JPS635318A - Cascade connection type isolator - Google Patents

Cascade connection type isolator

Info

Publication number
JPS635318A
JPS635318A JP14894586A JP14894586A JPS635318A JP S635318 A JPS635318 A JP S635318A JP 14894586 A JP14894586 A JP 14894586A JP 14894586 A JP14894586 A JP 14894586A JP S635318 A JPS635318 A JP S635318A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
loss
temperature
faraday rotation
wavelength
polarizer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP14894586A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shojiro Kawakami
彰二郎 川上
Kazuo Shiraishi
和男 白石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP14894586A priority Critical patent/JPS635318A/en
Publication of JPS635318A publication Critical patent/JPS635318A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To obtain an optical isolator having a high loss in a backward direction even if there is a temp. fluctuation by shifting the Faraday rotating angles of Faraday rotating elements to the angles above and below 45 deg.. CONSTITUTION:Polarizes 1-3 are so installed as to exist in the positions twisted by 45 deg. each; the plane of polarization of the polarizer 2 is twisted 45 deg. from the plane of polarization of the polarizer 1 and the plane of polarization of the polarizer 3 is twisted 90 deg. therefrom. The polarizers are prepd. by adequately cutting crystals such as calcite, rock crystal, KDP, and ADP. The 1st and 2nd Faraday rotating elements 4, 5 sandwiched by the polarizers 1-3 have the Faraday rotating angles theta1, theta2 which are not at 45 deg. at a standard wavelength lambda0 and standard temp. T0 and are shifted to the angles above and below 45 deg.. The excellent optical isolator characteristic is thereby obtd. even if there are fluctuations in the temp. and wavelength.

Description

【発明の詳細な説明】 刀 技術分野 この発明は、温度変化や光源の波長変化があっても、ア
イ゛ツレージョン特性が殆ど低下しない光アイソレータ
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Technical Field The present invention relates to an optical isolator whose isolation characteristics hardly deteriorate even when there is a change in temperature or a change in wavelength of a light source.

光アイソレークは、光を一方向にのみ通し、反対方向に
は通さないようにして、戻り光が光源に戻る事を防ぐ光
学部品である。
An optical isolake is an optical component that allows light to pass in one direction and not in the opposite direction, thereby preventing returned light from returning to the light source.

半導体レーザを光源とし、光ファイバを用いて光を伝送
する場合、光ファイバの端面での反射や、ファイバ内で
の後方散乱があって、光がレーザの方へ戻ってくること
がある。戻り光が半導体レーザに入ると発振が不安定に
なり、望ましくない。
When a semiconductor laser is used as a light source and light is transmitted using an optical fiber, the light may return to the laser due to reflection at the end face of the optical fiber or back scattering within the fiber. If the returned light enters the semiconductor laser, oscillation becomes unstable, which is not desirable.

そこで、レーザと光ファイバの間に光アイソレータを入
れる。光アイソレータによって戻り光をカットすれば、
半導体レーザの発振は擾乱を受けない。
Therefore, an optical isolator is inserted between the laser and the optical fiber. If you cut the return light with an optical isolator,
The oscillation of the semiconductor laser is not disturbed.

(イ)従来技術 光アイソレータの構造7,4、偏光子、ファラデー回転
素子、検光子、磁石などよりなる。ファラデー回転素子
は直線偏光した光の偏波面を回転させるものである。磁
気的に飽和されたファラデー回転素子中を光が伝搬する
とき、単位長さあたりのファラデー回転角をファラデー
回転係数という。
(a) Conventional optical isolator structure 7, 4, a polarizer, a Faraday rotation element, an analyzer, a magnet, etc. A Faraday rotation element rotates the plane of polarization of linearly polarized light. When light propagates through a magnetically saturated Faraday rotation element, the Faraday rotation angle per unit length is called the Faraday rotation coefficient.

ファラデー回転機能のある材料は多く知られているが、
実用になる強磁性体は少い。イツl−IJウム鉄ガーネ
ット、ガドリニウム鉄ガーネット、ビスマス置換ガドリ
ニウム鉄ガーネット(CBIC)などがある。
Many materials with Faraday rotation function are known, but
There are few ferromagnetic materials that can be put to practical use. Examples include I-IJium iron garnet, gadolinium iron garnet, and bismuth-substituted gadolinium iron garnet (CBIC).

CBIGは単結晶を作るのが難しいが、小さいものであ
れば比較的容易にできる。ファラデー回転係数も大きい
Although it is difficult to make a single crystal of CBIG, it is relatively easy to make a small crystal. The Faraday rotation coefficient is also large.

偏光子と検光子の偏波面の方向は45°ねじれた方向に
なっている。
The directions of the polarization planes of the polarizer and analyzer are twisted by 45 degrees.

ファラデー回転素子は、光の偏波面を45°回転するも
のである。
The Faraday rotation element rotates the plane of polarization of light by 45 degrees.

回転角は、磁界の大きさ、ファラデー回転素子の長さ、
ファラデー回転係数による。
The rotation angle is determined by the magnitude of the magnetic field, the length of the Faraday rotator,
Due to Faraday rotation coefficient.

ファラデー回転係数は、光の波長や温度によって変化す
る。どのように変化するか? という事は材料に依存す
る。
The Faraday rotation coefficient changes depending on the wavelength of light and temperature. How does it change? That depends on the material.

ある波長、ある温度に於てファラデー回転角が45°に
なるように、素子の長さや磁石の寸法、強さを設定して
ある。永久磁石は、ファラデー回転素子の飽和磁化以上
の磁場を発生する様にしてある。
The length of the element and the dimensions and strength of the magnet are set so that the Faraday rotation angle is 45° at a certain wavelength and temperature. The permanent magnet is designed to generate a magnetic field greater than the saturation magnetization of the Faraday rotation element.

