JPH112725A

JPH112725A - 複合光学素子、光アイソレータ、光サーキュレータ、光スイッチとそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH112725A
Application number: JP12276198A
Authority: JP
Inventors: Shinji Iwatsuka; 信治岩塚
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】光路長の制御が容易で、経時的な性能の安定
性が高く、かつ薄型の複屈折性回折格子型素子と、それ
を用いた偏光無依存光アイソレータと、その製造方法を
提供する。【解決手段】ファラデー回転角がほぼ４５°のファラ
デー回転子の一方の面上に、第１の複屈折材料と第２の
複屈折材料とが接合されるとともに、他方の面上に、第
３の複屈折材料と第４の複屈折材料とが接合され、第１
の複屈折材料と第２の複屈折材料の両主面が同一の研磨
面を有し、第３の複屈折材料と第４の複屈折材料の両主
面が同一の研磨面を有し、第１、第２、第３、第４の複
屈折材料が同一の材質でほぼ同一の厚さｄを有し、２
（ｎｏ−ｎｅ）ｄ＝（Ｍ＋１／２）λ（ここにｎｏは複
屈折材料の常光に対する屈折率、ｎｅは複屈折材料の異
常光に対する屈折率、Ｍは任意の整数、λは光の波長）
をほぼ満足することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信、光計測にお
いて使用される、複合光学素子、光アイソレータ、光サ
ーキュレータ、光スイッチとそれらの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】本発明
者らは特開平５−１８１０８８号において、複屈折性回
折格子型素子をファラデー回転子の両側に配置した新規
な偏光依存性の無い光アイソレータを提案した。この光
アイソレータに用いる複屈折性回折格子型素子としては
下記のものが知られている。なお下記に示すものは全て
回折格子型偏光子に関するものである。本発明の素子は
単独では偏光子として動作しないが、技術的には同等の
ものである。

【０００３】（１）特開昭６３−５５５０１号によるも
の：ニオブ酸リチウムにプロトンイオン交換を施すこと
により回折格子を形成した素子である。しかしながら、
この素子は、回折格子を形成するニオブ酸リチウムの単
結晶基板が高価なため安価に製造することができないと
いう問題や、偏光の光路差を高精度で制御することが困
難なため再現性良く安定的に製造することができないと
いう問題があった。

【０００４】（２）特開平２−１５６２０５号によるも
の：光学異方性を持つ結晶板の主面に設けた周期的な溝
の底に誘電体層を設けた偏光子である。しかしながら、
この偏光子は、安価に製造することはできるが、溝の深
さ及び誘電体層の厚さを精密に制御することが困難なた
め、偏光の光路差を高精度で制御することができず、
（１）と同様に再現性良く安定的に製造することができ
なかった。また溝部の底面の荒れが散乱の原因となって
特性が劣化することがあった。

【０００５】そこで、本発明は上記問題点を改善し、光
路長の制御、製造管理及び設計が容易で、経時的な性能
の安定性の高く、かつ薄型の回折格子型素子、特に複屈
折性回折格子型素子とその製造方法、それらを用いた光
アイソレータ、光サーキュレータ、及び光スイッチとそ
れらの製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の複合
光学素子は、複屈折材料よりなる第３の光学材料の一方
の面上に、複屈折材料よりなる第１の光学材料と第２の
光学材料とが接合され、第１の光学材料と第２の光学材
料が同一の厚さを有し、かつ両主面が同一の研磨面を有
することを特徴とする複合光学素子である。両方が波長
板（ｗａｖｅ−ｐｌａｔｅ）の作用を有する複屈折材料
より構成され、回折格子、光アイソレータ、光サーキュ
レータ、光スイッチの構成部材として広く使用できる。

【０００７】このような構成の複合光学素子は、本発明
の請求項２または３の製造方法により製造されるもの
で、その方法は、複屈折材料よりなる第１の光学材料に
一定間隔を有する複数個の第１の溝を形成する工程と、
複屈折材料よりなる第２の光学材料に一定間隔を有する
複数個の第２の溝を形成する工程と、前記第１の溝を形
成した第１の光学材料と前記第２の溝を形成した第２の
光学材料のそれぞれの凹凸部を接着剤を介在して嵌合、
接合させて複合体を形成する工程と、前記複合体の一方
の面を第１の光学材料と第２の光学材料の双方の面が現
れる厚さまで研磨し第１の研磨面を形成する工程と、前
記複合体の第１の研磨面に第３の光学材料の一方の第１
の面を接着剤を介在して接合する工程と、前記複合体の
第１の研磨面の反対面を第１の光学材料と第２の光学材
料の双方の面が現れる所定の厚さまで研磨する工程とを
含むことを特徴とする複合光学素子の製造方法である。
本発明の製造方法は路長の制御、製造管理及び設計が容
易であり、優れた複合光学素子を提供できる。

【０００８】上記請求項１の複合光学素子はさらにファ
ラデー回転子と組み合わせて、本発明の光アイソレータ
用複合光学素子を形成する。すなわち、本発明の請求項
４に記載の光アイソレータ用複合光学素子は、ファラデ
ー回転角がほぼ４５°のファラデー回転子の一方の面上
に、第１の複屈折材料と第２の複屈折材料とが接合され
るとともに、他方の面上に、第３の複屈折材料と第４の
複屈折材料とが接合された複合光学素子に於いて、第１
の複屈折材料を透過した光は第３の複屈折材料を透過
し、第２の複屈折材料を透過した光は第４の複屈折材料
を透過し、第１の複屈折材料の光学軸と第２の複屈折材
料の光学軸は直交しており、第３の複屈折材料の光学軸
と第４の複屈折材料の光学軸は直交しており、第１の複
屈折材料の光学軸と第３の複屈折材料の光学軸はほぼ４
５°の角度をなし、第１の複屈折材料と第２の複屈折材
料の両主面が同一の研磨面を有し、第３の複屈折材料と
第４の複屈折材料の両主面が同一の研磨面を有し、第
１、第２、第３、第４の複屈折材料が同一の材質でほぼ
同一の厚さｄを有し、２（ｎｏ−ｎｅ）ｄ＝（Ｍ＋１／２）λ （ここにｎｏは複屈折材料の常光に対する屈折率、ｎｅ
は複屈折材料の異常光に対する屈折率、Ｍは任意の整
数、λは光の波長）をほぼ満足することを特徴とするも
のである。

