JPH0520727B2

JPH0520727B2 -

Info

Publication number: JPH0520727B2
Application number: JP17255586A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Watanabe
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-07-22
Filing date: 1986-07-22
Publication date: 1993-03-22
Also published as: JPS6327811A

Description

【発明の詳細な説明】概要光フアイバ伝送システムの光源となるLDモジ
ールに用いる光アイソレータにおいて、出射され
る光ビーム拡がりの楕円化が光アイソレータを構
成する偏光プリズムへの入射角に依存することを
明らかにし、この楕円化が起こらないように、つ
まり出射光のビーム拡がりが軸対称となるように
前記入射角を設定して、LDモジユールの結合効
率の向上を可能にする。

産業上の利用分野本発明は長距離大容量光フアイバ伝送システム
の光源として用いるLDモジユールの光学系に関
し、特に、複屈折性偏光プリズムを用いて構成さ
れる帰還光分離型の光アイソレータに関する。

近年、通信の長距離大容量化に伴い、本質的に
広帯域なシングルモード光フアイバ（以下SMF
ということがある）を伝送路とする光通信システ
ムが実用段階にある。このシステムにおいては、
LDモジユールに備えられたLD（レーザダイオー
ド）を時系列の電気信号で駆動して時系列の光パ
ルスを形成し、これをSMF内に導くようにして
いる。LDモジユールの光学的結合構造としては、
例えば第４図に示すように、LD１０からの出射
光を、共焦点位置に配置される２個のレンズ１
２，１４を介してSMF１６に集光するようにし
たものが通常良く用いられている。

一方、光フアイバの波長分散に起因する伝送距
離・伝送容量の制限を排除するために、LDの単
一波長動作に大きな期待が寄せられており、LD
の構成要素である反射鏡部に波長選択機能を付加
させたDFB−LD（分布帰還形LD）等が開発途上
にある。しかし、このようなDFB−LDを用いて
第４図に示したようなLDモジユールを構成した
場合には、DFB−LDから出射され、接続される
SMFの端面あるいは他の光学系装置で反射して
戻つてくる同一波長の反射帰還光により、DFB
−LDの動作が不安定となり、ノイズが増大する
という不都合があり、光信号を一方向にだけ通過
させることのできる光アイソレータが必要とな
る。

従来の技術上述した目的で使用される光アイソレータは、
システム構成作業の簡便さからLDモジユール内
に組込まれることが望ましく、このような場合に
は、LDモジユールの各部材の配置条件の制限等
から、第５図に示すように、レンズ１２，１４間
に光アイソレータ１８を介挿するのが一般的であ
る。

第６図は光アイソレータ１８の概略構成及び作
用を説明するためのものであり、同図中２０は紙
面に垂直な方向に結晶軸（主軸に一致するもの、
以下同じ）２０ａを有する複屈折性の単軸結晶か
らなる第１偏光プリズム、２２は前記結晶軸２０
ａに対して順方向からみて時計回りに45゜傾いた
結晶軸２２ａを有する同じく複屈折性の単軸結晶
からなる第２偏光プリズム、２４はこれらの偏光
プリズム２０，２２間に介挿され一様磁場Ｈを印
加されて透過光を45゜旋光するフアラデー回転子
をそれぞれ示している。

いま、偏光プリズム２０，２２が同一材料から
形成されているとして、この常光線に対する屈折
率をn₀、異常光線に対する屈折率をn_eとすると、
発光源からの光のうち第１偏光プリズム２０に対
する常光線成分、即ち結晶軸２０ａに垂直な偏光
成分は、第１偏光プリズム２０において屈折率n₀
で屈折した後に、フアラデー回転子２４において
進行方向（図中左から右方向）に対して時計方向
に45゜回転し、更に、結晶軸２０ａに対して45゜傾
いた結晶軸２２ａを有する第２偏光プリズム２４
において第２偏光プリズム２４に対する常光線と
して屈折率n₀で屈折して出射される。また、発光
源からの光のうち第１偏光プリズム２０に対する
異常光線成分、即ち結晶軸２０ａに平行な偏光成
分は、第１偏光プリズム２０において屈折率n_eで
屈折した後に、フアラデー回転子２４において同
じく45゜回転し、更に、第２偏光プリズム２２に
おいて第２偏光プリズム２２に対する異常光線と
して屈折率n_eで屈折して出射される。そして第２
偏光プリズム２２から出射された光は、適当なレ
ンズによつて集光されて光フアイバのコアに導か
れる。

