JPH04349421A - 光アイソレータ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザを用いた
光ファイバ通信や光ディスクの入出力等における光学系
の反射戻り光を阻止するための光アイソレータに関し、
特にファイバ型光増幅器等に取付けられて入射光の偏光
方向に影響を受けない偏光無依存型で光ファイバ埋込型
の光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信や光ディスクの入出力等
の主要な光源である半導体レーザでは、それに結合され
る光ファイバの端面や、光ファイバ同士の接続点、ある
いは結合レンズ，光コネクタ等の光学系からの反射戻り
光を受けると発振が不安定になり、雑音の増加や出力変
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体レーザの動作不安定性を解消し
、安定な光通信用光源を実現するために、これまでに各
種の光アイソレータが開発されている。

【０００３】偏光子，検光子としてローション・プリズ
ムを用い、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）単結晶
やＢｉ置換ガーネット等のファラデー回転子（ファラデ
ーローテータ）、このファラデー回転子を順方向に磁化
するためのＳｍＣｏなどの孔あき永久磁石を用いて構成
した光アイソレータが一般に広く知られているが、この
ような構成の光アイソレータは順方向（低ロスの方向）
においてもある偏光面しか透過せず、偏光子の透過方向
に合致しない光が入射した場合には通過光が大幅に減少
するという欠点があった。また、この光アイソレータを
光ファイバ間に挿入して使用すると、光ファイバ中を伝
搬する光ビームは一般に偏光面が一定でないので、通過
光量が変動してしまう。光ファイバ間に挿入する場合は
偏光依存性のない光アイソレータが望ましい。

【０００４】そこで、偏光方向に依存せずに全ての偏光
面に対して順方向の損失をほとんど零とする構成として
、ローションプリズムの代わりに方解石のような平板状
複屈折結晶あるいは人工異方性媒質による常光，異常光
の分離／合成を利用した偏光無依存型の各種の光アイソ
レータが提案されている。人工異方性媒質を用いたもの
としては、例えば、白石和男氏，川上彰二郎氏「人工異
方性媒質によるファイバ埋込型アイソレータの偏光無依
存化」１９９０年電子情報通信学会春季全国大会Ｃ−２
９０，Ｐ．４−３４３に記載されているように、ビーム
拡大ファイバと、３枚の誘電体多層膜偏光ビームスプリ
ッタと、１枚のＢｉ置換希土類ガーネットのファラデー
回転子とを一列に組合せて構成した偏光無依存型で光フ
ァイバ埋込型の光アイソレータが提案されている。この
ような光ファイバ埋込型光アイソレータを用いると、レ
ンズ系を必要とせず、特にシングルモードファイバとマ
イクロレンズとを厳密に調整して構成されるファイバコ
リメータを使う必要がなくなる。そのため、従来のもの
と比較して組立が非常に楽になることが期待され、さら
に小型，安定，低損失等も期待される。

【０００５】上記のビーム拡大ファイバは、シングルモ
ード光ファイバの一端を熱処理してドーパントを拡散さ
せ、モードフィールド径を拡大したものであり、このビ
ーム拡大ファイバを２本対向させるとファイバ間の結合
損失を小さくすることができる。例えば、１０μｍ程度
のモードフィールド径が４０μｍ程度まで拡大され、そ
のモードフィールド径が拡大された部分の長さは数ｃｍ
である。また、上記の誘電体多層膜光ビームスプリッタ
は厚さが１００ｎｍ程度のａ−Ｓｉ（アモルファスシリ
コン）とＳｉＯ２　との交互多層膜から成る人工異方性
媒質であり、屈折率の大きな異方性を有し、方解石やル
チルに比べて大きな偏光分離角が得られる。上記文献に
は、最適に設計されたａ−ＳｉとＳｉＯ２　との交互多
層膜から成る誘電体多層膜ビームスプリッタを使うと約
２３度の偏光分離角が得られることが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の光アイソレータでは、順方向に伝わる光は偏光ビーム
スプリッタにより入射光の光軸に対して、平行かつ一定
量横にずれて出射側ファイバに到達する。従って、入射
側の光ファイバと出射側の光ファイバは同軸上ではなく
、一定量横にずらして配置する必要がある。だが、一定
量横にずらして配置することは組立工程上かなりの困難
を伴うこととなる。また、このとき入射側光ファイバと
出射側光ファイバとの角度ずれが生じると、結合損失が
増加してしまう。特に、ビーム拡大ファイバを使用した
場合は、斜め入射光に対しての結合が極端に悪いので、
上記の角度ずれが生じると光が全く伝わらなくなってし
まうという解決すべき課題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上述の
点に鑑みて、入射側光ファイバと出射側光ファイバとの
角度ずれの発生が解消され、無調整で容易に組立可能な
偏光無依存型で光ファイバ埋込型の光アイソレータを提
供することにある。

