JPH06160774A

JPH06160774A - 光アイソレータ

Info

Publication number: JPH06160774A
Application number: JP33656192A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Imaizumi; 伸夫今泉; Mitsunori Saito; 光憲斉藤; Yukihiko Mikami; 行彦三上
Original assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Current assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】二段構成に匹敵する高い消光特性を保持し、
かつ構造が簡単、組立容易、製品価格の廉価な偏光方向
に依存しない光アイソレータを構成する。【構成】複屈折結晶板Ｂ、ファラデー回転子Ｆ、互い
に直交する複数の偏光領域を有する光吸収型偏光ガラス
Ｐおよび光線折り返し用直角プリズムＲＰの順序に配置
し、直角プリズムＲＰは光線軸に対して1/2直角をなす
ように配置した光学系であって、複屈折結晶板Ｂで分離
した常光線，異常光線がファラデー回転子Ｆを通り、偏
光ガラスＰの異なる偏光領域１，２，３をそれぞれ透過
するようにし、直角プリズムＲＰにより逆方向に折り返
し、さらに偏光ガラスＰの同じ偏光領域をそれぞれ透過
し、ファラデー回転子Ｆ、複屈折偏光板Ｂを通るように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ通信等にお
ける光の偏波方向に依存しない光アイソレータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術および課題】半導体レーザを信号光源とす
る光通信の進歩に伴い、これまでは不可能であった数百
メガヘルツを越える高速，高密度な信号伝送が実用化さ
れ、かつ最近の光増幅技術の目ざましい進展によって、
光電変換の必要なく膨大な情報伝達が光ファイバを経路
として可能になり、ファイバ間に挿入する偏光方向に無
関係な光アイソレータや、光増幅用励起光の導入方法等
に関する技術的高度化、経済的低価格化の要求が高ま
り、様々な提案がなされ、一部実用に供されている。

【０００３】例えば、図２は代表的な偏光無依存型光ア
イソレータの構造を示す。この構造はレンズ間にテーパ
状の一対の複屈折結晶板Ｂ41，Ｂ42を配し、常光，異常
光が逆方向ではテーパ角度に起因するある角度で出射さ
れるため、単純，小型な構造で高い消光特性が得られ
る。しかしテーパ状複屈折結晶板を加工する煩雑さ、複
雑な光線経路を追跡しながら調芯して組立てる微妙な組
立技術を要する等の量産面の欠点があった。加えて、高
消光特性を得るには図２の構成を直列に二個配置の構成
によって達成されるが部品点数が増えること、組立の難
易さが倍加すること、など量産化や製品の廉価化に対し
て不都合が増大する欠点をもつ。

【０００４】また、これに対して、図３、図４は光結合
が比較的容易な複屈折結晶板を偏光子に採用した実例で
ある。図３はファラデー回転子と３個の複屈折結晶板を
用いた構造（特公昭60-51690号公報参照）であり、図４
は本出願人による２個のファラデー回転子Ｆ41，Ｆ42の
ほか、２個の複屈折結晶板Ｂ41，Ｂ42および二分割し互
いに直交偏光成分を透過させるための偏光子Ｐ4を用い
た構造（特開平4-77713号公報参照）である。図３にお
いて、第一から第三の複屈折結晶板をＢ31、Ｂ32および
Ｂ33として、それぞれの光線透過方向の厚みは１：１／
√２：１／√２の比率に保たれ、かつＢ33はＢ32に対し
ｘ軸のまわりに90゜回転した構造であり、Ｂ31、Ｂ32間
にファラデー回転子Ｆ31を配置した構成である。

【０００５】したがって、図２の構成の消光特性はファ
ラデー回転子を透過した後の楕円偏光成分の強度に依存
し、図３の構成の消光特性はファラデー回転子を透過し
た後の楕円偏光成分と、ガウス分布の二本に分割された
戻り光線の裾野部分の取り込み度合いによって支配され
るので単純な優劣は判定できないが、複屈折結晶板の大
きさを同程度にすると図２の構成のほうが消光特性は優
位性を示す。ただし、先に説明したように組立上の難し
さを伴う。

【０００６】一方、図４の場合消光特性は中央に配置し
た二分割偏光子Ｐ4によって分割された主光は吸収さ
れ、副光としてファラデー回転子Ｆ42を透過する際に生
じた楕円偏光成分（概ね40〜45dB）が二個目のファラデ
ー回転子Ｆ41まで到達するが、ここで常光，異常光が反
転し、それぞれ入射光線位置には戻らない。すなわち図
２、図３の構成より高い消光特性が達成される。ただ
し、図４の構成の消光特性は完全な二段構造とはならな
い。

