JP2840711B2 - 光アイソレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザ等の発光源に対する戻り光を除去す
る為に使用する光アイソレータに関するものである。

〔従来の技術〕

光通信用装置等において、発光素子が発射するレーザ
光を光ファイバーに結合した場合は、出射光の一部がフ
ァイバー端面において反射されたりファイバー内部にお
いて散乱されたりする。そしてこの反射光，散乱光は発
光素子に戻り、レーザ発振を不安定にする。

そこで、該発光素子へ戻り光が戻るのを防止するため
に、通常該発光素子の前方に光アイソレータが配置され
る。

第５図は従来の光アイソレータを示す図であり、同図
（ａ）は光軸中心線上での断面図、同図（ｂ）は側面図
である。

同図に示すようにこの光アイソレータは、２個の偏光
ビームスプリッタ83,85でファラデー回転子84を挾み込
んだものを、筒状の磁石81の内部に挿入・固定して構成
されている。なお偏光ビームスプリッタ83と偏光ビーム
スプリッタ85は、両者の偏光面が光軸回りに相対的に45
゜ずれた状態で固定されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでこれら偏光ビームスプリッタ83,ファラデー
回転子84,偏光ビームスプリッタ85は、同図（ｂ）から
も明らかなように、４角形状に構成されているので、該
光アイソレータに入出射する光の開口径が小さく、通常
は磁石81を含めた光アイソレータ全体の外径の1/3〜1/5
程度の開口径しかとれなかった。

このため開口径を大きくしようとすると、磁石81の外
径はその３〜５倍大きくなり、光アイソレータ全体の外
径がかなり大きくなってしまうという問題点があった。

また上記の偏光ビームスプリッタ83,85とファラデー
回転子84の両面は光軸に対して垂直なので、該両面によ
る戻り光が発生してしまう。

またこの種のバルク型の偏光ビームスプリッタ83,85
は高価であるため、その使用により、光アイソレータの
低コスト化に難があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、部品点数の削減によって光アイソ
レータの小型化・低価格化が図れ、また光アイソレータ
の外径に対する開口径を大きくでき、さらに各光学部品
の両面による戻り光が発生しにくい光アイソレータを提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明にかかる光アイソレ
ータは、基板の表面に、偏波面の方向を光軸回りに所定
角度回転させるファラデー回転子と、偏光ビームスプリ
ッタ面とを形成するとともに、上記基板を２個具備し、
それぞれ光軸に対して所定角度傾斜させ、かつ互いのフ
ァラデー回転子が内側となるように筒状の磁界印加用磁
石内に設置し、前記各基板の外周面を前記磁界印加用磁
石の内壁面に当接せしめて構成した。

〔作用〕

上記の如くファラデー回転子と偏光ビームスプリッタ
を基板上に一体に形成したので、部品点数が削減され、
光アイソレータの小型化・低コスト化が図れる。

またファラデー回転子と偏光ビームスプリッタを形成
した基板の外周端面を、磁石の内筒面に密着するように
構成したので開口径が増大する。

またファラデー回転子と偏光ビームスプリッタを形成
した基板を光軸に対して所定角度傾斜せしめたので、各
光学部品の両面で反射される光は入射光の光軸方向には
反射されず、このためアイソレータとしての性能が向上
する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に用いる光アイソレータの１実施例を
示す図であり、同図（ａ）は光軸中心線上での断面図、
同図（ｂ）は右側面図である。

同図に示すようにこの光アイソレータは、板状のG.G.
G.基板１の一方の面上に磁性ガーネット膜からなるファ
ラデー回転子３を付着するとともに、他方の面上に偏光
ビームスプリッタ面５を形成し、さらに該G.G.G.基板１
を光軸に対して所定角度θだけ傾斜させて円筒状の磁石
７内に挿入・固定して構成されている。

以下各構成部品について説明する。

磁石７は円筒状に形成され、前記ファラデー回転子３
に光軸方向の磁界を与えるものである。

ファラデー回転子３は光軸方向から入射してくる光の
偏波面を所定角度回転する厚みに構成されている。また
このファラデー回転子３上には表面反射を防止する為、
ARコート面９が形成されている。

