JPH1172748A - 光アイソレータおよび統合された光アイソレータを有する波長マルチプレクサモジュール - Google Patents

光アイソレータおよび統合された光アイソレータを有する波長マルチプレクサモジュール

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JPH1172748A
JPH1172748A JP10171884A JP17188498A JPH1172748A JP H1172748 A JPH1172748 A JP H1172748A JP 10171884 A JP10171884 A JP 10171884A JP 17188498 A JP17188498 A JP 17188498A JP H1172748 A JPH1172748 A JP H1172748A
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JP
Japan
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wavelength
optical isolator
light
lens
optical
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Application number
JP10171884A
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English (en)
Inventor
Joerg Hehmann
イエルク・ヘーマン
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Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel Alsthom Compagnie Generale dElectricite
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2746—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means comprising non-reciprocal devices, e.g. isolators, FRM, circulators, quasi-isolators

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 能動的調整を必要としない少数の構成要素か
ら構成される光アイソレータを提供する。 【解決手段】 リセスＡを備えた支持部材ＴＲを有す
る。光複屈折材料から製造された二つのくさび形プレー
トＫＰ１、ＫＰ２およびファラデー回転子ＦＲがこのリ
セスＡ中に挿入される。支持部材ＴＲは、非常に正確な
リセスＡをウェット化学エッチングによって形成するこ
とができるシリコン結晶であることが好ましい。個々の
構成要素は、ストップによってリセス中で受動的に調整
される。したがって、本発明の光アイソレータは、その
動作のために絶対的に必要な構成要素のみから構成され
る。また、統合された光アイソレータを有する有利な波
長マルチプレクサモジュールが提供される。その構成
は、非常に簡単であり、三つの光入出力用の結像要素と
してわずか二つの球面レンズを必要とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１のプリア
ンブルに記載されている光アイソレータ（ｉｓｏｌａｔ
ｏｒ）に関する。本発明はまた、統合された光アイソレ
ータを有する請求項５に記載されている波長マルチプレ
クサモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】光アイソレータは、特に光ファイバデー
タ伝送システムにおいて必要とされる。光アイソレータ
は、境界において反射または回折された光が光能動構成
要素、例えばレーザダイオードや光ファイバ増幅器に入
射し、それらの動作に悪影響を及ぼすのを防ぐようにな
される。請求項１のプリアンブルに記載されている光ア
イソレータは、ヨーロッパ特許出願第ＥＰ−Ｂ−０５４
４１１号から知られている。そこに記載されている光ア
イソレータは、実質上、光複屈折材料の二つのくさび形
プレート、およびそれらの間に配置されたファラデー回
転子を含んでいる。光アイソレータの動作を考察する
と、一方の側からアイソレータに入射する平行光ビーム
が他方の側で平行光ビームとしてアイソレータから出
て、次いで光はその個所でレンズによって光ウェーブガ
