JPH0720407A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】長距離光通信に対応し、かつ、組立て時の光軸
調整が容易な偏光無依存型光アイソレータを提供するこ
と。 【構成】入射光を直交する２つの直線偏光に分離する偏
光子３と、分離した２つの直線偏光を合成する偏光子４
と、偏光方向を４５゜回転させ、かつ相反作用を持つ旋
光子Ｒ１、Ｒ２と、偏光方向を４５゜回転させ、かつ非
相反作用を持つファラデー回転子Ｆ１、Ｆ２と、ファラ
デー回転子Ｆ１、Ｆ２に磁界を印加する永久磁石Ｍで構
成され、旋光子Ｒ１、Ｒ２、ファラデー回転子Ｆ１、Ｆ
２を分離した各直線偏光の光路にそれぞれ直列に配置し
た光アイソレータである。

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及び、光フ
ァイバアンプを用いた光ファイバ通信等に用いて好適
な、偏光に対して依存性のない、いわゆる偏光無依存型
光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来技術】半導体レーザを中心とする光通信や光計測
システムにおいて、高速・高密度信号伝送などの信頼性
の高い光通信や高精度の光計測を行うためには、レーザ
発振の誤動作の原因となる光学システムからの反射戻り
光を除去する光アイソレータが配置される。この光アイ
ソレータは、ある偏光面のみを通過させ、その偏光方向
と直交する偏光方向を遮断する機能を有する偏光子と、
通過する偏光を４５°非可逆に回転させるファラデー回
転子と、ファラデー回転子を磁化する永久磁石と、通過
する偏光面が偏光子に対して４５°傾いている検光子か
ら構成される。

【０００３】また、最近、Ｅｒドープファイバを使用し
た光ファイバ増幅器が注目されているが、この場合でも
各光部品や接続点からの反射戻り光によりＥｒドープフ
ァイバ内で発振し、それが雑音増加の原因となるため、
反射戻り光を除去する光アイソレータが必要となる。

【０００４】一般に信号光がＥｒドープファイバを伝送
する場合、信号光の偏光面は保存されないため、光ファ
イバ増幅器には信号光の偏光方向に依存しない偏光無依
存型光アイソレータが使用される。

【０００５】ここで、偏光無依存型光アイソレータの従
来例を図６〜図８に示し、各図において（ａ）は順方向
での偏光伝搬状態、（ｂ）は逆方向での偏光伝搬状態を
表している。

【０００６】図６の光アイソレータは、平板型複屈折結
晶３枚とファラデー回転子１枚により構成される。

【０００７】信号光が平板型複屈折結晶１１を通過する
とき、平板型複屈折結晶１１に対して、異常光方位とな
る直線偏光が変位するため、直交する２つの直線偏光
（常光、異常光）に分離され、ファラデー回転子１２を
通過の際に直交する２つの直線偏光の偏光面は回転され
る。その後、平板型複屈折結晶１３、平板型複屈折結晶
１４を通過する際、それぞれの平板型複屈折結晶に対し
て異常光方位となる直線偏光は変位するため、平板型複
屈折結晶１１で分離された２つの直線偏光は平板型複屈
折結晶１４で直交合成される。

【０００８】図７の光アイソレータは、平板型複屈折結
晶３枚とファラデー回転子２枚で構成される。

【０００９】信号光は平板型複屈折結晶１５を通過する
とき、平板型複屈折結晶１５に対して、異常光方位とな
る直線偏光が変位するため、直交する２つの直線偏光
（常光、異常光）に分離される。そしてファラデー回転
子１６、１７で直交する２つの直線偏光の偏光面は回転
される。平板型複屈折結晶１８、平板型複屈折結晶１９
に対して、異常光方位となる直線偏光が変位し、平板型
複屈折結晶１５で分離された直線偏光は平板型複屈折結
晶１９で直交合成される。

