JPH07333559A - 光ファイバー装置及び光アイソレーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単純な構成を有し、製作時のアライメント等
が容易でしかも信頼性に富む光ファイバー装置を提供す
る。 【構成】 この光ファイバー１の出射端の近傍に配置さ
れるレンズ部材であって、前記光ファイバーの出射端か
ら出射する発散光を平行光に変換するレンズ部材２を、
金属元素を含む原料微粒子を混入させたガラス材料に引
き伸ばし処理を含む処理を施して所定のアスペクト比を
有するとともにその長手方向が一方向に配列された針状
の金属微粒子２１を内部に形成させて偏光特性を付与さ
せた偏光ガラスで構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバー通信、光
計測、光センサ等に利用できる光ファイバー装置及びこ
の光ファイバー装置を用いた光アイソレーターに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、光ファイバー通信や光計測の分
野では、光ファイバーの出射端から出射する発散光を平
行光にし、同時に偏光光に変換して外部に取り出すよう
にした、いわゆる偏光出力ファイバーコリメーターと称
される光ファイバー装置が用いられる。従来の偏光出力
ファイバーコリメーターは、光ファイバーから出射した
発散光を平行光にするためのレンズと、出射光を偏光光
に変換するための偏光子とをそれぞれ光ファイバーの出
射端の近傍に配置したものであった。

【０００３】この場合、光ファイバーの出射端や光束の
大きさに適合させ、かつ、外部との光結合部をできるか
ぎり小型にして伝送ロスの防止や省スペース化を図るた
めに、レンズとしてはロッドレンズ（屈折率分布型レン
ズ）を用い、偏光子としては積層型偏光子（例えば、住
友セメント株式会社の商品名「ラミポール」がある）を
用いる提案がなされている。

【０００４】しかし、このラミポールは有効幅が０．１
ｍｍ前後で著しく小さく、また、厚さも数十μｍ程度で
極めて薄いので機械的的強度が弱い。このため、高度な
精密性が要求される光軸合わせ等の光学アライメントが
困難である。さらに、アライメント後の固定は接着剤で
なされるが、この接着剤による固定は、熱や湿度等の環
境変化に対しての耐久性に不安があるという問題があ
る。

【０００５】このような問題を解決するために、ラミポ
ールを光コネクタのセラミックキャピラリーとロッドレ
ンズとの間に挟みこんで一体化する方法も提案されてい
る（特開平6-27419 号公報参照）。この方法はラミポー
ルのハンドリングをある程度容易にし、したがってま
た、アライメントがある程度容易になるものと考えられ
る。しかも、アライメント後の固定を接着剤を用いず
に、半田固定やＹＡＧレーザ溶接固定等を用いれば耐久
性についても不安を除くことが可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の提案
にかかる従来の方法も、ラミポールを用いているかぎり
において、依然その取り扱いや軸合わせ等のアライメン
トが困難であるということにはかわりがなく、また、半
田や溶接による固定では、この溶接部自体の経年変化を
おさえることはできるが、逆に、機械的強度の弱いラミ
ポールや他の光学部品に光学歪みや破壊等を発生させる
おそれが生ずる。

【０００７】本発明は上述の背景のもとでなされたもの
であり、単純な構成を有し、製作時のアライメント等が
容易でしかも信頼性に富む光ファイバー装置を提供する
ことを目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる光ファイバー装置は、 （構成１） 光ファイバーと、この光ファイバーの入射
端又は出射端の近傍に配置されるレンズ部材であって、
前記光ファイバーの入射端に向かう平行光を集束光に変
換して該入射端から入射させ、又は、前記光ファイバー
の出射端から出射する発散光を平行光に変換するレンズ
部材とを有し、前記レンズ部材が、金属元素を含む原料
微粒子を混入させたガラス材料に引き伸ばし処理を含む
処理を施して所定のアスペクト比を有するとともにその
長手方向が一方向に配列された針状の金属微粒子を内部
に形成させて偏光特性を付与させた偏光ガラスで構成さ
れていることを特徴とする構成とし、この構成の態様と
して、 （構成２） 構成１の光ファイバー装置において、前記
レンズ部材は、該レンズ部材を構成する偏光ガラスの針
状の金属微粒子の長手方向がレンズの光軸に交差するよ
うに形成されて偏光ガラスの偏光軸がレンズの光軸と交
差するように構成されていることを特徴とする構成とし
た。

【０００９】本発明にかかる光アイソレーターは、 （構成３） ファラデーローテーターの入射端又は出射
端の少なくとも一方に、構成１又は２の光ファイバー装
置を互いの光軸を共通にして配置したことを特徴とする
構成とした。

