JPH0777669A - 偏波無依存型光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】構造が簡単で、小型で、各光学部品の光学調整
が容易で、安定性に優れ、且つアイソレーションの高い
偏波無依存型光アイソレータを提供すること。 【構成】偏波分離結合器とファラデ回転子６からなる偏
波無依存型光アイソレータにおいて、偏波分離結合器に
ファイバ型偏波ビームスプリッタ１，２を用い、さらに
ファイバ型偏波ビームスプリッタ１，２とファラデ回転
子６の間に吸収型偏光子４ａ、４ｂ，５ａ，５ｂを配置
した光アイソレータであって、前記吸収型偏光子は、順
方向に進む光をほぼ最大に透過するように調整配置され
たことを特徴とする偏波無依存型光アイソレータを構成
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等の分野におい
て戻り光を遮断するために用いる光アイソレータに関
し、特に偏波無依存型光アイソレータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】従来、レーザー光源等の光源から出射され
た光は各種光学素子や光ファイバに入射されるが、該入
射光の一部は、該各種光学素子や光ファイバの端面や内
部で反射されたり散乱されたりする。

【０００３】そしてこの反射，散乱された光の内の一部
は戻り光として前記光源に戻ろうとするが、この戻り光
を防止するために光アイソレータが用いられる。

【０００４】従来この種の光アイソレータは、偏光子，
検光子，ファラデ回転子，永久磁石からなり、一般には
ある偏波面にしか有効でない。従って、光アイソレータ
の偏波方向に合致しない光が入射した場合、透過光が大
幅に損失するという欠点があった。そのため、入射する
光の偏波方向に依存せず、全ての偏波面に対して機能す
る光アイソレータの構成として偏波分離結合器を用いた
偏波無依存型光アイソレータが提案されている。

【０００５】図５（ａ）は従来の偏波無依存型光アイソ
レータの代表的な構成図を示す。第１の複屈折結晶板２
３，ファラデ回転子６，１／２波長板２４，第２の複屈
折偏光板２３’，マグネット７からなり、１／２波長板
２４は偏波を４５°回転させるように調整されている。
図５（ｂ）（ｃ）はこの光アイソレータの順方向と逆方
向の光の伝搬状態を示す図で、図中矢印は順方向入射側
からみた光の偏波方向と分離の様子を示している。そし
て、順方向に入射した光は、同図（ｂ）に示すように、
第１の複屈折偏光板２３で直交する偏光に分離し、ファ
ラデ回転子６でその偏波面を４５°回転させた後に、１
／２波長板２４でさらに４５°回転し、第２の複屈折偏
光板２３’で合成され出射される。

【０００６】一方、逆方向に戻ってくる戻り光は、同図
（ｃ）に示すように、第２の複屈折偏光板２３’で直交
する偏波に分離され、１／２波長板２４で４５°回転さ
れてファラデ回転子６に入射するが、ファラデ回転子６
では偏波面が逆方向に４５°回転される。その結果各々
の偏波面が同図（ｂ）の入射時の状態から９０°回転し
ているために、第１の複屈折偏光板２３で２つの光は合
成されず、分離される。つまり光源の方向に戻り光は戻
らない。

【０００７】一方、図６に偏波分離結合器にファイバ型
偏波ビームスプリッタを用いた偏波無依存型光アイソレ
ータの構成を示す。第１のファイバ型偏波ビームスプリ
ッタ１，レンズ３，ファラデ回転子６，第２のファイバ
型偏波ビームスプリッタ２，マグネット７からなり、フ
ァイバ型偏波ビームスプリッタ１，２は、一端から入射
した光を、直交する偏波成分に分離する機能を有する。
ファイバ型偏波ビームスプリッタ１の入射端１１ａから
入射した光は、直交する偏波成分に分離されて出射端１
２ａ，１２ｂから出射され、ファラデ回転子６でそれぞ
れの偏波面を４５°回転させた後に、第２のファイバ型
偏波ビームスプリッタ２で合成され出射端２２ａから光
が出射する。一方、第２のファイバ型偏波ビームスプリ
ッタ２の出射端２２ａから入射した戻り光は、直交する
偏波成分に分離されて、ファラデ回転子６で偏波面をさ
らに４５°回転させた後に、第１のファイバ型偏波ビー
ムスプリッタ１で合成されるが、入射端１１ａには戻ら
ず入射端１１ｂに出射するため、光アイソレータとして
機能する。