【００１０】図８の光アイソレータは、楔型複屈折結晶
２枚とファラデー回転子１枚により構成される。光ファ
イバ２１からの信号光はレンズ２２を通過して、楔型複
屈折結晶２３により、直交する２つの直線偏光（常光・
異常光）に分離され、ファラデー回転子２４により各直
線偏光の偏光面は回転される。そして楔型複屈折結晶２
５により、２つの直線偏光は平行光となり、レンズ２６
により平行光を光ファイバ２７に集束させる。

【００１１】上記従来例の逆方向では、複屈折結晶偏光
子により直交する２つの直線偏光に分離された戻り光
は、ファラデー回転子の非相反作用のために光ファイバ
から離れる方向に変位するため、光ファイバに入射しな
い。よって、光アイソレータとしての機能を果たす。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】一般に半導体レーザ直
前に使用される光アイソレータは、或る偏光面にしか有
効に作用しない。そのため偏光状態が温度、風、圧力、
振動のような環境条件で常に変化する通常の光ファイバ
間に、この光アイソレータが配置された場合、信号光は
偏光方向により大幅に損失するという欠点があった。

【００１３】また、上記従来例で示した偏光無依存型光
アイソレータでは信号光が直交する２つの直線偏光に分
離・合成される過程において、直交する２つの直線偏光
間に光路長の差が生じる。この光路長差によって生ずる
偏波分散により信号光の劣化が生じ、特に長距離光通信
では大きな問題となる。

【００１４】さらに、上記従来例の偏光無依存型光アイ
ソレータにおいて、戻り光はファラデー回転子の非相反
作用のために、順方向では直交する２つの直線偏光が分
離・合成するが、逆方向では直交する２つの直線偏光と
なる戻り光は、大きく分離して、光ファイバには入射し
ないために光アイソレータとしての機能を果たす。

【００１５】しかし、戻り光は吸収等により完全に遮断
されないために、組立て時において、戻り光が光ファイ
バに入射しないように光学系の位置調整することは大変
難しく、光アイソレータ構成素子、特に光学系のアライ
メントズレにより、アイソレーションが低下するという
欠点があった。

【００１６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は長距離光通信に対応し、かつ、組立て
時の光学調整が容易な偏光無依存型光アイソレータを提
供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、入射光を直交する２つの直線偏光に分離
する複屈折素子と、分離した２つの直線偏光を合成する
複屈折素子と、偏光方向を４５゜回転させ、かつ相反作
用を持つ旋光子と、偏光方向を４５゜回転させ、かつ非
相反作用を持つファラデー回転子と、ファラデー回転子
に磁界を印加する永久磁石で構成される光アイソレータ
において、２つの直線偏光の光路長が等しくなる組合せ
で旋光子、ファラデー回転子を分離した各直線偏光の光
路にそれぞれ直列に配置していることを特徴とする光ア
イソレータである。

【００１８】さらに、組立て時に光学系の光軸調整を容
易にするために、前記旋光子とファラデー回転子の間に
偏光子を配置して、偏光子により戻り光である２つの直
線偏光の両方あるいは少なくとも一方を除去する光アイ
ソレータである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は第１実施例にかかる光アイソレー
タの概略構成図である。図１（ａ）は順方向の偏光伝搬
状態、図１（ｂ）は逆方向の偏光伝搬状態を示してい
る。ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示す各構成素子通過時の偏光
の伝搬状態は常に光ファイバ１から光ファイバ６を見た
ときの偏光方向である。

【００２０】図１（ａ）より、光ファイバ１からレンズ
２を通過した伝搬状態ａの信号光は複屈折結晶からなる
偏光子３により伝搬状態ｂのように直交する２つの直線
偏光に分離する。このとき、直交する２つの直線偏光
は、偏光子３の光学軸方位Ｏ１を示すベクトルと偏光子
３に入射した光の波動ベクトルとで張る主断面の法線ベ
クトルに平行な偏光方位を常光方位、直交する方位を異
常光方位とする（主断面に対し、垂直な偏光方位を常光
方位、常光方位に直交する偏光方位を異常光方位とす
る）。

