JPH11223797A - 光アイソレータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学調整しなくてもアイソレーションの良好
な光アイソレータを低価格で提供する。 【解決手段】 偏光素子２枚とそれらに挟まれたファラ
デー回転子１枚を含む光アイソレータにおいて、該偏光
素子の光学面は、偏光方向と角度θをなす直線状の一辺
を有し、該θは、２２．５°から０．９°以内ずれてい
ることを特徴とする光アイソレータ、並びに、偏光素子
２枚とそれらに挟まれたファラデー回転子１枚を含む光
アイソレータの製造方法において、１）偏光素子とし
て、その光学面に偏光方向と角度θをなす直線状の一辺
を有し、該θは所望のファラデー回転角φの２分の１か
ら０．９°以内ずれている偏光素子を用いること、およ
び２）ファラデー回転子のファラデー回転角と所望のフ
ァラデー回転角φとの大小関係を判定し、当該ファラデ
ー回転角の所望のφからのずれを相殺する様に、偏光素
子２枚を組み合わせて組み立てることを特徴とする光ア
イソレータの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信及び光伝送
に用いられる光アイソレータおよびその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信等で使用される半導体レーザで
は、光ファイバーの接続点や光部品でレーザ光が反射し
て再び半導体レーザに戻る、いわゆる戻り光により周波
数特性の低下や雑音の増加が生じ、高品質の光伝送が困
難になることがある。このため、光を順方向にのみ通過
させ、逆方向の戻り光を遮断する光アイソレータが必要
となる。

【０００３】図２（ａ）及び（ｂ）は、代表的な光アイ
ソレータとして知られる偏光依存型アイソレータの構成
を、それぞれ、その順方向及び逆方向における光の偏光
面方向と共に示す模式図である。この光アイソレータ
は、中間に配設されるファラデー回転子２２と、ファラ
デー回転子に関し光源側に配設される偏光子２１（順方
向側偏光素子）、及び、光源と逆側に配設される検光子
２３（逆方向側偏光素子）からなる２個の偏光素子とを
その主な構成部品として備える。

【０００４】図２（ａ）に示すように、光源側から順方
向に入射する光は、一般的に偏光していないが、偏光子
２１を通過すると偏光子の作用により特定の偏光面を有
する直線偏光成分のみとなる。この直線偏光は、ファラ
デー回転子２２を通過し、その偏光面が４５°回転した
後に検光子２３に入射する。偏光子２１及び検光子２３
の光軸回りの回転角度位置は、ファラデー回転子を通過
した直線偏光が検光子を通過するような角度関係に定め
てあるので、偏光子２１を通過した光はほぼ無損失で検
光子２３を通過する。

【０００５】この光アイソレータを半導体レーザと一体
で使用するときには、偏光子２１の光軸回りの回転角度
位置を予め調整しておくことにより、偏光子２１を通過
できる光の偏光面方向を半導体レーザからのレーザ光の
偏光面方向に一致させておく。

【０００６】一方、図２（ｂ）に示すように、検光子２
３に逆方向から入射する戻り光２６は、検光子２３を通
過できる偏光成分のみであるから、そのまま検光子２３
を通過する。検光子２３を通過した戻り光は、ファラデ
ー回転子２２により先の回転と同じ方向に更に４５°回
転する。従って、ファラデー回転子２２を通過した戻り
光２７は、先に順方向に偏光子２１を通過したレーザ光
２４とは９０°異なる偏光面を有する直線偏光となる。
偏光子２１がガラス偏光板により構成されている場合に
は、この戻り光２７は偏光子２１に吸収され、また、偏
光子２１が偏光ビームスプリッタにより構成されている
場合には、この戻り光２７は偏光子２１により直角方向
に反射されるので、いずれの場合にも光源側には戻ら
ず、従って、高品質な光伝送を可能とする。

【０００７】上記の１段型光アイソレータでは、２個の
偏光素子の角度関係を、レーザ光を入射させてアイソレ
ーションが最大になるよう光学調整して決定している
が、この調整工程が、光アイソレータの生産性、すなわ
ち、低価格の光アイソレータを提供することを妨げる要
因の一つになっている。

【０００８】ファラデー回転子のファラデー回転角は、
通常、理想的には４５．０°であるので、理想的な光ア
イソレータでは２個の偏光素子の偏光方向のなす角度は
４５．０°になっている。光学調整することなく機械精
度のみで２個の偏光素子の偏光方向のなす角度を４５．
０°にするには、以下の２つの方法がまず考えられる。