【０００８】図２はここで用いられるファイバ型偏波ビ
ームスプリッタの概略図である。図２に示すように応力
付与型光ファイバ２本を応力付与部が平行に並ぶように
配列し、長手方向の一部を融着延伸したものである。こ
の融着延伸部９ではコア１４が近接しているために光結
合を起こす。ここでＸ軸方向に偏光した光の偶モード及
び奇モードの伝搬定数をそれぞれβex，βox、Ｙ軸方向
に偏光した光の偶モード及び奇モードの伝搬定数をそれ
ぞれβey，βoyとすると、数１または数２の条件を満た
すと直交する偏波を分離することができる。

【０００９】

【数１】

【００１０】

【数２】

【００１１】ここでｍ，ｎは整数、積分は融着延伸領域
で行い、Ｚは長手方向で、それぞれの伝搬定数はＺの関
数として表される。

【００１２】従って、図２の入射端１１ａより光を入射
すると、直交する偏波成分のうち一方が１２ａから出射
し、他方が他の光ファイバと結合して１２ｂから出射
し、偏波を分離することができる。また、入射端１１ａ
に一方の偏波を、入射端１１ｂに他方の偏波を入射する
と、他方の偏波が結合して１２ａに出射するために２つ
の偏波を合成することができる。これらは入射端１１
ａ，１１ｂを１２ａ，１２ｂに置き換えても同様であ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うに複屈折偏光板とファラデ回転子を用いた偏波無依存
型光アイソレータにおいては、以下のような欠点があっ
た。 高価な複屈折偏光板を用いるため、光アイソレータ
が高価になる。 直線偏光の分離・合成をするには、複屈折偏光板の
厚み，入射角度，結晶軸に対する切削面の角度等アライ
メントを高精度に行う必要があり、組立が煩雑である。
また時間もかかる。 光ファイバ以外の構成部品が多いため、光アイソレ
ータが大型化してしまう。また、光ファイバとの結合を
考える場合、調整が困難で設置後も安定性に欠ける。

【００１４】これらの欠点を補うために提案されたファ
イバ型偏波ビームスプリッタを用いた光アイソレータに
おいても、以下のような欠点があった。 ファイバ型偏波ビームスプリッタの偏波分離度はせ
いぜい２０ｄＢ程度しかなく、５０ｄＢ以上のアイソレ
ーションを要求される光アイソレータに用いるには余り
に低く、実用的ではない。

【００１５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、構造が簡単で、小型
で、各光学部品の光学調整が容易で、安定性に優れ、且
つアイソレーションの高い偏波無依存型光アイソレータ
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、偏波分離結合器とファラデ回転子からなる
偏波無依存型光アイソレータにおいて、偏波分離結合器
にファイバ型偏波ビームスプリッタを用い、さらにファ
イバ型偏波ビームスプリッタとファラデ回転子の間に吸
収型偏光子を配置した光アイソレータであって、前記吸
収型偏光子は、順方向に進む光をほぼ最大に透過するよ
うに調整配置されたことを特徴とする偏波無依存型光ア
イソレータを構成した。

【００１７】

【作用】図１において、第１のファイバ型偏波ビームス
プリッタ１の入射端１１ａから入射した光は結合部で直
交する２つの直線偏波成分に分離され、出射端１２ａ，
１２ｂから出射し、吸収型偏光子４ａ，４ｂを透過し、
ファラデ回転子６でそれぞれの偏波面を４５°回転させ
た後に吸収型偏光子５ａ，５ｂを透過し、第２のファイ
バ型偏波ビームスプリッタ２で合成され出射端２２ａか
ら光が出射する。