【０００８】上記目的を達成するため、本発明は、一本
の光ファイバが埋め込まれている基板、該基板に埋め込
まれている前記光ファイバの中間に、該光ファイバの光
軸と所定の角度をなして斜めに該光ファイバを切断する
溝、該溝の中に挿入配置された偏光ビームスプリッタと
ファラデー回転子とλ／２波長板、および該ファラデー
回転子を磁化する磁石を具備することを特徴とする。

【０００９】また、本発明の好ましい一態様として、前
記溝の周囲の前記光ファイバがビーム拡大ファイバであ
ることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の好ましい他の形態として、
前記溝が前記光ファイバの光軸となす角度と、前記偏光
ビームスプリッタの厚さは、該光ファイバの屈折角と該
偏光ビームスプリッタによる横ずれ量が相殺されるよう
にあらかじめ設定されていることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の好ましい他の形態として、
前記溝が前記光ファイバの光軸となす角度は２°〜１０
°の範囲であることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の光ファイバ埋込型の光アイソレータは
、上記のように、基板に埋込まれた一本の光ファイバの
中間に光学素子を入れる溝が所定角度で斜めに切られ、
この溝の中に偏光ビームスプリッタとファラデー回転子
とλ／２波長板とを配置して構成される。このように入
射側光ファイバと出射側光ファイバは、基板に埋込まれ
て中間で溝により切断された一本の光ファイバから成る
ので、常に同一光軸上に存在することになる。また、斜
めに溝が切られているので、光ファイバの端面は光軸に
対して斜めになっている。そのため、入射側光ファイバ
からは光が屈折して斜めに出射し、この光は偏光ビーム
スプリッタでもとの光に平行で、かつ一定量横にずれて
出射側光ファイバに到達する。そのため、光ファイバの
屈折角と偏光ビームスプリッタによる横ずれ量が相殺（
キャンセル）するように、あらかじめ溝が光軸となる角
度と、偏光ビームスプリッタの厚さとを調整して設計す
れば、偏光ビームスプリッタから出射した光は入射側光
ファイバと同一光軸上にある出射側光ファイバに結合す
る。従って、所定の厚さの偏光ビームスプリッタとファ
ラデー回転子とを上記溝内に挿入することだけで、無調
整で偏光無依存型の光アイソレータを容易に組み立てる
ことができる。

【００１３】本発明は、また通常偏光ビームスプリッタ
２枚とファラデー回転子（Ｆ．Ｒ．）１枚、λ／２波長
板１枚の構成をとっているため、これらの光学結晶の合
計厚を薄くできる。例えば、分離幅７０μｍを実現する
ため偏光ビームスプリッタとしてルチル結晶を用いる場
合には、 構成１；ルチル（７０７μｍ）＋Ｆ．Ｒ．（２９０μｍ
）＋ルチル（５００μｍ）＋ルチル（５００μｍ）＝１
９９７μｍ 構成２；ルチル（７０７μｍ）＋Ｆ．Ｒ．（２９０μｍ
）＋水晶λ／２波長板（３２μｍ）＋ルチル（７０７μ
ｍ）＝１７３６μｍと構成２の方が構成１に比べて２６
０μｍほど薄くなる。また、分離幅５０μｍを実現する
ため、偏光ビームスプリッタとして誘電体多層膜を使用
した場合も、 構成３；誘電体多層膜（１２１μｍ）＋Ｆ．Ｒ．（２９
０μｍ）＋誘電体多層膜（８６μｍ）＋誘電体多層膜（
８６μｍ）＝５８３μｍ 構成４；誘電体多層膜（１２１μｍ）＋Ｆ．Ｒ．（２９
０μｍ）＋水晶λ／２波長板（３２μｍ）＋誘電体多層
膜（１２１μｍ）＝５６４μｍと、構成４の方が構成３
に比べて２０μｍほど薄くすることができる。

