JPH0667118A - 光結合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】部品数が従来の半分で、光軸調整が簡単な小型
の光アイソレータを提供すること。 【構成】４本の光ファイバアレイ３１ー３４と、１個の
レンズ６の片側に設けた複屈折結晶４と、このレンズ６
と複屈折結晶４の間にあってレンズ６の半分の面積を覆
う１／２波長板５と、レンズ６の他の片側にあって波長
λ１の光を反射するフィルタ３６と、フィルタ３６の他
端面に磁化によって入射光と出射光の偏光面が約π／８
＋Ｎπ／４（Ｎ＝０、１、・・）だけ異なるように長さ
を決めた平板状磁気光学結晶７と反射板３７を設け、光
ファイバアレイの第１の光ファイバから複屈折結晶４に
入射した光λ１はフィルタ３６で反射されて第２の光フ
ァイバに入射するように合波器を構成し、第１の光ファ
イバから複屈折結晶４に入射した波長の光λ２が１／２
波長板５を通過して第３の光ファイバに入射するように
反射板３７を傾ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光結合装置、特に光ア
イソレ−タ機能をもつ光結合装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光処理システムに用いられる光結
合装置、例えば光ファイバ増幅器は、図５に示すように
各光部品を接続して構成していた。図５において、５１
は合波器、５２は光アイソレータ、５３は偏光合成器、
５４はエルビウム添加光ファイバ、５５〜６０はシング
ルモード光ファイバ、６１、６２は偏光面保存光ファイ
バ、６３〜６５は融着接続部、６６は励起光の進む方向
を示す矢印、６７は出力光の進む方向を示す矢印であっ
て、図に示すように結合されている。

【０００３】２個の励起用半導体レーザ（図示省略）か
ら、偏光面光ファイバ６１、６２のそれぞれに入射した
半導体レーザ（図示せず）の光は偏光合成器５３で合成
されて光ファイバ６０に入射する。その励起光は光ファ
イバ６０に融着接続している光ファイバ６５に入射し、
合波器５１により光ファイバ５５に出力され、それに融
着接続したエルビウム添加光ファイバ５４に入射する。
一方、エルビウム添加光ファイバ５４で増幅された光は
合波器５１を経て光ファイバ５６と融着接続した光ファ
イバ５７に入射し、光アイソレータ５２を通過して光フ
ァイバ５８から矢印６７の方向に出力する。このよう
に、２個の励起用半導体レ−ザから出力した光を偏光合
成器５３で合流し、合波器５１、エルビウム添加光ファ
イバ５４に入力すると共に、エルビウム光ファイバ５４
で増幅した光を合波器５１で取り出すことにより、光フ
ァイバ増幅器を構成することができる。したがって、光
ファイバ増幅器を構成するためには少なくとも合波器５
１、偏光合成器５３および光アイソレータ５２を必要と
し、それぞれの光部品を融着接続して光増幅器を構成し
ている。

【０００４】図６は、これらの光部品の内の光アイソレ
ータ５２の構成を示す図である。図６において、７１、
７２は光ファイバ、７３、７４はレンズ、７５、７６は
平板状複屈折結晶、７７は磁気光学結晶、７８は旋光性
結晶または複屈折結晶、７９は磁石であって、図に示す
ように配設されている。光アイソレータ５２では光ファ
イバ７１から出力した光をレンズ７３で平行光線に変換
し、複屈折結晶７５、７６、磁気光学結晶７７および旋
光性結晶７８を透過した後、レンズ７４で集光され光フ
ァイバ５２に入射する。このように一度光ファイバから
出射した光を光学的な作用を加え、再び光ファイバに入
射する構成を取っている。この構成は光アイソレータ５
２だけでなく、合波器や偏光合成器も同様な構成となっ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成による光ファイバ増幅器では、各光部品を構成
するために、１つの光部品あたり２個以上のレンズを必
要とするなど構成部品が多いという課題がある。また、
それぞれの光部品を融着接続する工程を必要とすること
と、接続後の光ファイバの収納処理スペースを必要とす
るため、結果として大きな容積を占める光ファイバ増幅
器となるという課題がある。