磁石の温度変化が少いとしても、ファラデー回転素子の
ファラデー回転係数は温度、波長により変動する。たと
えファラデー回転係数自体の変動が僅かであっても、回
転角が45°からずれるので、アイソレーション特性が
著しく低下する。
Even if the temperature change of the magnet is small, the Faraday rotation coefficient of the Faraday rotation element varies depending on the temperature and wavelength. Even if the Faraday rotation coefficient itself fluctuates only slightly, the rotation angle deviates from 45°, resulting in a significant deterioration of the isolation characteristics.

殴)従来技術の問題点 ここでアイソレーション特性という言葉について説明す
る。光アイソレータであるから、光が順方向に100%
透過し、逆方向に09(透過する、という事が理想的で
ある。こういう事はもちろんありえないが、逆方向損失
が高く、順方向損失が0に近い、という事が光アイソレ
ータに対して要求される。
Problems with the conventional technology Here, the term isolation characteristic will be explained. Since it is an optical isolator, 100% of the light is directed in the forward direction.
Ideally, it would be transmitted and 09 (transmitted) in the reverse direction.This is of course impossible, but optical isolators are required to have high reverse direction loss and forward loss close to 0. Ru.

そこで、アイソレーション特性というのは、(1)逆方
向損失が高く (11)順方向損失がOに近い、 という事である、と定義する。用途によりill 、 
fll+のいずれかに重点が置かれる。
Therefore, isolation characteristics are defined as (1) high reverse loss, and (11) forward loss close to O. ill depending on the purpose,
Emphasis is placed on either fll+.

ビスマス置換がトリニウム鉄が一ネット単結晶をファラ
デー回転素子に使用した光アイソレータ(こついて、温
度、波長変化に対し、順方向、逆方向損失がとのように
変わるかを求めた。
Using an optical isolator using a Faraday rotation element made of a trinium iron net single crystal with bismuth substitution, we investigated how the forward and reverse losses change with changes in temperature and wavelength.

第3図は温度変化に対するものである。FIG. 3 shows changes in temperature.

横軸は温度、縦軸は順方向、逆方向損失である。The horizontal axis is temperature, and the vertical axis is forward and reverse loss.

逆方向損失は左縦軸に目盛が付してあり、かつ実線で損
失変化を示す。順方向損失は右縦軸に目盛が付してあり
、破線で損失変化が示されている。
The reverse direction loss is scaled on the left vertical axis, and the loss change is shown as a solid line. The forward loss is scaled on the right vertical axis, and the loss change is indicated by a broken line.

逆方向損失は25℃で最大になるように設計してあり、
100(dB)以上の損失がある。ところが、25℃よ
りずれると、損失が急に減少する。20℃、30℃で4
Q d B程度に減少してしまう。
The reverse loss is designed to be maximum at 25℃,
There is a loss of 100 (dB) or more. However, when the temperature deviates from 25°C, the loss suddenly decreases. 4 at 20℃ and 30℃
It decreases to about Q d B.

順方向損失は25℃で最小QdBになるようにしてある
。順方向も25℃よりずれると、損失が変化してくる。
The forward loss is set to the minimum QdB at 25°C. If the forward direction also deviates from 25° C., the loss changes.

このように、25℃から外れると、特に逆方向損失が急
激に減少し、アイソレータ特性が悪くなる。
As described above, when the temperature deviates from 25° C., the reverse loss in particular decreases rapidly, and the isolator characteristics deteriorate.

これは25℃で最良のアイソレータ特性が得られるよう
に設計したからである。最適温度を何度に設定する事も
てきるが、どのような温度(こ設定しても、広い温度範
囲をカバーする事ができない。
This is because it was designed to obtain the best isolator characteristics at 25°C. Although it is possible to set the optimum temperature at any number of times, it is not possible to cover a wide temperature range no matter what temperature is set.

第4図は波長変化に対する逆方向損失、順方向損失の変
化を示している。横軸は光源の波長である。λ=1.5
7μmに対して逆方向損失が最大になるようにしてある
。この波長に対し、逆方向損失が100dB以上である
。しかしこれから少し外れると、逆方向損失は急激に低
下する。
FIG. 4 shows changes in reverse loss and forward loss with respect to wavelength changes. The horizontal axis is the wavelength of the light source. λ=1.5
The reverse direction loss is maximized for 7 μm. For this wavelength, the reverse direction loss is 100 dB or more. However, if you deviate a little from this, the reverse loss drops sharply.

例えば、λ= 1.56μm、  1.58μmに対し
て、損失は4Q d B程度に低下している。
For example, for λ=1.56 μm and 1.58 μm, the loss is reduced to about 4Q d B.

順方向損失は、λ=1.57pmて0になるようにして
も、波長が変化すると、けっくつとではあるが増加する
Even if the forward loss is set to 0 at λ=1.57 pm, it increases slightly as the wavelength changes.

(国 発明が解決すべき問題点 このような温度に対する逆方向損失の変動は、どのよう
なファラデー回転素子を用いても大なり小なりあるもの
である。温度変化量が±25℃であるとし、±25℃の
温度変化に対して、ファラデー回転係数の変化は、例え
ば次のとおりである。
(Problem to be solved by the invention) Such fluctuations in reverse loss with respect to temperature will be more or less small no matter what kind of Faraday rotation element is used.Assuming that the amount of temperature change is ±25℃ , for a temperature change of ±25° C., the change in the Faraday rotation coefficient is, for example, as follows.

