JPS63182617A - 光学装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、単一モードファイバへのレーザー放射線の無
反作用の入射結合のために、半導体レーザーから発散放
射された偏光されたレーザー放射線を発散性の少ない放
射線または発散性でない放射線、特に収束性放射線に変
換するための無反作用の光学装置に関する。

〔従来の技術〕

上記の種類の装置は文献「アイ・イー・イー・イー・ジ
ャーナル・オン・ライトウニイブ・テクノロジー（ＩＥ
ＥＥ　　Ｊ、ｏｆ　　Ｕ°ｉｇｉ’＋ｔｗａｖｅ　　Ｔ
ｅｃｈｎ、）、第ＬＴ−１巻、第１号、第１２１〜１３
０頁、１９８３年３月から公知である。この装置では第
一のレンズはイツトリウム−鉄−ガーネット（英語でＹ
ＩＧ）から成る球レンズから成っている。この装置のフ
ァラデー旋光器はこの第一の球レンズとこのレンズを包
囲する環状磁石とから成っている。第二のレンズはレー
ザー放射線の伝播方向に対して垂直に配置されている端
面を有する勾配屈折率レンズから成っている。

偏光器はレーザー放射線の伝播方向に第二のレンズの後
ろにこの放射線の収束範囲のなかに配置されており、そ
れによりこの放射線はたとえば単一モードファイバのな
かに入射結合可能である。

この公知の装置は、ファラデー旋光器が球状の第一のレ
ンズと勾配レンズまたは球レンズの形態の第二のレンズ
との間に配置されておりまた環状磁石の内部にレーザー
放射線の伝播方向に対して斜めに配置されているＹＩＧ
から成っている他の公知の無反作用の装置（前記文献（
ＩＥＥＥ　　Ｊ。

ｏｆ　　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　　Ｔｅｃｈｎ、）第ＬＴ
−４巻、第２号、１９８６年２月；文献「コンフェレン
ス・オン・オプチカル・ファイバー・コミュニケーショ
ン（Ｃｏｎｆ、ｏｎ　　Ｏｐｔ、Ｆ１ｂｅｒ　　　Ｃｏ
ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＯＦＣ））Ｊ　　’８５、サ
ンジエゴ、ＣＡ、ｐａｐ　　ＰＤＩ３−１．１９８５お
よび同文献（Ｃｏｎｆ、ｏｎＯｐｔ、Ｆｉｂｅｒ　　　
Ｃｏｍｒｎｕｎｉｃａｔｉ。

ｎ　（ＯＦＣ））’　８６、アトランタ、ＭＢ２．１９
８６参照）とくらべて、要素が＃減されるという利点を
有する。

このような無反作用の装置は、半導体レーザーがますま
す重要性を増している光通信技術に必要である。その優
れた変調特性に基づいて、ギガビット範囲までの伝送速
度が可能である。この高性能の伝送システムは半導体レ
ーザーの作動特性の安定性に高度の要求を課する。

半導体レーザーの方向に逆放射する放射線、たとえば装
置内またはその外部に反射されるレーザー放射線は、も
し予め閉塞されずにレーザー内へ逆結合されるならば、
レーザーの作動特性を乱す。

特にこのような逆放射する放射線はレーザーのスペクト
ル、線幅および固有ノイズの変動に通ずる（文献「アイ
・イー・イー・イー・ジャーナル・オン・クワンタム・
エレクトロニクス（ＩＥＥＥＪ、　Ｑｕａｎｔｕｍ　　
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、　）Ｊ第ＱＥ−１６巻、第３４７〜
３５５頁、１９８０　；同文献（ＩＥＥＥ　　Ｊ、Ｑｕ
ａｎｔｕｍ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、）第ＱＥ−１８巻、
第５４３〜５５５頁、１９８２および文献［アプライド
・フィツクス・レターズ（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔ
ｔ。

）」第４４５巻、第６号、第５９７〜５９９頁、１９８
４参照）。

上記の無反作用装置により、半導体レーザーの方向に逆
放射する放射線の反作用はかなり抑制され得る。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、冒頭に記載した種類の装置であって、
他の公知の装置よりも少数の要素を有し、冒頭に記載し
た種類の装置に比較して一層高い入射結合効率および一
層高い阻止減衰が達成され得る装置を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲第１項に
記載の装置により達成される。

