JPH02201416A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 高速大容量光通信システム等に適用する光アイソレータ
であって、特に性能を向上させるための光アイソレータ
の構造に関する。

「従来の技術」 近年、光ファイバーと半導体レーザの驚異的な進歩によ
り光ファイバーを用いた通信装置の高速化、大容量化の
研究開発及び実用化が真剣に検討されている。これらに
は発光源としてスペクトル線幅の狭い半導体レーザが多
用されている。＃Ｓに高速大容量光通イ３システム等に
適用される高性能な半導体レーザは、光ファイバー等か
らの反射光の帰還（戻り光）により敏感に影響を受け、
スペクトル線幅の広がりや半導体レーザの発振特性その
ものが不安定゛になるという現象がある。そこで、この
戻り光が半導体レーザに到達しないようにするために高
い逆方向損失を有する光アイソレータが必須のものとな
った。

第６図は、従来の光アイソレータの構造を説明するため
の断面図で、図中１はファラデー回転子、２ａ、２ｂは
偏光子、３は中空の永久磁石、４ａ。

４ｂは前記偏光子２　ａ、２　ｂを固定するための回転
ホルダー、７はファラデー回転Ｐを固定するための固定
ホルダー、６は回転ホルダー４　ａ、４　ｂに回転中心
軸を与えるためと光アイソレータ全体の強度を補強する
ための外ケースである。

第６図に示すような従来技術の構造の光アイソレータは
、磁気回路的には開磁路であり、外部から他の磁性材料
が近付いた場合は、ファラデー回転子に印加される磁界
が変化し、光アイソレータの特性が劣化することが考え
られる。

特に、最近の半導体レーザモジュールは信頓性を確保す
るためにモジュール全体をレーザ溶接等の方法により気
密封じする場合が多い。そのため半導体レーザの近傍に
配置される光アイソレータは、溶接性の優れた鉄板等の
強磁性体の円筒状ハウジングの中に収納される場合があ
る。

このとき、ファラデー回転子１に印加される初期設定磁
界が充分でないと、従来構造の光アイソレータでは前記
ハウジングが近接することにより光アイソレータの特性
が著しく劣化する。

これを避けるために、大きな磁石を用いて印加磁界を充
分に大きくし、余裕を持った設計を行うことが考えられ
る。しかし、これは光アイソレータの全体の小型化とは
矛盾することになる。従って、従来技術では性能確保を
考慮しながら適当な寸法のところで妥協しなければなら
なかった。

このように、従来技術の構造では、外部からの強磁性体
の近接に対して影響の少ない光アイソレータを実現すよ
うとするとその小型化に自ずと限界があった。これが大
きな問題である。

特に最近、光通信の進展にともない光アイソレータ付レ
ーザモジュールの小型化の要求が強まり、強磁性体の近
接効果に強い小型光アイソレータの出現が切望されてい
る。

「本発明が解決しようとする課題」 光アイソレータの磁気回路を磁気ヨーク５ａ　１５ｂを
用いて閉磁路にする提案は既に、特許公開昭５４−５８
４６２によりなされている。この場合は、第７図に示す
ように１円筒型永久磁石の外径ＤＬＩＩＯと磁気ヨーク
の外径Ｄｙｏが同じである。図中曲線は磁束の流れを示
す。この場合、第８図に示すように、強磁性体の円筒型
ハウジング８が永久磁石３の外側に密着した場合は、磁
気ヨーク５ａ、５ｂが外側の強磁性体ハウジング８を介
して永久磁石３を含む別の閉磁路を形成することになり
、ファラデー回転子の方向に流れていた磁束の一部がハ
ウジング８に吸い取られるようになる。そのためにファ
ラデー回転子に印加される磁界は第６図の従来技術の実
施例と同じように著しく減少する。

従ってこの方法でも強磁性体の近接効果を軽減すること
はできない。

このように従来の光アイソレータの構造にあっては、レ
ーザモジュールを実際に組み立てる場合、強磁性体の近
接効果に強い小型光アイソレータを実現できないという
問題があった。