【０００９】請求項４のように構成された複合光学素子
を利用した請求項５の本発明の偏光無依存光アイソレー
タは、第１の光導波路、第１のレンズ、請求項４に記載
の複合光学素子、第２のレンズ、第２の光導波路をこの
順に配置し、第１の光導波路の端面から出射した順方向
の光は第１のレンズにより平行ビームに変換され、第１
の複屈折材料を透過した第１の光は第３の複屈折材料を
透過し、第２の複屈折材料を透過した第２の光は第４の
複屈折材料を透過し、第３と第４の複屈折材料を透過
後、第１の光と第２の光は偏光によらず光路差が無く、
第２のレンズにより第２の光導波路に結合する。

【００１０】一方、第２の光導波路の端面から出射した
逆方向の光は第２のレンズにより平行ビームに変換さ
れ、第３の複屈折材料を透過した第３の光は第１の複屈
折材料を透過し、第４の複屈折材料を透過した第４の光
は第２の複屈折材料を透過し、第１と第２の複屈折材料
を透過後、第３の光と第４の光は偏光によらず半波長の
光路差が生じ、第１のレンズにより第１の光導波路には
結合しないように構成される。

【００１１】請求項７の本発明の偏光無依存光アイソレ
ータは、第１のシングルモード光導波路と第２シングル
モード光導波路の間に、請求項４に記載の複合光学素子
を挿入し、第１のシングルモード光導波路の端面から出
射した順方向の光の内、第１の複屈折材料を透過した第
１の光は第３の複屈折材料を透過し、第２の複屈折材料
を透過した第２の光は第４の複屈折材料を透過し、第３
と第４の複屈折材料を透過後、第１の光と第２の光は偏
光によらず光路差が無く、第２のシングルモード光導波
路に結合し、一方、第２のシングルモード光導波路の端
面から出射した逆方向の光の内、第３の複屈折材料を透
過した第３の光は第１の複屈折材料を透過し、第４の複
屈折材料を透過した第４の光は第２の複屈折材料を透過
し、第１と第２の複屈折材料を透過後、第３の光と第４
の光は偏光によらず半波長の光路差が生じ、第１のシン
グルモード光導波路には結合しないように構成したこと
を特徴とする。

【００１２】請求項４の複合光学素子はまた光サーキュ
レータを構成するためにも使用される。すなわち、請求
項９の光サーキュレータは、２本の入出力用光導波路、
２個の３ｄＢ方向性結合器、前記２個の方向性結合器に
挟まれた光路長の等しい２本の光路よりなる導波型マッ
ハ・ツェンダ型光干渉回路を基本構成とした光サーキュ
レータにおいて、前記２本の光路に請求項４記載の複合
光学素子を挿入し、一方の光路には第１と第３の複屈折
材料の領域、もう一方の光路には第２と第の複屈折材料
の領域が配置されていることを特徴とする。

【００１３】請求項４に記載の複合光学素子を製造する
ための、請求項１０に記載の製造方法は、第１の複屈折
材料に一定間隔を有する複数個の第１の溝を形成する工
程と、第２の複屈折材料に一定間隔を有する複数個の第
２の溝を形成する工程と、前記第１の溝を形成した第１
の複屈折材料と前記第２の溝を形成した第２の複屈折材
料のそれぞれの凹凸部を接着剤を介在して嵌合、接合さ
せて第１の複合体を形成する工程と、前記第１の複合体
の一方の面を第１の複屈折材料と第２の複屈折材料の双
方の面が現れる厚さまで研磨し第１の研磨面を形成する
工程と、前記第１の複合体の第１の研磨面にファラデー
回転子の一方の第１の面を接着剤を介在して接合する工
程と、前記第１の複合体の第１の研磨面の反対面を第１
の複屈折材料と第２の複屈折材料の双方の面が現れる所
定の厚さまで研磨する工程と、第３の複屈折材料に一定
間隔を有する複数個の第３の溝を形成する工程と、第４
の複屈折材料に一定間隔を有する複数個の第４の溝を形
成する工程と、前記第３の溝を形成した第３の複屈折材
料と前記第４の溝を形成した第４の複屈折材料のそれぞ
れの凹凸部を接着剤を介在して嵌合、接合させて第２の
複合体を形成する工程と、前記第２の複合体の一方の面
を第３の複屈折材料と第４の複屈折材料の双方の面が現
れる厚さまで研磨し第２の研磨面を形成する工程と、前
記第２の複合体の第２の研磨面にファラデー回転子の第
１の面と反対側の第２の面とを接着剤を介在して接合す
る工程と、前記第２の複合体の第２の研磨面の反対面を
第３の複屈折材料と第４の複屈折材料の双方の面が現れ
る所定の厚さまで研磨する工程とを含み、且つ第１、第
２、第３、第４の複屈折材料が同一の材質であることを
特徴とするものである。

