JPH06281883A - Optical isolator - Google Patents
Optical isolatorInfo
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- JPH06281883A JPH06281883A JP23215291A JP23215291A JPH06281883A JP H06281883 A JPH06281883 A JP H06281883A JP 23215291 A JP23215291 A JP 23215291A JP 23215291 A JP23215291 A JP 23215291A JP H06281883 A JPH06281883 A JP H06281883A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ間に配置さ
れる偏光方向に依存しない光アイソレータに関する。更
に詳しく言えば、本発明は、組立・調整操作が極めて容
易で、且つ、高アイソレーションを有する偏波に依存し
ない偏波無依存型光アイソレータ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical isolator arranged between optical fibers, which is independent of polarization direction. More specifically, the present invention relates to a polarization-independent optical isolator device that is extremely easy to assemble and adjust and has high isolation and is independent of polarization.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、光ファイバ通信の発展に不可欠な
光の直接増幅技術、例えば、エルビウムドープ光ファイ
バによる光増幅技術が急速に進展している。エルビウム
ドープ光ファイバによる光の直接増幅技術とは、励起用
の光と 1.55 μm 帯の信号光をエルビウムドープ光ファ
イバに導くと、励起用の光によって 1.55 μm 帯の信号
光がエルビウムドープ光ファイバを透過する間に数十dB
も増幅されるという画期的な技術である。2. Description of the Related Art In recent years, a direct light amplification technique essential for the development of optical fiber communication, for example, an optical amplification technique using an erbium-doped optical fiber has been rapidly developed. The direct optical amplification technology using erbium-doped optical fiber is that when pumping light and 1.55 μm band signal light are guided to the erbium-doped optical fiber, 1.55 μm band signal light is transmitted to the erbium-doped optical fiber by the pumping light. Dozens of dB while transmitting
This is an epoch-making technology that can also be amplified.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このエルビウムドープ
光ファイバ増幅器には、光ファイバコネクタ端面などか
らの反射光が増幅器に戻ると、信号の増幅が不安定にな
るという重大な問題点・技術的課題がある。故に、エル
ビウムドープ光ファイバ増幅器の安定化を計るために
は、エルビウムドープ光ファイバの両端に反射戻り光を
阻止するための光アイソレータを設置する必要がある[
電子情報通信通信学会誌 Vol 74,No 3,221-224(199
1)]。This erbium-doped optical fiber amplifier has a serious problem and technical problem that signal amplification becomes unstable when reflected light from the end face of the optical fiber connector returns to the amplifier. There is. Therefore, in order to stabilize the erbium-doped optical fiber amplifier, it is necessary to install optical isolators at both ends of the erbium-doped optical fiber to prevent reflected return light.
Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Vol 74, No 3,221-224 (199
1)].
【０００４】エルビウムドープ光ファイバ増幅器のエル
ビウムドープ光ファイバの両端に設置される光アイソレ
ータは、その設置の目的から、当該光ファイバ中を伝搬
する無偏光な順方向の光は殆ど損失することなく透過さ
せるが、反射戻り光は略完全に遮断するという機能を有
するものでなければならない。従って、本目的に使用す
る光アイソレータは、偏光方向がほぼ揃った光に限られ
使用される、例えば、半導体レーザの安定化を図るため
に設置される偏光方向に依存する光アイソレータと区別
するために偏波無依存型光アイソレータ、或いは、偏光
無依存型光アイソレータと称されている。For the purpose of installation, the optical isolators installed at both ends of the erbium-doped optical fiber of the erbium-doped optical fiber amplifier transmit the non-polarized forward light propagating through the optical fiber with almost no loss. However, the reflected return light must have a function of blocking almost completely. Therefore, the optical isolator used for this purpose is used only for light whose polarization direction is substantially aligned, for example, to distinguish it from the optical isolator depending on the polarization direction that is installed to stabilize the semiconductor laser. It is called a polarization independent optical isolator or a polarization independent optical isolator.
【０００５】エルビウムドープ光ファイバによる光の直
接増幅システムにおいて使用される偏波無依存型光アイ
ソレータのアイソレーション、即ち、反射戻り光が遮断
・阻止される割合を、デシベル単位で示した値は、その
目的から、出来るだけ、より高い値であることが好まし
い。図１は、偏波無依存型光アイソレータとして提案さ
れている光アイソレータの例である[USP 4,974,944］。
図１において、符号1 と符号2 と符号3 は、例えば、ル
チル単結晶等の一軸結晶から、その光軸が表面から傾く
ように切り出して平行平板とした第１の複屈折板、第２
の複屈折板、および、第３の複屈折板である。符号4 と
符号5 は、約４５度のファラデー回転角を有するビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶等で形成された第１の磁気
光学素子と第２の磁気光学素子である。The isolation of a polarization-independent optical isolator used in a direct light amplification system using an erbium-doped optical fiber, that is, the ratio of the reflected return light being blocked / blocked in decibel units is For that purpose, it is preferable that the value is as high as possible. Figure 1 shows an example of an optical isolator proposed as a polarization-independent optical isolator [USP 4,974,944].
In FIG. 1, reference numerals 1, 2 and 3 are, for example, a first birefringent plate which is cut out from a uniaxial crystal such as rutile single crystal so that its optical axis is inclined from the surface to form a parallel plate, and a second birefringent plate.
And a third birefringent plate. Reference numerals 4 and 5 are a first magneto-optical element and a second magneto-optical element formed of a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal or the like having a Faraday rotation angle of about 45 degrees.
【０００６】図２、および、図３は、図１の構成からな
る偏波無依存型光アイソレータの順方向の光［左方から
入射する光］と、逆方向の光［右方向から入射する光］
の各複屈折板と磁気光学素子の端面での光の位置と偏光
方向、および、複屈折板の光軸方向を示した図である。
図２に見られるように、第１の複屈折板１に入射した順
方向の光線30は、複屈折板1 で偏光方向が光軸に平行な
成分30a[異常光線] と垂直な成分30b[常光線] とに分離
される。そして第１の磁気光学素子４に入射した各光線
は、各々、偏波面［偏光面］が４５度左回転［偏波面の
回転方向は、磁石の向き、および、或いは、磁気光学素
子の材料によって異なる］する。なお、本発明において
は、説明を簡単明瞭にするために、特記しない限り、偏
波面の回転方向については、常に左側、即ち、半導体レ
ーザ光源側から見て時計回りを右回転、反時計回りを左
回転と称することにする。次いで、第２の複屈折板２に
入射した偏光方向が第２の複屈折板の光軸に平行な光線
30a は、斜めに進行する。それぞれの光線の偏波面は、
第２の磁気光学素子で、更に左に４５度回転される。そ
の結果、光線30aの偏波面は第３の複屈折板３の光軸に
対して平行となり、光線30b の偏波面は、第３の複屈折
板３の光軸に対して垂直となる。従って、両者は、第３
の複屈折板３を透過したのち合流して光線30’となる。2 and 3 show light in the forward direction [light entering from the left] and light in the opposite direction [light entering from the right] of the polarization independent optical isolator having the configuration of FIG. light]
FIG. 3 is a diagram showing the position and polarization direction of light on each end surface of each birefringent plate and the magneto-optical element, and the optical axis direction of the birefringent plate.
As shown in FIG. 2, a forward ray 30 incident on the first birefringent plate 1 has a polarization direction parallel to the optical axis 30a of the birefringent plate 30a [extraordinary ray] and 30b [an extraordinary ray]. Ordinary ray] and Then, each of the light rays incident on the first magneto-optical element 4 has a polarization plane [polarization plane] rotated left by 45 degrees [the rotation direction of the polarization plane depends on the direction of the magnet and / or the material of the magneto-optical element]. Different]. In the present invention, for the sake of simplicity and clarity, unless otherwise specified, the rotation direction of the plane of polarization is always on the left side, that is, clockwise rotation when viewed from the semiconductor laser light source side, clockwise rotation and counterclockwise rotation. This is called left rotation. Then, the light beam whose polarization direction is incident on the second birefringent plate 2 is parallel to the optical axis of the second birefringent plate 2.
30a goes diagonally. The polarization plane of each ray is
The second magneto-optical element is rotated to the left by 45 degrees. As a result, the plane of polarization of the ray 30a is parallel to the optical axis of the third birefringent plate 3, and the plane of polarization of the ray 30b is perpendicular to the optical axis of the third birefringent plate 3. Therefore, both are the third
After passing through the birefringent plate 3 of FIG.
【０００７】一方、図３に示したように、逆方向の光線
40は、第３の複屈折板３に入射したのち、偏光方向が光
軸に平行な成分40a と垂直な成分40b に分離される。第
２の磁気光学素子５に入射した各光線は、各々、偏波面
が４５度左回転する。このため、第２の複屈折板２を透
過すると、光線40a は、そのまま同じ位置から出射する
が、光線40b は斜行し、その結果、入射した位置とは別
の場所から出射する。また、この段階で第２の磁気光学
素子のファラデー回転角45度からの角度ずれに起因する
光線40a'、光線40b'が出現する。実際には、第２の磁気
光学素子５を透過した段階で、既に、光線40a には光線
40a と偏波面が直交する光線40a'とが、光線40b には光
線40b と偏波面が直交する光線40b'とが存在すると考え
ることができる。しかし、それを図面上に書き入れると
図が複雑になるので、簡単のために、偏光素子を透過し
た段階で、そうした成分が出現する、と表現することに
した。以下同様である。On the other hand, as shown in FIG.
After being incident on the third birefringent plate 3, 40 is separated into a component 40a whose polarization direction is parallel to the optical axis and a component 40b whose polarization direction is perpendicular to the optical axis. The respective planes of polarization of the respective rays incident on the second magneto-optical element 5 are rotated left by 45 degrees. Therefore, after passing through the second birefringent plate 2, the light ray 40a is emitted from the same position as it is, but the light ray 40b is skewed, and as a result, is emitted from a place different from the incident position. At this stage, light rays 40a 'and 40b' appear due to the angular deviation of the second magneto-optical element from the Faraday rotation angle of 45 degrees. Actually, at the stage of passing through the second magneto-optical element 5, the ray 40a has already been changed to the ray 40a.
It can be considered that 40a and a ray 40a 'having a plane of polarization orthogonal to each other exist, and a ray 40b has a ray 40b and a ray 40b' having a plane of polarization orthogonal to each other. However, writing it on the drawing complicates the drawing, so for the sake of simplicity, we decided to express that such a component appears at the stage of passing through the polarizing element. The same applies hereinafter.
【０００８】今、光線40a と光線40b の光強度を、それ
ぞれ１とし、吸収や反射等が無いものと仮定し、回転角
の角度ずれをΔθ1 度とすると、光線40a'、光線40b'の
強度は、sin2( Δθ1 ) となる。光線40a 、光線40b 、
光線40a'、光線40b'の各偏波面は、第１の磁気光学素子
で、それぞれ、約４５度左回転する。そして、第１の複
屈折板1 を透過すると、光線40b と光線40a'は第１の複
屈折板右端面と全く同じ位置から出射する。しかし、光
線40a と光線40b'は斜行する。そのため順方向の入射光
の位置には光が戻らないことになる。しかし、今、第１
の磁気光学素子4 のファラデー回転角が、４５度からΔ
θ2 度だけずれていたとすると、光強度が[ sin2( Δθ
2 ) ×sin2( Δθ1 )]で偏波面が直交する二つの光線40
a"と光線40b"が出現する。これらの光は、順方向の入射
光位置から出射するため、アイソレーションを低下させ
る原因となる。実際問題として、順方向の入射光位置か
ら出射する光には、上述した光線40a"と光線40b"の他
に、更に、複屈折板の特性、更に具体的に言えば、アイ
ソレーションに起因する光、即ち、図３における光線41
a と光線41b とが加わると推定される。光線41a は、第
２の複屈折板2 を透過する際に、光線40a'と同じ位置か
ら出射し、光線40a'と偏波面が直交する。また、光線41
b は、第２の複屈折板2 を透過する際に、光線40b'と同
じ位置から出射し、光線40b'と偏波面が直交する。Now, assuming that the light intensities of the light ray 40a and the light ray 40b are 1 respectively, and there is no absorption or reflection, and the angular deviation of the rotation angle is Δθ 1 degree, the light ray 40a 'and the light ray 40b' are The intensity is sin 2 (Δθ 1 ). Ray 40a, ray 40b,
The respective planes of polarization of the light ray 40a 'and the light ray 40b' are each rotated by about 45 degrees to the left by the first magneto-optical element. Then, after passing through the first birefringent plate 1, the light rays 40b and 40a 'are emitted from exactly the same position as the right end surface of the first birefringent plate. However, the rays 40a and 40b 'are oblique. Therefore, the light does not return to the position of the incident light in the forward direction. But now, the first
The Faraday rotation angle of the magneto-optical element 4 is from 45 degrees to Δ
Assuming a deviation of θ 2 degrees, the light intensity becomes [sin 2 (Δθ
2 ) × sin 2 (Δθ 1 )] with two orthogonal polarization planes 40
A "and ray 40b" appear. Since these lights are emitted from the incident light position in the forward direction, they become a cause of lowering the isolation. As a practical matter, the light emitted from the incident light position in the forward direction is caused by the characteristics of the birefringent plate, more specifically, the isolation, in addition to the above-described light rays 40a "and 40b". Light, ie ray 41 in FIG.
It is estimated that a and ray 41b are added. When passing through the second birefringent plate 2, the light ray 41a is emitted from the same position as the light ray 40a ', and the plane of polarization of the light ray 40a' is orthogonal to the light ray 40a '. Also, ray 41
When b passes through the second birefringent plate 2, it is emitted from the same position as the ray 40b ', and the plane of polarization is orthogonal to the ray 40b'.
【０００９】光線41a は、第１の磁気光学素子4 を透過
すると偏波面が左に４５度回転し、第１の複屈折板1 の
光軸と平行になり、光線40a"、および、光線40b"と同じ
位置から出射する。また、光線41b は、第１の磁気光学
素子4 を透過すると偏波面が左に４５度回転して、第１
の複屈折板１の光軸と直交するようになり、第１の複屈
折板1 を透過する際に、光線40a"、および、光線40b"と
同じ位置から出射する。従って、図１に例示した偏波無
依存型光アイソレータのアイソレーションは、当該光ア
イソレータを構成する磁気光学素子のファラデ−回転角
の４５度からのずれ角度に起因する値、即ち、 −１０× Log[sin2(Δθ2) × sin2(Δθ1)] と第２の複屈折板のアイソレ−ションのどちらか小さい
方の値で決まる。When the light ray 41a is transmitted through the first magneto-optical element 4, the plane of polarization is rotated to the left by 45 degrees, becomes parallel to the optical axis of the first birefringent plate 1, and the light rays 40a "and 40b. Emit from the same position as. When the light ray 41b passes through the first magneto-optical element 4, the plane of polarization is rotated 45 degrees to the left,
Is orthogonal to the optical axis of the birefringent plate 1, and when passing through the first birefringent plate 1, it is emitted from the same positions as the light rays 40a "and 40b". Therefore, the isolation of the polarization independent optical isolator illustrated in FIG. 1 is a value due to the deviation angle of the Faraday rotation angle of the magneto-optical element forming the optical isolator from 45 degrees, that is, −10 × It is determined by the smaller value of Log [sin 2 (Δθ 2 ) × sin 2 (Δθ 1 )] and the isolation of the second birefringent plate.
