JPH0643395A

JPH0643395A - 光アイソレータ

Info

Publication number: JPH0643395A
Application number: JP21743892A
Authority: JP
Inventors: Junji Saito; 準二斎藤; Hideaki Kaneda; 英明金田; Takahiko Tamaki; 孝彦玉城
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-07-24
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【目的】光アイソレータに関し、実用上の温度範囲或
いは波長範囲で高いアイソレーションを得ることを目的
とする。【構成】偏光子、ファラデー回転子及び検光子を有す
る光アイソレータにおいて、偏光子及び検光子の双方の
光学軸の光軸回りの角度配置が、アイソレーションの温
度特性或いは波長特性に２つの極大値が現れるように構
成され、ファラデー回転子におけるファラデー回転角の
温度依存性或いは波長依存性に起因するアイソレーショ
ンの低下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば光通信や光伝送
等で使用される光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザを採用した光通信システム
等にあっては、レーザ光が光学系内で反射を受けてレー
ザ共振器内に戻ると、レーザの発振強度或いは波長が変
動して光学系が不安定になり、或いはノイズが発生する
ので、かかる反射光等の戻りを防止するために、光アイ
ソレータが使用されている。光アイソレータは、一般
に、飽和磁界が印加されて直線偏光の偏光面を４５度回
転させる機能を有するファラデー回転子と、このファラ
デー回転子の光軸方向両側に配され、光学軸が４５度の
角度間隔を成す偏光子及び検光子と、ファラデー回転子
に前記飽和磁界を供給する磁石とから構成される。かか
る光アイソレータは、例えば半導体レーザのモジュール
内、或いは光サーキュレータ内に組み込まれ、また、光
ファイバーと光ファイバーとの間に挿入されて使用され
る。

【０００３】一般に光アイソレータの性能は、消光比、
挿入損失、或いはアイソレーション等で表され、この内
アイソレーションは、光源側から光アイソレータを順方
向に通過する光における光アイソレータの挿入損失（デ
シベル）から、光源側に向かって逆方向に通過する光に
おける光アイソレータの挿入損失（デシベル）を引いた
値として表され、光源からの入射光を効率よく通過させ
ると共に、光源側へ戻る反射光等を有効に阻止するとい
う光アイソレータの機能上、特に重要な数値である。

【０００４】ところで、ファラデー回転子は、ファラデ
ー回転子の温度（以下、使用温度と呼ぶ）及びファラデ
ー回転子を通過する光の波長（以下、使用波長と呼ぶ）
に依存してそのファラデー回転角が変化するものである
から、ファラデー回転子を備える光アイソレータでは、
使用温度及び使用波長の差によって前記アイソレーショ
ンが大きく異なるという性質がある。例えば、ファラデ
ー回転子の内でも、比較的、温度及び波長依存性が小さ
なＹ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂（ＹＩＧ：イットリウム鉄ガーネット）
から成るファラデー回転子を使用した光アイソレータの
場合にあっても、例えば４０ｄＢ以上の高いアイソレー
ションは、室温±１３度Ｃ、或いは中心波長±０．０１
３μm程度の、きわめて狭い範囲でしか得られない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光通信システム等で
は、光アイソレータは周囲環境が様々な場所に設置され
るものであり、また、半導体レーザ等から出力される光
は必ずしも単一の波長ではないので、光アイソレータに
は、実用上の使用温度範囲或いは使用波長範囲におい
て、一定以上、例えば４０ｄＢよりも高いアイソレーシ
ョンを有することが望まれている。しかし、従来の光ア
イソレータでは、前記の如きファラデー回転子における
ファラデー回転角の温度及び波長依存性のために、実用
上の使用温度範囲及び使用波長範囲全域で所定値以上の
高いアイソレーションを得ることが困難という事情があ
る。

【０００６】上記事情に鑑み、従来、相互に同様な構造
を有する光アイソレータを２段直列に結合して用いるこ
とで、実用上の使用温度範囲或いは使用波長範囲で、必
要な高いアイソレーションを得る構成が採用されてい
る。ところが、このように光アイソレータを２段に結合
する場合には、いきおい、光アイソレータの光学長が長
くなるため、例えば半導体レーザ等の如き小さなモジュ
ール内への組込みが困難になり、また、その光学調整が
困難になるという問題があった。

【０００７】更に、光アイソレータを２段に設けること
により、順方向の光における光アイソレータの挿入損失
が増加することからシステム効率が低下すると共に、２
段の光アイソレータは、１段の光アイソレータに比して
高価格であるという問題もあった。