【００１８】一方、第２のファイバ型偏波ビームスプリ
ッタ２の出射端２２ａから入射した戻り光は直交する偏
波成分に分離され、吸収型偏光子５ａ，５ｂで分離しき
れなかった偏波成分が除去される。その後、ファラデ回
転子６で偏波面をさらに４５°回転された各偏波は、吸
収型偏光子４ａ，４ｂの透過偏光軸と直交するために吸
収型偏光子４ａ，４ｂを透過することができないため、
戻り光は遮断され、光アイソレータとして機能する。

【００１９】上述の通り、本発明の偏波無依存型光アイ
ソレータにおいては、ファイバ型偏波ビームスプリッタ
に吸収型偏光子を組み合わせたことにより、逆方向に進
行する光は吸収型偏光子によって除去されるため、ファ
イバ型偏波ビームスプリッタの低い偏波分離度にかかわ
らず、アイソレーションの高い偏波無依存型光アイソレ
ータが実現する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は本発明の偏波無依存型光アイソレー
タを示す第１の実施例の全体構成図である。１，２はフ
ァイバ型偏波ビームスプリッタであり、応力付与型光フ
ァイバを使用している。１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２
ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂはファイバ型偏波
ビームスプリッタの端であり、３はレンズ、４ａ，４
ｂ，５ａ，５ｂは吸収型偏光子，６はファラデ回転子，
７はファラデ回転子に磁界を与える磁石である。

【００２１】図２（ａ）は本発明に用いるファイバ型偏
波ビームスプリッタを示す全体構成図であり、同図
（ｂ）はＡ−Ａ断面図，同図（ｃ）はＢ−Ｂ断面図，同
図（ｄ）Ｃ−Ｃ断面図である。同図に示すように、この
ファイバ型偏波ビームスプリッタ１は、２本の偏波面保
存ファイバ８，８’の側面同士を融着延伸して構成され
ている。ここで、融着延伸長は数１または数２を満たす
ように構成されている。また、偏波面保存ファイバ８，
８’は、いずれもクラッド１３内にコア１４と応力付与
部１５を設けて構成されており、偏波面を一定に保持し
たままで光を伝送することができるものである。一般
に、ファイバ型偏波ビームスプリッタの偏波分離度は約
２０ｄＢである。つまり端１１ａからＸ軸方向偏波入射
時には、出射端１２ａから約１％，１２ｂから約９９％
出射し、Ｙ軸方向偏波入射時には出射端１２ａから約９
９％，１２ｂから約１％出射する。

【００２２】図３は、ファラデ回転子をはさむファイバ
型偏波ビームスプリッタの端の偏波主軸の位置関係を示
す図である。ファイバ型偏波ビームスプリッタ１，２の
端１２ａ，１２ｂ，２１ａ，２１ｂは吸収型偏光子４
ａ，４ｂ，５ａ，５ｂのそれぞれの透過偏波面に一致さ
せて互いに偏波主軸を４５°傾けておく。これによりフ
ァイバ型偏波ビームスプリッタ２で損失が少なく各偏波
は合成されて端２２ａに光は出射する。

【００２３】図１を用いて本発明の光アイソレータの動
作を以下に説明する。同図（ｂ）（ｃ）はそれぞれ順方
向，逆方向の光の伝搬状態を示すもので、図中矢印は光
源方向からみた光の偏波方向と分離の様子を示した図で
ある。

