JPH01241502A - 光アイソレータ用偏光素子 - Google Patents
光アイソレータ用偏光素子Info
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- JPH01241502A JPH01241502A JP63069128A JP6912888A JPH01241502A JP H01241502 A JPH01241502 A JP H01241502A JP 63069128 A JP63069128 A JP 63069128A JP 6912888 A JP6912888 A JP 6912888A JP H01241502 A JPH01241502 A JP H01241502A
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- prism
- polarizing element
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Landscapes
- Polarising Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は方解石やルチル（ＴｉＯｚ ）を用いた光アイ
ソレータ、光サーキュレータ、光スイッチ等光回路用デ
バイスにＪ３いて、Ｓ波成分を光軸路から発散さけ消光
比を改善させた偏光素子の構成に関づるものである。
ソレータ、光サーキュレータ、光スイッチ等光回路用デ
バイスにＪ３いて、Ｓ波成分を光軸路から発散さけ消光
比を改善させた偏光素子の構成に関づるものである。
［従来の技術］
光アイソレータは半導体レーザを用いた高速光通信、高
精度光計測等において、その光回路系からの反射戻り光
による半導体レーザ発揚の誤動作を防止するものであり
、光回路内ｂｂ＜は半導体レーザ直前部分に配置し、順
方向（入射側）からの光信号は損失なく透過させ、逆方
向（出射側）からの反射戻り光は透過を阻止する機能を
有する光デバイスで、近年特にその重要性が認識される
ようになった。
精度光計測等において、その光回路系からの反射戻り光
による半導体レーザ発揚の誤動作を防止するものであり
、光回路内ｂｂ＜は半導体レーザ直前部分に配置し、順
方向（入射側）からの光信号は損失なく透過させ、逆方
向（出射側）からの反射戻り光は透過を阻止する機能を
有する光デバイスで、近年特にその重要性が認識される
ようになった。
その−殻内な動作原理は、入射した光を偏光子により直
線偏光とし、次にファラデー回転子を配することにより
その偏光面を４５°回転させ、回転された直線偏光を次
の検光子へ導入し透過させる。このとき偏光子と検光子
はその光軸が４５°回転している関係なので、順方向か
ら４５゜回転して出射された光のみが透過できる。逆に
戻り光の場合は検光子面と合致した光のみが検光子を透
過でき、ざらにファラデー回転子により再び４５°偏光
面が回転するので、結局偏光子部分まできたとき、初期
の偏光面に対して９０゜ずれるのでその光は偏光子を透
過できない。これを消光特性という。
線偏光とし、次にファラデー回転子を配することにより
その偏光面を４５°回転させ、回転された直線偏光を次
の検光子へ導入し透過させる。このとき偏光子と検光子
はその光軸が４５°回転している関係なので、順方向か
ら４５゜回転して出射された光のみが透過できる。逆に
戻り光の場合は検光子面と合致した光のみが検光子を透
過でき、ざらにファラデー回転子により再び４５°偏光
面が回転するので、結局偏光子部分まできたとき、初期
の偏光面に対して９０゜ずれるのでその光は偏光子を透
過できない。これを消光特性という。
［発明が解決しようとする課題］
これまで各種多様な光アイソレータが提案されたが下記
の点で制約があった。たどえば光アイソレータの近端反
射がレーザに戻ることを防止するため、光アイソレータ
を傾斜して使うものは、入射光と出射光とが同一直線上