【０００７】つまり、二分割偏光子を経た光線は、前述
のファラデー回転子楕円成分と、偏光ガラスの偏光限界
以下の、ファラデー回転子楕円成分と直交偏光を示す副
副光（概ね50〜55dB）が入射光線位置に回帰する理由に
よる。従って、さらに高い消光特性を得るには、図２、
３の構成を二段重ねに配置した方が確実である。もちろ
ん、その場合は部品点数が増し、製品価格が高くなるこ
とは否めない。以上の従来構成の欠点を克服し、完全二
段構成に匹敵する高い消光特性を保持し、かつ構造が簡
単で組立容易で、製品価格の廉価な偏光方向に依存しな
い光アイソレータを構成することが本発明の目的であ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、複屈折結晶
板、ファラデー回転子、互いに直交する複数の偏光領域
を有する光吸収型偏光ガラスおよび光線折り返し用直角
プリズムの順序に配置し、直角プリズムは直角をなす二
面が鏡面に形成され、光線軸に対して1/2直角をなすよ
うに配置し、ファラデー回転子を飽和磁化状態に保持す
る永久磁石内に内挿した光学系であって、複屈折結晶板
で分離した常光線，異常光線がファラデー回転子を通
り、偏光ガラスの異なる偏光領域をそれぞれ透過するよ
うにし、直角プリズムにより逆方向に折り返し、さらに
偏光ガラスの異なる偏光領域をそれぞれ透過し、ファラ
デー回転子、複屈折偏光板を通るように構成するもので
ある。

【０００９】図１は、本発明の要旨を具現化した構造を
示す。光アイソレータは一個の複屈折結晶板Ｂ4と一個
のファラデー回転子Ｆ4、隣接する偏光子の偏光方向が
互いに直交する配置になるよう形成されたＰ１、Ｐ２、
Ｐ３に三分割された偏光ガラスおよび光線折り返し用直
角プリズムＲＰから構成される。本発明に基づく光アイ
ソレータの効果を光線の順方向，逆方向の伝播経路に沿
って説明する。図１(a)は順方向の光線挙動を示す。ポ
ート１からＢに伝播した光線は、常光，異常光に分離
し、Ｆを経て偏波面が45゜回転し、その直線偏光が完全
透過する角度に調整されたＰを透過する。この時、Ｐ１
とＰ２、Ｐ２とＰ３は互いに偏波方向が直交するように
形成されている。

【００１０】図１(a)の場合、異常光はＰ１常光はＰ２
を伝播する。次に、ＲＰによる折り返し光線は常光，異
常光が紙面における上下位置を逆転し、常光線は同じＰ
２、異常光線はＰ３に伝播されるため偏光成分は同一で
あり、何等光線損失なく再びＦに連絡し、Ｆを透過して
さらに45゜回転した光線は常光，異常光が再び最初の状
態に戻るので、Ｂ4を経て再び両偏波が結合し、ポート
２に集光する。即ち、光線偏波状態に関係なくポート１
−ポート２間の光結合が達成される。

【００１１】図１(b)に示すように、ポート２から光線
を導入した場合を考えると、Ｂによって分離された光線
はポート１から導入した場合と同様に45゜回転し、異常
光はＰ２に、常光はＰ３へ伝播するため偏光子を透過後
は、それぞれファラデー回転子による楕円偏光成分（〜
45dB）とそれに直交する偏波方向を有する偏光子の遮断
限界以下の漏れ光成分（〜55dB）がＲＰまで伝播でき
る。従って、この時点で40dB以上の消光状態に抑圧され
る。

【００１２】折り返し光線は紙面上の上下位置が逆転す
るため異常光は再びＰ２部分に伝播し、常光はＰ１部分
に伝播するため、それぞれ遮断限界偏光成分が選択的に
吸収されてさらに抑圧されるので理論的には100dB以上
にまで消光される。そこで、Ｆに回帰する成分は一回目
にＦを透過したとき生じた楕円偏光成分だけ残り、さら
に45゜回転してＰ１部分を透過した光線は常光となり、
Ｐ２を透過した光線は異常光に変換されるため、楕円偏
光成分（〜45dB）はポート１には結合せず、伝播するガ
ウス光線の光線直径にもよるが、理論的には40dB以上の
消光性能は容易に実現できるので、結局80dB以上の遮断
機能が見込める。

【００１３】ポート１に回帰する唯一の光線は、楕円偏
光成分の折り返し光線がＦを透過したとき生じる楕円偏
光成分の楕円成分であり、これは偏波面が入射光線と合
致するため、そのままポート１に結合するが、高々90dB
の微弱な光線であり、無視しても差し支えない光線強度
であり、本発明の構成が比較的簡単な構造で極めて高い
消光特性を達成し得ることがわかる。