〔作用効果〕

本発明は、冒頭に記載した種類の公知の装置では、ＹＩ
Ｇから成る第一の球レンズの寸法が高い入射結合効率に
とって望ましくないという認識に基づいている。球の強
い湾曲により相異なる光路長さがＹＩＧまたは他のフェ
ライトのなかに生じ、このことが阻止減衰の悪化に通ず
る。阻止減衰は、逆放射する放射線がどの程度に光アイ
ソレータにより阻止されるかを示す。本発明による装置
では、それに対して、第一のレンズの半径および屈折率
は、できるかぎり高い入射結合効率が半導体レーザーの
ほうに向けられている球面のわずかな反作用において達
成されるように選定され得る。このことは、冒頭に記載
した種類の公知の装置では、ＹＩＧから成る球レンズに
対して可能でない。

冒頭に記載した種類の公知の装置では、半導体レーザー
は環状磁石の内部に高精度で第一のレンズの前に位置決
めされなければならない。このことは本発明による装置
では必要でない。この装置の組立はそれにより著しく容
易にされる。

〔実施態様〕

特許請求の範囲第２項により、第二のレンズが、湾曲側
を半導体レーザーのほうに向けられている平凸レンズか
ら成ることは有利である。この実施例では、第二のレン
ズの焦点距離、従ってまた両レンズの焦点距離比が平凸
レンズの曲率半径を介して設定され得る。平凸レンズの
焦点距離と無関係に、その厚みが、このレンズのなかで
４５°のファラデー旋光が生ずるように選定され得る。

平凸レンズはレーザービームの結像とならんで同時にフ
ァラデー旋光器の機能をも受は持つ。それによって、Ｙ
ＩＧ円板を有する他の公知の装置にくらべて、入射結合
効率に犠牲をしいることなしに、要素が節減される。

平凸レンズの反作用はこのレンズの湾曲のためにＹＴＧ
円板における反作用よりも著しく小さい。

従って、平凸レンズの斜め設定およびそれに結び付く費
用が省略され得る。

相異なる光路長さによる阻止減衰の悪化は平凸レンズで
は、冒頭に記載した種類の公知の装置におけるＹＩＧか
ら成る球レンズと異なり、はとんど生じない。なぜなら
ば、平凸レンズは一方の側で少し湾曲しているだけであ
るからである。こうして本発明による無反作用装置によ
り、ＹＩＧ円板による場合と同じく高い阻止減衰が得ら
れる。

平凸レンズの製造は簡単である。なぜならば、フェライ
トの一方の側にしか湾曲加工を行う必要がないからであ
る。平凸レンズの形状から環状磁石への組込みの際の取
扱も容易である。

特許請求の範囲第３項により、偏光器がレーザー放射線
の伝播方向にファラデー旋光器の後ろに光路の発散範囲
のなかに配置されていることは有利である。第二のレン
ズが平凸レンズであれば、この場合、偏光器は平凸レン
ズの平らな側でこのレンズに容易に取付けられ得る。そ
れによって特にコンパクトな装置が得られる。

第一のレンズが２よりも小さい屈折率を有する材料から
成り、また特に特許請求の範囲第４項により球レンズの
形態に構成されていることは有利である。

第一のレンズが２に等しい屈折率またはそれよりも大き
い屈折率を有する材料、たとえばＹＩＧまたはＳｔから
成り、また特に特許請求の範囲第５項により平凸レンズ
の形態に構成されていることは有利であり、またその際
に平凸レンズとして構成されている第一のレンズの平ら
な側が半導体レーザーのほうに向けられていることは目
的にかなっている（特許請求の範囲第６項）。

