JPH0926556A

JPH0926556A - ファラデ回転ミラー

Info

Publication number: JPH0926556A
Application number: JP7174761A
Authority: JP
Inventors: Yukiko Furukata; 由紀子古堅; Michitaka Okuda; 通孝奥田; Yoshiyuki Shigeoka; 義之重岡
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1997-01-28
Anticipated expiration: 2015-07-11
Also published as: JP3602891B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、構造が簡単で、小型で、各光学部品
の光軸調整が容易で、挿入損失が小さく、不要反射光が
非常に少なく、高特性のファラデ回転ミラーを提供する
ことを目的とする。【構成】光軸に垂直な面に対して端面が傾斜したコア拡
大ファイバ２と、一面に全反射ミラー膜５が形成されて
いるテーパー状ファラデ回転子４からなるファラデ回転
ミラー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバセンサーシ
ステムあるいは光増幅システム等に用いられ、これらの
システムを安定して動作させるために用いる光受動部品
のファラデ回転ミラーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバセンサーは、系の経路が主と
して光ファイバで構成され、検知要素を光路のどこかに
もつもので、検知要素は測定したい量によって何らかの
光学的な特性が変化を受けるものである。例えば、シン
グルモードファイバを検知要素として用いる場合、振
動、圧力、温度、電界、磁界、音波等の外力を検知する
事ができ、これらの外力による光ファイバの光路長の変
化をファイバ干渉計によって検出する。

【０００３】このような光ファイバセンサーにおいて
は、光ファイバ中の複屈折による光の偏波状態の偶発的
な変化により、出力干渉縞のゆらぎ、信号の消滅が発生
することが問題となる。

【０００４】このような問題に対し、ファイバ干渉計の
一部にファラデ回転ミラーを使用することが提案されて
いる。このファラデ回転ミラーは、光ファイバ中の複屈
折により発生する偏波状態の変動を除去し、任意の入力
偏波状態を保存する光部品である。

【０００５】図６に従来のファラデ回転ミラー１１の構
成を示す。ファラデ回転ミラー１１は光ファイバ１２、
結合用レンズ１３、ファラデ回転子１４、全反射ミラー
１５、磁石６を用いた構成である。

【０００６】図６において、ファラデ回転子１４はビス
マス置換ガーネット等で形成されており、磁石６によっ
て光軸方向に平行な方向にガーネットの飽和磁界強度以
上の磁界が加えられている。また、その厚みは入射した
光の偏波方向を４５°回転させるように調整されてい
る。

【０００７】全反射ミラー１５は、光ファイバ１２から
出射された光が全反射ミラーで反射されるように配設さ
れている。また、結合用レンズ１３は、全反射ミラーで
反射した光が再び光ファイバ１２に効率よく結合するよ
うに配設されている。

【０００８】図７は光ファイバ１２の方向からみた、フ
ァラデ回転ミラー１１内の光の偏波の状態を説明する図
である。以下図７を用いてファラデ回転ミラー１１の動
作原理について説明する。なお、便宜上、光ファイバ１
２から出射した光を入射光と呼び、全反射ミラーで反射
された光を反射光と呼び、入射光方向を順方向と呼び、
反射光方向を逆方向と呼ぶ。また入射偏波方向を一直線
偏波としたが、本説明はこれに限ることなく、任意の偏
波方向に適応される。

【０００９】まず、光ファイバ１２から出射した入射光
（図７−ａ）はファラデ回転子１４を透過し、その偏波
方向が順方向からみて時計まわりに４５°回転させられ
る（図７−ｂ）。その後、全反射ミラー１５で反射され
た反射光は、再び逆方向からファラデ回転子１４に入射
する（図７−ｃ）。ファラデ回転子１４を逆方向に透過
した反射光はさらにその偏波方向を順方向からみて時計
まわりに４５°回転させられ、光ファイバ１２に入射す
る（図７−ｄ）。

【００１０】その結果、ファラデ回転ミラー１１の反射
光は、入射光に対して直交する偏波方向となり、入射光
がうけたのとちょうど逆の複屈折をうけるため、任意の
入力偏波状態に対して出力偏波状態はそれと直交する状
態に安定化される。