【０００９】第１の方法は、偏光素子の側面を押し当て
て固定するホルダーの二つの平面を加工精度で４５．０
°にする方法である。しかしこの方法では、ホルダーに
精度の高い加工が要求されることになり、低価格で光ア
イソレータを供給することが困難になってしまう。

【００１０】第２の方法は、特開平４−３２８１６号に
説明されているような、２個の偏光素子の一辺同士の偏
光方向のなす角度が相対的に４５．０°になるような２
種類を用意する方法である。この場合、比較的加工の容
易なホルダーのある一平面に、２種類の偏光素子の側面
を押し当てて固定することにより、２個の偏光素子の偏
光方向のなす角度を４５．０°にする事が可能になる。
しかしこの方法では、２種類の偏光素子を用意すること
によるコスト的な負担があるばかりでなく、２種類の偏
光素子を使用するということで組立作業時に混乱してし
まう可能性が高い。

【００１１】特開平７−２０９６０６号には、偏光素子
として偏光方向（複屈折結晶のＣ軸）がエッジに対して
２２．５°傾いたものを表裏反対にして平面上に並べる
方法が説明されている。この方法であれば、使用する偏
光素子は１種類のみで、かつ調整することなく偏光方向
のなす角度を４５．０°にすることが可能である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−２０９６０６号に記載された光アイソレータの場
合、使用するファラデー回転子のファラデー回転角の４
５．０°からの誤差、および、偏光素子同士の偏光方向
のなす角度の４５．０°からの誤差のため、光学調整す
ることなく組み立てた場合、十分なアイソレーションが
得られない可能性が高い。それら角度の誤差の合計がψ
であるとき、１段型光アイソレータのアイソレーション
は簡易的に

【００１３】

【数１】Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ（ｄＢ）＝−１０ｌｏｇ₁₀
（ｓｉｎ² ψ）

【００１４】で求められる。アイソレーション３０ｄＢ
以上を達成するためには角度誤差の合計を１．８°以内
に、３５ｄＢ以上を達成するためには１．０°以内に収
める必要がある。本発明は、上記に鑑み、光学調整をし
なくてもアイソレーションの良好な光アイソレータを組
み立てて、かつ低価格で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】上記目的を達成するた
め、偏光方向がエッジに対して傾いている角度が通常の
所望のファラデー回転角の２分の１である２２．５°か
らわずかにずれた偏光素子を使用し、その並べ方を選択
することによって、ファラデー回転子の通常の所望のフ
ァラデー回転角の４５．０°からのズレを相殺し高いア
イソレーションが得られることを見いだし、本発明に到
達した。

【００１６】即ち、本発明の要旨は、偏光素子２枚とそ
れらに挟まれたファラデー回転子１枚を含む光アイソレ
ータにおいて、該偏光素子の光学面は、偏光方向と角度
θをなす直線状の一辺を有し、該θは、２２．５°から
０．９°以内ずれていることを特徴とする光アイソレー
タ、ならびに、偏光素子２枚とそれらに挟まれたファラ
デー回転子１枚を含む光アイソレータの製造方法におい
て、 １）偏光素子として、その光学面に偏光方向と角度θを
なす直線状の一辺を有し、該θは所望のファラデー回転
角φの２分の１から０．９°以内ずれている偏光素子を
用いること、および ２）ファラデー回転子のファラデー回転角と所望のファ
ラデー回転角φとの大小関係を判定し、当該ファラデー
回転角の所望のφからのずれを相殺する様に、偏光素子
２枚を組み合わせて組み立てることを特徴とする光アイ
ソレータの製造方法に存する。

【００１７】

【発明の実施の形態】偏光素子２枚とそれらに挟まれる
ファラデー回転子を１枚使用する光アイソレータにおい
て、２枚の偏光素子の角度関係を調整することなく４
５．０°に決定することを考えるとき、特開平７−２０
９６０６号にあるように、偏光方向がエッジから２２．
５°傾いた偏光素子を使用して、基準とする辺を平行に
して表裏反対に並べることにより達成できる。また、２
２．５°傾いた偏光素子の基準とする辺を垂直になるよ
うにして表裏反対に並べても２枚の偏光素子の偏光方向
のなす角度を調整することなく４５．０°にできる。

【００１８】本発明光アイソレータは、偏光素子２枚と
それらに挟まれたファラデー回転子１枚を含む光アイソ
レータである。偏光素子としては、ガラス偏光板、偏光
ビームスプリッタ、ルチル、ＹＶＯ₄ 等の複屈折結晶
等、公知のいずれのものも用いうる。ファラデー回転子
としても、ビスマス置換希土類鉄ガーネット、イットリ
ウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）等公知のいずれのものも用
いうる。