特許請求の範囲第７項により、両レンズがテレシステム
を形成することは有利である。このようなテレシステム
では結像尺度は両レンズの焦点距離の比にのみ関係する
。従って、レンズ系の設計は特に簡単である。前記の公
知の装置ではレンズは近似的にのみテレシステムを特徴
する特許請求の範囲第８項により、別の偏光器が使用さ
れるならば、本発明による装置により達成可詣な高い阻
止減衰はなお一層高められ得る。このような偏光器は、
レーザー放射線に対して垂直に偏光されており逆放射す
る予め閉塞されていない放射線に敏感である半導体レー
ザーにおいて必要であり得る。これはたとえばＤＦＢ及
びＤＳＭレーザーの場合である。

この別の偏光器が第一のレンズとファラデー旋光器との
間に配置されていることは取付スペースの観点から目的
にかなっている（特許請求の範囲第９項）。

特許請求の範囲第１０項により、前記別の偏光器がレー
ザー放射線の伝播方向に対して斜めの角度で配置されて
いる誘電体多重層の形態の干渉−偏光器から成っている
ことは有利である。入射角度がブルースター角に等しく
選定されれば、干渉−偏光器は放射されたレーザー放射
線に対して損失なしに光路に挿入され得る。この偏光器
はレーザーに反作用を惹起しない。理想的な関係のもと
に、放射されたレーザー放射線に対して偏光器の反射率
は零である。これがたとえば偏光器の調節または製造誤
差に基づいて零からずれていても、放射されたレーザー
放射は偏光器からレーザーの方向に逆反射されない。こ
れらの理由から干渉−偏光器は一般に光学的アイソレー
タを有する無反作用の光学装置に特に適している。

半導体レーザーおよび第一のレンズが気密に封じられた
ケースのなかに配置されていることは目的にかなってい
る。特許請求の範囲第１１項により、前記別の偏光器が
ケースのなかの窓を形成することは目的にかなっている
。前記別の偏光器によるレーザー放射線の光路の側方ず
れはごくわずかであり、擾乱作用をしない。

レーザー放射線の伝播方向にファラデー旋光器の後ろに
配置されている偏光器は公知の技術による場合のように
カルライツト（Ｃａｌｚｉｔ）板片であってよい。しか
し、特許請求の範囲第１２項により、この偏光器が同じ
く干渉−偏光器であり、また特許請求の範囲第１３項に
より、レーザー放射線に対して透過性の材料力ぐら成る
ブロック、たとえばさいころ状ブロックのなかに埋め込
まれており、このブロックが直接にファイバと結合され
ていることは有利である。

半導体レーザーへの一方の偏光器の反作用は非常にわず
かである。なぜならば、この偏光器はレーザー放射線の
伝播方向にファラデー旋光器の後ろに、また多くの用途
では光路の発散範囲に配置されているからである。

干渉−偏光器は自動化されたプロセスで大量に一定の品
質を有するものとして製造され得る。反射防止が行われ
る必要はない。それによって干渉−偏光器はその特性お
よび製造費用の点で複屈折結晶材料から成る偏光器にま
さっている。

〔実施例〕

以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。

第１図による装置では光軸２０上に特定の方向に相前後
して半導体レーザー１、たとえばレーザーダイオードと
、第一のレンズ３、たとえばガラスから成る球レンズと
、光学的アイソレータ５と、単一モードファイバ８とが
配置されている。

半導体レーザー１は第一のレンズ３に対して相対的に、
レーザー放射線から出るレーザーのスポット１１が対物
側の黒子面内で光軸２０上に位置するように配置されて
いる。スポット１１から光軸２０に対して平行な特定の
方向１２（伝播方向）に発散性に放射されたレーザー放
射線はそれにより第一のレンズ３から伝播方向１２に伝
播する平行光束に変換され、この平行光束が光学的アイ
ソレータ５に当たる。レーザー放射線の光路は第１図お
よび第２図中に示されている。

光学的アイソレータ５は、環状磁石６１により包囲され
ているフェライト、たとえばＹＩＣから成る平凸レンズ
４の形態のファラデー旋光器６と、伝播方向１２に平凸
レンズ４の後ろに配置されている偏光器７とから成って
いる。

平凸レンズ４は、その凸側４０が半導体レーザー１また
は第一のレンズ３のほうに向けられているように、また
その対物側の黒子面が第一のレンズ３の像側の黒子面３
４と合致するように配置されている。それにより両レン
ズ３および４は、平凸レンズ４の像側の黒子面４１に結
像する共焦点システムまたはテレシステムを形成する。

