JPH08262374A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 信号光と位相の異なる多重反射光の漏れを低
減でき、低歪みの光アイソレータを提供することを目的
とする。 【構成】 先端を斜めに研磨した集束性ロッドレンズ
と、入力用光ファイバと出力用光ファイバとの間には、
通過する光を常光と異常光に分離する複屈折素子が設け
られ、集束性ロッドレンズと複屈折素子の間における出
力用光ファイバの光路には通過する光の偏光面を４５度
回転させる補償板が配置されている。反射ミラーは、反
射面がレンズ端面、及び磁気光学素子端面に対し傾斜し
て設けられ、入力用光ファイバから入射された光を出力
用光ファイバに反射する。集束性ロッドレンズと反射ミ
ラーとの間には、通過する光の偏光面を２２.５度回転
させる磁気光学素子が設けられている。入力用光ファイ
バから出射された光は、磁気光学素子と補償板とによっ
て偏光面を９０度回転される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ増幅器など
に用いられる偏光無依存型光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ増幅器には、エルビウムドー
プファイバ（ＥＤＦ）などの増幅用光ファイバの両端に
偏光無依存型の光アイソレータが取り付けられている。

【０００３】この偏光無依存型光アイソレータの構成に
は、磁気光学素子を一方向にだけ通過する透過型と折り
返して２度通過する反射型がある。反射型構成では伝送
信号の光に各種光学部品端面での多重反射光が位相の異
なる微弱信号として重畳される。この微弱信号が伝送信
号の歪み劣化を生じることになる。

【０００４】図８（ａ）〜（ｃ）に従来の反射型構成を
用いた光アイソレータの多重反射光の結合について説明
する。実線は、光ファイバの中心軸を通る光の正規の伝
送光路を示し、波線は多重反射光などの異なる位相の光
路を示す。この構成の光アイソレータは、二つの直線偏
光に分離した後に再結合する方式であり、多重反射光は
それぞれの直線偏光について生じるが、ここでは説明を
容易にするために、複屈折素子より出射される光は、す
べて一方の直線偏光のみについて述べる。

【０００５】図８（ａ）は、反射ミラー７の反射面と集
束性ロッドレンズ５と磁気光学素子６の端面間（磁気光
学素子６と反射ミラー７の反射面の他端側も同様）での
多重反射による結合を示す。

【０００６】入力用光ファイバ１より出射する光は、複
屈折素子３で二つの直線偏光に分離された後に、集束性
ロッドレンズ５に入射する。集束性ロッドレンズ５の出
射端ではほぼ平行光となって、磁気光学素子６を通過し
て反射ミラー７に入射する。反射ミラー７の反射面では
入射する角度と同じ角度で出射し、再び磁気光学素子６
を通過し集束性ロッドレンズ５で集光されながら、補償
板４、複屈折素子３を通過して、出力用光ファイバ２に
結合する。入射時に複屈折素子３によって分離された二
つの直線偏光の光は、磁気光学素子６によって４５度偏
光面が回転され、さらに補償板４で４５度回転される。

【０００７】その結果、入射時の偏光面より９０度回転
するために分離された光が合成されて出力用光ファイバ
２に結合する。

【０００８】一方、磁気光学素子６と集束性ロッドレン
ズ５の端面で反射する0.01〜0.1％程度の光は、レンズ
５端と反射ミラー７の端面が平行であり、伝送信号と同
じ角度で反射ミラー７に入射するため、伝送信号とほぼ
同一光路を通って出力用光ファイバに結合する。

【０００９】この光の光量は、伝送信号に対しほぼ３０
ｄＢダウンした光となる。通常異なる材料の境界面での
反射を0.01％以下に抑えるのは非常に困難である。図８
（ｂ）は、光ファイバより入射する側の同一レンズ端面
間での多重反射によるものである。集束性ロッドレンズ
５より入射した光は、反射ミラー７の反射面でレンズの
中心に対し対称な位置より出力される。このレンズ５端
面より反射する0.01〜0.1％程度の光は、斜め研磨され
たレンズ５の端面で入射光と同じ角度で再びレンズ内を
通り反射ミラー７で反射される。この反射ミラーで反射
する光は、伝送信号の入射光とほぼ同一角度で反射して
いくために、再度レンズ５端面に入射した光は、ほぼ伝
送信号と同一光路を通って出力用光ファイバ２に結合す
る。

【００１０】この光の光量は、伝送信号に対しほぼ６０
ｄＢダウンした光となる。この多重反射光は、第５図の
場合に比べ３０ｄＢも小さい値であるが、多重反射間距
離が長いために歪みへの影響は大きくなる。