【００１９】偏光素子の光学面は、偏光方向と角度θを
なす直線状の一辺を有し、該θは、２２．５°から０．
９°以内ずれていることを特徴とする。図１には（ａ）
及び（ｂ）に、それぞれ本発明の一実施態様の光アイソ
レータの構成を、順方向側偏光素子（偏光子）１１ａ及
び１１ｂ、ファラデー回転子１２並びに逆方向側偏光素
子（検光子）１３ａ及び１３ｂに、偏光素子の偏光方向
及び表裏を判別するためのマーク１４と共に示す。偏光
素子の偏光方向は、通常回転検光子型の偏光方向測定装
置により測定されるが、この様に偏光素子の直線状の一
辺と偏光方向のなす角度が２２．５°からわずかに（α
°）ずれている場合、図１（ａ）に示すように２枚の偏
光素子の当該直線状の一辺である基準辺同士を平行にし
たときの２枚の偏光素子の偏光方向のなす角度は（４
５．０＋２α）°、また、図１（ｂ）に示すように基準
辺同士を垂直にしたときは（４５．０−２α）°にな
る。

【００２０】つまり、偏光方向が２２．５°からわずか
にずれている場合、その並べ方を選択することにより、
２枚の偏光素子の偏光方向のなす角度を４５．０°より
大きくしたり、４５．０°より小さくしたりすることが
できる。通常、回転検光子型の回転角測定装置によって
測定されるファラデー回転子のファラデー回転角は４
５．０°から若干の誤差を含んでいるので、そのファラ
デー回転角が４５．０°より大きいか小さいかによっ
て、２枚の偏光素子の並べ方を選択することにより、角
度ズレの合計を小さくすることが出来、良好なアイソレ
ーションが得られることになる。

【００２１】θが２２．５°より大きい偏光素子を使用
する場合、ファラデー回転子のファラデー回転角が４
５．０°より大きいときは偏光素子の基準辺を平行に、
ファラデー回転子のファラデー回転角が４５．０°より
小さいときは偏光素子の基準辺を垂直にして、それぞれ
表裏反対にして配置すればよい。ここで、表裏反対に配
置するとは、２枚の偏光素子の対応する面同士、即ち、
前述の基準辺を下にしたとき当該基準辺に対して偏光方
向が右肩上がりに見える面同士、あるいは左肩上がりに
見える面同士が向かい合う様に配置すればよい。

【００２２】θが２２．５°より小さい偏光素子を使用
する場合、ファラデー回転子のファラデー回転角が４
５．０°より大きいときは偏光素子の基準辺を垂直に、
ファラデー回転子のファラデー回転角が４５．０°より
小さいときは偏光素子の基準辺を平行にして、それぞれ
表裏反対にして配置すればよい。これらを実際に光アイ
ソレータに組み上げるときは、ある平面に偏光素子の基
準とする辺を押し当てて固定すれば良く、そのようなホ
ルダー類は比較的加工が容易であるので、低価格の光ア
イソレータを提供することが可能になる。

【００２３】その際、偏光素子の光学面が、正方形また
は長方形の様に、前述の基準辺と垂直な直線状の他の一
辺を有する形状に精密に作り込まれていれば、ホルダー
側には精密に加工された平面が１面あるだけでよい。そ
の場合、２個の偏光素子の基準辺同士が平行となる様に
組み立てたければ、ホルダーの平面に２個の偏光素子の
基準辺を押し付ければよく、基準辺同士が垂直になる様
に組み立てたければ、ホルダーの平面に一方の偏光素子
の基準辺と他方の偏光素子の基準辺に垂直な他の一辺を
押し付ければよい。一方、ホルダー側に精密な平面とそ
れと正確に９０°の角度を有する他の精密な平面を設け
てあれば、偏光素子の前述の基準辺をホルダーの精密な
２平面のいずれかに押し付ければよく、偏光素子の光学
面は基準辺以外に当該基準辺と垂直な直線状の辺を有す
る必要はない。

【００２４】なお、上述の説明においては、偏光素子２
枚とそれらに挟まれたファラデー回転子１枚からなる１
段型光アイソレータについて詳述したが、本発明はこれ
に限定されず、偏光素子を３枚、ファラデー回転子を２
枚使用する１．５段型の光アイソレータ等についても、
隣り合う偏光素子間の偏光方向のなす角度は４５．０°
であるので、１段型光アイソレータに更にファラデー回
転子と偏光素子が１個ずつつけ加わったものと考えるこ
とができ、本発明が適用可能である。即ち、本発明は、
偏光素子２枚とそれらに挟まれたファラデー回転子１枚
を含むいかなる光アイソレータにも適用可能である。

