JPH05313094A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品数が従来の半分で、光軸調整が簡単な小
型の光アイソレータを提供することを目的とする。 【構成】 １個のレンズの片側に複屈折結晶を設け、こ
のレンズと複屈折結晶の間にレンズの半分の面積を覆う
ように１／２波長板を設け、レンズの他の片側に反射鏡
を設け、レンズと反射鏡の間に入射光と出射光の偏光面
がπ／８＋Ｎπ／４（Ｎ＝０、１、・・）だけ異なるよ
うに長さを決めた平板状磁気光学結晶を設け、複屈折結
晶から１／２波長板を通過するように入射した光ビーム
は反射鏡で反射され、１／２波長板のない部分を通過し
て複屈折結晶から光が出力する光アイソレータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏光無依存型光アイソ
レータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、偏光無依存型光アイソレータの構
成は図５に示すもので、５１、５２は光ファイバ、５
３、５４はレンズ、５５、５６は平板状複屈折結晶、５
７は磁気光学結晶、５８は旋光性結晶または複屈折結
晶、５９は磁石である。磁気光学結晶であるＹＩＧ結晶
５７には磁石５９によって光が透過する方向と平行に磁
界が加えられている。光ファイバ５１から出力した光は
レンズ５３で平行光に変換される。レンズ５３を透過し
た光は複屈折結晶であるルチル結晶５５で、常光と異常
光の２つの偏光に分離されると共に、異常光の光路は常
光の光路に対して平行移動する。ルチル結晶５５を透過
した２つの偏光の光はＹＩＧ結晶５７を透過するときに
その偏光面が光軸を中心に左回りに４５度回転する。さ
らに、旋光性結晶として用いた１／２波長板５８で左回
りに４５度回転する。ＹＩＧ結晶５７と１／２波長板５
８で合わせて９０度回転した２つの光路の異なる光はル
チル結晶５６で１つの光路を進むように合成され、レン
ズ５４で集光されて光ファイバ５２に入射される。

【０００３】一方、光ファイバ５２から出力した光はレ
ンズ５４で平行光に変換された後、ルチル結晶５６で常
光と異常光に分離され、光路も２つに分離される。１／
２波長板５８は可逆性なので偏光面を右回りに４５度回
転する。しかし、ＹＩＧ結晶５７は非可逆性なので偏光
面を４５度左回りに回転させ、１／２波長板５８とＹＩ
Ｇ結晶５７を通過した光の偏光面は通過する前と同じと
なる。したがって、ルチル結晶５５と透過した２つの偏
光の光は１つの光路に合わせられることがないと共に、
レンズ５３によって集光された光位置が異なるために光
ファイバ５１に結合しない。このように、光ファイバ５
１から出射した光は光ファイバ５２に入射するが、光フ
ァイバ５２から出力した光は光ファイバ５１に入射しな
いので、光が１方向にだけ透過することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、光結合に必用なレンズおよび複屈折結晶
が２つ必要であること、さらに、光結合を行うために２
本の光ファイバと２つのレンズの位置を調整して光学結
合をしなければならなかった。

【０００５】本発明は光アイソレータの構成部品を削減
し、光結合のための光軸調整を簡単にできるようにした
光アイソレータを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の光アイソレータは、１個のレンズの片側に複
屈折結晶を設け、このレンズと複屈折結晶の間にレンズ
の半分の面積を覆うように１／２波長板を設け、レンズ
の他の片側に反射板を設け、レンズと反射板の間に入射
光と出射光の偏光面がπ／８＋Ｎπ／４（Ｎ＝０、１、
・・）だけ異なるように長さを決めた磁気光学結晶を設
け、１／２波長板のない部分を通過するように入射した
光ビームは反射鏡で反射され、１／２波長板を通過して
光が出力するように構成したものである。

【０００７】

【作用】上記構成のように、１つのレンズだけで反射型
の光アイソレータを構成することにより、部品数が少な
く光軸調整が簡単にすることができる。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。図１および図２は本発明の第１の実施
例における光アイソレータの構成断面図で、図１は順方
向に光を透過した場合の偏光状態および光路の変化を説
明した図、図２は逆方向に光を透過した場合の偏光状態
および光路の変化を説明した図である。

【０００９】図１において１、２は光ファイバ、３は光
ファイバアレイ、４は複屈折結晶、５は旋光性結晶また
は複屈折結晶、６はレンズ、７は磁気光学性結晶、８は
反射鏡、９はガラス板、１０は磁石、１１〜１８および
２１〜２８は光線である。