【００１１】図８（ｃ）は、図８（ａ）と同様にレンズ
と磁気光学素子の端面の反射によるもので、多重反射で
はないが伝送信号に比べて異なる位相の信号が重畳され
ることになる。この時の結合光量は、レンズと磁気光学
素子の境界面での反射率相当分であり、通常伝送信号に
対し３０ｄＢ程度ダウンした光となる。

【００１２】以上述べたように、レンズ端面と反射ミラ
ーの端面での多重反射光は、伝送信号に対し異なる位相
の信号となって重畳される。通常要求される多重反射な
どによる位相の異なる光の光量は、伝送信号に対し、光
路長が１ｍｍ以下の場合６０ｄＢ程度、また１０ｍｍの
場合で８０ｄＢ程度が必要になる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように反射型構
成では、光路上での僅かな多重反射光が位相ずれの信号
として伝送信号に重畳され、信号歪みの原因になるとい
う問題点がある。

【００１４】前記に鑑み、本発明は、多重反射によって
生じる、伝送信号に対し位相の異なる微弱な光信号が漏
洩するのを低減し、低歪みの光アイソレータを提供する
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１の発明が講じた解決手段は、反射ミラーの
反射面を、レンズ端面及び磁気光学素子の面に対して傾
斜して配置した構成にしたものである。

【００１６】請求項２は斜め研磨のレンズ端面の反射率
を下げるとともにレンズの開口数を光ファイバの開口数
に対し近づけるようにしたものである。

【００１７】請求項３の発明は、請求項１の構成におい
て、集光レンズの先端を斜めに研磨し、受光素子の取り
付け角度を前記レンズ光軸に対し、傾斜するようにした
もの、である。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１の構成におい
て、複屈折素子の一部に補償板とほぼ同一の屈折率と厚
みを持った透過率のよい光学部材を貼り合わせた状態
で、対空気用の反射防止膜を施したものである。

【００１９】

【作用】請求項１の構成により、レンズ端と反射ミラー
間、及び反射ミラーと磁気光学素子間での多重反射光は
伝送信号光の光路と異なりひずみ劣化への影響を除去で
きる。

【００２０】請求項２の構成により、レンズ端面でのフ
レネル反射光を低減すると共に、同一レンズ端面間での
多重反射光は伝送信号光の光路に対し、結合効率が低下
して入射するために、多重反射光の結合量を低減でき、
歪み劣化への影響を小さくできる。

【００２１】請求項３の構成により、受光素子の端面と
レンズ間での多重反射光の影響を低減できる。

【００２２】請求項４の構成により、レンズ端面に対空
気用の反射防止膜が可能になり、多重反射光の結合効率
を低減できる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２４】図１に本発明の第１実施例に係る反射型光
アイソレータの構成を示す。なお同図では説明のために
光ファイバの配列方向をレンズの研磨方向にしている
が、実際の構成では、図に垂直な方向に配列している。

【００２５】同図において、１は入力用光ファイバ、２
は出力用光ファイバであり、先端を８度研磨されてい
る。３は、ルチルなどの複屈折素子で一部に入力光ファ
イバ１、あるいは出力用光ファイバ２のどちらか一方の
光路上にのみ作用するように補償板が貼り付けられてい
る。ここでは、補償板４として1/2波長板を用いてい
る。

【００２６】５は集束性ロッドレンズで先端を８度斜め
研磨し、他端にガーネットなどの磁気光学素子６と反射
ミラー７が配置されている。前記磁気光学素子６は、入
射する光の偏光面を22.5度だけ回転するような厚みに設
定されている。磁気光学素子６の外周には、図示せずも
磁界を印加する永久磁石が設けられている。

【００２７】この光アイソレータの動作を図２（ａ）、
（ｂ）に示す。図２（ａ）は順方向の偏光状態を示す。
入力用光ファイバ１より入射した任意の偏光成分をもっ
た光は、複屈折素子３により常光、異常光の二つの直交
する直線偏光に分離されて、それぞれ異なるレンズ５端
に入射する。それぞれの光は磁気光学素子６を通過する
際に偏光面が２２．５度回転されて、反射ミラー７に入
射する。反射ミラー７で反射された光はさらに磁気光学
素子を通過する際に偏光面が２２．５度回転されて、1/
2波長板４に入射する。ここで偏光面が４５度回転さ
れ、複屈折素子３に入射する。この状態では複屈折素子
３を最初に通過したときの偏光状態から９０度回転して
おり、それぞれ分離された光は常光が異常光として、ま
た異常光が常光として作用するために合成されて出力用
光ファイバ２に結合される。

