JPH077156B2 - Optical isolator - Google Patents
Optical isolatorInfo
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- JPH077156B2 JPH077156B2 JP60202638A JP20263885A JPH077156B2 JP H077156 B2 JPH077156 B2 JP H077156B2 JP 60202638 A JP60202638 A JP 60202638A JP 20263885 A JP20263885 A JP 20263885A JP H077156 B2 JPH077156 B2 JP H077156B2
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
- G02B6/4207—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback
- G02B6/4208—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback using non-reciprocal elements or birefringent plates, i.e. quasi-isolators
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信や光情報処理に使用される光アイソレ
ータに関する。The present invention relates to an optical isolator used for optical communication and optical information processing.
光アイソレータは磁気光学効果の一つとしてのファラデ
ー効果を利用した装置で、光ファイバ端から発振器側に
戻ろうとする光を遮断し、レーザ光の発振を安定化させ
るために用いられるものである。The optical isolator is a device that utilizes the Faraday effect as one of the magneto-optical effects, and is used to stabilize the oscillation of laser light by blocking the light that returns from the optical fiber end to the oscillator side.
第４図は、従来の光アイソレータとその周辺装置を表わ
したものである。同図に示すレーザ光発振用のパッケー
ジ１内には半導体レーザ２と、この出力をモニタするた
めのフォトダイオード３が配置されている。半導体レー
ザ２から出力されるレーザ光は窓４を透過してパッケー
ジ１の外に出力され、レンズ５によって平行光となる。
この平行光は、光アイソレータ６を構成する偏光子７に
入射し、直線偏波される。偏光子７と接合された磁気光
学素子８は偏光面を45度回転させる。これはこの磁気光
学素子８の周囲を覆う円筒状の永久磁石９によるファラ
デー効果を利用したものである。磁気光学素子８の他の
端面と接合された検光子11はこの45度回転した光線と同
一の偏光面を有しており、磁気光学素子８を透過した光
をそのままレンズ12に入射させる。レンズ12はこれを集
光して、光ファイバ13へ入射させることになる。FIG. 4 shows a conventional optical isolator and its peripheral devices. A semiconductor laser 2 and a photodiode 3 for monitoring the output are arranged in a package 1 for laser light oscillation shown in FIG. Laser light output from the semiconductor laser 2 passes through the window 4 and is output to the outside of the package 1, and is collimated by the lens 5.
The collimated light is incident on the polarizer 7 that constitutes the optical isolator 6 and is linearly polarized. The magneto-optical element 8 joined to the polarizer 7 rotates the plane of polarization by 45 degrees. This utilizes the Faraday effect of the cylindrical permanent magnet 9 that covers the periphery of the magneto-optical element 8. The analyzer 11 joined to the other end surface of the magneto-optical element 8 has the same polarization plane as the light beam rotated by 45 degrees, and the light transmitted through the magneto-optical element 8 is directly incident on the lens 12. The lens 12 collects this and makes it enter the optical fiber 13.
ところで、従来の光アイソレータ６には、磁気光学素子
８としてTb3+を添加した常磁性ガラスやYIG（Y3Fe
5O12）の単結晶が使用されていた。常磁性ガラスのファ
ラデー係数は約14度/cm（磁界強度は約104ガウス）であ
るため、永久磁石９を含めたこの部分の大きさは、20mm
×20mm×35mm程度とかなり大きくなる。またYIGの単結
晶の場合にはファラデー係数が約200度/cm（磁界強度は
約1800ガウス）のため、永久磁石９を含めたこの部分の
大きさは7mm×7mm×12mm程度であり、やはり大きい。By the way, in the conventional optical isolator 6, as the magneto-optical element 8, paramagnetic glass containing Tb 3+ or YIG (Y 3 Fe) is used.
A single crystal of 5 O 12 ) was used. Since the Faraday coefficient of paramagnetic glass is about 14 degrees / cm (the magnetic field strength is about 10 4 gauss), the size of this part including the permanent magnet 9 is 20 mm.
It is considerably large, about 20 mm x 35 mm. In the case of a YIG single crystal, the Faraday coefficient is about 200 degrees / cm (the magnetic field strength is about 1800 Gauss), so the size of this part including the permanent magnet 9 is about 7 mm × 7 mm × 12 mm. large.