【００１０】光ファイバ１および光ファイバ２は２５０
μｍの間隔を開けて板厚１ｍｍのガラス板上に平行に整
列し、その上に板厚１ｍｍのガラス板をかぶせて接着固
定した後、先端を鏡面研磨して光ファイバアレイ３を構
成する。板厚１．３ｍｍの複屈折結晶であるルチル結晶
４の片面の半分の部分に板厚９０μｍの１／２波長板５
を、残りの半分の部分に板厚９０μｍのガラス板９を貼
り付ける。ルチル結晶４の両面には、接着した場合に反
射光がなくなるような反射防止膜を設けている。

【００１１】光ファイバアレイ３とルチル結晶４の接着
をするときに、光ファイバ１と光ファイバ２の中心に１
／２波長板５とガラス板９の境界が来るように位置合わ
せを行い、光ファイバ２に入出力する光だけが１／２波
長板５を通過するようしている。屈折率分布型ロッドレ
ンズ６の端面に厚さ約１２０μｍの磁気光学結晶である
Ｂｉ置換ガーネット結晶５を貼り付け、さらにガーネッ
ト結晶７に反射鏡８を貼り付けている。ガーネット結晶
７の外側にはガーネット結晶７に垂直に磁界が透過する
ように円筒型の磁石１０を設けている。ガーネット結晶
７を中心波長１５５４ｎｍの光が透過するとその偏光面
が２２．５度左回りに回転する。光ファイバ１から出射
した光が光ファイバ２に入射するように光ファイバアレ
イ３とロッドレンズ６の位置調整を行ない、ロッドレン
ズ６と光ファイバアレイ３の先端に設けられた１／２波
長板５およびガラス板９を接着固定する。このように構
成した光アイソレータの動作を説明する。なお、光は紙
面水平方向に進むものとし、光の偏光状態は光線の法線
面（紙面に垂直な平面）内の左から見た偏光方向を示す
ものとする。また、回転は時計回りを右回り、反時計回
りを左回りとする。ロッドレンズ６内での光の振る舞い
は光線の中心の振る舞いを描写した。

【００１２】光ファイバ１から入射した無偏光状態の光
はルチル結晶５で常光１１と異常光１２に分離され、異
常光１２の光路が変化する。ルチル結晶４を透過した光
は常光、異常光と共に光路は異なるが同じように進み、
ロッドレンズ６の右端面では平行光線に変換される。ロ
ッドレンズ６を通過した光１３および光１４はガーネッ
ト結晶７を透過したときに左回りに２２．５度、反射鏡
８で反射され再びガーネット結晶７を透過したときに２
２．５度と合わせて４５度左に回転する。反射鏡８で反
射されることで、光１３は光１５の光路を、光１４は光
１６の光路を進む。ガーネット結晶７を透過した光１５
および１６はロッドレンズ６で集光されながら１／２波
長板５に入射する。１／２波長板５はその光学軸と角度
θをなして入射した直線偏光の光を１／２波長板５の光
学軸と−θの角度をなす直線偏光として出射する機能を
持つ。１／２波長板５の光学軸方向は異常光１２にたい
して２２．５度の角度をなして設けているため、光１５
および光１６の偏光状態は１／２波長板５を透過すると
偏光はさらに４５度左に回転する。１／２波長板５を透
過した光はルチル結晶板４に入射すると、異常光である
光１７と常光である光１８はルチル結晶４を透過したと
きにはその光路が一致する。また、光１７および光り１
８はロッドレンズ６で集光されているので、光ファイバ
２に損失が０．５ｄＢ程度と効率よく結合される。

【００１３】一方、光ファイバ２から無偏光の光が入射
すると、ルチル結晶４で常光２１と異常光２２に分けら
れ、異なった光路を進む。１／２波長板５を透過すると
きにその偏光面が右回りに回転したのち、ロッドレンズ
６で平行光に変換される。ロッドレンズ６内を進む光２
３と光２４は反射鏡８で反射される前後でガーネット結
晶７を合わせて２回透過するので、この時に偏光面が左
回りに４５度回転する。反射鏡８で反射することにより
光２３は光２５の光路を、光２４は光２６の光路を進
む。また、光１５および光２６はロッドレンズ６で集光
されながら進む。ガラス板９を透過した光はルチル結晶
４内を通るとき、光２７は常光として進むので直進し、
光ファイバ１に入射しない。光２８は異常光としてルチ
ル結晶４を通るので、光路がずれ、光ファイバ１に入射
しない。このように、光ファイバ１から入射した光は光
ファイバ２に結合するが、光ファイバ２から入射した光
は光ファイバ１には結合しないと言う光アイソレータの
機能を構成することができる。

