JPS63139317A - 光アイソレ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概　　　要 光フアイバ伝送システムの光源となるＬＤモジールに用
いる反射帰還光分離型光アイソレータにおいて、この光
アイソレータを構成する各光学部材への光線の入射面で
反射が起こらないように、各入射面の一部あるいは全部
への光線の入射角がブリュースター角となるように設定
し、このように設定された光学部材へ反射防止膜を形成
することなく、損失の小さな光アイソレータを提供する
。

Ｌｌよ立置ユ±１ 本発明は長距離大容量光ファイバ伝送システムの光源と
して用いるＬ［１モジユールの光学系に関し、特に、複
屈折性偏光プリズムを用いて構成される帰還光分離型の
光アイツレ〜りに関する。

近年、通信の長距離大容量化に伴い、本質的に広帯域な
シングルモード光ファイバ（以下Ｓ　Ｍ　Ｆということ
がある）を伝送路とする光通信システムが実用段階にあ
る。このシステムにおいては、ＬＤモジュールに備えら
れたＬＤ（レーザダイオード）を時系列の電気信号で駆
動して時系列の光パルスを形成し、これをＳＭＦ内に導
くようにしている。ＬＤモジュールの光学的結合構造と
しては、例えば第４図に示すように、ＬＤｌｏからの出
射光を、共焦点位置に配置される２個のレンズ１２．１
４を介してＳＭＦ１６に集光するようにしたものが通常
良く用いられている。

一方、光ファイバの波長分散に起因する伝送距離・伝送
容量の制限を排除するために、ＬＤの単一波長動作に大
きな期待が・寄せられており、Ｌｌ）の構成及系である
反射鏡部に波長選択機能を付加させたＤＦＢ−ＬＤ　（
分布帰還形ＬＤ）等が開発途上にある。しかし、このよ
うなりＦＢ−ＬＤを用いて第４図に示したようなＬＤモ
ジュールを構成した場合には、ＤＦＢ−ＬＤから出射さ
れ、接続されるＳＭＦの端面あるいは他の光学系装置で
反射して戻ってくる同一波長の反射帰還光により、Ｄ　
Ｆ　Ｂ　−Ｌ　Ｄの動作が不安定となり、ノイズが増大
するという不都合があり、光信号を一方向にだけ通過さ
せることのできる光アイソレータが必要となる。

旭ｊＪυΣ皿 −Ｌ達した目的で使用される光アイソレータは、シスデ
ム構成作業の簡便さからＬＤモジュ二シル内組込まれる
ことが望ましく、このような場合には、ＬＤモジュール
の各部材の配置条件の制限等から、第５図に示すように
、レンズ１２．１４間に光アイソレータ１８を介挿する
のが一般的である。

第６図は小型化に適した光アイソレータ１８の概略構成
及び作用を説明するためのものである。

同図中２０は紙面に垂直な方向に結晶軸（主軸に一致す
るもの、以下同じ）２０ａを有する複屈折性の車軸結晶
からなる第１偏光プリズム、２２は前記結晶軸２０ａに
対して順方向からみて時計回りに４５°傾いた結晶軸２
２ａを有する同じく複屈折性の車軸結晶からなる第２偏
光プリズム、２４はこれらの偏光プリズム２０．２２間
に介挿され一様磁場１」を印加されて透過光を４５°旋
光するファラデー回転子をそれぞれ示しでいる。

いま、偏光プリズム２０．２２が同一材料から形成され
ているとして、この常光線に対する屈折率をｎ　１異常
光線に対する屈折率をｎ。とすると、発光源からの光の
うち第１偏光プリズム２０に対する常光線成分、即ち結
晶軸２０ａに垂直な偏光成分は、第１偏光プリズム２０
において屈折率ｎ　で屈折した後に、ファラデー回転子
２４において進行方向（図中左から右方向）に対して時
計方向に４５°回転し、更′に、結晶軸２０ａに対して
４５°傾いた結晶軸２２ａを有する第２偏光プリズム２
２において第２偏光プリズム２２に対する常光線として
屈折率ｎ。で屈折して出射される。また、発光源からの
光のうち第１偏光プリズム２０に対する異常光線成分、
即ち結晶軸２０ａに平行な偏光成分は、第１偏光プリズ
ム２０において屈折率ｎ。で屈折した後に、ファラデー
回転子２４において同じく４５°回転し、更に、第２偏
光プリズム２２において第２偏光プリズム２２に対する
異常光線として屈折率ｎ８で屈折して出射される。そし
て第２偏光プリズム２２から出射されな光は、適当なレ
ンズによって集光されて光ファイバに導かれる。尚、Ｄ
ＦＢ−ＬＤを発光源とするＬＤモジュールにこの光アイ
ソレータ１８を適用する場合には、実用−上直線偏光を
発す、るＤＦＢ−ＬＤの偏光面（電場ベクトルを含む面
）を、第１偏光プリズム２０の常光線成分方向に一致さ
せて、ＤＦＢ−ＬＤからの光が単一光路で光ファイバに
導かれるようにして、結合効率を高めるようにしている
。