【００２８】一方逆方向の光は、図２（ｂ）に示すよう
に出力用光ファイバ２より入射した光が複屈折素子３で
順方向と同様に二つの直線偏光に分離される。分離され
た光は1/2 波長板４によりそれぞれ偏光面が４５度回転
される。磁気光学素子６は光の進行方向にかかわらず偏
光面の回転方向は一定であり、磁気光学素子６を２度通
過する際に４５度回転を受けて、それぞれもとの偏光状
態となる。そのために常光は常光として作用し、異常光
は異常光として作用することになり、入力用光ファイバ
１には結合しなくなる。

【００２９】以上のような動作をする光アイソレータの
順方向の多重反射光の光路について図３〜図５を参照し
ながら説明する。

【００３０】なお以下の説明においては簡単にするため
に、一方の直線偏光成分の光についてのみ述べるが、他
方の直線偏光の成分についても光路が異なるだけで同様
の効果を得ることができるものである。

【００３１】図３は、レンズ端面と反射ミラー間の多重
反射光の光路を示す図である。入力用光ファイバ１から
出射される光は、複屈折素子３で二つの直線偏光に分離
されて集束性ロッドレンズ５に入射する。該集束性ロッ
ドレンズ５の他端ではほぼ平行光として出射して磁気光
学素子６を通過後に反射ミラー７に入射する。反射ミラ
ー７の端面はレンズ端面５及び磁気光学素子６の端面に
対して傾斜しているために、レンズ５の中心に対し非対
称な位置に配置した出力光ファイバ２に結合する。一方
反射ミラー７とレンズ５端面の間で生じる多重反射光
は、反射回数を繰り返すほどに出力用光ファイバ２の結
合位置から外れてくることになる。

【００３２】図４は第２の発明による多重反射光の低減
を説明する図である。同図において、集束性ロッドレン
ズ５より入射した光は、反射ミラー７で反射して出力用
光ファイバ２に結合する。この時、出力側レンズ５端面
で反射した光は、レンズ５の光軸方向に対し１６度の角
度で反射ミラー７に戻っていく。この光は、再度反射ミ
ラー７で反射して入射時のレンズ５端面の近傍に戻る。
この光はさらに、レンズ５端面で反射して入射時とほぼ
同一の光路を通って出力用光ファイバ２に結合する。し
かしレンズ５端面での多重反射光は、レンズ５端面を斜
めに研磨しているために、レンズ５内を通過する光のレ
ンズ光軸に対する角度が大きくなり、レンズ５の結合可
能な開口数より大きくなって結合効率がダウンする。こ
の結合効率と、レンズ５端面の反射率より、多重反射光
の漏れ光が決まるために十分小さな値になる。

【００３３】図６は第２の実施例の光アイソレータの構
成を示し、第１の実施例の光アイソレータに光モニター
機能を付加したものである。第１の実施例の構成との差
異は、第１実施例の反射ミラー７に代えて、反射率が９
９％程度で１％程度の光が通過する反射ミラー７’を用
い、反射ミラー７’を通過した光を８度斜め研磨した集
光レンズ５’と傾斜して設けた半導体受光素子９に結合
するようにした点である。この構成により、半導体受光
素子９の端面と、レンズ５端面間の多重反射による位相
の異なる信号光の漏れ込みを低減できる。

【００３４】なお、前記第１の実施例においては、レン
ズ５端面角度を８度にしているがもっと大きくすること
によりレンズ５端での反射光が、レンズ結合可能な開口
数を越えるためにレンズ５の開口数をそのままにして端
面角度によって、同様の効果が得られる。

【００３５】次に、図７に示す第４の実施例は、複屈折
素子３の一部に1/2波長板４と、ほぼ同一屈折率で同一
厚みの光学部材１０を設けたもので、この構成により1/
2波長板４と屈折率の異なる複屈折素子３間の屈折率整
合を容易にするものである。複屈折素子３の屈折率が常
光と異常光でそれぞれ2.4、2.7と1/2波長板（水晶）４
の屈折率1.5に比べ大きいために通常の光学接着剤だけ
で貼り合わせることができない。そこで、複屈折素子３
の端面に対接着剤用の反射防止膜を付けて、1/2波長板
４を接着剤で取り付けることになる。