【００１４】以上のように、各１個の複屈折結晶、レン
ズ、磁気光学結晶および反射鏡を縦列に構成し、複屈折
結晶とレンズの間にレンズの半分の面積を覆うように１
／２波長板を設け、複屈折結晶、レンズ、磁気光学結晶
２回通過する光学系を構成することにより、構成部品の
数を従来の約半分に削減した。また、光ファイバはアレ
イ構造となっているので、光ファイバアレイとレンズの
光軸調整を行うことにより簡単に光学結合ができると言
う効果も得られる。

【００１５】図３は本発明の第２の実施例における光ア
イソレータの構成断面図を示したものである。図３にお
いて３０は非球面レンズ、３１は片面に反射防止膜をコ
ーテウィングしたガラス板で、その他は第１の実施例に
用いた部品と同じである。光ファイバ１および光ファイ
バ２はシングルモード光ファイバなので、その開口数は
０．１（光の放射角は５．７度）である。光ファイバア
レイ３の先端を８度に斜め研磨し、先端に厚さ１．５ｍ
ｍのルチル結晶４を貼り付ける。光ファイバ２から出力
される光だけが透過するようにルチル結晶４の端面に厚
さ９０μｍの１／２波長板を貼り付ける。光ファイバ１
から出射した光が透過する部分には厚さ９０μｍのガラ
ス板９を貼り付ける。さらに、端面からの反射を防止す
るために片面に反射防止膜をコーティングした板厚０．
３ｍｍのガラス板３１を設け、反射防止膜がない面を１
／２波長板５およびガラス板９に貼り付ける。したがっ
て、光ファイバ内を通り光ファイバ先端でほとんど反射
しないと共に光ファイバ先端で反射した光は光ファイバ
内に戻らない。表面の反射防止膜を設けた非球面レンズ
３０に光が入射するとき、入射位置が中心軸からずれる
と収差大きくなり易い。光ファイバ１および光ファイバ
２は非球面レンズ３０の中心軸から１２５μｍだけ離し
て設けていること、また、光ファイバ１および光りファ
イバ２の開口数は０．１と小さいのに対して非球面レン
ズ３０の開口数は０．２と大きいので、光ファイバ１か
ら出力した光はほとんど収差なく平行光線に変換され、
反射鏡８で反射された後再び非球面レンズ３０で集光さ
れて光ファイバ２に効率よく結合する。１／２波長板
５、磁気光学結晶７、およびルチル結晶４を通過すると
きの偏光面の回転の様子は第１の実施例において順方向
に光が通過する場合と同じ振る舞いをする。

【００１６】以上のように、レンズに非球面レンズを用
いると光ファイバの先端を斜め研磨加工を施すことによ
り、反射戻り光を小さくすることができる。さらに、光
ファイバの開口数より大きな開口数の非球面レンズを使
用し、光の入射位置を非球面レンズの中心軸付近に設け
ることにより、収差の少ない非球面レンズの特性を生か
して光ファイバ間の結合損失を低減することができる。

【００１７】図４は本発明の第３の実施例における光ア
イソレ−タと他の光学機能部品とを一体に組み込んだ光
部品の構成断面図である。図４において３２は本発明の
反射型光アイソレータ、３３、３４は光ファイバ、３
５、３６はロッドレンズ、３７はフィルタ、３８〜４３
は光路である。

【００１８】光ファイバ３３から入射した波長１５５４
ｎｍの光はロッドレンズ３５中を光路３９に沿って進
む。フィルタ３７は波長１５５４ｎｍの光は透過する特
性を持つので、波長１５５４ｎｍの光はロッドレンズ３
６の中を光路４０に沿って進み、光アイソレータ３２に
入射する。ロッドレンズ６の中を光路４２を進んだあと
に光路４３を進む場合は、光アイソレータ３２内を順方
向に進むことになるので、光路４３を通過した光は光路
４１および光路３８を進んで光ファイバ３４に入射す
る。反対に、光ファイバ３４から入射した波長１５５４
ｎｍの光はロッドレンズ３５内の光路３８、ロッドレン
ズ３６内の光路４１を進み、光アイソレータ３２内の光
路４３に沿って進む。しかし、光アイソレータ３２内で
光が常光、異常光の２つに分かれて進むため、光はロッ
ドレンズ３６およびロッドレンズ３５内を進むが、この
光は光ファイバ３３には入射しない。

【００１９】一方、光ファイバ３３から入射した波長１
４８０ｎｍの光はロッドレンズ３５の中を光路３９を進
む。フィルタ３７は波長１４８０ｎｍの光は反射するの
で、波長１４８０ｎｍの光は反射されて光路３８を通っ
て光ファイバ３４に入射する。反対に、光ファイバ３４
からロッドレンズ３５に入射した光は光路３８および光
路３９に沿って進み、光ファイバ３３に入射する。

