JPH04264515A - 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ず、また温度及び光
の波長の変動に感応し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一
列に配置し、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。

【０００５】だが、特開昭５５−２２７２９号公報で提
案されたような従来構成の光アイソレータは温度及び光
の波長の変動に敏感で、逆方向からの戻り光が温度及び
光の波長の変動によってその多くが順方向での入射点を
透過してしまうという重大な欠点があった。そのため、
そのような欠点を除去するための構成がいくつか提案さ
れている。例えば、Ｃｈａｎｇ氏が提案した欧州特許広
告第０３５２００２号公報には、図５に示すように５個
の平板状複屈折結晶（異方性結晶部材）１５２，１５６
，１６０，１６４，１６８の隣接する各２個の間毎に１
個ずつ合計４個のファラデー回転子（非可逆性回転子）
１５４，１５８，１６５，１６６を挿入配置して構成し
た光アイソレータ１５０が示されている。その第２，第
３，第４，第５の平板状複屈折結晶１５６，１６０，１
６４，１６８の結晶光軸方向（ウォークオフ方向）は、
第１の平板状複屈折結晶１５２の結晶光軸方向に対して
それぞれ１３５°，１８０°，３１５°，および９０°
に方向付けされ、４個のファラデー回転子１５４，１５
８，１６２，１６６は全て同一方向に偏光面を４５°回
転させる。そして、第１〜第５の平板状複屈折結晶１５
２，１５６，１６０，１６４，１６８の厚みは、それぞ
れ１：１．４１：１：１．４１：２の比率で設定されて
いる。

【０００６】このように、ファラデー回転子の回転およ
び複屈折結晶の方向付けと厚みの設定により、逆方向に
通過する光線が温度および光の波長の変動にほとんど影
響を受けないで分離され、減少されると記載されている
。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示されるような従来構成の光アイソレータにおいては、
光線方向から見た光線の様子を表わす図６に示すように
、順方向の入射光と出射光とが同一直線上から比較的遠
く離れて位置しているので、光アイソレータに接続する
ときのコリメートレンズおよびシングルモード光ファイ
バの軸調整においてその調整範囲が広範囲になってしま
って、組立てが容易でなく組立作業時間が長くなるとい
うような解決すべき課題があった。

【０００８】

【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、また温度及び
光の波長の変動に感応しないことと同時に、順方向の入
射光と出射光とが同一直線上に一致する高性能な偏光無
依存型の光アイソレータを提供することにある。

【０００９】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同じ向きに偏光
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２７０°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、前記
第２のファラデー回転子と逆向きに偏光面を回転させる
第３のファラデー回転子、前記第２の平行平板状複屈折
性物質と同一厚さを有し、かつ同一方向の結晶光軸を有
する第４の平行平板状複屈折性物質、前記第３のファラ
デー回転子と同じ向きに偏光面を回転させる第４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、かつ同一方向の結晶光軸を有する第５の
平行平板状複屈折性物質、および前記第１から第４まで
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。

【００１０】

【作用】本発明では、上記のように、順方向に磁化され
る一対のファラデー回転子による偏光面の回転と、逆方
向に磁化される他の一対のファラデー回転子による偏光
面の回転と、平行平板状複屈折性物質の厚さが１：√２
：２：√２：１の割合であること、その複屈折性物質の
結晶光軸の方向が０°，１３５°，２７０°，１３５°
０°であることにより、順方向の入射光と出射光とが同
一直線上に一致する。

【００１１】

【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。

【００１２】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１は５個の平行
平板状複屈折結晶２，６，１０，１４，１８とこれらの
複屈折結晶間に１個づつ挿入配置された４個のファラデ
ー回転子４，８，１２，１６およびこれらにファラデー
回転子を磁化する永久磁石２０，２０とから構成され、
それらの平行平板状複屈折結晶とファラデー回転子は一
直線上に一列に配列される。平行平板状複屈折結晶２，
６，１０，１４，１８としては方解石板の他にルチルな
どの各種の複屈折性物質が利用できる。ファラデー回転
子４，８，１２，１６としてはＹＩＧ（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２０，２２としては例えばＳｍ　
Ｃｏ　などの環状の孔あき永久磁石等が利用できる。

【００１３】図２の上段部分に示されるように、順方向
の入射位置に配置される第１の平行平板状複屈折結晶２
は結晶光軸が表面に対し約４５°前後傾いている。次の
第２の平行平板状複屈折結晶６は第１の平行平板状複屈
折結晶２の厚さａに対し√２倍の厚さ

【００１４】

【外１】

【００１５】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、第１の平行平板状複屈折結晶２の結晶
光軸方向に対して１３５°回転させた方向の結晶光軸（
図中、矢印で示す）を有する。第３の平行平板状複屈折
結晶１０は第１の平行平板状複屈折結晶２に対し２倍の
厚さ２ａ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、第１の平行平板状複屈折結晶２の結晶光軸
方向に対して２７０°回転させた方向の結晶光軸を有す
る。第４の平行平板状複屈折結晶１４は第２の平行平板
状複屈折結晶６と同一厚さ