一方、光ファイバの端面等で反射して戻ってきた反射帰
還光のうち第２偏光プリズム２２に対する常光線成分、
即ち結晶軸２２ａに垂直な偏光成分は、第２偏光プリズ
ム２２において屈折率ｎ。

で屈折した後に、ファラデー回転子２４において進行方
向（図中布から左方向）に対して反時計方向に４５°回
転し、第１偏光プリズム２０において今度は第１偏光プ
リズム２０に対する異常光線として屈折率ｎ８で屈折し
て出射される。また、反射帰還光のうち第２偏光プリズ
ム２２に対する異常光線成分、即ち結晶軸２２ａに平行
な偏光成分は、第２偏光プリズム２２において屈折率ｎ
。

で屈折した後に、ファラデー回転子２４において同じく
反時計方向に４５°回転し、第１偏光プリズム２０にお
いて第１偏光プリズム２０に対する常光線として屈折率
ｎ。で屈折して出射される。

このように、発光源から光ファイバに至る順方向の光が
各偏光プリズム２０，２２で受ける屈折（ｎ　とｎ　の
組合わせまたはｎ　とｎ８の組合０　　　　０　　　　
　　　　　　　　　　　　　　ｅわせ）と、光ファイバ
の端面等で反射して戻ってきた反射帰還光が偏光プリズ
ム２２．２０で受ける屈折（ｎ　とｎ８の組合わせ）と
が異なるので、発光源からの光を光ファイバに導くよう
な光学的結合構造に設計されている場合には、反射帰還
光は第１偏光プリズム２０から２つの偏光成分に分離し
て出射され、発光源に戻ることはない。

発明が解決しようとする問題点 上述した構成の光アイソレータにあっては、各偏光プリ
ズム２０．２２及びファラデー回転子２４の入・出射面
における光の反射が無視できず、順方向の光の減衰が増
大したり発光源に対して反射帰還光が発生したりすると
いう問題があった。

この問題に対処する一つの方策としては、第７図に示す
ように、各光学部材２０．２２．２．４の入・出射面に
反射防止膜２０ｂ、２０ｃ、２２ｂ。

２２ｃ、２４ｂ、２４ｃを形成しておくことが挙げられ
る。こうすることにより、各反射防止膜の光源に近い側
の面での反射光と光源から遠い側の面での反射光とが相
殺して各光学部材２０．２２゜２４の入・出射面での反
射が防止される。これらの反射膜は、使用する光の波長
及び各光学部材２０．２２．２４の屈折率に応じて、屈
折率及び厚さを設定される。

しかし、例えばルチル（偏光プリズム）及びＹＩＧ（フ
ァラデー回転子）等の比較的高い屈折率を有する結晶か
らなる前記各光学部材への反射防止膜の形成は、通常の
石英ガラスへの場合と比較して、形成被膜材質の選定及
び被膜形成作業等の面で技術的に難しく、かつコストも
割高になるという問題を有している。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、光
アイソレータを構成する各光学部材への光の入射角が所
定の条件を満たすようにして、この部分への反射防止膜
の形成を不要にすることを目的としている。

問題点を解決するための手段 第１図は、本発明の基本原理図である。

いま屈折率ｎ　の媒質１から屈折率ｎ２の媒質２に光が
入射している場合を考え、入射角をθ１、屈折角を０２
とすると、スネルの法則により、ｎ　　　ｓｉｎθ１＝
＝ｎ２ｓｉｎθ２（１）の関係が成立する。また、Ｐ波
（紙面に平行な偏光）の反射率をＲ，とし、Ｓ波（紙面
に垂直な偏光）の反射率をＲ８とすると、フレネルの法
則により、 ／ｊａｎ（θ　十〇　）（２） Ｒ３＝　５ｉｎ２（θ１’２） ・２ ／５ｉｎ（θ　十〇　）（３） が得られる。

