JPH0764023A - ファイバ型光アイソレータ - Google Patents

ファイバ型光アイソレータ

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JPH0764023A
JPH0764023A JP5211482A JP21148293A JPH0764023A JP H0764023 A JPH0764023 A JP H0764023A JP 5211482 A JP5211482 A JP 5211482A JP 21148293 A JP21148293 A JP 21148293A JP H0764023 A JPH0764023 A JP H0764023A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】任意の伝送路間や、光ファイバアンプに使われ
るインライン型光アイソレータにおいて、小型、安価、
単純な構成で生産性、汎用性の高い光アイソレータの提
供を目的とする。 【構成】光ファイバ1のクラッド2の一部を除去し、そ
の部分に磁気光学材料から成る非相反導波路4を装荷す
る。この非相反導波路4に外部より永久磁石、電磁石等
により光の進行方向と垂直な方向、Y方向に沿った磁界
を印加することにより非相反導波路4と光ファイバコア
3の間に非相反な分布結合を生じさせファイバ型光アイ
ソレータを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光計測の分野
において、半導体レーザーに戻る反射光を遮断する光ア
イソレータに関する。特に、ファイバアンプや任意の伝
送路間に組み込むことのできるインライン型の光アイソ
レータに関する。
【0002】
【従来技術】半導体レーザー(レーザーダイオード:以
下LD)を光源とする光通信や光計測では、伝送経路の
途中で反射された光が光源であるLDの活性層まで戻る
と、発振波長や出力の変動を起こして正確な信号の伝送
や計測ができなくなる。この反射の原因は様々有り、単
に光ファイバや光学素子、あるいは接続される装置の各
入出射面で反射が生じるだけでなく、光ファイバの傷、
光ファイバへの応力、光ファイバの曲がりや屈折率の不
均一等の回避不可能な要因によるものもある。従って、
光源にLDを用いた伝送経路には反射光を防ぐ手段が不
可欠である。光アイソレータは、この様なLDへの反射
戻り光を防ぐデバイスである。
【0003】今まで光アイソレータとしては、バルク型
のファラデー回転子と偏光子を組み合わせたものが実用
上用いられてきた。また、光ファイバアンプや伝送路中
の任意の箇所に光アイソレータを組み込む場合は光アイ
ソレータの入出射端にレンズ、光ファイバを取り付けた
インライン型あるいはピグテイル型と呼ばれるものが使
われている。
【0004】図6はインライン型光アイソレータの従来
例である。光学軸が表面と傾くように平行平板に形成し
た第1の複屈折板7と、それぞれこの第1の複屈折板7
と同じ表面と光学軸の傾き角を持つと共に、第1の複屈
折板7のルート2分の1の厚さを有し、第1の複屈折板
7に対して入射光線方向を軸としてそれぞれ45度の角
度だけ回転して配置した第2の複屈折板8および第3の
複屈折板9と、第1および第2の複屈折板間に挿入さ
れ、偏光面の回転を45度としたファラデー回転子10
からなっている。入射光線11が第1の複屈折板7に入
射すると直交する2つの直線偏光(常光、異常光)に分
離され、平行な2本の光として直進し、ファラデー回転
子10で偏光面をそれぞれ45度回転させる。ファラデ
ー回転子10を出た光は、光学軸をファラデー効果によ
る偏光面の回転方向と同じ向きに成すようにおかれた第
2の複屈折板8に入る。この複屈折板8の光学軸と平行
な偏光面を持つ光はずれた位置から出射され、第3の複
屈折板9で一本の光線に合成される。次に右方から来た
光は第3の複屈折板9を通り第2の複屈折板8を出射さ
れるまでは上記説明の逆を進むだけであるが、ファラデ
ー回転子10で非相反な偏光面の回転を受けるのでファ
ラデー回転子10から出射された光は左方から来た来た
場合と90度異なる偏光面を持つことになる。従って、
第1の複屈折板7に右方から入射した光は出射光12の
ように左方からの場合と違う位置に出射されることにな
り遮断される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが図6の様な構