【００２１】偏光子３で分離された直交する２つの直線
偏光のうち、常光方位と一致する直線偏光の光路を８
、異常光方位と一致する直線偏光の光路を８とする
と、光路８上にはファラデー回転子Ｆ１、旋光子Ｒ
１、もう一方の光路８上には旋光子Ｒ２、ファラデー
回転子Ｆ２の順番で配置されている。

【００２２】ここで、順方向で光ファイバ１からみて、
偏光の進行方向に対して右回転を正とする。したがっ
て、光路８を通過する直線偏光の偏光方位はファラデ
ー回転子Ｆ１、旋光子Ｒ１により、それぞれ＋４５°回
転する。また、光路８を通過する直線偏光の偏光方位
は旋光子Ｒ２、ファラデー回転子Ｆ２により、それぞれ
＋４５°回転する。この時の伝搬状態はｃ，ｄに示す通
りである。

【００２３】そのため、旋光子Ｒ１を通過した光路８
の直線偏光の偏光方位と、ファラデー回転子Ｆ２を通過
した光路８の直線偏光の偏光方位は、偏光子３から出
射されたときの偏光方位よりも＋９０°回転しており、
偏光子４は偏光子３の光学軸方位Ｏ１と同じ光学軸方位
Ｏ２をもつ複屈折結晶であるために、偏光子４に入射の
際は、光路８の直線偏光が異常光方位、光路８が常
光方位と一致するため、分離された２つの直交する直線
偏光は直交合成されて、レンズ５を通過し、光ファイバ
６へ入射する。以上の分離、合成で２つの直線偏光が辿
る光路８と光路８の光路長は等しい。

【００２４】また、図１（ｂ）より、光ファイバ６から
の戻り光はレンズ５を通り、偏光子４で直交する２つの
直線偏光に分離され、伝搬状態ｄのように常光方位と一
致した直線偏光は光路８に、異常光方位と一致した直
線偏光は光路８を通る。

【００２５】光路８を通る直線偏光は相反作用をもつ
旋光子Ｒ１により、偏光方向が−４５°回転され、そし
て非相反作用をもつファラデー回転子Ｆ１により＋４５
゜回転される。一方、光路８を通る直線偏光は非相反
作用をもつファラデー回転子Ｆ２により偏光方向が＋４
５°回転され、相反作用をもつ旋光子Ｒ２により−４５
゜回転される。この伝搬状態はｃ，ｂの通りである。

【００２６】よって、ファラデー回転子Ｆ１を通過した
光路８の直線偏光の偏光方位と旋光子Ｒ２を通過した
光路８の直線偏光の偏光方位は、偏光子４を通過した
ときの偏光方位と一致する。また、偏光子３に対して、
光路８の直線偏光の方位は異常光方位、光路８の直
線偏光の偏光方位は常光方位と一致する。したがって、
光路８の直線偏光は光ファイバ１と反対方向へ変位す
るため、光ファイバ１に入射しない。また、光路８の
直線偏光は変位せずそのまま直進するため、光ファイバ
１には入射しない。