スポット１１の像の位置に単一モードファイバ８の一端
が配置されており、そのなかへレーザー放射線が入射結
合される。

光軸２０に対して斜めの角度で配置されておりブロック
７１のなかに埋め込まれている誘電体多重層から成る干
渉−偏光器７が平凸レンズ４とファイバ８との間、従っ
てまた必然的にレーザー放射線の光路２の発散性範囲２
１に配置されている。

偏光器７は平凸レンズ４に平らな側で取り付けられかつ
（または）直接にファイバ８と結合されていてよい。

平凸レンズ４の厚みＤは、４５６のファラデー回転が生
ずるように選定されている。この厚みＤは平凸レンズ４
の焦点距離ｆ２に無関係に選定され得る。

ファイバ８へのレーザー放射線の入射結合効率を最大に
するためには、スポット１１のスポット半径は、ファイ
バ８のスポット半径に一致するスポット半径に変換され
なければならない。共焦点系では結像尺度、すなわちフ
ァイバのスポット半径とスポット１１のスポット半径と
の比は直接に第二のレンズ４の焦点距離ｆ２と第一のレ
ンズ３の焦点距離ｆ、との比により与えられる。半導体
レーザー１と単一モードファイバ８との間の結合のため
に結像尺度は４ないし５の範囲内にある。

相応に上記の焦点距離の間の比を選定する必要がある。

第一のレンズ３において収差による結合損失を可能なか
ぎり小さく保つため、その半径は小さく、またその屈折
率は可能なかぎり大きくなければならない。

第１図による装置の実施例では１．３μｍのレーザー放
射線に対して、１．８１８の屈折率および０゜５ｍｍの
半径を有するガラスから成る球レンズが選定された。そ
れによればこの球レンズの焦点距離ｆ、は０．５５６ｍ
ｍであった。レーザーダイオード１および単一モードフ
ァイバ８により予め定められる４ないし５の結像尺度の
ゆえに、平凸レンズ４の焦点距離ｆ２は２．２２４ない
し２．７８０ｍｍに定められた。所与の波長においてＹ
ｒＧから成る平凸レンズ４の屈折率は２．２である。そ
れによれば平凸レンズ４の湾曲側４０の半径は、正しい
焦点距離を達成するため、２．６７ないし３．３４ｍｍ
に選定されなければならない。上記の波長において４５
°のファラデー回転を達成するため、平凸レンズ４の厚
みＤは約２ｍｍに選定されなければならない。