【００１４】本発明の請求項１、４に記載の複合光学素
子は、光アイソレータ、光サーキュレータ、または光ス
イッチに広く応用できる。

【００１５】

【作用】本発明の特徴は、第３の光学材料の一方の面上
に、第１の光学材料と第２の光学材料とが接合され、第
１の光学材料と第２の光学材料が同一の厚さを有し、か
つ両主面が同一の研磨面を有する複合光学素子にあり、
また、この複合光学素子を各種の装置、すなわち回折格
子、光アイソレータ、光アイソレータ、光スイッチを構
成するのに使用した点にある。本発明の特徴はまた、こ
のような複合光学素子を製造する方法として、第１の光
学材料に一定間隔を有する複数個の第１の溝を形成する
工程と、第２の光学材料に一定間隔を有する複数個の第
２の溝を形成する工程と、前記第１の溝を形成した第１
の光学材料と前記第２の溝を形成した第２の光学材料の
それぞれの凹凸部を接着剤を介在して嵌合、接合させて
複合体を形成する工程と、前記複合体の一方の面を第１
の光学材料と第２の光学材料の双方の面が現れる厚さま
で研磨し第１の研磨面を形成する工程と、前記複合体の
第１の研磨面に第３の光学材料の一方の第１の面を接着
剤を介在して接合する工程と、前記複合体の第１の研磨
面の反対面を第１の光学材料と第２の光学材料の双方の
面が現れる所定の厚さまで研磨する工程とを含むことを
特徴とする複合光学素子の製造方法にあり、また、この
方法を各種の装置、すなわち回折格子、光アイソレー
タ、光アイソレータ、光スイッチを構成するのに使用し
た点にある。この方法によると、複合光学素子の製造が
容易で且つ工程が精密に制御し得るので、能率的な製造
が可能になり、しかも得られる複合光学素子、並びにそ
れから製造される光学装置を安価に且つ高品質となる。
以下、説明の都合上、請求項１の複合光学素子を２個使
用した請求項４記載の光アイソレータについて、光アイ
ソレータの動作原理と合わせて説明する。

【００１６】図１において第１の複屈折材料を透過した
光はファラデー回転子を透過した後、第３の複屈折材料
を透過し、第２の複屈折材料を透過した光はファラデー
回転子を透過した後、第４の複屈折材料を透過するよう
に構成してある。さらに第１の複屈折材料と第２の複屈
折材料の光学軸は互いに直交しており、第３の複屈折材
料と第４の複屈折材料の光学軸は互いに直交している。
また第１の複屈折材料と第３の複屈折材料の光学軸は互
いにほぼ４５°の角度をなしている。

【００１７】１）第１の複屈折材料の光学軸に平行な直
線偏光の光を順方向から入射した場合この直線偏光は第
１の複屈折材料を異常光（屈折率ｎｅ）として透過し、
ファラデー回転子を透過した際偏光面が４５°回転した
後、第３の複屈折材料を常光（屈折率はｎｏ）として透
過する。一方第２の複屈折材料を常光（屈折率ｎｏ）と
して透過し、ファラデー回転子を透過した際偏光面が４
５°回転した後、第４の複屈折材料を異常光（屈折率ｎ
ｅ）として透過する。第１、第３の複屈折材料を透過す
る際の光路長は（ｎｅ＋ｎｏ）ｄ、第２、第４の複屈折
材料を透過する際の光路長も（ｎｏ＋ｎｅ）ｄとなり、
両者の光路長が等しいので回折せず直進する。ここでｄ
は複屈折材料の厚さである。

【００１８】２）第１の複屈折材料の光学軸に垂直な直
線偏光の光を順方向から入射した場合この直線偏光は第
１の複屈折材料を常光（屈折率ｎｏ）、第３の複屈折材
料を異常光（屈折率ｎｅ）として透過し、第２の複屈折
材料を異常光（屈折率ｎｅ）、第４の複屈折材料を常光
（屈折率ｎｏ）として透過する。第１、第３の複屈折材
料を透過する際の光路長は（ｎｏ＋ｎｅ）ｄ、第２、第
４の複屈折材料を透過する際の光路長も（ｎｅ＋ｎｏ）
ｄとなり、両者の光路長が等しいので回折せず直進す
る。

【００１９】このように順方向の光に対しては偏光に依
存せず直進する。

【００２０】また１）と２）の２つの直線偏光の光路長
も（ｎｏ＋ｎｅ）ｄと等しいので、偏波分散が無い理想
的な光アイソレータを実現できる。

【００２１】３）第３の複屈折材料の光学軸に平行な直
線偏光の光を逆方向から入射した場合この直線偏光は第
３の複屈折材料を異常光（屈折率ｎｅ）、第１の複屈折
材料を異常光（屈折率ｎｅ）として透過し、第４の複屈
折材料を常光（屈折率ｎｏ）、第２の複屈折材料を常光
（屈折率ｎｏ）として透過する。第１、第３の複屈折材
料を透過する際の光路長は（ｎｏ＋ｎｏ）ｄ、第２、第
４の複屈折材料を透過する際の光路長も（ｎｅ＋ｎｅ）
ｄとなり、光路差が半波長、すなわち２（ｎｏ−ｎｅ）ｄ＝（Ｍ＋１／２）λ‥‥‥（１）（ここにＭは任意の整数、λは光の波長）をほぼ満足す
るように定めておくと、光は回折する。

【００２２】４）第３の複屈折材料の光学軸に垂直な直
線偏光の光を逆方向から入射した場合この直線偏光は第
３の複屈折材料を常光（屈折率ｎｏ）、第１の複屈折材
料を常光（屈折率ｎｏ）として透過し、第２の複屈折材
料を異常光（屈折率ｎｅ）、第４の複屈折材料を異常光
（屈折率ｎｅ）として透過する。第１、第３の複屈折材
料を透過する際の光路長は（ｎｅ＋ｎｅ）ｄ、第２、第
４の複屈折材料を透過する際の光路長も（ｎｏ＋ｎｏ）
ｄとなり、光路差が半波長、すなわち２（ｎｏ−ｎｅ）ｄ＝（Ｍ＋１／２）λ‥‥‥（１）（ここにＭは任意の整数、λは光の波長）をほぼ満足し
ているので回折する。