イド中に結合される。また、他方の側からアイソレータ
に入射した平行光は、発散ビームとしてアイソレータを
出る。この発散ビームは、光ウェーブガイドおよび結像
光学系が適宜構成されている場合、再び戻って結合する
ことはできない。前掲の特許出願に記載されている光ア
イソレータは、特に、入射光の偏光と無関係であり、し
たがって従来の非偏光保存ファイバ（ｎｏｎ−ｐｏｌａ
ｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｉｂｅ
ｒ）を使用したデータ伝送システムにおける用途に適し
ている。しかしながら、各結像要素の位置が正確に調整
されている場合にしか光を光ファイバ中に結合すること
ができないので、従来の光アイソレータの個々の構成要
素は複雑な能動的調整を必要とする。「能動的調整」と
は、光ビームが所望の特性を有するまで構成要素を光路
中に配置し、位置決めしなければならないプロセスのこ
とである。この手順は、通常、非常に時間がかかり、か
つ労力を多用する。極めて正確な位置決め装置を使用し
て構成要素を調整している間、測定装置を連続的に監視
しなければならない。この手順に関連する高いコストの
ために、このタイプの光アイソレータは、引き続き極め
て高価であり、光ファイバデータ伝送システムがエンド
ユーザに移行するのを妨げる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、能動的調整を必要としない少数の構成要素から
構成される光アイソレータを提供することである。本発
明の光アイソレータは、機械的安定度を保持しながら、
非常に小さいフットプリントを有する。さらに、光アイ
ソレータは、最小数の構成要素を有する光アイソレーシ
ョン波長マルチプレクサモジュールの基礎を形成し、し
たがって経済的に製造することができる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載の特徴を使用して、課題を解決する。調整は、ストッ
プを使用し受動的であり、したがって個々の構成要素
は、複雑な位置合わせ手順によって互いに位置合わせす
る必要がない。さらに、本発明の構成によれば、個々の
光学構成要素（マウント、ガイドピンなど）の相対位置
を固定する追加の構成要素が不要である。したがって、
本発明の光アイソレータは、少数の構成要素から作成す
ることができる。また、光学構成要素の位置を画定する
ために使用される支持部材を使用して、追加の構成要素
を支持することができる。したがって、本発明の光アイ
ソレータは、その性能を高める追加の機能を実施するこ
とができる。このタイプの機能ユニットの一例は、請求
項５から７のいずれか一項に記載の波長マルチプレクサ
モジュールである。
【０００５】請求項８または９のいずれか一項に記載の
波長マルチプレクサモジュールの他の実施形態は、これ
もリセス中に挿入される追加の調整要素を含んでいる。
この調整要素を使用すれば、製造公差があまり厳しくな
い場合でも、光アイソレータを単一の調整ステップで調
整することができる。
【０００６】以下で、実施形態および図面を参照しなが
ら本発明について説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１ａおよび図１ｂは、それぞれ
本発明の光アイソレータの正面図および側面図を示す。
光アイソレータは、リセスＡを備えた支持部材ＴＲに支
持されて構成される。支持部材用の材料はまた、マイク
ロ構造を備えることができる。これは、適切な方法によ
って約１マイクロメートルの確度まで機械加工すること
ができる材料を含む。そのような機械加工確度は、現
在、半導体結晶、プラスチック、またセラミックの場合
に可能である。本発明の好ましい実施形態では、支持部
材はシリコン結晶である。この場合、結晶中のリセス
は、ウェットエッチングすることが好ましい。これらの
エッチング方法は、例えば、ヨーロッパ特許出願第ＥＰ
−Ｂ１−０４１８４２３号に記載されている。
【０００８】光複屈折材料から製造された二つのくさび
形プレートＫＰ１およびＫＰ２およびファラデー回転子
がリセスＡ中に挿入される。個々の構成要素の相互の配
向を図１ａに示す。すなわち、ファラデー回転子は、く
さび形プレート間に配置される。プレート自体は、三つ
の構成要素が点対称性を有するように配置されるように
配向する。くさび形プレートの動作およびファラデー回
転子の動作については、前掲のヨーロッパ特許出願第Ｅ
Ｐ−Ｂ１−０５４４１１号で広範囲にわたり論じられて
いる。図示の実施形態では、くさび形プレートの下面お