(a)  Cydz Bi Fes Ot2λ= 0.
78μm Δθ=−3%725℃ ibl  Cyd2,6Bi0.4Fe5012Δθ=
−4,2%/25℃ (cl  Gd2.6Bio、4Fes 012Δθ=
−6%/25℃ であると報告されている。ここでΔθはファラデー回転
係数の変化量である。
(a) Cydz Bi Fes Ot2λ=0.
78μm Δθ=-3%725℃ ibl Cyd2,6Bi0.4Fe5012Δθ=
-4.2%/25℃ (cl Gd2.6Bio, 4Fes 012Δθ=
-6%/25°C. Here, Δθ is the amount of change in the Faraday rotation coefficient.

このようにGBtGのファラデー回転素子は、大体のと
ころ一4%725℃の温度依存性がある。
As described above, the GBtG Faraday rotation element has a temperature dependence of approximately 14% to 725°C.

このように、ファラデー回転係数の温度依存性が強いの
で、設定温度(例えば25℃)から温度がずれるとアイ
ソレータ特性が低下する。
As described above, since the Faraday rotation coefficient has a strong temperature dependence, the isolator characteristics deteriorate when the temperature deviates from the set temperature (for example, 25° C.).

光源、アイソレータ、光ファイバの入射部を一定温度に
保てばよいわけであるが、こうするには周辺回路が複雑
になり、使いにくいという欠点がある。周囲温度の変化
は避は難いという場合が多い。
All that is required is to maintain a constant temperature of the light source, isolator, and entrance part of the optical fiber, but this has the disadvantage that the peripheral circuitry becomes complicated and difficult to use. Changes in ambient temperature are often unavoidable.

次に、波長変動によるアイソレータ特性の低下について
説明する。
Next, the deterioration of isolator characteristics due to wavelength fluctuation will be explained.

光源に半導体レーザを用いるが、レーザダイオード自体
の発振波長にバラツキがある。
A semiconductor laser is used as a light source, but the oscillation wavelength of the laser diode itself varies.

例えば発振波長が標準で1.30μmのレーザダイオー
ドの場合、1.27μm〜1.33μmの範囲の発振波
長のものがある。±0.03μm程度の発振波長のバラ
ツキがあるのである。
For example, in the case of a laser diode whose standard oscillation wavelength is 1.30 μm, there are laser diodes with an oscillation wavelength in the range of 1.27 μm to 1.33 μm. There is a variation in the oscillation wavelength of about ±0.03 μm.

また、発振波長は温度によっても変わる。±25℃の温
度変化で、+ 0.01μm程度、発振波長が変動する
The oscillation wavelength also changes depending on the temperature. A temperature change of ±25°C changes the oscillation wavelength by about +0.01 μm.

素子間の発振波長のバラツキ、温度変動による発振波長
の変動により、0.04μm程度波長が変化する。第4
図の例でこれだけ中心波長からずれたとすると、逆方向
損失は27 dB程度までに少なくなる。
The wavelength changes by about 0.04 μm due to variations in the oscillation wavelength between elements and fluctuations in the oscillation wavelength due to temperature fluctuations. Fourth
In the example shown in the figure, if the wavelength is shifted from the center wavelength by this amount, the reverse loss will be reduced to about 27 dB.

オ)  目     的 温度変動があってもアイソレータ特性の低下しない光ア
イソレータを提供する事が本発明の第1の目的である。
E) Purpose The first object of the present invention is to provide an optical isolator whose isolator characteristics do not deteriorate even when there are temperature fluctuations.

光源の発振波長にバラツキ、変動があってもアイソレー
タ特性の低下しない光アイソレータを提供する事が本発
明の第2の目的である。
A second object of the present invention is to provide an optical isolator whose isolator characteristics do not deteriorate even if there are variations or fluctuations in the oscillation wavelength of a light source.

寸法の小さい使いやすい光アイソレータを提供する事が
本発明の第3の目的である。
It is a third object of the present invention to provide an optical isolator that is small in size and easy to use.

力)構 成 アイソレータ特性には、既に述べたように、ふたつの意
味があった。ひとつは、逆方向損失が大きいという事で
ある。もうひとつは順方向損失が小さいという事である
As already mentioned, the isolator characteristics have two meanings. One is that the reverse direction loss is large. Another reason is that the forward loss is small.

ふたつの条件を両立させるのは難しい。いずれか一方を
選ばなければ、温度依存、波長依存性の問題は解決しな
い。
It is difficult to reconcile the two conditions. Unless one is chosen, the problems of temperature dependence and wavelength dependence will not be solved.

光アイソレークなのであるから、戻り光を遮断するとい
う事が最も重要である。このため、逆方向損失が大きい
、という事が第1に望まれる。
Since it is an optical isolake, the most important thing is to block the return light. For this reason, it is first desired that the reverse direction loss be large.

また、温度、波長に対する依存性が、逆方向損失に於て
特に大きい、という事が第3図、第4図によって分る。
Furthermore, it can be seen from FIGS. 3 and 4 that the dependence on temperature and wavelength is particularly large in the reverse direction loss.

さらに、順方向損失は十分率さい、という事がある。十
分率さいので、いくつかの光アイソレータを重ねても、
順方向損失がなお小さい、という事は可能である。゛ また、順方向損失は、温度変化が小ざい、という事があ
る。
Furthermore, the forward loss must be kept sufficiently high. It is sufficiently small that even if several optical isolators are stacked on top of each other,
It is possible that the forward loss is still small.゛Furthermore, the forward loss may be affected by small temperature changes.

このような理由から、光アイソレータに要求されるふた
つの条件の内、逆方向損失が大きい、とい・う条件を迦
択する事にする。
For these reasons, of the two conditions required for an optical isolator, we choose the condition that the reverse direction loss is large.

設定波長がχ0、温度をTOとする時、従来の光アイソ
レータは、この時にファラデー回転角が45°になるよ
うに設計してあった。したがって、この時に逆方向損失
が最も高かったわけである。
When the set wavelength is χ0 and the temperature is TO, conventional optical isolators are designed so that the Faraday rotation angle is 45° at this time. Therefore, the reverse loss was the highest at this time.