ここで、　０１＋０２−π／　２　　　　　　（４）と
なる場合（第１図に示す状態）を考えると、（２）式か
ら　Ｒ，＝Ｏとなり、入射光のＰ、波成分は全く反射し
ない−ことになる。このとき、（１）式から　　ｔａｎ
θ　−ｎ２／ｎ１となり、θ　−ｔａｎ　　（ｎ２　／
　ｎｌ　）　　（５）が得られる。（５）式の関係を満
たす角度をブリュースター角という。

この事実に着目して、本発明は、発光素子からの光が入
射する複屈折性の第１偏光プリズムと、入射した光を４
５°旋光するファラデー回転子と、前記第１偏光プリズ
ムと結晶軸を互いに４５°傾けた複屈折性の第２偏光プ
リズムとを光軸上に順次配置してなる光アイソレータに
おいて、第１偏光プリズム、ファラデー回転子、及び第
２偏光プリズムの各入射面のうちの一部または全部の入
射面への光線の入射角がブリュースター角となるように
したことを特徴とする光アイソレータを提供する。

作　　　用 本発明によれば、入射角をブリュースター角に設定した
第１プリズム、ファラデー回転子、あるいは第２プリズ
ムにおけるＰ波の反射が全くなくなるので、この部分に
反射防止膜を形成することなしに、十分実用的な光損失
及び反射特性を有する光アイソレータを提供することが
可能となる。

尚、Ｄ　Ｆ　Ｂ　−１，Ｄのように直線偏光を発する光
源を用いる場合には、前述したように、この偏光がＰ波
となるように配置されるので、第１プリズムへの入射角
をブリュースター角とすることにより、入射光は第１プ
リズムで全く反射されることなく光アイソレータ内に導
かれる。

実　　施　　例 以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第２図において、１は第１偏光プリズム、２はファラデ
ー回転子であり、それぞれ従来例に準じて光軸に対して
配置されている。従って、第１偏光プリズム１は紙面に
垂直な結晶軸１ａを有し、光源となる図示しないＤＦ１
３−ＬＤの偏光面は、紙面と平行になるように設定され
ていることになる。ここで、第１偏光プリズム１の頂角
、つまり第１偏光プリズム１の第１而１ｂと第２面１Ｃ
とがなす角をＡ、前記光源からの偏光光（Ｐ波）の第１
而１ｂへの入射角及び屈折角をそれぞれα及びβ、第２
面１Ｃへの入射角及び屈折角をそれぞれγ及びθ、ファ
ラデー回転子２の第１面２ａへの入射角及び屈折角をそ
れぞれφ及びωとし、第１偏光プリズム１の第１而１ｂ
に入射された光が進行してきたｔＩＪＡ質の屈折率をｎ
　１第１偏光プリズム１の屈折率をｎ　１第１偏光プリ
ズム１と７？ラブ−回転子２間に介挿される媒質の屈折
率を０５、ファラデー回転子２の屈折率を０６とする。

また、ファラデー回転子２の底面２ｂを第１偏光プリズ
ム１の第２而１Ｃに対して垂直としたときに、ファラデ
ー回転子２の第１而２ａと該底面２ｂとがなす角をＢと
する。

第１偏光プリズム１の第１面１ｂ並びに第２面１Ｃ及び
ファラデー回転子２の第１而２ａにスネルの法則を適用
すると、 ｎ　　　ｓｉｎα＝ｎ４ｓｉｎβ　　　　　　　（６）
ｎ　　　Ｓ！ｎ７　＝　ｎ　５　　Ｓｌｎθ　　　　　
　　（１）ｎｓ　ｓｉｎφ＝ｎ６ｓｉｎω（８） となる。

また、各入射角がブリュースター角となることから、 α十β−π／　２　　　　　　　　　　　（９１γ＋θ
＝π／２　　　　　　　　　　　（１０）φ＋ω＝π／
　２　　　　　　　　　　　（１１）更に、幾何学」−
明らかなように、 八−β＋γ　　　　　　　　　　　　（１２）Ｂ−π／
２＋θ−φ　　　　　　　　（１３）である。