そしてこのファラデー回転子３と偏光ビームスプリッ
タ面５を形成したG.G.G.基板１の外周端面11は、前記磁
石７の円形の内壁面にその全周がほぼ密着する形状に構
成されている。

従ってこのG.G.G.基板１を光の入射面に対して垂直な
方向から見た場合、このG.G.G.基板１は楕円形状となっ
ている。

次にこの光アイソレータの動作を第２図に基づいて説
明する。

第２図は第１図に示す光アイソレータを２個接続して
使用する本発明の実施例を示す図である。

なおこれら２つの光アイソレータは、両者に設けたフ
ァラデー回転子３がそれぞれ内側となり、また両者に設
けた偏光ビームスプリッタ面５の偏光面が光軸に対して
45゜ずれた位置となるように接続されている。その時各
ファラデー回転子側磁石の端面の極性は逆になるように
設置されている。

またこの実施例に用いた光アイソレータのファラデー
回転子３はいずれも光の偏波面を光軸方向に22.5゜回転
する厚みに構成されている。

そして先ず左側の光アイソレータの左側開口から入射
した所定の偏波面を有する入射光I₀は、偏光ビームスプ
リッタ面５をそのまま通過し、ファラデー回転子３に入
射する。

そしてこのファラデー回転子３によってその偏波面を
約22.5゜回転された光は、右側の光アイソレータのファ
ラデー回転子３に入射する。

そしてこのファラデー回転子３によってさらにその偏
波面を約22.5゜回転され、全体で45゜回転された光は、
偏光ビームスプリッタ面５に入射し、平行ニコルの条件
でそのまま透過する。

なおこの実施例においてはいずれのファラデー回転子
３の回転角も22.5゜としたが、両ファラデー回転子３の
それぞれの回転角は異ならせてもよい。即ち２つのファ
ラデー回転子３の合計の回転角が45゜となればよい。

次に右側の光アイソレータから出射した出射光Iiの
内、表面反射や散乱等によって生じたランダムな偏波面
を有する戻り光I₀′は、まず右側の光アイソレータの偏
光ビームスプリッタ面５に入射し、平行ニコル成分のみ
を通過し、ファラデー回転子３に入射する。

ファラデー回転子３に入射した所定の偏波面を有する
光は、さらに該ファラデー回転子３によってその偏波面
を22.5゜回転され、左側のファラデー回転子３に入射
し、ここでさらにその偏波面が22.5゜回転される。

そしてこの光は左側の偏光ビームスプリッタ面５によ
ってほぼ全反射される。

何故ならば、該戻り光の偏波面の方向は、該偏光ビー
ムスプリッタ面５に対してクロスニコルの状態にあるか
らである。

ここで入射光の損失即ち順方向損失と戻り光の損失即
ち逆方向損失の差をアイソレーションという。即ち、 アイソレーション＝逆方向損失−順方向損失 〔dB〕 なおこの実施例においては、 順方向損失＝−10Log₁₀Ii/I₀ 〔dB〕 逆方向損失＝−10Log₁₀Ii′/I₀′ 〔dB〕 である。

そしてこのアイソレーションが大きい程アイソレータ
としての性能が高い。

その為には偏光ビームスプリッタの消光比は高い程良
く、またファラデー回転子３による回転角の合計が45゜
に近い方が良い。更にアイソレータとしては、入射光に
対する出射光のロスが小さい程よく、温度変化に対する
性能変化も小さい方が良い。

ところでファラデー回転子３に使用する磁性ガーネッ
ト膜は安定動作のため飽和磁界以上をかけておく必要が
あり、その為ファラデー回転子３を磁石内に設置する必
要がある。よって光アイソレータのサイズは、該磁石の
サイズにより定まる。また通常上記実施例のように円筒
型の磁石を使用した場合、入出射光の有効開口径は磁石
外径に対し大きいほど良い。何故なら有効開口径が磁石
外径に対して大きいほど、該光アイソレータの光学機器
への設置条件が緩和され、且つ光学調整が容易となるか
らである。