【００３６】この時、複屈折素子３の一部は対接着剤用
の反射防止膜がついており、レンズ端面との間は屈折率
整合剤を充填する必要がある。

【００３７】この構成により、レンズ端面に対空気用の
反射防止膜を蒸着するとともに、1/2波長板と光学材料
の表面に対空気用の反射防止膜を付けることにより、屈
折率整合剤が不要となり、安定した反射量を得ることが
できる。しかも光軸調整が容易になり組立作業も簡便に
なる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
係る光アイソレータによると、レンズ端面と反射ミラー
面間が相対的に傾斜した関係にあり、両端面間で生じる
多重反射光や、レンズ端や磁気光学素子端で反射する微
弱な光は、出力用光ファイバに結合せずに信号歪みの劣
化を生じなくなる。

【００３９】請求項２の発明に係る光アイソレータによ
ると、レンズ端面を斜めに研磨し、レンズの開口数を入
射する光ファイバの開口数に近づけることにより、多重
反射光による信号歪みの劣化を抑制することができる。

【００４０】請求項３の発明に係る光アイソレータによ
ると、集光レンズの端面を斜めにすると共に、半導体受
光素子を斜めに傾斜して配置することにより、多重反射
光による信号歪みの劣化を抑制することができる。

【００４１】請求項４の発明に係る光アイソレータによ
ると、複屈折素子の端面に1/2波長板と同一厚みで同一
屈折率の光学材料を設けることにより、対空気用の反射
防止膜が容易に行えることになり、レンズ端面の反射状
態を安定して低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る光アイソレータの構
成を示す図

【図２】本発明の第１実施例に係る光アイソレータの動
作を説明する図

【図３】第１の実施例に係る光アイソレータにおける伝
送信号と多重反射光の光路を示す図

【図４】本発明の第２の実施例に係る光アイソレータに
おける伝送信号と多重反射光の光路を示す図

【図５】第１の実施例に係る光アイソレータにおける伝
送信号と多重反射光の光路を示す図

【図６】本発明の第３の実施例に係る光アイソレータの
構成を示す図

【図７】本発明の第１の実施例に係る光アイソレータの
偏光分離、合成部の他の構成を示す図

【図８】従来構成における伝送信号と多重反射光の光路
関係を示す図

【符号の説明】

１ 入力用光ファイバ ２ 出力用光ファイバ ３ 複屈折素子 ４ 補償板 ５ 集束性ロッドレンズ ６ 磁気光学素子 ７ 反射ミラー ８ 集光レンズ ９ 半導体受光素子 １０ 光学部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉田 昇 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入射光を平行光に変換する一端が斜めに形
   成されたレンズと、 前記レンズの一端に設けられた少なくとも一対の入力用
   光ファイバ及び出力用光ファイバと、 前記レンズの他端に設けられ、前記入力用光ファイバか
   ら入射され前記レンズを通過した光を、出力用光ファイ
   バに反射して結合させる反射ミラーと、 前記入力光ファイバ及び出力光ファイバとの間に設けら
   れ、通過する光を互いに直交する直線偏光の常光と異常
   光とに分離する複屈折素子と、 前記レンズと複屈折素子との間における入力用光ファイ
   バから入射される光の光路または出力用光ファイバに出
   射される光の光路に設けられ、通過する光の偏光面を４
   ５度回転させる補償板と、 前記レンズと前記反射ミラーとの間に設けられ、通過す
   る光の偏光面を２２．５度回転させる磁気光学素子とを
   備え、 前記反射ミラーの反射面を、磁気光学素子側のレンズ端
   面及び磁気光学素子の端面に対し、０．２度以上傾斜す
   るように配置したことを特徴とする光アイソレータ。
2. 【請求項２】レンズの光ファイバ側端面の反射を０．１
   ％以下に抑えると共に、前記レンズの開口数を光ファイ
   バの開口数に近づけたことを特徴とする請求項１に記載
   の光アイソレータ。
3. 【請求項３】反射ミラーは、入力用光ファイバより入射
   された光の一部を通過させ、前記通過した光を集光する
   端面の角度を８度に研磨した集光レンズと、前記集光レ
   ンズにより集光された光の強度を検出する検出器とを備
   え、前記検出器の受光面を前記集光レンズの光軸に対
   し、３度以上傾斜して設けたことを特徴とする請求項１
   に記載の光アイソレータ。
4. 【請求項４】複屈折素子の一部に設けた補償板とほぼ同
   一の厚みと屈折率を有する光学材料を一体的に固定し、
   レンズに対向する面側に対空気用の反射防止膜を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。