にはなくしかも平行直線でもないため、光線の軸合Ｕが
難しい。
の点で制約があった。たどえば光アイソレータの近端反
射がレーザに戻ることを防止するため、光アイソレータ
を傾斜して使うものは、入射光と出射光とが同一直線上
にはなくしかも平行直線でもないため、光線の軸合Ｕが
難しい。
ロションプリズムやウォラストンプリズムは安価な偏光
ビームスプリッタ（ＰＢＳ） 、もしくはルチルプリズ
ムに対して偏光素子としての性能は高いが、光アイソレ
ータに組込んだとき異常光線の分離角度が大きくとれな
いため、実効光線路内に侵入して光アイソレータとして
の消光特性を劣化させる要因になっていた。
ビームスプリッタ（ＰＢＳ） 、もしくはルチルプリズ
ムに対して偏光素子としての性能は高いが、光アイソレ
ータに組込んだとき異常光線の分離角度が大きくとれな
いため、実効光線路内に侵入して光アイソレータとして
の消光特性を劣化させる要因になっていた。
これに対してＰＢＳは、方解石やルチルを用いた複屈折
偏光プリズムに比較し価格的な優位性はあるが、３０層
以上の誘電体多層膜の形成工程が複雑であり、４０ｄＢ
以上の高い消光特性は望めない。また複屈折偏光素子の
中でもグラントムソン型プリズムは常光線を全反則させ
光路外へ回折するため、５０ｄＢ以上の高い消光特性が
１９られ、かつ光アイソレータとして用いても常光線が
実効光線路内に侵入してこないので、高いアイソレーシ
ョンが望めるが、寸法的に長くなると同時に素子単体の
価格も高くなるので、今後の光通信等における多品使用
を考慮したとぎ価格的に対応できない。
偏光プリズムに比較し価格的な優位性はあるが、３０層
以上の誘電体多層膜の形成工程が複雑であり、４０ｄＢ
以上の高い消光特性は望めない。また複屈折偏光素子の
中でもグラントムソン型プリズムは常光線を全反則させ
光路外へ回折するため、５０ｄＢ以上の高い消光特性が
１９られ、かつ光アイソレータとして用いても常光線が
実効光線路内に侵入してこないので、高いアイソレーシ
ョンが望めるが、寸法的に長くなると同時に素子単体の
価格も高くなるので、今後の光通信等における多品使用
を考慮したとぎ価格的に対応できない。
本発明者等は先に特願昭６２−１８５６６２において、
特に光アイソレータ用偏光素子としてすぐれた効果を有
する偏光プリズムを開示した。上記特許出願に基づく偏
光プリズムにＪ、って前述の従来プリズムの欠点は大幅
に改善することができた。すなわち第２図（ａ）に示づ
一つォラストン型プリズムでは第一の複屈折プリズム１
の頂角βを調節することから入射光と出射光を平行な光
軸にでき、かつ第二の複屈折プリズム２の頂角αを４５
°以上にしても入射時のＳ偏光分を充分な角度だＩｔ
Ｗれるので、偏光素子の光線方向の厚みを短縮できるし
のである。さらに価格的により安価な偏光素子とするた
め（ｂ）の１］ジヨン型プリズムの第一のプリズム３を
等方向なガラスとし、第二のプリズム４を複屈折物？１
とすれば高価な複屈折性材料は゛に分の使用でよいため
経済的な素子となる。以上の構成は前述の従来技術を大
＋ｉ＋に改善する手法を示唆するものである。しかしな
がらこれらの構成の偏光素子はいずれも不必要な偏光成
分を光軸からずら１ことににす、半導体レーザへ反射し
ないように提案されたもので、分離された不用偏光成分
が光アイソレータを構成する部品（例えばホルダケース
の４通孔）から回折して半導体レーザへ復帰する可能性
が存在りる。
特に光アイソレータ用偏光素子としてすぐれた効果を有
する偏光プリズムを開示した。上記特許出願に基づく偏
光プリズムにＪ、って前述の従来プリズムの欠点は大幅
に改善することができた。すなわち第２図（ａ）に示づ
一つォラストン型プリズムでは第一の複屈折プリズム１
の頂角βを調節することから入射光と出射光を平行な光
軸にでき、かつ第二の複屈折プリズム２の頂角αを４５
°以上にしても入射時のＳ偏光分を充分な角度だＩｔ