【００１０】現在、通常一般に市販されている磁気光学
素子の回転角のずれは、１度程度である。従って、今仮
に、回転角の角度ずれを、各々１度〔Δθ1 ＝１o 、Δ
θ2＝１o 〕とすると、当該偏波無依存型光アイソレー
タのアイソレーションは、 −１０× Log[sin2(Δθ2) × sin2(Δθ1)]＝７０dB となる。通常一般に、複屈折板、即ち、複屈折性単結
晶、更に具体的に言えば、方解石やルチル等のアイソレ
ーションは 60dB 以下である［応用物理学結晶工学分科
会第８９回研究会テキスト、p31-36(1988)］から、これ
らの複屈折性単結晶を用いた図１の構成のアイソレーシ
ョンの上限は、複屈折板のアイソレーションで決まり、
60dB以上の非常に高いアイソレーションを達成すること
は不可能である。また、図１の構成からなる偏波無依存
型光アイソレータでは、逆方向の戻り光が、途中殆ど損
失なく透過するため、順方向の光ファイバの僅かな位置
ずれによっても、これらの戻り光[40a、40b]が一部迷光
となって、順方向側に設置される光ファイバに結合し、
アイソレーションが劣化する。従って、当該偏波無依存
型光アイソレータの製造に際しては、迷光を避けるた
め、微動台で光ファイバを慎重に動かしながら、最適位
置を見つけ取り付ける必要がある。そのため、機械化、
量産化は非常に困難である。At present, the deviation of the rotation angle of a magneto-optical element which is generally commercially available is about 1 degree. Therefore, suppose that the angle deviation of the rotation angle is 1 degree [Δθ 1 = 1 o , Δ
θ 2 = 1 ° ], the isolation of the polarization independent optical isolator is −10 × Log [sin 2 (Δθ 2 ) × sin 2 (Δθ 1 )] = 70 dB. Generally, the isolation of birefringent plate, that is, birefringent single crystal, more specifically, calcite, rutile, etc. is 60 dB or less [Textbook of Applied Physics Crystal Engineering Subcommittee 89th Workshop, p31 -36 (1988)], the upper limit of the isolation of the configuration of FIG. 1 using these birefringent single crystals is determined by the isolation of the birefringent plate,
It is impossible to achieve very high isolation above 60 dB. Further, in the polarization independent optical isolator having the configuration of FIG. 1, since the return light in the reverse direction is transmitted with almost no loss on the way, even if a slight displacement of the optical fiber in the forward direction causes the return light [ 40a, 40b] partially becomes stray light and couples with the optical fiber installed on the forward side,
Isolation deteriorates. Therefore, in manufacturing the polarization independent optical isolator, it is necessary to find the optimum position and attach it while carefully moving the optical fiber on the fine movement table in order to avoid stray light. Therefore, mechanization,
Mass production is very difficult.
【００１１】沼尻らは、アイソレーションの高い偏波無
依存型光アイソレータとして図４の構成からなる偏波無
依存型光アイソレータを提案〔1991年電子情報通信学会
春期全国大会 C-290,C-291〕している。図４において、
符号1 、および、符号2 は、ルチル等からなる複屈折板
である。符号24、および、符号25は、水晶等からなるλ
/2板であり、また、符号26、および、符号27は、偏波依
存型光アイソレータである。Numajiri et al. Proposed a polarization-independent optical isolator having the configuration shown in FIG. 4 as a polarization-independent optical isolator with high isolation [1991 IEICE Spring Annual Conference C-290, C- 291] In FIG.
Reference numerals 1 and 2 are birefringent plates made of rutile or the like. Reference numerals 24 and 25 are λ made of crystal or the like.
/ 2 plate, and reference numerals 26 and 27 are polarization dependent optical isolators.
【００１２】図４において、光路が平行光であれば、入
射光は、第１の複屈折板1 によって常光線と異常光線と
に分離される。常光線を光路ｃ、異常光線を光路ｄと標
記する。異常光線は、異常光線の光路ｄに挿入されたλ
/2板24によって偏光方向が９０度回転して、光路ｃの常
光線と同じ向きになる。従って、異常光は光路ｃの偏波
方向に一致させて配置された光アイソレータ26、およ
び、光アイソレータ27を透過することができる。光アイ
ソレータ26、および、光アイソレータ27を透過した常光
線ｃは、光路ｃに挿入されたλ/2板25によって偏光方向
が９０度回転して、光路ｄの異常光線の偏光方向と９０
度異なる状態となり、第２の複屈折板2 に入射し、両者
は合流して結合する。一方、逆方向の反射戻り光は、光
アイソレータ26と光アイソレータ27で遮断される。通常
一般に、偏波依存型光アイソレータは、３０dB以上のア
イソレーションを有しているから、容易に 60dB 以上の
アイソレーションが達成されることになる。In FIG. 4, if the optical path is parallel light, the incident light is separated by the first birefringent plate 1 into ordinary rays and extraordinary rays. The ordinary ray is referred to as an optical path c and the extraordinary ray is referred to as an optical path d. The extraordinary ray is λ inserted in the optical path d of the extraordinary ray.
The polarization direction is rotated by 90 degrees by the / 2 plate 24 and becomes the same direction as the ordinary ray of the optical path c. Therefore, the extraordinary light can be transmitted through the optical isolator 26 and the optical isolator 27 arranged so as to match the polarization direction of the optical path c. The ordinary ray c that has passed through the optical isolator 26 and the optical isolator 27 has its polarization direction rotated by 90 degrees by the λ / 2 plate 25 inserted in the optical path c, so that the ordinary ray c has a 90 ° polarization direction with the extraordinary ray on the optical path d.
The second birefringent plate 2 is incident on the second birefringent plate 2, and both are joined and coupled. On the other hand, the reflected return light in the opposite direction is blocked by the optical isolator 26 and the optical isolator 27. Generally, a polarization dependent optical isolator generally has an isolation of 30 dB or more, so that an isolation of 60 dB or more can be easily achieved.
【００１３】光アイソレ−タ、即ち、偏波無依存型光ア
イソレータの光路は、理論的には平行光であるが、実際
には、図５〔平行光〕、および、図６〔集光〕に模式的
に示したように集光される［IEEE PHOTONICS TECHNOLOG
Y LETTERES,vol.1(1989),68-69］。図５、および、図６
において、光ファイバ28から出射された光は、分布屈折
率レンズ等からなるレンズ29を介して、複屈折板に導入
され、常光線と異常光線に分離され、次いで、再び第２
の複屈折板2 で両者は合流され、レンズ29' を介して光
ファイバ28’に結合される。このとき、平行光系〔図
５〕では、常光線と異常光線とを空間的に十分に分離す
るために、複屈折板1 、および、複屈折板2 の分離距離
を大きく取らなければならない。通常一般に、複屈折板
は、方解石やルチル単結晶などから作製されるが、これ
らの単結晶は高価であり、また、特に、材料の厚さが厚
いほど値段は高くなる。従って、光アイソレータを安価
に製造するためには、厚さの薄い複屈折板を使用する必
要がある。しかしながら、光路が平行光で構成される偏
波無依存型光アイソレータでは、上述したように、常光
と異常光の分離距離を大きくする必要があるため、厚さ
が厚い高価な複屈折板を使用せざるを得ず、その結果、
光アイソレータは高価なものとなる。The optical path of the optical isolator, that is, the optical path of the polarization independent optical isolator is theoretically parallel light, but in reality, it is shown in FIG. 5 [parallel light] and FIG. 6 [light condensing]. The light is condensed as shown schematically in [IEEE PHOTONICS TECHNOLOG
Y LETTERES, vol.1 (1989), 68-69]. 5 and 6
In, the light emitted from the optical fiber 28 is introduced into the birefringent plate through the lens 29 composed of a distributed index lens or the like, separated into the ordinary ray and the extraordinary ray, and then again into the second ray.
Both of them are merged by the birefringent plate 2 and are coupled to the optical fiber 28 'through the lens 29'. At this time, in the parallel light system [FIG. 5], the separation distance between the birefringent plate 1 and the birefringent plate 2 must be set large in order to spatially separate the ordinary ray and the extraordinary ray sufficiently. Generally, the birefringent plate is made of calcite, rutile single crystal, or the like, but these single crystals are expensive, and in particular, the thicker the material, the higher the price. Therefore, in order to manufacture an optical isolator at low cost, it is necessary to use a thin birefringent plate. However, in the polarization-independent optical isolator whose optical path is composed of parallel light, it is necessary to increase the separation distance between ordinary and extraordinary light as described above, so an expensive birefringent plate with a large thickness is used. Inevitably, as a result,
Optical isolators are expensive.
【００１４】一方、集光系〔図６〕では、光線が集光さ
れているので、その分離距離は非常に短くなる。従っ
て、厚さの薄い、安価な複屈折板を用いることが可能で
あり、光アイソレータの製造コストも低減できる。図４
の構成からなる偏波無依存型光アイソレ−タでは、複屈
折板の直後にλ/2板が配置・設定されているため、光路
が集光された集光系〔図６〕でのλ/2板の設置は非常に
困難、更に端的に言えば、実質的に不可能であり、実用
性はない。従って、図４の構成からなる偏波無依存型光
アイソレ−タでは、その光路を平行光系〔図５〕としな
ければならない。光路を平行光系に選ぶと、必然的に複
屈折板の厚さが厚くなり、経済的に不利になると言う問
題点が生じる。また、図４に見られるように、１台の光
アイソレータを構成するのに、２個の複屈折板と２個の
λ/2板、および、２個の偏光素子と１個のファラデー素
子と１個の永久磁石とから構成されている偏波依存型光
アイソレータを２台必要とするため、部品の数も多く、
必然的に高価になり、偏波無依存型光アイソレ−タの普
及・汎用化を阻害する原因となっており、早急なる技術
的解決が期待されている。On the other hand, in the condensing system [FIG. 6], since the light rays are condensed, the separation distance thereof becomes very short. Therefore, an inexpensive birefringent plate having a small thickness can be used, and the manufacturing cost of the optical isolator can be reduced. Figure 4
In the polarization-independent optical isolator having the above configuration, since the λ / 2 plate is placed and set immediately after the birefringent plate, the λ in the converging system where the optical path is condensed [Fig. 6] is The / 2 board is very difficult to install, and in short, it is practically impossible and impractical. Therefore, in the polarization-independent optical isolator having the configuration of FIG. 4, its optical path must be a parallel light system [FIG. 5]. If the optical path is selected to be a parallel light system, the birefringent plate inevitably becomes thick, which is economically disadvantageous. As shown in FIG. 4, in order to configure one optical isolator, two birefringent plates and two λ / 2 plates, two polarizing elements and one Faraday element are used. Since two polarization-dependent optical isolators consisting of one permanent magnet are required, the number of parts is large,
Inevitably, it becomes expensive, and this is a cause of hindering the spread and generalization of polarization-independent optical isolators, and an urgent technical solution is expected.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】光ファイバ通信システ
ムの高速化・大容量化とともに、より高いアイソレーシ
ョンの光アイソレータ、更に具体的に言えば、偏波無依
存型光アイソレータの開発と汎用化が求められるように
なってきた。しかし、従来型の偏波無依存型光アイソレ
ータは、偏光素子の特性の制限から60dB以上のアイソレ
ーションを達成することが困難であり、光路が平行光で
あるため、厚い複屈折板を必要とし、しかも、構成部品
の点数が多いため製造コストが高くなるなどの多くの問
題点があり、未だ汎用化される段階には至っていない。
本発明は、光ファイバ通信システムの高速化・大容量化
に対応して、アイソレーションが60dB以上の、非常に高
いアイソレーションを有する偏波無依存型光アイソレー
タを、工業規模で大量に、安価に提供して、光ファイバ
通信の実用化と普及に寄与することを目的としている。With the increase in speed and capacity of optical fiber communication systems, the development and generalization of optical isolators with higher isolation, more specifically, polarization-independent optical isolators, have been pursued. It has come to be demanded. However, the conventional polarization-independent optical isolator is difficult to achieve isolation of 60 dB or more due to the limitation of the characteristics of the polarization element, and since the optical path is parallel light, it requires a thick birefringent plate. In addition, there are many problems such as high manufacturing cost due to the large number of constituent parts, and it has not yet reached the stage of being generalized.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a polarization-independent optical isolator having an extremely high isolation of 60 dB or more, which corresponds to the increase in the speed and the capacity of an optical fiber communication system, on a large scale and at a low cost on an industrial scale. The purpose is to contribute to the practical application and spread of optical fiber communication.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、光ファイ
バ通信システムの高速化・大容量化に寄与するために、
より高いアイソレーションの光アイソレータを開発する
べく、鋭意研究を行った結果、偏波無依存型光アイソレ
−タを改良、更に具体的に言えば、偏波面が互いに直交
した光の光路を空間的に分離、結合するための２個の複
屈折板の間に、永久磁石内に配置した回転角が約４５度
の２個の磁気光学素子と、該磁気光学素子の間に複屈折
板の光路の分離中心を境にして偏波遮断方向が約９０度
異なる２個の偏光素子を並列に配置することによって、
30dB以上のアイソレーションを有する光アイソレータの
開発に成功した〔特願平3-152653〕。SUMMARY OF THE INVENTION In order to contribute to high speed and large capacity of an optical fiber communication system, the present inventors have
As a result of earnest research to develop an optical isolator with higher isolation, the polarization-independent optical isolator was improved. More specifically, the optical paths of light whose polarization planes are orthogonal to each other are spatially separated. Between the two birefringent plates for separating and coupling into two, a magneto-optical element having a rotation angle of about 45 degrees disposed in the permanent magnet, and an optical path separation of the birefringent plate between the magneto-optical elements. By arranging in parallel two polarizing elements whose polarization blocking directions differ by about 90 degrees from the center,
We have succeeded in developing an optical isolator with isolation of 30 dB or more [Japanese Patent Application No. 3-152653].
【００１７】本発明者らは、ここに開発した偏波無依存
型光アイソレ−タを、更に改良するために、種々の実験
検討を行った結果、永久磁石内に配置した回転角が約４
５度の２個の磁気光学素子の間に、複屈折板の光路の分
離中心を境にして偏波遮断方向が約９０度異なる２個の
偏光素子を並列に配した偏光素子を２組、２段従属〔直
列〕に配置することによって、アイソレーションを高め
ることができるとの知見を得て、更に改良研究を行い、
本発明を完成させた。The inventors of the present invention have conducted various experiments to improve the polarization-independent optical isolator developed here. As a result, the rotation angle arranged in the permanent magnet is about 4.
Two sets of polarizing elements are arranged in parallel between two magneto-optical elements of 5 degrees, and two polarizing elements with polarization blocking directions differing by about 90 degrees from each other with the separation center of the optical path of the birefringent plate as a boundary, We obtained the knowledge that the isolation can be increased by arranging them in a two-stage subdivision [series], and we carry out further improvement research.
The present invention has been completed.
【００１８】本発明は、偏波面が互いに直交した光の光
路を空間的に分離・結合するための２個の複屈折板の間
に、永久磁石内に配置した回転角が約４５度の２個の磁
気光学素子と、該磁気光学素子の間に複屈折板の光路の
分離中心を境にして偏波遮断方向が約９０度異なる２個
の偏光素子を並列に配した偏光素子を２組、２段従属、
換言すれば、直列に配置したことを特徴とする光アイソ
レータに関する。本発明による光アイソレータの構成を
模式的に図示すると、図７のようである。図７におい
て、符号1 、および、符号2 は、ルチル単結晶などの一
軸結晶から、その光軸が表面から傾くように切り出して
平行平板とした複屈折板を意味し、符号4 、および、符
号5 は、ファラデー回転角が約４５度のビスマス置換磁
性ガーネット単結晶などで形成された磁気光学素子を意
味する。また、符号6 、符号7 、符号8 、および、符号
9 は、二色性偏光子などからなる薄膜の偏光素子を、更
に、符号10、および、符号11は、磁気光学素子を磁気的
に飽和させるための永久磁石を意味する。According to the present invention, two birefringent plates for spatially separating / coupling the optical paths of light whose planes of polarization are orthogonal to each other are arranged in the permanent magnet and have two rotation angles of about 45 degrees. Two sets of polarizing elements, in each of which a magneto-optical element and two polarizing elements having polarization blocking directions different from each other by about 90 degrees with the separation center of the optical path of the birefringent plate as a boundary between the magneto-optical elements are arranged in parallel, 2 Step dependent,
In other words, the present invention relates to an optical isolator which is arranged in series. The structure of the optical isolator according to the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 7, reference numerals 1 and 2 denote birefringent plates that are cut out from a uniaxial crystal such as rutile single crystal so that its optical axis is tilted from the surface to form a parallel flat plate, and reference numerals 4 and 5 means a magneto-optical element formed of a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal or the like having a Faraday rotation angle of about 45 degrees. In addition, code 6, code 7, code 8, and code
Reference numeral 9 denotes a thin film polarizing element including a dichroic polarizer, and reference numerals 10 and 11 denote permanent magnets for magnetically saturating the magneto-optical element.