【００１０】

【作用】上述の構成１及び２によれば、偏光子の作用と
レンズの作用とを、偏光ガラスからなるレンズ部材とい
う１つの部材で行わせているので、部品点数が少なくな
り、また、偏光子とレンズとの光軸合わせ等の調整が不
要になるともに、製作も容易である。しかも、偏光ガラ
スからなるレンズ部材は、ラミポールに比較すると、そ
の取り扱いが著しく容易であり、固定も接着や溶接等の
方法でなく、ケースに機械的に固定する方法を容易に採
用できるから、経年変化の少ないものを容易に得ること
が可能となる。

【００１１】構成３によれば、極めて小型の光アイソレ
ータを容易に得ることが可能となる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例にかかる光ファイバ
ー装置の断面図、図２は偏光ガラスの説明図、図３は素
材ガラスの組成を示す表、図４はレンズ部材の製作過程
説明図、図５及び図６は素材ガラスの組成を示す表であ
る。以下、これらの図面を参照にしながら一実施例を説
明する。

【００１３】図１において、符号１は光ファイバー、符
号２はレンズ部材、符号３はホルダーである。

【００１４】ホルダー３は、耐熱ステンレス等の円柱体
の軸方向の一方の端部から中央部付近までを断面円形状
にくり抜き除去して形成されたレンズ収納孔３１を有
し、他方の端部からレンズ収納孔３１に貫通する小径の
貫通光である光ファイバー収納孔３２を有するものであ
る。

【００１５】レンズ収納孔３１の開口端部近傍は、幾分
大径に形成されてレンズ固定部３１ａとされ、このレン
ズ固定部３１ａにレンズ部材２が挿入され、おさえリン
グ３１ｂによって固定される。おさえリング３１ｂは、
その外周面にねじ部が形成されており、レンズ固定部３
１ａ内周面に形成されたねじ部にねじこむことによって
レンズ部材をレンズ収納孔３１内に固定するようになっ
ている。

【００１６】光ファイバー収納孔３２には、光ファイバ
ー１の先端部が挿入され、その光出射端１ａがレンズ収
納孔３１との境界部に位置するように配置されて適宜の
方法で固定されるようになっている。

【００１７】なお、上記ホルダー３は、必ずしも上記構
成でなくてもよく、例えば、円柱体を２つに切断して半
割形状にし、これら半割体のそれぞれに溝加工を施し、
半割体を合わせたときにレンズ収納孔や光ファイバー収
納孔が形成されるように形成し、これら溝にレンズや光
ファイバーを収納した状態でこれらを合わせて溶接等で
接合するようにしてレンズや光ファイバーを収納固定す
るようにしたものでもよい。

【００１８】光ファイバー１は、開口数ＮＡ＝０．２の
偏波保持ファイバーである。

【００１９】レンズ部材２は、銅元素を含む原料微粒子
を混入させたガラス材料に引き伸ばし処理を含む処理を
施して所定のアスペクト比を有するとともにその長手方
向が一方向に配列された針状の金属銅微粒子２１を内部
に形成させて偏光特性を付与させた偏光ガラス（屈折率
ｎ＝１．４７）で構成された平凸レンズ（片面の曲率半
径Ｒ＝１．１０ｍｍ、焦点距離ｆ＝２．３５ｍｍ）であ
る。この場合、図２に示されるように、金属銅微粒子２
１の長手方向がレンズの光軸Ｏに対して直交するように
形成されており、図中、レンズ部材２の右側からレンズ
部材２に入射して通過する通常の光（非偏光光）を直線
偏光に変換する。また、レンズ部材２の偏光軸（図中、
Ｐ，Ｓで示される軸）がレンズの光軸Ｏに直交するよう
に形成される。

【００２０】光ファイバー１とレンズ部材２とは互いの
偏光軸が一致するように固定される。

【００２１】上記レンズ部材は次のようにして製造す
る。

【００２２】まず、図３の表に示される組成を有する銅
とハロゲンとを含むガラス材料に、押出成形法を適用す
ることによってガラス内部の塩化銅粒子を延伸させる
（引き伸し処理）。その場合、塩化銅粒子のアスペクト
比（縦横比）が１０：１〜３４：１になるようにする。
そのとき、粒子の幅は３２〜５５ｎｍ、長さは４７０〜
１８７０ｎｍである。図４（ａ）は、この押出成形法に
よって得られたロッド状ガラス２００を示す。寸法は、
直径７ｍｍ、長さ３００ｍｍであり、長手方向に偏光軸
が存在するようになる。