その為本発明はファラデー回転子３を形成したG.G.G.
基板１の外周端面11と磁石７の内筒の方向を一致させ、
密着させる事により、最大限に有効開口径を得るように
構成したのである。

このように構成すれば、第５図に示すような従来のバ
ルク型偏光ビームスプリッタを使用した場合に比較し
て、約1.4倍の開口径となる（なぜなら従来の偏光ビー
ムスプリッタは４角形であるから）。

また第３図に点線で示すように、G.G.G.基板１の外周
端面をG.G.G.基板１の面に対して垂直に構成すれば、本
発明の場合の開口径Ｄに対して約（Ｄ−2Tsinθ）の有
効径となる。

ここで仮にＤ＝3mm、θ＝45゜、Ｔ＝1mmとすると、約
1.6mm程度となり、本発明の開口径Ｄの約半分しか開口
径が取れない。さらにガーネット基板と空気との屈折率
差を考慮した場合さらに小さくなることが予想される。

次に第４図は第１図に示すファラデー回転子３の部分
を拡大して示す図である。

同図に示すようにこのファラデー回転子３の厚さｔ
は、ほぼ次式に表わされる（但し入射光線の方向と印加
磁界の方向が一致している）。

但し、 θF:必要とするファラデー回転角 H:磁界の強さ V:ファラデー回転子のベルデ定数 θ：ファラデー回転子の傾斜角（光の入射角） 尚上記実施例においては、円筒状の磁石と楕円形のフ
ァラデー回転子を使用しているが、磁石の内側を矩形状
とし、ファラデー回転子もこれにその全周が密着するよ
うに矩形状としても差し支えなく、要は磁石の内周面の
形状に合わせて、これにファラデー回転子の外周端面の
全周がほぼ密着するように構成するものであれば良い。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明に係る光アイソレ
ータによれば、以下のような優れた効果を有する。

（１）ファラデー回転子と偏光ビームスプリッタを基板
上に一体に形成しているので、部品点数が削減され、光
アイソレータの小型化・低コスト化が図れる。

（２）ファラデー回転子と偏光ビームスプリッタを形成
した基板の外周端面全面を、磁石の内筒面に密着するよ
うに構成したので開口径が増大できる。従ってこの光ア
イソレータの光学機器への設置条件が緩和され、且つ光
学調整が容易となる。

（３）ファラデー回転子と偏光ビームスプリッタを形成
した基板を光軸に対して所定角度傾斜せしめたので、該
ファラデー回転子等の面で反射される反射光が入射光側
に戻らず、アイソレータとしての性能が向上できる。

２個の基板を用いて互いのファラデー回転子が内側と
なるように配置したので、ファラデー回転子の両側に偏
光子が存在するため、戻り光を完全に除去できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる光アイソレータの１実施例を示
す図、第２図は第１図に示す光アイソレータを２個接続
して使用する本発明の実施例を示す図、第３図はファラ
デー回転子３と偏光ビームスプリッタ面５を形成したG.
G.G.基板１を示す図、第４図はファラデー回転子３を通
過する光の状態を示す図、第５図は従来の光アイソレー
タを示す図である。図中、１……G.G.G.基板、３……フ
ァラデー回転子、５……偏光ビームスプリッタ面、７…
…磁石、である。

フロントページの続き (72)発明者 安田 俊道 東京都世田谷区玉川台２―14―９ 京セ ラ株式会社東京用賀事業所内 (56)参考文献 特開 昭62−242915（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−19113（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の表面に、偏波面の方向を光軸回りに
   所定角度回転させるファラデー回転子と、偏光ビームス
   プリッタ面とを形成するとともに、 上記基板を２個具備し、それぞれ光軸に対して所定角度
   傾斜させ、かつ互いのファラデー回転子が内側となるよ
   うに筒状の磁界印加用磁石内に設置し、 前記各基板の外周面を前記磁界印加用磁石の内壁面に当
   接せしめたことを特徴とする光アイソレータ。