【０００８】本発明は、上記問題に鑑み、１段のみの使
用により、広い温度範囲或いは広い波長範囲で高いアイ
ソレーションが得られることから、実用上の使用温度範
囲或いは使用波長範囲において、挿入損失の増加を生ず
ることなく必要なアイソレーションを得ることが可能で
あり、また、その小型化が可能で光学調整も容易な低価
格の光アイソレータを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の光アイソレータは、偏光子、ファラデー回
転子及び検光子が、入射光の光軸方向にこの順に配設さ
れた光アイソレータにおいて、前記偏光子及び前記検光
子の双方の光学軸の前記光軸回りの角度配置が、アイソ
レーションの温度特性或いは波長特性に２つの極大値が
現れるように構成されていることを特徴とする。

【００１０】ここで、本発明の光アイソレータの形式と
しては、ファラデー回転子と組み合わされる偏光子及び
検光子が、直線偏光子若しくは偏光ビームスプリッタ等
である偏光面依存型、或いは、偏光子及び検光子が、例
えばルチル偏光分離子である偏光面無依存型のいずれの
ものでもよい。

【００１１】本発明において採用されるファラデー回転
子の材料としては、光アイソレータが実際に使用される
光システムの構成、配置等から定まる使用温度或いは使
用波長範囲内にファラデー回転角の極大値或いは極小値
を与える温度或いは波長が存在するものであればよく、
材料のファラデー回転係数が特に大きく且つ飽和磁界が
小さなファラデー回転子を採用することが望ましい。こ
のような材料としては、例えば式、Ｔｂ_3-xＢｉ_xＦｅ
_5-yＧａ_yＯ₁₂（式中、ｘは０．２２≦ｘ≦０．８で、
ｙは０＜ｙ＜０．１である）、Ｔｂ_yＢｉ_xＲ_3-(x+y)Ｆ
ｅ_5-zＭ_zＯ₁₂（式中、Ｒは、テルビウムを除く希土類元
素又はイットリウムを表し、Ｍは、ガリウム、アルミニ
ウム、インジウム、クロム又はコバルトを表す。ｘ、ｙ
及びｚは夫々、０．１６≦ｘ≦０．１８、１．５≦ｙ≦
２．８４、及び０≦ｚ≦０．３である）、Ｔｂ_3-xＲ_zＢ
ｉ_xＦｅ_5-yＭ_yＯ₁₂（式中、Ｒはイットリウム、ネオジ
ム、ガドリニウム、ホルミウム又はイッテルビウムであ
り、Ｍは、アルミニウム、クロム、ガリウム又はインジ
ウムであり、ｘ、ｙ及びｚは夫々、０．２２≦ｘ≦０．
５５、０≦ｙ≦０．３、０＜ｚ≦０．５である）、Ｔｂ
_3-xＢｉ_xＦｅ_5-yＭ_yＯ₁₂（式中、Ｍはアルミニウム、ク
ロム又はインジウムであり、ｘ及びｙは夫々、０．２２
≦ｘ≦０．５５、０＜ｙ≦０．３である）で夫々表され
る材料を主成分とする磁気光学材料が挙げられる。

【００１２】本発明の光アイソレータでは、予め、偏光
子及び検光子の一方、例えば検光子を光軸周りに回動可
能に配設し、所定の温度或いは波長の２点でアイソレー
ションが極大値をとるように、偏光子及び検光子双方の
光学軸の光軸回りの角度間隔を調整し、その後、回動可
能とした検光子を固定する構成を採用することが好まし
い。なお、この場合、一方の極大値を与える温度或いは
波長を定めると、ファラデー回転角の温度特性或いは波
長特性に基づき、他方の極大値を与える温度或いは波長
が定まる。

【００１３】

【作用】本発明の光アイソレータでは、実用上の使用温
度範囲或いは使用波長範囲内で、アイソレーションの温
度特性或いは波長特性に２つの極大値が現れるように構
成したことにより、アイソレーションの温度特性或いは
波長特性が、全体として平坦化されるので、所定値以上
のアイソレーションを得ることができる温度範囲或いは
波長範囲が広がる。このため、２つの極大値を与える温
度或いは波長を適当に定めることにより、光アイソレー
タの実用上の使用温度範囲或いは使用波長範囲におい
て、必要な高いアイソレーションを得ることが容易にな
る。