本発明に於ては、設定波長、温度を挾む2つの波長・λ
1.λ2.2つの温度Tl、 T2を考える。
In the present invention, there are two wavelengths, λ, that sandwich the set wavelength and temperature.
1. λ2. Consider two temperatures Tl and T2.

そして、ひとつの組λ1.Ttに於て、逆方向損失が最
大となる光アイソレータL1を作製する。
Then, one set λ1. An optical isolator L1 with maximum reverse loss at Tt is manufactured.

もうひとつの組λ2.T2に於ても、逆方向損失が最大
となる光アイソレータL2を作製する。
Another set λ2. Also at T2, the optical isolator L2 with the maximum reverse direction loss is manufactured.

そして、LlとB2の光アイソレータを重ねて、統合し
た光アイソレータとするのである。
Then, the Ll and B2 optical isolators are stacked to form an integrated optical isolator.

A1くλくA2(1) である。ス1とλ、λとス2の間隔は適当に決定する。A1 × λ × A2 (1) It is. The distances between S1 and λ and between λ and S2 are appropriately determined.

温度T1. T2についても Tl (T (T2            (2)又
は T2 < T < TI             (
3)である。
Temperature T1. Also for T2, Tl (T (T2 (2) or T2 < T < TI (
3).

波長と温度の函数としての、光アイソレータL1. B
2の逆方向損失をBl (λ、T)、B2 (λ。
Optical isolator L1. as a function of wavelength and temperature. B
Bl (λ, T), B2 (λ.

T)とすると(単位はdB )、これら2つの光アイソ
レータを重ねたものの損失は、両者の積になるが、dB
を単位としているから、両者の和によって与えられる。
T) (in dB), the loss of the stack of these two optical isolators is the product of both, but in dB
Since the unit is , it is given by the sum of both.

B(λ、T)を統合光アイソレータの逆方向損失として
、 B(λ、T)=Bl(λ、”r)−1−B+(λ、T)
  (4)である。Ut (λ、T)はλ1.T1に於
て最大となる。B2(A、T)はA2.T2に於て最大
となる。
Let B(λ, T) be the reverse loss of the integrated optical isolator, B(λ, T)=Bl(λ,”r)−1−B+(λ,T)
(4). Ut (λ, T) is λ1. It reaches its maximum at T1. B2(A,T) is A2. It reaches its maximum at T2.

そうすると、Bl (λ、T)、B2 (λ、T)のい
ずれもが、T1くTくT2、A1くλくA2において、
両者のピークにつづくテールを持つことになる。2つの
テールの和が、B(A、T)の値になる。λ1.T1に
近い部分ではBl (λ、T)の寄与が優勢であり、λ
2.T2に近い部分ではB2 (λ、T)による寄与が
優勢である。
Then, both Bl (λ, T) and B2 (λ, T) are T1 × T × T2, A1 × λ × A2,
It will have a tail following both peaks. The sum of the two tails becomes the value of B(A,T). λ1. In the part close to T1, the contribution of Bl (λ, T) is dominant, and λ
2. In the portion close to T2, the contribution by B2 (λ, T) is dominant.

両者の寄与が相補的に、λ1.Tl〜λ2.T2の間に
於ける逆方向損失を高めるように働らく。
Both contributions are complementary, λ1. Tl~λ2. It works to increase the reverse loss during T2.

これらの中間に位置するAo、Toに於てもかなり大き
い逆方向損失が得られる事になる。
Even at Ao and To located between these, a considerably large reverse direction loss can be obtained.

本・発明は、このように基準となる温度、波長をはさむ
2つの温度TI、T2.2つの波長λ1.λ2に対する
光アイソレータを作って、これを縦続接続するものであ
る。
In this way, the present invention uses two temperatures TI and T2 that sandwich the reference temperature and wavelength, and two wavelengths λ1. An optical isolator for λ2 is made and these are connected in cascade.

T1. T2の選択は、温度変化の幅を考慮して決定す
ればよい。基準温度が25℃であって、最低温度が0℃
、最高温度が50℃という環境下で使うものであれば、
Tlを0℃の近く、T2を50℃の近くに設定すればよ
い。
T1. The selection of T2 may be determined by considering the width of temperature change. The standard temperature is 25℃ and the minimum temperature is 0℃
, if it is used in an environment where the maximum temperature is 50℃,
Tl may be set near 0°C and T2 may be set near 50°C.

ただし、Bl (λ、T)、B2 (λ、T)は、Tl
−、−T2 、λ1〜λ2の外側にもテールを持ってい
るから、T、 、 T2を最低、最高温度の中へ入れて
もよい。
However, Bl (λ, T), B2 (λ, T) are Tl
Since there are tails outside of -, -T2, λ1 and λ2, T, , and T2 may be included in the lowest and highest temperatures.

さらに、波長と温度の選び方については、相関を考慮し
なければならない。
Furthermore, correlations must be taken into account when choosing wavelength and temperature.

本発明に於ては、2つに限らず、3つ、或は4つの光ア
イソレータを縦続接続するようにしてもよい。この場合
、順方向損失の低下が大きくなる、という難点があるが
、光源のパワーが強ければ問題がない。
In the present invention, the number of optical isolators is not limited to two, but three or four optical isolators may be connected in cascade. In this case, there is a drawback that the forward loss decreases significantly, but there is no problem as long as the power of the light source is strong.

もしも4つ光アイソレータを縦続接続するなら、(λ2
.TI)、(λ2.T2)になるような4の光アイソレ
ータを接続するという事が可能である。
If four optical isolators are connected in cascade, (λ2
.. It is possible to connect four optical isolators such that TI) and (λ2.T2).