【００２３】次に、図４（ｂ）に示されるように、ロッ
ド状ガラス２００をその長手方向に垂直な切断面で切断
して長さ３ｍｍの円柱ガラス２０１を得る。

【００２４】次に、図４（ｃ）に示されるように、円柱
ガラス２０１を加工して塩化銅粒子の長手方向がその円
柱軸方向と一致するような円柱ガラス２０２を得る。

【００２５】次に、この円柱ガラス２０２を加工して、
図４（ｄ）に示されるような、平凸レンズ体２０３を得
る。この平凸レンズ体２０３の寸法は、直径１．５ｍ
ｍ、厚さ３ｍｍ、曲率半径Ｒ＝１．１０ｍｍ、焦点距離
ｆ＝２．３５ｍｍである。なお、このような平凸レンズ
体２０３はロッド状ガラス２００から大量に得ることが
できる。

【００２６】次に、こうして得られた平凸レンズ体２０
３に、偏光特性を与えるために、金属銅を析出させる還
元工程を行う。すなわち、平凸レンズ体２０３を、水素
雰囲気にて、４２５℃で４時間保持する。この処理によ
り、ガラス表面層（２９μｍ厚）が還元され、その表面
層内は延伸粒子の先端にアスペクト比が約２：１〜１
０：１の金属銅が析出する。粒子のサイズは、幅２９〜
５３ｎｍ、長さ８０〜３７０ｎｍである。これにより、
平凸レンズ体２０３に偏光特性が付与される。

【００２７】次いで、偏光特性が付与された平凸レンズ
体２０３の表面にＴｉＯ2 とＳｉＯ2 の反射防止用ＡＲ
コートを施してレンズ部材２を得る。

【００２８】こうして得られたレンズ部材２の偏光子と
しての性能は、挿入損失０．４ｄＢ以下、消光比４０ｄ
Ｂ以上であった。

【００２９】なお、銅とハロゲンとを含むガラス材料と
しては、図５の表又は図６の表に示されるような組成範
囲のものも用いることができる。

【００３０】上述の構成の光ファイバー装置によれば、
光ファイバー１の出射端１ａから出射して開口数０．２
で拡げられた発散光は、レンズ部材２によって、直線偏
光で、かつ、Φ＝１．００ｍｍの平行光に変換されて外
部に導かれる。

【００３１】この実施例の光ファイバー装置は、いわゆ
る偏光型ファイバーコリメーターとしての機能をもたせ
るために必要な偏光子とレンズとの２つの機能を、偏光
ガラスレンズであるレンズ部材２によって兼ねているの
で、部品点数が少なく、かつ、取扱易く製作が容易であ
るとともに、接着剤を用いずに機械的に固定しているの
で、経年変化に対する不安も少ないという利点を有す
る。

【００３２】図７は本発明の一実施例にかかる光アイソ
レーターの断面図である。この実施例の光アイソレータ
ーは、ファラデーローテーターの入射端及び出射端に、
上述の一実施例にかかる光ファイバー装置を互いの光軸
を共通にして配置したものである。すなわち、ファラデ
ーローテーターを挟んで２つの光ファイバー装置を対向
させたものである。したがって、多くの部分で上述の一
実施例と共通するので、共通する機能の部分には同一の
符号を付してその説明を省略し、以下では、主としてこ
の実施例に特有な部分のみ説明する。

【００３３】図７において、符号は３００はケースであ
り、このケース３００は、円柱体の内部に、円柱状の中
空部３１０を形成し、この中空部３１０の中央部内周面
に僅かにその内径を拡大した拡径部３１１を設けたもの
である。この実施例の光アイソレーターは、上記ケース
３００の拡径部３１１内に、円筒磁石５を嵌合し、この
円筒磁石５の内部中央部に円板状のファラデーローテー
ター４を配置し、このファラデーローテーター４の両側
に黒化処理したスペーサリング６を介してレンズ部材２
を配置し、さらに、ケース３００の円柱軸に沿って中空
部３１０と外部とを貫通する２つの光ファイバー収納孔
３２０を設けてそれぞれに光ファイバー１を収納したも
のである。なお、光ファイバー１のそれぞれの端面は中
空部３１０を仕切る壁面に略一致し、かつ、レンズ部材
２に対向するように配置される。また、レンズ部材２は
拡径部３１１と他の部位との境界に形成された段差に係
合された固定リング３１２と上記スペーサリング６とに
よって固定される。