一方、光フアイバの端面等で反射して戻つてき
た反射帰還光のうち第２偏光プリズム２２に対す
る常光線成分、即ち結晶軸２２ａに垂直な偏光成
分は、第２偏光プリズム２２において屈折率n₀で
屈折した後に、フアラデー回転子２４において進
行方向（図中右から左方向）に対して反時計方向
に45゜回転し、第１偏光プリズム２０において今
度は第１偏光プリズム２０に対する異常光線とし
て屈折率n_eで屈折して出射される。また、反射帰
還光のうち第２偏光プリズム２２に対する異常光
線成分、即ち結晶軸２２ａに平行な偏光成分は、
第２偏光プリズム２２において屈折率n_eで屈折し
た後に、フアラデー回転子２４において同じく反
時計方向に45゜回転し、第１偏光プリズム２０に
おいて第１偏光プリズム２０に対する常光線とし
て屈折率n₀で屈折して出射される。

このように、発光源から光フアイバに至る順方
向の光が各偏光プリズム２０，２２で受ける屈折
（n₀とn₀の組合わせまたはn_eとn_eの組合わせ）と、
光フアイバの端面等で反射して戻つてきた反射帰
還光が偏光プリズム２２，２０で受ける屈折（n₀
とn_eの組合わせ）とが異なるので、発光源からの
光を光フアイバに導くような光学的結合構造に設
計されている場合には、反射帰還光は第１偏光プ
リズム２０から２つの偏光成分に分離して出射さ
れ、発光源に戻ることはない。

発明が解決しようとする問題点ところで、第７図において、図示しないLDか
ら出射され適当なレンズでコリメートされた光ビ
ーム（光軸を２６で示す）は、上記レンズの集束
作用が十分でない場合には完全な平行光ビームと
はなつておらず、進行方向に対して徐々に拡がつ
ている。本願明細書においては、このような光ビ
ームを「ビーム拡がりがある光ビーム」と称す
る。いま、そのビームパターン（仮想投影面上へ
の照射パターン）はほぼ軸対称な円形となつてい
る、つまり、略円錘状のビーム形状となつている
ものとする。この光ビームが第１偏光プリズム２
０に入射するときに、紙面に垂直な方向のビーム
拡がり（入射面（入射角を含む平面）と垂直な平
面内におけるビーム拡がり）については、ビーム
最外層を形成する光線が同一の入射角で入射する
が、紙面に平行な方向のビーム拡がり（入射面
（入射角を含む平面）内におけるビーム拡がり）
については、ビーム最外層を形成する光線が異な
る入射角で入射する。このため、第２偏光プリズ
ム２２から出射される光ビームの拡がりは、紙面
に垂直なビーム拡がりについては、もとのビーム
拡がりがほぼ保存されるが、紙面に平行なビーム
拡がりについては、もとのビーム拡がりが拡大さ
れあるいは縮小されることになる。その結果、出
射ビームパターンの軸対称性が崩れて略楕円状と
なり（以下ビームの楕円化という）、良好に光フ
アイバに集光させることが困難になる。従つて、
上述したような光アイソレータを用いてLDモジ
ユールを構成した場合、結合効率（LDから放射
される光の全パワーに対する光フアイバ内に入る
光のパワーの比）が低下するという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
で、出射ビームの楕円化に起因する結合効率の低
下を防止した光アイソレータを提供することを目
的としている。