【００２３】以上のように、本発明の光アイソレータは
順方向の光に対しては偏光に依存せず直進し、逆方向の
光に対しては偏光に依存せず回折するので、偏光無依存
の光アイソレータとして動作する。

【００２４】本発明にかかる光アイソレータに於いて
は、第１、第２、第３、第４の複屈折材料の材質が同じ
であり、光路差の精度は、厚さｄの精度によって決ま
る。本発明においては、第１と第２の複屈折材料、及び
第３と第４の複屈折材料の両面を研磨面とすることによ
り、両研磨面に挟まれた部分の厚さｄの高精度化を図っ
ている。

【００２５】又、本発明にかかる光アイソレータに於い
ては、複屈折材料の屈折率ｎｏとｎｅとを作製前に精密
に測定することができるので、設計（厚さｄの設定等）
が容易となり、製品の歩留も向上する。

【００２６】又、複屈折材料として水晶やルチルなどの
単結晶材料を用いることができるので、耐環境性が優
れ、経時的に屈折率が変化し光アイソレータの性能が低
下することがほとんどない。

【００２７】

【発明の実施の態様】

［光アイソレータの構成について］本発明にかかる光ア
イソレータの構成について、その製造工程に従って説明
する。

【００２８】工程１：第１の複屈折材料１を用意し、図
２のように、ダイシングソーや外周切断機等により複屈
折材料１に間隔ｗ１で幅ｗ２の第１の溝８を複数個形成
する。ここで、ｗ１はｗ２よりわずかに狭くすることが
好ましい。又、第１の溝８の深さは最終的な複屈折材料
１の厚さｄより深くなるように定める。

【００２９】工程２：第１の複屈折材料１と同じ材質の
第２の複屈折材料２を用意し、図３のように、ダイシン
グソーや外周切断機等により第２の複屈折材料２に間隔
ｗ３で幅ｗ４の第２の溝９を複数個形成する。ここで、
ｗ３はｗ１と、ｗ４はｗ２とほぼ等しくし、ｗ３はｗ４
よりわずかに狭くすることが好ましい。又、第２の溝９
の深さは最終的な第２の複屈折材料２の厚さｄより深く
なるように定める。

【００３０】工程３：図４に示したように、工程１で作
製した第１の複屈折材料１（図２）と、工程２で作製し
た第２の複屈折材料２からなる部分（図３）にそれぞれ
設けられている凹凸部分を、接着層１０を介在して嵌合
させ接合し複合体１１を作製する。ここで、接着剤とし
ては、使用波長に於いて透明な有機接着剤、低融点ガラ
ス等を用いることができる。

【００３１】工程４：図５のように、複合体１１の片面
を研磨し、第１の複屈折材料１と第２の複屈折材料２が
交互に配列された面が現れる厚さまで研磨し第１の研磨
面１２を形成する。尚、図５では第１の複屈折材料１か
ら研磨しているが、第２の複屈折材料２から研磨しても
よい。

【００３２】工程５：図６に示したように、工程４で作
製した複合体の第１の研磨面１２とファラデー回転子５
とを接着層６を介在して接合する。ここで、接着剤とし
ては、使用波長に於いて透明な有機接着剤、低融点ガラ
ス等を用いることができる。尚、接着層６は、第１の複
屈折材料１及び第２の複屈折材料２の双方に均一に設け
られているため、接着性充填剤の屈折率が変化しても、
両者の部分の光路差は変化しないので光アイソレータの
性能が低下することがない。

【００３３】工程６：図７のように、工程４で研磨した
面の反対面を、２（ｎｏ−ｎｅ）ｄ＝（Ｍ＋１／２）λ‥‥‥（１）（ここにＭは任意の整数、λは光の波長）をほぼ満足す
る厚さｄまで研磨する。ここで、複屈折材料１と複屈折
材料２が交互に配列された部分の厚さｄは、第１の溝６
（図２）及び第２の溝７（図３）より小さくなるように
設定されているため、厚さｄまで研磨すると、複屈折材
料１と複屈折材料２の双方の面が現れる。

【００３４】工程７：工程１、工程２と同様に第１の複
屈折材料１と同じ材質の第３の複屈折材料３を用意し、
図８のように、ダイシングソーや外周切断機等により複
屈折材料３に間隔ｗ５で幅ｗ６の第３の溝１３を複数個
形成する。ここで、ｗ５はｗ６よりわずかに狭くするこ
とが好ましい。又、第３の溝１３の深さは最終的な複屈
折材料３の厚さｄより深くなるように定める。

【００３５】工程８：工程１、工程２と同様に第１の複
屈折材料１と同じ材質の第４の複屈折材料４を用意し、
図９のように、ダイシングソーや外周切断機等により第
４の複屈折材料４に間隔ｗ７で幅ｗ８の第４の溝１４を
複数個形成する。ここで、ｗ７はｗ５と、ｗ８はｗ６と
ほぼ等しくし、ｗ７はｗ８よりわずかに狭くすることが
好ましい。又、第４の溝１４の深さは最終的な第４の複
屈折材料４の厚さｄより深くなるように定める。

【００３６】工程９：図１０に示したように、工程７で
作製した第３の複屈折材料３（図８）と、工程８で作製
した第４の複屈折材料４からなる部分（図９）にそれぞ
れ設けられている凹凸部分を、接着層１５を介在して嵌
合させ接合し複合体１６を作製する。ここで、接着剤と
しては、使用波長に於いて透明な有機接着剤、低融点ガ
ラス等を用いることができる。