【００３４】ここで、２つのレンズ部材２は、その偏光
軸が互いに４５°なすように配置される。

【００３５】ファラデーローテーター４としては、三菱
ガス化学株式会社製の（ＨｏＴｂＢｉ）₃ Ｆｅ₅ Ｏ₁₂薄
膜ガーネット結晶を用いた。

【００３６】また、円筒磁石５としては、セイコー電子
工業株式会社製のＳｍーＣｏ磁石ＤＭー３０を用いた。

【００３７】上述の構成の光アイソレーターによれば、
図中右側に配置されている偏波保持ファイバーである光
ファイバー１から出射した光は、レンズ部材２によって
直線偏光の平行光に変換され、次いで、ファラデーロー
テーター４によって偏光面を４５°回転させられてもう
一方のレンズ部材に入射する。上述の通り、このレンズ
部材２の偏光軸は、他方のレンズ部材２の偏光軸に対し
て４５°なすように配置されているから、この光を減衰
させずに通過させ、同時に、平行光を集束光に変換して
光ファイバ１に入射させる。ところで、この光の伝送方
向と逆方向に進む戻り光について考えると、上記と同様
にして光ファイバー１を通過した直線偏光はファラデー
ローテーター４によって４５°偏光面を回転させられる
が、その回転方向は光の進行方向に関係なく同一の方向
であるから、結局逆方向に進む光は、他方のレンズ部材
の偏光軸に対してその偏光面が９０°なすことになり、
レンズ部材２によってその通過を阻止され、アイソレー
トされる。

【００３８】この実施例の光アイソレーターによれば、
レンズと偏光子とを１つのレンズ部材で兼ねているの
で、例えば、光ファイバーとの結合のために別個のレン
ズ部材を用いたりする必要がないので、部品点数が少な
く構成が単純で、製造やコストの面で有利であるととも
に、他の機器との結合が容易となる等の利点も有する。

【００３９】なお、上述の実施例では、レンズ部材を構
成する偏光ガラスとして、金属銅を含むガラスの例を掲
げたが、これは他にも、例えば、金属銀、金属金、金属
白金その他の金属を含むものであってもよい。要は、所
定のアスペクト比に延伸できる金属であれば原則として
適用することが可能である。

【００４０】また、レンズ部材として、平凸レンズの例
を掲げたが、これは球レンズでもよく、あるいは、ロッ
ドレンズ（屈折率分布レンズ）であってもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明にかかる光
ファイバー装置及び光アイソレーターによれば、光ファ
イバーに入・出射させるために必要なレンズ作用と、入
・出射光に対する偏光作用とを１つのレンズ部材で兼ね
るようにしたので、単純な構成を有し、製作時のアライ
メント等が容易でしかも信頼性に富む光ファイバー装置
を得ることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる光ファイバー装置の
断面図である。

【図２】偏光ガラスの説明図である。

【図３】図３は素材ガラスの組成を示す表である。

【図４】レンズ部材の製作過程説明図である。

【図５】素材ガラスの組成を示す表である。

【図６】素材ガラスの組成を示す表である。

【図７】本発明の一実施例にかかる光アイソレーターの
断面図である。

【符号の説明】

１…光ファイバー、２…レンズ部材、３…ホルダー、４
…ファラデーローテーター、５…円筒磁石。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバーと、 この光ファイバーの入射端又は出射端の近傍に配置され
   るレンズ部材であって、前記光ファイバーの入射端に向
   かう平行光を集束光に変換して該入射端から入射させ、
   又は、前記光ファイバーの出射端から出射する発散光を
   平行光に変換するレンズ部材とを有し、 前記レンズ部材が、金属元素を含む原料微粒子を混入さ
   せたガラス材料に引き伸ばし処理を含む処理を施して所
   定のアスペクト比を有するとともにその長手方向が一方
   向に配列された針状の金属微粒子を内部に形成させて偏
   光特性を付与させた偏光ガラスで構成されていることを
   特徴とする光ファイバー装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光ファイバー装置にお
   いて、 前記レンズ部材は、該レンズ部材を構成する偏光ガラス
   の針状の金属微粒子の長手方向がレンズの光軸に交差す
   るように形成されて偏光ガラスの偏光軸がレンズの光軸
   と交差するように構成されていることを特徴とする光フ
   ァイバー装置。
3. 【請求項３】 ファラデーローテーターの入射端又は出
   射端の少なくとも一方に、請求項１又は２に記載の光フ
   ァイバー装置を互いの光軸を共通にして配置したことを
   特徴とする光アイソレーター。