JPH10319346A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筐体の外径を大きくすることなく、高い反射
減衰量を得ること、光アイソレータを再現性良く製造す
ること、さらに製造コストを低減することを可能とする
光アイソレータを提供する。 【解決手段】 光アイソレータは複数の平行平板複屈折
結晶と磁気光学結晶とを貼り合せて一体化した光アイソ
レータ本体を持つ光アイソレータにおいて、光アイソレ
ータ本体を、光の入射面および該入射面に対向する出射
面と、該入射面および出射面の法線に対して所定の角
度、好ましくは２度以上８度未満で傾斜した側面とを有
するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報処理および通
信分野において半導体レーザを用いた光通信や光ディス
クの入出力等に用いられる小型で、かつ高性能な偏波無
依存型の光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信や光ディスクの入出力等
の主要な光源である半導体レーザでは、それに結合され
る光ファイバの端面や、光ファイバ同士の接続点、ある
いは結合レンズ、光コネクタ等の光学系からの反射戻り
光を受けると発振が不安定になり、雑音の増加や出力変
動等、動作特性が大幅に劣化することが知られている。
そこで、この反射光による半導体レーザの動作不安定性
を解消し、安定な光通信用光源を実現するために、これ
までに各種の光アイソレータが開発されてきた。

【０００３】偏光子，検光子としてロション・プリズム
を用い、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）単結晶や
Ｂｉ置換ガーネット等によるファラデー回転子、このフ
ァラデー回転子を順方向に磁化するためのＳｍＣｏなど
の孔あき永久磁石を用いて構成された光アイソレータが
一般に広く知られている。しかし、このような構成の光
アイソレータはある偏光面しか有効でなく、光アイソレ
ータの偏光方向に合致しない光が入射した場合には通過
光が大幅に損失するという欠点がある。これに対して、
例えば、光アイソレータを光ファイバ間に挿入して使用
する場合には、光ファイバ中を伝搬する光ビームは一般
に偏光面が一定でないので、偏光依存性のない光アイソ
レータが望ましい。

【０００４】そこで、偏光方向に依存せずに全ての偏光
面に対して順方向の損失をほとんど零とする構成とし
て、ロション・プリズムの代わりに方解石のような平板
状複屈折結晶あるいは人工異方性媒質による常光，異常
光の分離／合成を利用した偏光無依存型の各種の光アイ
ソレータが提案されている（例えば、特開昭５５−２２
７２９号公報、特開平２−４６１９号公報）。例えば、
特開昭５５−２２７２９号には、レンズ、第１の平板状
副屈折結晶、１個の磁気光学材料（ファラデー回転
子）、旋光性結晶（異方性結晶）、および第２の平板状
複屈折結晶を入射側から順次配置し、磁気光学材料を磁
化するための永久磁石を有する光アイソレータが示され
ている。また、特開平２−４６１９号公報には、結晶光
軸が表面に対して傾いた第１の平板状複屈折結晶、偏光
面を４５度回転するための第１のファラデー回転子、第
１の平板状複屈折結晶、上記第１の平板状複屈折結晶と
同一厚さを有し、かつ第２の平板状複屈折結晶に対し入
射光線方向を回転軸として４５度回転し第１の平板状複
屈折結晶の光軸と互いに９０度回転して配置した第３の
平板状複屈折結晶、およびファラデー回転子を磁化する
ための永久磁石により構成された光アイソレータが示さ
れている。通常、こられらの光アイソレータ本体は、そ
の本体からの反射戻り光を防止するため、光線方向に対
して垂直に配置せず、ほぼ２度〜６度程度、全体に傾斜
して配置している。

【０００５】しかし、このような光アイソレータの構成
においては、光アイソレータ本体を傾斜させて配置した
場合、光アイソレータを出射後の光線は入射光線の延長
直線上にはない。そのため、光アイソレータの前後に配
置するコリメータレンズおよび光ファイバの軸調整が頻
雑で困難となり、光アイソレータの組立に相当の時間や
熟練を要するという問題点を有する。