【０００６】本発明はこの様な従来の光ファイバ増幅器
等の課題を考慮し、その光部品の構成部品を削減し、光
軸調整が容易な小型の光結合装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１から第４
の入出射用の光ファイバと、複屈折結晶と、入射光を略
平行光に変換する第１のレンズと、特定波長の光を反射
するフィルタと、磁界を受けて入射光の偏波面をπ／８
＋Ｎπ／４（Ｎ＝０、１、・・）だけ回転させる磁気光
学結晶と、光軸に対して傾けて設けられた光の反射板と
が、この順番で配置された構成を有し、複屈折結晶と第
１のレンズとの間に光路の一部を覆うように１／２波長
板が設けられている光結合装置である。

【０００８】

【作用】第１および第２の光ファイバから出射した特定
波長の互いに偏波面が直行する直線偏光がフィルタで反
射された後、複屈折結晶で同一光軸上に合成され第３の
光ファイバに入射し、第３の光ファイバ（あるいは第４
の光ファイバ）から出射した他の波長の光が、光の反射
板で反射されて１／２波長板を通過し第４の光ファイバ
（あるいは第３の光ファイバ）に入射する。

【０００９】このように１つのレンズを使用し、フィル
タの外側に反射板を傾けて設けることにより、光アイソ
レ−タ機能と分波器機能を少ない部品で実現できると共
に、組立時の光軸調整を簡単にすることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１１】図１および図２は本発明の光結合装置の第
１の実施例における光アイソレータの機能を説明するた
めの断面図であって、図１は順方向に光を透過した場合
の偏光状態および光路の変化を説明した図、図２は逆方
向に光を透過した場合の偏光状態および光路の変化を説
明した図である。図３は本発明の第１の実施例における
光アイソレータと光分波器を併せ持つ構成の断面図を示
した図である。まず始めに光アイソレータの動作に付い
て説明する。

【００１２】図１および図２において、基本的に、１、
２は光ファイバ、３は光ファイバアレイ、４は複屈折結
晶（ルチル結晶）、５は旋光性結晶または複屈折結晶
（水晶）、６はレンズ、７は磁気光学性結晶（ガーネッ
ト結晶）、８は反射板、９はガラス板、１０は磁石、１
１〜１８および２１〜２８は光線である。

【００１３】更に詳しく述べると、図１において光ファ
イバ１および光ファイバ２は２５０μｍの間隔を開けて
板厚１ｍｍのガラス板上に平行に整列し、その上に板厚
１ｍｍのガラス板をかぶせて接着固定した後、先端を鏡
面研磨して光ファイバアレイ３を構成する。板厚１．３
ｍｍの複屈折結晶であるルチル結晶４の片面の半分の部
分に板厚９０μｍの１／２波長板５を、残りの半分の部
分に板厚９０μｍのガラス板９を貼り付ける。ルチル結
晶４の両面には、接着した場合に反射光がなくなるよう
な反射防止膜を設けている。光ファイバアレイ３とルチ
ル結晶４を接着するときに、光ファイバ１と光ファイバ
２の中心に１／２波長板５とガラス板９の境界が来るよ
うに位置合わせを行い、光ファイバ２に入出力する光だ
けが１／２波長板５を通過するようしている。屈折率分
布型ロッドレンズ６の端面に厚さ約１７０μｍの磁気光
学結晶であるガーネット結晶７を貼り付け、さらにガー
ネット結晶７に反射板８を貼り付けている。ガーネット
結晶７の外側にはガーネット結晶７に垂直に磁界が透過
するように円筒型の磁石１０を設けている。ガーネット
結晶７を中心波長１５５４ｎｍの光が透過するとその偏
光面が２２．５度左回りに回転する。光ファイバ１から
出射した光が光ファイバ２に入射するように光ファイバ
アレイ３とロッドレンズ６の位置調整を行ない、ロッド
レンズ６と光ファイバアレイ３の先端に設けられた１／
２波長板５およびガラス板９を接着固定する。

【００１４】次に、このように構成した光アイソレータ
の動作を説明する。なお、光は紙面水平方向に進むもの
とし、光の偏光状態は光線の法線面（紙面に垂直な平
面）内の左から見た偏光方向を示すものとする。また、
回転は時計回りを右回り、反時計回りを左回りとする。
ロッドレンズ６内での光の振る舞いは光線の中心の振る
舞いを描写した。