【００３７】工程１０：図１１のように、複合体１６の
片面を研磨し、第３の複屈折材料３と第４の複屈折材料
４が交互に配列された面が現れる厚さまで研磨し第２の
研磨面１７を形成する。尚、図１１では第４の複屈折材
料４から研磨しているが、第３の複屈折材料３から研磨
してもよい。

【００３８】工程１１：図１２に示したように、工程１
０で作製した複合体の第２の研磨面１７とファラデー回
転子３とを接着層７を介在して接合する。この際、図１
２のように第１と第３、第２と第４の複屈折材料の位置
が一致するように調整する。接着剤としては、使用波長
に於いて透明な有機接着剤、低融点ガラス等を用いるこ
とができる。尚、接着層７は、第３の複屈折材料３及び
第４の複屈折材料４の双方に均一に設けられているた
め、接着性充填剤の屈折率が変化しても、両者の部分の
光路差は変化しないので光アイソレータの性能が低下す
ることがない。

【００３９】工程１２：図１３のように、工程１０で研
磨した面の反対面を、２（ｎｏ−ｎｅ）ｄ＝（Ｍ＋１／２）λ‥‥‥（１）（ここにＭは任意の整数、λは光の波長）をほぼ満足す
る厚さｄまで研磨する。ここで、複屈折材料３と複屈折
材料４が交互に配列された部分の厚さｄは、第３の溝１
３（図８）及び第４の溝１４（図９）より小さくなるよ
うに設定されているため、厚さｄまで研磨すると、複屈
折材料３と複屈折材料４の双方の面が現れる。

【００４０】本発明にかかる製造方法では、溝加工を施
した凹部の底面の粗さがあっても、最終的には研磨によ
りこの部分を除去するので、面の粗さに起因する散乱損
失は問題とならない。但し、凹部の側面、すなわち第１
と第２、及び第３と第４の複屈折材料との境界面は極力
荒れのない面に加工することが望ましい。

【００４１】又、図４〜図７、図１０〜図１３には記載
されていないが、これらの境界面には接着剤が介在して
いてもよく、この場合、接着剤の屈折率は複屈折材料の
屈折率に近い方が好ましい。

【００４２】なお、工程５と工程１１は同時に行っても
よい。すなわち複合体１２と１７をファラデー回転子の
両面に同時に接着した後、両面の研磨を行ってもよい。

【００４３】［光アイソレータの動作について］このよ
うにして得られた光アイソレータ１８は、前述の［作
用］の項において説明したように、偏光無依存の光アイ
ソレータとして動作する。すなわち順方向の光は全て直
進し、逆方向の光に対しては回折する。

【００４４】［複合光学素子の光学材料について］本発
明の光アイソレータの複合光学素子を構成する複屈折材
料としては、透明な複屈折材料であればあらゆるものを
使用することができる。代表的な材料として水晶、方解
石、サファイア、ＡＤＰ、ＫＤＰ、ルチルなどがある
が、特に安価で加工が容易な水晶は、本発明の複屈折材
料として好適である。

【００４５】ファラデー回転子としてはＢｉ置換希土類
鉄ガーネット、ＹＩＧなどあらゆるものを使用できる。

【００４６】上記の図２ないし７の工程と、図８ないし
図１３の工程は同一の基本的な方法を繰り返したもので
ある。本発明はこうした基本的な方法を利用したすべて
の方法、及びそれれにより得られる複合光学素子及びそ
れを利用した光学装置のすべてを包含することを意図し
ている。

【００４７】

【実施例】複屈折材料としてｘカット水晶板を用いた場
合について具体的数値を示し説明する。ここで、波長１
５５０ｎｍにおいて水晶の常光の屈折率はｎｏ＝１．５
２７８１、異常光の屈折率はｎｅ＝１．５３６３０、で
あった。加工前の水晶の厚さは６００μｍであった。ま
たファラデー回転子として厚さ４００μｍのＢｉ置換希
土類鉄ガーネットを用いた。

【００４８】工程１、２：ｗ１、ｗ２、ｗ３、ｗ４を約
１００μｍ、溝の深さを約３００μｍとして、第１の水
晶板及び第２の水晶板に溝を設けた。

【００４９】工程３：光学接着剤を用いて第１の水晶板
と第２の水晶板を接合し、複合体とした。

【００５０】工程４：この複合体を、第１の水晶板の側
から、第１の水晶板と第２の水晶板の双方の面が現れる
ように、約４００μｍ研磨した。

【００５１】工程５：この複合体の研磨面に、光学接着
剤を用いて、ファラデー回転子を接合した。

【００５２】工程６：ファラデー回転子を接合した複合
体を、第２の水晶板側から研磨し、第１、第２の水晶板
の厚さが４６μｍとなるようにした。

【００５３】工程７、８：ｗ５、ｗ６、ｗ７、ｗ８を約
１００μｍ、溝の深さを約３００μｍとして、第３の水
晶板及び第４の水晶板に溝を設けた。

【００５４】工程９：光学接着剤を用いて第３の水晶板
と第４の水晶板を接合し、複合体とした。

【００５５】工程１０：この複合体を、第４の水晶板の
側から、第３の水晶板と第４の水晶板の双方の面が現れ
るように、約４００μｍ研磨した。

【００５６】工程１１：この複合体の研磨面に、光学接
着剤を用いて、ファラデー回転子を接合した。

【００５７】工程１２：ファラデー回転子を接合した複
合体を、第３の水晶板側から研磨し、第３、第４の水晶
板の厚さが４６μｍとなるようにした。

【００５８】このようにして作製した光アイソレータ１
８の特性を図１４に示すように２本の整列したシングル
モード光ファイバ１９、１９と２個のレンズ２０、２０
により構成された平行ビーム系に配置して測定したとこ
ろ、偏光無依存で偏波分散の無い光アイソレータとして
動作することを確認した。光アイソレータの全厚は５０
０μｍと非常に薄型であった。