【００１９】図７において、半導体レーザ等の光源［左
側から］から出射された順方向の光線は、第１の複屈折
板１に入射して、常光線ｃと異常光線ｄとに分離して屈
折板１を透過する。第１の複屈折板１を透過した２本の
光線は、平行に伝搬して第１の磁気光学素子4 に入射す
る。第１の磁気光学素子4 に入射した各光線は、各々偏
波面が４５度左回転する。第１の磁気光学素子4 を透過
した各光線は、次いで偏波面と偏光素子の偏波透過方向
が一致するように配置された偏光素子6 と偏光素子8 、
および、偏光素子7 と偏光素子9 を透過し、第２の磁気
光学素子5 に入射する。第２の磁気光学素子5 に入射し
た各光線は、磁気光学素子によりその偏波面が４５度右
回転して透過する。次いで各光線は、第２の複屈折板2
に入射して複屈折板2 によって光路は結合される〔図８
参照〕。In FIG. 7, a forward light beam emitted from a light source such as a semiconductor laser [from the left side] enters a first birefringent plate 1 and is separated into an ordinary ray c and an extraordinary ray d. It passes through the refraction plate 1. The two light rays that have passed through the first birefringent plate 1 propagate in parallel and enter the first magneto-optical element 4. Each ray of light incident on the first magneto-optical element 4 has its plane of polarization rotated 45 degrees counterclockwise. Each of the light rays transmitted through the first magneto-optical element 4 is then arranged in such a manner that the polarization plane and the polarization transmission direction of the polarization element coincide with each other.
Also, the light passes through the polarizing elements 7 and 9 and enters the second magneto-optical element 5. Each light ray incident on the second magneto-optical element 5 is transmitted by the magneto-optical element with its plane of polarization rotated 45 degrees to the right. Each ray then passes through the second birefringent plate 2
Incident on the optical path and is coupled by the birefringent plate 2 [Fig. 8
reference〕.
【００２０】上記の説明は、永久磁石10と永久磁石11の
磁化方向が逆向きに設定されていることを前提条件とし
ている。今仮に、永久磁石11の磁化方向が永久磁石10の
磁化方向とが同じ向きになったと仮定すると、偏波面
は、永久磁石11によって、４５度左回転する。従って、
永久磁石11の磁化方向を永久磁石10の磁化方向と同じ向
きにすると、第２の複屈折板2 で直進していた光が斜行
し、斜行していた光が直進することになる。しかし、何
れの場合においても、２本に分かれていた光線は、第２
の複屈折板2 で結合されるので、実用上は、特に問題は
ない。The above description is premised on the fact that the permanent magnets 10 and 11 are magnetized in opposite directions. Assuming now that the magnetization direction of the permanent magnet 11 is the same as the magnetization direction of the permanent magnet 10, the polarization plane is rotated leftward by 45 degrees by the permanent magnet 11. Therefore,
When the magnetization direction of the permanent magnet 11 is set to be the same as the magnetization direction of the permanent magnet 10, the light that has traveled straight on the second birefringent plate 2 skews and the light that skewed travels straight. However, in both cases, the light rays that were split into two rays
Since they are connected by the birefringent plate 2 of, there is no particular problem in practical use.
【００２１】一方、逆方向から入射した反射戻り光は
〔図９参照〕、第２の複屈折板2 により常光線ｃと異常
光線ｄの２本の光線に分かれて透過し、第２の磁気光学
素子5に入射する。第２の磁気光学素子5 に入射した反
射戻り光は、それぞれ偏波面が右に４５度回転するた
め、常光線が偏光素子8 の偏波遮断方向と、また、異常
光線が偏光素子9 の偏波遮断方向と、各々一致して遮断
される。しかし、偏光素子のアイソレーションの制限の
ため、一部遮断されない光[61a、61b]が偏光素子を透過
する。また、磁気光学素子5 の４５度からの回転角のズ
レに起因する光[60a、60b]も透過する。透過光61a 、お
よび、透過光61b は、更に偏向素子6 、および、偏向素
子7 で遮断されて透過光61a'と透過光61b'となる。一
方、透過光60a と透過光60b は、そのまま透過する。次
いで、これらの光線の偏波面は、磁気光学素子4 により
左に４５度回転する。従って、透過光61a'と透過光61b'
は、順方向の入射位置から出射〔出射光60a"と出射光60
b"〕し、透過光60a と透過光60b は、順方向の入射位置
とは別の位置から出射することになる。On the other hand, the reflected return light incident from the opposite direction [see FIG. 9] is divided into two rays, the ordinary ray c and the extraordinary ray d, by the second birefringent plate 2 and transmitted, and the second magnetic field is transmitted. It is incident on the optical element 5. The reflected return light that has entered the second magneto-optical element 5 has its polarization plane rotated 45 degrees to the right, so that the ordinary ray is in the polarization blocking direction of the polarizing element 8 and the extraordinary ray is in the polarizing element 9 polarization direction. They are blocked in the same direction as the wave blocking direction. However, due to the limitation of the isolation of the polarization element, the light [61a, 61b] that is not partially blocked passes through the polarization element. Further, the light [60a, 60b] due to the deviation of the rotation angle of the magneto-optical element 5 from 45 degrees is also transmitted. The transmitted light 61a and the transmitted light 61b are further blocked by the deflecting element 6 and the deflecting element 7 to be transmitted light 61a 'and transmitted light 61b'. On the other hand, the transmitted light 60a and the transmitted light 60b are transmitted as they are. Next, the planes of polarization of these rays are rotated leftward by 45 degrees by the magneto-optical element 4. Therefore, the transmitted light 61a 'and the transmitted light 61b'
Is emitted from the incident position in the forward direction [emitted light 60a "and emitted light 60a"
b ″] Then, the transmitted light 60a and the transmitted light 60b are emitted from positions other than the incident position in the forward direction.
【００２２】実際問題として、順方向の入射光と同じ場
所から出射する出射光60a"と出射光60b"には、透過光61
a'と透過光61b'の他に、磁気光学素子4 の４５度からの
ズレ角度に起因する光が含まれている。即ち、透過光60
a の一部が出射光60a"に、また、透過光60b の一部が出
射光60b"に含まれており、その光強度は、第２の磁気光
学素子の回転角の４５度からの角度ずれをΔθ2 度、第
１の磁気光学素子の回転角の４５度からの角度ずれをΔ
θ1 度とすると、図１と同様に、各々、 [ sin2( Δθ2 ) ×sin2( Δθ1 )] となる。上述したように、本発明による光アイソレータ
〔図７〕のアイソレ−ションは、磁気光学素子の角度ず
れに起因する透過光と、偏光素子のアイソレ−ションに
起因する透過光の二つの戻り光で決まる。通常一般に、
磁気光学素子の角度ずれは１度程度であるから、角度ず
れに起因するアイソレ−ションは、 −１０× Log[sin2(１)]＝７０dB となる。As a practical matter, the transmitted light 61a and the emitted light 60b "emitted from the same place as the forward incident light are transmitted light 61
In addition to a'and transmitted light 61b ', light due to the deviation angle of the magneto-optical element 4 from 45 degrees is included. That is, transmitted light 60
Part of a is included in the outgoing light 60a "and part of transmitted light 60b is included in the outgoing light 60b", and the light intensity is an angle from the rotation angle of 45 degrees of the second magneto-optical element. The deviation is Δθ 2 degrees, and the angular deviation of the rotation angle of the first magneto-optical element from 45 degrees is Δ
Assuming θ 1 degrees, [sin 2 (Δθ 2 ) × sin 2 (Δθ 1 )] is obtained as in FIG. 1 . As described above, the isolation of the optical isolator according to the present invention (FIG. 7) is composed of two return lights, that is, the transmitted light caused by the angular deviation of the magneto-optical element and the transmitted light caused by the isolation of the polarizing element. Decided. Usually in general,
Since the angle shift of the magneto-optical element is about 1 degree, the isolation caused by the angle shift is −10 × Log [sin 2 (1)] = 70 dB.
【００２３】一般に、薄膜偏光素子のアイソレーション
は、40〜55dB程度［In Vol.1166, Polarization Consid
erations for Optical Systems II,446-453(1989),SPI
E］であるから、偏光素子の特性に起因するアイソレー
ションは、80〜110dB 程度と想定される。従って、本発
明によれば、回転角が約１度ずれた磁気光学素子と比較
的アイソレ−ションの低い偏光素子を使用しても、容易
に60dB以上のアイソレ−ションを達成することができ
る。更に、磁気光学素子の回転角の４５度からのずれ
を、複屈折板や偏光素子の配置角度の調整・補正をする
ことによって、より一層大きなアイソレーションを達成
することができる。また、図１に示した構成と異なり、
戻り光が殆ど遮断されるため、入射側光ファイバへの迷
光の結合が殆ど無視でき、そのため光ファイバの位置決
めが非常に容易である。Generally, the isolation of a thin film polarizing element is about 40 to 55 dB [In Vol. 1166, Polarization Consid
erations for Optical Systems II, 446-453 (1989), SPI
E], the isolation due to the characteristics of the polarizing element is assumed to be about 80 to 110 dB. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily achieve an isolation of 60 dB or more even if a magneto-optical element whose rotation angle is shifted by about 1 degree and a polarizing element having a relatively low isolation are used. Furthermore, by adjusting / correcting the arrangement angle of the birefringent plate or the polarizing element for the deviation of the rotation angle of the magneto-optical element from 45 degrees, it is possible to achieve even greater isolation. Also, unlike the configuration shown in FIG.
Since most of the returning light is blocked, the coupling of stray light into the incident side optical fiber can be neglected, and therefore the positioning of the optical fiber is very easy.
【００２４】また、本発明の光アイソレ−タは、平行光
系でも、また、集光系でも使用することができるが、集
光系を採用することにより、複屈折板の厚さが薄くな
り、より安価な複屈折板を用いて光アイソレータを製造
することができるという利点がある。また、図４に示し
た構成に比べて、構成部品の数も少なく、技術的にも、
また、経済的にも、より有利な構成であると言える。こ
のことは、当該技術分野において、驚異的な技術改良・
進歩であるといっても過言ではなく、光ファイバ通信の
実用化と普及に寄与するところ極めて大である。The optical isolator of the present invention can be used in both a parallel light system and a light converging system. By adopting the light converging system, the thickness of the birefringent plate is reduced. There is an advantage that an optical isolator can be manufactured using a cheaper birefringent plate. Also, compared to the configuration shown in FIG. 4, the number of components is small, and technically,
In addition, it can be said that the configuration is economically more advantageous. This is a remarkable technical improvement in the technical field.
It is no exaggeration to say that this is an advance, but it is extremely significant that it will contribute to the practical application and spread of optical fiber communications.
【００２５】本発明の完成により、偏光素子・複屈折板
の高い精度での光軸調整を行うことなく、容易に高いア
イソレーションを達成することができるようになったた
め、光アイソレータの品質・性能の飛躍的な向上と製造
コストの大幅な削減が可能となった。The completion of the present invention makes it possible to easily achieve high isolation without adjusting the optical axes of the polarizing element and the birefringent plate with high accuracy. Therefore, the quality and performance of the optical isolator are improved. It has become possible to dramatically improve production costs and significantly reduce manufacturing costs.
【００２６】本発明を実施するとき、複屈折板は、特に
特殊なものである必要はなく、通常一般に複屈折板とし
て市販されているもののなかから、所望によって適宜選
んで用いればよい。品質、および、入手の容易さの点
で、方解石やルチル単結晶が好適である。また、磁気光
学素子の間に配置する偏光素子は、特に特殊なものであ
る必要はなく、その性能の点で、特に、二色性偏光子が
好適である。更にまた、磁気光学素子、即ち、ファラデ
ー回転素子の品質、換言すれば、ファラデー回転角度
は、４５±５度、より好ましくは、４５±３度、更に好
ましくは、４５度±１度の範囲内に選ぶのが好ましい。
ファラデー回転素子のファラデー回転角度のずれが５度
以上になると、順方向の光線の挿入損失が大きくなるた
め好ましくない。既に詳述したように、本発明の光アイ
ソレータの基本構造は、偏波無依存型であるが、偏波依
存型としても使用できることは言うまでもない。以下、
本発明を実施例によってその実施態様と効果と特性を具
体的に、かつ詳細に説明するが、以下の例は、具体的に
説明するためのものであって、本発明の実施態様や発明
の範囲を限定するものとしては意図されていない。In carrying out the present invention, the birefringent plate does not have to be a special one and may be appropriately selected and used from among those generally commercially available as a birefringent plate. Calcite and rutile single crystals are preferable in terms of quality and availability. Further, the polarizing element arranged between the magneto-optical elements does not need to be special, and a dichroic polarizer is particularly preferable in terms of its performance. Furthermore, the quality of the magneto-optical element, that is, the Faraday rotation element, in other words, the Faraday rotation angle is within the range of 45 ± 5 degrees, more preferably 45 ± 3 degrees, and even more preferably 45 degrees ± 1 degrees. It is preferable to select.
If the Faraday rotation angle of the Faraday rotator is offset by 5 degrees or more, the insertion loss of light rays in the forward direction increases, which is not preferable. As already described in detail, the basic structure of the optical isolator of the present invention is a polarization independent type, but it goes without saying that it can also be used as a polarization dependent type. Less than,
The present invention will be described in detail and specifically by way of its embodiments, effects and characteristics, but the following examples are for specifically explaining the embodiments of the present invention and the invention. It is not intended to be limiting in scope.
【００２７】[0027]
実施例１ 反射防止膜を施した波長 1.55 μm の光に対して分離距
離が 300μm のルチル単結晶からなる第１の複屈折板1
を金属治具19の所定の位置に、また、反射防止膜を施し
た波長 1.55 μm の光に対して分離距離が 300μm のル
チル単結晶からなる第２の複屈折板2 を金属治具20の所
定の位置に設置し、接着剤で固定した〔ブロックａ、ブ
ロックｂ〕。反射防止膜を施したファラデー回転角が 4
5.5 度［波長 1.55 μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3
Fe5O12からなる第１の磁気光学素子4 を金属治具21の所
定の位置に設置し、接着剤で固定した〔ブロックｃ〕。
また、反射防止膜を施したファラデー回転角が 44.7 度
［波長 1.55 μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O 12
からなる第２の磁気光学素子5 を金属治具22の所定の位
置に設置し、接着剤で固定した〔ブロックｄ〕。反射防
止膜を施した波長 1.55 μm に対して約45dBのアイソレ
ーションを有する二色性偏光素子［コーニング社製、商
品名ポーラコア］からなる偏光素子6 と偏光素子7 、お
よび、偏光素子8 と偏光素子9 を金属治具23の所定の位
置に偏波遮断方向が直交し、かつ、偏光素子6 と偏光素
子8 、および、偏光素子7 と偏光素子9 の偏波遮断方向
が同一になるように設置し、接着剤で固定した〔ブロッ
クｅ〕。金属治具18の所定の位置にブロックｅを設置し
て接着剤で固定した。引き続いて、所定の位置に Sm-Co
製円筒形永久磁石10と Sm-Co製円筒形永久磁石11とを設
置して接着剤で固定した。次いで、所定の位置にブロッ
クｃ、および、ブロックｄを設置し、接着剤で固定し
た。最後に、ブロックａ、および、ブロックｂを設置
し、常法に従って、偏光素子と複屈折板の光軸調整を行
なったのち、接着剤で固定して偏波無依存型光アイソレ
ータ ブロックＡを得た〔図１０参照〕。なお、ここに
得られたブロックＡの複屈折板の面間距離、即ち、第１
の複屈折板1 左端面と第２の複屈折板2 右端面との面間
距離は 20.0mm であった。金属治具16の所定の位置にコ
ア径 10 μｍのシングルモード光ファイバ14と分布屈折
率レンズ12とを設置・装着して、レンズ付き光ファイバ
m を得た〔図１０参照〕。同様にして、金属治具17の所
定の位置にコア径 10 μｍのシングルモード光ファイバ
15と分布屈折率レンズ13とを設置・装着してレンズ付き
光ファイバn を得た。ここに得られたレンズ付き光ファ
イバm をブロックＡの所定の位置に、複屈折板の面と分
布屈折率レンズの面とが接するように突き合わせて取付
けると共に、他端の光ファイバ14を半導体レーザ光源装
置に接続した。同様にして、レンズ付き光ファイバn を
ブロックＡの所定の位置に取付けると共に、他端の光フ
ァイバ15を光パワーメータに接続した。半導体レーザ光
源から波長 1.55 μｍのレーザ光を出射させて、光パワ
ーメータの受光した光強度が最も強くなるように、金属
治具16と金属治具17を、光路軸に対して垂直な面内で、
位置の微調を行って接着剤で固定し、光ファイバ付き偏
波無依存型光アイソレータを得た。ここに得られた偏波
無依存型光アイソレータの順方向の光損失は、1.1dB で
あった。また、逆方向の光損失、即ち、アイソレーショ
ンは 74dB であった。 Example 1 Separation distance for light having a wavelength of 1.55 μm coated with an antireflection film
First birefringent plate made of rutile single crystal with a separation of 300 μm 1
At a predetermined position on the metal jig 19
With a wavelength of 1.55 μm and a separation distance of 300 μm.