【００１１】図６、図７に示すような従来のファラデ回
転ミラー１１は、光ファイバセンサーシステムの他、光
ファイバ増幅システムにも応用されている。光ファイバ
増幅システムは、一般にエルビウムをドープしたシング
ルモードファイバを数１０〜数１００ｍ用いているため
に、光ファイバ中の複屈折により偏波状態が変化すると
いう問題、さらには長距離光ファイバ通信システムで信
号波形劣化をもたらす偏波モード分散という問題がある
が、ファラデ回転ミラー１１を用いることによりそれら
が補償され、安定した出力を得ることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のフ
ァラデ回転ミラー１１においては、以下のような問題点
があった。

【００１３】（１）部品点数が多く、装置が大型化す
る。

【００１４】（２）各構成部品を精密に光学調整しなけ
ればならないため、工程数が多く組立が煩雑であり製作
に時間がかかる。

【００１５】（３）反射光に、各光学部品端面からの不
要反射光が混じり、これがファラデ回転ミラーの特性を
低下させる原因となる。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点に
鑑みてなされたものであり、光ファイバと、ファラデ回
転子と、全反射ミラーとが順次配設されてなるファラデ
回転ミラーにおいて、光ファイバはコア拡大ファイバか
らなり、かつファラデ回転子の一面に全反射ミラー膜を
形成したファラデ回転ミラーとしたものである。

【００１７】さらには、コア拡大ファイバの端面を光軸
に垂直な面に対し傾斜させ、かつテーパー形状のファラ
デ回転子を用いたファラデ回転ミラーとしたものであ
る。さらには、コア拡大ファイバをフェルールに保持
し、コア拡大ファイバおよびフェルールとファラデ回転
子の全反射ミラー膜形成面の対向面とが、光学接着剤を
介して密着させるファラデ回転ミラー、あるいは複数本
のコア拡大ファイバを基板に保持し、複数本のコア拡大
ファイバ及び基板とファラデ回転子の全反射ミラー膜形
成面の対向面とが光学接着剤を介して密着されるファラ
デ回転ミラーとしたものである。

【００１８】

【作用】本発明によれば、レンズ作用の有するコア拡大
ファイバを用い、しかもファラデ回転子の一面に全反射
ミラー膜を形成することによって、光軸調整が容易とな
り、部品点数が削減される。

【００１９】さらに、コア拡大ファイバの端面を光軸に
垂直な面に対し傾斜させ、かつテーパー形状のファラデ
回転子を用いることによって、不要反射光が非常に少な
く、挿入損失も小さい高特性のファラデ回転ミラーが実
現する。

【００２０】さらに、コア拡大ファイバとファラデ回転
子とを光学接着剤を介して密着させることによって、組
立容易で、小型のファラデ回転ミラーが実現する。

【００２１】

【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００２２】図１は、本発明のファラデ回転ミラーを示
す構成概略図であり、ファラデ回転ミラー１は、コア拡
大ファイバ２、テーパー状ファラデ回転子４、全反射ミ
ラー膜５、磁石６よりなる。

【００２３】磁石６は、円筒型の磁石で内部のテーパー
状ファラデ回転子４に光軸と平行な飽和磁界を与える。

【００２４】テーパー状ファラデ回転子４は、ビスマス
置換ガーネット結晶等が用いられ、その厚さは入射光の
偏波方向が４５°回転するように調整されている。

【００２５】全反射ミラー膜５は、多層誘電体からな
り、テーパー状ファラデ回転子４の一面に直接形成され
ている。この多層誘電体からなる全反射ミラー膜５は、
光の損失が小さく、９９％以上の反射率を有する。本実
施例では、テーパー状ファラデ回転子４に全反射ミラー
膜５を直接形成することにより、部品点数の削減が実現
する。

【００２６】図１において、コア拡大ファイバ２の端面
をＡ面、テーパー状ファラデ回転子４のコア拡大ファイ
バ２に対面する一面をＢ面、テーパー状ファラデ回転子
４の全反射ミラー膜が形成される面をＣ面とし、本発明
の構成について説明する。

【００２７】Ａ面は、コア拡大ファイバ２の光軸に垂直
な面に対しα度傾斜しており、さらにテーパー状ファラ
デ回転子４のＢ面は、Ａ面に略平行となるように設置さ
れている。また、テーパー状ファラデ回転子４のテーパ
ー形状は、コア拡大ファイバ２の光軸に垂直な面に対し
て、Ｃ面がβ度傾斜した形状とする。Ｃ面の傾斜角β度
は、テーパー状ファラデ回転子４内を透過する入射光と
反射光が同一の光路をとるように設定され、スネルの法
則によりβ度は数１で決定する値となる。