Ｗれるので、偏光素子の光線方向の厚みを短縮できるし
のである。さらに価格的により安価な偏光素子とするた
め（ｂ）の１］ジヨン型プリズムの第一のプリズム３を
等方向なガラスとし、第二のプリズム４を複屈折物？１
とすれば高価な複屈折性材料は゛に分の使用でよいため
経済的な素子となる。以上の構成は前述の従来技術を大
＋ｉ＋に改善する手法を示唆するものである。しかしな
がらこれらの構成の偏光素子はいずれも不必要な偏光成
分を光軸からずら１ことににす、半導体レーザへ反射し
ないように提案されたもので、分離された不用偏光成分
が光アイソレータを構成する部品（例えばホルダケース
の４通孔）から回折して半導体レーザへ復帰する可能性
が存在りる。
［課題を解決するための手段］
本発明は第２図（ａ） 、 （ｂ）の複屈折体偏光素子
の第一のプリズムと第二のプリズムの接合部分に少なく
とも六層の誘電体膜を形成し、不用偏光成分を接合部分
で反射させることから光回路内への侵入を阻止Ｕんとす
るものである。すなわち複屈折効果とブリュースター反
射を利用りるＰＢＳの性質を兼有させ、消光特性を面上
させることによって、光アイソレークなどの光デバイス
としての性能を改善することが本発明の主たる目的であ
る。
の第一のプリズムと第二のプリズムの接合部分に少なく
とも六層の誘電体膜を形成し、不用偏光成分を接合部分
で反射させることから光回路内への侵入を阻止Ｕんとす
るものである。すなわち複屈折効果とブリュースター反
射を利用りるＰＢＳの性質を兼有させ、消光特性を面上
させることによって、光アイソレークなどの光デバイス
としての性能を改善することが本発明の主たる目的であ
る。
本発明は、ファラデー回転子とファラデー回転子を磁気
的に飽和させるためのＩａ場光発生用永久磁石中央部分
に配置し、かつファラデー回転子の両側に互いの光軸が
４５°ずれた偏光素子を配置することからなる光学系で
構成された光アイソレータにおいて、１つは偏光素子が
エバの複屈折体プリズムから構成され、第一のＮ屈折体
プリズムと第二のＮ屈折体プリズムの光軸が共に光の入
用方向に対し直角であり、かつ該第一の複屈折体プリズ
ムの光軸と第二の複屈折体プリズムの光軸とのなづ角度
が直角であり、ざらに入射光と出射光が平行となるよう
な角度に両方の複屈折体プリズムのプリズム角度が設定
されている偏光素子用複屈折プリズムの接合部分に、誘
電体多層膜を形成することであり、他の１つは偏光素子
が一片の複屈折体プリズムおよび光学的に等方向なガラ
スプリズムから構成され、複屈折体プリズムは入射光に
対してその光軸が直角であり、かつ入射光と出射光が平
行になるようにガラスプリズムのプリズム角度が設定さ
れている偏光素子用プリズムの接合部分に、誘電体多層
膜を形成することである。さらに誘電体多層膜は、中心
波長において吸収の少ない、少なくとも六層を形成する
ことが好ましい。
的に飽和させるためのＩａ場光発生用永久磁石中央部分
に配置し、かつファラデー回転子の両側に互いの光軸が
４５°ずれた偏光素子を配置することからなる光学系で
構成された光アイソレータにおいて、１つは偏光素子が
エバの複屈折体プリズムから構成され、第一のＮ屈折体
プリズムと第二のＮ屈折体プリズムの光軸が共に光の入
用方向に対し直角であり、かつ該第一の複屈折体プリズ
ムの光軸と第二の複屈折体プリズムの光軸とのなづ角度
が直角であり、ざらに入射光と出射光が平行となるよう
な角度に両方の複屈折体プリズムのプリズム角度が設定
されている偏光素子用複屈折プリズムの接合部分に、誘
電体多層膜を形成することであり、他の１つは偏光素子
が一片の複屈折体プリズムおよび光学的に等方向なガラ
スプリズムから構成され、複屈折体プリズムは入射光に
対してその光軸が直角であり、かつ入射光と出射光が平
行になるようにガラスプリズムのプリズム角度が設定さ
れている偏光素子用プリズムの接合部分に、誘電体多層
膜を形成することである。さらに誘電体多層膜は、中心
