JPH04307512A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザを用いた
光ファイバ通信や光ディスクの入出力等における光学系
の反射戻り光を阻止するための光アイソレータに関し、
特にファイバ型光増幅器等に取付けられて入射光の偏光
方向に影響を受けない偏光無依存型で光ファイバ埋込型
の光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信や光ディスクの入出力等
の主要な光源である半導体レーザでは、それに結合され
る光ファイバの端面や、光ファイバ同士の接続点、ある
いは結合レンズ，光コネクタ等の光学系からの反射戻り
光を受けると発振が不安定になり、雑音の増加や出力変
動等、動作特性が大幅に劣化することが知られている。 この反射光による半導体レーザの動作不安定性を解消し
、安定な光通信用光源を実現するために、これまでに各
種の光アイソレータが開発されている。

【０００３】偏光子，検光子としてローション・プリズ
ムを用い、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）単結晶
やＢｉ置換ガーネット等のファラデー回転子、このファ
ラデー回転子を順方向に磁化するためのＳｍＣｏなどの
孔あき永久磁石を用いて構成した光アイソレータが一般
に広く知られているが、このような構成の光アイソレー
タはある偏光面しか有効でなく、光アイソレータの偏光
方向に合致しない光が入射した場合には通過光が大幅に
損失するという欠点があった。これに対して、例えば、
光アイソレータを光ファイバ間に挿入して使用する場合
には、光ファイバ中を伝搬する光ビームは一般に偏光面
が一定でないので、偏光依存性のない光アイソレータが
望ましい。

【０００４】そこで、偏光方向に依存せずに全ての偏光
面に対して順方向の損失をほとんど零とする構成として
、ローションプリズムの代わりに方解石のような平板状
複屈折結晶あるいは人工異方性媒質による常光，異常光
の分離／合成を利用した偏光無依存型の各種の光アイソ
レータが提案されている。人工異方性媒質を用いたもの
としては、例えば、白石和男氏，川上彰二郎氏「人工異
方性媒質によるファイバ埋込型アイソレータの偏光無依
存化」１９９０年電子情報通信学会春季全国大会Ｃ−２
９０，Ｐ．４−３４３に記載されているように、ビーム
拡大ファイバと、３枚の誘電体多層膜偏光ビームスプリ
ッタと、１枚のＢｉ置換希土類ガーネットのファラデー
回転子とを一列に組合せて構成した偏光無依存型で光フ
ァイバ埋込型の光アイソレータが提案されている。この
ような光ファイバ埋込型光アイソレータを用いると、レ
ンズ系を必要とせず、特にシングルモードファイバとマ
イクロレンズとを厳密に調整して構成されるファイバコ
リメータを使う必要がなくなる。そのため、従来のもの
と比較して組立が非常に楽になることが期待され、さら
に小型，安定，低損失等も期待される。

【０００５】上記のビーム拡大ファイバは、シングルモ
ード光ファイバの一端を熱処理してドーパントを拡散さ
せ、モードフィールド径を拡大したものであり、このビ
ーム拡大ファイバを２本対向させるとファイバ間の結合
損失を小さくすることができる。例えば、１０μｍ程度
のモードフィールド径が４０μｍ程度まで拡大され、そ
のモードフィールド径が拡大された部分の長さは数ｃｍ
である。また、上記の誘電体多層膜光ビームスプリッタ
は厚さが１００ｎｍ程度のａ−Ｓｉ（アモルファスシリ
コン）とＳｉＯ２　との交互多層膜から成る人工異方性
媒質であり、屈折率の大きな異方性を有し、方解石やル
チルに比べて大きな偏光分離角が得られる。上記文献に
は、最適に設計されたａ−ＳｉとＳｉＯ２　との交互多
層膜から成る誘電体多層膜ビームスプリッタを使うと約
２３度の偏光分離角が得られることが示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の光アイソレータでは、順方向に伝わる光は偏光ビーム
スプリッタにより入射光の光軸に対して、平行かつ一定
量横にずれて出射側ファイバに到達する。従って、入射
側の光ファイバと出射側の光ファイバは同軸上ではなく
、一定量横にずらして配置する必要がある。だが、一定
量横にずらして配置することは組立工程上かなりの困難
を伴うこととなる。また、このとき入射側光ファイバと
出射側光ファイバとの角度ずれが生じると、結合損失が
増加してしまう。特に、ビーム拡大ファイバを使用した
場合は、斜め入射光に対しての結合が極端に悪いので、
上記の角度ずれが生じると光が全く伝わらなくなってし
まうという解決すべき課題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上述の
点に鑑みて、入射側光ファイバと出射側光ファイバとの
角度ずれの発生が解消され、無調整で容易に組立可能な
偏光無依存型で光ファイバ埋込型の光アイソレータを提
供することにある。