【００１４】このように光学結晶の合計厚を薄くできれ
ば、ビーム拡大ファイバの拡大部のＭＦＤをさほど大き
くしないですむので、製造上有利であるばかりでなく、
ファイバの傾きに起因するロス増に鈍感となるので、望
ましい。なお、上記波長板は必ずしもλ／２波長板であ
る必要はなく、（ｎ＋１／２）λ波長板であればよいが
、ｎ（零を含む整数）は小さいほうが望ましい。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１６】図１は本発明の一実施例の光アイソレータ
の概略構成を示す。本図に示すように、基板２に埋込ま
れた１本の光ファイバ４のほぼ中間に光学素子６を入れ
る溝８が所定の角度θで斜めに切られており、この溝８
の中に図２に示すように光学素子６を構成する複数の平
行平板状の偏光ビームスプリッタ１０，１４およびファ
ラデー回転子１６と水晶λ／２波長波１２とが配置され
、さらにこのファラデー回転子１６を覆うように円筒状
磁石（図４の（Ｃ）参照）が組み付けられて光ファイバ
埋込偏光無依存型光アイソレータが形成される。図２に
おいて４Ａは入射側光ファイバ、４Ｂは出射側光ファイ
バであり、２Ｂは上部基板である。

【００１７】溝８が光ファイバ４の光軸となる角度θ（
例えば２°〜１０°）と偏光ビームスプリッタ１０，１
４の厚さ（１０，１４は等しい厚さを持つ）は光ファイ
バの屈折角と偏光ビームスプリッタによる横ずれ量が相
殺されるようにあらかじめ設計される。そのため、出力
端側の偏光ビームスプリッタ１４から出射した光は前述
のように入射側光ファイバ４Ａと同一光軸上にある出射
側光ファイバ４Ｂに入射する。

【００１８】偏光ビームスプリッタ１０，１４としては
、ルチル結晶や方解石板も使用可能であるが、ａ−Ｓｉ
とＳｉＯ２　の交互多層膜のような誘電多層膜からなる
人工異方性媒質が方解石やルチルに較べて大きな偏光分
離角が得られ、素子長（厚み）を小さくできるのでより
好ましい。ファラデー回転子１６としてはＢｉ置換ガー
ネットあるいは（ＹｂＴｂＳｉ）２　Ｆｅ５　Ｏ１２の
ようなＲＩＧ（希土類鉄ガーネット）が寸法を小さくで
きるので好ましいが、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネッ
ト単結晶）などの各種の磁気光学材料も利用できること
は勿論である。ファラデー回転子１６を磁化する後述の
磁石は例えばＳｍＣｏなどの環状の孔あき永久磁石等が
利用できる。

【００１９】また、光ファイバ４として溝８が切られて
いる周囲にビーム拡大ファイバを使った場合には、入射
側ファイバ４Ａと出射側ファイバ４Ｂが完全に同一光軸
上にあるという利点が生かせる。さらにこの場合、入射
側ファイバ４Ａと出射側ファイバ４Ｂのモードフィール
ドは厳密に等しいという利点も生じる。

【００２０】次に、本発明の一実施例の製造工程を説明
する。

【００２１】■ビーム拡大ファイバ製造工程図３に示す
ように、まず最初にコア１８がＧｅＯ２　添加ＳｉＯ２
　、クラッド２０がＳｉＯ２　から成り、コア径Ｄ１　
が８．５μｍ、クラッド径Ｄ２　が１２５μｍ、コアの
屈折率差ΔｎがΔｎ＝０．３２％のシングルモードファ
イバを用意した。この初期時のモードフィールド径（直
径）は９μｍであった。このシングルモードファイバを
５ｍとり、その中間部１０ｃｍの樹脂をはぎ、このはい
だ部分を１３００℃で１５時間ほど加熱した。同一条件
で作ったファイバにより、この加熱部分のモールドフィ
ールド径（ＭＦＤ）は３５μｍであることを確認した。