【００１４】偏光子若しくは検光子の一方、例えば検光
子を光軸回りに回動可能としておき、特定の温度或いは
波長の２点においてアイソレーションが極大値をとるよ
うにこの検光子を回動させて、偏光子の光学軸と検光子
の光学軸の光軸回りの角度間隔の調整を行う方法を採用
すれば、アイソレーションの特性を、実際に使用される
システムで必要とされる条件に適合させることが特に容
易となり、１種類の光アイソレータを種々の異なるシス
テムに使用でき、光アイソレータの汎用性が向上する。

【００１５】

【実施例】図面を参照して本発明を更に詳しく説明す
る。図１は本発明の一実施例の光アイソレータについ
て、その一部を切欠いて内部構造を示す斜視図である。
同図において、この光アイソレータ１０は、偏光面依存
型光アイソレータとして構成されており、外枠１５の径
方向内側には、偏光子１１、ファラデー回転子１２、及
び検光子１３が、矢印Ａとして示した光源側からの入射
光の光軸上に、この順に並んで配設されている。

【００１６】ファラデー回転子１２の径方向外側には円
筒形磁石１４が配設され、この円筒形磁石１４は、ファ
ラデー回転子１２に対して飽和磁界を供給している。偏
光子１１及び検光子１３は、相互に同様な構造を有する
偏光ビームスプリッタとして構成されており、検光子１
３は、光軸回りに回動可能に製作され、その後特定の角
度位置に固定される構造としてある。偏光子１１、ファ
ラデー回転子１２及び検光子１３を全体として光軸方向
に囲んで、アパーチャー１６、１７が設けられており、
このアパーチャー１６、１７には夫々、その中心部に光
を通過させるスリットが形成されている。

【００１７】検光子１３は、この光アイソレータの製作
完了後、特定の用途における使用温度及び必要なアイソ
レーションが考慮されて、特定の温度の２点においてア
イソレーションが夫々極大値をとるように、その角度位
置が調整され、その後固定される。また、用途によって
は、特定の波長の２点でアイソレーションが極大値をと
るように、検光子１３の角度位置が調整されてもよい。
その結果、いずれの場合にも、偏光子の光学軸と検光子
の光学軸とは、その光軸回りの角度間隔が、４５度に近
い特定の角度間隔に定められる。

【００１８】使用に際して、光アイソレータ１０に対し
図面上左方向から入射する順方向の光Ａの内、特定の偏
光面を有する直線偏光のみが偏光子１１を通過する。偏
光子１１を通過した直線偏光は、ファラデー回転子１２
において、その偏光面がほぼ４５度である特定の角度だ
け回転されて検光子１３に入射する。検光子１３の光学
軸は、偏向子１１の光学軸の角度位置から、ファラデー
回転子による偏光面の回転方向に、前記特定角度だけ回
転された角度位置となるように構成されているので、偏
光子１１を通過した入射光はほぼそのまま検光子１３を
通過することができる。

【００１９】一方、検光子１３を通過した直線偏光の
内、光学系における反射等によって図面上右側から検光
子１３に入射する逆方向の光Ｂは、そのまま検光子１３
を通過して、ファラデー回転子１２に入射し、このファ
ラデー回転子１２によってその偏光面が、前記と同じ方
向に更に前記と同じ角度だけ回転される。この結果、フ
ァラデー回転子から偏光子１１に入射する直線偏光は、
以前に偏光子１１を通過した後、ほぼ９０度の偏光面の
回転を受けていることから、この偏光子１１を通過でき
ず、従って、逆方向の光Ｂの光源側への入射が阻止され
る。

【００２０】上記実施例の光アイソレータにおいて、周
囲温度が変動する場合には、ファラデー回転子における
ファラデー回転角が大きく変動し、アイソレーションに
も変化が生ずる。しかし、本実施例では、アイソレーシ
ョンの温度特性に極大値が２つ現れるように構成してあ
るので、ファラデー回転角の大きな変動にも拘らず、使
用温度範囲においてアイソレーションの低下が小さく抑
えられ、光システムに必要な高いアイソレーションを得
ることが容易となる。また、検光子の角度位置が、特定
の波長の２点でアイソレーションに極大値を与えるよう
に定められている場合には、使用波長の相違によるアイ
ソレーションの低下が小さく抑えられ、使用波長範囲で
高いアイソレーションを得ることが容易になる。

【００２１】図１に示した構成に従う２つの実施例であ
る実施例１及び実施例２の光アイソレータ、及びこれと
データ比較をすべき２つの比較例である比較例１及び比
較例２のアイソレータを夫々製作して、夫々について所
定の方法で検光子の角度を調整した後、アイソレーショ
ンの温度特性及び波長特性を得ることとした。