波長において吸収の少ない、少なくとも六層を形成する
ことが好ましい。
一般に２種の誘電体の境界に入（ト）角θで入った光は
、振幅反射係数をＰ偏光、Ｓ偏光でそれぞれＲｐ 、Ｒ
ｓとした場合、ψを２番目の誘電体内の屈折角とすれば
、 ｊａｎ（θ−ψ） ５ｉｎ（θ−Φ）Ｒｐ−
−１１１口ロー・ −一百ｍ璽１丁Ｓ したがって（θ＋ψ）＝９０’のときＲｐ ＝Ｏとなり
反射されるのがＲ３のみで、２種の偏光を分離すること
ができる。この条件のときのθをブリュースター角とい
う。実際にこの種の膜により偏光成分を分ｌ１１１する
には、高低２種類の屈折率を有する誘電体を利用づる場
合、波長をλとすると、λ／４の膜厚で交互に積層する
。高屈折率層を１−１．低屈折率層をＬとしてＲｐ＝０
とするには、 ｌ−Ｌｍ （Ｌｌ−１） 、 （＋−１＞ 、（すＬすがとし
て、ｍを３以上にとれば、Ｓ偏光の除去帯すなわ’５
Ｓ偏光成分の反射率は９０％以、Ｆになることが知られ
ている（たとえば石黒浩三著「光学博膜」共存出版）。
、振幅反射係数をＰ偏光、Ｓ偏光でそれぞれＲｐ 、Ｒ
ｓとした場合、ψを２番目の誘電体内の屈折角とすれば
、 ｊａｎ（θ−ψ） ５ｉｎ（θ−Φ）Ｒｐ−
−１１１口ロー・ −一百ｍ璽１丁Ｓ したがって（θ＋ψ）＝９０’のときＲｐ ＝Ｏとなり
反射されるのがＲ３のみで、２種の偏光を分離すること
ができる。この条件のときのθをブリュースター角とい
う。実際にこの種の膜により偏光成分を分ｌ１１１する
には、高低２種類の屈折率を有する誘電体を利用づる場
合、波長をλとすると、λ／４の膜厚で交互に積層する
。高屈折率層を１−１．低屈折率層をＬとしてＲｐ＝０
とするには、 ｌ−Ｌｍ （Ｌｌ−１） 、 （＋−１＞ 、（すＬすがとし
て、ｍを３以上にとれば、Ｓ偏光の除去帯すなわ’５
Ｓ偏光成分の反射率は９０％以、Ｆになることが知られ
ている（たとえば石黒浩三著「光学博膜」共存出版）。
［実施例１］
第１図（ａ）に示すようにつＡラストン型偏光素子の第
一プリズム１．第ニブリズム２接合部分ＭにＡｊ２０ｚ
および１ｒ０２の積層膜を真空蒸着により、以Ｆのパタ
ーンで積層した。
一プリズム１．第ニブリズム２接合部分ＭにＡｊ２０ｚ
および１ｒ０２の積層膜を真空蒸着により、以Ｆのパタ
ーンで積層した。
（Ｌ Ｈし ）（［−ＨＬ ）（Ｌ Ｈし ） →
１− ＦＩ Ｌ ＨＬ ｌ−（’−’２”’ｌ”
２Ｙ’Ｚ７ ’ｌ”２’ここでＨ：１ｒＯ２で膜厚
λ／４． Ｌ ：ＡＪ２０３で膜厚λ／ ４ 、 Ｌ／
２：ＡＪ ７０３で膜厚λ／８を示すもので、この蒸着
多層膜を第一、第ニブリズムの一方の接合面に形成した
後、第一、第二のプリズムを接合し、偏光特性を分光光
度計によって測定したところ、接合面に多層膜を形成し
ない素子に比較して波長１３ＩＩＩＲにおいて消光特性
が、 多層膜形成なし： ３８ｄＢ 七層多層膜形成： ４１ｄＢ と３ｄＢの向上を得た。本発明名等の測定した分光光度
計の感電は４０ｄＢが−Ｌ限であったため、それ以上の
計測が不可能なことから、実際にはより高い消光特性と
考えられる。次にこれら偏光素子を用いて光アイソレー
タを組立てたところ、消光比が３８ｄＢと大幅に改善さ
れた。
１− ＦＩ Ｌ ＨＬ ｌ−（’−’２”’ｌ”
２Ｙ’Ｚ７ ’ｌ”２’ここでＨ：１ｒＯ２で膜厚
λ／４． Ｌ ：ＡＪ２０３で膜厚λ／ ４ 、 Ｌ／
２：ＡＪ ７０３で膜厚λ／８を示すもので、この蒸着
多層膜を第一、第ニブリズムの一方の接合面に形成した
後、第一、第二のプリズムを接合し、偏光特性を分光光
度計によって測定したところ、接合面に多層膜を形成し
ない素子に比較して波長１３ＩＩＩＲにおいて消光特性
が、 多層膜形成なし： ３８ｄＢ 七層多層膜形成： ４１ｄＢ と３ｄＢの向上を得た。本発明名等の測定した分光光度
計の感電は４０ｄＢが−Ｌ限であったため、それ以上の
計測が不可能なことから、実際にはより高い消光特性と
考えられる。次にこれら偏光素子を用いて光アイソレー
タを組立てたところ、消光比が３８ｄＢと大幅に改善さ