【００２２】■基板へのファイバの埋込と溝切り工程図
４の（Ａ）に示すように、４ｍｍ×２０ｍｍ×２ｔのシ
リコンチップ２Ａに深さ１３０μｍのＶ溝２２を切り、
このＶ溝２２内に上記の加熱処理により得られたビーム
拡大ファイバ４を埋込み、この上に４ｍｍ×２０ｍｍ×
２ｔのシリコンチップ２Ｂを乗せ、樹脂等で固定した。

【００２３】次いで、図４の（Ｂ）に示すように、シリ
コンチップ２Ａ，２Ｂの中央に幅２ｍｍの溝８を光軸に
対して５°傾けて切削した。このときの切削深さは埋込
みファイバを完全に切断する深さとした。

【００２４】■光学素子の挿入工程 次に、図１および図２に示すように、上記溝８の中に７
０７μｍ，７０７μｍの厚みの２枚のルチル結晶板１０
，１４と、２９０μｍの厚みのＢｉ−ＧｄＹＩＧ１６と
３２μｍの厚みの水晶λ／２波長板１２とを溝８の底ま
で挿入し、樹脂で固定した。このとき、Ｂｉ−ＧｄＹＩ
Ｇのファラデー回転子１６は入射側の第１のルチル結晶
板１０の次に配置し、λ／２波長板１２はこのファラデ
ー回転子１６の次に配置した。

【００２５】■磁石組付工程 最後に、図４の（Ｃ）に示すように、円筒形磁石２４の
中に上記のチップを通し、両者を一体に固定した。

【００２６】以上のようにして作成した偏光無依存型光
アイソレータの順方向結合損失は１．０ｄＢ、アイソレ
ーションは３９ｄＢであることが確認された。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板に埋込まれた一本の光ファイバの中間に、光学素子
を入れる溝が斜めに切られており、この溝中に偏光ビー
ムスプリッタとファラデー回転子とλ／２波長板とが配
置されている構成なので、入射側光ファイバと出射側光
ファイバとの角度ずれの発生が解消され、また偏光ビー
ムスプリッタから出射した光が入射側光ファイバと同一
光軸上にある出射側光ファイバに結合するので、無調整
で容易に組立できる効果が得られる。さらに、光学結晶
の合計厚が薄くなるため、製造上，特性上も有利である
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光アイソレータの概略構成
を示す斜視図である。

【図２】図１の光アイソレータを上方から見た平面図で
ある。

【図３】本発明の一実施例で用いる光ファイバの屈折率
プロファイルを示した図である。

【図４】本発明の一実施例の光アイソレータの製造工程
を示す斜視図である。

【符号の説明】

２，２Ａ，２Ｂ　　基板 ４，４Ａ，４Ｂ　　光ファイバ ６　　光学素子 ８　　溝 １０，１４　　偏光ビームスプリッタ １２　　λ／２波長板 １６　　ファラデー回転子 １８　　コア ２０　　クラッド ２２　　Ｖ溝 ２４　　磁石

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一本の光ファイバが埋め込まれている
   基板、該基板に埋め込まれている前記光ファイバの中間
   に、該光ファイバの光軸と所定の角度をなして斜めに該
   光ファイバを切断する溝、該溝の中に挿入配置された偏
   光ビームスプリッタとファラデー回転子とλ／２波長板
   、および該ファラデー回転子を磁化する磁石を具備する
   ことを特徴とする光ファイバ埋込型の光アイソレータ。
2. 【請求項２】　　前記溝の周囲の前記光ファイバがビー
   ム拡大ファイバであることを特徴とする請求項１に記載
   の光ファイバ埋込型の光アイソレータ。
3. 【請求項３】　　前記溝が前記光ファイバの光軸となす
   角度と、前記偏光ビームスプリッタの厚さは、該光ファ
   イバの屈折角と該偏光ビームスプリッタによる横ずれ量
   が相殺されるようにあらかじめ設定されていることを特
   徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ埋込型の
   光アイソレータ。
4. 【請求項４】　　前記溝が前記光ファイバの光軸となす
   角度は２°〜１０°の範囲であることを特徴とする請求
   項３に記載の光ファイバ埋込型の光アイソレータ。
5. 【請求項５】　　前記偏光ビームスプリッタは誘電体多
   層膜からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   に記載の光ファイバ埋込型の光アイソレータ。
6. 【請求項６】　　前記偏光ビームスプリッタはルチル等
   の複屈折率結晶からなることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれかに記載の光ファイバ埋込型の光アイソレータ
   。