【００２７】図２は第２実施例で、図１の第１実施例の
構成を一体化した例を示す概略構成図である。このよう
に、構成素子を一体化させても特性には何等問題はな
い。

【００２８】図３は本発明の第３実施例を示す概略構成
図である。ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅで示す各構成素子通過時
の偏光の伝搬状態は常に光ファイバ１から光ファイバ６
を見たときの偏光の動作状況である。図３（ａ）より、
光ファイバ１を出射して、レンズ２を通過した伝搬状態
ａの信号光は、複屈折結晶からなりＯ１で示す方向に結
晶光軸を有する偏光子３に入射すると、伝搬状態ｂで示
すように２つの直線偏光に分離される。ここで、順方向
で光ファイバ１からみて、偏光の進行方向に対して右回
転を正として、偏光子３で分離された直交する２つの直
線偏光のうち、常光方位と一致する直線偏光の光路を８
、異常光方位と一致する直線偏光の光路を８とする
と、光路８には偏光方向を＋４５°回転させるファラ
デー回転子Ｆ３と偏光方向を＋４５°回転させる旋光子
Ｒ３が、光路８には偏光方向を−４５°回転させる旋
光子Ｒ４と偏光方向を−４５°回転させるファラデー回
転子Ｆ４が、さらにファラデー回転子Ｆ３に磁界を印加
する永久磁石Ｍ１、ファラデー回転子Ｆ４に磁界を印加
させ、かつその磁界の印加方向が永久磁石Ｍ１と反対方
向である永久磁石Ｍ２が配置されている。

【００２９】今、光ファイバ１からの信号光は偏光子３
で伝搬状態ｂのように直交する２つの直線偏光に分離さ
れ、その分離された各直線偏光は伝搬状態ｃ，ｄのよう
に光路８の直線偏光及び光路８の直線偏光が逆方向
に回転される。したがって、偏光子４の光学軸Ｏ２に対
して光路８の直線偏光が異常光方位と一致して変位
し、光路８の直線偏光が常光方位と一致して直進され
て偏光子４で直交合成し、レンズ５で集光されて光ファ
イバ６に入射する。以上の分離、合成で２つの直線偏光
が辿る光路８と光路８の光路長は等しい。

【００３０】また、図３（ｂ）より、光ファイバ６から
の戻り光は、偏光子４で直交する２つの直線偏光に分離
され、偏光子４に対して常光方位と一致した直線偏光は
光路８に、異常光方位と一致した直線偏光は光路８
を通る。ファラデー回転子Ｆ３を通過した８の直線偏
光は偏光子３に対して、異常光方位となるために、光フ
ァイバ１と反対方向に変位し、光ファイバ１には入射し
ない。旋光子４を通過した８の直線偏光は偏光子３に
対して常光方位となるため、そのまま直進し、光ファイ
バ１には入射しない。

【００３１】図４は第４実施例にかかる光アイソレータ
の概略構成図である。図４（ａ）は順方向の偏光伝搬状
態、図４（ｂ）は逆方向の偏光伝搬状態を示している。
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆで示す各構成素子通過時の偏光
の伝搬状態は常に光ファイバ１から光ファイバ６を見た
ときの偏光の動作状況である。

【００３２】図４（ａ）より、光ファイバ１からレンズ
２を通過した伝搬状態ａの信号光は複屈折結晶からなる
偏光子３により、直交する２つの直線偏光に伝搬状態ｂ
のように分離する。

【００３３】偏光子３で分離された直交する２つの直線
偏光のうち、常光の光路を８、異常光の光路を８と
すると、光路８上には旋光子Ｒ５、ファラデー回転子
Ｆ５、もう一方の光路８上にはファラデー回転子Ｆ
６、旋光子Ｒ６の順番で配置され、各直線偏光の光路上
の旋光子、ファラデー回転子間には、偏光子７が両光路
上に共通に配置されている。

【００３４】偏光子７としては、不要成分の偏光を反射
させ、それと直交する偏光を透過する誘電体多層膜を施
した偏光子や不要成分の偏光を吸収し、それと直交する
偏光を透過する偏光子があるが、本明細書実施例におい
て、偏光子７は後者のタイプの偏光子とする。

【００３５】ここで、順方向で光ファイバ１からみて、
偏光の進行方向に対して右回転を正とすると、光路８
を通過する直線偏光の偏光方位は旋光子Ｒ５により−４
５°回転し、光路８を通過する直線偏光の偏光方位は
ファラデー回転子Ｆ６によって、＋４５°回転すること
により伝搬状態ｃのようになり、両光路上の直線偏光の
偏光方位は偏光子７の偏光透過方向と一致する。そのた
め偏光子７を通過した際の吸収による損失はない。