ファラデー回転角θが、温度T1波長λの変動に対して
どのような変化をするかという事を考える。もし、T 
lλに対して、θが正、又は負の(同符号)微係数をも
つなら、λ1.T1はA2゜T2より小さいものとする
Consider how the Faraday rotation angle θ changes with respect to fluctuations in the temperature T1 wavelength λ. If, T
If θ has a positive or negative (same sign) differential coefficient with respect to lλ, then λ1. It is assumed that T1 is smaller than A2°T2.

すなわち、 であれば、 A1くλくA2(6) は当然として(定義式(1))、温度に関しては(2)
の不等式 %式%( を採゛用する。
In other words, if , then A1 × λ × A2 (6) Naturally (definition formula (1)), and regarding the temperature, (2)
The inequality % expression % ( is adopted.

の温度、波長の組(λ1.TI)に対して、ファラデー
回転角が45°以下であるとすれば、他方の組(λ2.
T2)に対して、ファラデー回転角が45″以上でなけ
ればならない。
If the Faraday rotation angle is 45° or less for the temperature and wavelength set (λ1.TI), then the other set (λ2.TI) is less than 45°.
T2), the Faraday rotation angle must be 45'' or more.

ファラデー回転角θは、λ、Tの連続函数であるから、
λがス1〜ス2に変化する間に、θは単調に増加又は減
少するのがよい。これは、温度Tについても同じことで
ある。
Since the Faraday rotation angle θ is a continuous function of λ and T,
It is preferable that θ monotonically increases or decreases while λ changes from S1 to S2. The same holds true for temperature T.

もしも(5)の条件があって、(6) 、 (力のよう
に選ぶとすれば、ファラデー回転角θの最小を与え、最
大を与える波長、温度の組は(λ1.Tl)又は(Iz
 、 T2 )のいずれかに限られることが分る。
If the condition (5) exists and (6) is chosen as (force), the combination of wavelength and temperature that gives the minimum and maximum Faraday rotation angle θ is (λ1.Tl) or (Iz
, T2).

つまり、λ1.T1が最小の回転角θm i nを与え
るとすれば、λ2.T2は最大の回転角θmaxを与え
る。この逆も可能である。
That is, λ1. If T1 gives the minimum rotation angle θmin, then λ2. T2 gives the maximum rotation angle θmax. The reverse is also possible.

従って、λlくλくλ2、TI (T (T2のス、T
に対するファラデー回転角θは、前記の最小、最大回転
角の中間に必ず存在する。
Therefore, λl × λ × λ2, TI (T (T2, T
The Faraday rotation angle θ for the above-mentioned minimum and maximum rotation angles always exists between the minimum and maximum rotation angles.

f5) 、 (61の条件がなりたつのに、(力式のよ
うにT1. T2の関係を選ばすT2 (Ttとすれば
、(λ1.Tt)、(λ2 、 Tz )は、最大、最
小値を与えない。ファラデー回転角θの分布が、両端で
の温度、波長だけによっては決まらない事になる。
f5), (Even though the conditions of (61) are met, (T2 (Tt) is chosen as the relationship of T1.T2 like the force equation, (λ1.Tt), (λ2, Tz) are the maximum and minimum values. This means that the distribution of the Faraday rotation angle θ is not determined only by the temperature and wavelength at both ends.

であれば、 λ1くλくλ2(9) は当然として、T2<Tlとして、TI、T2を選ぶこ
とにする。
If so, λ1 × λ × λ2 (9) Naturally, T2<Tl, and TI and T2 are selected.

本発明は、このように、2つの光アイソレータを縦続接
続したものである。
In this way, the present invention connects two optical isolators in cascade.

第1図は本発明のアイソレータの構成を示す。FIG. 1 shows the configuration of an isolator according to the present invention.

偏光子1.2.3は、偏波面が、45°ずつねじれた位
置にあるよう設置されている。偏光子1の偏波面に対し
、偏光子の2の偏波面は45°、偏光子3の偏波面は9
0°ねじれている。
The polarizers 1.2.3 are installed so that their planes of polarization are twisted by 45 degrees. With respect to the polarization plane of polarizer 1, the polarization plane of polarizer 2 is 45 degrees, and the polarization plane of polarizer 3 is 9 degrees.
Twisted by 0°.

偏光子は、方解石、水晶、KDP、ADPなどの結晶を
適当にカットして製作されたものが古くから知られてい
る。このような偏光子を用いてもよい。しかし、より小
型の偏光子が望ましい場合は、本発明者が発明した偏光
子(特開昭60−97304、S60.5.31公開)
を用いるのが良い。これは薄い金属層と、これより厚い
誘電体層を何層にも積層したものである。金属誘電体多
層体と呼ぶ。
Polarizers have been known for a long time to be manufactured by appropriately cutting crystals such as calcite, quartz, KDP, and ADP. Such a polarizer may also be used. However, if a smaller polarizer is desired, the polarizer invented by the present inventor (Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-97304, published on May 31, 1983)
It is better to use This is a stack of multiple thin metal layers and thicker dielectric layers. It is called a metal-dielectric multilayer.

第2図に金属誘電体多層体の説明用の斜視図を示す。FIG. 2 shows an explanatory perspective view of the metal dielectric multilayer body.

金属誘電体多層体は、厚さdの誘電体層10と、厚さg
 (d>g )の金属層11を交互に積層したものであ
る。光は層面に平行な方向に通す。
The metal dielectric multilayer body includes a dielectric layer 10 having a thickness d and a thickness g
Metal layers 11 (d>g) are alternately laminated. Light passes in a direction parallel to the layer plane.