このため、従来では半導体レーザ２を気密封止したパッ
ケージ１の外に光アイソレータ６を配置していた。この
結果、従来ではパッケージ１側の窓４を介して両者を光
学的に結合する必要があり、これら発振側の装置全体を
十分小型化することができないという問題があった。Therefore, conventionally, the optical isolator 6 is arranged outside the package 1 in which the semiconductor laser 2 is hermetically sealed. As a result, conventionally, it is necessary to optically couple the two via the window 4 on the package 1 side, and there is a problem that the entire device on the oscillation side cannot be downsized sufficiently.
そこで、本発明の目的は、半導体レーザと同一のパッケ
ージ内に収容させることのできる光アイソレータを提供
することをその目的とする。Therefore, it is an object of the present invention to provide an optical isolator that can be housed in the same package as a semiconductor laser.
本発明では、光アイソレータを構成する偏光子、磁気光
学素子、検光子等の小型化やこれらの部品の配置の工夫
等によって、これらを半導体レーザと同一のパッケージ
内に実装させる。In the present invention, the polarizer, the magneto-optical element, the analyzer, and the like forming the optical isolator are miniaturized, and the arrangement of these components is devised so that they are mounted in the same package as the semiconductor laser.
具体的な構成として、光半導体レーザチップ単体の状態
の半導体レーザ素子から出射された後の直線偏波された
光を入射し、磁界内で45度回転した偏波面の光として出
射させる磁気光学素子と、この光学素子から出射される
光線を透過させるような偏波面の傾きを有する検光子
と、磁気光学素子に磁界を与える永久磁石と、光半導体
チップ単体の状態の半導体レーザ素子と、磁気光学素子
と、検光子を実装するパッケージとを備え、さらに、半
導体レーザの収容されるパッケージ自体の全部または一
部が永久磁石そのもので構成することを特徴としてい
る。As a specific configuration, a magneto-optical element that emits linearly polarized light that has been emitted from a semiconductor laser element in the state of a single optical semiconductor laser chip, and emits it as light with a polarization plane rotated 45 degrees in a magnetic field. An analyzer having an inclination of a plane of polarization for transmitting a light beam emitted from the optical element, a permanent magnet for applying a magnetic field to the magneto-optical element, a semiconductor laser element in the form of a single optical semiconductor chip, and a magneto-optical element. The device is characterized in that it includes an element and a package on which an analyzer is mounted, and that the package itself in which the semiconductor laser is housed is wholly or partly composed of a permanent magnet itself.
光アイソレータを構成する部品とレンズをパッケージ内
に収容すると、半導体レーザとレンズ間の窓が不要とな
るため、この間の光路長を短くすることができる。これ
により、焦点距離の小さいレンズを用いることができ、
レンズの外径も小さくすることができる。さらに、平行
光のビーム径も小さくなるため、光アイソレータを構成
する光学部品も永久磁石もすべて波及的に小型化するこ
とができる。If the component and the lens that constitute the optical isolator are housed in the package, the window between the semiconductor laser and the lens is not required, and the optical path length between them can be shortened. This makes it possible to use a lens with a small focal length,
The outer diameter of the lens can also be reduced. Further, since the beam diameter of the parallel light also becomes small, it is possible to reduce the size of both the optical components and the permanent magnets that form the optical isolator.
また、従来の構成では、光アイソレータの外径はこれを
構成する部品の外径に制約され、パッケージよりも格段
大きかった。ところが、上記理由により光アイソレータ
の外径を小さくすることができるので、光アイソレータ
の永久磁石でパッケーシの全部または一部を構成するこ
とができ、さらに小型化することができる。Further, in the conventional configuration, the outer diameter of the optical isolator is restricted by the outer diameter of the components forming the optical isolator, and is significantly larger than the package. However, since the outer diameter of the optical isolator can be reduced for the above reason, the permanent magnet of the optical isolator can constitute the whole or a part of the package, and the size can be further reduced.
以下実施例につき本発明を詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to examples.
〔第１の実施例〕 第１図は本発明の第１の実施例における光アイソレータ
の収容されたパッケージを表わしたものである。このパ
ッケージ21の直径8mm程度の円板状のベース22には、円
筒状の支持部材23と、これを覆うような形のパッケージ
部材24のそれぞれの端部が固定されている。支持部材23
におけるベース22と反対側に位置する端部近傍には、円
筒状の永久磁石26が嵌合されている。永久磁石26は検光
子29と、また検光子29は磁気光学素子28と、さらに磁気
光学素子28は偏光子27とそれぞれ接着されており、全体
として一体化された構造となっている。[First Embodiment] FIG. 1 shows a package accommodating an optical isolator according to a first embodiment of the present invention. A cylindrical support member 23 and a package member 24 shaped so as to cover the cylindrical support member 23 are fixed to a disk-shaped base 22 having a diameter of about 8 mm. Support member 23
A cylindrical permanent magnet 26 is fitted in the vicinity of the end portion of the above described which is located on the side opposite to the base 22. The permanent magnet 26 is adhered to the analyzer 29, the analyzer 29 is adhered to the magneto-optical element 28, and the magneto-optical element 28 is adhered to the polarizer 27, respectively, so that the structure is integrated as a whole.
