JP2967257B2 - 光アイソレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信路中の光学素子
の表面で反射して光源方向に戻ってくる反射光を遮断
し、ノイズの発生を防止する光アイソレータに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムや光計測器などではレー
ザ光源を発振した伝送光が光通信路中の各種の光学素子
の入射面などで反射し、その反射光がレーザ光源にまで
達することがある。反射光は光源の発光作用を乱し、し
ばしばノイズを生じさせる。光アイソレータはこうした
光伝送路に設けられ、予定の伝送方向に進む光だけ透過
させ、光源方向に向かう反射光を選択的に遮断するもの
である。

【０００３】特公昭58−28561 号公報には複屈折板を応
用した光アイソレータが開示されている。その光アイソ
レータは、図１に示すように第一の複屈折板２、磁気回
転光学素子３、位相差板４、第二の複屈折板５が順に配
列されている。第一の複屈折板２と第二の複屈折板５と
は結晶の光軸方向を平行にして設けられている。磁気回
転光学素子３は周囲の磁石10の磁界によって透過光の偏
光面を45度回転させる作用がある。位相差板４は透過す
る光の偏光面を右ねじ方向に45度回転させる作用があ
る。

【０００４】図１に示した光アイソレータで、光源側に
つながっている信号伝送用光ファイバ11₁ から円偏光の
伝送光7₁がレンズ１を透過して第一の複屈折板２に入射
すると、複屈折板２で常光線8₁と異常光線9₂とに分かれ
る。この常光線8₁は磁気回転光学素子３を透過する際、
磁界の作用によって偏光面を右ねじ方向に回転する。次
いで位相差板４を透過する際、同じ方向に更に偏光面を
45度回転する。そのため常光線8₁は、結晶の光軸方向が
第一の複屈折板２と平行な第二の複屈折板５に対し、偏
光面が90度回転した異常光線8₂となって入射して屈折
し、出射する。複屈折板２で常光線8₁と分かれた異常光
線9₂も、磁気回転光学素子３に入射して偏光面を右ねじ
方向に45度回転し、次いで位相差板４でも更に45度回転
する。そのため、異常光線9₂は第二の複屈折板５に対し
ては常光線9₁となって入射する。常光線9₁と異常光線8₂
とは第二の複屈折板５から出射する光路が合致し、円偏
光の伝送光7₁になってレンズ６を透過、光ファイバ11₂
に向かう。

【０００５】伝送光7₁のほとんどは光ファイバ11₂ 内に
入射するが、一部は光ファイバ11₂の端面などで反射す
る。そこで生じた反射光７₂ は図２に示すように、レン
ズ６を透過して第二の複屈折板５に入射し、再び異常光
線8₂と常光線9₁とに分かれる。異常光線8₂は位相差板４
に入射して偏光面を右ねじ方向に45度回転し、磁気回転
光学素子３では磁界によって左ねじ方向に45度回転す
る。そのため異常光線8₂は第二の複屈折板５を出射した
ときと同じ偏光面角度のまま第一の複屈折板２に入射し
て屈折し、出射する。第二の複屈折板５で異常光線8₂と
分かれた常光線9₁も位相差板４で偏光面を右ねじ方向に
45度回転し、磁気回転光学素子３では反対の左ねじ方向
に45度回転する。常光線9₁は常光線9₁の偏光面角度のま
ま第一の複屈折板２に入射する。そのため、第二の複屈
折板５で分かれた異常光線8₂とは第一の複屈折板２でま
すます互いの距離を大きくする。常光線9₁と異常光線8₂
とはレンズ１によっても光ファイバ11₁ の端面に結像し
ないことから光源まで到達する光の量も少なく、ノイズ
の発生が防止される結果となる。

【０００６】従来、位相差板４の素材には水晶が使用さ
れている。水晶板の場合、温度や透過光の波長によって
機能に乱れが生じないよう、結晶体の光軸が交差する向
きで同じものを張り合せるという工夫が採られる。それ
でも水晶板が透過光の偏光面を回転させる消光性能は15
〜20dBと小さく、これを使用した従来の光アイソレータ
は通信トラブルを防ぐのになお不十分であるという問題
点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような課
題を解決するため、複屈折板を応用した光アイソレータ
で反射光の遮断能力が極めて高いものを提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた光アイソレータを、実施例に対応する図１
に従って説明する。

【０００９】本発明の光アイソレータは、結晶の光軸方
向を平行にした第一の複屈折板２と第二の複屈折板５と
の間に磁気回転光学素子３と位相差板４とが配置され、
第一の複屈折板２および第二の複屈折板５のそれぞれと
光源または受光系との間にレンズ１，６が設けられてい
る光アイソレータであって、該位相差板４がガラス板の
表面に金属粒子が配向して形成されている。

