WO1992015040A1 - Isolateur optique - Google Patents

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WO1992015040A1
WO1992015040A1 PCT/JP1992/000171 JP9200171W WO9215040A1 WO 1992015040 A1 WO1992015040 A1 WO 1992015040A1 JP 9200171 W JP9200171 W JP 9200171W WO 9215040 A1 WO9215040 A1 WO 9215040A1
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WO
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parallel plate
parallel
light
birefringent
optical
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PCT/JP1992/000171
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shigeru Hirai
Youichi Ishiguro
Yasuji Hattori
Masayuki Nishimura
Masayuki Shigematsu
Minoru Watanabe
Kouji Nakazato
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/06—Polarisation independent
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S372/00—Coherent light generators
    • Y10S372/703—Optical isolater

Definitions

  • the present invention is directed to an optical isolator for blocking reflected light from an optical system in an optical fiber through a semiconductor laser or the input / output of an optical disk, and has an effect particularly on the polarization direction of incident light.
  • the present invention relates to a polarization-independent isolator that is not affected by temperature and changes in light wavelength.
  • optical fiber end faces which are the main light sources for optical fiber communication and optical disk input / output
  • optical fiber connection points optical lenses such as composite lenses, optical connectors, etc.
  • optical lenses such as composite lenses, optical connectors, etc.
  • the Faraday rotator such as YIG (stream iron garnet) single-connection ft or Bi-substituted garnet is used by using a low-angle prism as a polarizer and an analyzer.
  • Optical isolators composed of perforated permanent magnets such as SmCo for magnetizing in the direction are widely known in general, but optical isolators with a configuration such as However, it is not effective, and when light that does not match the polarization direction of the optical isolator enters, there is a disadvantage that transmitted light is greatly lost. On the other hand, for example, when an optical isolator is inserted into the optical fiber M and used, the light beam propagating in the optical fiber generally does not maintain the direct connection light, so that the polarization depends on the polarization. An optical isolator having no properties is desirable.
  • Matsumoto discloses that a lens, a first flat birefringent lens fl, one magneto-optical material (Farade single rotator), optical rotatory iiffi (or An optical isolator having a permanent magnet for magnetizing the magneto-optical material is obtained by arranging the second plate-shaped 3 ⁇ 4 refraction crystal in a single line from the incident side and magnetizing the magneto-optical material.
  • 0352002 published by Chang discloses five flat birefringent lenses (anisotropic crystal members) 152, 156, 160, 164, Four Faraday rotators (irreversible rotators) 154, one for each of two 168 ⁇ tangents 158, ⁇ ⁇ , 166 are inserted.
  • An optical isolator i 50 configured with E hidden is shown.
  • the optical axis direction (walk-off direction) of the second, third, fourth, and fifth flat-plate-shaped refraction crystals 156, 160, and 164.168 is the crystal optical axis of the first flat birefringent ⁇ 3 ⁇ 4 152.
  • the four Faraday rotators 154, 158, 162, 166 all rotate the plane of polarization 45 ° in the same direction, oriented at 135 ', 180 180, 315 ⁇ , and 90', respectively, relative to the direction.
  • the thicknesses of the first to fifth plate-shaped refraction antagonists S152, 156, 160.164, 168 are respectively set at a ratio of 1: 1.41: 1: 1.41: 2.
  • the invention tries to solve it.
  • the adjustment range of the collimating lens and the single-mode optical fiber axial condyle when connecting to the optical system is wide, making assembly difficult. There was an aus to be solved such as a longer assembly time.
  • An object of the present invention is to provide a high-precision polarization-independent optical isolator that does not change (rotate) at the output side at the same time without depending on the starting surface of the incident light.
  • Another object of the present invention is to burn the above-mentioned point, not to depend on the polarization plane of the incident light, and to be insensitive to the change of the a degree and the wavelength of the light.
  • the objective is to introduce a high-performance polarization-independent optical integrator that coincides with the same straight line.
  • Another object of the present invention is to provide an optical isolator with an When the light is emitted in a direction perpendicular to the direction of the light beam, the light beam emitted from the optical isolator can be brought closer to the extension of the incident light beam. »To provide an optical isolator capable of narrowing the range-To arbitrate the above object, the present invention provides a first parallel-plate birefringent material in which a fi glaze is inclined with respect to the surface.
  • the first Faraday rotator for rotating the light plane the thickness of which is twice as thick as the first parallel plate birefringent material, and the axis perpendicular to the parallel plate surface 2nd parallel plate-shaped raft refractive material with optical axis, 2nd Puladade rotating the VS light plane in the opposite direction to the first IB 1st Faraday rotator
  • the first Faraday rotator has a second Faraday rotator for rotating the polarization plane, which is magnetized in the opposite direction to the first Faraday rotator, the light incident surface of the incident light is the first Faraday rotator. Even if rotated 45 'by the action of the second stage, it is returned to the polarization plane state at the time of incidence by the rotation of one-fourth of the second stage Floprade. Therefore, in the present invention, the plane of polarization of the incident light does not substantially rotate on the exit side, and the plane of polarization is preserved.
  • the present invention provides a first parallel plate birefringent substance whose optical axis is inclined with respect to the surface, a first Faraday rotator for rotating the power plane, (1)
  • the optical axis of the zongi product which is> 2 times thicker than the first parallel-plate tangential refractive material, and is rotated by 135 rotors about an axis perpendicular to the plane of the parallel plate
  • a second parallel-plate-shaped refractive material having the following characteristics: a second Faraday rotator capable of rotating the light surface in a direction slightly opposite to the first IB first Faraday rotator;
  • a third parallel flat plate having a thickness twice as large as the flat birefringent material and having an optical axis rotated by 270 ° around an axis perpendicular to the plane of the parallel flat plate.
  • Refractive material A third Faraday rotator for rotating the plane of polarization in a direction opposite to that of the second Fpprade rotator, having the same thickness as the second parallel plate refractory material, and Conclusion ft Fourth parallel-plate birefringent material with light glaze, 3rd Faraday rotator, 4th Faraday rotator that rotates the light surface in the same direction as the radiator, A fifth parallel plate-like birefringent material having the same thickness as the above-mentioned parallel plate-like birefringent material and having a ⁇ a optical axis in one direction, and Faraday from the first K to ⁇ 4
  • the feature is that it is fitted with a permanent magnet for magnetizing the rotor.
  • the rotation of the light source S by the pair of Faraday rotators magnetized in the forward direction and the other pair of Faraday magnetized in the reverse direction The rotation of the plane of polarization by the rotator and the parallel plate-like birefringent material have a ratio of 1: ⁇ 2: 2 2: 1 and the crystal optical axis of the birefringent material
  • the directions of ′, 1 35 ′, 2700, 1350, and 0 ⁇ indicate that the incident light and the outgoing light in the ⁇ direction coincide on the same straight bran.
  • the present invention has a parallel plate parallel birefringent material of ⁇ or more which is KS so that the directions are opposite to each other in the same crystal optical axis direction.
  • KS parallel plate parallel birefringent material
  • the optical kneading trajectory after exiting the optical isolator is displaced by Ad in the direction of the incident optical kneading axis.
  • the thickness of any two parallel flat plate-like refractive materials among the parallel flat plate-like refractive materials hidden by E so that their directions are opposite to each other in the optical axis direction is ⁇ -It is a feature that the investment was changed with only the change.
  • an optical isolator including a plurality of parallel plate-like refractive materials, a Faraday rotator, and a magnet is provided.
  • the thickness of the parallel plate birefringent material is changed by only one, the thickness of the parallel plate birefringent material is changed by the value of ⁇ ⁇ a.
  • a special feature is that they are additionally arranged so that the directions are opposite to each other.
  • the thickness of the two parallel plate-like birefringent materials S arranged so that their directions are opposite to each other on the axis is set by changing the thickness by mu m, or the parallel plate-like birefringent material is
  • the thickness of one piece is set to be changed by one ⁇ a
  • a thick parallel flat exothermic substance is additionally placed so that the directions are opposite to each other in the same light axis direction. Therefore, the ray trajectory after exiting the optical isolator can be changed by ⁇ ( ⁇ in the direction of the incident light axis. Therefore, the above equation is applied to an appropriate plant according to the inclination angle of the optical isolator. By doing so, the ray trajectory after exiting the optical isolator can be made as close as possible in the direction of the incident ray axis, and can be almost matched.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an optical isolator according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing the direction of the optical axis of the crystal in the crystal of FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the propagation state of the incident light ⁇ in the ⁇ direction.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the propagation state of the incident light beam in the ⁇ direction.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a propagation bark of incident light ⁇ in the opposite direction.