【００２４】順方向に進む光は、同図（ｂ）に示すよう
にファイバ端１１ａから入射し、結合部で２つの直交成
分に分離され、出射端１２ａからＹ偏波が、出射端１２
ｂからＸ偏波が出射される。その後吸収型偏光子４ａ，
４ｂを各偏波は透過し、ファラデ回転子６により４５度
回転し、吸収型偏光子５ａ，５ｂを透過し、第２のファ
イバ型偏波ビームスプリッタ２に入射する。第２のファ
イバ型偏波ビームスプリッタ２は入射する偏波方向に合
わせて主軸を４５度傾けてあるので、端２１ａから入射
した光は出射端２２ａからＹ偏波となって出射され、端
２１ｂから入射した光はＸ偏波となって同じく出射端２
２ａから出射される。このように順方向へ進む光は損失
少なく出射端２２ａに出射する。この場合、ファイバ型
偏波ビームスプリッタの偏波分離度が順方向損失に与え
る損失はおよそ０．０９ｄＢで、結合損失，吸収損失等
を合わせた偏波無依存型光アイソレータの順方向損失が
およそ１ｄＢであることを考えれば、偏波分離度が与え
る損失はさほど大きいものではない。

【００２５】次に逆方向に進む光について、同図（ｃ）
を用いて説明する。第２のファイバ型偏波ビームスプリ
ッタ２の端２２ａから入射した戻り光は、結合部で直交
する２つの直線偏波成分に分離され、出射端２１ａ，２
１ｂから出射し、それぞれの偏波は第２の吸収型偏光子
５ａ，５ｂを透過する。ここで第２の吸収型偏光子５
ａ，５ｂは第２のファイバ型偏波ビームスプリッタ２で
分離しきれなかった偏波を除去する。吸収型偏光子５
ａ，５ｂを透過した光は、ファラデ回転子６でそれぞれ
の偏波面をさらに４５°回転されるために、第１の吸収
型偏光子１の透過偏光軸と直交し、第１の吸収型偏光子
１を透過することができず、戻り光は遮断される。

【００２６】上述の通り、本発明の偏波無依存型光アイ
ソレータにおいては、ファイバ型偏波ビームスプリッタ
に吸収型偏光子を組み合わせたことにより、逆方向に進
行する光は、吸収型偏光子によって除去されるため、フ
ァイバ型偏波ビームスプリッタの低い偏波分離度にかか
わらず、アイソレーションが５０ｄＢ以上の偏波無依存
型光アイソレータが実現する。

【００２７】図４は本発明の他の実施例にかかる偏波無
依存型光アイソレータの構成図であり、同図（ａ）は全
体構成図、同図（ｂ）はコネクタ部の拡大図である。フ
ァイバ型偏波ビームスプリッタの端のコネクタプラグ３
２ａ，３２ｂ，４１ａ，４１ｂにあらかじめレンズ３と
吸収型偏光子４，５を組み込んだファイバ型偏波ビーム
スプリッタ３０，４０と、磁石７とファラデ回転子６を
組み込んだアダプタ１６，１６’により構成されてい
る。コネクタプラグのレンズは例えばセルフォックレン
ズを、吸収型偏光子は例えば誘電体と金属を積層した薄
型の偏光子を用い、コネクタプラグ内に接着固定してお
く。光アイソレータとして機能させるには各コネクタプ
ラグを接続し、出力端４２ａからの光出力が最大になる
ようにコネクタプラグ４１ａと４１ｂを光軸まわりに調
整すれば良い。

【００２８】このようにデバイスを分割して構成するこ
とにより、各構成部品の位置合わせの煩雑さが低減す
る。また組立後の調整の補正が容易にできるため、特性
の長期安定化が可能である。