よびリセスＡの底面は平坦である。すなわち、くさび形
プレートは、リセスＡの底面と面対面接触をする。しか
しながら、底面およびプレートの下面の他の設計も実施
可能である。例えば、プラスチック支持部材は、底面が
リブを有し、射出成形することができる。その場合、こ
れらのリブの上方を向いた縁部はくさび形プレートを支
持する。
【０００９】リセスおよびその中に挿入すべき構成要素
は、構成要素がストップを介してリセス中に受動的に調
整されるように設計しなければならない。調整は、通
常、調整すべき構成要素の最終的な相対位置がそれらの
幾何寸法によってのみ決定される場合に受動的であると
呼ばれる。この場合、構成要素は、個々の点においての
み互いに接触する（「点接触」）か、線に沿って接触す
る（「縁部接触」）か、表面セクションで接触する
（「面接触」）。図１の実施形態では、位置は縁部接触
によって固定される。縁部は、リセスの平坦な底面とリ
セスの傾斜した側方向境界表面との間の移行部のところ
に生成される。挿入すべき構成要素が十分な確度で機械
加工された場合、構成要素は、実際に遊びなしにリセス
Ａ中に挿入することができる。
【００１０】図１ａに示すように、光ファイバＬＷＬ１
およびＬＷＬ２は、支持部材ＴＲ上の光アイソレータの
各側に配置される。光ファイバＬＷＬ１およびＬＷＬ２
は、それらの位置が正確に固定されるようにＶ字形溝Ｖ
１およびＶ２中に挿入される。二つの光ファイバＬＷＬ
１およびＬＷＬ２の各端部の直前に直接配置された二つ
の球面レンズＬ１およびＬ２は、結像要素を形成する。
球面レンズＬ１およびＬ２は、この実施形態ではまた、
点ストップを介して受動的に調整される。レンズは、こ
こではピラミッド形リセスＡ１およびＡ２中に挿入され
る。非球面レジスタや円筒形レンズなど、球面レンズ以
外のレンズも使用できることが当業者なら理解できよ
う。
【００１１】図２に、本発明の光アイソレータの特に有
利な実施形態、すなわち統合された光アイソレータを有
する波長マルチプレクサモジュールを示す。このタイプ
の波長マルチプレクサモジュールは、例えば、光ファイ
バ増幅器システム中で光を光ファイバ中にポンピングす
るために使用される。ポンピング光は、ファイバ中に案
内され、かつデータ伝送を目的とした光の波長と異なる
波長を有する。例えば、ヨーロッパ特許出願第ＥＰ−Ａ
−０７２３１７０号およびヨーロッパ特許出願第ＥＰ−
Ａ−４９２８５０号に記載されているこのタイプの波長
マルチプレクサモジュールは、実際のマルチプレクサ要
素として、第一の波長の光を透過させ、かつ第二の波長
の光を反射する波長フィルタを使用する。
【００１２】図２による本発明の波長マルチプレクサモ
ジュールは、図１ａおよび図１ｂに示される光アイソレ
ータに基づいている。図２の光アイソレータは二つの段
を有する。すなわち、光アイソレータは、順に直接配置
され、かつ上述の形に構成された個々の二つの光アイソ
レータから構成される。第一の光アイソレータは、くさ
び形プレートＫＰ１およびＫＰ２およびファラデー回転
子ＦＲを含んでいる。第二の光アイソレータは、くさび
形プレートＫＰ２１およびＫＰ２２およびファラデー回
転子ＦＲ２を含んでいる。
【００１３】二段光アイソレータの他に、波長フィルタ
ＷＬＦも支持部材ＴＲに支持されて配置される。他の光
学構成要素に対する波長フィルタＷＬＦの位置を画定す
るために、波長フィルタは、スロットのようなリセスＳ
Ｐ中に挿入される。このリセスは、光アイソレータと球
面レンズＬ１との間に配置される。支持部材がシリコン
結晶である場合、リセスＳＰは、例えばのこびきによっ
て作成される。
【００１４】アセンブリの波長フィルタに対向する側に
は、それぞれ第一の光ウェーブガイドＬＷＬ１および第
二の光ウェーブガイドＬＷＬ２が配置される。本発明に
よれば、両方の光ウェーブガイド用の結像要素としてた
だ一つのレンズが必要である。次に、ビーム経路および
このアセンブリの動作について、図３を参照しながら説
明する。第一の波長λ1の光は、第一の光ウェーブガイ
ドＬＷＬ１中に案内される。この光は、第一の光ウェー
ブガイドＬＷＬ１の開口から出て、第一の光ウェーブガ
イドの前に配置されたレンズＬ１によってコリメートさ
れる。このレンズは、球面レンズであることが好まし
い。また、非球面レンズを使用することもできる。コリ
メートされたビームは、次いで波長フィルタＷＬＦ上に
入射する。波長フィルタＷＬＦのレンズに対向する側に
は、実際のフィルタリングを与える多層構造ＷＬＦＳが
配置される。波長λ1の光は多層構造ＷＬＦＳによって
反射される。反射されたビームは、再びレンズＬ１に入
射し、レンズＬ１は、反射されたビームを第二の光ウェ