【００２８】

【数１】

【００２９】ここで、Ｎｃはコア拡大ファイバ２の屈折
率（クラッド又はコアの屈折率、あるいはこれらの平均
であっても、β度の製造精度、組み立て精度等の製造精
度上、得られる製品は実質上大差なし）、Ｎｆはテーパ
ー状ファラデ回転子４の屈折率である。

【００３０】次に、ファラデ回転ミラー１の動作につい
て説明する。

【００３１】入射光は、Ａ面、Ｂ面でそれぞれスネルの
法則に従う方向に進行し、テーパー状ファラデ回転子４
を透過し、その偏波方向を４５度回転させられ、全反射
ミラー膜Ｃ面で反射される。Ｃ面は数１で決定された角
度β度に設定されているので、テーパー状ファラデ回転
子４内で反射光は入射光と同じ光路を通り、偏波方向を
さらに４５度回転させられ透過する。さらにＢ面、Ａ面
でも反射光は可逆的に進行し、コア拡大ファイバ２に入
射する。

【００３２】ここで、Ａ面およびＢ面における不要反射
光は、光軸に対して２α度以上の角度ズレをもって反射
されるため、コア拡大ファイバ２にほとんど結合せず、
不要反射光は除去される。

【００３３】以上説明した通り、Ｃ面からの反射光は入
射光と同じ光路を通り、屈折による入射軸ズレや角度ズ
レが発生しないため、コア拡大ファイバ２に効率良く入
射する。Ａ面およびＢ面で発生する不要反射光は、光軸
に対し２α度以上の角度ズレをもって反射されるためコ
ア拡大ファイバ２にほとんど入射しない。従って、挿入
損失が小さく、不要反射光の非常に少ない高特性のファ
ラデ回転ミラーが実現する。

【００３４】図２は、コア拡大ファイバ２の断面図であ
り、コア２１、クラッド２２よりなり、図示するよう
に、拡大前のコア２１の直径をＤ、拡大後のコア２１の
直径をＷとする。このコア拡大ファイバ２の構造は、通
常のシングルモードファイバのコアの径がテーパ状に拡
大され、終端部で伝送路の３倍から４倍のコア径Ｗを有
している。このコア径の拡大は光ファイバコア２１に含
まれるドーパントを熱拡散して実現し、コア拡大領域の
屈折率分布は未拡大部より屈折率が小さくなる。コア拡
大ファイバ２の特性計算値を図３に示す。図３（ａ）
は、同じコア径を有する２本のコア拡大ファイバ２のコ
ア拡大領域を対向させて、ファイバ間距離Ｚとした構成
図を示し、図３（ｂ）は、波長１．５５μｍの光を結合
させた場合の、ファイバ間距離Ｚと接続損失量の関係を
示している。

【００３５】図３（ｂ）中の曲線は、コア拡大率Ｗ／Ｄ
＝１倍、２倍、３倍、４倍の場合について計算した結果
である。接続損失はコア拡大率が大きいほど小さくな
り、光ファイバ間距離Ｚのトレランス特性が向上するこ
とがわかる。

【００３６】すなわち、通常のシングルモードファイバ
（コア拡大率１倍）の場合には、光ファイバ間距離Ｚが
大きくなると急激に接続損失が増大するので、レンズを
用いて損失を小さくする必要があることがわかる。ま
た、例えば４倍のコア拡大ファイバを用いると、ファイ
バ間距離Ｚ＝８００μｍでも接続損失は１ｄＢ程度で、
レンズを使用しなくても接続損失の小さい結合が可能で
あることがわかる。

【００３７】このようにコア拡大ファイバ２を用いれ
ば、２本のコア拡大ファイバ２間にファラデ回転子４を
挿入しても、光ファイバ間距離に起因する接続損失を小
さく押さえることができる。また、レンズ無しで構成さ
れるので、光学調整が容易で、部品点数が削減される。
図４は、本発明の第２の実施例を示し、ファラデ回転ミ
ラー１０を示す断面概略図である。