光の伝搬方向を21誘電体層、金属層の法線方向をYと
する。これらの層はXZ面に平行であるとする。
The propagation direction of light is 21 dielectric layers, and the normal direction of the metal layer is Y. It is assumed that these layers are parallel to the XZ plane.

層面に直角な電界成分をもつものをT Mモードと呼ぶ
。これは金属層の法線方向に電界をもつから、金属層に
電流を殆んど生じない。したがって、殆んど減衰しない
で、通過できる。
A mode with an electric field component perpendicular to the layer plane is called a TM mode. Since this has an electric field in the normal direction of the metal layer, almost no current is generated in the metal layer. Therefore, it can pass through with almost no attenuation.

層面に平行な電界成分をもつ光をTEモードという。こ
れは金属層の中に電流を流すから、エネルギーを失い、
すみやかに減衰する。
Light with an electric field component parallel to the layer plane is called TE mode. This causes a current to flow through the metal layer, so energy is lost.
Attenuates quickly.

結局、Y方向に電界成分をもつTMモードだけが、この
金属誘電体多層体を通過できる。これは偏波面がY軸方
向に一致する光のみを通すという事であるから、偏光子
として機能している事になる。
After all, only the TM mode having an electric field component in the Y direction can pass through this metal-dielectric multilayer body. This means that only light whose polarization plane coincides with the Y-axis direction passes through, so it functions as a polarizer.

金属層はAJ 、 Au 、 Ag 、・・・・・・・
・などで、−層の誘電体層としては、透明な誘電体であ
ればよく、たとえば石英5i02が用いられる。−層の
厚みdは4000〜10000 A程度である。
The metal layers are AJ, Au, Ag, etc.
For example, quartz 5i02 is used as the negative dielectric layer as long as it is a transparent dielectric material. - The thickness d of the layer is approximately 4000 to 10000 A.

金属誘電体多層体の厚みTは、数μm−数百μm程度で
よい。従来の偏光子に比べて、著しく小型にすることが
できる。
The thickness T of the metal dielectric multilayer body may be approximately several μm to several hundred μm. It can be significantly smaller than conventional polarizers.

金属と、誘電体を何層積層するか、という事はビーム径
によるが、たとえば1000層ずつ程度でよい。
The number of layers of metal and dielectric material to be laminated depends on the beam diameter, but it may be, for example, about 1000 layers each.

偏、光子1と2、偏光子2と3の間の偏光面のずれは4
5°とする。
Polarization, the deviation of the plane of polarization between photons 1 and 2, polarizers 2 and 3 is 4
Set to 5°.

45°であるのは光アイソレータであれば当然であるが
、本発明に於ては、ファラデー回転素子4゜5のファラ
デー回転角θ1.θ2を45°の上、下ζこなるよう設
定するから、注意しなければならない。
45° is natural for optical isolators, but in the present invention, the Faraday rotation angle θ1.5 of the Faraday rotation element 4°5. Since θ2 is set to be above and below 45°, care must be taken.

偏光子1,2.3の偏波面をθ1.θ2.θ3とすると
、 B2−B1−45°           α0)θ3
−θ2=45°           (1υなのであ
る。
The plane of polarization of polarizers 1, 2.3 is set to θ1. θ2. Assuming θ3, B2-B1-45° α0) θ3
-θ2=45° (1υ.

偏光子によって挾まれる、第1、第2のファラデー回転
素子4,5は、ファラデー回転角θl。
The first and second Faraday rotation elements 4 and 5 sandwiched between the polarizers have a Faraday rotation angle θl.

02を有するが、これらは基準波長λ0、基準温度TO
に於て45°ではなく、45°の上下にずれているもの
とする。
02, but these have a reference wavelength λ0 and a reference temperature TO
Assume that the angle is not 45°, but is shifted above and below 45°.

T−TO1λ=λOに於て、 B1〉45°かつ B2<45°     αのまたは
、 01<45°かつ B2〉45°     03)とす
る。
In T-TO1λ=λO, B1>45° and B2<45° α, or 01<45° and B2>45° 03).

偏光子1.2.3の角度関係が45°である、というの
は公知のものと異ならない。
The angular relationship of the polarizers 1.2.3 is 45°, which is the same as the known one.

しかし、ファラデー回転素子4.5のλ0.TOでのフ
ァラデー回転角は45°の上下にずれている。
However, λ0. of the Faraday rotation element 4.5. The Faraday rotation angle at TO is shifted up and down by 45°.

しかし、(13、03の定義は未だ十分でない。However, the definition of (13, 03 is still not sufficient).

光アイソレータLlは偏光子1,2とファラデー回転素
子4よりなる。光アイソレータL2は偏光子2.3とフ
ァラデー回転素子5よりなる。
The optical isolator Ll consists of polarizers 1 and 2 and a Faraday rotation element 4. The optical isolator L2 consists of a polarizer 2.3 and a Faraday rotation element 5.

基準波長、基準温度からずれた時、θ1.θ2が相補的
に変化する、という事が望ましい。つまり、一方が減れ
ば、一方が増えるという変化である。
When deviating from the reference wavelength and reference temperature, θ1. It is desirable that θ2 changes in a complementary manner. In other words, if one decreases, the other increases.

すなわち、 及び という関係をつけ加えればよい。That is, as well as Just add this relationship.

これらの定義と同じことであるが、2つの光アイソレー
タLl、 B2を縦に接続し、λ1.λ2が基準波長λ
0の両側にある値であるとした時、光アイソレータLl
はλ1.TIに於て最適の光アイソレータ特性を持ち、
光アイソレータL2は、λ2゜T2に於て最適の光アイ
ソレータ特性を持つという事で定義することもてきる。
Same as these definitions, two optical isolators Ll and B2 are connected vertically, and λ1 . λ2 is the reference wavelength λ
When the value is on both sides of 0, the optical isolator Ll
is λ1. Has optimal optical isolator characteristics in TI,
The optical isolator L2 can also be defined as having optimal optical isolator characteristics at λ2°T2.