【００５９】なお第１の複屈折材料と第２の複屈折材料
とは交互に配置される必要はなく、図１５に示すように
２つの領域１、２及び３、４（１と３、２と４は互いに
整列する）のみで構成しても動作する。図１５に示す素
子は上記の実施例で得られる素子を所定の寸法に切断す
ることにより多数個得られるので量産性に優れている。
また、図１６に示すように整列した２本の光ファイバ、
もしくは光導波路１９、１９の間にこの光アイソレータ
１８を配置してもよい。この場合はレンズが不要となる
ので安価で小型な光アイソレータを実現できる。また、
図１６において、光ファイバまたは光導波路１９、１９
の端部を拡大することにより、出射ビームのスポットサ
イズをできるだけ大きくすることにより出射した光の広
がりを小さくすることができ、それによりより良好な光
アイソレータ特性が得られる。上記実施例では、式
（１）におけるＭの値をＭ＝−１としたが、通常は、ｎ
ｏ＞ｎｅの場合はＭ＝０とし、ｎｏ＜ｎｅの場合はＭ＝
−１とすることが望ましく、このように設定することに
より、光アイソレータとして動作する波長帯域が最も広
くなる。

【００６０】［サーキュレータの構成について］この例
は、本発明の図２〜１３の方法で製造された複合光学素
子を光サーキュレータとして使用する例を示す。すなわ
ち、２本の入出力用光導波路、２個の３ｄＢ方向性結合
器、前記２個の方向性結合器に挟まれた光路長の等しい
２本の光路よりなる導波型マッハ・ツェンダ型光干渉回
路を基本構成とした光サーキュレータは例えば特開平８
−５０２６１号に記載されているが、本発明の複合光学
素子はこのような光サーキュレータを構成するために用
いることができる。図１８図を参照すると、２本の入出
力用光導波路３１、３２、２個の３ｄＢ方向性結合器３
３、３４、前記２個の方向性結合器に挟まれた光路長の
等しい２本の光路３１、３２よりなる導波型マッハ・ツ
ェンダ型光干渉回路を基本構成とした光サーキュレータ
において、複合光学素子を挿入する。この場合、複合光
学素子はファラデー回転子３９の片面には第１、第２の
複屈折材料４１、４２が接合されており、ファラデー回
転子３９の他方の面には第３、第４の複屈折材料４３、
４４が接合されており、一方の光路には第１と第３の複
屈折材料４１、４３の領域が、もう一方の光路には第２
と第４の複屈折材料４２、４４の領域が配置され、第１
の複屈折材料４１の光学軸と第２の複屈折材料の光学軸
４２は直交しており、第３の複屈折材料４３の光学軸と
第４の複屈折材料４４の光学軸は直交しており、第１の
複屈折材料４１の光学軸と第３の複屈折材料４３の光学
軸はほぼ４５°の角度をなしている。これにより、２つ
の光路の間には所定の光路差が生じるので、各ポート
、、及びに入射する光はそれぞれ、、及
びに出射する。

【００６１】［複合波長板素子を用いた光アイソレー
タ、光サーキュレータ、及び光スイッチの構成につい
て］本発明の本発明の第１の光学素子と第２の光学素子
とが波長板の機能を有する複屈折材料よりなる複合光学
素子は光アイソレータ、光サーキュレータ、及び光スイ
ッチに適用できる。図１９は本発明を特開平９−２５８
１３６号（ここに引用して合体する）に記載の光サーキ
ュレータ及び光スイッチに応用した例を示す。図におい
て、１１３は４５°の三角プリズム１１３と、狭い角度
が４５°の平行四辺形プリズム１１４とを接合したもの
を偏光分離膜１１５を挟んで一体化した第１の複合偏光
ビームスプリッタ１１１と、本発明に従って構成され
た、１／２波長板としての第１の複屈折板１１６及び１
／２波長板としての第２の複屈折板１１７及び４５°の
ファラデー回転子１１８とにより、直線偏光が１つの面
からもう１つの面へ通過する際に偏光方位を９０°回転
させ、それと逆方向へ通過する際にその偏光方位を回転
させないようにした非相反部１１２とを、図のように配
置して、端子ユニット１０−１、１０−２、１０−３、
１０−４（一般にはｎ個）を構成する。またこれらの端
子ユニットの第１の複合偏光ビームスプリッター側に入
出ポート１ないし４を配置し、前記非相反部１１２側に
２つの三角プリズム１２１、１２２が偏光分離膜１２３
を挟んで一体化された第２の複合偏光ビームスプリッタ
ー１２０ａないし１２０ｄを図のように配置し、前記第
２複合偏光ビームスプリッターの反対面には往復するこ
とにより偏波面を９０°回転させる偏波回転手段１２５
と反射手段１２６を図のように配置することにより、光
サーキュレータを構成する。またこの構成で、非相反部
１１２に可変磁界を印加する手段を加えることにより光
スイッチを構成できる。他の例としては、米国特許第５
０３３８３０号（ここに引用して合体する）に記載の偏
波無依存型アイソレータに本発明の複合光学素子を使用
することができる。図２０において、上記米国特許で
は、光アイソレータは、入射光ファイバ２１２、出射光
ファイバ２２８に対向して配置された複屈折板２１４、
第１の可逆回転手段２１６、第２の可逆回転手段２２
６、非可逆回転手段（ファラデー回転子）２１８、焦点
レンズ２２２及び凹面鏡２２４より構成されているが
（動作は同特許参照）、本発明では素子２１６と２２６
を１／２波長板で構成し、そして素子２１６、２２６及
び２１８を本発明の複合素子で構成する。あるいは素子
２１６、２２６及び２１４を本発明の複合光学素子で構
成しても良い。これらの場合に素子２１８及び２１４が
それぞれ第３の光学材料である。