【００２９】図４（ｃ）は同図（ａ）に示す偏波無依存
型光アイソレータの他の実施例にかかるコネクタ部の拡
大図で、コネクタプラグ６２ａ，７１ａ、アダプタ１８
の拡大図を示す。全体の構成は図４（ｂ）に示すものと
同様である。コネクタプラグ６２ａ，６２ｂ，７１ａ，
７１ｂにレンズを組み込んだファイバ型偏波ビームスプ
リッタ６０，７０と、ファラデ回転子６と板状偏光子４
を貼合せた貼合せ型素子と、磁石７を組み込んだアダプ
タ１８により構成されている。この貼合せ型素子はファ
ラデ回転子６の両面に板状の偏光子４，５を光学接着剤
で所望の位置に接着固定したものである。この構成であ
れば、アダプタ単体で偏波依存型の光アイソレータとし
て機能するため、アダプタ１８のみを用いてＬＤ周辺に
使用するなど、製品使用の自由度が増大する。また、デ
バイスを分割して構成しているために、各構成部品の位
置合わせの煩雑さが低減し、組立後の特性補正も容易に
行うことができる。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
偏波無依存型光アイソレータは複屈折偏光板に変えてフ
ァイバ型偏波ビームスプリッタを用い、さらに吸収型偏
光子と組み合わせたことにより、以下のような優れた効
果を有する。

【００３１】複屈折偏光板を用いた場合は、複屈折偏
光板の厚み，角度等のアライメントを高精度にする必要
があるが、本発明の場合は複屈折結晶板を用いないの
で、このようなアライメント上の面倒な制約がなくな
る。従って、光アイソレータの組立が容易になる。

【００３２】ファイバ型偏波ビームスプリッタと吸収
型偏光子を組み合わせることにより、高いアイソレーシ
ョンを得ることができる。

【００３３】ファイバ型偏波ビームスプリッタの端に
コネクタプラグを用い、光学部品，磁石をアダプタ内に
挿入することにより、従来煩雑であった接続部の光学調
整が不要になり、装置も小型化する。また、組立後の調
整補正が可能であるため、特性の長期安定化が可能であ
る。

【００３４】アダプタ内に貼合せ型素子と磁石を挿入
したので、偏波依存型光アイソレータとして単独に使用
することも可能で、製品使用の自由度が増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる偏波無依存型光アイ
ソレータを示す図で、（ａ）は全体構成図、（ｂ）
（ｃ）は光の伝搬状態を示す図。

【図２】本発明に用いるファイバ型偏波ビームスプリッ
タを示す図で、（ａ）は全体構成図、（ｂ）はＡ−Ａ断
面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図、（ｄ）はＣ−Ｃ断面図。

【図３】（ａ）（ｂ）はファラデ回転子をはさむファイ
バ型偏波ビームスプリッタの端の偏波主軸の位置関係を
示す図。

【図４】本発明の他の実施例にかかる偏波無依存型光ア
イソレータを示す図で、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は
コネクタ部の拡大図、（ｃ）はさらに他の実施例を示す
コネクタ部の拡大図。