  • FIG. 6 is a diagram showing the state of the light kneading trajectory corresponding to FIGS. 3 to 5.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the configuration of an example of the first embodiment of the present invention. ⁇
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an optical isolator according to the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 9 shows the optical kneading of the optical isolator shown in Fig. 8 as viewed from the direction of the crystal optical axis of the birefringent sugar, the direction of rotation of the polarization plane of the Faraday rotator, and the state of propagation of incident light.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing the positions g on the trajectories of the incident light and the emitted light in the ⁇ direction before and after the optical isolation in FIG.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of an example of the second embodiment of the present invention. There is a figure.
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an optical isolator according to the third embodiment.
  • FIG. 13 shows the propagation state of incident light in the optical isolator shown in Fig. 12 in the direction of the optical axis of the optical isolator, in the direction of rotation of the flawed light plane (A), and in the direction opposite to the ⁇ direction, as viewed from the direction of light overwriting. It is a conceptual diagram which shows the trajectories (B) and (C) of light kneading.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing an optical isolator according to a first modification of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows the propagation of the incident light bran in the optical isolator shown in Fig. 14 in the direction of the crystal optical axis, the direction of rotation of the plane of polarization (A), and the direction opposite to the bottle direction.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing orbits (B) and (C) of FIG.
  • FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing an Rfi configuration of Experimental Example 1 of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic diagram illustrating the SS configuration of Experimental Example 2 of the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing a general arrangement relationship between a light-emitting isolator and an optical fiber.
  • FIG. 19 is an optical path diagram showing an example of displacement of outgoing light with respect to incident light in the forward direction of the optical isolator.
  • FIG. 20 is an optical path diagram showing another example of a change in the output power of the optical isolator with respect to the incident light in the forward direction.
  • FIG. 21 shows the detailed configuration of the optical isolator in Fig. 20 (A), the crystal light tt direction and the rotation direction of the launching light plane (B), and the propagation of incident light in the direction opposite to the ⁇ direction.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing trajectories (C) and (D) of light rays as viewed from the ray direction.
  • FIG. 22 is a conceptual diagram showing a propagation state of incident light ⁇ of a conventional optical isolator.
  • FIG. 23 is a conceptual diagram ′ showing positions S on orbits of forward incident light and outgoing light before and after a conventional optical isolator.
  • 1 to 7 show a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an optical isolator according to one embodiment of the present invention.
  • This optical isolator is composed of a first parallel plate birefringent crystal 11, a first Faraday rotator 12, a second parallel plate birefringent ft 13, a second Faraday rotator 14, and a third parallel It has a configuration in which the planar refraction crystal 15 is arranged in E order along the incident direction of the incident light in this order, and the permanent magnet that magnetizes the upper Faraday rotators 12 and 14 in different directions. It also has magnets 16 and 17.
  • F and Ladder rotators 12 and 14 are magneto-optical materials such as YIG (yttrium iron garnet) monocrystal, bi-exchange garnet, and RIG (rare earth varieties garnet). Further, as the permanent magnets 16 and 17, for example, an annular perforated permanent magnet such as SnC0 can be used. P92 / 00171 1 1 5-1st parallel plate birefringent crystal 1 1
  • the second parallel flat birefringent bond ft 13 has a thickness of ⁇ 2 times the thickness of the first parallel flat birefringent fl i 1 and is perpendicular to its own parallel flat surface. It has a ft optical axis that is rotated 1 35 'around the axis. 3rd parallel flat plate ⁇ ffl antagonism ft 15
  • the ⁇ represents the orientations of the respective ⁇ ja halo, first Faraday rotator i 2 whereas to 4 5 "rotates the wound optical surface, a second Faraday rotator 1 4 the first Faraday rotator i
  • the polarization plane is rotated by 1/4 ⁇ 5 in the opposite direction to 2. Therefore, the magnetization directions of the permanent magnets 6 and 17 are the second.
  • Fig. 3 and Fig. 4 trace the propagation of incident light in the bottle direction in the optical isolator shown in Fig. 1.
  • Fig. 3 shows a case where an incident ray having a plane of polarization in the X-axis direction is incident in the ⁇ direction. Even if the polarization plane is rotated by 45 ° by the second Faraday rotator 1 2, the polarization plane is rotated 1 45 by the second Faraday rotator 14 and the polarization plane is returned to the original state at the time of incidence.
  • the terracotta light plane at the exit is in the same X direction as the even light plane of the incident light.
  • Fig. 4 shows the case where the incident light dough having the draft direction is incident in the direction of the bottle.
  • the exit-side polarization plane is the transmission direction of the incident light. ⁇ ⁇ ⁇
  • the axis direction is the same as the light surface. ⁇ Light surface maintenance is definitely arrested. It is clear that this property holds for all scratch light.
  • Fig. 5 shows the position of the light beam on the ray path at this time, g (A), and the state of the transmission direction.
  • B> corresponds to Fig. 3;
  • C) corresponds to Fig. 4;
  • D corresponds to FIG.
  • the thicknesses of the rutile parallel plates 11, 13, and 15 using a rutile crystal as the birefringent crystal were 2 mm and 2.828 no. 2 mm, respectively.
  • the direction of magnetization of the second permanent magnet 17 is such that the second Faraday rotator 14 can rotate the polarization plane in the opposite direction by using a YIG unit ffi as the Faraday rotators 12 and 14.
  • a YIG unit ffi as the Faraday rotators 12 and 14.
  • Single-mode wound-flaw optical fibers were used as the optical fibers 18 and 21 on the input and output sides. Between the end faces of these optical fibers 18 and 21 and the optical isolator, three lens lenses 19 and 20 were provided.
  • FIG. 8 to FIG. 1 show a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows a schematic configuration of an optical isolator according to a second embodiment of the present invention.
  • the optical isolator 31 is composed of five parallel plate birefringent crystals 32, 36, 40, 44, and 48, and a 4-degree Faraday rotator 34, 38 inserted one by one into the birefringence IM. , 42, 46 and permanent magnets 50, 50 for magnetizing the Faraday rotator, and the parallel-plate birefringent crystal and the Faraday rotator are aligned in a line.
  • the parallel, flat, refracting crystals 32, 36, 40, 44, 48 various refracting substances such as rutile can be used in addition to calcite plates.
  • Various magneto-optical materials such as Y1G (ittrium iron garnet) single ⁇ ⁇ , BiS-substituted garnet, and RIG (rare earth iron garnet) can be used as the Huprade rotors 34, 38, 42, 46. Available.
  • Y1G ittrium iron garnet
  • BiS-substituted garnet BiS-substituted garnet
  • RIG rare earth iron garnet
  • the first parallel plate birefringent crystal 32 placed at the incidence position in the ⁇ direction has a crystal optical axis inclined about 45 ′ with respect to the surface.
  • the second parallel plate «shape «refraction ⁇ 3 ⁇ 4 36 has the thickness a of the first parallel plate-like birefringence ⁇ S32 ⁇ 2 times the thickness / "2, and is parallel to its own parallel plate surface.
  • the first parallel plate-like birefringent bond 1 32 connection II has a crystal optic axis (indicated by an arrow in the figure) in a direction rotated 135 'with respect to the Kosuke direction
  • the third parallel plate birefringence ft 40 is twice as large as the first parallel plate double fold crystal 32.
  • the first parallel-plate 32 refraction box ft32 is rotated 270 'around the axis perpendicular to its own plane-parallel plane and having a thickness of 2a, with respect to the crystal optical axis direction. '! 3 ⁇ 4 Has an optical axis.
  • the fourth parallel plate 3 ⁇ 4 refraction crystal 44 has the same thickness ⁇ 2a as the second parallel plate double S-fold crystal 36, and has the sugar fl optical axis in the same direction U 35.
