JPS589B2 - 光アイソレ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に光アイソレータに関し、特にファラデー
効果を利用した光アイソレータの波長特性および温度特
性の改良に関する。

アイソレータは一般に通信機において反射波を吸収して
伝送方向を単一化する為に用いられており、光フアイバ
ー伝送方式においても光アイソレータは、光源の安定化
、ファイバーの接続点及び入出力端などから反射された
後進波の除去など、伝送品質の保持に必要なものである
。

従来提案されてきた光アイソレータは、第１図に示す如
く、ファラデー効果を有す磁気光学材料１と１対の偏光
子２，３と、磁気光学材料１に磁界を印加するための磁
石４から構成されている。

たとえば波長１．１５μ用の光アイソレータを構成する
場合に、磁気光学材料１として強磁性体であるイツトリ
ウム鉄ガーネット（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２−ＹＩＧと略記）
、偏光子としてグラン・トムソンプリズムを用いる。

アイソレーション特性が最良になるのは、ＹＩＧのファ
ラデー効果による偏光面の回転角（旋光能）が４５°で
、偏光子２と偏光子３のなす角度が４５°の場合である
。

ところが一般にファラデー効果（常磁性体のベルデ定数
、強磁性体のファラデー旋光能）は波長依存性、温度依
存性が有り、波長又は温度の変化により旋光能が４５°
からずれ、アイソレーション特性の劣化を招く。

たとえば第２図はＹＩＧを用いて従来提案されてきた構
成法により作製した光アイソレータの波長特性を示した
もので曲線ａは逆方向損失、曲線すは順方向損失を示す
。

図から明らかなごとく逆損失の波長依存性が大きく、広
帯域でアイソレーションを達成するためにはアイソレー
タを直列に多段挿入しなければならず、順損失が増大す
る。

さらに従来の光アイソレータは温度変化にも特性が大き
く変化するといった欠点があった。

従って本発明は従来の光アイソレータの上記欠点を改善
するもので、その目的は波長特性及び温度特性を改善し
た光アイソレータを提供することにある。

本発明による光アイソレータの特徴は、磁気光学材料と
光学活性材料の両端に直交する１対の偏光子を組合せた
構造にあり、以下図面により詳細に説明する。

第３図は本発明による光アイソレータの構造例で、参照
番号１はファラデー効果を有する磁気光学材料、２と３
は互いに直交位に置かれた偏光子、４は磁気光学材料１
に外部磁界を印加するための磁石、５は自然旋光性を有
する光学活性材料である。

磁気光学材料としては、外部磁界によってファラデー効
果が誘起される常磁性体、又は自発磁化によってファラ
デー効果が誘起される強磁性体及びフェリ磁性体が可能
であるが、後者は可視領Ｚ域での吸収が大きいので再校
領域では使用出来ない。

一方光学活性材料としては無機又は有機物の結晶（例え
ば水晶、酸化テルル、ブドウ糖など）、又は液体及び有
機物の水溶液などが可能である。

ファラデー効果も自然旋光性も光の偏光面を回転する（
旋光能−ｏｐｔｉｃａｌ ｒｏｔａｒｙ ｐｏｗｅｒ）
という効果では同じであるが、ファラデー効果は光の伝
播方向によって旋光能の符号が反転するのに対し、自然
旋光能では旋光能の符号は光の伝播方向によらず不変で
ある。

第３図において、磁気光学材料１及び光学活性材料５の
光軸にそった厚さは偏光面が４５°だけ回転する厚さと
する。

従って矢印ａの方向に伝播する光は、磁気光学材料１で
４５°、光学活性材料５で４５°の回転をし、結局偏光
面は９０°回転するのに対し、反対に矢印すの方向に伝
播する光は光学活性材料５で４５°、磁気光学材料１で
一４５°の回転をするので、結局偏光面の回転は０であ
る。