最適の光アイソレータ特性というのはすでに述べたよう
に、逆方向損失が最大、順方向損失が最小という事であ
る。これは、ひとつの光アイソレータに於ては、λ、T
を固定した場合、同一の条件である。
As already mentioned, the optimal optical isolator characteristics are those with maximum reverse loss and minimum forward loss. In one optical isolator, λ, T
When fixed, the conditions are the same.

磁場印加機構6は永久磁石よりなり、ファラデー回転素
子に磁場を与えるものである。ファラデー回転素子が飽
和するまで磁場を与える。強力な永久磁石でなければな
らない。たとえば、Nd −Fe−B系の磁石、希土類
磁石などが用いられる。
The magnetic field applying mechanism 6 is made of a permanent magnet and applies a magnetic field to the Faraday rotation element. Apply a magnetic field until the Faraday rotation element is saturated. Must be a strong permanent magnet. For example, Nd-Fe-B magnets, rare earth magnets, etc. are used.

(:8)作 用 逆方向損失B(λ、T)は、2つの光アイソレータLl
、 B2の逆方向損失Bt (λ、T)、B2(λ、T
)の和によって与えられる。
(:8) The action reverse loss B(λ, T) is the two optical isolators Ll
, B2 reverse loss Bt (λ, T), B2 (λ, T
) is given by the sum of

B(λ、T ) = Bt (λ、T)+B2(λ、T
)(16)B1はλ1.TIに於て最大値をとる。B2
はλ2゜T2に於て最大値をとる。これらの函数はこれ
らの点を除いて連続である。基準温度、基準波長はT1
〜T2、λ1〜λ2の間にある。したがって、この範囲
に於て逆方向損失B(λ、T)はかなり大きい値になる
B(λ,T) = Bt(λ,T)+B2(λ,T
) (16) B1 is λ1. The maximum value is taken at TI. B2
takes its maximum value at λ2°T2. These functions are continuous except for these points. Reference temperature and reference wavelength are T1
~T2, between λ1 and λ2. Therefore, in this range, the reverse direction loss B(λ, T) has a considerably large value.

つまり、温度、波長に変動があっても、優れた光アイソ
レータ特性を与える事ができる。
In other words, excellent optical isolator characteristics can be provided even if there are fluctuations in temperature and wavelength.

(り)効 果 温度変動があっても、逆方向損失の高い光アイソレータ
を提供する事ができる。
(ri) Effect: Even if there are temperature fluctuations, it is possible to provide an optical isolator with high reverse loss.

光源の発振波長にバラつきや変動があっても、逆方向損
失が低下しない光アイソレータを提供する事ができる。
It is possible to provide an optical isolator in which reverse direction loss does not decrease even if there are variations or fluctuations in the oscillation wavelength of a light source.

偏光子として、本発明者が発明した金属誘電体多層体を
用いると、寸法の小さい、使いやすい光アイソレータを
作ることができる。
By using the metal-dielectric multilayer body invented by the present inventor as a polarizer, it is possible to create a small-sized, easy-to-use optical isolator.

霞実施例 第1図に示すような縦続接続光アイソレータを製作した
。ファラデー回転素子はビスマス置換がトリニウム鉄ガ
ーネツ)、(GBIG)単結晶であり、偏光子は金属誘
電体多層体である。
Kasumi Example A cascade-connected optical isolator as shown in FIG. 1 was manufactured. The Faraday rotation element is a trinium iron garnet (GBIG) single crystal with bismuth substitution, and the polarizer is a metal dielectric multilayer.

第5図はλ= 1.57μmの光に対する逆方向損失、
順方向損失を温度の函数として求めたものである。
Figure 5 shows the reverse loss for light with λ = 1.57 μm.
The forward loss is determined as a function of temperature.

横軸は温度である。左縦軸は逆方向損失で、これは実線
で示す。右縦軸は順方向損失で、これは破線で示す。
The horizontal axis is temperature. The left vertical axis is the reverse direction loss, which is shown as a solid line. The right vertical axis is the forward loss, which is shown by the dashed line.

0℃で逆方向損失が極大になっている。50℃でも逆方
向損失が極大になっている。
The reverse loss is at its maximum at 0°C. Even at 50°C, the reverse loss is at its maximum.

基準温度は25℃であるが、この時でも53 dB以上
である。−10℃〜60℃の間で、逆方向損失が5Q 
dB以上である。
The reference temperature is 25°C, but even at this time it is 53 dB or more. Between -10℃ and 60℃, reverse loss is 5Q
dB or more.

それぞれのピークは、光アイソレータL1. L2のい
ずれかに対応している。
Each peak corresponds to the optical isolator L1. It corresponds to either L2.

第6図は、T=25℃に於て、逆方向損失、順方向損失
を波長の函数として求めたものである。λ= 1.55
μm、λ= 1.59μmに於て逆方向損失は極大値を
とる。
FIG. 6 shows the reverse loss and forward loss determined as a function of wavelength at T=25°C. λ=1.55
The reverse direction loss takes a maximum value at μm and λ=1.59 μm.