  • the fifth parallel plate-like birefringence 48 ⁇ 48 has the same thickness a as the first parallel plate-like birefringence ftft 32, and has a lift optical axis in the same direction. That is, the thicknesses of the first to fifth parallel plate-like birefringence ⁇ 2, 36.40, 44, 48 are set to a ratio of 1: 2: 2: ⁇ 2: 1, and the direction of the optical axis is 0. ⁇ , 135 ⁇ , 2
  • Both the first and second Faraday rotators 34 and 38 are magnetized in the near direction H1 by the permanent magnet 50 and rotate the light ffi light surface by 45 ', whereas the third and fourth Faraday rotations
  • the elements 42 and 46 are both magnetized in the opposite direction H 2 by the permanent magnet 52 in the opposite direction to rotate the light emitting surface by 45 °. 171
  • the outgoing light B in the forward direction before and after the optical isolator 31 is independent of the incident light A regardless of the direction of the polarization plane. You can see that it is on the extension building.
  • each of the four Faraday rotators 34, 38, 42, and 46 two of them rotate the plane of polarization in the opposite direction. Even if it is transparent, the light emission surface is maintained.
  • the parallel birefringent birefringent antagonists S32, 36, 40, 44, and 48 used rutile parallel plates ⁇ of rutile and their thicknesses were 1, 6M, 2.263M, 3.2an, and 2.623 ⁇ 1.6 ma, respectively. Also,
  • the positional shift of the lenses 56 and 58 and the optical fibers 54 and 60 is relatively narrow.
  • the assembly was completed in a short time, only in the range.
  • the optical isolator according to the second embodiment has the advantages of being independent of the plane of polarization and having little effect on the characteristics due to humidity and light wavelength fluctuations.
  • the effect is obtained that the position ft of the incident light beam in the direction and the position ft of the outgoing light bran are almost the same on the straight line. Therefore, according to the second embodiment, when the isolator of the present invention is inserted and placed in an optical circuit, it is not necessary to perform a particularly precise optical axis adjustment, and the original performance can be easily obtained.
  • Third embodiment 12 to 21 show a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows a schematic configuration of an optical detector according to a third embodiment of the present invention.
  • This optical isolator 70 is composed of four parallel-plate-shaped refraction crystals 72, 76, 80, 82, two Fukurade rotators 74, 78, and a permanent magnet for magnetizing these Frade rotors. And a magnet 84.
  • the first Faraday rotator 74 is inserted into the W of the first and second parallel plate birefringent crystals 72 and 76, and the second Faraday rotator 74
  • various exothermic crystal materials such as rutile can be used in addition to calcite plate.
  • Various magneto-optical materials such as YIG (yttrium iron garnet) single crystal, Bi-substituted garnet, and RIG (rare earth iron garnet) can be used as the Faraday rotators 74 and 78.
  • a perforated permanent magnet such as SeCo is used as a permanent magnet described later. 0171
  • the thicknesses t of the first to fourth parallel plate birefringent crystals 72, 76, 80, 82 are a— ⁇ a, “2a, mu a , a, and their fft orientations in the direction of the crystal optical axis are set at 0 ⁇ , 1 35 ', 180 * .270 ⁇ .
  • the first parallel plate birefringence imaging fl simultaneously the thickness of 72 and reduce by a predetermined thickness one delta 8
  • a third parallel plate-like birefringent crystal 80 having a thickness opposite to the direction is additionally provided.
  • FIG. 14 shows a schematic configuration of an optical isolator according to a third modification of the third embodiment of the present invention.
  • This optical isolator 90 has four parallel-plate birefringent crystals 92, 96, 100, 104, three Faraday rotators 94, 98.102, and a magnetizer for magnetizing these FP rotators. And permanent magnets 84.
  • Each of these Faraday rotators 94, 98, and 102 is one for each of two parallel flat plate-shaped refractors. Insertion is placed and ⁇ rotates the Terracotta light plane 45 ° in the same direction. Furthermore, as shown in ( ⁇ ) of FIG.
  • the thicknesses t of 9 6, 100 and 104 are aa, ⁇ 2a, ⁇ - ⁇ 8, V2a, respectively, and the direction of the crystal optic axis of the cascade ft is 0 ⁇ , 1 35 ⁇ 80 *, 225 ⁇
  • the thicknesses of the i-th and third parallel-plate birefringent antagonists 2, 98 whose directions are opposite in the same optical axis direction are changed from a by ⁇ , ⁇ .
  • FIG. 19 shows an example of an optical isolator
  • FIG. 20 shows another example of an optical isolator
  • 62 is the incident side optical fiber
  • 64 is the incident side collimating lens
  • 66 is the optical isolator body
  • Reference numeral 68 denotes an output collimating lens
  • reference numeral 69 denotes an output optical fiber.
  • Fig. 18 shows parallel plate birefringent materials (3 ⁇ 4CJS foldable material), and 1, 20, 1, 22, and 12 are Faraday rotators.
  • Fig. 21 shows the detailed configuration of the optical isolator shown in Fig. 20 and the propagation of incident light kneading ⁇ 8.
  • the S factors that displace the trajectory of an incident light beam include a parallel plate birefringent crystal and a Faraday rotator that are tilted with respect to a line perpendicular to the light beam direction and are refracted because they are hidden.
  • the refraction due to the product itself is high.
  • the displacement due to the refraction is represented by D and D 'as shown in Figs. 19 and 20, and the displacement due to the refraction is represented by d as shown in Fig. 21. It is. Therefore, the condition for the light beam emitted from the optical lake to be near the extension of the incident light beam is given by the following equation (1)
  • the thickness dimension of the parallel-plate birefringent roll 72, 80 can be set in advance to a predetermined dwelling so as to satisfy Equation 1. »If it is adjusted, the light beam after exiting the optical isolator 70 (or 50) can be placed near the extension of the incident light beam.
  • FIG. 1 A specific example according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • FIG. 1 A specific example according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • FIG. 1 A specific example according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • FIG. 1 A specific example according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • FIG. 1 A specific example according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17.
  • Rutile crystal was used as 1 ⁇ and It refraction ⁇ ft. That is, the thicknesses of the parallel parallel plates 72, 76, 80, and 82 are 1 and 2.828, respectively.
  • YIG Faraday rotators were used as the Fade rotators 74 and 78, and the permanent magnets 84 were attached so as to cover these rotors.
  • the optical isolator 70 having such a configuration is distributed and inclined to the optical fibers 85 and 88 by two inclinations, and as a collimation lens, a self-check micro lens (trade name) having a 52-port refractive index distribution lens is used. Lemon name) 86, 87 were inserted into optical fibers 85, 88 and optical isolator Rfl.
  • the displacement D of the ray trajectory when the rutile parallel plates 72, 76, 80, and 82 are tilted 2 ' is estimated to be approximately 90 in by the following formula (2). Is done. -30-
  • FIG. 17 shows an E-place configuration of a practical example using the optical isolator 90 having the configuration of Modification 1 shown in FIGS. 14 and 15 as an optical isolator main body.
  • a ⁇ "2ina, ⁇ -111 liw and rutile antagonist were used as the 3 ⁇ 4 refraction crystal. That is, the thickness of the Lutheran parallel plates 92, 96, 100.104 was 0.4 14 ⁇ ,, 2BBI, respectively. , 2.4 14 mm, 2 ⁇ «Faraday rotators 94, 98 and 102 used ⁇ ⁇ G * 7 * radiator rotators, and used a circular permanent magnet 84 to cover the periphery of these rotators.
  • the optical isolator 9 is configured as described above.rad
  • the refractive index of rutile fi is 2.6.
  • the amount of light displacement d- ⁇ 1 after exiting the optical isolator is 303
  • the rutile parallel plate 72, 76, 80, 82 light ⁇ path by refraction when was 6-tilt displacement D Is approximately 260a according to the following equation 4.
  • the displacement Sd—Ad of the light beam after exiting the optical isolator and the displacement D of the light »orbit become the t of the chrysanthemum, so that the light emitted from the optical isolator should be closer to the extension of the incident light.
  • the pair of parallel plate-shaped refractions is displaced so that the ray trajectory after exiting the optical isolator is displaced by ⁇ (1).