【００３８】フェルール３は、コア拡大ファイバ２を保
持するものである（２’はファイバの被覆）。また、コ
ア拡大ファイバ２およびフェルール３は、テーパー状フ
ァラデ回転子４との接触端面を、光軸に垂直な面に対し
てα度斜め研磨されている。さらにテーパー状ファラデ
回転子４の全反射ミラー膜５は、その対向面に対し数１
で決定される角度β度を有する。

【００３９】また、フェルール３およびそのフェルール
３に保持されたコア拡大ファイバ２の端面と、テーパー
状ファラデ回転子４の全反射ミラー膜５の対向面とは、
光学接着剤７を介して密着されている。この光学接着剤
７は光学的に透明で、屈折率がコア拡大ファイバ２のコ
アの屈折率に近いものを用いることが望ましい。光学接
着剤としては、例えば、光硬化性接着剤、熱硬化性接着
剤、あるいは低融点ガラス等がある。

【００４０】また、本実施例に示すように、コア拡大フ
ァイバ２とテーパー状ファラデ回転子４を密着させる
と、ファイバ間距離Ｚが短くなるために、ファラデ回転
ミラーの挿入損失がより小さくできる（図３（ｂ）参
照）。また、斜め研磨したフェルール３の端面に直接テ
ーパー状ファラデ回転子４を接着したので、ファラデ回
転子４を保持するファラデ回転子ホルダーを用いる必要
がなくなり、組立調整が不要で、より部品点数が少ない
ファラデ回転ミラーを構成できる。

【００４１】なお、ファラデ回転ミラー１０の挿入損失
は、コア拡大ファイバ２の終端のコア径Ｗと、ファイバ
間接続距離Ｚと、ファラデ回転子４の損失Ｌと、全反射
ミラー膜５の反射率Ｒにより計算できる。例えば、実効
厚さ１７０μｍのファラデ回転子４を用いて、ファイバ
間接続距離Ｚ＝３４０μｍ、コア径Ｗ＝４０μｍ、損失
Ｌ＝０．１ｄＢ、反射率Ｒ＝９９％として図４に示すフ
ァラデ回転ミラー１０を構成した場合、その挿入損失は
約０．５ｄＢとなり、従来のようにレンズを用いずに十
分低い挿入損失が実現することが判る。

【００４２】また、コア拡大ファイバの研磨角α＝２度
とし、数１より求めたファラデ回転子４のテーパー角β
＝１．２４度として、上述の構成のファラデ回転ミラー
１０を作製したところ、不要反射光は４５ｄＢとなっ
た。従来のファラデ回転ミラーの不要反射光は３５ｄＢ
程度であり、本発明により不要反射光量は１０ｄＢの改
善がされた。

【００４３】図５は、本発明の第３の実施例を示し、複
数の入出力ポートを有するファラデ回転ミラー２０の斜
視概略図である。

【００４４】基板３０は、複数のコア拡大ファイバ２を
保持するための基板であり、Ｖ溝基板３０ａとカバー３
０ｂとからなる。また、その基板３０のテーパー状ファ
ラデ回転子４との接触端面は光軸に垂直な面に対しα度
斜め研磨されており、コア拡大ファイバ２および基板３
０とテーパー状ファラデ回転子４の全反射ミラー膜５の
対向面とが、光学接着剤７を介して密着している。さら
にテーパー状ファラデ回転子４の全反射ミラー膜５は、
その対向面に対し数１で決定される角度β度を有する。

【００４５】本実施例によれば、複数のコア拡大ファイ
バ２を基板３０で保持してファラデ回転ミラー２０を構
成することにより、組立が簡略化でき、また、ファラデ
回転ミラー２０をシステムに組み込んだ場合の省スペー
ス化が実現する。さらにコア拡大ファイバの端面の研磨
状態が一定で、同一のファラデ回転子４を用いるため
に、本実施例のファラデ回転ミラー２０は各ポート（各
コア拡大ファイバ２毎）で均一な特性を得ることができ
る。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のファラデ
回転ミラーによれば、ファラデ回転子と全反射ミラーと
を一体化することにより、部品点数の削減が実現する。
さらにコア拡大ファイバを用いることにより、光ファイ
バ間距離に起因する接続損失を小さく押さえることがで
きる。また、レンズ無しで構成されるので、光学調整が
容易で、さらに部品点数が削減される。さらに、コア拡
大ファイバの端面を光軸に垂直な面に対し傾斜させ、か
つテーパー形状のファラデ回転子を用いることによっ
て、不要反射光が非常に少なく、挿入損失も小さい高特
性のファラデ回転ミラーが実現する。