【００１０】位相差板４となるガラスの厚さは 0.2〜2m
m がよい。金属粒子は例えば銀粒子でその粒径は縦の長
さが 50 〜1200 nm であり、横幅が10〜150 nmであり、
アスペクト比が 2：1 〜15：1 というように光アイソレ
ータが用いられる波長で消光比が大きくとれるようにな
ったものを使用する。

【００１１】磁気回転光学素子３は式(GdBi)₃(FeGa)₅O
₁₂ で示されるガーネット結晶を液晶エピタキシャル法
で育成して得た結晶体がよい。光路長を約0.3 mmにする
と通信に使用される1550nm光の偏光面を磁界中で45度回
転させる作用を有するようになる。なお、磁気回転光学
素子３と位相差板４同士では互いにその位置に関して前
後を問わない。

【００１２】第一の複屈折板２、第二の複屈折板５はい
ずれもルチル結晶（TiO₂）を使用するとよい。

【００１３】

【作用】伝送光7₁は、光源側の光ファイバ11₁ 側から第
一の複屈折板２に入射すると常光線8₁と異常光線9₂に分
かれる。これらは偏光面が90度回転し、第二の複屈折板
５に対してはそれぞれが異常光線8₂と常光線9₁とに入れ
替わった形で入射する。そのため第二の複屈折板５を出
射するときは互いの光路が合致し、円偏光の伝送光7₁に
なって光ファイバ11₂ に向かう。

【００１４】光ファイバ11₂ の端面などで生じた反射光
7₂はレンズ６から第二の複屈折板５に入射し、そこでも
異常光線8₂と常光線9₁に分かれる。これらの光は途中そ
の偏光面を右ねじ方向、左ねじ方向に45度づつ交互に回
転させ、第一の複屈折板２に対しても異常光線8₂、常光
線9₁で入射、屈折し、互いの距離を一層離す。分離され
た異常光線8₂と常光線9₁はレンズ１でも光ファイバ11₁
の端面に結像できず、その結果光源にまで達する量は極
めて減少することとなる。

【００１５】ガラス製の位相差板４は受光面を広く形成
することが容易である。このガラスは配向金属粒子を含
み、ばらつきが小さくしかも安価に製造できる。ガラス
板に例えば銀のような金属微粒子を配向させると偏光面
を回転させる消光性能は高くなる。その機能は温度や透
過光の波長の違いでもほとんど変動しない。また、ガラ
ス製の位相差板は水晶製のものと比較し、厚さを薄くで
きることより小型化に適している。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１７】図１は本発明の光アイソレータの一実施例
である。

【００１８】一部が切除されて切り離された信号伝送用
光ファイバ11（11₁,11₂)の光路上に、光源側から受光側
に向かう方向で第一のコリメータレンズ１、第一の複屈
折板２、磁気回転光学素子３、位相差板４、第二の複屈
折板５、第二のコリメータレンズ６が順に配列されてい
る。第一のコリメータレンズ１は光源側の信号伝送用光
ファイバ11₁ の端部に焦点を合わせている。第二のコリ
メータレンズ６は受光系側の信号伝送用光ファイバ11₂
の端部に焦点を合わせている。磁気回転光学素子３の周
囲には信号伝送用光ファイバ11₁ 側から進行してくる光
に対して右ねじ方向に偏光面を回転させる磁界を形成す
るよう、Sm−Co永久磁石10が配置されている。

【００１９】位相差板４は進行する光の偏光面を右ねじ
方向に回転させるよう、表面に銀粒子を配向させた肉厚
0.5mm のガラス板で形成されている。位相差板４の透過
損失は0.04dB、消光性能は38dBである。

【００２０】第一の複屈折板２、磁気回転光学素子３、
位相差板４、第二の複屈折板５はいずれも受光面が縦横
３mmの大きさに形成され、表面に反射防止膜が施されて
いる。第一の複屈折板２、第二の複屈折板５はいずれも
光路長10mmになっている。透過損失は0.2dB 、常光線8₁
と異常光線9₂の２つの光線に分ける分離能は約１mmであ
る。磁気回転光学素子３の透過損失は0.04dB、光路長は
0.3 mmである。