れた。
［実施例２］
次に第１図（ｂ）に示すようにガラスロションプリズム
の構成において、ガラスプリズム３との接合面Ｎに実施
例１と同様にＡｊ２０３および７ｒＯ２の上層膜を形成
した。そして膜を形成しない素子と形成した偏光素子の
消光特性は、多層膜形成なし： ３６ｄＢ 七層多層躾形成： ４０ｄＢ であった。次にこれら偏光素子を用いて光アイソレータ
を組立てたところ、消光比が３５ｄＢと大幅に改善され
た。
の構成において、ガラスプリズム３との接合面Ｎに実施
例１と同様にＡｊ２０３および７ｒＯ２の上層膜を形成
した。そして膜を形成しない素子と形成した偏光素子の
消光特性は、多層膜形成なし： ３６ｄＢ 七層多層躾形成： ４０ｄＢ であった。次にこれら偏光素子を用いて光アイソレータ
を組立てたところ、消光比が３５ｄＢと大幅に改善され
た。
すなわち光アイソレータ内の光路から充分な反射分離が
実現化されたものと考えられる。これは（ｂ）で示すよ
うにＳ偏光分の９０％以上が接合面Ｎでカットされ高消
光特性が得られるものである。第１図の膜構成は第１表
で与えられ、（以下余白） 方解石プリズム４に第１表の構成で多層膜を形成し、ガ
ラスプリズム３と樹脂で接着接合し作成した。この素子
の消光特性およびＳ偏光分離効果を確認するため、八か
ら光線を入射しＢ。
実現化されたものと考えられる。これは（ｂ）で示すよ
うにＳ偏光分の９０％以上が接合面Ｎでカットされ高消
光特性が得られるものである。第１図の膜構成は第１表
で与えられ、（以下余白） 方解石プリズム４に第１表の構成で多層膜を形成し、ガ
ラスプリズム３と樹脂で接着接合し作成した。この素子
の消光特性およびＳ偏光分離効果を確認するため、八か
ら光線を入射しＢ。
Ｃ，Ｄ方向の出射光の強度を測定したところ、Ｂ方向の
Ｐ成分の透過率は９９．９８％、Ｃ方向の反射強度は９
７１２％、Ｄ方向の偏光分離力は２．８％であった。す
なわち第１表の構成から９７％の不用偏光弁が分離でき
ることになる。
Ｐ成分の透過率は９９．９８％、Ｃ方向の反射強度は９
７１２％、Ｄ方向の偏光分離力は２．８％であった。す
なわち第１表の構成から９７％の不用偏光弁が分離でき
ることになる。
［発明の効！！！］
一般に光アイソレータを必要とする光通信光計測用半導
体レーザはそれ自身かなり強い直線偏光を示すので、Ｓ
偏光成分自体少ないが、さらに光アイソレータに内蔵さ
れる２つの偏光索子が本発明のような多層膜を有するな
らば、複屈折効果とブリュースター反射を利用するＰＢ
Ｓの性質を兼有させることにより消光特性を面上させる
ため、分離光が光路内で侵入することをほとんど阻止す
ることができ、半導体レーザの安定動作を維持でさ・、
本発明の偏光素子により今後の光通信用デバイスとして
アイソレータの信頼性を大幅に改善することができるよ
うになった。
体レーザはそれ自身かなり強い直線偏光を示すので、Ｓ
偏光成分自体少ないが、さらに光アイソレータに内蔵さ
れる２つの偏光索子が本発明のような多層膜を有するな
らば、複屈折効果とブリュースター反射を利用するＰＢ
Ｓの性質を兼有させることにより消光特性を面上させる
ため、分離光が光路内で侵入することをほとんど阻止す
ることができ、半導体レーザの安定動作を維持でさ・、
本発明の偏光素子により今後の光通信用デバイスとして
アイソレータの信頼性を大幅に改善することができるよ
うになった。
第１図は本発明の偏光素子の構成図。
第２図は従来の偏光素子の構成図。
１．２．４：複屈折体プリズム ３；ガラスプリズム特
許出願人 並木精密宝石株式会社 （ａ） ” （ｂ） 第１図 第２図
許出願人 並木精密宝石株式会社 （ａ） ” （ｂ） 第１図 第２図
Claims (4)
- （１）ファラデー回転子とファラデー回転子を磁気的に
飽和させるための磁場発生用永久磁石を中央部分に配置
し、かつファラデー回転子の両側に互いの光軸が４５°
ずれた偏光索子を配置することからなる光学系で構成さ