【０００８】上記目的を達成するため、本発明は、一本
の光ファイバが埋め込まれている基板、該基板に埋め込
まれている前記光ファイバの中間に、該光ファイバの光
軸と所定の角度をなして斜めに該光ファイバを切断する
溝、該溝の中に挿入配置された偏光ビームスプリッタと
ファラデー回転子、および該ファラデー回転子を磁化す
る磁石を具備することを特徴とする。

【０００９】また、本発明の好ましい一態様として、前
記溝の周囲の前記光ファイバがビーム拡大ファイバであ
ることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の好ましい他の形態として、
前記溝が前記光ファイバの光軸となす角度と、前記偏光
ビームスプリッタの厚さは、該光ファイバの屈折角と該
偏光ビームスプリッタによる横ずれ量が相殺されるよう
にあらかじめ設定されていることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の好ましい他の形態として、
前記溝が前記光ファイバの光軸となす角度は２°〜１０
°の範囲であることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の光ファイバ埋込型の光アイソレータは
、上記のように、基板に埋込まれた一本の光ファイバの
中間に光学素子を入れる溝が所定角度で斜めに切られ、
この溝の中に偏光ビームスプリッタとファラデー回転子
とを配置して構成される。このように入射側光ファイバ
と出射側光ファイバは、基板に埋込まれて中間で溝によ
り切断された一本の光ファイバから成るので、常に同一
光軸上に存在することになる。また、斜めに溝が切られ
ているので、光ファイバの端面は光軸に対して斜めにな
っている。そのため、入射側光ファイバからは光が屈折
して斜めに出射し、この光は偏光ビームスプリッタでも
との光に平行で、かつ一定量横にずれて出射側光ファイ
バに到達する。そのため、光ファイバの屈折角と偏光ビ
ームスプリッタによる横ずれ量が相殺（キャンセル）す
るように、あらかじめ溝が光軸となる角度と、偏光ビー
ムスプリッタの厚さとを調整して設計すれば、偏光ビー
ムスプリッタから出射した光は入射側光ファイバと同一
光軸上にある出射側光ファイバに結合する。従って、所
定の厚さの偏光ビームスプリッタとファラデー回転子と
を上記溝内に挿入することだけで、無調整で偏光無依存
型の光アイソレータを容易に組み立てることができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施例の光アイソレータ
の概略構成を示す。本図に示すように、基板２に埋込ま
れた１本の光ファイバ４のほぼ中間に光学素子６を入れ
る溝８が所定の角度θで斜めに切られており、この溝８
の中に図２に示すように光学素子６を構成する複数の平
行平板状の偏光ビームスプリッタ１０，１２，１４およ
びファラデー回転子１６とが配置され、さらにこのファ
ラデー回転子１６を覆うように円筒状磁石（図４の（Ｃ
）参照）が組み付けられて光ファイバ埋込偏光無依存型
光アイソレータが形成される。図２において４Ａは入射
側光ファイバ、４Ｂは出射側光ファイバであり、２Ｂは
上部基板である。

【００１５】溝８が光ファイバ４の光軸となる角度θ（
例えば２°〜１０°）と偏光ビームスプリッタ１０，１
２，１４の厚さは光ファイバの屈折角と偏光ビームスプ
リッタによる横ずれ量が相殺されるようにあらかじめ設
計される。そのため、出力端側の偏光ビームスプリッタ
１４から出射した光は前述のように入射側光ファイバ４
Ａと同一光軸上にある出射側光ファイバ４Ｂに入射する
。

【００１６】偏光ビームスプリッタ１０，１２，１４と
しては、ルチル結晶や方解石板も使用可能であるが、ａ
−ＳｉとＳｉＯ２　の交互多層膜のような誘電多層膜か
らなる人工異方性媒質が方解石やルチルに較べて大きな
偏光分離角が得られ、素子長（厚み）を小さくできるの
でより好ましい。ファラデー回転子１６としてはＢｉ置
換ガーネットあるいは（ＹｂＴｂＳｉ）２　Ｆｅ５　Ｏ
１２のようなＲＩＧ（希土類鉄ガーネット）が寸法を小
さくできるので好ましいが、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガ
ーネット単結晶）などの各種の磁気光学材料も利用でき
ることは勿論である。ファラデー回転子１６を磁化する
後述の磁石は例えばＳｍＣｏなどの環状の孔あき永久磁
石等が利用できる。

【００１７】また、光ファイバ４として溝８が切られて
いる周囲にビーム拡大ファイバを使った場合には、入射
側ファイバ４Ａと出射側ファイバ４Ｂが完全に同一光軸
上にあるという利点が生かせる。さらにこの場合、入射
側ファイバ４Ａと出射側ファイバ４Ｂのモードフィール
ドは厳密に等しいという利点も生じる。