【００４７】また、コア拡大ファイバとテーパー状ファ
ラデ回転子を密着させることにより、ファイバ間距離Ｚ
が短くなるために、ファラデ回転ミラーの挿入損失がさ
らに小さくでき、しかもより部品点数が少ないファラデ
回転ミラーを構成できる。

【００４８】また、複数のコア拡大ファイバを基板で保
持してファラデ回転ミラーを構成することにより、組立
が簡略化でき、また、ファラデ回転ミラーをシステムに
組み込んだ場合の省スペース化が実現する。さらにコア
拡大ファイバの端面の研磨状態が一定で、同一のテーパ
ー状ファラデ回転子を用いるために、ファラデ回転ミラ
ーは各ポートで均一な特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のファラデ回転ミラーを示す構成概略図
である。

【図２】コア拡大ファイバを示す断面図である。

【図３】コア拡大ファイバの接続実験例を示し、（ａ）
は構成図、（ｂ）は特性計算値を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す断面概略図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施例を示す斜視概略図であ
る。

【図６】従来のファラデ回転ミラーの構成概略図であ
る。

【図７】従来のファラデ回転ミラーの動作原理を説明す
る図である。

【符号の説明】

１、１０、１１、２０・・・ファラデ回転ミラー２・・・コア拡大ファイバ３・・・フェルール４・・・テーパー状ファラデ回転子５、１５・・・全反射ミラー膜６、１６・・・磁石７・・・光学接着剤１２・・・光ファイバ１３・・・結合用レンズ１４・・・ファラデ回転子２１・・・コア２２・・・クラッド３０・・・基板３０ａ・・・Ｖ溝基板３０ｂ・・・カバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】終端部のコアが拡大されているコア拡大フ
ァイバと、一の面に全反射ミラー膜が形成されたファラ
デ回転子とが具備され、前記コア拡大ファイバの端面に
ファラデ回転子が全反射ミラー膜の形成面に対向する面
を対面させ、前記コア拡大ファイバの光軸に垂直な面に対しコア拡大
ファイバの端面はα度傾斜し、前記ファラデ回転子は全反射ミラー膜の形成面とその対
向面とが傾斜するテーパー形状を有し、全反射ミラー膜
の形成面とその対向面がそれぞれ前記光軸に垂直な面に
対し、コア拡大ファイバからの入射光が全反射ミラー膜
で反射され入射光路上を逆方向に進むように設定及び配
設されていることを特徴とするファラデ回転ミラー。
【請求項２】前記コア拡大ファイバの屈折率をＮｃ、フ
ァラデ回転子の屈折率をＮｆとし、前記ファラデ回転子は、全反射ミラー膜形成面の対向面
が前記光軸に垂直な面に対しα度傾斜した端面に略平行
に、かつ全反射ミラー膜形成面が前記光軸に垂直な面に
対し下記の式に基づいて設定した略β度傾斜して配設さ
れるテーパー形状を有することを特徴とする請求項１に
記載のファラデ回転ミラー。【数１】
【請求項３】前記コア拡大ファイバがフェルール内に保
持され、このフェルールの端面がコア拡大ファイバ終端
部を含み前記光軸に垂直な面に対し傾斜角αに研磨さ
れ、この研磨された端面に前記ファラデー回転子が全反
射ミラー膜形成面の対向面を光学接着剤で密着されてい
ることを特徴とする請求項１、２に記載のファラデー回
転ミラー。
【請求項４】前記コア拡大ファイバが複数本、Ｖ溝等の
ファイバ整列構造を有する整列基板に保持され、この整
列基板の端面が各コア拡大ファイバ終端部を含み前記光
軸に垂直な面に対し傾斜角αに研磨され、この研磨され
た端面に前記ファラデー回転子が全反射ミラー膜形成面
の対向面を光学接着剤で密着されていることを特徴とす
る請求項１、２に記載のファラデー回転ミラー。
【請求項５】前記ファラデー回転子が一枚で構成され、
全反射ミラー膜形成面の対向面を複数本のコア拡大ファ
イバ全端面に対面密着させていることを特徴とする請求
項４に記載のファラデー回転ミラー。