  • Set the thickness of the crystal by changing the thickness by a,-or change the thickness of four parallel plate-shaped refraction plates by ⁇ a and add a parallel plate-shaped refraction plate with a thickness of ⁇ a Since the Eg is used, the kneading after the light is emitted from the optical isolator can be approximated to the total length of the incident light. Therefore, according to the third embodiment, it is possible to narrow the axial adjustment range of the collimating lens' optical fiber, thereby shortening the S alignment assembly time, and contributing to the cost reduction of the product. can get.

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Description

明 細 香
発明の名称
'為 光アイソ レータ
穽明の詳細な锐明
産業上の利用分野
本発明は、 半導体'レーザを いた光ファイバ通ほや光ディ スクの 入出力等における光学系の反射芪り光を阻止するための光アイソ レ ータに し、特に入射光の偏光方向に影響を受けず、また温度及び光 の波長の変動に憨応しない偏光無依存型のアイソ レータに関する。 従来の技術
光フアイ ハ'通信や光ディスクの入出等の主要な光源である半導体 レーザでは、 それに钴合される光ファイバの端面や、 光ファイバ同 士の接铳点、 あるいは铕合レンズ、 光コネクタ等の光学系からの ¾ 射戻り光を受けると発振が不安定になり、 雑音の增加ゃ出力変動等. 動作特性が大幅に劣化することが知られている。 この反射光による 半導 レーザの動作不安定性を解消し、 安定な光通信用光瀛を実現 するために、 これまでに各種の光アイソレ一タが開発されている。 偏光子，検光子としてロー 'ン 3 ン · プリズムを用い、 Y I G (イ ツ ト リゥム鉄ガーネツ ト）単結 ftや B i置換ガーネッ ト等のファ ラデー 回転子、 このフ 7ラデー回転子を頫方向に磁化するための S mC oな どの孔あき永久 '磁石を用いて構成した光ァイ ソ レータが一般に広く 知られているが、 のような構成の光ァイソレ一夕はある儇光面し か有効でなく、 光アイソレータの偏光方向に合致しない光が入射し た場合には通通光が大轜に損失するという欠点があつた。 これに対 して、 例えば、 光アイ ソ レータを光ファイバ Mに禅入して使用する 場合には、 光フアイバ中を伝搬する光ビームは一般に直搽儡光が保 たれていないので、 偏光依存性のない光アイソレータが望ましい。 そこで、 傷光方向に依存せずに全ての傷光面に対してアイソ レー シ s ン効果を示す構成として、 α—ショ ンプリ ズムの代わりに方解 ' 石のような平扳状祺屈折結 aによる常光,異常光の分離/合成を利 用した循光無依存型の光アイソ レータが提案されている。 例えば、 松本氏が提案した特開昭 δ 5— 22729号公報には、 レンズ、 第 1の平板状複屈折結 fl、 1個の磁気光学材料（ファラデ一回転子）、 旋光性 iiffi (または異方性結愚）、 および第 2の平板状 ¾屈折桔晶を 入射側から顧次一列に Sし、 磁気光学材料を磁化するための永久 磁石を有する光アイソ レータ^されている。
だが、 特開昭 55— 22729号公報で ¾案されたような従来構 成の光アイツレータは Λ度及び光の波長の変動に敏感で、 逆方向か らの戻り光が ii度及び光の波長の変動によってその多くが順方向で の入射点を透通してしまうという童大な欠点があった。 そのため、 そのような欠点を除去するための構成がいくつか提案されている。 例えば、 Chang氏が ¾«した欧州特許広告第 0352002号公報 には、 第 22図に示すように' 5個の平板状複屈折桔 fl (異方性結晶 部材） 152, 156, 160, 164, 168の^接する各 2個の閜 每に 1個ずつ合計 4個のフ ァ ラデー回転子（非可逆性回転子） 154, 158, ί β δ, 166を挿入 E匿して構成した光アイソ レータ i 5 0が示されている。 その第 2,第 3,第 4,第 5の平板状祺屈折結晶 156, 160, 164.168の結 fl光軸方向（ウォークオフ方向） は、 第 1の平板状複屈折祛¾ 152の結晶光軸方向に対してそれぞ れ 135', 180·, 315·,および 90'に方向付けされ、 4個の ファラデー回転子 154, 158, 162, 166は全て同一方向に 偏光面を 45·回転させる。 そして、 第 1〜第 5の平板状祓屈折拮 S 152, 156, 160.164, 168の厚みは、 それぞれ 1 :1. 4 1 :1 :1.41 :2の比率で投定されている。
このように、 ファラデー面転子の回転および ¾屈折綰 aの方向付 けと厚みの設定により、 逆方向に通過する光線が港度および光の波 長の変動にほとんど釤響を受けないで分離され、 滅少されると記載 されている。
発明が解決しょうとする錁韪
しかしながら、 第 22図に示されるような従来構成光アイソ レー 夕においては、 光铼万向から見た光線の様子を表わす第 2 3図に示 すように、 龐方向の入射光と出射光とが同一直線上から比較的遠く '離れて位 ¾しているので、 光ァイ ソ レー夕に接統するときのコ リメ 一トレンズおよびシングルモー ド光フ プ ィバの軸顆整においてその 調 S範囲が広範囲になってしまって、 組立てが容易でなく組立作業 時 が長くなるというような解決すべき ausがあった。
課理を解決するための手段
本発明の目的は、 上述の点に ISみて、 入射光の倡光面に依存せず に、 同時に偏光面が出力側で変化（回転）しない高精度な偏光無依存 型の光アイソ レータを ¾供することにある。
本発明の今一つの目的は、 上述の点に燔みて、 入射光の偏光面に 依存せず、 また a度及び光の波長の変勤に感応しないことと同時に、 顺方向の入射光と出射光とが同一直線上に一致する高性能な偏光無 依存型の光アイ 'ノ レータを提洪することにある。
本発明の他の目的は、 上述の点に鑑みて、 光アイ ソ レータを入射 光線 向に垂直な練に傾斜させて S置させた場合に、 光アイソレー タを出射後の光線を入射光線の延長糠上に近づけることができ、 こ れにより、 コ リメータレンズ、 光ファイバの輮»¾範囲を狭めるこ とができる光アイソレータを提供することにある- 上記目的を逮成するため、 本発明は、 結 fi光釉が表面に対し傾い た第 1の平行平板状複屈折性物貧、 僵光面を回転させるための第 1 のファラデー回転子、 前 第 1の平行平板状複屈折性物質に対し^ 2倍の厚さを有し、 かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 1 3 5 ·回転させた钴 光軸を有する第 2の平行平板状筏屈折性物質、 前 IB第 1のファラデ一回転子と逆向きに僵光面を回転きせる第 2の プアラデ一回転子、 前記第 1の平行平板伏複屈折性物質と同一厚さ を有し、 かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 9 0 '回転させ た桔 S光軸を有する第 3の平行平板状複屈折性物質、 および前杞第 I と第 2のファラデー回転子を磁化するための永久磁石とを具備し たことを特徼とする。 このような稱成よりなる本発明では、 上記の よ ^に、 第 1のファラデー回転子に対して逆向きに磁化された偏光 面回転用の第 2のファラデー回転子を有しているので、 入射光の徧 光面が第 1のファラデー回転子から作用を受けて 4 5 '回転しても、 次段の第 2のフプラデー回 子による一 4 5 ·の回転により入射時 の偏光面状想に戻される。 従って、 本発明では、 入射光の偏光面が 出射側で実質的に回転せず、 偏光面が保存される。