Place the second birefringent plate 2 made of chill single crystal at the metal jig 20.
It was installed at a fixed position and fixed with an adhesive [block a, block
Lock b]. Faraday rotation angle with anti-reflection film is 4
Ho at 5.5 degrees [at wavelength 1.55 μm]1.1Tb0.6Bi1.3
FeFiveO12The first magneto-optical element 4 consisting of
It was installed at a fixed position and fixed with an adhesive [block c].
In addition, the Faraday rotation angle with the antireflection film is 44.7 degrees.
Ho at [wavelength 1.55 μm]1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO 12
The second magneto-optical element 5 consisting of
It was placed on a table and fixed with an adhesive [block d]. Anti-reflection
Isolation of about 45 dB for a wavelength of 1.55 μm with a stop film.
Polarizing dichroic polarizing element [Corning Co., Ltd.
Polarizing element 6 and polarizing element 7 consisting of
Also, place the polarizing element 8 and the polarizing element 9 at the specified positions on the metal jig 23.
The polarization blocking directions are orthogonal to each other, and
Polarization blocking directions of child 8 and of polarizing elements 7 and 9
Are installed so that they are the same and are fixed with an adhesive (block
E]. Install the block e at the predetermined position of the metal jig 18.
Fixed with adhesive. Then, put Sm-Co in place.
The cylindrical permanent magnet 10 made of Sm-Co and the cylindrical permanent magnet 11 made of Sm-Co are installed.
It was placed and fixed with an adhesive. Then block it in place.
Install c and block d, and fix with adhesive
It was Finally, install block a and block b
Then, adjust the optical axes of the polarizing element and the birefringent plate according to the usual method.
After that, fix it with an adhesive and use polarization independent optical isolation.
A data block A was obtained (see FIG. 10). In addition, here
The surface distance of the obtained birefringent plate of the block A, that is, the first
Between birefringent plate 1 left end face and second birefringent plate 2 right end face
The distance was 20.0 mm. At the specified position of the metal jig 16,
A Single mode optical fiber 14 with a diameter of 10 μm and distributed refraction
Optical fiber with lens by installing and mounting the index lens 12
m was obtained [see FIG. 10]. Similarly, place the metal jig 17.
Single mode optical fiber with a core diameter of 10 μm at a fixed position
With 15 and distributed index lens 13 installed and mounted
An optical fiber n was obtained. Optical fiber with lens obtained here
Divide the bar m into a predetermined position on the block A and divide it from the surface of the birefringent plate.
Butt so that it is in contact with the surface of the cloth refractive index lens
And the optical fiber 14 at the other end
Connected to the table. Similarly, the optical fiber with lens n
Attach it to the specified position of block A, and at the
The fiber 15 was connected to the optical power meter. Semiconductor laser light
The laser power with a wavelength of 1.55 μm is emitted from the source
The metal so that the light received by the meter is the strongest.
Set the jig 16 and the metal jig 17 in a plane perpendicular to the optical path axis,
Adjust the position finely and fix it with an adhesive.
A wave-independent optical isolator was obtained. Polarization obtained here
The optical loss in the forward direction of an independent optical isolator is 1.1 dB.
there were. Also, the optical loss in the opposite direction, that is, the isolation
It was 74 dB.
【００２８】実施例２ 実施例１において、偏波無依存型光アイソレータ ブロ
ックＡの組み立て操作において、偏光素子と複屈折板の
光軸調整を行なわなかった以外は、全て実施例１と同様
にして、光ファイバ付き偏波無依存型光アイソレータを
得た。ここに得られた偏波無依存型光アイソレータの順
方向の光損失は、1.2dB であった。また、逆方向の光損
失、即ち、アイソレーションは 68dB であった。Embodiment 2 In the same manner as in Embodiment 1, except that the polarization axis and the birefringent plate are not adjusted in the assembly operation of the polarization independent optical isolator block A in Embodiment 1. We obtained a polarization-independent optical isolator with an optical fiber. The optical loss in the forward direction of the polarization-independent optical isolator obtained here was 1.2 dB. The optical loss in the opposite direction, that is, the isolation was 68 dB.
【００２９】実施例３ 実施例１において、ファラデー回転角が 45.5 度［波長
1.55 μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12からな
る第１の磁気光学素子の替わりに、ファラデー回転角が
45.9 度の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12からなる磁気光学素
子を、また、ファラデー回転角が 44.7 度［波長 1.55
μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O 12からなる第２
の磁気光学素子の替わりにファラデー回転角が 46.0 度
の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12からなる磁気光学素子を用い
た以外は、全て実施例１と同様にして、光ファイバ付き
偏波無依存型光アイソレータを得た。ここに得られた偏
波無依存型光アイソレータの順方向の光損失は、1.2dB
であった。また、逆方向の光損失、即ち、アイソレーシ
ョンは 71dB であった。Example 3 In Example 1, the Faraday rotation angle was 45.5 degrees [wavelength
At 1.55 μm] Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Empty
The Faraday rotation angle instead of the first magneto-optical element
45.9 degrees Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Magneto-optical element consisting of
The Faraday rotation angle is 44.7 degrees [wavelength 1.55
at μm] Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO 12The second consisting of
The Faraday rotation angle is 46.0 degrees instead of the magneto-optical element of
Of Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Using a magneto-optical element consisting of
Except for the above, with the same optical fiber as in Example 1
A polarization independent optical isolator was obtained. Bias obtained here
The optical loss in the forward direction of the wave-independent optical isolator is 1.2 dB.
Met. Also, the optical loss in the opposite direction, that is, the isolation
It was 71 dB.
【００３０】実施例４ 実施例３において、偏波無依存型光アイソレータ ブロ
ックＡの組み立て操作において、偏光素子と複屈折板の
光軸調整を行なわなかった以外は、全て実施例３と同様
にして、光ファイバ付き偏波無依存型光アイソレータを
得た。ここに得られた偏波無依存型光アイソレータの順
方向の光損失は、1.3dB であった。また、逆方向の光損
失、即ち、アイソレーションは 61dB であった。Example 4 In Example 3, all were carried out in the same manner as in Example 3, except that the optical axes of the polarization element and the birefringent plate were not adjusted in the assembly operation of the polarization independent optical isolator block A. We obtained a polarization-independent optical isolator with an optical fiber. The optical loss in the forward direction of the polarization-independent optical isolator obtained here was 1.3 dB. The optical loss in the opposite direction, that is, the isolation was 61 dB.
【００３１】実施例５ 実施例１において、ファラデー回転角が 45.5 度［波長
1.55 μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12からな
る第１の磁気光学素子の替わりに、ファラデー回転角が
45.1 度［波長 1.31 μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi
1.3Fe5O12からなる磁気光学素子を、また、ファラデー
回転角が 44.7 度［波長 1.55 μm において］の Ho1.1
Tb0.6Bi1.3Fe5O12からなる第２の磁気光学素子の替わり
にファラデー回転角が 45.0 度［波長 1.31 μm におい
て］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12からなる磁気光学素子
を、更に、波長 1.55 μm に対して約45dBのアイソレー
ションを有する二色性偏光素子［コーニング社製、商品
名ポーラコア］の替わりに、波長 1.31 μm に対して55
dBのアイソレーションを有する偏光素子［コーニング社
製、商品名ポーラコア］を用いた以外は、全て実施例１
と同様にして、光ファイバ付き偏波無依存型光アイソレ
ータを得た。ここに得られた偏波無依存型光アイソレー
タの順方向の光損失は、0.8 dB〔波長 1.31 μm におい
て］であった。また、逆方向の光損失、即ち、アイソレ
ーションは 75dB であった。Example 5 In Example 1, the Faraday rotation angle was 45.5 degrees [wavelength
At 1.55 μm], the first magneto-optical element consisting of Ho 1.1 Tb 0.6 Bi 1.3 Fe 5 O 12 has a Faraday rotation angle of
Ho 1.1 Tb 0.6 Bi at 45.1 degrees [at wavelength 1.31 μm]
A magneto-optical element consisting of 1.3 Fe 5 O 12 and Ho 1.1 with a Faraday rotation angle of 44.7 degrees [at wavelength 1.55 μm]
The magneto-optical element Faraday rotation angle in place of the second magneto-optical element made of Tb 0.6 Bi 1.3 Fe 5 O 12 is made of Ho 1.1 Tb 0.6 Bi 1.3 Fe 5 O 12 45.0 degrees [at a wavelength 1.31 [mu] m], further , Instead of the dichroic polarizing element [Polacore manufactured by Corning, Inc., which has isolation of about 45 dB for wavelength 1.55 μm, 55 for wavelength 1.31 μm
Example 1 except that a polarizing element having a dB isolation [trade name: Polar Core manufactured by Corning Incorporated] was used.
A polarization independent optical isolator with an optical fiber was obtained in the same manner as in. The optical loss in the forward direction of the polarization-independent optical isolator obtained here was 0.8 dB [at wavelength 1.31 μm]. The optical loss in the opposite direction, that is, the isolation was 75 dB.
【００３２】比較例１ 実施例１において、偏光素子6 と偏光素子7 を用いなか
った以外は、全て実施例１と同様にして、光ファイバ付
き偏波無依存型光アイソレータを得た。ここに得られた
偏波無依存型光アイソレータの順方向の光損失は、1.0
dBであった。また、逆方向の光損失、即ち、アイソレー
ションは 44dB であった。Comparative Example 1 A polarization-independent optical isolator with an optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1, except that the polarizing elements 6 and 7 were not used. The optical loss in the forward direction of the polarization-independent optical isolator obtained here is 1.0
It was dB. The optical loss in the opposite direction, that is, the isolation was 44 dB.
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明によれば、従来型の偏波無依存型
光アイソレータでは達成することが出来なかった 60dB
以上の高いアイソレーションを有する偏波無依存型光ア
イソレータを工業規模で、安価に製造して提供すること
ができる。According to the present invention, 60 dB which cannot be achieved by the conventional polarization independent optical isolator
The polarization-independent optical isolator having the above high isolation can be manufactured and provided at a low cost on an industrial scale.
【図１】米国特許第 4,974,944号に開示された偏波無依
存型光アイソレータの基本構成と光路を模式的に示す概
念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a basic configuration and an optical path of a polarization independent optical isolator disclosed in US Pat. No. 4,974,944.
【図２】図１の偏波無依存型光アイソレータの順方向の
光路と各光線の偏波方向、および、複屈折板の光軸方向
を模式的に示す概念図である。2 is a conceptual diagram schematically showing a forward optical path of the polarization-independent optical isolator of FIG. 1, a polarization direction of each light beam, and an optical axis direction of a birefringent plate.
【図３】図１の偏波無依存型光アイソレータの逆方向の
光路と各光線の偏波方向を模式的に示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram schematically showing a reverse optical path of the polarization independent optical isolator of FIG. 1 and a polarization direction of each light beam.
【図４】１９９１年電子情報通信学会春期全国大会で提
案された偏波無依存型光アイソレータの基本構成と光路
を模式的に示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram schematically showing a basic configuration and an optical path of a polarization independent optical isolator proposed at the 1991 Spring National Convention of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers.
【図５】複屈折板で常光線と異常光線とを分離し、次い
で、両光線を複屈折板で結合する装置において、光路が
平行光である場合の光線軌跡を模式的に示す概念図であ
る。FIG. 5 is a conceptual diagram schematically showing ray trajectories when the optical paths are parallel rays in a device in which an ordinary ray and an extraordinary ray are separated by a birefringent plate and then both rays are combined by a birefringent plate. is there.
【図６】複屈折板で常光線と異常光線とを分離し、次い
で、両光線を複屈折板で結合する装置において、光路が
集光された場合の光線軌跡を模式的に示す概念図であ
る。FIG. 6 is a conceptual diagram schematically showing a ray trace when an optical path is condensed in an apparatus that separates an ordinary ray and an extraordinary ray by a birefringent plate and then combines both rays with a birefringent plate. is there.
【図７】本発明の偏波無依存型光アイソレータの基本構
成を模式的に示す概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram schematically showing the basic configuration of a polarization independent optical isolator of the present invention.
【図８】 本発明の偏波無依存型光アイソレータの順方
向の光路と各光線の偏波方向を模式的に示す概念図であ
る。FIG. 8 is a conceptual diagram schematically showing a forward optical path and a polarization direction of each light beam of the polarization independent optical isolator of the present invention.
【図９】本発明の偏波無依存型光アイソレータの逆方向
の光路と各光線の偏波方向を模式的に示す概念図であ
る。FIG. 9 is a conceptual diagram schematically showing the optical path in the opposite direction of the polarization independent optical isolator of the present invention and the polarization direction of each light beam.
【図１０】本発明の偏波無依存型光アイソレータの横断
面［構造・構成］、および、実施態様の例を模式的に示
す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram schematically showing a cross section [structure / configuration] of a polarization-independent optical isolator of the present invention and an example of an embodiment.
１ ・・・第１の複屈折板 ２ ・・・第２の複屈折板 ３ ・・・第３の複屈折板 ４ ・・・第１の磁気光学素子 ５ ・・・第２の磁気光学素子 ６ ・・・偏光素子 ７ ・・・偏光素子 ８ ・・・偏光素子 ９ ・・・偏光素子 １０ ・・・円筒形永久磁石 １１ ・・・円筒形永久磁石 １２ ・・・分布屈折率レンズ １３ ・・・分布屈折率レンズ １４ ・・・シングルモード光ファイバ １５ ・・・シングルモード光ファイバ １６ ・・・金属治具 １７ ・・・金属治具 １８ ・・・金属治具 １９ ・・・金属治具 ２０ ・・・金属治具 ２１ ・・・金属治具 ２２ ・・・金属治具 ２３ ・・・金属治具 ２４ ・・・λ／２板 ２５ ・・・λ／２板 ２６ ・・・偏波依存型光アイソレータ ２７ ・・・偏波依存型光アイソレータ ２８ ・・・光ファイバ ２８’・・・光ファイバ ２９ ・・・レンズ ２９’・・・レンズ ５０ ・・・複屈折板の光軸方向 1 ... 1st birefringent plate 2 ... 2nd birefringent plate 3 ... 3rd birefringent plate 4 ... 1st magneto-optical element 5 ... 2nd magneto-optical element 6 ... Polarizing element 7 ... Polarizing element 8 ... Polarizing element 9 ... Polarizing element 10 ... Cylindrical permanent magnet 11 ... Cylindrical permanent magnet 12 ... Distributed refractive index lens 13 ... ..Distributed refractive index lens 14 ... Single mode optical fiber 15 ... Single mode optical fiber 16 ... Metal jig 17 ... Metal jig 18 ... Metal jig 19 ... Metal jig 20 ・ ・ ・ Metal jig 21 ・ ・ ・ Metal jig 22 ・ ・ ・ Metal jig 23 ・ ・ ・ Metal jig 24 ・ ・ ・ λ / 2 plate 25 ・ ・ ・ λ / 2 plate 26 ・ ・ ・ Polarization Dependent optical isolator 27 ... Polarization dependent optical isolator 28 ... Optical fiber 28 '... Fiber 29 ... lens 29 '... lens 50 ... optical axis direction of the birefringent plate
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成４年１０月１４日[Submission date] October 14, 1992
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【書類名】 明細書[Document name] Statement
【発明の名称】 光アイソレータTitle of the invention Optical isolator
【特許請求の範囲】[Claims]
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ間に配置さ
れる偏光方向に依存しない光アイソレータに関する。更
に詳しく言えば、本発明は、組立・調整操作が極めて容
易で、且つ、高アイソレーションを有する偏波に依存し
ない偏波無依存型光アイソレータ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical isolator arranged between optical fibers, which is independent of polarization direction. More specifically, the present invention relates to a polarization-independent optical isolator device that is extremely easy to assemble and adjust and has high isolation and is independent of polarization.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、光ファイバ通信の発展に不可欠な
光の直接増幅技術、例えば、エルビウムドープ光ファイ
バによる光増幅技術が急速に進展している。エルビウム
ドープ光ファイバによる光の直接増幅技術とは、励起用
の光と 1.55 μm 帯の信号光をエルビウムドープ光ファ
イバに導くと、励起用の光によって 1.55 μm 帯の信号
光がエルビウムドープ光ファイバを透過する間に数十dB
も増幅されるという画期的な技術である。2. Description of the Related Art In recent years, a direct light amplification technique essential for the development of optical fiber communication, for example, an optical amplification technique using an erbium-doped optical fiber has been rapidly developed. The direct optical amplification technology using erbium-doped optical fiber is that when pumping light and 1.55 μm band signal light are guided to the erbium-doped optical fiber, 1.55 μm band signal light is transmitted to the erbium-doped optical fiber by the pumping light. Dozens of dB while transmitting
This is an epoch-making technology that can also be amplified.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このエルビウムドープ
光ファイバ増幅器には、光ファイバコネクタ端面などか
らの反射光が増幅器に戻ると、信号の増幅が不安定にな
るという重大な問題点・技術的課題がある。故に、エル
ビウムドープ光ファイバ増幅器の安定化を計るために
は、エルビウムドープ光ファイバの両端に反射戻り光を
阻止するための光アイソレータを設置する必要がある[
電子情報通信通信学会誌 Vol 74,No 3,221-224(199
1)]。This erbium-doped optical fiber amplifier has a serious problem and technical problem that signal amplification becomes unstable when reflected light from the end face of the optical fiber connector returns to the amplifier. There is. Therefore, in order to stabilize the erbium-doped optical fiber amplifier, it is necessary to install optical isolators at both ends of the erbium-doped optical fiber to prevent reflected return light.