【００２０】このように、光アイソレータ３２と波長選
択機能を持つフィルタ３７を一体にして光部品を構成す
ることにより、波長１４８０ｎｍの光はその方向に関係
なく光部品の内部を通過することができるが、波長１５
５４ｎｍの光は光アイソレータ３２を通過するためにそ
の通過方向が制限される。したがって、２つ以上の機能
を有する光部品を極めてコンパクトに構成することがで
きると言う効果が得られる。なお、光アイソレータ３２
と一体化する光学機能部品はフィルタ３７としたが、一
体化する光学機能部品はいかなる光学部品でも良いこと
は言うまでもない。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明は、１個のレンズの
片側に複屈折結晶を設け、このレンズと複屈折結晶の間
にレンズの半分の面積を覆うように１／２波長板を設
け、レンズの他の片側に反射鏡を設け、レンズと反射鏡
の間に入射光と出射光の偏光面がπ／８＋Ｎπ／４（Ｎ
＝０、１、・・）だけ異なるように長さを決めた平板状
磁気光学結晶を設け、１／２波長板を通過するように入
射した光ビームは反射鏡で反射され、１／２波長板の内
部を通過して光が出力するように光アイソレータを構成
することにより、各１個の複屈折結晶、レンズ、磁気光
学結晶を２回透過して使用するので、部品の数を従来の
半分にできる。また、光ファイバはアレイ構造となって
いるので、光ファイバアレイとレンズの光軸調整を行う
ことにより簡単に光学結合ができる。さらに、光ファイ
バアレイは一方だけに出ているため、光アイソレータを
実装するときに光ファイバの引き回し面積が少なくなる
ので、光アイソレータを組み込む装置の小型化に寄与す
ると言う効果も得られる。

【００２２】レンズの非球面レンズを使用することによ
り、結合損失を低減できると共に、光ファイバアレイの
先端に斜め研磨加工を設けることにより、反射戻り光を
低減できると言う効果が得られる。さらに、光学部品を
組み込むことにより多機能化を実現できると言う効果も
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における反射型光アイソ
レータの構成断面図で、光が順方向に進むときの光の光
路と偏光の変化を示した図

【図２】本発明の第１の実施例における反射型光アイソ
レータの構成断面図で、光が逆方向に進むときの光の光
路と偏光の変化を示した図

【図３】本発明の第２の実施例における反射型光アイソ
レータの構成断面図

【図４】本発明の第３の実施例における光部品の構成断
面図

【図５】従来の光アイソレータの構成を示す図

【符号の説明】

１、２ 光ファイバ ３ 光ファイバアレイ ４ ルチル結晶 ５ １／２波長板 ６ ロッドレンズ ７ ガーネット結晶 ８ 反射鏡 ９ ガラス板 １０ 磁石 １１〜１８ 光 ２１〜２８ 光 ３０ 非球面レンズ ３１ 片面に反射防止膜を設けたガラス板 ３２ 光アイソレータ ３３、３４ 光ファイバ ３５、３６ ロッドレンズ ３７ フィルタ ３８〜４３ 光路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１枚の複屈折結晶と、前記複屈折結晶を透
   過した光を平行光に変換するレンズと、前記平行光の偏
   光面をπ／８＋Ｎπ／４（Ｎ＝０、１、・・）だけ回転
   させる磁気光学結晶と、この磁気光学結晶を透過した光
   を反射させて再び前記磁気光学結晶に入射させる反射板
   と、前記反射板で反射され前記レンズを透過した光の偏
   光面を回転する旋光性結晶または複屈折結晶とから構成
   した光アイソレータ
2. 【請求項２】第１および第２の光ファイバを平行に整列
   した光ファイバアレイを設け、前記第１の光ファイバか
   ら複屈折結晶に入射した光が再び前記複屈折結晶から前
   記第２の光ファイバに入射するように、レンズ、磁気光
   学結晶、反射板、および旋光性結晶または複屈折結晶を
   配置したことを特徴とする請求項１記載の光アイソレー
   タ
3. 【請求項３】レンズは第１および第２の光ファイバの開
   口数よりも大きな開口数を有する屈折率分布型ロッドレ
   ンズもしくは非球面レンズとしたことを特徴とする請求
   項２記載の光アイソレータ
4. 【請求項４】光ファイバアレイの先端を斜め研磨したこ
   とを特徴とする請求項２記載の光アイソレータ
5. 【請求項５】請求項１記載の光アイソレータと、光学機
   能部品とを１つに組み込んだことを特徴とする光部品