問題点を解決するための手段第１図は、本発明の原理を説明するためのもの
で、第１図ａに示されるように、従来品同様第１
偏光プリズム２０、第２偏光プリズム２２、及び
フアラデー回転子２４からなる光アイソレータ１
８に、軸対称（円状）な拡がり２８を有する入射
光２６（光軸のみを図示）が、そのビーム中心に
おいて入射角θで入射している。紙面に垂直なビ
ーム拡がりについては、各偏光プリズム２０，２
２のウエツジ（くさび部）の影響を受けずに、紙
面の表側と裏側で同様に拡がつて出射される。一
方、紙面に平行なビーム拡がりについては、図中
光軸２６より上側にある光線と下側にある光線の
入射角が異なり（上側の光線の入射角はθより小
さく、下側の光線の入射角はθより大きい）、そ
れぞれの光線は、各プリズム２０，２２のウエツ
ジにより異なる屈折を受けて、結局紙面に平行な
ビーム拡がりは、前述した紙面に垂直なビーム拡
がりと異なる拡がりかたをして出射される。つま
り、紙面に垂直なビーム拡がりについては、各偏
光プリズム２０，２２のウエツジの影響を受けず
に常に一定の拡がりで光アイソレータ１８内を移
行し、紙面に平行なビーム拡がりについては、同
ウエツジの影響を受けて、通常、前記一定の拡が
りと異なる拡がりで光アイソレータ１８内を移行
する。

本願発明者は、これらの事実に着目し、更に紙
面に平行なビーム拡がりの拡がり角が入射角θに
依存することをつきとめ、紙面に平行なビーム拡
がりが、光アイソレータ１８内で、紙面に垂直な
ビーム拡がりと同等となるように入射角を設定す
ることにより、出射ビームの楕円化を阻止してい
る。

これを更に詳しく説明する。いま、第１図ａに
おいて所定位置における出射ビームパターン３０
の紙面に水平な方向の半径をａとし、紙面に垂直
な方向の半径をｂとするときに、楕円率εをε＝
（ａ−ｂ）／ａと定義する。この場合、前述した
ようにｂは一定値をとり、ａはθに依存すること
になる。こうすると、出射ビームパターン３０が
紙面に水平な方向に長径を有する略楕円状のとき
にε＞０となり、紙面に垂直な方向に長径を有す
る略楕円状のときにε＜０となり、軸対称な円状
のときにε＝０となるので、ε＝０となるように
θを設定することにより上述した目的が達成され
ることになる。

第１図ｂは入射角θを変化させたときの楕円率
εの変化の様子を示したものであり、入射角がθ₀
より小さいとき、つまり入射光が第１偏光プリズ
ム２０に深い角度で入射しているときには出射ビ
ームは紙面に平行な方向に伸びたパターンとな
り、入射角がθ₀より大きいとき、つまり入射光が
第１偏光プリズム２０に浅い角度で入射している
ときには出射ビームは紙面に平行な方向に縮んだ
パターンとなつていることが明らかである。従つ
て、入射角を各部材の屈折率及びウエツジ角度等
により決定される所定の角度θ₀に設定することに
より、出射ビームパターンを軸対称とすることが
できる。

作用本発明の光アイソレータにあつては、出射ビー
ムパターンの楕円率εが０になるように入射角を
θ₀に設定しているので、出射ビームは軸対称な略
円状となり、効率良く光フアイバに集光すること
が可能となる。

即ち、第２図に示すように、本発明の光アイソ
レータを用いて構成されるLDモジユールの基本
構成において、LD３２から出射されレンズ３４
を通過して軸対称なビーム拡がり３６を有するに
至つた光ビーム３８は、入射角θ₀で光アイソレー
タ１８の第１偏光プリズム２０に入射され、もと
の光ビーム３８の光軸と平行な光軸を有する光ビ
ーム４０となり出射されるのであるが、この場
合、出射ビームパターンの楕円率εが０になるよ
うに入射角をθ₀に設定しているので、第２偏光プ
リズム２２から出射される光ビーム４０のビーム
パターン３９は軸対称となり、レンズ４２により
容易に効率良くSMF４４に導くことが可能にな
る。