成の光アイソレータは、高価な複屈折板を多数使用する
ため安価な製品を提供することが困難であり、また、光
アイソレータ内を2本の光線が通過するため断面が大型
化してしまう。また、2本の光線の分離合成、それぞれ
の光学素子の光学軸と光線の偏光方向の調整が非常に困
難で作製時間がかかり、コストアップの原因にもなって
いる。さらに多数の光学素子による多くの入出射面があ
るため、反射や散乱損失が大きい。また、光アイソレー
タと光ファイバの結合にレンズ等の光学系を必要とし、
ここでも光パワーの損失を生じることになる。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術のこ
のような問題点を解決するため、光ファイバ自体に直接
アイソレータ機能を付加する事を目的とし、光ファイバ
がクラッドの一部を除去され、その除去部分に磁気光学
材料から成る導波層を有する非相反導波路が装荷され、
前記導波層に光の進行方向に垂直な磁界が印加されて、
前記光ファイバと非相反導波路との間に非相反な分布結
合を生じるように構成されたファイバ型光アイソレータ
である。
【0007】一般に磁界を印加した磁気光学材料の導波
路で順方向と逆方向に伝搬する光の伝搬定数が異なるこ
とは知られている。これは非相反位相シフトと呼ばれ、
そのシフト量は、磁界を掛けない場合の伝搬定数をβと
すれば、例えば順方向はβ+Δβ、逆方向はβ−Δβと
あらわせる。Δβの大きさは、磁気光学材料の特性と、
導波路の構造で決まる。この性質を利用すれば順方向と
逆方向で結合効率の異なる分岐結合器を構成することが
できる。
【0008】分布結合における2つの導波層間のパワー
の移り変わりは導波層Aの伝搬定数をβa、導波層Bの
伝搬定数をβb、結合長をL、2つの導波路の結合係数
をχとして、導波層AからBへ移るパワーの割合を初期
値を1として下記のPABの如く表せる。
【0009】
【数1】
【0010】この式から伝搬定数βaとβbの両方、あ
るいはどちらか一方を変えればパワーが移り変わる距離
と移り変わる割合を変える事が出来る事がわかる。適当
な磁気光学材料で導波路の構造(厚さ、幅、長さ)を調
整すれば順方向と逆方向でこの伝搬定数を変えることが
でき、すなわち非相反な分布結合をさせることができ、
順方向は0%、逆方向は100%結合する分岐結合器も
実現可能になる。すなわちこれはサーキュレータ、およ
び光アイソレータとなる。従来、光アイソレータは光フ
ァイバとは全く別の部品でコネクタやレンズ等を用いて
接続するものと考えられており、光ファイバ自体を光ア
イソレータにするという発想はなかったが、本発明で
は、磁気光学効果による非相反な導波路の結合の性質を
伝送用の光ファイバに直接付加する事を目的としてい
る。図1を用いて説明する。光ファイバ1は分布結合が
生じるようにクラッド2を一部を除去して薄くしてお
き、その部分に別に形成したファラデー回転ガラス等の
磁気光学材料から成る導波層5を具備された非相反導波
路4を装荷する。この非相反導波路4には外部より永久
磁石、電磁石等により光の進行方向と垂直な方向のY方
向に沿った磁界が印加されている。なお、非相反導波路
4は全体を磁気光学材料で形成してもよいし、あるいは
導波層5のみを磁気光学材料で形成してもよい。
【0011】
【作用】光ファイバのコア3を伝搬してきた光は、非相
反導波路4のある部分で導波層5と分布結合を生じ光パ
ワーのやり取りをする。導波層5には図中Y方向に磁界
を印加してあるため順方向と逆方向で非相反な伝搬定数
差を生じる。順方向の伝搬定数はβb+Δβb、逆方向
はβb−ΔβbでΔβbが磁界印加による磁気光学効果
に起因するものである。光ファイバコア3の伝搬定数を
βaとすれば、順方向はβaの導波路とβb+Δβbの
導波路の分布結合、逆方向はβaの導波路とβb−Δβ
bの導波路の分布結合と見なす事ができる。光ファイバ
コア3から導波層5に移る光パワーPABを結合長Lの関
数として表したのが図2である。
【0012】Fが順方向、Bが逆方向に対応する。この
図で結合長Lcの所を見れば、順方向はほぼ0%、逆方
向はほぼ100%の結合を生じている。従って導波層5
の長さをLcとすれば、順方向の光はそのまま光ファイ
バコア3を進行し、逆方向の光はほぼ100%導波層5
に移ってしまうため、光ファイバコア3を伝搬して逆方
向に戻る事はできない。すなわち光アイソレータを形成
する事がわかる。
【0013】このようにして非常に単純な構成でファイ
バインライン型光アイソレータを作る事ができる。光ア