【００１８】次に、本発明の一実施例の製造工程を説明
する。

【００１９】■ビーム拡大ファイバ製造工程図３に示す
ように、まず最初にコア１８がＧｅＯ２　添加ＳｉＯ２
　、クラッド２０がＳｉＯ２　から成り、コア径Ｄ１　
が８．５μｍ、クラッド径Ｄ２　が１２５μｍ、コアの
屈折率差ΔｎがΔｎ＝０．３２％のシングルモードファ
イバを用意した。この初期時のモードフィールド径（直
径）は９μｍであった。このシングルモードファイバを
５ｍとり、その中間部１０ｃｍの樹脂をはぎ、このはい
だ部分を１３００℃で２０時間ほど加熱した。同一条件
で作ったファイバにより、この加熱部分のモールドフィ
ールド径（ＭＦＤ）は４０μｍであることを確認した。

【００２０】■基板へのファイバの埋込と溝切り工程図
４の（Ａ）に示すように、４ｍｍ×２０ｍｍ×２ｔのシ
リコンチップ２Ａに深さ１３０μｍのＶ溝２２を切り、
このＶ溝２２内に上記の加熱処理により得られたビーム
拡大ファイバ４を埋込み、この上に４ｍｍ×２０ｍｍ×
２ｔのシリコンチップ２Ｂを乗せ、樹脂等で固定した。

【００２１】次いで、図４の（Ｂ）に示すように、シリ
コンチップ２Ａ，２Ｂの中央に幅２ｍｍの溝８を光軸に
対して５°傾けて切削した。このときの切削深さは埋込
みファイバを完全に切断する深さとした。

【００２２】■光学素子の挿入工程 次に、図１および図２に示すように、上記溝８の中に７
００μｍ，５００μｍ，５００μｍの厚みの３枚のルチ
ル結晶板１０，１２，１４と、３００μｍの厚みのＢｉ
−ＧｄＩＧ１６とを溝８の底まで挿入し、樹脂で固定し
た。このとき、Ｂｉ−ＧｄＹＩＧのファラデー回転子１
６は入射側の第１のルチル結晶板１０の次に配置した。

【００２３】■磁石組付工程 最後に、図４の（Ｃ）に示すように、円筒形磁石２４の
中に上記のチップを通し、両者を一体に固定した。

【００２４】以上のようにして作成した偏光無依存型光
アイソレータの順方向結合損失は１．５ｄＢ、アイソレ
ーションは３９ｄＢであることが確認された。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板に埋込まれた一本の光ファイバの中間に、光学素子
を入れる溝が斜めに切られており、この溝中に偏光ビー
ムスプリッタとファラデー回転子とが配置されている構
成なので、入射側光ファイバと出射側光ファイバとの角
度ずれの発生が解消され、また偏光ビームスプリッタか
ら出射した光が入射側光ファイバと同一光軸上にある出
射側光ファイバに結合するので、無調整で容易に組立で
きる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光アイソレータの概略構成
を示す斜視図である。

【図２】図１の光アイソレータを上方から見た平面図で
ある。

【図３】本発明の一実施例で用いる光ファイバの屈折率
プロファイルを示した図である。

【図４】本発明の一実施例の光アイソレータの製造工程
を示す斜視図である。

【符号の説明】

２，２Ａ，２Ｂ　　基板 ４，４Ａ，４Ｂ　　光ファイバ ６　　光学素子 ８　　溝 １０，１２，１４　　偏光ビームスプリッタ１６　　フ
ァラデー回転子 １８　　コア ２０　　クラッド ２２　　Ｖ溝 ２４　　磁石

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一本の光ファイバが埋め込まれている
   基板、該基板に埋め込まれている前記光ファイバの中間
   に、該光ファイバの光軸と所定の角度をなして斜めに該
   光ファイバを切断する溝、該溝の中に挿入配置された偏
   光ビームスプリッタとファラデー回転子、および該ファ
   ラデー回転子を磁化する磁石を具備することを特徴とす
   る光ファイバ埋込型の光アイソレータ。
2. 【請求項２】　　前記溝の周囲の前記光ファイバがビー
   ム拡大ファイバであることを特徴とする請求項１に記載
   の光ファイバ埋込型の光アイソレータ。
3. 【請求項３】　　前記溝が前記光ファイバの光軸となす
   角度と、前記偏光ビームスプリッタの厚さは、該光ファ
   イバの屈折角と該偏光ビームスプリッタによる横ずれ量
   が相殺されるようにあらかじめ設定されていることを特
   徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ埋込型の
   光アイソレータ。
4. 【請求項４】　　前記溝が前記光ファイバの光軸となす
   角度は２°〜１０°の範囲であることを特徴とする請求
   項３に記載の光ファイバ埋込型の光アイソレータ。
5. 【請求項５】　　前記偏光ビームスプリッタは誘電体多
   層膜からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   に記載の光ファイバ埋込型の光アイソレータ。
6. 【請求項６】　　前記偏光ビームスプリッタはルチル等
   の複屈折率結晶からなることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれかに記載の光ファイバ埋込型の光アイソレータ
   。