パッケージ部材24には、検光子29と対向する位置に窓31
が設けられており、レーザ光がここから外部に出力され
るようになっている。レーザ光の発振源としての半導体
レーザ33は、支持部材23の中空部に支持部材34によって
固定されている。この支持部材34には、半導体レーザ33
の出力をモニタするためのフォトダイオード35も固定さ
れている。これら半導体レーザ33等の部品は、パッケー
ジ部材24とベース22の接合によって気密封止されてい
る。ベース22にはその反対側に半導体レーザ33とフォト
ダイオード35の電極と接続された電極端子36が突設され
ている。また半導体レーザ33と偏光子27の間には、レー
ザ光をコリメートするためのレンズ37が配置されてい
る。The package member 24 has a window 31 at a position facing the analyzer 29.
Is provided, and the laser light is output to the outside from here. The semiconductor laser 33 as a laser light oscillation source is fixed to the hollow portion of the support member 23 by the support member 34. The support member 34 has a semiconductor laser 33
The photodiode 35 for monitoring the output of is also fixed. The components such as the semiconductor laser 33 are hermetically sealed by joining the package member 24 and the base 22. On the opposite side of the base 22, electrode terminals 36 connected to the semiconductor laser 33 and the electrodes of the photodiode 35 are provided in a protruding manner. Further, a lens 37 for collimating the laser light is arranged between the semiconductor laser 33 and the polarizer 27.
以上のような構成のパッケージ21内の磁気光学素子28と
しては、ファラデー係数の大きな物質が使用される。本
実施例では、液相エピタキシャル成長された（GdBi）３
（FeAlGa）5O12を使用している。その大きさは一辺1.5m
m程度の立方体あるいはこの程度の大きさの円柱体が適
当である。磁気光学素子28のファラデー係数が大きい
と、磁界強度を小さくでき、永久磁石26をそれだけ小型
化することができる。（GdBi）３（FeAlGa）5O12は、そ
の磁界強度が200ガウスと通常の十分の一程度なので、
円筒形の永久磁石26の外形を4mm程度とかなり小さくす
ることができる。A material having a large Faraday coefficient is used as the magneto-optical element 28 in the package 21 having the above configuration. In this example, liquid phase epitaxial growth (GdBi) 3
(FeAlGa) 5 O 12 is used. The size is 1.5m on each side
A cube of about m or a cylinder of this size is suitable. When the Faraday coefficient of the magneto-optical element 28 is large, the magnetic field strength can be reduced and the permanent magnet 26 can be downsized accordingly. Since (GdBi) 3 (FeAlGa) 5 O 12 has a magnetic field strength of 200 Gauss, which is about one tenth of the usual value,
The outer shape of the cylindrical permanent magnet 26 can be considerably reduced to about 4 mm.
次に検光子29および偏光子27については、方解石等の複
屈折光学結晶あるいは２色性有機高分子薄膜を使用する
ことにより小型化が可能である。本実施例ではこれらに
方解石を用い、これらの各辺を1.5mm程度の大きさにま
で小型化している。Next, the analyzer 29 and the polarizer 27 can be miniaturized by using a birefringent optical crystal such as calcite or a dichroic organic polymer thin film. In this embodiment, calcite is used for these, and each side of these is reduced to a size of about 1.5 mm.
この実施例のパッケージ21では、半導体レーザ33の出力
がレンズ37によってコリメートされ、偏光子27によって
直線偏波される。この光は磁気光学素子28によって偏光
面を45度だけ回転される。検光子29の偏光面は偏光子27
のそれに対して45度傾けられているので、磁気光学素子
28から出力されるレンズ光はそのまま検光子29を通過し
て窓31から外部へ出力されることになる。In the package 21 of this embodiment, the output of the semiconductor laser 33 is collimated by the lens 37 and linearly polarized by the polarizer 27. This light has its plane of polarization rotated by 45 degrees by the magneto-optical element 28. The plane of polarization of the analyzer 29 is the polarizer 27.
Since it is tilted 45 degrees to that of the magneto-optical element
The lens light output from 28 passes through the analyzer 29 as it is and is output to the outside from the window 31.