Journal of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Vol 74, No 3,221-224 (199
1)].
【０００４】エルビウムドープ光ファイバ増幅器のエル
ビウムドープ光ファイバの両端に設置される光アイソレ
ータは、その設置の目的から、当該光ファイバ中を伝搬
する無偏光な順方向の光は殆ど損失することなく透過さ
せるが、反射戻り光は略完全に遮断するという機能を有
するものでなければならない。従って、本目的に使用す
る光アイソレータは、偏光方向がほぼ揃った光に限られ
使用される、例えば、半導体レーザの安定化を図るため
に設置される偏光方向に依存する光アイソレータと区別
するために偏波無依存型光アイソレータ、或いは、偏光
無依存型光アイソレータと称されている。For the purpose of installation, the optical isolators installed at both ends of the erbium-doped optical fiber of the erbium-doped optical fiber amplifier transmit the non-polarized forward light propagating through the optical fiber with almost no loss. However, the reflected return light must have a function of blocking almost completely. Therefore, the optical isolator used for this purpose is used only for light whose polarization direction is substantially aligned, for example, to distinguish it from the optical isolator depending on the polarization direction that is installed to stabilize the semiconductor laser. It is called a polarization independent optical isolator or a polarization independent optical isolator.
【０００５】エルビウムドープ光ファイバによる光の直
接増幅システムにおいて使用される偏波無依存型光アイ
ソレータのアイソレーション、即ち、反射戻り光が遮断
・阻止される割合を、デシベル単位で示した値は、その
目的から、出来るだけ、より高い値であることが好まし
い。図１は、偏波無依存型光アイソレータとして提案さ
れている光アイソレータの例である[USP 4,974,944］。
図１において、符号1 と符号2 と符号3 は、例えば、ル
チル単結晶等の一軸結晶から、その光軸が表面から傾く
ように切り出して平行平板とした第１の複屈折板、第２
の複屈折板、および、第３の複屈折板である。符号4 と
符号5 は、約４５度のファラデー回転角を有するビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶等で形成された第１の磁気
光学素子と第２の磁気光学素子である。The isolation of a polarization-independent optical isolator used in a direct light amplification system using an erbium-doped optical fiber, that is, the ratio of the reflected return light being blocked / blocked in decibel units is For that purpose, it is preferable that the value is as high as possible. Figure 1 shows an example of an optical isolator proposed as a polarization-independent optical isolator [USP 4,974,944].
In FIG. 1, reference numerals 1, 2 and 3 are, for example, a first birefringent plate which is cut out from a uniaxial crystal such as rutile single crystal so that its optical axis is inclined from the surface to form a parallel plate, and a second birefringent plate.
And a third birefringent plate. Reference numerals 4 and 5 are a first magneto-optical element and a second magneto-optical element formed of a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal or the like having a Faraday rotation angle of about 45 degrees.
【０００６】図２、および、図３は、図１の構成からな
る偏波無依存型光アイソレータの順方向の光［左方から
入射する光］と、逆方向の光［右方向から入射する光］
の各複屈折板と磁気光学素子の端面での光の位置と偏光
方向、および、複屈折板の光軸方向を示した図である。
図２に見られるように、第１の複屈折板１に入射した順
方向の光線30は、複屈折板1 で偏光方向が光軸に平行な
成分30a[異常光線] と垂直な成分30b[常光線] とに分離
される。そして第１の磁気光学素子４に入射した各光線
は、各々、偏波面［偏光面］が４５度左回転［偏波面の
回転方向は、磁石の向き、および、或いは、磁気光学素
子の材料によって異なる］する。なお、本発明において
は、説明を簡単明瞭にするために、特記しない限り、偏
波面の回転方向については、常に左側、即ち、半導体レ
ーザ光源側から見て時計回りを右回転、反時計回りを左
回転と称することにする。次いで、第２の複屈折板２に
入射した偏光方向が第２の複屈折板の光軸に平行な光線
30a は、斜めに進行する。それぞれの光線の偏波面は、
第２の磁気光学素子で、更に左に４５度回転される。そ
の結果、光線30aの偏波面は第３の複屈折板３の光軸に
対して平行となり、光線30b の偏波面は、第３の複屈折
板３の光軸に対して垂直となる。従って、両者は、第３
の複屈折板３を透過したのち合流して光線30’となる。2 and 3 show light in the forward direction [light entering from the left] and light in the opposite direction [light entering from the right] of the polarization independent optical isolator having the configuration of FIG. light]
FIG. 3 is a diagram showing the position and polarization direction of light on each end surface of each birefringent plate and the magneto-optical element, and the optical axis direction of the birefringent plate.
As shown in FIG. 2, a forward ray 30 incident on the first birefringent plate 1 has a polarization direction parallel to the optical axis 30a of the birefringent plate 30a [extraordinary ray] and 30b [an extraordinary ray]. Ordinary ray] and Then, each of the light rays incident on the first magneto-optical element 4 has a polarization plane [polarization plane] rotated left by 45 degrees [the rotation direction of the polarization plane depends on the direction of the magnet and / or the material of the magneto-optical element]. Different]. In the present invention, for the sake of simplicity and clarity, unless otherwise specified, the rotation direction of the plane of polarization is always on the left side, that is, clockwise rotation when viewed from the semiconductor laser light source side, clockwise rotation and counterclockwise rotation. This is called left rotation. Then, the light beam whose polarization direction is incident on the second birefringent plate 2 is parallel to the optical axis of the second birefringent plate 2.
30a goes diagonally. The polarization plane of each ray is
The second magneto-optical element is rotated to the left by 45 degrees. As a result, the plane of polarization of the ray 30a is parallel to the optical axis of the third birefringent plate 3, and the plane of polarization of the ray 30b is perpendicular to the optical axis of the third birefringent plate 3. Therefore, both are the third
After passing through the birefringent plate 3 of FIG.
【０００７】一方、図３に示したように、逆方向の光線
40は、第３の複屈折板３に入射したのち、偏光方向が光
軸に平行な成分40a と垂直な成分40b に分離される。第
２の磁気光学素子５に入射した各光線は、各々、偏波面
が４５度左回転する。このため、第２の複屈折板２を透
過すると、光線40a は、そのまま同じ位置から出射する
が、光線40b は斜行し、その結果、入射した位置とは別
の場所から出射する。また、この段階で第２の磁気光学
素子のファラデー回転角45度からの角度ずれに起因する
光線40a'、光線40b'が出現する。実際には、第２の磁気
光学素子５を透過した段階で、既に、光線40a には光線
40a と偏波面が直交する光線40a'とが、光線40b には光
線40b と偏波面が直交する光線40b'とが存在すると考え
ることができる。しかし、それを図面上に書き入れると
図が複雑になるので、簡単のために、偏光素子を透過し
た段階で、そうした成分が出現する、と表現することに
した。以下同様である。On the other hand, as shown in FIG.
After being incident on the third birefringent plate 3, 40 is separated into a component 40a whose polarization direction is parallel to the optical axis and a component 40b whose polarization direction is perpendicular to the optical axis. The respective planes of polarization of the respective rays incident on the second magneto-optical element 5 are rotated left by 45 degrees. Therefore, after passing through the second birefringent plate 2, the light ray 40a is emitted from the same position as it is, but the light ray 40b is skewed, and as a result, is emitted from a place different from the incident position. At this stage, light rays 40a 'and 40b' appear due to the angular deviation of the second magneto-optical element from the Faraday rotation angle of 45 degrees. Actually, at the stage of passing through the second magneto-optical element 5, the ray 40a has already been changed to the ray 40a.
It can be considered that 40a and a ray 40a 'having a plane of polarization orthogonal to each other exist, and a ray 40b has a ray 40b and a ray 40b' having a plane of polarization orthogonal to each other. However, writing it on the drawing complicates the drawing, so for the sake of simplicity, we decided to express that such a component appears at the stage of passing through the polarizing element. The same applies hereinafter.
【０００８】今、光線40a と光線40b の光強度を、それ
ぞれ１とし、吸収や反射等が無いものと仮定し、回転角
の角度ずれをΔθ1 度とすると、光線40a'、光線40b'の
強度は、sin2( Δθ1 ) となる。光線40a 、光線40b 、
光線40a'、光線40b'の各偏波面は、第１の磁気光学素子
で、それぞれ、約４５度左回転する。そして、第１の複
屈折板1 を透過すると、光線40b と光線40a'は第１の複
屈折板右端面と全く同じ位置から出射する。しかし、光
線40a と光線40b'は斜行する。そのため順方向の入射光
の位置には光が戻らないことになる。しかし、今、第１
の磁気光学素子4 のファラデー回転角が、４５度からΔ
θ2 度だけずれていたとすると、光強度が[ sin2( Δθ
2 ) ×sin2( Δθ1 )]で偏波面が直交する二つの光線40
a"と光線40b"が出現する。これらの光は、順方向の入射
光位置から出射するため、アイソレーションを低下させ
る原因となる。実際問題として、順方向の入射光位置か
ら出射する光には、上述した光線40a"と光線40b"の他
に、更に、複屈折板の特性、更に具体的に言えば、アイ
ソレーションに起因する光、即ち、図３における光線41
a と光線41b とが加わると推定される。光線41a は、第
２の複屈折板2 を透過する際に、光線40a'と同じ位置か
ら出射し、光線40a'と偏波面が直交する。また、光線41
b は、第２の複屈折板2 を透過する際に、光線40b'と同
じ位置から出射し、光線40b'と偏波面が直交する。Now, assuming that the light intensities of the light ray 40a and the light ray 40b are 1 respectively, and there is no absorption or reflection, and the angular deviation of the rotation angle is Δθ 1 degree, the light ray 40a 'and the light ray 40b' are The intensity is sin 2 (Δθ 1 ). Ray 40a, ray 40b,
The respective planes of polarization of the light ray 40a 'and the light ray 40b' are each rotated by about 45 degrees to the left by the first magneto-optical element. Then, after passing through the first birefringent plate 1, the light rays 40b and 40a 'are emitted from exactly the same position as the right end surface of the first birefringent plate. However, the rays 40a and 40b 'are oblique. Therefore, the light does not return to the position of the incident light in the forward direction. But now, the first
The Faraday rotation angle of the magneto-optical element 4 is from 45 degrees to Δ
Assuming a deviation of θ 2 degrees, the light intensity becomes [sin 2 (Δθ
2 ) × sin 2 (Δθ 1 )] with two orthogonal polarization planes 40
A "and ray 40b" appear. Since these lights are emitted from the incident light position in the forward direction, they become a cause of lowering the isolation. As a practical matter, the light emitted from the incident light position in the forward direction is caused by the characteristics of the birefringent plate, more specifically, the isolation, in addition to the above-described light rays 40a "and 40b". Light, ie ray 41 in FIG.
It is estimated that a and ray 41b are added. When passing through the second birefringent plate 2, the light ray 41a is emitted from the same position as the light ray 40a ', and the plane of polarization of the light ray 40a' is orthogonal to that of the light ray 40a '. Also, ray 41
When b passes through the second birefringent plate 2, it is emitted from the same position as the ray 40b ', and the plane of polarization is orthogonal to the ray 40b'.
【０００９】光線41a は、第１の磁気光学素子4 を透過
すると偏波面が左に４５度回転し、第１の複屈折板1 の
光軸と平行になり、光線40a"、および、光線40b"と同じ
位置から出射する。また、光線41b は、第１の磁気光学
素子4 を透過すると偏波面が左に４５度回転して、第１
の複屈折板１の光軸と直交するようになり、第１の複屈
折板1 を透過する際に、光線40a"、および、光線40b"と
同じ位置から出射する。従って、図１に例示した偏波無
依存型光アイソレータのアイソレーションは、当該光ア
イソレータを構成する磁気光学素子のファラデ−回転角
の４５度からのずれ角度に起因する値、即ち、 −１０× Log[sin2(Δθ2) × sin2(Δθ1)] と第２の複屈折板のアイソレ−ションのどちらか小さい
方の値で決まる。When the light ray 41a is transmitted through the first magneto-optical element 4, the plane of polarization is rotated to the left by 45 degrees, becomes parallel to the optical axis of the first birefringent plate 1, and the light rays 40a "and 40b. Emit from the same position as. When the light ray 41b passes through the first magneto-optical element 4, the plane of polarization is rotated 45 degrees to the left,
Is orthogonal to the optical axis of the birefringent plate 1, and when passing through the first birefringent plate 1, it is emitted from the same positions as the light rays 40a "and 40b". Therefore, the isolation of the polarization independent optical isolator illustrated in FIG. 1 is a value due to the deviation angle of the Faraday rotation angle of the magneto-optical element forming the optical isolator from 45 degrees, that is, −10 × It is determined by the smaller value of Log [sin 2 (Δθ 2 ) × sin 2 (Δθ 1 )] and the isolation of the second birefringent plate.
【００１０】現在、通常一般に市販されている磁気光学
素子の回転角のずれは、１度程度である。従って、今仮
に、回転角の角度ずれを、各々１度〔Δθ1 ＝１o 、Δ
θ2＝１o 〕とすると、当該偏波無依存型光アイソレー
タのアイソレーションは、 −１０× Log[sin2(Δθ2) × sin2(Δθ1)]＝７０dB となる。通常一般に、複屈折板、即ち、複屈折性単結
晶、更に具体的に言えば、方解石やルチル等のアイソレ
ーションは 60dB 以下である［応用物理学結晶工学分科
会第８９回研究会テキスト、p31-36(1988)］から、これ
らの複屈折性単結晶を用いた図１の構成のアイソレーシ
ョンの上限は、複屈折板のアイソレーションで決まり、
60dB以上の非常に高いアイソレーションを達成すること
は不可能である。また、図１の構成からなる偏波無依存
型光アイソレータでは、逆方向の戻り光が、途中殆ど損
失なく透過するため、順方向の光ファイバの僅かな位置
ずれによっても、これらの戻り光[40a、40b]が一部迷光
となって、順方向側に設置される光ファイバに結合し、
アイソレーションが劣化する。従って、当該偏波無依存
型光アイソレータの製造に際しては、迷光を避けるた
め、微動台で光ファイバを慎重に動かしながら、最適位
置を見つけ取り付ける必要がある。そのため、機械化、
量産化は非常に困難である。At present, the deviation of the rotation angle of a magneto-optical element which is generally commercially available is about 1 degree. Therefore, suppose that the angle deviation of the rotation angle is 1 degree [Δθ 1 = 1 o , Δ
θ 2 = 1 ° ], the isolation of the polarization independent optical isolator is −10 × Log [sin 2 (Δθ 2 ) × sin 2 (Δθ 1 )] = 70 dB. Generally, the isolation of birefringent plate, that is, birefringent single crystal, more specifically, calcite, rutile, etc. is 60 dB or less [Textbook of Applied Physics Crystal Engineering Subcommittee 89th Workshop, p31 -36 (1988)], the upper limit of the isolation of the configuration of FIG. 1 using these birefringent single crystals is determined by the isolation of the birefringent plate,
It is impossible to achieve very high isolation above 60 dB. Further, in the polarization independent optical isolator having the configuration of FIG. 1, since the return light in the reverse direction is transmitted with almost no loss on the way, even if a slight displacement of the optical fiber in the forward direction causes the return light [ 40a, 40b] partially becomes stray light and couples with the optical fiber installed on the forward side,
Isolation deteriorates. Therefore, in manufacturing the polarization independent optical isolator, it is necessary to find the optimum position and attach it while carefully moving the optical fiber on the fine movement table in order to avoid stray light. Therefore, mechanization,
Mass production is very difficult.