また、 上記目的を達成するため、 本発明は、 結 ¾光軸が表面に対 し傾いた第 1の平行平板状複屈折性物質、 權光面を回転させるため の第 1 ファラデ一回転子、 前圮第 1の平行平板状接屈折性物質に対 し > 2倍の厚さを有し、 かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 1 3 5 ·回転子させた粽品光軸を有する第 2の平行平板状拔屈折性 物質、 前 IB第 1のファ ラデー回転子と间し'向きに徧光面を回転きせ る第 2のフ 7ラデー回転子、 前杞第 1の平行平板状複屈折性物質に 対し 2倍の厚さを有し、 かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 2 7 0 ·回転させた結 ft光軸を有する第 3の平行平板状¾屈折性物 質、 前杞第 2のフプラデー回転子と逆向きに偏光面を回転させる第 3のファラデー回転子、 前記第 2の平行平板伏祓屈折性物質と同— 厚さを有し、 かつ同一方向の結 ft光釉を有する第 4の平行平板状複 屈折性物質、 前杞第 3のファ.ラデー回転子と同じ向きに儇光面を回 転させる第 4のファラデー回転子、 前 §3第 1の平行平板状複屈折性 物質と同一厚さを有し、 かつ罔一方向の钴 a光軸を有する第 5の平 行平板状複屈折性物質、 および前 K第 1から笫 4までのファラデー 回転子を磁化するための永久磁石とを具 fitしたことを特微とする。 このような構成よりなる本発明で'は、 上 !3のように、 順方向に磁化 される一対のファラデー回転子による催光 Sの回転と、 逆方向に磁 化される他の一対のファラデー回転子による偏光面の回転と、 平行 平板状複屈折性物貧の «さが 1 :^ 2： 2 2： 1の割合であること、 その複屈折性物質の铕 ¾光軸の結晶光軸の方向が Ο ' , 1 3 5 ' , 2 7 0 ·, 1 3 5 ·, 0 ·であることにより、 鳜方向の入射光と出射光とが 同一直糠上に一致する。 71
- 9 - さらに、 上杞目的を逮成するため、 本発明は、 同一の桔晶光軸方 向で互いに向きが逆となるように KSされた平行平板伏複屈折性物 質が 2偭以上ある裱数の «屈折性物質、 ファラデー回転子および磁 石から構成される光ァイソ ータにおいて、 光ァイソ レータ出射後 の光練軌道を A dだけ入射光練軸方向に変位させるように、 前杞同 —の結 ft光軸方向で互いに向きが逆となるように E匿された平行平 板状褸屈折性物質の内の任意の 2個の平行平板状锥屈折性物質の厚 みを各々 Δ ー だけ変化させて投定したことを特¾とする。 ま た、 本発明の好ましい変形例としては、 複数の平行平板状褀屈折性 物質，フ 7 ラデー回転子および磁石から構成される光ァイソレータ において、 前記平行平板状攆屈折性物質の内の 1個の厚みを一 だけ変化させて 定すると两時に、 厚さ の平行平板状複屈折性 物質を前圮ー Δ aだけ変化させた前杞平行平板状複屈折性物質と同 一の結 ¾光軸方向で互いに向きが逆となるように追加配置したこと を特徵とした。 このような構成よりなる本発明では、 同一の粽晶光 軸 で互いに向きが逆となるように 置された 2個の平行平板状 褸屈折性物 Sの厚みを厶 一 だけ変化させて設定するか、 ある いは平行平板状複屈折性物 の内の 1個の厚みを一 Δ aだけ変化さ せて設定すると同時に、 厚き の平行平扳状祓屈折性物質を同一 の結 光軸方向で互いに向きが逆となるように追加 置するように 構成しているので、 光ァイソレータ出射後の光線軌道を Δ (ίだけ入 射光徕軸方向に変化させることができる。 従って、 上圮 — を光ァイソレータの設置傾斜角に応じて適切な植に投定することで、 入射光線軸方向に光ァイソレータ出射後の光線軌道をできるだけ近 づけ、 ほぼ一致させることができる。
図面の嬢単な鋭明
笫 1図は、 本発明の第一実施例の光アイ ソレータを示す概略構成 図である。
第 2図は、 第 1図の祓屈折桔晶における桔晶光軸の方向を示す説 明図である。 第 3図は、 颟方向の入射光搽の伝搬状態を示す斜視図である。 第 4図は、 顺方向の入射光線の伝搬状 ¾を示す斜視図である。 第 5図は、 逆方向の入射光綠の伝搬吠態を示す斜視図である。 第 6図は、 第 3図〜第 5図.に対応する光練軌道の状據を示す図で 第 7図は、 本発明の第一実施例の実 例の構成を示す概略構成図 である β
第 8図は、 本発明の第一実施例の光アイソ レー夕を示す概略構成 図である。
第 9図は、 第 8図の光アイソ レータにおける複屈折糖 の铕晶光 軸の方向とフ ァ ラデー回転子の偏光面回転方向、 および入射光鎵を 伝搬状 «を光線方向から見た光練の軌 ¾を示す概念図である。
第 1 0図は、 第 8図の光アイソ レークの前後における顺方向の入 射光と出射光の軌道上の位 gを示す概念図である。
第 1 1図は、 本発明の第二実施例の実 «例の構成を示す概略構成 図 ある。
第 1 2図は、 第三実施例の光アイソ レー夕を示す概略構成図であ も。
第 1 3図は、 第 1 2図の光アイソレ一タにおける桔品光軸方向と 傷光面回転方向（A )、 および斓方向と逆方向の入射光線の伝搬状態 を光綵方向から見た光練の軌道（B ), (C )を示す概念図である。 笫 1 4図は、 本発明の第三実施例の変形例 1の光アイソレー夕を 示す概¾構成図である。
第 1 5図は、 第 1 4図の光アイソレー夕における結晶光軸方向と 偏光面回転方向（A )、 および瓶方向と逆方向の入射光糠の伝搬状態 を光綠方向から見た光綵の軌道（B )，（C〉を示す概念図である。
第 1 6図は、 本発明の第三実施例の実験例 1の Rfi構成を示す概 略構成図である。
第 1 7図は、 本発明の第三実施例の実験例 2の SS構成を示す概 珞構成図である。 第 1 8図は、 光了イソレー夕と光フアイバとの一般的な配置関係 を示す概略構成図である。
第 1 9図は、 光アイ ソ レータの順方向での入射光に対する出射光 の変位の一例を示す光路図である。
第 2 0図は、 光ァイ ソ レータの順方向での入射光に対する出射庋 の変化の他の例を示す光路図である。
第 2 1図は、 第 2 0図の光アイ ソ レータの詳細な構成（ A ) ,結晶 光 tt方向と倡光面回転方向（B )、 および腼方向と逆方向の入射光線 の伝搬状想を光線方向から見た光搽の軌道（C ), ( D )を示す概念図 である。
第 2 2図は、 従来の光アイソ レークの入射光搽の伝搬状態を示す 概念図である。
第 2 3図は、 従来の光アイソ レ一タの前後における順方向の入射 光と出射光の軌道上の位 Sを示す概念図'である。
実施例 以下、 図面を參照して本発明の実施伊 Iを詳細に锐明する。
第 1実施例
第 1図乃至第 7図に本発明の第 1実施例を示す。
第 1図は本発明の一実施例.の光ァイソレータの概略構成を示す。 この光アイソレータは、 第 1平行平板状複屈折結晶 1 1、 第 1 ファ ラデー回転子 1 2、 第 2平行平板状複屈折拮 ft 1 3、 第 2ファラデ 一回転子 1 4、 および第 3平行平扳状榷屈折結晶 1 5をこの腼序で 入射光の入射方向に沿つて E列した構成のものであり、 上杞ファラ デ一回転子 1 2 , 1 4を互いに異なる方向に磁化する永久磁石 1 6 , 1 7も有する。 平行平板状複屈折結 fir 1 1 , 1 3， 1 5としては方解 石板の他にルチルなどの各種の褸屈折性粽 fi物質が利用できる。 フ， ラデー回転子 1 2 , 1 4 としては Y I G (イ ッ ト リウム鉄ガーネッ ト〉 単转晶， B i 換ガーネツ ト， R I G (希土額跌ガーネツ ト）などの各 -種の磁気光学材料が利用できる。 また、 永久磁石 1 6 , 1 7 として は例えば S n C 0などの環状の孔あき永久磁石等が利用できる。 P92/00171 一 1 5 - 第 1平行平板状複屈折梂晶 1 1は結 fi光軸が表面に対し約 4 5