【０００６】そこで、特開平４−２６４５１６号公報に
は、図４に示すような構成からなる光アイソレータが開
示されている。

【０００７】図４は従来の光アイソレータの概略的構成
を説明するための断面図である。この光アイソレータ４
０は４個の平行平板状複屈折結晶４２，４６，５０，５
２と、２個のファラデー回転子４４，４８と、これらの
ファラデー回転子を磁化するための永久磁石５４とから
構成されている。第１のファラデー回転子３４は第１と
第２の平行平板状複屈折結晶４２，４６の間に挿入設置
され、第２のファラデー回転子４８は第２と第３の平行
平板状複屈折結晶４６，５０の間に挿入設置されてお
り、これらファラデー回転子４４，４８は偏光面を同一
の反時計方向に４５度回転する。平行平板状複屈折結晶
４２，４６，５０，４５２としては方解石板の他にルチ
ルなどの各種の複屈折性結晶物質が利用できる。ファラ
デー回転子４４，４８としてＹＩＧ（イットリウム鉄ガ
ーネット）単結晶、Ｂｉ置換ガーネット、ＲＩＧ（希土
類鉄ガーネット）などの各種の磁気光学材料が利用でき
る。また、永久磁石５４としては、例えばＳｍＣｏなど
の環状の孔あき永久磁石等が利用できる。このような構
成からなる光アイソレータ４０を光ファイバ５５，５８
間に２度傾斜させて配置し、コリメータレンズとして、
例えば屈折率分布型ロッドレンズであるセルフォックマ
イクロレンズ（商標名）５６，５７を光ファイバ５５，
５８と光アイソレータ間に挿入配置されている。また、
この図から明らかなように、反射戻り光を防止するため
に光ファイバおよびロッドレンズの端面が斜めに研磨さ
れている。

【０００８】このような構成からなる光アイソレータ
は、該光アイソレータを入射光線方向に垂直な線に傾斜
させることによって、出射後の光線を入射光線の延長線
上に近づけるようにしている。これによりコリメータレ
ンズ、光ファイバの軸調整範囲を狭めることができる。

【０００９】さらに、特開平６−１３８３４２号では、
図５に示すように、このような構成からなる光アイソレ
ータの両端に、光ファイバ間のビーム処理のために、球
レンズやロッドレンズに代わって、グレーデッドインデ
ックス型光ファイバを利用した収束型ロッドレンズ６
０、６１をシングルモード型光ファイバ５５，５８に融
着接続させて利用することが開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の光
アイソレータでは、筐体（図４中、符号４１）に光アイ
ソレータ本体を傾けて配置するためのスペーサーを挿入
するか、筐体に斜めの穴を開けるという特殊な加工が必
要になる。そのため、光アイソレータ本体の側面が、光
アイソレータの筐体の側面に対して平行とはならないた
め、結晶表面の傾き角度を管理しながら組み立てること
が難しいという解決すべき課題を有する。

【００１１】また、上記構成では入射側と出射側とで結
晶の位置がずれてくるため、同じ分離幅を得るために大
きな結晶が必要になるとう解決すべき課題を有する。

【００１２】さらに、斜めに傾けることで生じる筐体の
薄肉部の強度を上げるために外径を大きくする必要があ
る。そのため、光軸に対して結晶表面を斜めに傾けるた
め、筐体内側の磁石挿入用の孔を斜めにする必要があ
り、その結果筐体の外径が大きくなるという解決すべき
課題を有する。

【００１３】したがって、本発明は上記課題を解決し、
素子全体の反射減衰量を増大させ、かつ再現性良く容易
に組み立てることが可能な光アイソレータを提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明にもとづく光アイソレータは、複数の平行平
板状複屈折結晶とを貼り合せて一体化した光アイソレー
タ本体を持つ光アイソレータにおいて、光アイソレータ
本体の側面が該光アイソレータ本体の光の入射面および
出射面の法線に対して所定の角度で傾いていることを特
徴とする。

【００１５】好ましくは、所定の角度での傾斜とは、光
アイソレータ本体の側面が該光アイソレータ本体の光の
入射面および出射面の法線に対して２度以上８度未満傾
いていることを意味する。

【００１６】好ましくは、光アイソレータを組み立てる
際に、複数の平行平板状複屈折結晶と磁気光学結晶とを
貼り合せ、一体化した結晶を得た後、該一体化した結晶
表面の法線に対し、斜めに切り出して得た光アイソレー
タ本体を使用する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明にも
とづく光アイソレータの一実施形態例を説明する。