一方、外部から窓31を通って入射してきた光は、検光子
29によって偏光面を選択され、磁気光学素子28によって
偏光面を45度回転させる。回転後の偏光面は偏光子27の
それに対して90度の角度になるので、この光は偏光子27
を通過することができない。本実施例の光アイソレータ
では、挿入損失を0.5〜1dBに、またアイソレーションを
30dB以上にすることができ、光アイソレータとして十分
な特性を得ることができた。On the other hand, the light incident from the outside through the window 31 is the analyzer.
The polarization plane is selected by 29, and the polarization plane is rotated by 45 degrees by the magneto-optical element 28. Since the plane of polarization after rotation is at an angle of 90 degrees with respect to that of the polarizer 27, this light is reflected by the polarizer 27.
Can't pass through. The optical isolator of this embodiment has an insertion loss of 0.5 to 1 dB and isolation.
It was possible to obtain 30 dB or more, and sufficient characteristics were obtained as an optical isolator.
〔第２の実施例〕 第２図は本発明の第２の実施例を説明するためのもので
ある。第１図と同一部分には同一の符号を付してそれら
の説明を適宜省略する。さてこの実施例では、パッケー
ジ41のベース22にやや肉の厚い円筒状部材42のフランジ
部を接合し、他方の端面にこの円筒状部材42の外径と同
一の外径を有する永久磁石43をそれらの中心軸が一致す
るような配置状態で接合している。円筒状部材42の内面
にはレンズ37が固定されている。また永久磁石43は、第
１の実施例と同様に偏光子27、磁気光学素子28および検
光子29と一体化され、光アイソレータを構成している。[Second Embodiment] FIG. 2 is for explaining a second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be appropriately omitted. Now, in this embodiment, the flange portion of a slightly thick cylindrical member 42 is joined to the base 22 of the package 41, and the permanent magnet 43 having the same outer diameter as the outer diameter of the cylindrical member 42 is attached to the other end surface. The joints are arranged so that their central axes coincide with each other. The lens 37 is fixed to the inner surface of the cylindrical member 42. The permanent magnet 43 is integrated with the polarizer 27, the magneto-optical element 28, and the analyzer 29 as in the first embodiment, and constitutes an optical isolator.
永久磁石43の反対の面には、これと同一の外径で中央部
に窓31を有した蓋44の縁が同様に中心軸を一致させた配
置状態で接合されている。円筒状部材42、永久磁石43お
よび蓋44は一体としてパッケージ部材を構成しており、
内部に存在する半導体レーザ33等の部品を気密封止して
いる。An edge of a lid 44 having the same outer diameter as the permanent magnet 43 and having a window 31 in the center is joined to the opposite surface of the permanent magnet 43 in a state where the central axes thereof are also aligned. The cylindrical member 42, the permanent magnet 43, and the lid 44 integrally form a package member,
Parts such as the semiconductor laser 33 existing inside are hermetically sealed.
この第２の実施例によれば、比較的大きな永久磁石を使
用することができる。この実施例では光アイソレータと
して先の実施例とほぼ同様な特性を得ることができた。According to this second embodiment, a relatively large permanent magnet can be used. In this embodiment, it was possible to obtain almost the same characteristics as the previous embodiment as an optical isolator.
〔第３の実施例〕 第３図は本発明の第３の実施例を説明するためのもので
ある。第１図と同一部分には同一の符号を付してそれら
の説明を適宜省略する。さてこの第３の実施例では、パ
ッケージ51のベース22に円筒状の永久磁石52の一端を直
接固定している。永久磁石52のベース22と反対側の端部
近傍には円板状に形成された磁気光学素子53が嵌合され
ており、これらによって先の実施例のパッケージ部材24
と同様に内部に存在する半導体レーザ33等の部品を気密
封止している。この実施例では、永久磁石によって形成
される中空部に同心円的に円筒状の支持部材54を配置
し、これにレンズ37を固定している。もちろん永久磁石
の内面にレンズ37を直接取りつけて支持部材54を省略す
ることも可能である。[Third Embodiment] FIG. 3 is for explaining the third embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be appropriately omitted. In the third embodiment, one end of the cylindrical permanent magnet 52 is directly fixed to the base 22 of the package 51. A disk-shaped magneto-optical element 53 is fitted in the vicinity of the end of the permanent magnet 52 on the side opposite to the base 22, and by these, the package member 24 of the previous embodiment is formed.
Similarly, the parts such as the semiconductor laser 33 existing inside are hermetically sealed. In this embodiment, a cylindrical support member 54 is concentrically arranged in the hollow portion formed by a permanent magnet, and the lens 37 is fixed to this. Of course, it is also possible to directly attach the lens 37 to the inner surface of the permanent magnet and omit the supporting member 54.
