JP3011140B2 - ファイバ型光アイソレータ及びその製造方法 - Google Patents
ファイバ型光アイソレータ及びその製造方法Info
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Description
た光アイソレータに関し、特に磁気光学材料のような光
学的に非相反な材料を使用することなく構成される光ア
イソレータに関する。
ルチメディア通信等、社会の通信需要の旺盛な拡大に伴
って、光ファイバ増幅器を使った一万キロを超えようと
する超長距離光ファイバ通信技術の開発や、HDTVを
含む広帯域のデジタルサービス統合システムを光ファイ
バ伝送技術を加入者端まで適用して実現する方式の検討
など、これまで以上に光通信システムの大容量化へ向け
た技術の開発が勢力的に行われている。このようなシス
テムを実現する上で必須の光部品の一つが光アイソレー
タ等の、光透過特性に強い方向性のある光素子である。
すなわち、この種の光アイソレータは、例えば、送信光
源である半導体レーザから出射されるレーザ光を光ファ
イバを通して伝送する場合に、光ファイバ接続点等から
の戻り光が前記半導体レーザに再入射することによって
起こるS/Nの低下や不安定動作を防止する部品として
用いられる。
知られている例として、非相反な偏光回転効果であるフ
ァラデー効果を示す磁気光学結晶を45度偏光回転子と
し、この偏光回転子を、光透過の偏光方向が45度ずれ
た2つの偏光子で挟む構成があり、多く実用に供されて
いる。すなわち、一方の偏光子から入射されるレーザ光
は偏光子により偏光とされ、磁気光学結晶を透過する際
にその偏光方向が45度一方向に回転される。そして、
他方の偏光子を通して出射される。一方、逆方向に入射
される光は、他方の偏光子によって偏光とされ、磁気光
学結晶を透過する際に偏光方向が45度一方向に回転さ
れる。このため、一方の偏光子に対して直交する状態と
なり、この一方の偏光子を透過することができなくな
る。このため、この光アイソレータを半導体レーザの出
射側に配置することで、戻り光が半導体レーザに再入射
することが防止される。また、磁気光学材料を用いる他
の技術として特開平7−64023号公報に記載の技術
もある。
うな磁気光学結晶や偏光子で構成される光アイソレータ
は、前記した部品の他に磁石を含めて最少でも4つの部
品が必要であり、したがって材料の加工や組立に多数の
工数を要し、信頼性や安定性に乏しいという問題があ
る。また、必ずしも透過時の偏光状態が定まっていない
光ファイバ途中に挿入して使用することを可能とするた
めには、素子特性が偏光に依存しない構成を築かなけれ
ばならず、更に多数の部品と複雑な光路構成が必要にな
る。
珠な材料を用いることなく、構成並びに製作が簡便な光
アイソレータとその製造方法を提供することにある。
は、コアの周囲をクラッドで包囲した構成の光ファイバ
の光軸に垂直な断面内において、前記コアに接近して水
平に引いた直線を境にして、上部と下部とでは異なる屈
折率の誘電体クラッドを有し、前記コアには波数ベクト
ルがコアの光導波方向と前記屈折率の異なる誘電体の境
界面に立てた法線とが作る面内にあって、かつ波数ベク
トルの光軸となす角度θが、0°<θ<90°となる屈
折率の周期的変化による回折格子を有する。また、本発
明の光アイソレータは、前記コア、下部の誘電体クラッ
ド、上部の誘電体クラッドの屈折率をそれぞれn1,n
2,n3としたとき、n1>n2>n3の関係を有す
る。また、本発明の光アイソレータは、前記上部の誘電
体クラッドは、前記光ファイバの下部の誘電体クラッド
の一部を削除し、この削除した部分に前記下部の誘電体
クラッドとは異なる屈折率の樹脂を形成している。
は、コアの周囲を単一の材料から成るクラッドで包囲し
た光ファイバに対して、光軸に沿う側面から2光束干渉
光を照射して前記コアに屈折率変化された位相格子から
なる回折格子を形成する工程と、前記コアの周囲の単一
の材料から成っているクラッドを前記回折格子の波数ベ
クトルと光軸が作る面に直交した面を前記コアの側面近
接領域まで研磨により削除する工程と、前記クラッドお
よびコアよりも屈折率の小さい樹脂を前記削除した領域
に設ける工程とを含んでいる。
θが0°<θ<90°に設定されることにより、光ファ
イバのコア内で伝送される光が、順方向では回折される
ことがなく、逆方向では回折されてクラッドへ放射され
ることになる。この結果、光ファイバの順方向と逆方向
とでは透過率が大幅に異なる特性を有し、光ファイバで
の光アイソレータ特性が得られる。