【００１８】図１は、本発明の光アイソレータに適用さ
れる光アイソレータ本体（光アイソレータ結晶ともい
う）の概略的構成を示す模式的断面図である。この光ア
イソレータ結晶１０は、４個の平行平板状複屈折結晶１
１，１２，１３，１４と磁気光学結晶（ファラデー回転
子）１５，１６とを積層することによって一体化された
結晶である。第１のファラデー回転子１５は第１の平行
平板状複屈折結晶１１と第２の平行平板状複屈折結晶１
２の間に挿入設置し、第２のファラデー回転子１６は第
３の平行平板状複屈折結晶１３と第３の平行平板状複屈
折結晶１４との間に挿入設置する。平行平板状複屈折結
晶１１，１２，１３，１４としては方解石板の他にルチ
ルなどの各種の複屈折性結晶物質が利用可能である。ま
た、ファラデー回転子１５，１６としては、イットリウ
ム鉄ガーネット（ＹＩＧ）単結晶、Ｂｉ置換ガーネッ
ト、希土類鉄ガーネット（ＲＩＧ）等の各種の磁気光学
材料が利用可能である。

【００１９】ところで、素子全体の反射減衰量を増大さ
せるためには、従来技術で説明したように光アイソレー
タ結晶１０を光軸に対して傾けることが必要であるが、
一方で光アイソレータ結晶１０を斜めにすると後述する
筐体の外形が大きくなってしまう。そこで、光アイソレ
ータ結晶１０の側面を該光アイソレータ結晶の光の入射
面および出射面の法線に対して傾ける。この際、傾きは
２度以上８度未満とする。なぜなら、傾きが８度以上で
あると光アイソレータ本体から出射する光が筐体の中心
から大きくずれてしまい、光アイソレータを再現性良く
組み立てることが困難である。また、傾きが２度を下回
ると、反射減衰量が５０ｄＢ以下となってしまう。ま
た、結晶のｃ軸の精度を上げるため、上記平行平板状複
屈折結晶と磁気光学結晶とを貼り合せて一体化した後、
結晶表面の法線に対して光アイソレータ本体の端面を斜
めに切り出す。切り出しの一例を図２に示す。図中、互
いに直交するＸ、Ｙ、およびＺ軸は単に説明を容易とす
るために記載したものである。大きな結晶の状態でＣ軸
を調整して貼り合せ、その後３ｍｍ角で切り出す。すな
わち、ＸＺ面を結晶の一端面（Ａ面）とすると、ＹＺ面
は垂直に切り出される結晶の側面であり、ＹＸ面はＡ面
から延びた法線（Ｙ軸に平行）から２度以上８度未満で
傾斜した側面となるように切り出される。

【００２０】図３は、本発明にもとづく光アイソレータ
の一例の概略的構成を説明するための断面図である。

【００２１】光アイソレータ３０は、４枚の平行平板状
複屈折結晶１１，１２，１３，１４および２枚のファラ
デー回転子１５，１６から構成される光アイソレータ結
晶１０と、ファラデー回転子を磁化するための永久磁石
３１とから構成される。また、図に示すようにして、光
アイソレータ３０を保持するための筐体３２、光アイソ
レータ３０の入射端および出射端に対向させて設けられ
た光ファイバ３３，３４、該光ファイバ３３，３４と光
アイソレータ３０との間に介在するコリメータレンズと
しての収束型ロッドレンズ３５，３６、およびフェルー
ル３７，３８が設けられる。さらに、この図から明らか
なように、反射戻り光を防止するためにロッドレンズの
端面が斜めに研磨されている（すなわち、端面斜め研磨
角度８度とすることによって出射光角度２．５度とす
る）。

【００２２】（実施例） （１）光アイソレータ本体の製造 Ｃ軸が結晶表面の法線に対して約４５度傾斜している
１．５５μｍ帯用平行板状ルチル結晶４枚（厚さ０．５
ｍｍ、１．２ｍｍ各２枚づつ）と２枚の磁気光学結晶
（ＢｉＹｂＴｂ系）とをエポキシ系の接着剤で貼り合わ
せた。この時、４枚のルチル結晶のＣ軸は、図１のよう
に配置した。つぎに光アイソレータ本体を３ｍｍ角で上
記法線から５度傾斜した面となるように切り出した。