【００１５】光ファイバ１から入射した無偏光状態の光
はルチル結晶４で常光１１と異常光１２に分離され、異
常光１２の光路が変化する。ルチル結晶４を透過した光
は常光、異常光と共に光路は異なるが同じように進み、
ロッドレンズ６の右端面では平行光線に変換される。ロ
ッドレンズ６を通過した光１３および光１４はガーネッ
ト結晶７を透過したときに左回りに２２．５度、反射板
８で反射され再びガーネット結晶７を透過したときに２
２．５度と合わせて４５度左に回転する。反射板８で反
射されることで、光１３は光１５の光路を、光１４は光
１６の光路を進む。ガーネット結晶７を透過した光１５
および１６はロッドレンズ６で集光されながら１／２波
長板５に入射する。１／２波長板５はその光学軸と角度
θをなして入射した直線偏光の光を１／２波長板５の光
学軸と−θの角度をなす直線偏光として出射する機能を
持つ。１／２波長板５の光学軸方向は異常光１２に対し
て２２．５度の角度をなして設けているため、光１５お
よび光１６の偏光状態は、１／２波長板５を透過すると
偏光はさらに４５度左に回転する。１／２波長板５を透
過した光はルチル結晶板４に入射するので、異常光であ
る光１７と常光である光１８はルチル結晶４を透過した
ときにはその光路が一致する。また、光１７および光１
８はロッドレンズ６で集光されているので、光ファイバ
２に損失が０．５ｄＢ程度と効率よく結合される。

【００１６】一方、図２において光ファイバ２から無偏
光の光が入射すると、ルチル結晶４で常光２１と異常光
２２に分けられ、異なった光路を進む。１／２波長板５
を透過するときにその偏光面が右回りに回転したのち、
ロッドレンズ６で平行光に変換される。ロッドレンズ６
内を進む光２３と光２４は反射板８で反射される前後で
ガーネット結晶７を合わせて２回透過するので、この時
に偏光面が左回りに４５度回転する。反射板８で反射す
ることにより光２３は光２５の光路を、光２４は光２６
の光路を進む。また、光２５および光２６はロッドレン
ズ６で集光されながら進む。ガラス板９を透過した光は
ルチル結晶４内を通るとき、光２７は常光として進むの
で直進し、光ファイバ１に入射しない。光２８は異常光
としてルチル結晶４を通るので、光路がずれ、光ファイ
バ１に入射しない。

【００１７】このように、光ファイバ１から入射した光
は光ファイバ２に結合するが、光ファイバ２から入射し
た光は光ファイバ１には結合しないという光アイソレー
タの機能を得ることができる。

【００１８】次に、このような光アイソレ−タと分波器
の機能を複合した実施例について図３を参照しながら説
明する。図３の上図はｘ−ｚ方向の図であり、下図はｙ
−ｚ方向の図である。図３において、基本的構成を述べ
ると、３１、３２は光ファイバ、３３、３４は偏光面保
存光ファイバ、３５はスペーサ、３６はフィルタ、３７
はハーフミラー、３８はレンズ、３９は吸光部、４０〜
４６は光、４７は受光素子、その他は先きに示したもの
と同じである。

【００１９】光ファイバ３３および３４は偏光面保存フ
ァイバで、通称ＰＡＮＤＡファイバと呼ばれる。光ファ
イバ３３および光ファイバ３４には励起用半導体レーザ
（図示せず）から直線偏光の光が入射する。光ファイバ
３３から出力する光はルチル結晶４の中で常光に、光フ
ァイバ３４から出力する光がルチル結晶４の中では異常
光になるように光ファイバ３３および３４を配置してい
る。異常光はルチル結晶４の中でその光路が傾くので、
光ファイバ３３から出射した光４０と光ファイバ３４か
ら出射した光４１はルチル結晶４を通過し、ロッドレン
ズ６の中ではそれぞれ光路４２ａおよび光路４２ｂを進
む。光ファイバ３３および光ファイバ３４から出力した
光は波長１４８０ｎｍなので、ロッドレンズ６で平行光
線に変換された光４２ａおよび４２ｂは波長１４８０ｎ
ｍの光を反射するフィルタ３６で反射される。フィルタ
３６は３度傾いたスペーサプリズム３５に接着されてい
るので、フィルタ３６で反射された光はそれぞれ光路４
３ａおよび光路４３ｂを通り、ルチル結晶４を再び通過
するときに１つに重なり合い、光ファイバ３２に入射す
る。光ファイバ３２はエルビウム添加光ファイバ（図示
せず）に接続される。