（６）　、　（９１式から、 α＝　　ｔａｎ　　（ｎ４／ｎ３）　　　　　　　（１
４）β−π／２−　　ｊａｎ　　（ｎ４／ｎ３　）　　
（１５）（７１、（１０）式から、 ＝１ γ−ｔａｎ　　（ｎｓ　／　ｎ４）　　　　　　（１６
）、β−π／２−　　ｊａｎ　　（ｎ５／ｎ４）　　（
１７）（８）　、　（１１）式から、 ω＝π／２−ｔａｎ　　（ｎ６／ｎ５）　　　（１９）
ここで、第１偏光プリズム１としてルチル、ファラデー
回転子２としてＹＩＧを用い、これらを空気中に配置し
たとすると、 ｎ　　−−ｎ　　＝　１　、　　　ｎ　４＝　２　、４
６３　。

ｎ６＝２．２ となり、これらの数値を（１２）〜（１９）式に代入す
ると、 α−〇＝６７．９゜ β＝γ＝２２．１’ φ−６５．６゜ ω＝２４．４゜ Ａ＝４４．２゜ Ｂ＝９２．３゜ を得る。

第３図は、前述の如く求めた条件にもとづいて構成され
る光アイソレータを示したちのであり、第１偏光プリズ
ム１の第１面１ｂ並びに第２面１Ｃ及びファラデー回転
子２の第１面２ａへの各入射角はブリュースター角とな
っているので、紙面に平行な偏光成分からなる入射光は
、当該各面で全く反射することがない。このため、ファ
ラデー回転子２の第２面２Ｃ及び第２偏光プリズム３の
第１面３ｂ並びに第２面３Ｃにだけ反射防止膜２ｃ’　
、３ｂ’　、３ｃ’　を形成すればたることになる。こ
のように反射防止膜の形成部位が半減するので、反射防
止膜による光の透過損失も減少する。

尚、第１偏光プリズム１の結晶軸１ａ及び第２偏光プリ
ズム３の結晶軸３ａの基本的な配置条件等は従来品に準
じているのでその説明は省略する。

本実施例では、第１偏光プリズム１の第１面１ｂ並びに
第２面１Ｃ及びファラデー回転子２の第１面２ａに対す
る入射角がブリュースター角となるような条件を明示し
たが、この原理を３次元的に拡張して、ファラデー回転
子２の第２面２Ｃ及び第２偏光プリズム３の第１面３ｂ
並びに第２面３Ｃにも容易に適用できることは明白であ
る。

几」Ｊと１里 以上詳述したように、本発明によれば、各光学部材に反
射防止膜を形成することなしに、光、アイソレータを構
成することができ、各光学部材の光の通過する全ての面
に反射防止膜を形成していた従来品と比較して、反射率
及び透過率ともに優れた特性を有する小形な光アイソレ
ータを提供することが可能になるという効果を奏する。

また、反射防止膜を省くことにより、低コスト化が可能
になるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理説明図、 第２図は、本発明の適用される光アイソレータの部分構
成図、 第３図は、同アイソレータの全体構成図、第４図は、従
来のＬＤモジュールの光学的構成の一例を示す図、 第５図は、従来の改良されたＥ、Ｄモジュールの光学的
構成の一例を示す図、 第６図は、従来の光アイソレータの基本構成及び動作を
説明するための図、 第７図は、従来の改良された光アイソレータの構成図で
ある。 １．２０・・・第１偏光プリズム、 ２．２４・・・ファラデー回転子、 ３．２２・・・第２偏光プリズム。 本尤明の厚埋Ｊ危明凹 第１図 １０：ＬＤ ＋２．＋４：　　レンス０ １６：　ＳＭＦ イ足來のＬＤモジβ−ルめ例を示す口 第４図 ０のど又良され々ＬＤモジβ−ルのをＵを示す口笛５図 ０ａ 世 ２０：瀦１イ扁尤ブリス゛八 従来の尤アイゾＬ−夕の旧１久・動作杏危明図第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光素子からの光が入射する複屈折性の第１偏光プリズ
   ム（１）と、入射した光を４５°旋光するファラデー回
   転子（２）と、前記第１偏光プリズム（１）と結晶軸を
   互いに４５°傾けた複屈折性の第２偏光プリズム（３）
   とを光軸上に順次配置してなる光アイソレータにおいて
   、 第１偏光プリズム（１）、ファラデー回転子（２）、及
   び第２偏光プリズム（３）の各入射面のうちの一部また
   は全部の入射面への光線の入射角がブリュースター角と
   なるようにしたことを特徴とする光アイソレータ。