ーブガイドＬＷＬ２の開口に集束させる。波長λ1と異
なる第二の波長λ2の光は、第二の光ウェーブガイドＬ
ＷＬ２中に案内される。この光は、光ウェーブガイドＬ
ＷＬ２の開口から出て、またレンズＬ１によってコリメ
ートされる。コリメートされたビームは、第二の波長λ
2の光を透過させる波長フィルタＷＬＦに入射する。光
ビームは、次いで調整要素ＪＥに到達し、光アイソレー
タＩＳＯＬの構成要素までさらに伝搬する。ビームは、
レンズＬ２によって第三の光ウェーブガイドＬＷＬ３の
開口に集束される。
【００１５】第二の波長λ2の光が第二の光ウェーブガ
イドＬＷＬ２から出るのではなく、第三の光ウェーブガ
イドＬＷＬ３から出る場合も可能であり、波長マルチプ
レクサモジュールの用途によっては有用である。対応す
るビーム経路を図４に示す。この場合、光アイソレータ
は、反対の方向に伝送するように取り付けなければなら
ない。第二の波長λ2の光は反対の方向に伝搬する。す
なわち、光は、まず光アイソレータＩＳＯＬ中を通過
し、その後波長フィルタＷＬＦ中を通過する。
【００１６】本発明のアセンブリ技法によれば、図３お
よび図４に示される波長マルチプレクサモジュールは、
能動的調整ステップなしに組み立てることができる。し
かしながら、いくつかの材料は、光アイソレータのエラ
ーのない動作に悪影響を及ぼす不可避の製造公差を有す
る。したがって、本発明の他の実施形態では、追加の調
整要素ＪＥがリセスＡ中に備えられる。調整要素ＪＥ
は、光アイソレータの光路中に配置され、少なくとも一
つの方向に動くことができる。調整要素ＪＥの形状は、
調整要素が動いたときにビーム経路が動くように選択し
なければならない。図２、図３および図４に示される実
施形態では、調整要素ＪＥは、くさび形をしており、光
軸の方向に対して平行な方向ならびに直角な方向に動く
ことができる。したがって、光アイソレータは、単一の
調整ステップで調整することができる。個々の構成要素
は、例えば接着剤を使用して、それらの最終的な位置に
永久的に固定することができる。環境に対する保護のた
めに、支持部材および支持部材に支持されて取り付けら
れた構成要素は、適切なハウジング内に閉じ込めること
ができる。
【００１７】上述の波長マルチプレクサモジュールは、
わずか数個の構成要素を有し、したがって低いコスト
で、かつ高い信頼性とともに製造することができる。本
発明の波長マルチプレクサモジュールは、わずか３×７
ｍｍの面積を有するシリコン支持部材上に製造されてお
り、したがって従来の波長マルチプレクサモジュールよ
りもかなり小さい。モジュールは、適切な支持部材を備
え、かつ構成要素を支持部材中に挿入することによって
簡単に組み立てられるので、特にエッチング技術および
マイクロメカニクスの急速な進歩に鑑みれば、これらの
波長マルチプレクサモジュールは、近い将来経済的に大
量生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】請求項１に記載の本発明の光アイソレータの
正面図である。
【図１ｂ】請求項１に記載の本発明の光アイソレータの
側面図である。
【図２】統合された二段光アイソレータを有する請求項
９に記載の本発明の波長マルチプレクサモジュールの正
面図である。
【図３】図２に示される波長マルチプレクサモジュール
のビーム経路を示す図である。
【図４】図２に示される波長マルチプレクサモジュール
のビーム経路を示す図である。ただし、光アイソレータ
は、図３の方向と反対の方向に伝送する。
【符号の説明】
Ａ リセス Ａ１、Ａ２ ピラミッド形リセス ＦＲ、ＦＲ２ ファラデー回転子 ＩＳＯＬ 光アイソレータ ＫＰ１、ＫＰ２ 光複屈折材料 ＫＰ１、ＫＰ２、ＫＰ２１、ＫＰ２２ くさび形プレー
ト Ｌ１、Ｌ２ 球面レンズ ＬＷＬ１ 第一の光ウェーブガイド ＬＷＬ１、ＬＷＬ２ 光ファイバ ＬＷＬ２ 第二の光ウェーブガイド ＬＷＬ３ 第三の光ウェーブガイド ＳＰ リセス ＴＲ 支持部材 Ｖ１、Ｖ２ Ｖ字形グルーブ ＷＬＦ 波長フィルタ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光複屈折材料の二つのくさび形プレート
    （ＫＰ１、ＫＰ２）およびそれらの間に配置されたファ
    ラデー回転子（ＦＲ）を有する光アイソレータであっ
    て、プレートおよびファラデー回転子が、リセスを備え
    た支持部材（ＴＲ）に支持されて配置されること、およ
    びくさび形プレートおよびファラデー回転子が、ストッ
    プを介して受動的に調整されるようにリセス（Ａ）中に
    挿入されることを特徴とする光アイソレータ。