【００２２】実施例１の光アイソレータでは、ファラデ
ー回転子の材料として、Ｔｂ_3-xＢｉ_xＦｅ_5-yＧａ_yＯ₁₂
（ｘ＝０．３３、ｙ＝０．１）を使用した。図２に、こ
のファラデー回転子におけるファラデー回転角の温度特
性を示した。同図に見るごとく、実施例１におけるファ
ラデー回転角は、約４０℃で極大値をとり、その大きさ
が約４５度である。−１０℃及び８０℃でのファラデー
回転角（４４．７度）のときに、アイソレーションが夫
々極大値をとるように、検光子１３を回動させることに
よって、偏光子１１の光学軸と検光子１３の光学軸の光
軸回りの角度間隔を調節した後、その角度位置で検光子
１３を固定した。

【００２３】その後、各温度において順方向及び逆方向
の各挿入損失を測定することで、夫々アイソレーション
を求め、図３に示したアイソレーションの温度特性を得
た。同図に見るごとく、この実施例１の光アイソレータ
では、ほぼ−２０℃から１１０℃迄の広い温度範囲に亘
って４０ｄＢ以上の高いアイソレーションを得ることが
できる。なお、製作された光アイソレータの大きさは、
直径が約５mm、長さが約４mmであり、２段の光アイソレ
ータに比し特に小型化されていることから、半導体レー
ザ等への組込の場合には特に有利である。

【００２４】実施例２の光アイソレータでは、ファラデ
ー回転子の材料として、Ｔｂ_3-xＢｉ_xＦｅ_5-yＧａ_yＯ₁₂
（ｘ＝０．２９、ｙ＝０．１）を使用した。図４にこの
ファラデー回転子におけるファラデー回転角の波長特性
を示す。同図に示したように、実施例２におけるファラ
デー回転角は、入射光の波長が１．５７μmのときに極
小値をとり、その大きさは４４．８度である。入射光の
波長を１．５２μm及び１．６１μmとした、ファラデー
回転角が４５．２度であるときに、アイソレーションが
極大値をとるように検光子の角度位置を選択することに
よって、偏光子の光学軸と検光子の光学軸の光軸回りの
角度間隔を調節した後、検光子を固定した。その後各波
長の光を入射し、入射光毎に前記と同様にアイソレーシ
ョンを求め、図５に示したアイソレーションの波長特性
を得た。同図に見るごとく、入射光の波長１．４９μm
から１．６２μm迄の広い範囲において４０ｄＢ以上の
アイソレーションを得ることができた。なお、実施例２
の光アイソレータは、実施例１の光アイソレータと同じ
大きさ、形状に製作した。

【００２５】比較例１の光アイソレータでは、ファラデ
ー回転子の材料として、Ｙ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂（ＹＩＧ）を使用
した。偏光子及び検光子の光学軸の光軸回りの角度間隔
は、室温において、アイソレーションが極大値をとるよ
うに調節した。図６は、この光アイソレータでの測定の
結果得られたアイソレーションの温度特性を示してい
る。同図に示されているように、アイソレーションが４
０ｄＢ以上となるのは、１２℃から３８℃迄のきわめて
狭い温度範囲のみである。

【００２６】比較例２の光アイソレータでは、ファラデ
ー回転子の材料として比較例１と同じ材料を使用した。
偏光子及び検光子の光学軸の光軸回りの角度間隔は、
１．５５μmの波長において、アイソレーションが極大
値をとるように調節した。図７は、この比較例２の光ア
イソレータでの測定で得られたアイソレーションの波長
特性を示している。同図に示されているように、アイソ
レーションが４０ｄＢ以上となるのは、入射光の波長が
ほぼ１．５３７μmから１．５６３μmの間の狭い波長範
囲のみである。

【００２７】図３及び図６に夫々示した実施例１及び比
較例１のアイソレーションの各温度特性相互の比較、並
びに、図５及び図７に夫々示した実施例２及び比較例２
のアイソレーションの各波長特性相互の比較から容易に
理解できるように、各実施例の光アイソレータでは、対
応する各比較例に比して、アイソレーションの温度或い
は波長特性を広い温度範囲或いは波長範囲で平坦化する
ことができるため、使用温度或いは使用波長範囲内で、
高いアイソレーションを得ることが容易となるものであ
る。