第２図による装置が第１図による装置と主に相違する点
は、第一のレンズ３、ここではたとえば半導体レーザー
１のほうに向けられた平らな側３０を有する平凸レンズ
、とファラデー旋光器６との間に、半導体レーザー１を
収容しているケース９のなかの窓９１を形成する別の偏
光器７０が配置されていることである。上記の別の偏光
器７０はたとえば誘電体四重層を有する形態の干渉−偏
光器として、ケース９に取付けられているガラス板片７
０１の上に構成されている。この偏光器７０はレーザー
放射線の伝播方向に対して、偏光器７０の垂線に対して
測られた入射角αがブルースター角に等しいように選定
されている斜めの角度のもとに配置されている。第１図
による装置の場合のようにこの第２図による装置の場合
にも一方の偏光器７は、ブロック７１のなかに埋め込ま
れており好ましくは軸２０に対して入射角αがブルース
ター角に等しいように傾けられている誘電体四重層から
成っている。ブロック７１は平凸レンズにその平らな側
に取付けられており、またさらにファイバ８と結合され
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は単一モードファイバのなかへレーザー放射線を
入射結合するための装置の概要図、第２図は断面で示さ
れている半導体レーザーのケースの窓と第一のレンズと
を形成する別の偏光器を有する、第１図と類似の装置の
概要図である。 １・・・半導体レーザー、２・・・光路、３・・・第一
のレンズ、４・・・平凸レンズ、５・・・光学アイソレ
ータ、６・・・ファラデー旋光器、７・・・偏光器、８
・・・単一モードファイバ、９・・・ケース、１１・・
・レーザーのスポット、１２・・・伝播方向、２０・・
・光学軸、２１・・・発散範囲、３０・・・レンズ３の
平らな側、３１・・・レンズ３の対物側焦平面、３４・
・・レンズ３の像側黒子面一レンズ４の対物側焦平面、
４０・・・凸側、４２・・・レンズ４の平らな側、６１
・・・環状磁石、７０・・・別の偏光器、７１・・・ブ
ロック、８１・・・単一モードファイバの端、７０１・
・・ガラス板片、７０２・・・垂線、Ｄ・・・レンズ４
の厚み、ｆ２・・・レンズ４の焦点距離、ｆ＋・・・レ
ンズ３の焦点距離、α・・・入射角。 ＩＧ　Ｉ ＩＧ　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）特に単一モードファイバへのレーザー放射線の無反
   作用の入射結合のために、半導体レーザー（１）から発
   散放射された偏光されたレーザー放射線を発散性の少な
   い放射または発散性でない放射線、特に収束性放射線に
   変換するための無反作用の光学装置であって、レーザー
   放射線の光路（２）のなかに第一の光学レンズ（３）と
   放射線の伝播方向に第一のレンズ（３）の後ろに配置さ
   れている第二の光学レンズ（４）とファラデー旋光器（
   ６）および少なくとも１つの偏光器（７）から成る光学
   的アイソレータ（５）とが配置されており、また両レン
   ズ（３、４）のうち１つがファラデー旋光器（６）の構
   成部分である光学装置において、 両レンズ（３、４）のうち第二のレンズ（ ４）がファラデー旋光器（６）の構成部分であることを
   特徴とする光学装置。 ２）第二のレンズ（４）が、湾曲側（４０）を半導体レ
   ーザー（１）のほうに向けられている平凸レンズから成
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学装
   置。 ３）偏光器（７）がレーザー放射線の伝播方向（１２）
   にファラデー旋光器（６）の後ろに配置されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   光学装置。 ４）第一のレンズ（３）が２よりも小さい屈折率を有す
   る材料から成り、また球レンズの形態に構成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項の
   いずれか１項に記載の光学装置。 ５）第一のレンズ（３）が２に等しい屈折率またはそれ
   よりも大きい屈折率を有する材料から成り、また平凸レ
   ンズの形態に構成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の光学
   装置。 ６）平凸レンズとして構成されている第一のレンズ（３
   ）の平らな側が半導体レーザー（１）のほうに向けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光
   学装置。 ７）両レンズ（３、４）がテレシステムを形成すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいず
   れか１項に記載の光学装置。 ８）半導体レーザー（１）とファラデー旋光器（６）と
   の間に別の偏光器（７０）がレーザー放射線の光路（２
   ）のなかに配置されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第７項のいずれか１項に記載の光学装
   置。 ９）前記別の偏光器（７０）が第一のレンズ（３）とフ
   ァラデー旋光器（６）との間に配置されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載の光学装置。 １０）前記別の偏光器（７０）がレーザー放射線の伝播
   方向（１２）に対して斜めの角度で配置されている干渉
   −偏光器から成ることを特徴とする特許請求の範囲第８
   項または第９項記載の光学装置。 １１）前記別の偏光器（７０）が半導体レーザー（１）
   を含んでいるケース（９）のなかの窓（９１）を画定す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第８項ないし第１０
   項のいずれか１項に記載の光学装置。 １２）一方の偏光器（７）が干渉−偏光器であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１１項のいず
   れか１項に記載の光学装置。 １３）一方の偏光器（７）がレーザー放射に対して透過
   性の材料から成るブロック（７１）のなかに埋め込まれ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項または第
   １２項記載の光学装置。 １４）ブロック（７１）が直接にファイバ（８）と結合
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記
   載の光学装置。 １５）一方の偏光器（７）が平凸レンズ（４）の平らな
   側（４２）に取付けられていることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項ないし第１４項のいずれか１項に記載の
   光学装置。 １６）一方の偏光器（７）がファイバ（８）と結合され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１５項記載の
   光学装置。