実施例以下、本発明の望ましい実施例を図面に基いて
説明する。

第３図を参照すると、第２図に示したLDモジ
ユールが具体化されて示されている。

４６は、単一モードで発振するDFB−LDであ
り、この実施例では波長1.31μｍ仕様のものが用
いられる。

４８は、DFB−LD４６からの光が入射される
球状レンズであり、このレンズを形成する媒質の
屈折率n₁は1.8、半径R₁は0.4mmである。

５０は光アイソレータであり、ルチルからなる
第１偏光プリズム５２、第２偏光プリズム５４、
及びこれらの偏光プリズム５２，５４間に介挿さ
れるフアラデー回転子５６から構成される。第１
偏光プリズム５２の結晶軸５２ａは、通常DFB
−LD４６のほとんどの発光パワーが集中する偏
光面に垂直になるように方向決めをなされ（本実
施例では紙面に垂直な方向）、第２偏光プリズム
５４の結晶軸５４ａは、結晶軸５２ａに対して順
方向からみて時計回りに45゜傾くように設定され
る。

フアラデー回転子５６は例えばYIGから形成す
ることができ、このフアラデー回転子５６には十
分に強い例えば2300ガウス以上の永久磁界H₁矢
印方向に印加されている。そして、フアラデー回
転子５６の長さは、フアラデー回転子５６を通過
する光の偏光面が45゜回転（旋光）するように設
定される。尚、フアラデー回転子５６に印加して
おく磁界を十分強くするのは、前記回転角が磁界
の変化により大きく変化することを防止するため
である。

５８，６０は、光アイソレータ５０からの出射
ビームをSMF６２に集光するために、当該ビー
ムの光軸上に並設されるグリンロツドレンズ（屈
折率分布型ロツドレンズ）であり、これらのグリ
ンロツドレンズ５８，６０の半径R₀は0.9mm、中
心屈折率n₀oは1.592、屈折率分布係数√は
0.324である。また、グリンロツドレンズ５８の
ピツチP₅₈は0.04〜0.06、グリンロツドレンズ６０
のピツチP₆₀は0.16〜0.20となるようにそれぞれの
長さが設定される。

SMF６２は一般に広く使用されているもので、
そのコア径及びクラツド径はそれぞれ10μｍ、
125μｍである。

上述した構成のLDモジユールにおいて、光ア
イソレータ５０への入射角θ₀を40゜に設定して実
際に使用したところ、結合効率は約30％〜40％、
光アイソレータ５０の挿入損失は順方向で0.5dB
以下、逆方向で30dB以上、反射帰還光の分離角
は10゜以上と良好な結果が得られた。

発明の効果以上詳述したように、本発明によれば、出射光
ビームの楕円化が生じないように光アイソレータ
への入射角を設定しているので、高結合効率の
LDモジユールを実現することが可能になるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは、本発明の原理説明図、第２図
は、本発明の光アイソレータを用いて構成される
LDモジユールの基本構成図、第３図は、本発明
の実施例を示すLDモジユールの概略構成図、第
４図は、従来のLDモジユールの光学的構成の一
例を示す図、第５図は、従来の改良されたLDモ
ジユールの光学的構成の一例を示す図、第６図
は、従来の光アイソレータの構成及び動作を説明
するための図、第７図は、従来の光アイソレータ
の問題点を説明するための図である。１０……LD、１２，１４……レンズ、１６，
４４，６２……SMF（シングルモードフアイバ）、
１８，５０……光アイソレータ、２０，５２……
第１偏光プリズム、２２，５４……第２偏光プリ
ズム、２４，５６……フアラデー回転子、４８…
…球状レンズ、５８，６０……グリンロツドレン
ズ。

Claims

【特許請求の範囲】１発光素子からの光が入射する複屈折性の第１
偏光プリズム２０と、入射した光を45゜旋光する
フアラデー回転子２４と、前記第１偏光プリズム
２０と結晶軸を互いに45゜傾けた複屈折性の第２
偏光プリズム２２とをビーム拡がりがある光ビー
ムの光軸上に順次配置してなる光アイソレータに
おいて、前記第２偏光プリズム２２から出射した光のビ
ーム形状が軸対称となるとように、前記第１偏光
プリズム２０への入射角を設定したことを特徴と
する光アイソレータ。