【００６２】

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次に記載する効果を奏する。（１）非常に薄型の複合光学素子を実現できる。（２）複屈折材料の厚さｄを精度良く製作することが可
能なので、特性の良い理想的な複合光学素子、それを使
用した偏光子、光アイソレータ、サーキュレータ、スイ
ッチ等の光学装置を再現性良く安定的に製造することが
できる。（３）製作前に、主要構成部材である複屈折材料の屈折
率を精密に測定することができるため、複合光学素子及
び光学装置の設計及び光路長の制御が容易となる。（４）主要構成部材として、耐環境性の優れた複屈折材
料を使用すれば、経時的な変化により、複合光学素子及
び光学装置の性能が低下することがほとんどない。（５）光アイソレータの場合、非常に薄型でかつ偏波分
散の無い偏光無依存の光アイソレータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光アイソレータを示す説明図である。

【図２】本発明の光アイソレータの製造例の工程１を示
す断面図である。

【図３】本発明の光アイソレータの製造例の工程２を示
す断面図である。

【図４】本発明の光アイソレータの製造例の工程３を示
す断面図である。

【図５】本発明の光アイソレータの製造例の工程４を示
す断面図である。

【図６】本発明の光アイソレータの製造例の工程５を示
す断面図である。

【図７】本発明の光アイソレータの製造例の工程６を示
す断面図である。

【図８】本発明の光アイソレータの製造例の工程７を示
す断面図である。

【図９】本発明の光アイソレータの製造例の工程８を示
す断面図である。

【図１０】本発明の光アイソレータの製造例の工程９を
示す断面図である。

【図１１】本発明の光アイソレータの製造例の工程１０
を示す断面図である。

【図１２】本発明の光アイソレータの製造例の工程１１
を示す断面図である。

【図１３】本発明の光アイソレータの製造例の工程１２
を示す断面図である。

【図１４】本発明の光アイソレータを示す説明図であ
る。

【図１５】本発明の光アイソレータを示す説明図であ
る。

【図１６】本発明の光アイソレータを示す説明図であ
る。

【図１７】本発明の光サーキュレータの実施例の図式図
である。

【図１８】本発明の他の実施例による光サーキュレータ
の及び光スイッチの例を示す図である。

【図１９】本発明の他の実施例による光アイソレータの
例を示す図である。

【符号の説明】

１第１の複屈折材料２第２の複屈折材料３第３の複屈折材料４第４の複屈折材料５ファラデー回転子６接着層７接着層８第１の溝９第２の溝１０接着層１１複合体１２第１の研磨面１３第３の溝１４第４の溝１５接着層１６複合体１７第２の研磨面１８光アイソレータ１９光ファイバ２０レンズ３１第１の光導波路３２第２の光導波路３３、３４光結合器３９ファラデー回転子４１、４２、４３、４４複屈折材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第３の光学材料の一方の面上に、複屈折
材料よりなる第１の光学材と複屈折材料よりなる第２の
光学材料とが接合され、第１の光学材料と第２の光学材
料が同一の厚さを有し、かつ両主面が同一の研磨面を有
することを特徴とする複合光学素子。
【請求項２】複屈折材料よりなる第１の光学材料に一
定間隔を有する複数個の第１の溝を形成する工程と、複屈折材料よりなる第２の光学材料に一定間隔を有する
複数個の第２の溝を形成する工程と、前記第１の溝を形成した第１の光学材料と前記第２の溝
を形成した第２の光学材料のそれぞれの凹凸部を接着剤
を介在して嵌合、接合させて複合体を形成する工程と、前記複合体の一方の面を第１の光学材料と第２の光学材
料の双方の面が現れる厚さまで研磨し第１の研磨面を形
成する工程と、前記複合体の第１の研磨面に第３の光学材料の一方の第
１の面を接着剤を介在して接合する工程と、前記複合体の第１の研磨面の反対面を第１の光学材料と
第２の光学材料の双方の面が現れる所定の厚さまで研磨
する工程とを含むことを特徴とする複合光学素子の製造
方法。
【請求項３】複屈折材料よりなる第１の光学材料に一
定間隔を有する複数個の第１の溝を形成する工程と、複屈折材料よりなる第２の光学材料に一定間隔を有する
複数個の第２の溝を形成する工程と、前記第１の溝を形成した第１の光学材料と前記第２の溝
を形成した第２の光学材料のそれぞれの凹凸部を接着剤
を介在して嵌合、接合させて複合体を形成する工程と、前記複合体の一方の面を第１の光学材料と第２の光学材
料の双方の面が現れる厚さまで研磨し第１の研磨面を形
成する工程と、前記複合体の第１の研磨面に第３の光学材料の一方の第
１の面を接着剤を介在して接合する工程と、前記複合体の第１の研磨面の反対面を第１の光学材料と
第２の光学材料の双方の面が現れる所定の厚さまで研磨
する工程と、研磨された複合材料を最終形状に切断する工程とを含む
ことを特徴とする複合光学素子の製造方法。
【請求項４】ファラデー回転角がほぼ４５°のファラ
デー回転子の一方の面上に、第１の複屈折材料と第２の
複屈折材料とが接合されるとともに、他方の面上に、第
３の複屈折材料と第４の複屈折材料とが接合された複合
光学素子に於いて、第１の複屈折材料を透過した光は第３の複屈折材料を透
過し、第２の複屈折材料を透過した光は第４の複屈折材料を透