【００３６】偏光子７を通過した、光路８の直線偏光
の偏光方位はファラデー回転子Ｆ５により−４５°回転
し、光路８の直線偏光の偏光方位は旋光子Ｒ６により
＋４５°回転するため、伝搬状態ｅに示すように偏光子
３から出射されたときの偏光方位よりも＋９０°回転し
たことになる。

【００３７】偏光子４も偏光子３と同じ光学軸方位Ｏ２
をもつ複屈折結晶であるために、偏光子４に入射の際
は、光路８の直線偏光が異常光、光路８の直線偏光
が常光となるため、分離された２つの直交する直線偏光
は伝搬状態ｆのように直交合成されて、レンズ５を通過
し、光ファイバ６へ入射する。以上の分離、合成で２つ
の直線偏光が辿る光路８と光路８の光路長は等し
い。

【００３８】また、図４（ｂ）より、光ファイバ６から
の戻り光はレンズ５を通り、偏光子４で直交する２つの
直線偏光の常光と異常光に分離され、常光となった直線
偏光は光路８に、異常光となった直線偏光は光路８
を通る。

【００３９】光路８を通る直線偏光は非相反作用をも
つファラデー回転子Ｆ５により、偏光方向が−４５°回
転され、そのため偏光子７の偏光吸収方位と一致し、こ
の直線偏光は吸収される。

【００４０】光路８を通る直線偏光は相反作用をもつ
旋光子Ｒ６により偏光方向が−４５°回転する。この偏
光方向は偏光子７の偏光透過方位と一致するため、偏光
子７では吸収されずにそのままの偏光方位で通過して、
ファラデー回転子Ｆ６に入射する。ファラデー回転子Ｆ
６は非相反作用をもつので偏光方位が＋４５°回転され
る。したがって、偏光子３の常光方位と一致する。その
ため、この直線偏光は偏光子３では変位せずに通過し、
光ファイバ１に入射しない。

【００４１】図５は第５実施例を示す概略構成図であ
る。ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆで示す各構成素子通過時の
偏光の伝搬状態は常に光ファイバ１から光ファイバ６を
見たときの偏光の動作状況である。

【００４２】図５（ａ）より、光ファイバ１を出射して
レンズ２を通過した伝搬状態ａの信号光は、結晶光軸方
位Ｏ１を有する複屈折結晶から成る偏光子３に入射さ
れ、伝搬状態ｂで示すように２つの直線偏光に分離され
る。ここで常光方位の光路を８、異常光方位の光路を
８とすると、光路８には偏光方向を−４５°回転さ
せる旋光子Ｒ７と、偏光方向を−４５°回転させるファ
ラデー回転子Ｆ７を、一方、光路８には偏光方向を＋
４５°回転させる旋光子Ｒ８と、偏光方向を＋４５°回
転させるファラデー回転子Ｆ８を配置する。したがっ
て、伝搬状態ｃに示すように、光路８の直線偏光は旋
光子Ｒ７で−４５°回転され、逆に光路８の直線偏光
は旋光子Ｒ８で＋４５°回転されて、偏光方向が吸収型
の偏光子７の偏光通過方向に一致する。また、偏光子７
を通過した各直線偏光は偏光の伝搬状態ｄに示すように
ｂの状態のままで通過する。次に、光路８の直線偏光
はファラデー回転子Ｆ５で−４５°回転され、逆に光路
８の直線偏光は＋４５°回転されるので、偏光の伝搬
状態ｂから９０°回転されたｅの状態になる。このた
め、偏光子４では光路８の直線偏光が異常光方位とな
るので屈折し、光路８が常光方位となり直進する。し
たがって、光路８、８に分離されていた各直線偏光
は偏光子４で直交合成され、レンズ５で集光されて光フ
ァイバ６に入射する。以上の説明からも分かるように、
２つの直線偏光の分離から合成までの光路長は等しい。

