JPH0426816A - 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】 〈産業上の利用分計〉 本発明は、製造並びに光ファイバとの結合が容易な光ア
イソレータに関する。

〈従来の技術〉 光アイソレータは、光の進行を一方向に制限する機能を
有するものであり、光ファイバを使用した光伝送網で使
用される。

例えば、光通信、光計測においては、半導体レーザが光
源として用いられることが多いが、半導体レーザは戻り
光によって動作状態が不安定になるという欠点がある。

すなわち、半導体レーザ、光ファイバ、光学素子などに
おける接続点では、屈折率の変化があるので端面反射が
起るが、この反射光が半導体レーザに戻ると、半導体レ
ーザの出力、発振波長が変動する。そこで、戻り光をカ
ットするために光アイソレータが用いられる。

また、最近、Ｅｒドープファイバを使用したインライン
増幅器が注目されているが、この場合でも端面反射光が
増幅されるとノイズの原因となる。したがって、この場
合にも光アイソレータが必要である。

ところで、光ファイバを進行する光は、長い距離を進む
うちに偏光方向が変換されてしまうので、光ファイバの
一端に一定方向の直！ＩＩｇ光を入射しても他端ではラ
ンダムな偏光が観測される。かかる理由から、光ファイ
バを使用した光伝送網では、偏光の方向に依存しない透
過率を有する、いわゆる惰波無依存型の光アイソレータ
が要求される。

このような光アイソレータとしては、例えば第３図〜第
５図に示すものが知られている。

第３図に示す光アイソレータは特公昭６１−５８８０９
号公報に示されるものであり、２枚のくさび型ルチル結
晶３１　ａ、　　３　ｌ　ｂと、これらの間に配置され
るファラデー回転子３２とを組合せたものである。そし
て、光ファイバ３３から出射されレンズ３４で平行光と
された光は、第１のルチル結晶３１ａの通過によし常光
及び異常光に分離されるが、ファラデー回転子３２によ
り偏光面が回転されてそれぞれ第２のルチル結晶３１ｂ
内部での常光・異常光に対応するようになるので、第２
のルチル結晶３１ｂ通過後には常光及び異常光は互いに
平汚になる。したがって、全ての光線がレンズ３５によ
り光ファイバ３６へ集光できる。一方、光ファイバ３６
から出射される光は第２のルチル結晶３１ｂで常光及び
異常光に分離された後、さらにファラデー回転子３２に
より、それぞれ第１のルチル結晶３１ａ内部の異常光及
び常光へと変換されるので、光ファイバ３３へは集光さ
れず、光アイソレータとして作用する。

第４図に示す光アイソレータは特開昭５５−２２７２９
号公報に示されるものであり、２枚の平板型のルチル結
晶４１ａ、４１ｂと、これらの間に配置されるファラデ
ー回転子４２と旋光性結晶４３とを組合せたものである
。

そして、光ファイバ４４から出射される光は、レンズ４
５により光ファイバ４６へ集光される構成となっている
。

また、第５図に示す光アイソレータも特開昭５５−２２
７２９号公報に示されるものであり、３枚のルチル結晶
５１ａ　、　５１ｂ　、　５１ｃと、ファラデー回転子
５２とを組合せたものである。そして、この場合も、光
ファイバ５３から出射される光は、レンズ５４により光
ファイバ５５へ集光される構成となっている。

第４図及び第５図に示す構成においても、第３図に示す
ものと同様に、光ファイバ４４゜５３から出た光は全て
それぞれ光ファイバ４６゜５５に入射するが、逆方向の
光は光ファイバ４４．５３に入射しないようになってい
る。

〈発明が解決しようとする課題〉 上述したように、第３図〜第５図に示すような従来の偏
波無依存型アイソレータは、異方性のある結晶を切り出
し、組合せて配置して製造しなければならず、結晶軸に
合せた切り出し、厚みを揃えた切り出し、軸を揃えた配
置等を行う上で難点があった。

また、かかる光アイソレータは、覆々の光学部品を絵合
せるので嵩高いものになると共に光軸合せも難かしいと
いう欠点も有している。

さらに、光フアイバ中を伝搬していた光をいったん空気
中に出すのであるから、各部品面での反射などがあり、
これによる結合損失も大きいという問題もある。

本発明はこのような事情に鑑み、製造が容易で安価であ
り、光ファイバとの結合性が高い偏波無依存型の光アイ
ソレータを提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成する本発明に係る光アイソレータは、一
つのクラッド中に偏波保持性のある二つのコアを有し且
つ両コアの偏波保持面が直交するパンチファイバからな
り、該パンチファイバの二箇所を延伸して上記コアを通
過する互いに直交する直線偏光のうち常に特定の一方の
みが他方のコアへ移動する偏光分離・合成部を設けると
共に、これら偏光分離・合成部の間に軸に直交する方向
に少なくとも上記コアを切断する切り込みを二つ形成し
且つこれら切り込み内にファラデー回転子及び４５°旋
光子をそれぞれ設けてなることを特徴とする。