参照して説明する。図1(a),(b)は本発明の光ア
イソレータの一実施形態の側面断面図と、端面断面図を
示している。以下、この光アイソレータをその製造工程
順に説明する。例えば、通常の光通信用石英系単一モー
ドの光ファイバ1を用意し、この光ファイバの側面にK
rFエキシマレーザ光の紫外光(〜240nm)を2光
束干渉させて照射すると、前記光ファイバ1のコア11
に、当該コア11に含まれるGeに起因する屈折率変化
が生じ、干渉縞に応じた位相格子、すなわち回折格子1
2が形成される。この回折格子12の形成方法として
は、ファイバブラッグ回折格子の形成方法を利用する。
このとき、前記回折格子12の波数ベクトルの方向と光
ファイバの光軸とに有限な角度θを持たせておく。図1
(a)の配置では紙面に向かって垂直に紫外光が照射さ
れ、その干渉縞による回折格子12が形成される。
(b)のように、光ファイバ1のクラツド13の上側の
領域を前記回折格子12の波数ベクトルと光軸とが作る
面に直交した面を研磨によって削除し、コア11の円筒
面近くまで光学研磨する。その後、この研磨面を、含フ
ッ素化樹脂のように光ファイバ1の石英クラツド13よ
り屈折率の小さい樹脂14によって覆い、樹脂クラッド
14を形成する。この実施形態では、前記樹脂14を細
幅の薄板状に形成し、この樹脂14を研磨削除した部分
に接着している。このとき、前記コア11、石英クラッ
ド13、樹脂クラッド14のそれぞれの屈折率をnl,
n2,n3とすると、これらは、nl>n2>n3に設
定される。
えば、図2に示すように、光源としての半導体レーザ2
の出射側に図1の右側端面が対向され、この半導体レー
ザ2から出射されたレーザ光が光ファイバ1に入射さ
れ、この光ファイバ1内を伝送されるように構成され
る。このとき、光ファイバ1の右側端面RFから入射さ
れるレーザ光の透過損失と、これと反対側の左側端面L
Fから入射した時の透過損失が大幅に異なるため、いわ
ゆるアイソレータ特性が得られ、その結果として半導体
レーザ2から光ファイバ1に入射されて伝送されるレー
ザ光が、光ファイバ1内を逆方向に伝送されて前記半導
体レーザ2に再入射することが防止される。
下の動作原理によって理解される。図3は回折格子によ
るファイバ導波光の回折の条件を示す、入射波、格子、
クラツド放射光の波数ベクトル間の整合状態を表す図で
あり、20は導波光の波数ベクトル、21は石英クラツ
ド13ヘの放射光の波数のダイアグラム、22は石英よ
り屈折率の小さい樹脂クラツド14ヘの放射光のダイア
グラムをそれぞれ表している。図3(a)は前記光ファ
イバ1の左側端面LFから入射した導波光に対する回折
条件を表す。入射導波光(波数ベクトル20a)は回折
格子12によって石英クラッドの放射光24に回折され
る。これら3つの波数ベクトルが三角形を閉じて整合す
るように、回折格子12の波数ベクトル23の大きさ、
すなわち回折格子12のピッチ並びに角度θが予め設定
されている。回折格子12の屈折率変化と作用長を十分
に設定しておけば導波光から石英クラツド放射光への回
折効率はほほ100%とすることができる。一方、ひと
たびコア11からクラッド13へ放出された光はコアヘ
再結合することなく光ファイバ外へ放射される。光ファ
イバ左端面から入射した光は格子によって回折を受けそ
のエネルギーをすべてクラツドヘ放射される。
側端面RFから入射した導波光に対する様子を表す。導
波光の波数ベクトル20bは回折格子12によって回折
を受けることなく導波光のまま回折格子を通過する。な
ぜならば、波数ベクトル20bと回折格子12のベクト
ル23とで三角形を閉じて整合条件を満たす放射光は存
在しえない。これは、コア11の上部は石英より屈折率
の小さい樹脂クラッド14、すなわち誘電体によって覆
われているからである。この結果、右側端面RFから入
射した光は損失を受けることなく導波される。
は、半導体レーザ2から出射されて光ファイバ1の右側
端面RFから入射した光は損失を受けることなく導波さ
れ、逆に、光ファイバ1に左側端面LFから入射される
レーザ光は回折格子12によって回折を受けそのエネル
ギがすべてクラツドヘ放射される。これにより、光ファ
イバの一部の構成を変更するのみで、透過特性の非可逆
な光アイソレータ機能が実現される。
して、グレーティングの周期をΛ、光波長をλとする
と、コア11の屈折率nlと石英クラッド13の屈折率
n2とは極く値が近いのでグレーティングの波数Kは近
似的に、 K=2π/Λ==2×2π×n2×cosθ/λ となる。
折率n2=1.445、位相格子の角度θ=20度の場
合、周期Λ=0.45μm程度となる。この値は特定の