前後傾いている。 第 2平行平扳状複屈折結 ft 1 3は第 1平行平板状 複屈折拮 fl i 1の厚さに対し^ 2倍の厚さを有し、 かつ自らの平行 平板面に対して垂直な軸の回りに 1 3 5 '回転させた結 ft光軸を有 する。 第 3平行平板状锥 ffl折拮 ft 1 5は第 1平行平板状接屈折結晶
1 1の厚さと ( じ厚さを有し、 かつ自らの平行平板面に対して垂直 な の回りに 3 0 '回転させた拮 fi光軸を有する。 第 2図は平行平 板に投彭したそれぞれの弒 ja光輪の向きを表わす β また、 第 1 ファ ラデー回転子 i 2は傷光面を 4 5"回転させるのに対し、 第 2ファ ラデー回転子 1 4は第 1ファラデー回転子 i 2と逆向きに偏光面を 一 4 5 ·回転させる。 このため、 永久磁石 6 , 1 7の磁化方向は第
1図の H 1， H 2で示すように逆向きとなっている。
第 3図および第 4図は、 第 1図の光アイソレー夕において瓶方向 の入射光線の伝搬伏想を追跡したものである。 第 3図は X軸方向の 偏光面を有する入射光線が颟方向に入射した場合を示しているが、 第 Γファラデー回転子 1 2で偏光面が 4 5 '回転されても、 第 2 ファ ラデー回転子 1 4で一 4 5 ·回転されて偏光面が元の入射時の状態 に戾されるので、 出射倒の俑光面は入射光の偶光面と同一の X方向 となる。 第 4図は Υ輓方向の.儻光面を有する入射光練が瓶方向に入 射した場合を示しているが、 第 3図の場合と同様に、 出射側の偏光 面は入射光の傳光面と同一の Υ軸方向となり、 Λ光面保守が確実に 逮成される。 この性質は全ての傷光に対して成立することは明らか である。
一方、 逆方向では第 5図に示ぎれるように、 常光,異常光の 2つ の價光成分は互いに分離し、 中心線からある钜離 (分 Κ¾離）だけ大 幅に変位することから入射側の光練径路内には桔合されない。 すな わち、 常光',異常光の分 «幅は従来通りに大きいので、 入射側から 入った出射側でも中心線上には結合されない。 第 6図はこのときの 光線轨道上の光ビームの位 g (A )と傳光方向の状態を示し、 （B〉は 笫 3図に対応し、 （C )は第 4図に対応し、 （D )は第 5図に対応する。 次に、 本発明に従う具体的な実驗例について第 7図を用いて锐明 する。 複屈折結晶としてルチル結晶を用いたルチル平行平板 1 1, 13, 15の厚さは、 それぞれ 2mm、 2.828 no. 2 mmとした。 ファ ラデー回転子 1 2, 1 4とし.て Y I G単铕 ffiを用い、 第 2ファ ラデ 一回転子 14において逆方向に偏光面を回転でき得るように第 2永 久磁石 1 7の磁化の方向を第 1永久磁石 1 6とは逆方向にして配置 した。 入射側と出射側の光ファイバ 1 8, 2 1としてシングルモー ド型の定傷波光ファイバを用いた。 これらの光ファイバ 1 8, 2 1 の先端面と光アイソ レータとの間に3 リメ一夕レンズ 1 9, 20を した。 以上の構成の光アイ ソ レータにおいて、 定碾波光フアイ バ 1 8から入射光として種々の偏光した光を入射させたところ、 偏 光の偏光面 (偏波面〉が光ァイ ソ レータ透通後もまったく変化しない ことが確かめられた。 また、 透過特性を ff価したところ、 順方向揷 入損失は一 1.5dB、 アイソ レーシ 3 ン（逆方向損失，消失比）は 5 6dBが得られ、 実用上十分な特性があることが確認された。 以上鋭明したように、 第 1実施例によれば、 互いに逆方向に偏光 面を回転する一対のファラデー回転子を複数の平行平扳状複屈折性 物質間に して構成したので、 入射光の偏光面に依存しないと同 時に、 佴光面が出射倒で変化しないという効果が得られる。 従って、 本発明の光ァイソレータを例えば定催眩光ファイバ閱に使用すれば、 光ファイバの光線方向を軸とする回転顯整に手間をかける必要がな くなり、 作案コス トの低弒等の利益が得られる。 笫 8図乃至第 i 1図に本発明の第 2実施例を示す。
第 8図は本発明の第二実施例の光ァイソレータの概略構成を示す。 この光アイソレ一タ 31は 5個の平行平板状複屈折钴晶 32,36， 40,44,48とこれらの複屈折铕 I Mに 1偭づっ挿入配置された 4偭のファラデー回転子 34, 38, 42, 46およびこれらにファ ラデー回転子を磁化する永久磁石 50, 50とから構成され、 それ らの平行平板状複屈折結晶とファラデー回転子は一直線上に一列に 配列される。 平行平扳状褸屈折結晶 32, 36, 40, 44, 48とし て方解石板の他にルチルなどの各種の褀屈折性物質が利用できる。 フプラデー回転子 34, 38, 42, 46としては Y 1 G (イ ツ ト リウ ム鉄ガーネッ ト）単 ^β、 BiS換ガーネッ ト、 R I G (希土類鉄ガ ーネッ ト）などの各種の磁気光学材料が利用できる。 また、 永久磁 石 50, δ 2としては例えば S eCoなどの現状の孔あき永久磁石等 が利用できる。
第 9図の上段部分（A)に示されるように、 龐方向の入射位置に 置される第 1の平行平板状複屈折結晶 32は桔晶光軸が表面に対し 約 45'前後傾いている。 次の第 2の平行平 «状«屈折铕¾36は 第 1の平行平板状複屈折铕 S32の厚さ aに対し ^2倍の厚さ/" 2 を有し、 かつ自らの平行平板面に対して垂直な軸の回りに、 第 1の 平行平板状複屈折結 1 32の結 II光輔方向に対して 135'回転さ せた方向の桔晶光軸（図中、 矢印で示す〉を有する。 第 3の平行平板 状複屈折轄 ft 40は第 1の平行平板状複鹿折結晶 32に対し 2倍の 厚さ 2 aを有し、 かつ自らの平行平板面に対して垂直な軸の回りに、 第 1の平行平板状搛屈折箱 ft32の結晶光軸方向に対して 270' 回転させた方向の結 '!¾光軸を有する。 第 4の平行平板状 ¾屈折結晶 44は第 2の平行平板状複 S折結晶 36と同一厚さ^ 2 aを有し、 かつ同一方向 U 35·〉の糖 fl光軸を有する。 第 5の平行平扳状複 屈折袪 β 48は第 1の平行平板状複屈折钴 ft 32と同一厚さ aを有 し、 かつ同一方向の lift光軸を有する。 すなわち、 第 1〜第 5の平 行平板状複屈折铕 2, 36.40, 44, 48の厚さは 1 : 2 :2 :Γ2： 1の比率に投定され、 その桔晶光軸の方向は 0·, 135β, 2
70·, 135', 0'に ¾定される。
笫 1と第 2のファラデー回転子 34と 38はともに永久磁石 50 により瀕方向 H 1に磁化きれて、 光の ffi光面を 45'回転させるの に対し、 第 3と第 4のファラデ一回転子 42, 46はこれらと逆向 きにともに永久磁石 52により逆方向 H 2に磁化されて、 光の儇光 面を一 45·回転させる《 171
- 2 1 - 笫 9図の部分（B)の中段および下段部分（C)は入射光線の伝搬状 態を追跡したものであり、 光轹方向から見た光線の軌道を示す。 第
9図中の〇印は光練を表わし、 その面積の连いは強度の違いを示す。 第 9図に示す様に、 湿度及び光の波長の変動によって上? 2各ファラ デ一回転子における傷光面の回転角が理想的な角度 45' (または一 45·)から df (または一 df)だけずれたとしても、 全体の珙差角は栢 殺によりほぽ （一 df— df + df + df« 0) ' なるので、 比較的低い順 方向揮入損失および比較的高いアイ Vレー 'ン， ンを常に保持するこ とができる。