【００１１】沼尻らは、アイソレーションの高い偏波無
依存型光アイソレータとして図４の構成からなる偏波無
依存型光アイソレータを提案〔1991年電子情報通信学会
春期全国大会 C-290,C-291〕している。図４において、
符号1 、および、符号2 は、ルチル等からなる複屈折板
である。符号24、および、符号25は、水晶等からなるλ
/2板であり、また、符号26、および、符号27は、偏波依
存型光アイソレータである。Numajiri et al. Proposed a polarization-independent optical isolator having the configuration shown in FIG. 4 as a polarization-independent optical isolator with high isolation [1991 IEICE Spring Annual Conference C-290, C- 291] In FIG.
Reference numerals 1 and 2 are birefringent plates made of rutile or the like. Reference numerals 24 and 25 are λ made of crystal or the like.
/ 2 plate, and reference numerals 26 and 27 are polarization dependent optical isolators.
【００１２】図４において、光路が平行光であれば、入
射光は、第１の複屈折板1 によって常光線と異常光線と
に分離される。常光線を光路ｃ、異常光線を光路ｄと標
記する。異常光線は、異常光線の光路ｄに挿入されたλ
/2板24によって偏光方向が９０度回転して、光路ｃの常
光線と同じ向きになる。従って、異常光は光路ｃの偏波
方向に一致させて配置された光アイソレータ26、およ
び、光アイソレータ27を透過することができる。光アイ
ソレータ26、および、光アイソレータ27を透過した常光
線ｃは、光路ｃに挿入されたλ/2板25によって偏光方向
が９０度回転して、光路ｄの異常光線の偏光方向と９０
度異なる状態となり、第２の複屈折板2 に入射し、両者
は合流して結合する。一方、逆方向の反射戻り光は、光
アイソレータ26と光アイソレータ27で遮断される。通常
一般に、偏波依存型光アイソレータは、３０dB以上のア
イソレーションを有しているから、容易に 60dB 以上の
アイソレーションが達成されることになる。In FIG. 4, if the optical path is parallel light, the incident light is separated by the first birefringent plate 1 into ordinary rays and extraordinary rays. The ordinary ray is referred to as an optical path c and the extraordinary ray is referred to as an optical path d. The extraordinary ray is λ inserted in the optical path d of the extraordinary ray.
The polarization direction is rotated by 90 degrees by the / 2 plate 24 and becomes the same direction as the ordinary ray of the optical path c. Therefore, the extraordinary light can be transmitted through the optical isolator 26 and the optical isolator 27 arranged so as to match the polarization direction of the optical path c. The ordinary ray c that has passed through the optical isolator 26 and the optical isolator 27 has its polarization direction rotated by 90 degrees by the λ / 2 plate 25 inserted in the optical path c, so that the ordinary ray c has a 90 ° polarization direction with the extraordinary ray on the optical path d.
The second birefringent plate 2 is incident on the second birefringent plate 2, and both are joined and coupled. On the other hand, the reflected return light in the opposite direction is blocked by the optical isolator 26 and the optical isolator 27. Generally, a polarization dependent optical isolator generally has an isolation of 30 dB or more, so that an isolation of 60 dB or more can be easily achieved.
【００１３】光アイソレ−タ、即ち、偏波無依存型光ア
イソレータの光路は、理論的には平行光であるが、実際
には、図５〔平行光〕、および、図６〔集光〕に模式的
に示したように集光される［IEEE PHOTONICS TECHNOLOG
Y LETTERES,vol.1(1989),68-69］。図５、および、図６
において、光ファイバ28から出射された光は、分布屈折
率レンズ等からなるレンズ29を介して、複屈折板に導入
され、常光線と異常光線に分離され、次いで、再び第２
の複屈折板2 で両者は合流され、レンズ29' を介して光
ファイバ28’に結合される。このとき、平行光系〔図
５〕では、常光線と異常光線とを空間的に十分に分離す
るために、複屈折板1 、および、複屈折板2 の分離距離
を大きく取らなければならない。通常一般に、複屈折板
は、方解石やルチル単結晶などから作製されるが、これ
らの単結晶は高価であり、また、特に、材料の厚さが厚
いほど値段は高くなる。従って、光アイソレータを安価
に製造するためには、厚さの薄い複屈折板を使用する必
要がある。しかしながら、光路が平行光で構成される偏
波無依存型光アイソレータでは、上述したように、常光
と異常光の分離距離を大きくする必要があるため、厚さ
が厚い高価な複屈折板を使用せざるを得ず、その結果、
光アイソレータは高価なものとなる。The optical path of the optical isolator, that is, the optical path of the polarization independent optical isolator is theoretically parallel light, but in reality, it is shown in FIG. 5 [parallel light] and FIG. 6 [light condensing]. The light is condensed as shown schematically in [IEEE PHOTONICS TECHNOLOG
Y LETTERES, vol.1 (1989), 68-69]. 5 and 6
In, the light emitted from the optical fiber 28 is introduced into the birefringent plate through the lens 29 composed of a distributed index lens or the like, separated into the ordinary ray and the extraordinary ray, and then again into the second ray.
Both of them are merged by the birefringent plate 2 and are coupled to the optical fiber 28 'through the lens 29'. At this time, in the parallel light system [FIG. 5], the separation distance between the birefringent plate 1 and the birefringent plate 2 must be set large in order to spatially separate the ordinary ray and the extraordinary ray sufficiently. Generally, the birefringent plate is made of calcite, rutile single crystal, or the like, but these single crystals are expensive, and in particular, the thicker the material, the higher the price. Therefore, in order to manufacture an optical isolator at low cost, it is necessary to use a thin birefringent plate. However, in the polarization-independent optical isolator whose optical path is composed of parallel light, it is necessary to increase the separation distance between ordinary and extraordinary light as described above, so an expensive birefringent plate with a large thickness is used. Inevitably, as a result,
Optical isolators are expensive.
【００１４】一方、集光系〔図６〕では、光線が集光さ
れているので、その分離距離は非常に短くなる。従っ
て、厚さの薄い、安価な複屈折板を用いることが可能で
あり、光アイソレータの製造コストも低減できる。図４
の構成からなる偏波無依存型光アイソレ−タでは、複屈
折板の直後にλ/2板が配置・設定されているため、光路
が集光された集光系〔図６〕でのλ/2板の設置は非常に
困難、更に端的に言えば、実質的に不可能であり、実用
性はない。従って、図４の構成からなる偏波無依存型光
アイソレ−タでは、その光路を平行光系〔図５〕としな
ければならない。光路を平行光系に選ぶと、必然的に複
屈折板の厚さが厚くなり、経済的に不利になると言う問
題点が生じる。また、図４に見られるように、１台の光
アイソレータを構成するのに、２個の複屈折板と２個の
λ/2板、および、２個の偏光素子と１個のファラデー素
子と１個の永久磁石とから構成されている偏波依存型光
アイソレータを２台必要とするため、部品の数も多く、
必然的に高価になり、偏波無依存型光アイソレ−タの普
及・汎用化を阻害する原因となっており、早急なる技術
的解決が期待されている。On the other hand, in the condensing system [FIG. 6], since the light rays are condensed, the separation distance thereof becomes very short. Therefore, an inexpensive birefringent plate having a small thickness can be used, and the manufacturing cost of the optical isolator can be reduced. Figure 4
In the polarization-independent optical isolator having the above configuration, since the λ / 2 plate is placed and set immediately after the birefringent plate, the λ in the converging system where the optical path is condensed [Fig. 6] is The / 2 board is very difficult to install, and in short, it is practically impossible and impractical. Therefore, in the polarization-independent optical isolator having the configuration of FIG. 4, its optical path must be a parallel light system [FIG. 5]. If the optical path is selected to be a parallel light system, the birefringent plate inevitably becomes thick, which is economically disadvantageous. As shown in FIG. 4, in order to configure one optical isolator, two birefringent plates and two λ / 2 plates, two polarizing elements and one Faraday element are used. Since two polarization-dependent optical isolators consisting of one permanent magnet are required, the number of parts is large,
Inevitably, it becomes expensive, and this is a cause of hindering the spread and generalization of polarization-independent optical isolators, and an urgent technical solution is expected.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】光ファイバ通信システ
ムの高速化・大容量化とともに、より高いアイソレーシ
ョンの光アイソレータ、更に具体的に言えば、偏波無依
存型光アイソレータの開発と汎用化が求められるように
なってきた。しかし、従来型の偏波無依存型光アイソレ
ータは、偏光素子の特性の制限から60dB以上のアイソレ
ーションを達成することが困難であり、光路が平行光で
あるため、厚い複屈折板を必要とし、しかも、構成部品
の点数が多いため製造コストが高くなるなどの多くの問
題点があり、未だ汎用化される段階には至っていない。
本発明は、光ファイバ通信システムの高速化・大容量化
に対応して、アイソレーションが60dB以上の、非常に高
いアイソレーションを有する偏波無依存型光アイソレー
タを、工業規模で大量に、安価に提供して、光ファイバ
通信の実用化と普及に寄与することを目的としている。With the increase in speed and capacity of optical fiber communication systems, the development and generalization of optical isolators with higher isolation, more specifically, polarization-independent optical isolators, have been pursued. It has come to be demanded. However, the conventional polarization-independent optical isolator is difficult to achieve isolation of 60 dB or more due to the limitation of the characteristics of the polarization element, and since the optical path is parallel light, it requires a thick birefringent plate. In addition, there are many problems such as high manufacturing cost due to the large number of constituent parts, and it has not yet reached the stage of being generalized.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a polarization-independent optical isolator having an extremely high isolation of 60 dB or more, which corresponds to the increase in the speed and the capacity of an optical fiber communication system, on a large scale and at a low cost on an industrial scale. The purpose is to contribute to the practical application and spread of optical fiber communication.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、光ファイ
バ通信システムの高速化・大容量化に寄与するために、
より高いアイソレーションの光アイソレータを開発する
べく、鋭意研究を行った結果、偏波無依存型光アイソレ
−タを改良、更に具体的に言えば、偏波面が互いに直交
した光の光路を空間的に分離、結合するための２個の複
屈折板の間に、永久磁石内に配置した回転角が約４５度
の２個の磁気光学素子と、該磁気光学素子の間に複屈折
板の光路の分離中心を境にして偏波遮断方向が約９０度
異なる２個の偏光素子を並列に配置することによって、
30dB以上のアイソレーションを有する光アイソレータの
開発に成功した〔特願平3-152653〕。SUMMARY OF THE INVENTION In order to contribute to high speed and large capacity of an optical fiber communication system, the present inventors have
As a result of earnest research to develop an optical isolator with higher isolation, the polarization-independent optical isolator was improved. More specifically, the optical paths of light whose polarization planes are orthogonal to each other are spatially separated. Between the two birefringent plates for separating and coupling into two, a magneto-optical element having a rotation angle of about 45 degrees disposed in the permanent magnet, and an optical path separation of the birefringent plate between the magneto-optical elements. By arranging in parallel two polarizing elements whose polarization blocking directions differ by about 90 degrees from the center,
We have succeeded in developing an optical isolator with isolation of 30 dB or more [Japanese Patent Application No. 3-152653].
【００１７】本発明者らは、ここに開発した偏波無依存
型光アイソレ−タを、更に改良するために、種々の実験
検討を行った結果、永久磁石内に配置した回転角が約４
５度の２個の磁気光学素子の間に、複屈折板の光路の分
離中心を境にして偏波遮断方向が約９０度異なる２個の
偏光素子を並列に配した偏光素子を２組、２段従属〔直
列〕に配置することによって、アイソレーションを高め
ることができるとの知見を得て、更に改良研究を行い、
本発明を完成させた。The inventors of the present invention have conducted various experiments to improve the polarization-independent optical isolator developed here. As a result, the rotation angle arranged in the permanent magnet is about 4.
Two sets of polarizing elements are arranged in parallel between two magneto-optical elements of 5 degrees, and two polarizing elements with polarization blocking directions differing by about 90 degrees from each other with the separation center of the optical path of the birefringent plate as a boundary, We obtained the knowledge that the isolation can be increased by arranging them in a two-stage subdivision [series], and we carry out further improvement research.
The present invention has been completed.
【００１８】本発明は、偏波面が互いに直交した光の光
路を空間的に分離・結合するための２個の複屈折板の間
に、永久磁石内に配置した回転角が約４５度の２個の磁
気光学素子と、該磁気光学素子の間に複屈折板の光路の
分離中心を境にして偏波遮断方向が約９０度異なる２個
の偏光素子を並列に配した偏光素子を２組、２段従属、
換言すれば、直列に配置したことを特徴とする光アイソ
レータに関する。本発明による光アイソレータの構成を
模式的に図示すると、図７のようである。図７におい
て、符号1 、および、符号2 は、ルチル単結晶などの一
軸結晶から、その光軸が表面から傾くように切り出して
平行平板とした複屈折板を意味し、符号4 、および、符
号5 は、ファラデー回転角が約４５度のビスマス置換磁
性ガーネット単結晶などで形成された磁気光学素子を意
味する。また、符号6 、符号7 、符号8 、および、符号
9 は、二色性偏光子などからなる薄膜の偏光素子を、更
に、符号10、および、符号11は、磁気光学素子を磁気的
に飽和させるための永久磁石を意味する。According to the present invention, two birefringent plates for spatially separating / coupling the optical paths of light whose planes of polarization are orthogonal to each other are arranged in the permanent magnet and have two rotation angles of about 45 degrees. Two sets of polarizing elements, in each of which a magneto-optical element and two polarizing elements having polarization blocking directions different from each other by about 90 degrees with the separation center of the optical path of the birefringent plate as a boundary between the magneto-optical elements are arranged in parallel, 2 Step dependent,
In other words, the present invention relates to an optical isolator which is arranged in series. The structure of the optical isolator according to the present invention is schematically shown in FIG. In FIG. 7, reference numerals 1 and 2 denote birefringent plates that are cut out from a uniaxial crystal such as rutile single crystal so that its optical axis is tilted from the surface to form a parallel flat plate, and reference numerals 4 and 5 means a magneto-optical element formed of a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal or the like having a Faraday rotation angle of about 45 degrees. In addition, code 6, code 7, code 8, and code
Reference numeral 9 denotes a thin film polarizing element including a dichroic polarizer, and reference numerals 10 and 11 denote permanent magnets for magnetically saturating the magneto-optical element.
【００１９】図７において、半導体レーザ等の光源［左
側から］から出射された順方向の光線は、第１の複屈折
板１に入射して、常光線ｃと異常光線ｄとに分離して屈
折板１を透過する。第１の複屈折板１を透過した２本の
光線は、平行に伝搬して第１の磁気光学素子4 に入射す
る。第１の磁気光学素子4 に入射した各光線は、各々偏
波面が４５度左回転する。第１の磁気光学素子4 を透過
した各光線は、次いで偏波面と偏光素子の偏波透過方向
が一致するように配置された偏光素子6 と偏光素子8 、
および、偏光素子7 と偏光素子9 を透過し、第２の磁気
光学素子5 に入射する。第２の磁気光学素子5 に入射し
た各光線は、磁気光学素子によりその偏波面が４５度右
回転して透過する。次いで各光線は、第２の複屈折板2
に入射して複屈折板2 によって光路は結合される〔図８
参照〕。In FIG. 7, a forward light beam emitted from a light source such as a semiconductor laser [from the left side] enters a first birefringent plate 1 and is separated into an ordinary ray c and an extraordinary ray d. It passes through the refraction plate 1. The two light rays that have passed through the first birefringent plate 1 propagate in parallel and enter the first magneto-optical element 4. Each ray of light incident on the first magneto-optical element 4 has its plane of polarization rotated 45 degrees counterclockwise. Each of the light rays transmitted through the first magneto-optical element 4 is then arranged in such a manner that the polarization plane and the polarization transmission direction of the polarization element coincide with each other.