【００２５】また、上述の説明では、ファラデー回転子
の所望のファラデー回転角φが４５．０°である場合に
ついて詳述したが、ロットによりファラデー回転角が４
５．０°から±２°程度はじめからずれていることがわ
かっている場合等、所望のあるいはロットの平均のファ
ラデー回転角φが必ずしも４５．０°である必要はな
い。その場合、上述の説明において、「４５．０°」は
「φ」と、「２２．５°」は「φ／２」と読み替えれば
よい。

【００２６】

【実施例】実施例１ 偏光素子として、１．３μｍ帯用の１５ｍｍ角大の偏光
ガラス大板のエッジから２２．８°傾けた方向と、それ
に垂直な方向に切断した光学面が１．２ｍｍ×１．２ｍ
ｍの精密な正方形であるものを使用した。偏光素子には
その表裏と基準とした方向が判別できるよう、偏光方向
から２２．８°傾いた一辺にはハーフダイスした目印を
付け基準辺とした。ファラデー回転子にはファラデー回
転角が４５．０±２°というスペックのビスマス置換鉄
ガーネットを使用した。精密に加工された一平面を光学
部品の取り付け面として有する、長さ２ｍｍの板状ホル
ダーに、１個のファラデー回転子とそれを挟む２個の偏
光素子を１ｍｍ間隔で接着剤により接着することにより
取り付けて光アイソレータを組み立てた。その際、組立
前に、まずファラデー回転子のファラデー回転角を測定
し、ファラデー回転角が４５．０°より大きなファラデ
ー回転子に対しては２個の偏光素子の基準辺同士が平行
になるように、４５．０°より小さいファラデー回転子
に対しては２個の偏光素子の基準辺同士が垂直になるよ
うにホルダーの光学部品取り付け面に押しつけて並べ
た。また、２個の偏光素子同士は、互いに表面同士また
は裏面同士が相対する様に組み立てた。かかる光アイソ
レータを３０個試作し、すべての試作品はアイソレーシ
ョン３０ｄＢ以上を達成でき、２７個についてはアイソ
レーション３５ｄＢ以上を達成できた。

【００２７】比較例１ 偏光ガラス大板のエッジから２２．５°傾けた方向に切
り出した偏光素子を用い、ファラデー回転子のファラデ
ー回転角により偏光素子の取り付け方を区別することな
く、すべてのアイソレータについて２個の偏光素子同士
の基準辺が平行になる様に組み立てた以外、実施例１と
全く同様にしたところ、３０個の試作品のうち、アイソ
レーション３０ｄＢ以上を達成できたものは２７個、３
５ｄＢ以上を達成できたものは１８個であった。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、ファラデー回転子のフ
ァラデー回転角の精度が悪くても、光学調整することな
く歩留まりよくアイソレーションの高い光アイソレータ
を得ることができ、多大な工業的利益を提供するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実
施態様の光アイソレータの構成を、偏光子と検光子の偏
光方向と共に示す模式図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来の光アイ
ソレータの構成を、その順方向及び逆方向の光の偏光方
向と共に示す模式図である。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ 順方向側偏光素子（偏光子） １２ ファラデー回転子 １３ａ，１３ｂ 逆方向側偏光素子（検光子） １４ 偏光素子の偏光方向及び表裏を判別するための
マーク １５ａ，１５ｂ 順方向側偏光素子の偏光方向 １６ａ，１６ｂ 逆方向側偏光素子の偏光方向 ２１ 順方向側偏光素子（偏光子） ２２ ファラデー回転子 ２３ 逆方向側偏光素子（検光子） ２４ 順方向に偏光子２１を通過したレーザ光 ２５ 順方向にファラデー回転子２２を通過したレー
ザ光 ２６ 検光子２３に逆方向から入射する戻り光 ２７ ファラデー回転子２２を通過した戻り光