また、 第 9図から必要な郁品のみ抽出した第 1 0図に示すように、 光ァイソレータ 3 1の前後において順方向に関して出射光 Bは偏光 面の方向のいかんにかかわらず、 入射光 Aの延長棟上にあることが 分かる。
更に、 4個のファラデー回転子 34, 38, 42, 46において、 各 2個が逆方向に偏光面を回転させるので、 光アイソレータ 3 1を 透適しても光の儇光面が保持される。
次に、 本発明に従う具体的な実験例について第 1 1図を用いて锐 明する。 平行平板伏複屈折拮 S32， 36, 40, 44, 48としてル チル桔 ftのルチル平行平板^用い、 それらの厚みをそれぞれ、 1 , 6M、 2.263M、 3.2an、 2.623 αη 1.6 maとした。 また、
45 ·偏光面回転用ファラデー回転子 34, 38'として Y I G単結晶 を使用し、 一 45·偏光面回転用ファ ラデー回転子 42, 46として (GdLuBi)I G単緒 ftを使用した。 また、 シングルモード型光フプ ィバ 54, 60と光アイソレータ 3 1との間にマイクロレンズ 56,
58を S置した。
以上の構成において、 入射倒光ファイバ 54からシングルモ—ド の光蟓を入射させたところ、 出射光が入射光とほぽ同一直線上に得 られることが確かめられた。 また、 透通特性を鲆価したところ、 室 温 20でにおいて朧方向挿入搔失は一 2, OdBアイソ レーシ sン（逆 方向損失）は 65dBが得られた。 更に、 40で付近までほぼ同じァ JP92/00171
- 2 3 - ィ ソ レーシ s ンが保持されたことが確認された。 また、 光ファイバ 5 4から入射光として種々の偏光した光を入射したところ、 俑光面 が光アイソレ一タ透通後もまったく変化しないことが確かめられた。
このように、 光ァイ ソ レータ 3 1の入射光と出射光とがほぼ同一 直練上にあるので、 レンズ 5 6 , 5 8および光ファイバ 5 4 , 6 0の 位置翻整を比較的狭い範囲で于なうだけで済み、 短時 Wで組立を完 了することができた。
以上锐明したように、 第 2冥施例による光ァイ ソ レータは、 偏光 面に依存せず、 かつ湿度及び光の波長変動からの特性への影響が少 ないという利点に加えて、 順方向の入射光線と出射光糠の位 ftが同 —直緣上でほぼ一致するという効果が得られる。 従って、 第 2実施 例によれば、 光学回路中へ本発明の アイソ レータを掸入投置する 際に、 特別精密な光軸 »整を行う必要がなくなり、 本来の性能が簡 単に得られる。
第 3実施例 第 12図乃至第 21図に本発明の第 3実施例を示す。
第 12図は本発明の第 3実施例の光ァイソレ一タの概略構成を示 す。 この光アイソレ一タ 70は 4個の平行平板状摟屈折結晶 72， 76, 80, 82と、 2俚のフクラデー回転子 74, 78と、 これら のフ 7ラデ一回転子を磁化するための永久磁石 84とから構成され ている。 笫 1のフ 7ラデー回転子 74は第 1と第 2の平行平板状複 屈折結晶 72, 76の Wに揷入 ¾61され、 第 2のファラデー回転子
78は笫 2と第 3の平行平椟状祓屈折結 ft 76, 80の Wに挿入投 度されており、 これらフ プラデー回転子 74, 78は偏光面を同一 の反時計方向に 45·回転する。 平行平板状褀屈折粽 ft72, 76,
80, 82としては方解石板の他にルチルなどの各種の祓屈折性結 晶物質が利用できる。 ファラデ一回転子 74， 78としては Y I G (ィ ツ トリウム鉄ガーネッ ト）単結晶、 Bi置換ガーネツ ト， R I G (希土 類鉄ガーネッ ト）などの各種の磁気光学材料が利用できる。 また、 後述の永久磁石としては例えば SeCoなどの環状の孔あき永久磁石 0171
-25 - 等が利用できる。 、
第 1 3図の（A)に示されるように、 第 1〜第 4の平行平板状複屈 折結晶 72, 76, 80, 82の厚み tはそれぞれ a— Δ a, " 2 a,厶 a, a の大きさであり、 それらの fftの結晶光軸方向の向きは， 0·, 1 3 5', 1 80*.270·に設けられている。 このように、 光線の入射 側端部にある第 1の平行平板状複屈折結 fl 72の厚みを所定の厚さ 一 Δ8だけ減少させるのと同時に、 この第 1の平行平板状複屈折桔 晶 72と問一の祛 ft光釉方向で向きが反対である厚さ の第 3の 平行平板状複屈折結晶 80を追加 して構成している。
第 14図は本発明の第 3実鉋例変形例 1の光ァイソ レータの概略 構成を示す。 この光ァイソレータ 90は 4個の平行平板状複屈折結 晶 92, 96, 1 00, 104と、 3個のファラデー回転子 94, 98. 1 02と、 これらのフ プラデー回転子を磁化するための永久磁石 8 4とから構成されている。 これらのファラデー回転子 94, 98, 1 02はそれぞれ瞵り合う 2つの平行平板状 ¾屈折桔¾毎に 1個づっ 挿入 £置きれ、 俑光面を同一方闳に 45·回転する β さらに、 第 1 5図の（Α)に示されるように、 第 1〜第 4の平行平扳状複屈折結晶 9 2, 9 6, 1 00, 1 04の厚み tはそれぞれ a十 Aa,^2a, β— Δ 8, V 2 aの大きさであり、 これ の粽 ftの钴晶光軸方向の向きは 0·, 1 35Ί 80*, 225·に設けられている。 このように、 本例では、 同一の桔 ft光軸方向で向きが反対である第 i と第 3の平行平板状複 屈折拮 2, 98の厚みを aから Δβ,— だけ変化させている。 次に、 上述した構成の第 3実施例および変形例 1の光アイソレー タ 70, 90の動作について锐明する。
通常、 これらの光アイ ソ レータ本体は、 その本体からの反射戾り 光を防止するため、 第 1 8図に示されるように、 光線方向に対して 垂直に 85置せずに、 ほぼ 2·〜6·程度、 全体に傾斜して配覼してい る。 一例として、 第 1 9図は光アイソレータの一例を示し、 第 20 図は光アイソレータの他の一例を示す。 ここで、 62は入射側光ファ ィバ、 64は入射側コリメートレンズ、 66は光アイ ソ レータ本体、 68は出射側コ リメ一 ト レンズおよび 69は出射側光ファィバであ る。 また、 1 12, 1 14. 1 1 6. 1 1 8はそれぞれ平行平板状複 屈折桔品 (¾CJS折性物質)、 1 20, 1 22, 12 はそれぞれファラ デ一回転子である。 また、 »2 1図は第 20図の光アイ ソレー夕の 詳細な構成と入射光練の伝搬状《8を示している。
光ァイソレークにおいて、 入射光線の軌¾を変位させる S因は、 平行平板状複屈折桔晶およびファラデー回転子を光線方向に垂直な 線に対して傾斜させて S匿したための屈折と、 複屈折铕品自体に基 因する屈折とが举げられる。 前者の屈折による変位は 19図およ び第 20図に示されるように、 D,D'で表わされ、 後者の屈折によ る変位は、 第 2 1図に示されるように dで表わされる。 従って、 光 ァイソ レークから出射後の光線が入射光線の延長線上の近傍にある ための条件は次の式（1〉
(D+d^O) · · · (1)
となる。 ここで Dは入射光練の方向に垂直な铼に対する傾斜角から -28- 決められ、 dは所望するアイソ レー 'ン s ンの達成が得られるように 決められるので、 従来構成の光アイソ レータでは前述したように一 般に上杞式（ 1〉が镩たされないのが通例である。
しかしながら、 第 12図〜.第 15図に示すような搆成の第 3実施 例の光アイソレー夕においては、 ¾整用の厚み を迪切な儘に変 えれば式（1〉の dをほぽー Dの大きさに変えることができる。 従ゥ て、 式 1を》たすように平行平板状複屈折粽¾ 72 , 80 (または 9 2, 100)の の厚み寸法をあらかじめ所定の住に »整すれば、 光アイ ソ レ一夕 70(または 50)を出射後の光線を入射光練の延長 線上の近傍におく ことができる。