く作　　　用〉 ファラデー回転子及び４５°旋光子がないものとすると
、−万端の一つのコアに互いに偏光面が直交する直＊ａ
光を入射すると、一つ目の偏光分離・合成部で一方の直
線偏光が他方に移ることにより二つのコアへ分離され、
また、二つ目の偏光分離・合成部で二つのコアの光は何
れか一方のコアへ合成されろ。そして、この場合逆方向
も同様となる。

しかし、二つの偏光分離・合成部の間にファラデー回転
子及び４５°旋光子を設けると、ファラデー回転子及び
４５°旋光子の回転方向が逆方向となる方向に進む光に
対しては上述した光の通路が保持されるが、この逆方向
の光に対しては上述した場合と逆のコアに出射すること
になる。すなわち、一つ目の偏光分離・合成部で分離さ
れた直線偏光はファラデー回転子及び４５°旋光子でそ
れぞれ４５°ずっ同じ方向に回転されるのでファラデー
回転子及び４５°旋光子がない場合と偏光面が９０゜ず
れてしまい、したがって二つ目の偏光分離・合成部で上
述した場合とは別のコアへ合成される。

く実　施　例〉 息下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１１１ｉＱ　（ａｌには一実施例に係る光アイソレー
タの外観を、第１図（ｂ）にはその横断面を、また、第
１図（ｃ）、（ｄｌにはその動作原理を示す。

これらの図面に示すように、光アイソレータ１０は２本
の偏波保持ファイバで構成されたパンチファイバからな
る。このパンチファイバは、クラッド１１内の２ケ所に
コア１２ａ。

１２ｂを有すると共にこれらコア１２ａ、１２ｂに応力
を付与して複屈折を与えろ応力付与部１３　ｍ、　　１
３　ｂ、　　１３　ｃを有するものである。

そして、コ１１２ａにはこれを挾む応力付与部１３　ａ
、　　１３　ｂにより、また、コア１２ｂにはこれを挾
む応力付与部１３　ｂ、　１３　ｃにより、それぞれ複
屈折性を与えている。すなわち、コア１２　ｍ、　１２
　ｂは偏波保持性を有しており、且つ両者の偏波保持面
は互いに直交している。なお、コア１２ｍ、１２ｂに被
屈折性を与える応力付与部の代りに、コア断面が楕円等
の形状となるようにしてもよく、また、屈折率分布を変
化させることにより複屈折性を与えるようにしてもよい
。

本実施例の光アイソレータ１０は、このようなパンチフ
ァイバの二箇所を延伸して、コア１２　ｍ、　１２　ｂ
を導波する光を分離・合成できる偏光分離・合成部１４
．１５を形成したものである。ここで、偏光分離・合成
部１４１５は、図中Ｘ軸方向の偏光だけが他のコアに移
動し、Ｙ軸方向の偏光はもとのコア内に保持されるよう
に形成されている。

さらに、これら偏光分離・合成部１４．１５の間におい
て、少なくともコア１２ａ、１２ｂを切断する切り込み
１６．１７を軸に直交する方向に形成し、これら切り込
み１６．１７の中にファラデー回転子１８及び４５°旋
光子１９をそれぞれ設けている。

ここで、ファラデー回転子１８は、ファラデー回転によ
り偏光方向を４５°だけ異なるように作用するものであ
り、例えばＹＩＧなどで形成されろ。本実施例では、Ａ
から已に向う光の偏光面が右ねし方向（ＡからＥに向っ
て見て時計回り方向）に４５°回転するように設定され
てし）る。なお、ファラデー回転子１８は方向性を有し
ているので、ＥからＡに向った光の偏光面は左ねし方向
（ＡからＥに向って見て時計回り方向）に４５°回転さ
れろ。なお、図中、２０はファラデー回転子１８へ磁化
を与えるためのマグネットである。

一方、４５°旋光子１９は光の偏光面を左ねし方向（Ａ
からＥに向って見た場合、ＡからＥに進む光は反時計回
り方向、ＥからＡに進む光は時計回り方向）へ４５°回
転する作用を有するものであり、例えば水晶などにより
形成される。

なお、これらファラデー回転子１８及び４５”旋光子１
９は切り込み１６．１７に挿入するように設けてもよい
し、その切り込み１６゜１７内で成長させることにより
設けてもよい。