本発明の目的は、上記問題点を解決して強磁性体の近接
効果に強い小型光アイソレータを提供することである。

「課題を解決するための手段」 本発明の光アイソレータは、円筒型永久磁石３の中央に
配されたファラデー回転子、該ファラデー回転子の両側
に配された二つの磁気ヨーク及びそれらの両方の外側に
配された二つの偏光子を主構成部分とする光アイソレー
タにおいて、市況磁気ヨークが外径Ｄｙｏの円板状であ
りかつ中心に直径がＤｙｉの光通過孔を有するとともに
、前記円筒型永久磁石の外径をＤｍｏ及び内径をＤＩａ
ｉ、該ファラデー回転子１の光軸に垂直な断面の最小寸
法をＤｆとした場合、それぞれの寸法が ０．９Ｄｍｉ＋０．１Ｄｍｏ≦Ｄｙｏ≦０．８Ｄｍｏ＋
０．２ＤｍｉＤｙＬ≦１．２Ｄｆ の関係にあることを特徴としている。

このような構造とすることによって外部からの強磁性体
が近接しても影響を受けにくい光アイソレータとなる。

「実施例」 以下実施例を詳しく説明する。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための断面図で
ある０円筒型永久磁石３の両側に、永久磁石３の外径Ｄ
ｍｏより少し小さい外径Ｄｙｏを有する磁気ヨーク５°
ａ、５’ｂを円筒型永久磁石３の側平面に密着させた構
造となっている。また、それらの両方の外側に偏光子２
ａ、２ｂを装架した回転ホルダー４ａ、４ｂが配されて
いる。

ここで、強磁性体の近接効果に対して強い小型光アイソ
レータを実現するために設計上重要なことは、磁気ヨー
ク５°ａ、５’ｂの寸法と円筒型永久磁石３の寸法の最
適関係を見つけることである。

第２図に、第１図の磁気ヨーク５’ａ、５°ｂ、円筒型
永久磁石３及びファラデー回転子１の部分を拡大して示
す０本実施例では、左右の二つの磁気ヨーク５°ａ、５
°ｂは同じ寸法のものを用いた。

このような構造でファラデー回転子１の長さと円筒型永
久磁石３の長さが等しい場合は、磁気ヨーク５°ａ、５
”ｂをファラデー回転子ｌは接触し、閉磁路となる。第
２図の図中に磁束の流れる方向を矢印で示す１円筒型永
久磁石３から生ずる磁束線のうち中央部分のものはファ
ラデー回転子に流れるが、外周部の磁束線は自由空間に
漏れて行くのがほとんどである。

第３図は、第１図及び第２図の本実施例の光アイソレー
タに外側から強磁性体の円筒型ハウジング８が密接して
装着された場合である。このとき、強磁性体の円筒型ハ
ウジング８の円筒型永久磁石３の端部に近い部分には、
永久磁石のＮ、Ｓとは反対符号の磁荷が誘導され、多少
ファラデー回転子１に印加される磁界は弱くなる。しか
し、本発明の実施例では、磁気ヨークの外径Ｄｍｏを小
さくし１円筒型永久磁石３の外周部の磁束線はファラデ
ー回転子１に予め入りづらくしている。このため、強磁
性体ハウジングが近接してきた場合でも、ファラデー回
転子ｌに流れている磁束の変化は少なく、結果的にファ
ラデー回転子１が置かれている部分の磁界の低下はそれ
ほど大きくはない。

第４図は、磁気ヨークの寸法を種々変えた幾つかの実施
例により、本発明の効果を実際に確かめた結果を示す、
ここで、第６図及び第８図の従来構造の光アイソレータ
の特性も同時に示す。