この第３の実施例によれば、パッケージを気密にするた
めの特別のパッケージ部材を必要としない。また永久磁
石として比較的大きなサイズの磁石を使用することがで
きる。この第３の実施例でも光アイソレータとして先の
実施例とほぼ同様な特性を得ることができた。According to this third embodiment, no special package member is required to make the package airtight. Further, a magnet having a relatively large size can be used as the permanent magnet. In this third embodiment as well, the optical isolator was able to obtain substantially the same characteristics as the previous embodiment.
以上第１ないし第３の実施例ではレーザ光を偏光させる
ために偏光子を使用したが、光アイソレータを小型化す
るために、用途によってはこれを省略してもよい。すな
わち半導体レーザはTEあるいはTMの単一モードで発振
し、例えばファブリペロー型では出力されるTE波とTM波
の比が約20〜25dBと十分な比率がある。そこで特に精度
を要求しない場合には半導体レーザの主とする偏波方向
と45度回転した位置に検光子の偏光面を合わせること
で、偏光子の使用を省略することができた。In the above first to third embodiments, the polarizer is used to polarize the laser light, but this may be omitted depending on the application in order to downsize the optical isolator. That is, the semiconductor laser oscillates in a single mode of TE or TM. For example, in the Fabry-Perot type, the ratio of TE wave to TM wave output is about 20 to 25 dB, which is a sufficient ratio. Therefore, when accuracy is not particularly required, use of the polarizer could be omitted by aligning the polarization plane of the analyzer with a position rotated by 45 degrees with respect to the main polarization direction of the semiconductor laser.
以上説明したように本発明によれば、光アイソレータを
半導体レーザと同一のパッケージに内蔵したので、実装
上の制約を解消することができ、また半導体レーザを含
めた発振側の装置を小型かつ安価に製造することができ
る。As described above, according to the present invention, since the optical isolator is built in the same package as the semiconductor laser, restrictions on mounting can be eliminated, and a device on the oscillation side including the semiconductor laser is small and inexpensive. Can be manufactured.
第１図は本発明の第１の実施例による光アイソレータの
収容されたパッケージの断面図、第２図は本発明の第２
の実施例による光アイソレータの収容されたパッケージ
の断面図、第３図は本発明の第３の実施例による光アイ
ソレータの収容されたパッケージの断面図、第４図は従
来の光アイソレータとその周辺装置を示す断面図であ
る。 26、43、52……永久磁石、 27……偏光子、 28、53……磁気光学素子、 29……検光子、 33……半導体レーザ。FIG. 1 is a sectional view of a package accommodating an optical isolator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a second view of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a package accommodating an optical isolator according to the present invention, FIG. 3 is a sectional view of a package accommodating an optical isolator according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a conventional optical isolator and its periphery. It is sectional drawing which shows an apparatus. 26, 43, 52 ... Permanent magnet, 27 ... Polarizer, 28, 53 ... Magneto-optical element, 29 ... Analyzer, 33 ... Semiconductor laser.
Claims (1)
素子から出射された後の直線偏波された光を入射し磁界
内で45度回転した偏波面の光として出射させる磁気光学
素子と、この光学素子から出射される光線を透過させる
ような偏波面の傾きを有する検光子と、前記磁気光学素
子に磁界を与える永久磁石と、前記光半導体チップ単体
の状態の半導体レーザ素子と、前記磁気光学素子と、前
記検光子を実装するパッケージとを備え、 前記パッケージの全部または一部が前記永久磁石で構成
されていることを特徴とする光アイソレータ。1. A magneto-optical element for inputting linearly polarized light after being emitted from a semiconductor laser element in the state of a single optical semiconductor chip and emitting it as light having a polarization plane rotated by 45 degrees in a magnetic field. An analyzer having an inclination of a plane of polarization for transmitting a light beam emitted from an optical element, a permanent magnet for applying a magnetic field to the magneto-optical element, a semiconductor laser element in the state of the optical semiconductor chip alone, and the magneto-optical element. An optical isolator comprising an element and a package on which the analyzer is mounted, wherein all or part of the package is composed of the permanent magnet.
Priority Applications (1)
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Family Applications (1)
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| JP60202638A Expired - Lifetime JPH077156B2 (en) | 1985-09-12 | 1985-09-12 | Optical isolator |
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1985
- 1985-09-12 JP JP60202638A patent/JPH077156B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6262324A (en) | 1987-03-19 |
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