【００２３】（２）ファイバコリメータの製造 １．３μｍ用シングルモードファイバの先端にＧＩファ
イバレンズ（△＝１％）を融着させ、フェルールに樹脂
で固定した。ファイバコリメータの選択は８度で斜め研
磨した。ファイバコリメータの先端からビームウエスト
までは約１ｍｍに設計されている。

【００２４】上記の光アイソレータ本体を内径が光アイ
ソレータ本体とほぼ等しい円筒磁石の中に挿入し、さら
に円筒状の光アイソレータの筐体に挿入した。この筐体
の両側にファイバコリメータのフェルールを公知の方法
で調芯した後、ＹＡＧ溶接した。

【００２５】順方向挿入損失０．５ｄＢ、アイソレーシ
ョン５５ｄＢ、反射減衰量５５ｄＢの良好な特性を有す
る光アイソレータが得られた。

【００２６】上記実施例では、結晶切り出し角度（すな
わち、入射面および出射面の法線に対する傾き）を５度
とした。以下、他の条件は実施例１と同じにして、光ア
イソレータ結晶を調製する際の結晶切り出し角度を０〜
１２度の範囲内として、各角度における反射減衰量を測
定した。その結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】つぎに、対照実験として、結晶切り出し角
度を０度とし、光アイソレータ本体を傾けた場合（図４
の光アイソレータに相当）について各傾斜角度における
反射減衰量測定した。その結果を表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２から明らかなように、従来の光アイソ
レータの場合、素子全体の反射減衰量を増大させるため
には光アイソレータ本体の傾き角度を大きくする必要が
ある。しかし、この場合、筐体の外径も大きくしなけら
ばならない。一方、本発明の光アイソレータでは、筐体
の外径を大きくすることなく、従来のものと同様の高い
反射減衰量を得ることが可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光アイソレータは複数の平行平板状複屈折結晶と磁気光
学結晶とを貼り合せて一体化した光アイソレータ本体を
持つ光アイソレータにおいて、光アイソレータ本体は、
光の入射面および該入射面に対向する出射面と、該入射
面および出射面の法線に対して所定の角度で傾斜した側
面とを有するものなので、筐体の外径を大きくすること
なく、高い反射減衰量を得ることが可能であり、また光
アイソレータを再現性良く製造することが可能であり、
さらに製造コストの低減が可能である。その結果、従来
の光アイソレータにおける種々の解決すべき課題、例え
ば筐体に光アイソレータ本体を傾けて配置するためのス
ペーサーを挿入するか、筐体に斜めの穴を開けるという
特殊な加工を行う必要がなく、製造工程の複雑性などを
解決することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光アイソレータに適用される光アイソ
レータ本体の一例を説明するための断面図である。

【図２】本発明の光アイソレータに適用される光アイソ
レータ本体調製の際の結晶切り出しを説明するための斜
視図である。

【図３】本発明の光アイソレータをコリメータレンズを
介して光ファイバに接続した場合の構成を説明するため
の断面図である。

【図４】従来の光アイソレータの一例を説明するための
断面図である。

【図５】従来の光アイソレータの一例を説明するための
断面図である。

【符号の説明】

１０ 光アイソレータ本体（光アイソレータ結晶） １１，１２，１３，１４ 平行平板状複屈折結晶 １５，１６ 磁気光学結晶（ファラデー回転子） ３０ 光アイソレータ ３１ 永久磁石 ３２ 筐体 ３３，３４ 光ファイバ ３５，３６ 収束型ロッドレンズ ３７，３８ フェルール

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の平行平板状複屈折結晶と磁気光学
   結晶とを貼り合せて一体化した光アイソレータ本体を持
   つ光アイソレータにおいて、 前記光アイソレータ本体は、光の入射面および該入射面
   に対向する出射面と、前記入射面および前記出射面の法
   線に対して所定の角度で傾斜した側面とを有することを
   特徴とする光アイソレータ。
2. 【請求項２】 前記所定の角度は、２度以上８度未満で
   ある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】 前記光アイソレータ本体は、前記複数の
   平行平板状複屈折結晶と磁気光学結晶とを貼り合せ、一
   体化した結晶を得た後、該一体化した結晶表面の法線に
   対し、前記所定の角度で斜めに切り出して得られたもの
   であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ア
   イソレータ。