Also, the light passes through the polarizing elements 7 and 9 and enters the second magneto-optical element 5. Each light ray incident on the second magneto-optical element 5 is transmitted by the magneto-optical element with its plane of polarization rotated 45 degrees to the right. Each ray then passes through the second birefringent plate 2
Incident on the optical path and is coupled by the birefringent plate 2 [Fig. 8
reference〕.
【００２０】上記の説明は、永久磁石10と永久磁石11の
磁化方向が逆向きに設定されていることを前提条件とし
ている。今仮に、永久磁石11の磁化方向が永久磁石10の
磁化方向とが同じ向きになったと仮定すると、偏波面
は、永久磁石11によって、４５度左回転する。従って、
永久磁石11の磁化方向を永久磁石10の磁化方向と同じ向
きにすると、第２の複屈折板2 で直進していた光が斜行
し、斜行していた光が直進することになる。しかし、何
れの場合においても、２本に分かれていた光線は、第２
の複屈折板2 で結合されるので、実用上は、特に問題は
ない。The above description is premised on the fact that the permanent magnets 10 and 11 are magnetized in opposite directions. Assuming now that the magnetization direction of the permanent magnet 11 is the same as the magnetization direction of the permanent magnet 10, the polarization plane is rotated leftward by 45 degrees by the permanent magnet 11. Therefore,
When the magnetization direction of the permanent magnet 11 is set to be the same as the magnetization direction of the permanent magnet 10, the light that has traveled straight on the second birefringent plate 2 skews and the light that skewed travels straight. However, in both cases, the light rays that were split into two rays
Since they are connected by the birefringent plate 2 of, there is no particular problem in practical use.
【００２１】一方、逆方向から入射した反射戻り光は
〔図９参照〕、第２の複屈折板2 により常光線ｃと異常
光線ｄの２本の光線に分かれて透過し、第２の磁気光学
素子5に入射する。第２の磁気光学素子5 に入射した反
射戻り光は、それぞれ偏波面が右に４５度回転するた
め、常光線が偏光素子8 の偏波遮断方向と、また、異常
光線が偏光素子9 の偏波遮断方向と、各々一致して遮断
される。しかし、偏光素子のアイソレーションの制限の
ため、一部遮断されない光[61a、61b]が偏光素子を透過
する。また、磁気光学素子5 の４５度からの回転角のズ
レに起因する光[60a、60b]も透過する。透過光61a 、お
よび、透過光61b は、更に偏向素子6 、および、偏向素
子7 で遮断されて透過光61a'と透過光61b'となる。一
方、透過光60a と透過光60b は、そのまま透過する。次
いで、これらの光線の偏波面は、磁気光学素子4 により
左に４５度回転する。従って、透過光61a'と透過光61b'
は、順方向の入射位置から出射〔出射光60a"と出射光60
b"〕し、透過光60a と透過光60b は、順方向の入射位置
とは別の位置から出射することになる。On the other hand, the reflected return light incident from the opposite direction [see FIG. 9] is divided into two rays, the ordinary ray c and the extraordinary ray d, by the second birefringent plate 2 and transmitted, and the second magnetic field is transmitted. It is incident on the optical element 5. The reflected return light that has entered the second magneto-optical element 5 has its polarization plane rotated 45 degrees to the right, so that the ordinary ray is in the polarization blocking direction of the polarizing element 8 and the extraordinary ray is in the polarizing element 9 polarization direction. They are blocked in the same direction as the wave blocking direction. However, due to the limitation of the isolation of the polarization element, the light [61a, 61b] that is not partially blocked passes through the polarization element. Further, the light [60a, 60b] due to the deviation of the rotation angle of the magneto-optical element 5 from 45 degrees is also transmitted. The transmitted light 61a and the transmitted light 61b are further blocked by the deflecting element 6 and the deflecting element 7 to be transmitted light 61a 'and transmitted light 61b'. On the other hand, the transmitted light 60a and the transmitted light 60b are transmitted as they are. Next, the planes of polarization of these rays are rotated leftward by 45 degrees by the magneto-optical element 4. Therefore, the transmitted light 61a 'and the transmitted light 61b'
Is emitted from the incident position in the forward direction [emitted light 60a "and emitted light 60a"
b ″] Then, the transmitted light 60a and the transmitted light 60b are emitted from positions other than the incident position in the forward direction.
【００２２】実際問題として、順方向の入射光と同じ場
所から出射する出射光60a"と出射光60b"には、透過光61
a'と透過光61b'の他に、磁気光学素子4 の４５度からの
ズレ角度に起因する光が含まれている。即ち、透過光60
a の一部が出射光60a"に、また、透過光60b の一部が出
射光60b"に含まれており、その光強度は、第２の磁気光
学素子の回転角の４５度からの角度ずれをΔθ2 度、第
１の磁気光学素子の回転角の４５度からの角度ずれをΔ
θ1 度とすると、図１と同様に、各々、 [ sin2( Δθ2 ) ×sin2( Δθ1 )] となる。上述したように、本発明による光アイソレータ
〔図７〕のアイソレ−ションは、磁気光学素子の角度ず
れに起因する透過光と、偏光素子のアイソレ−ションに
起因する透過光の二つの戻り光で決まる。通常一般に、
磁気光学素子の角度ずれは１度程度であるから、角度ず
れに起因するアイソレ−ションは、 −１０× Log[sin2(１)]＝７０dB となる。As a practical matter, the transmitted light 61a and the emitted light 60b "emitted from the same place as the forward incident light are transmitted light 61
In addition to a'and transmitted light 61b ', light due to the deviation angle of the magneto-optical element 4 from 45 degrees is included. That is, transmitted light 60
Part of a is included in the outgoing light 60a "and part of transmitted light 60b is included in the outgoing light 60b", and the light intensity is an angle from the rotation angle of 45 degrees of the second magneto-optical element. The deviation is Δθ 2 degrees, and the angular deviation of the rotation angle of the first magneto-optical element from 45 degrees is Δ
Assuming θ 1 degrees, [sin 2 (Δθ 2 ) × sin 2 (Δθ 1 )] is obtained as in FIG. 1 . As described above, the isolation of the optical isolator according to the present invention (FIG. 7) is composed of two return lights, that is, the transmitted light caused by the angular deviation of the magneto-optical element and the transmitted light caused by the isolation of the polarizing element. Decided. Usually in general,
Since the angle shift of the magneto-optical element is about 1 degree, the isolation caused by the angle shift is −10 × Log [sin 2 (1)] = 70 dB.
【００２３】一般に、薄膜偏光素子のアイソレーション
は、40〜55dB程度［In Vol.1166, Polarization Consid
erations for Optical Systems II,446-453(1989),SPI
E］であるから、偏光素子の特性に起因するアイソレー
ションは、80〜110dB 程度と想定される。従って、本発
明によれば、回転角が約１度ずれた磁気光学素子と比較
的アイソレ−ションの低い偏光素子を使用しても、容易
に60dB以上のアイソレ−ションを達成することができ
る。更に、磁気光学素子の回転角の４５度からのずれ
を、複屈折板や偏光素子の配置角度の調整・補正をする
ことによって、より一層大きなアイソレーションを達成
することができる。また、図１に示した構成と異なり、
戻り光が殆ど遮断されるため、入射側光ファイバへの迷
光の結合が殆ど無視でき、そのため光ファイバの位置決
めが非常に容易である。Generally, the isolation of a thin film polarizing element is about 40 to 55 dB [In Vol. 1166, Polarization Consid
erations for Optical Systems II, 446-453 (1989), SPI
E], the isolation due to the characteristics of the polarizing element is assumed to be about 80 to 110 dB. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily achieve an isolation of 60 dB or more even if a magneto-optical element whose rotation angle is shifted by about 1 degree and a polarizing element having a relatively low isolation are used. Furthermore, by adjusting / correcting the arrangement angle of the birefringent plate or the polarizing element for the deviation of the rotation angle of the magneto-optical element from 45 degrees, it is possible to achieve even greater isolation. Also, unlike the configuration shown in FIG.
Since most of the returning light is blocked, the coupling of stray light into the incident side optical fiber can be neglected, and therefore the positioning of the optical fiber is very easy.
【００２４】また、本発明の光アイソレ−タは、平行光
系でも、また、集光系でも使用することができるが、集
光系を採用することにより、複屈折板の厚さが薄くな
り、より安価な複屈折板を用いて光アイソレータを製造
することができるという利点がある。また、図４に示し
た構成に比べて、構成部品の数も少なく、技術的にも、
また、経済的にも、より有利な構成であると言える。こ
のことは、当該技術分野において、驚異的な技術改良・
進歩であるといっても過言ではなく、光ファイバ通信の
実用化と普及に寄与するところ極めて大である。The optical isolator of the present invention can be used in both a parallel light system and a light converging system. By adopting the light converging system, the thickness of the birefringent plate is reduced. There is an advantage that an optical isolator can be manufactured using a cheaper birefringent plate. Also, compared to the configuration shown in FIG. 4, the number of components is small, and technically,
In addition, it can be said that the configuration is economically more advantageous. This is a remarkable technical improvement in the technical field.
It is no exaggeration to say that this is an advance, but it is extremely significant that it will contribute to the practical application and spread of optical fiber communications.
【００２５】本発明の完成により、偏光素子・複屈折板
の高い精度での光軸調整を行うことなく、容易に高いア
イソレーションを達成することができるようになったた
め、光アイソレータの品質・性能の飛躍的な向上と製造
コストの大幅な削減が可能となった。The completion of the present invention makes it possible to easily achieve high isolation without adjusting the optical axes of the polarizing element and the birefringent plate with high accuracy. Therefore, the quality and performance of the optical isolator are improved. It has become possible to dramatically improve production costs and significantly reduce manufacturing costs.
【００２６】本発明を実施するとき、複屈折板は、特に
特殊なものである必要はなく、通常一般に複屈折板とし
て市販されているもののなかから、所望によって適宜選
んで用いればよい。品質、および、入手の容易さの点
で、方解石やルチル単結晶が好適である。また、磁気光
学素子の間に配置する偏光素子は、特に特殊なものであ
る必要はなく、その性能の点で、特に、二色性偏光子が
好適である。更にまた、磁気光学素子、即ち、ファラデ
ー回転素子の品質、換言すれば、ファラデー回転角度
は、４５±５度、より好ましくは、４５±３度、更に好
ましくは、４５度±１度の範囲内に選ぶのが好ましい。
ファラデー回転素子のファラデー回転角度のずれが５度
以上になると、順方向の光線の挿入損失が大きくなるた
め好ましくない。既に詳述したように、本発明の光アイ
ソレータの基本構造は、偏波無依存型であるが、偏波依
存型としても使用できることは言うまでもない。以下、
本発明を実施例によってその実施態様と効果と特性を具
体的に、かつ詳細に説明するが、以下の例は、具体的に
説明するためのものであって、本発明の実施態様や発明
の範囲を限定するものとしては意図されていない。In carrying out the present invention, the birefringent plate does not have to be a special one and may be appropriately selected and used from among those generally commercially available as a birefringent plate. Calcite and rutile single crystals are preferable in terms of quality and availability. Further, the polarizing element arranged between the magneto-optical elements does not need to be special, and a dichroic polarizer is particularly preferable in terms of its performance. Furthermore, the quality of the magneto-optical element, that is, the Faraday rotation element, in other words, the Faraday rotation angle is within the range of 45 ± 5 degrees, more preferably 45 ± 3 degrees, and even more preferably 45 degrees ± 1 degrees. It is preferable to select.
If the Faraday rotation angle of the Faraday rotator is offset by 5 degrees or more, the insertion loss of light rays in the forward direction increases, which is not preferable. As already described in detail, the basic structure of the optical isolator of the present invention is a polarization independent type, but it goes without saying that it can also be used as a polarization dependent type. Less than,
The present invention will be described in detail and specifically by way of its embodiments, effects and characteristics, but the following examples are for specifically explaining the embodiments of the present invention and the invention. It is not intended to be limiting in scope.
【００２７】[0027]
【実施例】 実施例１ 反射防止膜を施した波長 1.55 μm の光に対して分離距
離が 300μm のルチル単結晶からなる第１の複屈折板1
を金属治具19の所定の位置に、また、反射防止膜を施し
た波長 1.55 μm の光に対して分離距離が 300μm のル
チル単結晶からなる第２の複屈折板2 を金属治具20の所
定の位置に設置し、接着剤で固定した〔ブロックａ、ブ
ロックｂ〕。反射防止膜を施したファラデー回転角が 4
5.5 度［波長 1.55 μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3
Fe5O12からなる第１の磁気光学素子4 を金属治具21の所
定の位置に設置し、接着剤で固定した〔ブロックｃ〕。
また、反射防止膜を施したファラデー回転角が 44.7 度
［波長 1.55 μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O 12
からなる第２の磁気光学素子5 を金属治具22の所定の位
置に設置し、接着剤で固定した〔ブロックｄ〕。反射防
止膜を施した波長 1.55 μm に対して約45dBのアイソレ
ーションを有する二色性偏光素子［コーニング社製、商
品名ポーラコア］からなる偏光素子6 と偏光素子7 、お
よび、偏光素子8 と偏光素子9 を金属治具23の所定の位
置に偏波遮断方向が直交し、かつ、偏光素子6 と偏光素
子8 、および、偏光素子7 と偏光素子9 の偏波遮断方向
が同一になるように設置し、接着剤で固定した〔ブロッ
クｅ〕。金属治具18の所定の位置にブロックｅを設置し
て接着剤で固定した。引き続いて、所定の位置に Sm-Co
製円筒形永久磁石10と Sm-Co製円筒形永久磁石11とを設
置して接着剤で固定した。次いで、所定の位置にブロッ
クｃ、および、ブロックｄを設置し、接着剤で固定し
た。最後に、ブロックａ、および、ブロックｂを設置
し、常法に従って、偏光素子と複屈折板の光軸調整を行
なったのち、接着剤で固定して偏波無依存型光アイソレ
ータ ブロックＡを得た〔図１０参照〕。なお、ここに
得られたブロックＡの複屈折板の面間距離、即ち、第１
の複屈折板1 左端面と第２の複屈折板2 右端面との面間
距離は 20.0mm であった。金属治具16の所定の位置にコ
ア径 10 μｍのシングルモード光ファイバ14と分布屈折
率レンズ12とを設置・装着して、レンズ付き光ファイバ
m を得た〔図１０参照〕。同様にして、金属治具17の所
定の位置にコア径 10 μｍのシングルモード光ファイバ
15と分布屈折率レンズ13とを設置・装着してレンズ付き
光ファイバn を得た。ここに得られたレンズ付き光ファ
イバm をブロックＡの所定の位置に、複屈折板の面と分
布屈折率レンズの面とが接するように突き合わせて取付
けると共に、他端の光ファイバ14を半導体レーザ光源装
置に接続した。同様にして、レンズ付き光ファイバn を
ブロックＡの所定の位置に取付けると共に、他端の光フ
ァイバ15を光パワーメータに接続した。半導体レーザ光
源から波長 1.55 μｍのレーザ光を出射させて、光パワ
ーメータの受光した光強度が最も強くなるように、金属
治具16と金属治具17を、光路軸に対して垂直な面内で、
位置の微調を行って接着剤で固定し、光ファイバ付き偏
波無依存型光アイソレータを得た。ここに得られた偏波
無依存型光アイソレータの順方向の光損失は、1.1dB で
あった。また、逆方向の光損失、即ち、アイソレーショ
ンは 74dB であった。Example 1 Example 1 Separation distance for light with a wavelength of 1.55 μm coated with an antireflection film
First birefringent plate made of rutile single crystal with a separation of 300 μm 1
At a predetermined position on the metal jig 19
With a wavelength of 1.55 μm and a separation distance of 300 μm.
Place the second birefringent plate 2 made of chill single crystal at the metal jig 20.