第４図の横軸は、磁気ヨーク５’ａ、５’ｂの外径Ｄｙ
ｏを円筒型永久磁石３の外径Ｄｍｏで正規化して示し、
縦軸は実験した光アイソレータの逆方向損失及び挿入損
失の測定結果を示す、但し、この時、円筒型磁石の寸法
はＤｍｏ＝＝６．０ｍｍφ、Ｄｍｉ＝３．０ＩＩ１ｍφ
、磁気ヨークの内径はＤｙＣ１，６ｍｍφ、ファラデー
回転子は一辺が２　、０ｗｒｌＩの角柱を用い１本実施
例では一定とした。また、円筒型永久磁石３の長さは３
■、ファラデー回転子・の長さは２　、　ｆ３ｍｍとし
た。

ファラデー回転子としてはＹＩＧ単結晶をｍいたので、
使用波長を１．５５μｓとすると、ファラデー回転子ｌ
の上記長さは必然的に決まる０円ｎ型永久磁石３の内径
Ｄｍｉは、このファラデー回転子１と固定ホルダー７を
収納できる最小のものとして予め決められる。

第４図の右端の点は、従来技術の例を示し、磁気ヨーク
５°ａ、５°ｂの外径Ｄｙｏと円筒型永久磁石の外径Ｄ
ｍｏと同じにした場合である。この結果から分かるよう
に従来構造では１強磁性体のハウジング８の中に密着さ
せて挿入すると、光アイソレータの逆方向損失と挿入損
失がともに劣化する。

また、第４図の左端の点は、従来技術のもう一つの例を
示す、磁気ヨークのない場合にも、前記実施例と同じよ
うに強磁性体のハウジング８を装着すると光アイソレー
タの特性が劣化する。

これに対して１本発明の実施例にみるように、０．５５
≦Ｄｙｏ／ＤＩＩｌｏ≦０．９０範囲では、ハウジング
８のなかに挿入しても逆方向損失及び挿入損失の劣化は
それほど大きくない。

特に、Ｄｙｏ／Ｄｍｏ＝０．８の点では光アイソレータ
をハウジング８内に収納する前後で、光アイソレータの
特性の劣化はほとんど見られない、これは、磁気ヨーク
５″ａ、５″ｂが円筒型永久磁石３の側平面にどの位の
面積接触しているかが重要なパラメータであることを示
している。すなわち、Ｄｙ。

／Ｄｔａｏの絶対値が問題なのではなく、内径Ｄｍｉと
外径Ｄｍｏの間が問題である。この点を考慮すると、前
記関係は ０．１（Ｄｍｏ−Ｄｍｉ）＋Ｄｍｉ≦Ｄｙ。

≦０．８（Ｄｍｏ−Ｄｍｉ）＋Ｄｍｉ のように変形できる。すなわち、この範囲に磁気ヨーク
５’ａ、５°ｂの寸法があれば、強磁性体の近接効果を
著しく軽減できることが分かる。

次に、磁気ヨーク５’ａ、５’ｂの内径Ｄｙｉの範囲に
ついて検討した。内径Ｄｙｉは小さい方が磁気回路上は
閉磁路に近いので好ましいが、余り小さすぎると透過光
の有効エリアが減少し、充分な光量を半導体レーザから
光ファイバー等に伝搬できない恐れがある。そのため、
内径Ｄｙｉはできるだけ大きくしたい。しかし、余り大
きくなりすぎると、ファラデー回転子と磁気ヨークの間
が離れ磁気抵抗が増加し、本来の目的である強磁性体の
近接効果に対して強くすることができない。

この限界値を知る目的で、第４図の実施例のＤｙｏ／　
Ｄｍｏ＝０．７５の点でＤｙｉを１．６＋ｎｍ、１．８
ｍｍ、２．０ｍｍ、２．２ｍｍ、２．４ｍｍ、２．６ｍ
ｍだけ変化させて実験を行った。

この結果、Ｄｙｉは２．４ｍ＋ｅまで、すなわち角柱の
ファラデー回転子の一辺の長さ２．軸ｍの１．２倍まで
はハウジング装若のよる特性劣化はそれほど激しくなく
、本発明の効果があることが分かった。