  2. 【請求項２】 ａ）支持部材（ＴＲ）がシリコンから製
    造され、 ｂ）支持部材中のリセス（Ａ）が平坦な底面を有し、 ｃ）リセスがエッチングによって作成され、 ｄ）ストップがまっすぐな縁部の形をしている請求項１
    に記載の光アイソレータ。
  3. 【請求項３】 第一のレンズ（Ｌ１）および第二のレン
    ズ（Ｌ２）を含み、くさび形プレート（ＫＰ１、ＫＰ
    ２）およびファラデー回転子（ＦＲ）が第一のレンズ
    （Ｌ１）と第二のレンズ（Ｌ２）との間に配置される請
    求項１または２に記載の光アイソレータ。
  4. 【請求項４】 光複屈折材料の二つの追加のくさび形プ
    レート（ＫＰ２１、ＫＰ２２）および追加のファラデー
    回転子（ＦＲ２）がリセス（Ａ）中に挿入され、追加の
    くさび形プレートおよびファラデー回転子からなる構成
    要素（ＫＰ２１、ＫＰ２２、ＦＲ２）が第二の光アイソ
    レーション段を形成する請求項１から３のいずれか一項
    に記載の光アイソレータ。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の光アイソレータ、およ
    び第一の波長の光を反射し、かつ第二の波長の光を透過
    させることができる波長フィルタ（ＷＬＦ）を有する波
    長マルチプレクサモジュール。
  6. 【請求項６】 ａ）第一の波長の光が第一の光ウェーブ
    ガイド（ＬＷＬ１）から出て、第一のレンズ（Ｌ１）に
    よってコリメートされ、 ｂ）コリメートされたビームが、コリメートされたビー
    ムを反射する波長フィルタ（ＷＬＦ）に入射し、 ｃ）反射されたビームが、第一のレンズ（Ｌ１）に入射
    し、その後第二の光ウェーブガイド（ＬＷＬ２）中に結
    合され、 ｄ）第二の波長の光が第二の光ウェーブガイド（ＬＷＬ
    ２）から出て、第一のレンズ（Ｌ１）によってコリメー
    トされ、波長フィルタ（ＷＬＦ）および光アイソレータ
    （ＩＳＯＬ）中を通過し、第三の光ウェーブガイド（Ｌ
    ＷＬ３）中に結合されるように第二のレンズ（Ｌ２）に
    よって集束される請求項５に記載の波長マルチプレクサ
    モジュール。
  7. 【請求項７】 ａ）第一の波長の光が第一の光ウェーブ
    ガイド（ＬＷＬ１）から出て、第一のレンズ（Ｌ１）に
    よってコリメートされ、 ｂ）コリメートされたビームが、波長フィルタ（ＷＬ
    Ｆ）に入射し、それによって反射され、 ｃ）反射されたビームが、第一のレンズ（Ｌ１）に入射
    し、その後第二の光ウェーブガイド（ＬＷＬ２）中に結
    合され、 ｄ）第二の波長の光が第三の光ウェーブガイド（ＬＷＬ
    ３）から出て、第二のレンズ（Ｌ２）によってコリメー
    トされ、光アイソレータ（ＩＳＯＬ）および波長フィル
    タ（ＷＬＦ）中を通過し、第二の光ウェーブガイド（Ｌ
    ＷＬ２）中に結合されるように第一のレンズ（Ｌ１）に
    よって集束される請求項５に記載の波長マルチプレクサ
    モジュール。
  8. 【請求項８】 光調整要素（ＪＥ）が動いたときに光調
    整要素（ＪＥ）を横切る光ビームがその方向を変更する
    ように支持部材（ＴＲ）中のリセス（Ａ）中に移動可能
    に配置された光調整要素（ＪＥ）を含む請求項１から７
    のいずれか一項に記載の波長マルチプレクサモジュー
    ル。
  9. 【請求項９】 光調整要素（ＪＥ）がくさび形をしてい
    る請求項８に記載の波長マルチプレクサモジュール。
JP10171884A 1997-06-18 1998-06-18 光アイソレータおよび統合された光アイソレータを有する波長マルチプレクサモジュール Pending JPH1172748A (ja)

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DE19725720.8 1997-06-18
DE19725720A DE19725720A1 (de) 1997-06-18 1997-06-18 Optischer Isolator und Wellenlängenmuliplexer-Modul mit integriertem optischen Isolator

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US (1) US6081635A (ja)
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