【図５】従来の偏波無依存型光アイソレータを示す図
で、（ａ）は全体構成図、（ｂ）（ｃ）は光の伝搬状態
を示す図。

【図６】従来の他の偏波無依存型光アイソレータを示す
構成図。

【符号の説明】

１，２，３０，４０，６０，７０：ファイバ型偏波ビー
ムスプリッタ ３：レンズ ４，４ａ，４ｂ，５，５ａ，５ｂ：吸収型偏光子 ６：ファラデ回転子 ７：磁石（マグネ
ット） ８，８’：応力付与型光ファイバ ９：結合部 １１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ， ２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ， ３１ａ，３１ｂ，４２ａ，４２ｂ， ６１ａ，６１ｂ，７２ａ，７２ｂ：ファイバ型偏波ビー
ムスプリッタの端 １３：クラッド １４：コア １５：応
力付与部 １６，１６’，１８，１８’：アダプタ １７：フ
ェルール ３２ａ，３２ｂ，６２ａ，６２ｂ， ４１ａ，４１ｂ，７１ａ，７１ｂ：コネクタプラグ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒磁石内にファラデ回転子が配置され、
   ファラデ回転子の一端側に第１の吸収型偏光子が配置さ
   れ、他端側に前記第１の吸収型偏光子を通過してファラ
   デ回転子を通過する順方向の光の偏波方向に透過偏波方
   向を一致させるように第２の吸収型偏光子が配置された
   光アイソレータと、２本の偏波保持ファイバの側面同士
   が結合されて、１個の入力ポートに入射した光が直交偏
   波成分に分離されて２個の出力ポートからそれぞれ出射
   される第１のファイバ型偏波ビームスプリッタ並びに第
   ２のファイバ型偏波ビームスプリッタとが具備されて、
   前記光アイソレータの第１の吸収型偏光子の外側に第１
   のファイバ型偏波ビームスプリッタの出力ポート２個が
   それぞれの偏波主軸を該第１の吸収型偏光子の透過偏波
   方向に一致させて配置され、前記光アイソレータの第２
   の吸収型偏光子の外側に第２のファイバ型偏波ビームス
   プリッタの入力ポート２個が前記第１のファイバ型偏波
   ビームスプリッタの出力ポートの各１個にそれぞれ対向
   させるとともにそれぞれの偏波主軸を該第２の吸収型偏
   光子の透過偏波方向に一致させて配置されたことを特徴
   とする偏波無依存型光アイソレータ。
2. 【請求項２】前記円筒磁石とファラデ回転子とが内蔵さ
   れる２個のアダプタと、前記第１のファイバ型偏波ビー
   ムスプリッタの出力ポート２個がそれぞれ内蔵される２
   個の出力側コネクタプラグと、前記第２のファイバ型偏
   波ビームスプリッタの入力ポート２個がそれぞれ内蔵さ
   れる２個の入力側コネクタプラグとが具備されるととも
   に、前記第１の吸収型偏光子がその透過偏波方向を前記
   出力ポートの偏波主軸に一致させて前記２個の出力側コ
   ネクタプラグにそれぞれ具備され、前記第２の吸収型偏
   光子がその透過偏波方向を前記入力ポートの偏波主軸に
   一致させて前記２個の入力側コネクタプラグにそれぞれ
   具備されて、前記アダプタに出力側コネクタプラグと入
   力側コネクタプラグとをそれぞれ接続して、前記出力側
   コネクタプラグ内の第１の吸収型偏光子を通過してファ
   ラデ回転子を通過する順方向の光の偏波方向に前記入力
   側コネクタプラグ内の第２の吸収型偏光子の透過偏波方
   向を一致させるように構成したことを特徴とする請求項
   １記載の偏波無依存型光アイソレータ。
3. 【請求項３】前記円筒磁石とファラデ回転子とが内蔵さ
   れる２個のアダプタと、前記第１のファイバ型偏波ビー
   ムスプリッタの出力ポート２個がそれぞれ内蔵される２
   個の出力側コネクタプラグと、前記第２のファイバ型偏
   波ビームスプリッタの入力ポート２個がそれぞれ内蔵さ
   れる２個の入力側コネクタプラグとが具備されるととも
   に、前記第１の吸収型偏光子並びに第２の吸収型偏光子
   がそれぞれ２個のアダプタ内で前記ファラデ回転子の両
   側に、前記第１の吸収型偏光子を通過してファラデ回転
   子を通過する順方向の光の偏波方向に透過偏波方向を一
   致させるように第２の吸収型偏光子が配置されて、前記
   アダプタに出力側コネクタプラグと入力側コネクタプラ
   グとをそれぞれ接続して、前記出力側コネクタプラグ内
   の出力ポートの偏波主軸と前記アダプタ内の第１の吸収
   型偏光子の透過偏波方向が一致するように、前記入力側
   コネクタプラグ内の入力ポートの偏波主軸と前記アダプ
   タ内の第２の吸収型偏光子の透過偏波方向が一致するよ
   うに構成したことを特徴とする請求項１記載の偏波無依
   存型光アイソレータ。