【００１６】

【外２】

【００１７】を有し、かつ同一方向（１３５°）の結晶
光軸を有する。第５の平行平板状複屈折結晶１８は第１
の平行平板状複屈折結晶２と同一厚さａを有し、かつ同
一方向の結晶光軸を有する。すなわち、第１〜第５の平
行平板状複屈折結晶２，６，１０，１４，１８の厚さは
１：√２：２：√２：１の比率に設定され、その結晶光
軸の方向は０°，１３５°，２７０°，１３５°，０°
に設定される。

【００１８】第１と第２のファラデー回転子４と８はと
もに永久磁石２０により順方向Ｈ１に磁化されて、光の
偏光面を４５°回転させるのに対し、第３と第４のファ
ラデー回転子１２と１６はこれらと逆向きにともに永久
磁石２２により逆方向Ｈ２に磁化されて、光の偏光面を
−４５°回転させる。

【００１９】図２の中段および下段部分は入射光線の伝
搬状態を追跡したものであり、光線方向から見た光線の
軌道を示す。図中の○印は光線を表わし、その面積の違
いは強度の違いを示す。図２に示す様に、温度及び光の
波長の変動によって上記各ファラデー回転子における偏
光面の回転角が理想的な角度４５°（または−４５°）
からｄｆ（または−ｄｆ）だけずれたとしても、全体の
誤差角は相殺によりほぼ零（−ｄｆ−ｄｆ＋ｄｆ＋ｄｆ
＝０）となるので、比較的低い順方向挿入損失および比
較的高いアイソレーションを常に保持することができる
。

【００２０】また、図２から必要な部品のみ抽出した図
３に示すように、光アイソレータ１の前後において順方
向に関して出射光は偏光面の方向のいかんにかかわらず
、入射光の延長線上にあることが分る。

【００２１】更に、４個のファラデー回転子４，８，１
２，１６において、各２個が逆方向に偏光面を回転させ
るので、光アイソレータ１を透過しても光の偏光面が保
持される。

【００２２】次に、本発明に従う具体的な実験例につい
て図４を用いて説明する。平行平板状複屈折結晶２，６
，１０，１４，１８としてルチル結晶のルチル平行平板
を用い、それらの厚みをそれぞれ、１．６ｍｍ，２．２
６３ｍｍ，３．２ｍｍ，２．６２３ｍｍ，１．６ｍｍと
した。また、４５°偏光面回転用ファラデー回転子４，
８としてＹＩＧ単結晶を使用し、−４５°偏光面回転用
ファラデー回転子１２，１６として（ＧｄＬｕＢｉ）Ｉ
Ｇ単結晶を使用した。また、シングルモード型光ファイ
バ２４，３０と光アイソレータ１との間にマイクロレン
ズ２６，２８を配置した。

【００２３】以上の構成において、入射側光ファイバ２
４からシングルモードの光線を入射させたところ、出射
光が入射光とほぼ同一直線上に得られることが確かめら
れた。また、透過特性を評価したところ、室温２０℃に
おいて順方向挿入損失は−２．０ｄＢアイソレーション
（逆方向損失）は６５ｄＢが得られた。更に、４０℃付
近までほぼ同じアイソレーションが保持されたことが確
認された。また、光ファイバ２４から入射光として種々
の偏光した光を入射したところ、偏光面が光アイソレー
タ透過後もまったく変化しないことが確かめられた。

【００２４】このように、光アイソレータ１の入射光と
出射光とがほぼ同一直線上にあるので、レンズ２６，２
８および光ファイバ２４，３０の位置調整を比較的狭い
範囲で行なうだけで済み、短時間で組立を完了すること
ができた。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光ア
イソレータは、偏光面に依存せず、かつ温度及び光の波
長変動からの特性への影響が少ないという利点に加えて
、順方向の入射光線と出射光線の位置が同一直線上でほ
ぼ一致するという効果が得られる。従って、本発明によ
れば、光学回路中へ本発明の光アイソレータを挿入設置
する際に、特別精密な光軸調整を行う必要がなくなり、
本来の性能が簡単に得られる。

【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の光アイソレータにおける複屈折結晶の結
晶光軸の方向とファラデー回転子の偏光面回転方向、お
よび入射光線を伝搬状態を光線方向から見た光線の軌道
を示す概念図である。

【図３】図１の光アイソレータの前後における順方向の
入射光と出射光の軌道上の位置を示す概念図である。

【図４】本発明の実験例の構成を示す概略構成図である
。

【図５】従来の光アイソレータの入射光線の伝搬状態を
示す概念図である。

【図６】従来の光アイソレータの前後における順方向の
入射光と出射光の軌道上の位置を示す概念図である。

【符号の説明】

２，３，１０，１４，１８　　平行平板状複屈折結晶（
複屈折性物質） ４，８，１２，１６　　ファラデー回転子２０，２２　
　永久磁石 ２４，３０　　光ファイバ ２，，２８　　マイクロレンズ

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
   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
   転子と同じ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２７０°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、前記第２のファラデー回転子と逆向き
   に偏光面を回転させる第３のファラデー回転子、前記第
   ２の平行平板状複屈折性物質と同一厚さを有し、かつ同
   一方向の結晶光軸を有する第４の平行平板状複屈折性物
   質、前記第３のファラデー回転子と同じ向きに偏光面を
   回転させる第４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、かつ同一方向の結
   晶光軸を有する第５の平行平板状複屈折性物質、および
   前記第１から第４まで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。