このとき、 第 13図の（C〉および第 14図（C)から分かるように、 逆方向における光铼分雌幅は、 Δ*«0の時とほぼ変化はなく、 従 来通りの好ましいアイソ レー 'ン 3 ンが得られる。
次に、 笫 3実施例に従う具体的な実 例について、 第 1 6図およ び第 17図を用いて鋭明する。 1
- 29 - 第 16図は第 1 2図および第 1 3図に示した第 3実施例の構成の 光アイ ソ レータ 70を光アイ ソ レータ 70を光アイソ レータ本体と して用いた実驗伊 jの K匿構成を示す。 本実 伊 1では a=2mm,
1 οιιηとし、 It屈折铕 ftとしてルチル結晶を用いた。 すなわち、 ルチ ル平行平板 72, 76, 80, 82の厚さはそれぞれ 1 、 2.828
、 2n^ l とした。 ファ デ一回転子 74 , 78としては Y I Gフ ァラデー回転子を用い、 これらの回転子を周囲も覆うように円 简伏永久磁石 84を取付けた。 このような構成の光アイソ レー夕 7 0を光ファイバ 85, 88 に 2·傾斜させて配匿し、 コ リ メ一夕レ ンズとして屈折率分布 52口ツ ドレンズであるセルフ * ックマイクロ レンズ（商檬名） 86, 87を光ファイバ 85, 88と光アイ ソ レータ Rflに挿人 Efiした。
ルチル結晶の屈折率は 2.6であるから、 ルチル平行平板 72, 7 6, 80, 82を 2'傾 させた場合の光線軌道の変位 Dは次の式（2) によりおおよそ 90 inであると推定される。 -30-
D = 6.4tan(sin2 2.6)= 0.086mm ' * - (2) そこで、 第 16図の構成における Δ aの値として lmmを採用した 塲合は、 第 13図（B〉に示される順方向の変位 Ad=— 76 ^程度 となる。 よ て、 光アイソレータ 70を変位方向に注意して配置し て、
Figure imgf000032_0001
にすることができた。
第 17図は第 14図および第 15図に示した変形例 1の構成の光 ァイソレ一夕 90を光アイソレータ本体として用いた実欲例の E置 構成を示す。 本実験例では、 a« "2ina, Δβ一一 liwとし、 ¾屈折 锫晶としてルチル拮 ¾を¾いた。 すなわち、 ルテル平行平板 92， 96, 100. 104の厚さはそれぞれ 0.4 14β,, 2BBI, 2.4 14 mm, 2β«とした。 ファラデー回転子 94, 98, 1 02としては Υ Ι Gフ 7*ラデー回転子を用い、 これらの回転子の周囲を覆うように円 简状永久磁石 84を取付けた。 このように構成の光アイソレータ 9 „
PCT/JP92/00171 一 3 1 -
0を光ファイバ 85， 88 に 6 ·傾斜させて Kgし、 コ リメ一 ト レ ンズとして屈折率分布型口ッ ドレンズであるセルフオ ックマイ クロ レンズ（商樣名〉 86, 87を光フアイパ 8 5, 88と光アイソ レータ
P に挿入配置した。 上还し^ょうにルチル钴 fiの屈折率は 2.6で ある。 ルチル平行平板 72, 76,80,82の厚みから考えて、 光 ァイソレー夕出射後の光線変位量 d— Δ 1は 303
Figure imgf000033_0001
ほ ぽ 227 «瓤接縻となる（第 1 δ図の（B〉参照）0 また、 ルチル平行 平板 72,76, 80， 82を 6·傾斜させた場合の屈折による光鎵軌 道の変位 Dは次の式 4により約 260 a程度となる。
D- 9.1 tan(8in6 V2.6)*= 0.257mn · · · (4)
このように、 光ァイソレータ出射後の光線の変位 Sd— Adと上記 光 »軌道の変位 Dとが间程縻の tになるので、 光アイソ レータから の出射光を入射光の延長線上に近づけることができた。
以上鋭明したように、 第 3実施例によれば、 光ァイ ソ レータ出射 後の光線軌道を Δ(1だけ変位させるように、 一対の平行板状褸屈折 結晶の厚みを厶 a,— だけ変化させて設定する、 あるいは 4個の 平行平板状褸屈折桔晶を一 Δ aだけ厚みを変えると同時に Δ aの厚み の平行平板状钹屈折桔 Sを追加 Egするようにしたので、 光ァイソ レータ出射後の光練を入射光線の延畏練上に近づけることができる。 従って、 第 3実施例によれば、 コ リメートレンズ'光フアイバの軸 篛整範囲を狭めることができ、 これにより S整組立時間の短縮が可 能となり、 製品の低廉化に寄与できる効果が得られる。

Claims

3 3 - 猜求の範囲
1 . 桔 β光軸が表面に対し傾いた第 1 の平行平板状褸屈折性物質、 偏光面を回転させるための第 1のファラデー回転子、
前圮第 1の平行平板状複 JS.折性物 Κに対し 2倍の厚さを有し、 かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 1 3 5 ·回転させた結晶 光軸を有する第 2の平行平板状複屈折性物質、
前杞第 1のファラデー回転子と逆向きに偏光面を回転させる第 2 のフ 7ラデー回転子、
前杞第 1の平行平扳状複屈折性物質と同一厚さを有し、 かつ平行 平板面に対して垂直な軸の回りに 9 0 ·回転させた钴 fl光軸を有す る第 3の平行平板状祓屈折性物質、
および前杞第 1 と第 2のファラデー回転子を磁化するための永久 磁石とを具儂したことを特微とする光ァイ ソ レ—夕。
2 . 铕晶光釉が表面に対し熠いた第 1の平行平板状複屈折性物質、 煩光面を回転させるための第 1ファラデー回転子、 前 Ϊ3笫 1の平行平板状 ¾屈折性物 Κに対し^ 2倍の厚さを有し、 かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 1 3 5 ·回転させた結 光軸を有する第 2の平行平扳状褸屈折性物貧、
前記第 1のプァラデー回転.子と同じ向きに偏光面を回転させる笫 2のフ 7" ラデー回転子、
前杞第 1の平行平扳状攆粗折性物貧に.対し 2倍の厚さを有し、 か つ平行平板面に対して垂直な釉の回りに 2 7 0 '回転させた拮晶光 軸を有する第 3の平行平板状 «屈折性物貧、
前 3第 2のフ 7ラデー回転子と逆向きに儍光面を回転させる第 3 のファラデー回転子、
前杞第 2の平行平板状複屈折性物 と间—厚さを有し、 かつ同一 方向の結 ft光糠を有する第 4の平行平板状複屈折性物質、
前 3第 3のファラデー回転子と同じ向きに儇光面を回転させる第 4のファラデ一回転子、
前纪第 1の平行平板状 ¾屈折性物貧と同一厚さを有し、 かつ同一 方向の結晶光軸を有する第 5の平行平板状複屈折性物質、
および前杞第 1から第 4までのファラデ一回転子を磁化するため の永久磁石とを具礞したことを特徴とする光ァイソ レ—夕。
3 . 间一の ifiSf ft光軸方向で.互いに向きが逆となるように S2置され た平行平板状複屈折性物 «が 2偭以上ある複数の複屈折性物質，フ 7 ラデー回転子おょぴ磁石から構成される光ァイソ レ一夕において、 光ァイソレ一タ出射後の光線軌道《Δ <1だけ入射光線軸方向に変 位させるように、 前 Ε問一の »*ft光袖方向で いに向きが逆となる ように K匿された平行平板状 ¾屈折性物質の内の任意の 2個の平行 平板伏複屈折性物質の厚みを各々 Δ a,— Δ aだけ変化させて設定し たことを特徵とする光ァイソレータ。
4 . 数の平行平板状複屈折性物質，ファラデー回転子および磁 石から構成される光ァイソレー夕において、
前 β平行平板状複屈折性物質の内の 1個の厚みを一 Δ aだけ変化 させて投定すると同時に、 厚き Δ aの平行平扳状褸屈折性物質を前記一 Δ aだけ変化させた前 記平行平板状複屈折法物貧と同一の結晶光軸方向で互いに向きが逆 となるように追加 fiしたことを特徴とした光ァイ ソ レータ。
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