ここで偏光子３と４は直交しているので、光はａの方向
には伝播するが、ｂの方向へは伝播しないこととなる。

次に第４図と第５図により第３図の光アイソレータの特
性を説明する。

ここで磁気光学材料としてはＹＩＧの（１１１）板、光
学活性材料として水晶（Ｓ １０２ ）のＣ板を用いる
。

これらの材料は共に例えば１．１５μｍの光に対して偏
光面が４５゜回転するように厚さを調整しておく。

第４図は旋光能の波長依存性を示すグラフで、横軸は波
長（μｍ）、たて軸は旋光能（度）を示す。

曲線ａのＹＩＧ、及び曲線すの水晶も、波長の増加と共
に旋光能が低下することがわかる。

従来の光アイソレータでは、ＹＩＧの波長による旋光量
の変化が直接、逆損失の劣化に影響するのに対し、本発
明による光アイソレータでは光学活性材料の導入により
、逆損失の劣化に影響するのはＹＩＧと水晶の旋光能の
変化量の差にすぎない。

第５図は本発明による光アイソレータの波長依存性を示
すグラフで、横軸は波長、たて軸は損失、曲線ａは逆方
向損失、曲線すは順方向損失を示す。

第５図を第２図と比較することにより本発明による光ア
イソレータの動作領域が広がっていることは明らかであ
る。

温度特性に関しても同様で、例えば１．１５３μｍの波
長に対し、ＹＩＧと酸化テルル（ＴｅＯ２）の組合せに
よる光アイソレータにより温度特性が改善されることが
確認された。

以下温度特性について詳説する。

自然旋光能の温度係数は物質により大きく異なり、例え
ば水晶が＋０．６ｍ１ｎ／ｃｍ・℃であるのに対し酸化
テルルでは−２，４ｍ１ｎ／ｃｍ・℃である。

一方、ＹＩＧによるファラデー旋光能の温度係数は−７
，８ｍ１ｎ／ｃｍ・℃である。

これから、４５°の旋光子にした場合のこれら各物質の
４５°からの変化量Δθの温度係数は次のとおりである
。

ＹＩＧ；−１，４４ｍ１ｎ／℃ 水晶 ；０，５４ｍ１ｎ／℃ 酸化テルル； −０，６５ｍ１ｎ／℃ 酸化テルルはＹＩＧと温度係数が近いので逆方向損失の
劣化が大幅に改善されるのに対し、水晶とＹＩＧの組合
せでは両者の温度係数が逆符号であるので逆方向損失が
劣化する。

各物質における逆方向損失と順方向損失の温度係数を第
６図に示す。

ここで曲線ａとｄはＹＩＧ（４５°）とＴｅ０２（４５
°）の組合せ、曲線すとｅはＹＩＧ（４５°）のみ、曲
線ｃとｆはＹＩＧ（４５°）と水晶（４５°）の場合を
示す。

第６図からＹＩＧとＴｅＯ２の組合せにおいて特に逆方
向損失特性（曲線ａ）が優れていることがわかる。

なお偏光面の回転を４５°とすることの理由として（ａ
）一般に偏光子２，３は長方形であるので偏光子の位置
関係が０°又は９０°にある方が組立の容易さ及び安定
性に優れていること、及び（ｂ）通常のレーザ出射光の
偏光面は水平方向又は鉛直方向であるので、アイソレー
タ通過後の偏光面も水平又は鉛直であるのが望ましい、
の２点を挙げることができる。

以上説明したように、本発明による、直交位の位置にお
かれた１対の偏光子の間に磁気光学材料と、光学活性材
料を組合せ、光アイソレータを構成することによって、
波長特性、温度特性の向上が計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光アイソレータの構造例、第２図は従来
の光アイソレータの特性を表わすグラフ、第３図は本発
明による光アイソレータの構造例、第４図と第５図は本
発明による光アイソレータの特性をあられすグラフであ
る。 第６図は各物質によるアイソレータの温度特性を示すグ
ラフである。 １；磁気光学材料、２，３；偏光子、４；磁石、５；光
学活性材料。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光軸にそって配置される１対の直交する偏光子と、
   該偏光子の間に配置されるファラデー効果により偏光面
   を４５°回転させる磁気光学材および自然旋光性により
   偏光面を４５°回転させる光学活性材とを有し、前記磁
   気光学材がＹＩＧで前記光学活性材が酸化テルルである
   ことを特徴とする光アイソレータ。