It was installed at a fixed position and fixed with an adhesive [block a, block
Lock b]. Faraday rotation angle with anti-reflection film is 4
Ho at 5.5 degrees [at wavelength 1.55 μm]1.1Tb0.6Bi1.3
FeFiveO12The first magneto-optical element 4 consisting of
It was installed at a fixed position and fixed with an adhesive [block c].
In addition, the Faraday rotation angle with the antireflection film is 44.7 degrees.
Ho at [wavelength 1.55 μm]1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO 12
The second magneto-optical element 5 consisting of
It was placed on a table and fixed with an adhesive [block d]. Anti-reflection
Isolation of about 45 dB for a wavelength of 1.55 μm with a stop film.
Polarizing dichroic polarizing element [Corning Co., Ltd.
Polarizing element 6 and polarizing element 7 consisting of
Also, place the polarizing element 8 and the polarizing element 9 at the specified positions on the metal jig 23.
The polarization blocking directions are orthogonal to each other, and
Polarization blocking directions of child 8 and of polarizing elements 7 and 9
Are installed so that they are the same and are fixed with an adhesive (block
E]. Install the block e at the predetermined position of the metal jig 18.
Fixed with adhesive. Then, put Sm-Co in place.
The cylindrical permanent magnet 10 made of Sm-Co and the cylindrical permanent magnet 11 made of Sm-Co are installed.
It was placed and fixed with an adhesive. Then block it in place.
Install c and block d, and fix with adhesive
It was Finally, install block a and block b
Then, adjust the optical axes of the polarizing element and the birefringent plate according to the usual method.
After that, fix it with an adhesive and use polarization independent optical isolation.
A data block A was obtained (see FIG. 10). In addition, here
The surface distance of the obtained birefringent plate of the block A, that is, the first
Between birefringent plate 1 left end face and second birefringent plate 2 right end face
The distance was 20.0 mm. At the specified position of the metal jig 16,
A Single mode optical fiber 14 with a diameter of 10 μm and distributed refraction
Optical fiber with lens by installing and mounting the index lens 12
m was obtained [see FIG. 10]. Similarly, place the metal jig 17.
Single mode optical fiber with a core diameter of 10 μm at a fixed position
With 15 and distributed index lens 13 installed and mounted
An optical fiber n was obtained. Optical fiber with lens obtained here
Divide the bar m into a predetermined position on the block A and divide it from the surface of the birefringent plate.
Butt so that it is in contact with the surface of the cloth refractive index lens
And the optical fiber 14 at the other end
Connected to the table. Similarly, the optical fiber with lens n
Attach it to the specified position of block A, and at the
The fiber 15 was connected to the optical power meter. Semiconductor laser light
The laser power with a wavelength of 1.55 μm is emitted from the source
The metal so that the light received by the meter is the strongest.
Set the jig 16 and the metal jig 17 in a plane perpendicular to the optical path axis,
Adjust the position finely and fix it with an adhesive.
A wave-independent optical isolator was obtained. Polarization obtained here
The optical loss in the forward direction of an independent optical isolator is 1.1 dB.
there were. Also, the optical loss in the opposite direction, that is, the isolation
It was 74 dB.
【００２８】実施例２ 実施例１において、偏波無依存型光アイソレータ ブロ
ックＡの組み立て操作において、偏光素子と複屈折板の
光軸調整を行なわなかった以外は、全て実施例１と同様
にして、光ファイバ付き偏波無依存型光アイソレータを
得た。ここに得られた偏波無依存型光アイソレータの順
方向の光損失は、1.2dB であった。また、逆方向の光損
失、即ち、アイソレーションは 68dB であった。Embodiment 2 In the same manner as in Embodiment 1, except that the polarization axis and the birefringent plate are not adjusted in the assembly operation of the polarization independent optical isolator block A in Embodiment 1. We obtained a polarization-independent optical isolator with an optical fiber. The optical loss in the forward direction of the polarization-independent optical isolator obtained here was 1.2 dB. The optical loss in the opposite direction, that is, the isolation was 68 dB.
【００２９】実施例３ 実施例１において、ファラデー回転角が 45.5 度［波長
1.55 μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12からな
る第１の磁気光学素子の替わりに、ファラデー回転角が
45.9 度の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12からなる磁気光学素
子を、また、ファラデー回転角が 44.7 度［波長 1.55
μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O 12からなる第２
の磁気光学素子の替わりにファラデー回転角が 46.0 度
の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12からなる磁気光学素子を用い
た以外は、全て実施例１と同様にして、光ファイバ付き
偏波無依存型光アイソレータを得た。ここに得られた偏
波無依存型光アイソレータの順方向の光損失は、1.2dB
であった。また、逆方向の光損失、即ち、アイソレーシ
ョンは 71dB であった。Example 3 In Example 1, the Faraday rotation angle was 45.5 degrees [wavelength
At 1.55 μm] Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Empty
The Faraday rotation angle instead of the first magneto-optical element
45.9 degrees Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Magneto-optical element consisting of
The Faraday rotation angle is 44.7 degrees [wavelength 1.55
at μm] Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO 12The second consisting of
The Faraday rotation angle is 46.0 degrees instead of the magneto-optical element of
Of Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Using a magneto-optical element consisting of
Except for the above, with the same optical fiber as in Example 1
A polarization independent optical isolator was obtained. Bias obtained here
The optical loss in the forward direction of the wave-independent optical isolator is 1.2 dB.
Met. Also, the optical loss in the opposite direction, that is, the isolation
It was 71 dB.
【００３０】実施例４ 実施例３において、偏波無依存型光アイソレータ ブロ
ックＡの組み立て操作において、偏光素子と複屈折板の
光軸調整を行なわなかった以外は、全て実施例３と同様
にして、光ファイバ付き偏波無依存型光アイソレータを
得た。ここに得られた偏波無依存型光アイソレータの順
方向の光損失は、1.3dB であった。また、逆方向の光損
失、即ち、アイソレーションは 61dB であった。Example 4 In Example 3, all were carried out in the same manner as in Example 3, except that the optical axes of the polarization element and the birefringent plate were not adjusted in the assembly operation of the polarization independent optical isolator block A. We obtained a polarization-independent optical isolator with an optical fiber. The optical loss in the forward direction of the polarization-independent optical isolator obtained here was 1.3 dB. The optical loss in the opposite direction, that is, the isolation was 61 dB.
【００３１】実施例５ 実施例１において、ファラデー回転角が 45.5 度［波長
1.55 μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12からな
る第１の磁気光学素子の替わりに、ファラデー回転角が
45.1 度［波長 1.31 μm において］の Ho1.1Tb0.6Bi
1.3Fe5O12からなる磁気光学素子を、また、ファラデー
回転角が 44.7 度［波長 1.55 μm において］の Ho1.1
Tb0.6Bi1.3Fe5O12からなる第２の磁気光学素子の替わり
にファラデー回転角が 45.0 度［波長 1.31 μm におい
て］の Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12からなる磁気光学素子
を、更に、波長 1.55 μm に対して約45dBのアイソレー
ションを有する二色性偏光素子［コーニング社製、商品
名ポーラコア］の替わりに、波長 1.31 μm に対して55
dBのアイソレーションを有する偏光素子［コーニング社
製、商品名ポーラコア］を用いた以外は、全て実施例１
と同様にして、光ファイバ付き偏波無依存型光アイソレ
ータを得た。ここに得られた偏波無依存型光アイソレー
タの順方向の光損失は、0.8 dB〔波長 1.31 μm におい
て］であった。また、逆方向の光損失、即ち、アイソレ
ーションは 75dB であった。Example 5 In Example 1, the Faraday rotation angle was 45.5 degrees [wavelength
At 1.55 μm], the first magneto-optical element consisting of Ho 1.1 Tb 0.6 Bi 1.3 Fe 5 O 12 has a Faraday rotation angle of
Ho 1.1 Tb 0.6 Bi at 45.1 degrees [at wavelength 1.31 μm]
A magneto-optical element consisting of 1.3 Fe 5 O 12 and Ho 1.1 with a Faraday rotation angle of 44.7 degrees [at wavelength 1.55 μm]
The magneto-optical element Faraday rotation angle in place of the second magneto-optical element made of Tb 0.6 Bi 1.3 Fe 5 O 12 is made of Ho 1.1 Tb 0.6 Bi 1.3 Fe 5 O 12 45.0 degrees [at a wavelength 1.31 [mu] m], further , Instead of the dichroic polarizing element [Polacore manufactured by Corning, Inc., which has isolation of about 45 dB for wavelength 1.55 μm, 55 for wavelength 1.31 μm
Example 1 except that a polarizing element having a dB isolation [trade name: Polar Core manufactured by Corning Incorporated] was used.
A polarization independent optical isolator with an optical fiber was obtained in the same manner as in. The optical loss in the forward direction of the polarization-independent optical isolator obtained here was 0.8 dB [at wavelength 1.31 μm]. The optical loss in the opposite direction, that is, the isolation was 75 dB.
【００３２】比較例１ 実施例１において、偏光素子6 と偏光素子7 を用いなか
った以外は、全て実施例１と同様にして、光ファイバ付
き偏波無依存型光アイソレータを得た。ここに得られた
偏波無依存型光アイソレータの順方向の光損失は、1.0
dBであった。また、逆方向の光損失、即ち、アイソレー
ションは 44dB であった。Comparative Example 1 A polarization-independent optical isolator with an optical fiber was obtained in the same manner as in Example 1, except that the polarizing elements 6 and 7 were not used. The optical loss in the forward direction of the polarization-independent optical isolator obtained here is 1.0
It was dB. The optical loss in the opposite direction, that is, the isolation was 44 dB.
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明によれば、従来型の偏波無依存型
光アイソレータでは達成することが出来なかった 60dB
以上の高いアイソレーションを有する偏波無依存型光ア
イソレータを工業規模で、安価に製造して提供すること
ができる。According to the present invention, 60 dB which cannot be achieved by the conventional polarization independent optical isolator
The polarization-independent optical isolator having the above high isolation can be manufactured and provided at a low cost on an industrial scale.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】米国特許第 4,974,944号に開示された偏波無依
存型光アイソレータの基本構成と光路を模式的に示す概
念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a basic configuration and an optical path of a polarization independent optical isolator disclosed in US Pat. No. 4,974,944.
【図２】図１の偏波無依存型光アイソレータの順方向の
光路と各光線の偏波方向、および、複屈折板の光軸方向
を模式的に示す概念図である。2 is a conceptual diagram schematically showing a forward optical path of the polarization-independent optical isolator of FIG. 1, a polarization direction of each light beam, and an optical axis direction of a birefringent plate.
【図３】図１の偏波無依存型光アイソレータの逆方向の
光路と各光線の偏波方向を模式的に示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram schematically showing a reverse optical path of the polarization independent optical isolator of FIG. 1 and a polarization direction of each light beam.
【図４】１９９１年電子情報通信学会春期全国大会で提
案された偏波無依存型光アイソレータの基本構成と光路
を模式的に示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram schematically showing a basic configuration and an optical path of a polarization independent optical isolator proposed at the 1991 Spring National Convention of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers.
【図５】複屈折板で常光線と異常光線とを分離し、次い
で、両光線を複屈折板で結合する装置において、光路が
平行光である場合の光線軌跡を模式的に示す概念図であ
る。FIG. 5 is a conceptual diagram schematically showing ray trajectories when the optical paths are parallel rays in a device in which an ordinary ray and an extraordinary ray are separated by a birefringent plate and then both rays are combined by a birefringent plate. is there.
【図６】複屈折板で常光線と異常光線とを分離し、次い
で、両光線を複屈折板で結合する装置において、光路が
集光された場合の光線軌跡を模式的に示す概念図であ
る。FIG. 6 is a conceptual diagram schematically showing a ray trace when an optical path is condensed in an apparatus that separates an ordinary ray and an extraordinary ray by a birefringent plate and then combines both rays with a birefringent plate. is there.
【図７】本発明の偏波無依存型光アイソレータの基本構
成を模式的に示す概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram schematically showing the basic configuration of a polarization independent optical isolator of the present invention.
【図８】 本発明の偏波無依存型光アイソレータの順方
向の光路と各光線の偏波方向を模式的に示す概念図であ
る。FIG. 8 is a conceptual diagram schematically showing a forward optical path and a polarization direction of each light beam of the polarization independent optical isolator of the present invention.
【図９】本発明の偏波無依存型光アイソレータの逆方向
の光路と各光線の偏波方向を模式的に示す概念図であ
る。FIG. 9 is a conceptual diagram schematically showing the optical path in the opposite direction of the polarization independent optical isolator of the present invention and the polarization direction of each light beam.
【図１０】本発明の偏波無依存型光アイソレータの横断
面［構造・構成］、および、実施態様の例を模式的に示
す概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram schematically showing a cross section [structure / configuration] of a polarization-independent optical isolator of the present invention and an example of an embodiment.
【符号の説明】 １ ・・・第１の複屈折板 ２ ・・・第２の複屈折板 ３ ・・・第３の複屈折板 ４ ・・・第１の磁気光学素子 ５ ・・・第２の磁気光学素子 ６ ・・・偏光素子 ７ ・・・偏光素子 ８ ・・・偏光素子 ９ ・・・偏光素子 １０ ・・・円筒形永久磁石 １１ ・・・円筒形永久磁石 １２ ・・・分布屈折率レンズ １３ ・・・分布屈折率レンズ １４ ・・・シングルモード光ファイバ １５ ・・・シングルモード光ファイバ １６ ・・・金属治具 １７ ・・・金属治具 １８ ・・・金属治具 １９ ・・・金属治具 ２０ ・・・金属治具 ２１ ・・・金属治具 ２２ ・・・金属治具 ２３ ・・・金属治具 ２４ ・・・λ／２板 ２５ ・・・λ／２板 ２６ ・・・偏波依存型光アイソレータ ２７ ・・・偏波依存型光アイソレータ ２８ ・・・光ファイバ ２８’・・・光ファイバ ２９ ・・・レンズ ２９’・・・レンズ ５０ ・・・複屈折板の光軸方向[Description of Reference Signs] 1 ... First birefringent plate 2 ... Second birefringent plate 3 ... Third birefringent plate 4 ... First magneto-optical element 5 ... 2. Magneto-optical element 6 ... Polarizing element 7 ... Polarizing element 8 ... Polarizing element 9 ... Polarizing element 10 ... Cylindrical permanent magnet 11 ... Cylindrical permanent magnet 12 ... Distribution Refractive index lens 13 ・ ・ ・ Distributed refractive index lens 14 ・ ・ ・ Single mode optical fiber 15 ・ ・ ・ Single mode optical fiber 16 ・ ・ ・ Metal jig 17 ・ ・ ・ Metal jig 18 ・ ・ ・ Metal jig 19 ・..Metal jig 20 ... Metal jig 21 ... Metal jig 22 ... Metal jig 23 ... Metal jig 24 ... λ / 2 plate 25 ... λ / 2 plate 26 ... Polarization dependent optical isolator 27 ... Polarization dependent optical isolator 28 ... Optical fiber 28 '... optical fiber 29 ... lens 29' ... lens 50 ... optical axis direction of the birefringent plate
Claims (1)
離・結合するための２個の複屈折板の間に、永久磁石内
に配置した回転角が約４５度の２個の磁気光学素子と、
該磁気光学素子の間に複屈折板の光路の分離中心を境に
して偏波遮断方向が約９０度異なる２個の偏光素子を並
列に配した偏光素子を２組、２段従属〔直列〕に配置し
たことを特徴とする光アイソレータ。1. A magneto-optical element having a rotation angle of about 45 degrees disposed in a permanent magnet between two birefringent plates for spatially separating and coupling optical paths of light whose polarization planes are orthogonal to each other. When,
Two sets of polarizing elements in which two polarizing elements having polarization blocking directions different from each other by about 90 degrees are arranged in parallel between the magneto-optical elements with the separation center of the optical path of the birefringent plate as a pair, two-stage dependent [series] An optical isolator characterized by being placed in
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23215291A JPH06281883A (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Optical isolator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23215291A JPH06281883A (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Optical isolator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281883A true JPH06281883A (en) | 1994-10-07 |
Family
ID=16934814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23215291A Pending JPH06281883A (en) | 1991-08-20 | 1991-08-20 | Optical isolator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06281883A (en) |
-
1991
- 1991-08-20 JP JP23215291A patent/JPH06281883A/en active Pending
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