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏光素子２枚とそれらに挟まれたファラ
   デー回転子１枚を含む光アイソレータにおいて、該偏光
   素子の光学面は、偏光方向と角度θをなす直線状の一辺
   を有し、該θは、２２．５°から０．９°以内ずれてい
   ることを特徴とする光アイソレータ。
2. 【請求項２】 θの２２．５°からのずれが、０．１°
   以上であることを特徴とする請求項１記載の光アイソレ
   ータ。
3. 【請求項３】 ２枚の偏光素子は、互いに対応する面同
   士が相対する様に配置されていることを特徴とする請求
   項１または２記載の光アイソレータ。
4. 【請求項４】 θ、ファラデー回転子のファラデー回転
   角および２枚の偏光素子の前記の直線状の一辺同士の関
   係が、それぞれ以下の（１）〜（４）のいずれかである
   ことを特徴とする請求項３記載の光アイソレータ。 （１）θが２２．５°より大きく、ファラデー回転子の
   ファラデー回転角が４５．０°より大きく、かつ２枚の
   偏光素子の光学面の前記の直線状の一辺同士が互いに平
   行である。 （２）θが２２．５°より大きく、ファラデー回転子の
   ファラデー回転角が４５．０°より小さく、かつ２枚の
   偏光素子の光学面の前記の直線状の一辺同士が互いに垂
   直である。 （３）θが２２．５°より小さく、ファラデー回転子の
   ファラデー回転角が４５．０°より大きく、かつ２枚の
   偏光素子の光学面の前記の直線状の一辺同士が互いに垂
   直である。 （４）θが２２．５°より小さく、ファラデー回転子の
   ファラデー回転角が４５．０°より小さく、かつ２枚の
   偏光素子の光学面の前記の直線状の一辺同士が互いに平
   行である。
5. 【請求項５】 偏光素子の光学面が、前記の直線状の一
   辺に垂直な直線状の他の一辺を有することを特徴とする
   請求項１ないし４のいずれかに記載の光アイソレータ。
6. 【請求項６】 偏光素子の光学面が正方形または長方形
   であることを特徴とする請求項５記載の光アイソレー
   タ。
7. 【請求項７】 少なくともひとつの平面を有するホルダ
   ーに、偏光素子の光学面の前記の直線状の一辺および／
   またはそれに垂直な直線状の他の一辺を押し付けられ、
   組み立てられてなることを特徴とする請求項１ないし６
   のいずれかに記載の光アイソレータ。
8. 【請求項８】 偏光素子２枚とそれらに挟まれたファラ
   デー回転子１枚を含む光アイソレータの製造方法におい
   て、 １）偏光素子として、その光学面に偏光方向と角度θを
   なす直線状の一辺を有し、該θは所望のファラデー回転
   角φの２分の１から０．９°以内ずれている偏光素子を
   用いること、および ２）ファラデー回転子のファラデー回転角と所望のファ
   ラデー回転角φとの大小関係を判定し、当該ファラデー
   回転角の所望のφからのずれを相殺する様に、偏光素子
   ２枚を組み合わせて組み立てることを特徴とする光アイ
   ソレータの製造方法。
9. 【請求項９】 θのφ／２からのずれが、０．１°以上
   であることを特徴とする請求項８記載の光アイソレータ
   の製造方法。
10. 【請求項１０】 ２枚の偏光素子を、互いに対応する面
    同士が相対する様に配置することを特徴とする請求項８
    または９記載の光アイソレータの製造方法。
11. 【請求項１１】 θがφ／２より大きい偏光素子を用
    い、（１）ファラデー回転子のファラデー回転角がφよ
    り大きければ、２枚の偏光素子の光学面の前記の直線状
    の一辺同士が互いに平行となる様に、（２）ファラデー
    回転子のファラデー回転角がφより小さければ、２枚の
    偏光素子の光学面の前記の直線状の一辺同士が互いに垂
    直となる様に、組み立てるか、または、θがφ／２より
    小さい偏光素子を用い、（３）ファラデー回転子のファ
    ラデー回転角がφより大きければ、２枚の偏光素子の光
    学面の前記の直線状の一辺同士が互いに垂直となる様
    に、（４）ファラデー回転子のファラデー回転角がφよ
    り小さければ、２枚の偏光素子の光学面の前記の直線状
    の一辺同士が互いに平行となる様に組み立てることを特
    徴とする請求項１０記載の光アイソレータの製造方法。
12. 【請求項１２】 偏光素子の光学面が、前記の直線状の
    一辺に垂直な直線状の他の一辺を有することを特徴とす
    る請求項８ないし１１のいずれかに記載の光アイソレー
    タの製造方法。
13. 【請求項１３】 偏光素子の光学面が正方形または長方
    形であることを特徴とする請求項１２記載の光アイソレ
    ータの製造方法。
14. 【請求項１４】 少なくともひとつの平面を有するホル
    ダーに、偏光素子の光学面の前記の直線状の一辺および
    ／またはそれに垂直な直線状の他の一辺を押し付けて組
    み立てることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれ
    かに記載の光アイソレータの製造方法。