このような光アイソレータ１０の動作原理を第１図（Ｃ
１，（ｄ）に基づいて説明する。なお、両図共に、Ａか
らＥに向って見た方向からの各位置の断面を示す。

第１図（ｃ）はＡ側からコア１２ｍに光を入射した場合
を示す。入射光は偏光分離・合成部１４を通過すること
により図中、Ｙ軸方向の直線偏光だけがコア１２ｂへ移
る（ハ）。その後、ファラデー回転子１８を通過するこ
とにより両偏光はそれぞれ右ねし方向（図中、時計回り
方向）へ４５°回転され（６）、次に、４５°旋光子１
９を通過することにより左ねし方向（図中、反時計回り
方向）へ４５°回転されｐｌＢの状態にもどる。そして
偏光分離・合成部１５を通過することによりコア１２ｂ
内の直ＩＩ偏光だけがコア１２ｍに移ることになる（５
）。

したがって、光がＡからＥに進む場合には、光はほとん
どロスなく同一コア内を進むことになる。

第１図（ｄｌはＥ側からコア１２ｍに光を入射した場合
を示す。入射光は偏光分離・合成部１５を通過すること
により図中、Ｙ軸方向の直ｗＡ＃ｊ１光がコア１２ｂへ
移る（至）。その後、４５゜旋光子１９を通過すること
により左ねじ方向（図中、時計回り方向）へ４５°回転
され何、次にファラデー回転子１８を通過することによ
りまた左ねじ方向（図中、時計回り方向）へ４５°回転
される（ハ）。そして、偏光分離・合成部１４では図中
、Ｙ軸方向の偏光が他のコアに移るので、コア１２ａ内
の光がコア１２ｂに移ることになる囚。したがって、光
がＥからＡに進む場合には、ＡからＥへ進む場合とは逆
に入射されたコアとは別のコアへパワーが移ってしまい
、光アイソレータとして作用することになる。

このような光アイソレータ１０は、光ファイバとの結合
を行う場合、例えば、Ａ、Ｅ、の端面ニおいて外径をオ
フセットしてコアＩＱｌ志が対面するように接続すれば
よいので、従来の偏波無依存型の光アイソレータと比較
して光ファイバとの結合効率が良好である。また、Ａ−
Ｅまで同一構造のファイバを用いるので、ファラデー回
転子１８．４５°旋光子１９を容易に設けることができ
る。もし、ファラデー回転子１８や４５°旋光子１９の
両側で異なったファイバを用いる必要があると、軸合せ
が困難であり、損失が大幅に増大することになる。

次に、光アイソレータ１０の製造例を示す。

クラッド１１がフッ素を１．２ｗｔ％含む石英（石英に
対する比屈折率差−０，３２％）、コア１２ａ、１２ｂ
が直径８μｍの純石英、応力付与部１３　ａ　〜１３　
ｃが直径３０　μｍのＢＯドープ石英とした、１５ｃｌ
ｎの定偏波パンチファイバを用意し、端面から５艶の点
を上述した作用を発揮するように延伸し、偏光分離・合
成部１４，１５を形成した。

ここで、延伸の方法を第１図ｔｅｌを参照しながら説明
する。同図に示すように、まず、定偏波パンチファイバ
１００の一端部をＶ溝１０１に固定する。Ｖ溝１０１に
は中心軸がずれたＶ溝部が形成されており、両Ｖ溝部に
定偏波パンチファイバ１００と通常のシングルモードフ
ァイバ（Ａｔ１５Ｍファイバとい’））１０２とを突き
合せてクランプすることにより、定偏波デンチファイバ
１００のコアの一方のみに５Ｍファイバ１０２からの光
が入射できるようニスる。一方、定偏波パンチファイバ
１００の他端を移動ファイバ軸に平行な方向に位置決め
移動可能な移動ステージ１０３にクランプする。また、
この移動ステージ１０３にクランプされた側の定偏波パ
ンチファイバ１００の端面に相対向するようにビームス
プリッタ１０４が設けられており、ビームスプリッタ１
０４で分離された光は一方が反射鏡１０５で反射された
後、互いに軸が直交する偏光板１０６ｍ、１０６ｂに導
かれ、両偏光板１０６ｍ。

１０６ｂを通過した光はＣＣＤカメラ１０７　ａ。

１０７ｂに導かれるようになっている。これにより、定
偏波パンチファイバ１００の端面ば偏光板１０６ｍ、１
０６ｂを通してＣＯＤカメラ１０７ｍ、１０７ｂ及びＩ
ＴＶ１０８ｍ。