波長の光波を導波光として反射するいわゆる通常のファ
イバ回折格子(波長フィルタ)の場合より僅かに周期が
長く、このような格子は通常のファイバ型波長フィルタ
を作成すると同様に製造できる。また、回折格子の作製
長Lを1mm程度とすれば、古典的な光学理論でよく検
討されているように、前記の構成ではクライン=クック
パラメータ(Klein=Cook parameter Q=(2πLλ/
Λ2 )は極めて大きくなり、厚い格子によるいわゆるブ
ラッグ型の回折現象となる。このため、グレーティング
による回折効率は、πΔnL/Λ=2πとなるように、
導波光がグレーティングによって受ける屈折率変化Δn
を適切にすれば、回折効率は100%となる。
信用単一モード光ファイバ素線を用い、そのコアに回折
格子を形成し、かつクラツドのほぼ半分領域をそれより
も屈折率の小さい樹脂で形成し、しかも前記回折格子の
波数ベクトルの光軸となす角度θが0°<θ<90°に
設定することにより、光ファイバのコア内で伝送される
光が、順方向では回折されることがなく、逆方向では回
折されてクラッドへ放射されることになる。この結果、
光ファイバの順方向と逆方向とでは透過率が大幅に異な
る特性を有し、光ファイバを光アイソレータとして構成
することができる。これにより、従来の磁気光学効果等
の非相反光効果を有する材料や磁石等を特に用いること
なく構成簡便で生産性に優れ、しかもファイバ型である
ために伝送用ファイバとの接続損失の少ない、優れた光
アイソレータが実現できる。
である。
る。
説明するための図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 コアの周囲をクラッドで包囲した構成の
光ファイバの光軸に垂直な断面内において、前記コアに
接近して水平に引いた直線を境にして、上部と下部とで
は異なる屈折率の誘電体クラッドを有し、前記コアには
波数ベクトルがコアの光導波方向と前記上部と下部の誘
電体クラッドの境界面に立てた法線とが作る面内にあっ
て、かつ波数ベクトルの光軸となす角度θが、0°<θ
<90°となる屈折率の周期的変化による回折格子を有
することを特徴とするファイバ型光アイソレータ - 【請求項2】 前記コア、前記下部の誘電体クラッド、
前記上部の誘電体クラッドの屈折率をそれぞれn1,n
2,n3としたとき、n1>n2>n3の関係を有する
請求項1に記載のファイバ型光アイソレータ。 - 【請求項3】 前記上部の誘電体クラッドは、前記下部
の誘電体クラッドの一部を削除し、この削除した部分に
前記下部の誘電体クラッドとは異なる屈折率の樹脂を形
成してなる請求項1に記載のファイバ型光アイソレー
タ。 - 【請求項4】 コアの周囲を単一の材料からなるクラッ
ドで包囲した光ファイバに対して、光軸に沿う側面から
2光束干渉光を照射して前記コアに屈折率変化された位
相格子からなる回折格子を形成する工程と、前記コアの
周囲の単一の材料から成っているクラッドを前記回折格
子の波数ベクトルと光軸が作る面に直交した面を前記コ
アの側面近接領域まで研磨により削除する工程と、前記
クラッドおよびコアよりも屈折率の小さい樹脂を前記削
除した領域に設ける工程とを含むことを特徴とするファ
イバ型光アイソレータの製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP9181976A JP3011140B2 (ja) | 1997-07-08 | 1997-07-08 | ファイバ型光アイソレータ及びその製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP4706079B2 (ja) * | 2005-05-30 | 2011-06-22 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 光ファイバー素子及びそれを用いた光の非相反性付与方法 |
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-
1997
- 1997-07-08 JP JP9181976A patent/JP3011140B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN107817557B (zh) * | 2017-12-17 | 2019-06-28 | 华中科技大学 | 一种全光纤的非互易性器件及其制备方法 |
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