回転されて偏光面が元の入射時の状態
に戻されるので、出射側の偏光面は入射光の偏光面と同
一のＸ方向となる。図４はＹ軸方向の偏光面を有する入
射光線が順方向に入射した場合を示しているが、図３の
場合と同様に、出射側の偏光面は入射光の偏光面と同一
のＹ軸方向となり、偏光面保守が確実に達成される。こ
の性質は全ての偏光に対して成立することは明らかであ
る。

【００１４】一方、逆方向では図５に示されるように、
常光，異常光の２つの偏光成分は互いに分離し、中心線
からある距離（分離距離）だけ大幅に変位することから
入射側の光線経路内には結合されない。すなわち、常光
，異常光の分離幅は従来通りに大きいので、入射側から
入った光は出射側でも中心線上には結合されない。図６
はこのときの光線軌道上の光ビームの位置と偏光方向の
状態を示し、（Ａ）は図３に対応し、（Ｂ）は図４に対
応し、（Ｃ）は図５に対応する。

【００１５】次に、本発明に従う具体的な実験例につい
て図７を用いて説明する。複屈折結晶としてルチル結晶
を用いたルチル平行平板１，３，５の厚さは、それぞれ
２ｍｍ，２．８２８ｍｍ，２ｍｍとした。ファラデー回
転子２，４としてＹＩＧ単結晶を用い、第２ファラデー
回転子４において逆方向に偏光面を回転でき得るように
第２永久磁石７の磁化の方向を第１永久磁石６とは逆方
向にして配置した。入射側と出射側の光ファイバ８，１
１としてシングルモード型の定偏波光ファイバを用いた
。これらの光ファイバ８，１１の先端面と光アイソレー
タとの間にコリメータレンズ９，１０を配置した。以上
の構成の光アイソレータにおいて、定偏波光ファイバ８
から入射光として種々の偏光した光を入射させたところ
、偏光の偏光面（偏波面）が光アイソレータ透過後もま
ったく変化しないことが確かめられた。また、透過特性
を評価したところ、順方向挿入損失は−１．５ｄＢ、ア
イソレーション（逆方向損失，消失比）は５６ｄＢが得
られ、実用上十分な特性があることが確認された。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
互いに逆方向に偏光面を回転する一対のファラデー回転
子を複数の平行平板状複屈折性物質間に配置して構成し
たので、入射光の偏光面に依存しないと同時に、偏光面
が出射側で変化しないという効果が得られる。

【００１７】従って、本発明の光アイソレータを例えば
定偏波光ファイバ間に使用すれば、光ファイバの光線方
向を軸とする回転調整に手間をかける必要がなくなり、
作業コストの低減等の利益が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光アイソレータを示す概略
構成図である。

【図２】図１の複屈折結晶における結晶光軸の方向を示
す説明図である。

【図３】順方向の入射光線の伝搬状態を示す斜視図であ
る。

【図４】順方向の入射光線の伝搬状態を示す斜視図であ
る。

【図５】逆方向の入射光線の伝搬状態を示す斜視図であ
る。

【図６】図３〜図５に対応する光線軌道の状態を示す図
である。

【図７】本発明の実験例の構成を示す概略構成図である
。

【符号の説明】

１　　第１平行平板状複屈折結晶（複屈折性物質）２　
　第１ファラデー回転子 ３　　第２平行平板状複屈折結晶 ４　　第２ファラデー回転子 ５　　第３平行平板状複屈折結晶 ６，７　　永久磁石 ８，１１　　光ファイバ ９，１０　　コリメータレンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　結晶光軸が表面に対し傾いた第１の平
   行平板状複屈折性物質、偏光面を回転させるための第１
   のファラデー回転子、前記第１の平行平板状複屈折性物
   質に対し√２倍の厚さを有し、かつ平行平板面に対して
   垂直な軸の回りに１３５°回転させた結晶光軸を有する
   第２の平行平板状複屈折性物質、前記第１のファラデー
   回転子と逆向きに偏光面を回転させる第２のファラデー
   回転子、前記第１の平行平板状複屈折性物質と同一厚さ
   を有し、かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに９０
   °回転させた結晶光軸を有する第３の平行平板状複屈折
   性物質、および前記第１と第２のファラデー回転子を磁
   化するための永久磁石とを具備したことを特徴とする光
   アイソレータ。