イソレータ中に接続点が皆無で反射の心配がない。また
面倒な光学素子のアライメントやレンズ系も必要としな
い。
【0014】さらに、この方式の光アイソレータにおい
ては、非相反導波路4の寸法や、光ファイバコア3と導
波層5の距離、作用長Lcで特性が変化する。これを利
用すれば、図3の様に非相反導波路4を斜めにずらして
設置する事により作用長Lcを調節し、他の寸法上の公
差を補正できる。また、使用する光の波長のずれにも対
応し最適な特性を発揮する様に補正できる。これは事実
上寸法公差が緩和される事を意味し、量産性、歩留ま
り、コスト面から非常に有効である。
【0015】
【実施例】図1は本発明の実施例であり、石英ガラス等
の等方性物質を使用した通常の伝送用シングルモード光
ファイバ1のクラッド2の一部を除去し、そこに磁気光
学材料から成る非相反導波路4を装荷したものである。
非相反導波路4に形成される屈折率の異なる導波層5も
同様に磁気光学材料で形成されている。なお非相反導波
路4の終端に光吸収物質6を取り付ければここでの反射
や散乱がなくなり特性が向上する。磁界は、非相反導波
路4に非相反位相シフトを生じさせるため進行方向と垂
直なy方向に印加してある。
【0016】図4は本発明の製造法の説明である。光フ
ァイバの断面を示してある。まず光ファイバ1の任意の
部分のクラッド部2を除去し(図4(A))、別に形成
した磁気光学材料からなる非相反導波路4を装荷する
(図4(B))。この非相反導波路4の導波層5の幅、
深さ、長さは、光ファイバコア3中の光の伝搬定数と、
磁気光学材料の特性により調節する。石英系のシングル
モードファイバに磁性ガーネット等からなる非相反導波
路を装荷する場合の導波層の幅と深さは、おおよそ0.
1μm〜0.3μm程である。また長さは数mm〜30
mm程である。次にこの非相反導波路4を斜めにずらす
事により最適な特性がでるよう調整する(図4
(C))。クラッド2の除去は複数本を同時に行える
し、非相反導波路4は長さが長く横に複数の導波層5が
並列になるよう形成しカッティングしても良いため(図
4(D))、生産性も高い。
【0017】図5は本発明の第2の実施例である。ポン
ピングレーザー15を励起光源とする光ファイバアンプ
の途中に光アイソレータ13を形成したものである。従
来はインライン型光アイソレータをコネクタを介して取
り付ける必要があったが、本発明ではそのような接続部
が不要で光ファイバに直接光アイソレータ機能を付加で
きる。また、エルビウムドープファイバ14自体に光ア
イソレータ部を形成する事も可能である。
【0018】
【効果】以上説明したように本発明によれば、単純な構
造でレンズや偏光子等が不要であるため光学的アライメ
ントが不要になり、高価な複屈折板を全く必要とせず、
さらに途中に入出射面が存在しないため、反射の心配が
少ない。また、部品点数が少なく、ファイバ自体をアイ
ソレータにするため小型になり、複数のファイバを同時
に加工する事が可能で、寸法公差が緩和され波長のずれ
にも対応できるため生産性が高く、歩留まりが良く、低
コストになる。さらに任意の伝送用ファイバに直接付加
できるため、応用性が高く、利用価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すファイバ型光アイ
ソレータの斜視図である。
【図2】本発明の非相反な分布結合を示すグラフであ
る。
【図3】(a)(b)は本発明の調整方法を示すファイ
バ型光アイソレータの上面図である。
【図4】(A)(B)(C)(D)は本発明の製造法を
示す図である。
【図5】本発明の第2の実施例を示す光ファイバアンプ
の側面図である。
【図6】従来のインライン型光アイソレータを示す略図
である。
【符号の説明】
1:光ファイバ 2:クラッド 3:コア 4:非相反導波路 5:導波層 6:光吸
収物質

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバがクラッドの一部を除去され、
    その除去部分に磁気光学材料から成る導波層が具備され
    た非相反導波路が装荷され、前記導波層に光の進行方向
    に垂直な磁界が印加されて、前記光ファイバと非相反導
    波路との間に非相反な分布結合が生じるように構成され
    たことを特徴とするファイバ型光アイソレータ。
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