過し、第１の複屈折材料の光学軸と第２の複屈折材料の光学軸
は直交しており、第３の複屈折材料の光学軸と第４の複屈折材料の光学軸
は直交しており、第１の複屈折材料の光学軸と第３の複屈折材料の光学軸
はほぼ４５°の角度をなし、第１の複屈折材料と第２の複屈折材料の両主面が同一の
研磨面を有し、第３の複屈折材料と第４の複屈折材料の両主面が同一の
研磨面を有し、第１、第２、第３、第４の複屈折材料が同一の材質でほ
ぼ同一の厚さｄを有し、２（ｎｏ−ｎｅ）ｄ＝（Ｍ＋１／２）λ （ここにｎｏは複屈折材料の常光に対する屈折率、ｎｅ
は複屈折材料の異常光に対する屈折率、Ｍは任意の整
数、λは光の波長）をほぼ満足することを特徴とする複
合光学素子。
【請求項５】第１の光導波路、第１のレンズ、請求項
４に記載の複合光学素子、第２のレンズ、第２の光導波
路をこの順に配置し、第１の光導波路の端面から出射した順方向の光は第１の
レンズにより平行ビームに変換され、第１の複屈折材料
を透過した第１の光は第３の複屈折材料を透過し、第２
の複屈折材料を透過した第２の光は第４の複屈折材料を
透過し、第３と第４の複屈折材料を透過後、第１の光と
第２の光は偏光によらず光路差が無く、第２のレンズに
より第２の光導波路に結合し、一方、第２の光導波路の端面から出射した逆方向の光は
第２のレンズにより平行ビームに変換され、第３の複屈
折材料を透過した第３の光は第１の複屈折材料を透過
し、第４の複屈折材料を透過した第４の光は第２の複屈
折材料を透過し、第１と第２の複屈折材料を透過後、第
３の光と第４の光は偏光によらず半波長の光路差が生
じ、第１のレンズにより第１の光導波路には結合しない
ように構成したことを特徴とする偏光無依存光アイソレ
ータ。
【請求項６】第１と第２の光導波路が光ファイバであ
る請求項５記載の偏光無依存光アイソレータ。
【請求項７】第１のシングルモード光導波路と第２シ
ングルモード光導波路の間に、請求項４に記載の複合光
学素子を挿入し、第１のシングルモード光導波路の端面から出射した順方
向の光の内、第１の複屈折材料を透過した第１の光は第
３の複屈折材料を透過し、第２の複屈折材料を透過した
第２の光は第４の複屈折材料を透過し、第３と第４の複
屈折材料を透過後、第１の光と第２の光は偏光によらず
光路差が無く、第２のシングルモード光導波路に結合
し、一方、第２のシングルモード光導波路の端面から出射し
た逆方向の光の内、第３の複屈折材料を透過した第３の
光は第１の複屈折材料を透過し、第４の複屈折材料を透
過した第４の光は第２の複屈折材料を透過し、第１と第
２の複屈折材料を透過後、第３の光と第４の光は偏光に
よらず半波長の光路差が生じ、第１のシングルモード光
導波路には結合しないように構成したことを特徴とする
偏光無依存光アイソレータ。
【請求項８】第１と第２のシングルモード光導波路が
端面付近の領域がコア拡大された光ファイバである請求
項７記載の偏光無依存光アイソレータ。
【請求項９】２本の入出力用光導波路、２個の３ｄＢ
方向性結合器、前記２個の方向性結合器に挟まれた光路
長の等しい２本の光路よりなる導波型マッハ・ツェンダ
型光干渉回路を基本構成とした光サーキュレータにおい
て、前記２本の光路に請求項４記載の複合光学素子を挿入
し、一方の光路には第１と第３の複屈折材料の領域、もう一
方の光路には第２と第４の複屈折材料の領域が配置され
ていることを特徴とする光サーキュレータ。
【請求項１０】第１の複屈折材料に一定間隔を有する
複数個の第１の溝を形成する工程と、第２の複屈折材料に一定間隔を有する複数個の第２の溝
を形成する工程と、前記第１の溝を形成した第１の複屈折材料と前記第２の
溝を形成した第２の複屈折材料のそれぞれの凹凸部を接
着剤を介在して嵌合、接合させて第１の複合体を形成す
る工程と、前記第１の複合体の一方の面を第１の複屈折材料と第２
の複屈折材料の双方の面が現れる厚さまで研磨し第１の
研磨面を形成する工程と、前記第１の複合体の第１の研磨面にファラデー回転子の
一方の第１の面を接着剤を介在して接合する工程と、前記第１の複合体の第１の研磨面の反対面を第１の複屈
折材料と第２の複屈折材料の双方の面が現れる所定の厚
さまで研磨する工程と、第３の複屈折材料に一定間隔を有する複数個の第３の溝
を形成する工程と、第４の複屈折材料に一定間隔を有する複数個の第４の溝
を形成する工程と、前記第３の溝を形成した第３の複屈折材料と前記第４の
溝を形成した第４の複屈折材料のそれぞれの凹凸部を接
着剤を介在して嵌合、接合させて第２の複合体を形成す
る工程と、前記第２の複合体の一方の面を第３の複屈折材料と第４
の複屈折材料の双方の面が現れる厚さまで研磨し第２の
研磨面を形成する工程と、前記第２の複合体の第２の研磨面にファラデー回転子の
第１の面と反対側の第２の面とを接着剤を介在して接合
する工程と、前記第２の複合体の第２の研磨面の反対面を第３の複屈
折材料と第４の複屈折材料の双方の面が現れる所定の厚
さまで研磨する工程とを含み、且つ第１、第２、第３、第４の複屈折材料が同一の材質
であることを特徴とする複合光学素子の製造方法。
【請求項１１】請求項１記載の複合光学素子において
第１の光学材料と第２の光学材料とが波長板の機能を有
する複屈折材料であることを特徴とする複合光学素子。
【請求項１２】請求項１１記載の複合光学素子を使用
した光アイソレータ。
【請求項１３】請求項１１記載の複合光学素子を使用
した光サーキュレータ。
【請求項１４】請求項１１記載の複合光学素子を使用
した光スイッチ。