【００２０】エルビウム添加光ファイバで増幅された波
長１５５４ｎｍの光は、光ファイバ３２からロッドレン
ズ６に入射し、光路４４を通り、波長１５５４ｎｍの光
は透過するフィルタ３６を透過し、ガーネット結晶７を
通過する。ガーネット結晶７を通過した光は９９％を反
射するハーフミラー３７で大部分の光が反射され、再び
ガーネット結晶７、フィルタ３６およびスペーサプリズ
ム３５を通過した後ロッドレンズ６で集光され、光路４
５を通り、１／２波長板５およびルチル結晶４通って光
ファイバ３１に入射する。光ファイバ３２から光ファイ
バ３１への結合は光アイソレータの順方向の結合であ
る。したがって、光ファイバ３１から出射した光は光フ
ァイバ３２に入射することはない。

【００２１】ハーフミラー３７を透過した残る１％の光
はロッドレンズ３８の中を光路４６ａを通って受光素子
４７に入射する。光ファイバ３１からロッドレンズ６に
入射した光の内の１％の光４６ｂはロッドレンズ３８に
進行するので、この光が受光素子４７に入射しないよう
に黒色の遮光部３９をロッドレンズ３８の一部に設けて
いる。

【００２２】光ファイバ３１から３４の４本の光ファイ
バは光ファイバアレイを構成しているので、各光ファイ
バ間の光学結合は、ロッドレンズ６に対して光ファイバ
アレイの位置決めを行うか、ハーフミラー３７またはフ
ィルタ３６の傾き調整を行うことにより簡単に行うこと
ができる。

【００２３】また、光ファイバ３１および３２端面から
の反射戻り光を少なくするために光ファイバの先端を８
度傾けて研磨すると共に、ロッドレンズ６の光ファイバ
と接続する側の端面も８度だけ傾斜している。ロッドレ
ンズ６の端面の傾き方向とスペーサプリズム３５の傾き
方向は互いにねじれの関係にあり、両面間での反射をな
くしている。

【００２４】なお、偏光合成器を必要としない場合に
は、入力側に使用しているＰＡＮＤＡファイバを１本に
することで基本的な構成を変えることなく仕様変更が容
易にできる。

【００２５】図４は本発明の第２の実施例の光結合装置
の構成断面図である。図４において、基本的構成を述べ
ると、４８はレンズの斜めカット部、４９は反射板で、
その他は図３の実施例と同じである。光ファイバ３２か
ら出力した波長１５５４ｎｍの光はロッドレンズ６で平
行光に変換された後、スペーサプリズム３５、フィルタ
３６を透過する。１％の光を透過するハーフミラー３７
を透過した光はロッドレンズ３８で集光されて受光素子
４７に入射する。一方、光ファイバ３１から出力した波
長１５５４ｎｍの光の内ハーフミラー３７を透過した光
はロッドレンス３８で集光される。この光を受光素子４
７入射しないようにするために、ロッドレンズ３８の端
面の一部を斜めにカットして反射板４９を設け、集光さ
れた光を反射して受光素子４７に入射しないようにして
いる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、構成部品の数を従来よりも少なくすることが
できる。

【００２７】また、光ファイバとレンズの光軸調整を行
うことにより簡単に光学結合ができる。

【００２８】また、１個のレンズを用いて偏光合成器、
合波器および光アイソレータを構成し、レンズ他端面に
受光素子を設ける場合は、部品をほとんど増やすことな
くモニタ機能をも追加することができるという多機能を
実現することができる。