【００１４】

【実施例】構成する光学部品として、複屈折結晶板は結
晶光軸に約43゜に切り出した幅３mm、高さ１mm、光路方
向長さ４mmのルチル結晶を採用した。もちろん、方解石
やその他の複屈折結晶でも構成できる。ファラデー回転
子は厚み約400μmで、３mm×１mmのBi置換希土類鉄ガー
ネットＬＰＥ成長膜を、外，内径が５，3.2mm、厚み２m
mのSmCo磁石に内挿した。偏光子は偏光ガラスの偏光方
向を予め光学的に決定し、その方向に対して平行に切断
し、モザイク状に接合して形成できるが、本実施例では
２枚の偏光ガラスを図５(a)、(b)のようにマスキングし
エッチング処理して、マスクに遮蔽されていない部分の
偏光ガラス表面を薄く除去し、縞状に析出された偏波吸
収のための金属部分を排除し、偏光効果を消滅させた後
重ね合わせ、図５(c)のエッチングされてない部分に光
線を照射し、２枚の偏光ガラスを最大消光位置に調整す
ることによって形成した。

【００１５】ここでエッチングの方法は乾式湿式を問わ
ない。ただしエッチング面の平滑度が光線を散乱しない
水準に維持することが肝要である。直角プリズムＲＰは
折り返し面が３mm×１mmの形状とした。光線入出射のた
めの単一モードファイバ端に直径約0.7mmの石英球レン
ズを融着し、複屈折結晶板の一方に1.5mmの間隔を開け
て配列した。光線伝播距離は光学実効長で約６mm、直角
プリズムの中央部でビームウエイストをもつようにレン
ズ設計がされてあり、ビームウエイスト部の光線直径は
約70μm、レンズ出射端の光線直径が約120μmの光結合
系を採用した。ルチルの光路方向長さが４mmだから、常
光，異常光の分離幅は約400μmあり、偏光子の隣接緩衝
部分として200μm必要としてもまだ残り100μmあり、光
線半径60μmだからガウス分布光線の裾野にかからな
い。

【００１６】エッチングによる面ダレが少なければ緩衝
帯幅をさらに縮めることも可能であり、ルチル結晶の長
さをさらに短縮することも可能である。実装段階は、最
初にファラデー回転子と複合偏光子をルチルの反対側端
面に僅かな空隙を配して回転方向に調整して固定する。
次に直角プリズムを反対側にあてがい、光線導入側ファ
イバは固定し、結合側ファイバと直角プリズムの位置調
整を行い、最適結合位置に固定する。図６は本発明の光
アイソレータの構造略図である。実施例の構成におい
て、挿入損失1.2dB、消光比60dB以上の光学特性を確認
した。

【００１７】

【発明の効果】本発明によって、比較的単純で工業規模
の多量生産が低価格で実現でき、小型高消光特性が得ら
れると共に、位相差がなく、偏波方向に依存しない光ア
イソレータが容易に実現可能となり、今後予想される光
増幅システムを伴う高速高密度光通信用アイソレータと
して、将来の光伝送に多大な貢献が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光アイソレータの構成の概略図で、
(a)は順光線，(b)は逆光線の挙動を示す。

【図２】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成の概
略図である。

【図３】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成の概
略図である。

【図４】従来の偏光無依存型光アイソレータの構成の概
略図である。

【図５】本発明の偏光無依存型光アイソレータに用いる
複合偏光子の一構成の概略図である。

【図６】本発明の偏光無依存型光アイソレータの断面図
である。

【符号の説明】

１ポート２ポートＢ複屈折結晶板Ｆファラデー回転子ＲＰ直角プリズムＰ偏光子Ｍ永久磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複屈折結晶板、ファラデー回転子、互い
に直交する複数の偏光領域を有する光吸収型偏光ガラス
および光線折り返し用直角プリズムの順序に配置し、前
記ファラデー回転子を飽和磁化状態に保持する永久磁石
内に内挿した光学系であって、前記偏光ガラスは中央部
と周辺部で互いに直交する偏光領域を設け、複屈折結晶
板で分離した常光線，異常光線が、前記偏光ガラスの異
なる偏光領域をそれぞれ透過するようにし、前記直角プ
リズムにより逆方向に折り返した後、前記偏光ガラスの
同じ偏光領域をそれぞれ透過するように構成したことを
特徴とする偏波無依存型光アイソレータ。
【請求項２】請求項１の光アイソレータにおいて、光
線の入出射端が複屈折結晶板に対し、ファラデー回転子
対向面側に配備し、レンズ等を介し、光ファイバへ結合
することを特徴とする偏波無依存型光アイソレータ。