【００２１】伝送光7₁が光源側の光ファイバ11₁ から発
散し、第一のコリメータレンズ１に入射すると屈折して
平行光に変わり、第一の複屈折板２に入射する。伝送光
7₁は第一の複屈折板２で常光線8₁と異常光線9₂とに分か
れる。図１は主に光軸光線だけを示している。この分か
れた常光線8₁は磁気回転光学素子３、位相差板４を透過
していく間に偏光面を90度回転し、第二の複屈折板５に
対しては異常光線8₂の偏光面角度で入射して屈折し、出
射する。第一の複屈折板２で常光線8₁と分かれた異常光
線9₂も偏光面を90度回転し、第二の複屈折板５に対して
は常光線9₁の偏光面角度で入射する。そのため、常光線
9₁の出射光路は屈折してきた異常光線８_２の出射光路と
合致し、常光線９_１と異常光線8₂とは伝送光7₁になって
第二のコリメータレンズ６を透過、光ファイバ11₂ に集
光する。集光した光が光ファイバ11₂の端面などで反射
すると、反射光7₂は第二のコリメータレンズ６を透過し
て平行になり、第二の複屈折板５に入射して異常光線8₂
と常光線9₁に分かれる。異常光線8₂は位相差板４に入射
して偏光面が右ねじ方向に45度回転し、次いで磁気回転
光学素子３では反対の左ねじ方向に45度回転する。その
ため異常光線8₂は第一の複屈折板２に異常光線8₂の偏光
角度のままで入射し、屈折しながら出射する。第二の複
屈折板５で異常光線8₂と分かれた常光線9₁も位相差板４
で偏光面を右ねじ方向に45度回転させ、磁気回転光学素
子３で反対の左ねじ方向に45度回転させ、常光線9₁の偏
光角度で第一の複屈折板２に入射する。そのため異常光
線8₂と常光線9₁とは第一の複屈折板２の中で距離を一層
離し、レンズ１を透過しても光ファイバ11₂ の端面に結
像しない。そのため、光源に達する光の量は極めて少な
くなる。

【００２２】このような光アイソレータについて次のよ
うにしてその性能試験を行った。すなわち、光源側とつ
ながっている信号伝送用光ファイバ11₁ から受光系の信
号伝送用光ファイバ11₂ 方向に波長1550nmのレーザ光
（伝送光）を発振した。0.75dBの光損失が記録された。
受光系の信号伝送用光ファイバ11₂ から光源側の信号伝
送用光ファイバ11₁ 方向に波長1550nmのレーザ光（反射
光）を発振した。36.5dBの光損失が記録された。このこ
とから本実施例の光アイソレータには反射光に対する高
い消光性能のあることが確認された。

【００２３】ガラス板製の位相差板の効果と比較するた
め、3mm 角の水晶板について光学軸を直交させて重ね合
わせ、反射防止膜を施した従来タイプの位相差板を形成
し、その透過損失、消光性能を調べた。波長1550nmのレ
ーザ光の透過損失は0.06dB、消光性能は17.5dBだった。

【００２４】前記実施例の効果と比較するため、水晶板
を重ね合わせた上記の位相差板で前記実施例と同一の構
成の光アイソレータを形成し、その光損失を調べた。光
源側の信号伝送用光ファイバ11₁ から受光系信号伝送用
光ファイバ11₂ に向かう方向の光損失は0.78dBだった。
反対に、受光系の信号伝送用光ファイバ11₂ から光源側
の信号伝送用光ファイバ11₁ に向かう方向での光損失は
17.3dBだった。反射光に対する消光性能は弱いことが分
かった。

【００２５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の光
アイソレータは、位相差板として水晶板でなく安価なガ
ラス板を使用するため、工業的にもコスト低下を図るこ
とができる。金属微粒子を配向させてあるから光の偏光
面を回転させる機能は温度や透過光の波長の違いにほと
んど左右されず、反射光の進行を効果的に遮断する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する光アイソレータの伝送方向に
進む光路を図解する構成図である。

【図２】本発明を適用する光アイソレータの逆進方向の
光路を図解する構成図である。

【符号の説明】

１はレンズ、２は第一の複屈折板、３は磁気回転光学素
子、４は位相差板、５は第二の複屈折板、６はレンズ、
7₁は伝送光、7₂は反射光、8₁・9₁は常光線、8₂・9₂は異
常光線、10は永久磁石、11（11₁,11₂)は信号伝送用光フ
ァイバである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 結晶の光軸方向を平行にした第一の複屈
   折板と第二の複屈折板との間に磁気回転光学素子と位相
   差板とが配置され、第一の複屈折板および第二の複屈折
   板のそれぞれと光源または受光系との間にレンズが設け
   られている光アイソレータであって、該位相差板がガラ
   ス板の表面に金属粒子が配向して形成されていることを
   特徴とする光アイソレータ。