【００４３】さらに、図５（ｂ）より、光ファイバ６か
らの戻り光は偏光子４で直交する２つの直線偏光に分離
され、常光となった直線偏光は光路８に、異常光とな
った直線偏光は光路８を通り、それぞれファラデー回
転子Ｆ８、ファラデー回転子Ｆ７により、光路８の直
線偏光は−４５°、光路８の直線偏光は＋４５°それ
ぞれ回転されるので、各偏光方向は偏光子７の偏光吸収
方位と等しくなり、戻り光は偏光子７に吸収されて完全
に除去される。これにより、光アイソレータ組立時にお
ける光学調整が大変容易になる。

【００４４】上述のように図４、図５の説明をしたが、
小型化等の理由により光アイソレータの各構成素子を一
体化させる事は当然である。

【００４５】また、上述の図４の第４実施例、図５の第
５実施例は共に、偏光子７を取り除いた状態でも、順方
向の光は偏光子４で合成され、逆方向の戻り光は光路８
の直線偏光は異常光方位なので変位し、光路８の直
線偏光は常光方位となって直進するので、図１から図３
に示した実施例と同等の光アイソレータとして動作す
る。

【００４６】以上、詳細に説明したが、本発明は上述の
実施例に限定されるものではなく、相反素子と非相反素
子の配置と各偏光回転方向の組合せなど、種々の変更が
可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる分離・合成タイプの光アイソレータは、信号光が２
つの直線偏光に分離して合成されるまでの各光路長を等
しくできるため、長距離光通信に問題となる偏波分散に
おける信号光の劣化がない。

【００４８】また、本発明にかかる光アイソレータで
は、戻り光が一光線、もしくは完全に遮断されるため、
光アイソレータ組立の際に、光学系のアライメントズレ
によるアイソレーションの低下を低減でき、かつ光学系
の位置調整を大変容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる光アイソレータを
示す概略構成図である。

【図２】本発明の第２実施例にかかる光アイソレータを
示す概略構成図である。

【図３】本発明の第３実施例にかかる光アイソレータを
示す概略構成図である。

【図４】本発明の第４実施例にかかる光アイソレータを
示す概略構成図である。

【図５】本発明の第５実施例にかかる光アイソレータを
示す概略構成図である。

【図６】第１従来技術を示す光アイソレータを示す概略
図である。

【図７】第２従来技術を示す光アイソレータを示す概略
図である。

【図８】第３従来技術を示す光アイソレータを示す概略
図である。

【符号の説明】

１，６ 光ファイバ ２，５ レンズ ３，４ 偏光子（複屈折結晶） ７ 吸収型偏光子 Ｆ１〜Ｆ８ ファラデー回転子（非相反素子） Ｒ１〜Ｒ８ 旋光子（相反素子） Ｍ，Ｍ１，Ｍ２ 永久磁石

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射光が直交する２つの直線偏光に分離さ
   れる第１の複屈折素子と、直交する２つの直線偏光を合
   成する第２の複屈折素子との間に、前記分離された２つ
   の直線偏光が伝搬する第１光路と第２光路の各光路上に
   偏光方向を４５°回転する非相反素子と相反素子とが、
   前記第１光路と第２光路上にそれぞれ配設され、前記第
   １の複屈折素子で分離された順方向光が前記第２の複屈
   折素子で合成され、逆方向からの前記第２の複屈折素子
   で分離された戻り光が前記第１の複屈折素子に入射して
   前記順方向光の入射位置から離れた位置に出射されるよ
   うに前記非相反素子と相反素子の配列順序並びに各偏光
   回転方向が設定されていることを特徴とする光アイソレ
   ータ。
2. 【請求項２】前記第１光路及び第２光路上の非相反素子
   と相反素子との間に共通の偏光子が配設され、前記偏光
   子は順方向光を通過させ、前記第１光路かつ／または第
   ２光路を伝搬する戻り光を遮断するように偏光方向が設
   定されていることを特徴とする請求項１記載の光アイソ
   レータ。