基準波長λ= 1.57μmに於ても、55 dBの逆
方向損失がある。
Even at the reference wavelength λ=1.57 μm, there is a reverse loss of 55 dB.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の縦続接続型アイソレータの縦断面図。 第2図は本発明者が発明した金属誘電体多層体を説明す
るための斜視図。 第3図は従来の光アイソレータの逆方向損失、順方向損
失の温度変化を示すグラフ。 第4図は従来の光アイソレータの逆方向損失、順方向損
失の光源の波長変化を示すグラフ。 第5図は本発明の光アイソレータの逆方向損失、順方向
損失の温度による変化を示すグラフ。 第6図は本発明の光アイソレータの逆方向損失、順方向
損失の波長による変化を示すグラフ。 1.2.3・・・・・・偏光子 4.5・・・・・・ファラデー回転素子6・・・・・・
磁場印加機構 第   1   図 光アイソレータ    光アイソレータ子      
   す 第   2   図 偏光子 金層誘電体多層体 温度(°C)
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a cascade-connected isolator of the present invention. FIG. 2 is a perspective view for explaining the metal dielectric multilayer body invented by the present inventor. FIG. 3 is a graph showing temperature changes in reverse loss and forward loss of a conventional optical isolator. FIG. 4 is a graph showing the wavelength change of the light source in the reverse direction loss and forward direction loss of a conventional optical isolator. FIG. 5 is a graph showing changes in reverse loss and forward loss of the optical isolator of the present invention depending on temperature. FIG. 6 is a graph showing changes in reverse loss and forward loss depending on wavelength of the optical isolator of the present invention. 1.2.3...Polarizer 4.5...Faraday rotation element 6...
Magnetic field application mechanism Figure 1 Optical isolator Optical isolator
Figure 2 Polarizer gold layer dielectric multilayer temperature (°C)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)偏光子1と、その後方に設置されたファラデー回
転素子4と、その後方に設けられ偏光方向が前記偏光子
1のそれと45°の角度をなすように設置された第2の
偏光子2と、その後方に設置されたファラデー回転素子
5と、その後方に設けられ偏光方向が前記偏光子1のそ
れと90°の角度をなすように設置された第3の偏光子
3とよりなり、基準となる温度T_0基準となる波長λ
_0に於て、2つのファラデー回転素子4、5の内、一
方のファラデー回転角は45°より小さく、他方のファ
ラデー回転角は45°より大きく設定してある事を特徴
とする縦続接続型アイソレータ。
(1) A polarizer 1, a Faraday rotation element 4 installed behind it, and a second polarizer installed behind it so that the polarization direction makes an angle of 45° with that of the polarizer 1. 2, a Faraday rotation element 5 installed behind it, and a third polarizer 3 installed behind it so that the polarization direction makes an angle of 90° with that of the polarizer 1, Reference temperature T_0 Reference wavelength λ
A cascade-connected isolator characterized in that, in _0, one of the two Faraday rotation elements 4 and 5 has a Faraday rotation angle smaller than 45°, and the other Faraday rotation angle is set larger than 45°. .
(2)偏光子1、2、3は多層の誘電体薄膜と金属薄膜
を交互に積層して形成した金属誘電体多層体である事を
特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載の縦続接続型
アイソレータ。
(2) The polarizers 1, 2, and 3 are metal-dielectric multilayer bodies formed by alternately laminating multilayer dielectric thin films and metal thin films. Cascading isolators.
JP14894586A 1986-06-25 1986-06-25 Cascade connection type isolator Pending JPS635318A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14894586A JPS635318A (en) 1986-06-25 1986-06-25 Cascade connection type isolator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14894586A JPS635318A (en) 1986-06-25 1986-06-25 Cascade connection type isolator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS635318A true JPS635318A (en) 1988-01-11

Family

ID=15464170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14894586A Pending JPS635318A (en) 1986-06-25 1986-06-25 Cascade connection type isolator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS635318A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02176623A (en) * 1988-12-28 1990-07-09 Tokin Corp Two-stage coupled type optical isolator
US5040863A (en) * 1988-11-02 1991-08-20 Tokyo Electrical Co., Inc. Optical isolator
CN105319740A (en) * 2014-07-29 2016-02-10 河南省鑫宇光实业有限公司 Principle for manufacturing of long-wavelength optical isolator and long-wavelength optical isolator adopting principle

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5040863A (en) * 1988-11-02 1991-08-20 Tokyo Electrical Co., Inc. Optical isolator
JPH02176623A (en) * 1988-12-28 1990-07-09 Tokin Corp Two-stage coupled type optical isolator
CN105319740A (en) * 2014-07-29 2016-02-10 河南省鑫宇光实业有限公司 Principle for manufacturing of long-wavelength optical isolator and long-wavelength optical isolator adopting principle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4548478A (en) Optical device
US4756607A (en) Optical isolator device having two cascaded isolator elements with different light beam rotation angles
US20070091412A1 (en) Compact multipass optical isolator
WO1989008278A1 (en) Polarizing isolation apparatus and optical isolator using the same
CN214097865U (en) Polarization-independent optical isolator core, optical fiber isolator and semiconductor laser assembly
WO2002014939A1 (en) Farady rotation device and optical device comprising it
JP2628575B2 (en) Vertical connection type isolator and manufacturing method thereof
JP3407046B1 (en) Interferometer type optical isolator and optical circulator
JPS589B2 (en) optical isolator
JP3112212B2 (en) Optical isolator
JPS635318A (en) Cascade connection type isolator
JPS60184225A (en) Optical fiber type isolator
JPH07191280A (en) Optical isolator
JPH11316360A (en) Optical shutter
JPH01241502A (en) Polarizing element for optical isolator
JPS63200117A (en) Multistage optical isolator
JP2784896B2 (en) Polarization plane switch and optical switch using the same
Garrett Normal modes of a ferromagnetic laser with one Brewster face
GB2143337A (en) Optical isolator
JPH04125602A (en) Optical waveguide type polarizer
JPS5828716A (en) Optical isolator
JP2000206218A (en) Multilayer film magnetic field sensitive element and optical type magnetic field detector using the same
JP2001117060A (en) Optical switch
JP2001042264A (en) Optical circulator
JPH0248868B2 (en)