【００２８】また、上記実施例の如く、ファラデー回転
子の材料として、例えばＴｂ_3-xＢｉ_xＦｅ_5-yＧａ_yＯ₁₂
（０．２２≦ｘ≦０．５５、０≦ｙ≦０．３）を採用す
ると、この材料は、従来からファラデー回転子として使
用されている常磁性ガラス或いはＹＩＧ（Ｙ₃Ｆｅ
₅Ｏ₁₂）に比してファラデー回転係数そのものが大き
く、従ってファラデー回転子自体を小さく製作できる。
また、この材料は飽和磁束も小さいので、ファラデー回
転子に与える磁界強度も小さくて足りることから、円筒
形磁石の小型化が可能となり、全体として光アイソレー
タの小型化が容易となる。従って、半導体レーザ等のモ
ジュール内への組込に特に適した光アイソレータを得る
ことが出来る。

【００２９】図１に示した構成の光アイソレータでは、
使用温度範囲内に２つの極大値が現れるように偏光子及
び検光子の光学軸の光軸回りの角度間隔を調節する場合
には、広い使用温度範囲において必要なアイソレーショ
ンが容易に得られ、また、使用波長範囲内に２つの極大
値が現れるように偏光子及び検光子の光学軸の光軸回り
の角度間隔を調節する場合には、レーザ光の発振周波数
の変動に対応し、或いはレーザ光に含まれる各スペクト
ルについて、必要な高いアイソレーションが得られる。
従って、１の形式の光アイソレータを用意し、使用され
るシステムにおける条件を考慮して検光子の角度調整を
行うこととすれば、１種類の光アイソレータを種々の異
なるシステムに使用でき、光アイソレータの汎用性が向
上する。

【００３０】なお、上記実施例の光アイソレータは、偏
光面依存型と呼ばれる形式の光アイソレータを例として
説明したが、本発明の光アイソレータは、特に偏光面依
存型光アイソレータに限定されるものではなく、偏光面
無依存型とよばれる形式の光アイソレータにも適用可能
である。

【００３１】本発明の光アイソレータでは、ファラデー
回転角の極大値或いは極小値を与える温度或いは波長の
両側に、若しくはその下側或いは上側に、アイソレーシ
ョンの良好点を与える温度或いは波長を設定することに
より、ファラデー回転角の極大値或いは極小値を与える
温度或いは波長の近傍では実用上問題とはならない程度
に若干アイソレーションが低下するが、結果的に、アイ
ソレーションの温度特性が良好となり、或いはその広帯
域化を図ることができる。本発明の光アイソレータは、
高速デジタル通信、コヒーレント通信、放送局間の画像
通信、ＣＡＴＶ等の光通信のみならず、例えば磁気セン
サ等の光計測にも採用できる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光アイソレ
ータによると、アイソレーションの温度特性或いは波長
特性に２つの極大値が現れるように構成したことによ
り、アイソレーションの温度特性或いは波長特性が平坦
になるため、使用可能な温度範囲或いは波長範囲が広が
り、１段の光アイソレータのみで必要な高いアイソレー
ションが容易に得られるので、順方向の挿入損失の低減
及び小型化が可能になると共にその光学調整も容易な低
価格の光アイソレータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の光アイソレータの構成を示す
一部切欠き斜視図である。

【図２】実施例１の光アイソレータのファラデー回転子
におけるファラデー回転角の温度特性を示す図である。

【図３】実施例１の光アイソレータにおけるアイソレー
ションの温度特性を示す図である。

【図４】実施例２の光アイソレータのファラデー回転子
におけるファラデー回転角の波長特性を示す図である。

【図５】実施例２の光アイソレータにおけるアイソレー
ションの波長特性を示す図である。

【図６】比較例１の光アイソレータにおけるアイソレー
ションの温度特性を示す図である。

【図７】比較例２の光アイソレータにおけるアイソレー
ションの波長特性を示す図である。

【符号の説明】

１０：光アイソレータ１１：偏光子１２：ファラデー回転子１３：検光子１４：円筒形磁石１５：外枠

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者玉城孝彦東京都世田谷区砧一丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光子、ファラデー回転子及び検光子
が、入射光の光軸方向にこの順に配設された光アイソレ
ータにおいて、前記偏光子及び前記検光子の双方の光学軸の前記光軸回
りの角度配置が、アイソレーションの温度特性或いは波
長特性に２つの極大値が現れるように構成されているこ
とを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】前記偏光子及び前記検光子の少なくとも
一方が光軸回りに回動可能に配設されることを特徴とす
る請求項１記載の光アイソレータ。