【００２９】さらに、光ファイバは一方だけに出ている
ため、光ファイバ増幅器用光部品を実装するときに光フ
ァイバの引き回し面積が少なくなるので、光ファイバ増
幅器用光部品を組み込む装置の小型化に本発明は寄与す
るという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる反射型光アイソレー
タの断面図で、光が順方向に進むときの光の光路と偏光
状態を示した図である。

【図２】本発明の一実施例にかかる反射型光アイソレー
タの構成断面図で、光が逆方向に進むときの光の光路と
偏光状態を示した図である。

【図３】本発明の第１の実施例における光結合装置の構
成断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例における光結合装置の構
成断面図である。

【図５】従来の光ファイバ増幅器を構成する光部品の接
続構成の一部を示す図である。

【図６】従来の光ファイバ増幅器を構成する光部品の一
つである光アイソレータの構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバ ２ 光ファイバ ３ 光ファイバアレイ ４ ルチル結晶 ５ １／２波長板 ６ ロッドレンズ ７ ガーネット結晶 ８ 反射鏡 ９ ガラス板 １０ 磁石 １１〜１８ 光 ２１〜２８ 光 ３１、３２ 光ファイバ ３３、３４ 偏光面保存光ファイバ ３５ スペーサプリズム ３６ フィルタ ３７ ハーフミラー ３８ ロッドレンズ ３９ 遮光部 ４０〜４６ 光 ４７ 受光素子 ４８ レンズの斜めカット部 ４９ 反射板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１から第４の入出射用の光ファイバと、
   複屈折結晶と、入射光を略平行光に変換する第１のレン
   ズと、特定波長の光を反射するフィルタと、磁界を受け
   て入射光の偏波面をπ／８＋Ｎπ／４（Ｎ＝０、１、・
   ・）だけ回転させる磁気光学結晶と、光軸に対して傾け
   て設けられた光の反射板とが、この順番で配置された構
   成を有し、前記複屈折結晶と前記第１のレンズとの間に
   光路の一部を覆うように１／２波長板が設けられている
   ことを特徴とする光結合装置。
2. 【請求項２】第１から第４の入出射用の光ファイバと、
   複屈折結晶と、入射光を略平行光に変換する第１のレン
   ズと、特定波長の光を反射するフィルタと、磁界を受け
   て入射光の偏波面をπ／８＋Ｎπ／４（Ｎ＝０、１、・
   ・）だけ回転させる磁気光学結晶と、光軸に対して傾け
   て設けたハーフミラーと、前記ハーフミラーを通過した
   平行光を収束させる第２のレンズと、この収束光を検出
   する受光素子とが、この順番で配置された構成を有し、
   前記複屈折結晶と前記第１のレンズとの間に光路の一部
   を覆うように１／２波長板が設けられていることを特徴
   とする光結合装置。
3. 【請求項３】第１および第２の光ファイバから出射した
   特定波長の互いに偏波面が直行する直線偏光が前記フィ
   ルタで反射された後、前記複屈折結晶で同一光軸上に合
   成され前記第３の光ファイバに入射し、前記第３の光フ
   ァイバ（あるいは第４の光ファイバ）から出射した他の
   波長の光が、前記光の反射板あるいはハーフミラーで反
   射されて前記１／２波長板を通過し前記第４の光ファイ
   バ（あるいは第３の光ファイバ）に入射するように、前
   記第１から第４の入出射用光ファイバが配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光結合装
   置。
4. 【請求項４】第１および第２の光ファイバを偏波面保存
   光ファイバとし、前記第１から第４の光ファイバの先端
   部を一体に整列させた光ファイバアレイとしたことを特
   徴とする請求項３記載の光結合装置。
5. 【請求項５】第３および第４の光ファイバから出射し、
   前記ハーフミラーを通過して前記第２のレンズで収束さ
   れた光の何れか一方を遮蔽するように、前記第２のレン
   ズと前記受光素子との間に遮蔽部材が設けられているこ
   とを特徴とする請求項２記載の光結合装置。
6. 【請求項６】第２のレンズは、前記受光素子に入射する
   光の一部を遮蔽するように前記受光素子に対向する面の
   一部が斜めにカットされた収束性ロッドレンズからなる
   ことを特徴とする請求項２記載の光結合装置。