本実施例では角柱のファラデー回転子１を用いたが、他
の形状１例えば、円柱状のファラデー回転子でも本発明
の効果は同じである。この場合、角柱の一辺の長さは円
柱直径に相当すると考えられる。また、その他の形状と
しては、長方形も考えられるが、この場合には、短辺の
長さがそれに相当すると考えられる。すなわち、以上の
ことをまとめて本発明の範囲を表現すれば、磁気ヨーク
５°ａ、５°ｂの内径Ｄｙｉはファラデー回転ｐの光軸
に垂直な断面の最小の横方向の寸法の１．２倍以下であ
れば妥当であり、これが内径Ｄｙｉの上限であるという
ことになる。

第５図は、本発明の他の実施例を示す光アイソレータの
構造図である。すなわち、本発明の磁気ヨーク５”ａ、
５”ｂは中心に僅かな突起９　ａ、９　ｂを設け、これ
が円筒型磁石３の内周表面を摺動するように回転する。

予め偏光子を取り付けたホルダー４’　ａ、４’　ｂを
この磁気ヨーク５”ａ、５”ｂと接着剤等により固定し
て置けば、磁気ヨーク５゛′ａ、５″ｂは円筒型磁石３
に吸引されるので、接着剤が固まる前でも全体の形を維
持できる。このため、接着剤を塗布した後でも、接着剤
が硬化するまでは偏光子を回転して光アイソレータを調
整することができる。この突起９ａ、９ｂの高さは、偏
光子２　ａ、２　ｂの回転の中心を確保できる範囲内で
できるだけ小さい方がよい。

「発明の効果」 以上実施例を用いて詳細に説明したように、本発明の磁
気ヨークを用いた光アイソレータは、外部からの強磁性
体の近接効果に対してきわめて安定であることが理解で
きる。

３；円筒型永久磁石、 ４　ａ、４　ｂ、４’　ａ、４’　ｂ；回転ホルダー５
ａ、５　ｂ、５’　ａ、５’　ｂ、５”ａ、５”ｂ；磁
気ヨーク、６；外ケース、７；固定ホルダー ８；強磁性体のハウジング、９　ａ　ｒ　９　ｂ　ｉ突
起

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図および第５図は本発明の実施例
を示した図、第４図は本発明の光アイソレータの特性を
示した図、第６図、第７図、第８図は従来例を示した図
である。 ｌ；ファラデー回転子、２　ａ　＋　２　ｂ　ｉ偏光子
、第 図 第２ 図 第 図 第 図 第３図 第４ 図 Ｄｙｏ　／　Ｄｍ。 第 フ 図 第８ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒型磁石の中央に配されたファラデー回転子、
   該ファラデー回転子の両側に配された二つの磁気ヨーク
   及びそれらの外側の両方に配された二つの偏光子を主構
   成部分とする光アイソレータにおいて、前記磁気ヨーク
   が外径Ｄｙｏの円板状でありかつ中心に直径がＤｙｉの
   光通過孔を有するとともに、前記円筒型磁石の外径をＤ
   ｍｏ及び内径をＤｍｉ、該ファラデー回転子の光軸に垂
   直な断面の最小寸法をＤｆとした場合、それぞれの寸法
   が０．９Ｄｍｉ＋０．１Ｄｍｏ≦Ｄｙｏ≦０．８Ｄｍｏ
   ＋０．２ＤｍｉＤｙｉ≦１．２Ｄｆ の関係にあることを特徴とする光アイソレータ。
2. （２）請求項１に記載の光アイソレータにおいて、前記
   円板状の磁気ヨークの中心に円形の突起があり、この突
   起が円筒型永久磁石の中空部分に入り、前記磁気ヨーク
   が円筒型永久磁石の内周表面及び側平面を摺動するよう
   に回転可能となっていることを特徴とする光アイソレー
   タ。