れた光アイソレータにおいて、偏光素子が二片の複屈折
体プリズムから構成され、第一の複屈折体プリズムと第
二の複屈折体プリズムの光軸が共に光の入射方向に対し
直角であり、かつ該第一の複屈折体プリズムの光軸と第
二の複屈折体プリズムの光軸とのなす角度が直角であり
、さらに入射光と出射光が平行となるような角度に両方
の複屈折体プリズムのプリズム角度が設定されている偏
光素子用複屈折プリズムの接合部分に、誘電体多層膜を
形成することを特徴とした光アイソレータ用偏光素子。 - （２）誘電体多層膜を少なくとも六層形成する特許請求
の範囲第（１）項記載の光アイソレータ用偏光素子。 - （３）ファラデー回転子とファラデー回転子を磁気的に
飽和させるための磁場発生用永久磁石を中央部分に配置
し、かつファラデー回転子の両側に互いの光軸が４５°
ずれた偏光素子を配置することからなる光学系で構成さ
れた光アイソレータにおいて、偏光素子が一片の複屈折
体プリズムおよび光学的に等方的なガラスプリズムから
構成され、複屈折体プリズムは入射光に対してその光軸
が直角であり、かつ入射光と出射光が平行になるように
ガラスプリズムのプリズム角度が設定されている偏光素
子用プリズムの接合部分に、誘電体多層膜を形成するこ
とを特徴とした光アイソレータ用偏光素子。 - （４）誘電体多層膜を少なくとも六層形成する特許請求
の範囲第（３）項記載の光アイソレータ用偏光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63069128A JPH01241502A (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | 光アイソレータ用偏光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63069128A JPH01241502A (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | 光アイソレータ用偏光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01241502A true JPH01241502A (ja) | 1989-09-26 |
Family
ID=13393693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63069128A Pending JPH01241502A (ja) | 1988-03-23 | 1988-03-23 | 光アイソレータ用偏光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01241502A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990015357A1 (en) * | 1989-05-30 | 1990-12-13 | Raymond Hesline | Birefringent polarizing device |
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| JPH08201176A (ja) * | 1994-12-28 | 1996-08-09 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | マイクロ偏光計、マイクロセンサ・システム、および薄膜の特性を測定する方法 |
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-
1988
- 1988-03-23 JP JP63069128A patent/JPH01241502A/ja active Pending
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