１０８ｂにより観察できるようになっている。

次いで、このように固定した定偏波パンチファイバ１０
０の一端から５Ｍファイバ１０２からの光を導入すると
共に他端をＣＣＤカメラ１０７　ｍ、　１０７　ｂを用
いて観察しながら、マイクロバーナ１０９により延伸部
を加熱し、移動ステージ１０３を図中台へ移動していく
。

そして、延伸が進んでいくと、一方の偏波のみが他方の
コアへ移動するのが観察できるので、この時点で延伸を
中止する。

次に、ファイバの中央部をシリコンチップに埋め込み、
樹脂で固定する。そしてコア１２ａ。

１２ｂに達するまで厚み約１００μｍの溝を形成し、こ
の溝にＧｄ、ＢＬ　Ｆｅ２０１、結晶（ファラデー回転
子１８）及び４５°旋光子１９を挿入する。そして、フ
ァラデー回転子１８に磁化を与えるマグネット２０を設
けて光アイソレータ１０とする。

かかる光アイソレータ１０は、Ａ→Ｅ方向での光損失は
０．５ｄＢ、Ｅ→Ａ方向での光損失は３０ｄＢ（いずれ
も波長１．５μｍ）であった。

次に、この光アイソレータ１０をファイバ増輻晋に使用
した例を第２図を参照しながら説明する。

第２図において、２１は波長１．５３μｍの信号光光源
であるＤＦＢレーザ、２２は出力２０ｍＷの励起光用の
レーザダイオード、２３は合波カプラ、１４はＥｒドー
プファイバ（Ｅｒ濃度３００ｐｐｍ、長さ２０ｍ）から
なる増幅用ファイバ、２５．２６はそれぞれ約数１０に
層の光ファイバ、２７．２８はファイバコネクタであり
、点線内が光増幅器を構成している。そして、上記実施
例の光アイソレータ１０は、増幅用ファイバ２４の出射
端にＡ側の端部を、光増幅器の出射側のファイバコネク
タ２８の内側にＢ側の端部をそれぞれコア１２ｍと結合
するように設けられている。

かかる構成において、信号光をＤＦＢレーザ２１から出
射して光ファイバ２５を通して光コネクタ２７から導入
すると共に増幅蕃内のレーザダイオード２２から励起光
を出射すると、両方の光は光カプラ２３で合波されて増
幅用ファイバ２４に導入され、信号光は増幅される。増
幅された光は光アイソレータ１０を通ってファイバコネ
クタ２８から光ファイバ２６へ出射される。

ここで、光アイソレータ１０はファイバコネクタ２８か
らの反射光が増幅用ファイバ２４に入るのを防止してい
る。すなわち、かかる反射光は光アイソレータ１０のＡ
側端部のコア１２ｂから逃げてしまう。

したがって、光アイソレータ１０を設けないと、ファイ
バコネクタ２８での反射光も増幅用ファイバ２４に入っ
て増幅されてしまい、高周波数での信号を増幅するとき
のノイズ発生の原因となるが、本実施例では光アイソレ
ータ１０によりこのようなノイズを零とすることができ
る。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の光アイソレータは、従来
の偏波無依存型の光アイソレータのようにルチル結晶、
レンズ系を使わないで比較的安価であり、また、光学系
のアライメントも不要であると共に製造・使用時取付が
きわめて容易であり、さらに、従来の結晶表面での散乱
・反射の影響から解放され、しかも光ファイバとの結合
効率が著しく高いという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは本発明の一実施例に係る光アイソレータ
の外観図、第１図（ｂｌはその断面図、第１図ｔｃ＋　
、　（ｄｉはその動作原理を示す説明図、第１図（ｅｌ
は延伸方法の一例を示す説明図、第２図はその光フアイ
バ増幅器への応用を示す説明図、第３図〜第５図はそれ
ぞれ従来技術に係る光アイソレータを示す説明図である
。 図面中、 １０は光アイソレータ、 １１はクラッド、 １２　ａ、　１２　ｂはコア、 １３　ｍ、　１３　ｂ、　１３　ｃは応力付与部、１４
．１５は擺光分離・合成部、 １６．１７は切り込み、 １８はファラデー回転子、 １９は４５°旋光子、 ２０はマグネットである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　一つのクラッド中に偏波保持性のある二つのコアを有
   し且つ両コアの偏波保持面が直交するパンチファイバか
   らなり、該パンチファイバの二箇所を延伸して上記コア
   を通過する互いに直交する直線偏光のうち常に特定の一
   方のみが他方のコアへ移動する偏光分離・合成部を設け
   ると共に、これら偏光分離・合成部の間に軸に直交する
   方向に少なくとも上記コアを切断する切り込みを二つ形
   成し且つこれら切り込み内にファラデー回転子及び４５
   °旋光子をそれぞれ設けてなることを特徴とする光アイ
   ソレータ。