JPH0454929B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信装置に使用される発光素子の出
射光の１部が光フアイバの端面にて反射され、そ
の反射光の１部が、前記発光素子に帰還されない
ように構成された光アイソレータの改良に関す
る。

光通信方式において、光通信装置の発光素子よ
り出射される光信号が光フアイバを介して伝搬さ
れる際、前記光信号の１部が光フアイバの端面に
て反射されるが、その反射光が発光素子に入射さ
れない光アイソレータの出現が要望されている。

〔従来の技術〕

第２図は従来例の光アイソレータの基本構成を示
すブロツク図である。同図において、１は光アイ
ソレータ、１−１，１−２は例えばルチルからな
る複屈折性の偏光プリズム、２は磁気光学材料例
えばYIGよりなるフアラデー回転子、３は入射
光、４は出射光、５は磁石、６は中心軸である。

なお、全図を通し同一番号は同一部材を示す。
第２図において、複屈折性の偏光プリズム（以下
偏光プリズムと称す）１−１と１−２とは形状は
同じであるが、偏光プリズム１−１は偏光プリズ
ム１−２に対して、その結晶軸が45度傾けて設け
られ、偏光プリズム１−１の結晶軸は紙面に垂直
（図ではＸ軸方向で示すことにする）に配置して
ある。

また、偏光プリズム１−１、フアラデー回転子
２、偏光プリズム１−２のそれぞれの入，出射面
は、光路に対してある傾きを持たせ、入射光が入
射方向に反射されないようにしてある。

更に、入射光３は光アイソレータ１の偏光プリ
ズム１−１に入射し、フアラデー回転子２を経て
偏光プリズム１−２より出射されるが、この出射
光４と入射光３とは平行になるように構成されて
いる。

上記のように構成した光アイソレータ１は不可
逆特性を有するもので、逆方向の光は偏光プリズ
ム１−１，１−２及び複屈折性の特性とフアラデ
ー回転子２の特性を用いて偏光プリズム１−１の
入射面で、偏光プリズム１−２に入射した逆方向
の光、例えば反射光を、入射光３と異なる方向３
−１或いは３−２に出射させて、入射光３に、反
射光が入射されないような機能を持たせている。

図で点線はフアラデー回転子２の磁場Ｈの分布
の例を示す。光アイソレータ１の磁石５よりフア
ラデー回転子２の光学的中心軸６の方向に磁場Ｈ
が加えられ、光学的中心軸６の近傍の部分の磁場
H₁は均一になつており、周辺部の磁場H2はH1
に比べて不均一になつている。即ち磁場H1と磁
場H2とは等しくない。

第３図は従来の光アイソレータの動作原理を示
す説明図である。同図において、図ａは順方向に
光を透過させた場合を示し、図ｂは逆方向に光を
透過させた場合を示している。

図において、７−１，７−２は偏光プリズムの
結晶軸、８は発光源、例えばレーザダイオード
（以下LDと称す）、８−１は７−１に対して垂直
に偏向している光、８−２は７−１に対して平行
に偏向している光、９はLD８の光路、１０は光
フアイバ、１０−１は光フアイバの端面、（）
は異常光の光路、（）は正常光の光路を示す。

第３図ａにおいて、発光源LD８の光は、光路
９を経て偏光プリズム１−１に入射する。上記の
入射光は偏光プリズム１−１の結晶軸７−１に垂
直な偏光面をもつた光は正常光ｏとなり、また結
晶軸７−１に平行な偏光面をもつた光は異常光ｅ
となる。

この入射光の内、結晶軸７−１（紙面に垂直な
結晶軸である）に垂直な偏光面を持つた光（図で
は紙面に平行な光）は正常光屈折率No1で屈折
し、また、前記、結晶軸７−１に平行な偏光面を
持つた光（図では紙面に垂直な光）は異常光屈折
率Ne1で屈折する。

以上のように形成された正常光ｏは光路（）
の系を、また異常光ｅは光路（）の系をそれぞ
れ進行する。

上記の正常光ｏと異常光ｅとはフアラデー回転
子２に入射し屈折され、それぞれの光の偏光面は
磁場Ｈにより45度回転され、偏光プリズム１−２
に入射し屈折する。

偏光プリズム１−２の結晶軸は偏光プリズム１
−１の結晶軸に対し進行方向から見て時計方向に
45度傾けて設けられており、入射光はそのまま出
射され屈折する。

即ち、異常光ｅは異常光屈折率Ne2にて屈折
し、また正常光ｏは正常光屈折率No2にて屈折
し、それぞれは光フアイバ１０の端面１０−１に
入射される。

この場合、光フアイバ１０に入射する異常光ｅ
の偏光面と正常光ｏの偏光面は、図示のように互
いに直交しており、この両者は、LD８よりの出
射光の偏光面に比し時計方向に45度回転してい
る。

また、偏光プリズム１−１の入射光と偏光プリ
ズム１−２の出射光は平行になつている。

上記の順方向の光の一部は光フアイバ１０の端
面１０−１にて反射され、その光は、第３図ｂに
示す如き、逆方向の光路１１を経て、１−２にお
ける正常光ｏは光路（）′を、１−２における
異常光ｅは光路（）′をそれぞれ進行する。

第３図ｂにおいて、反射光は偏光プリズム１−
２に入射し、この反射光の内、偏光プリズム１−
２に対する正常光成分ｏは正常光屈折率No2にて
屈折され、また偏光プリズム１−２に対する異常
成分ｅは異常光屈折率No2にて屈折され、それぞ
れはフアラデー回転子２に入射され屈折される。

フアラデー回転子２にて、前記の順方向の光と
同様に、その偏光面は磁場Ｈにより45度回転され
るが、この回転は光路９の入射光（LD８側）の
それぞれに比べて90度になる。

この90度の回転により、正常光ｏは異常光ｅ
に、異常光ｅは正常光ｏに夫々変化し、それぞれ
は偏光プリズム１−１に入射する。

偏光プリズム１−１にて、正常光ｏは正常光屈
折率No1にて屈折し光路１１−２に、異常光ｅは
異常光屈折率Ne1にて屈折し光路１１−１に、出
射される。

この場合、光路（）′の系の屈折率の組合わ
せはNo2，Ne1であり、光路（）′の屈折率の
組合わせはNe2，No1であり、いずれも異つた値
の屈折率の組合わせであるので、前記の出射光は
反射光（光フアイバ側）と平行にならず、ルチル
では異常光屈折率Ne1は正常光屈折率No1より大
きい（Ne1＞No1）ので、反射光の光路１１−
１，１１−２は図示の如く拡がり、反射光はLD
８に帰還されない。

従つて、上記の第３図に示された構成によつて
光アイソレータ１の動作を行わせることが出来
る。

以上の光アイソレータ１はフアラデー回転子２
の磁場Ｈの分布を均一と考えた場合であつて、実
際の磁場Ｈの分布は、不均一であるため、透過光
は楕円偏光化し、以下第４図、第５図に説明する
如く、その楕円偏光成分がLD８に帰還され、LD
８の光信号のＳ／Ｎを低下させる。

第４図は反射光の楕円偏光成分の光路を示す図
である。

図において、１２−１は光路（）′でフアラ
デー回転子を通過した楕円偏光のうちのプリズム
１−１に対する正常光成分ｏの光路、１２−２は
光路（）′でフアラデー回転子を通過した楕円
偏光のうちのプリズム１−１に対する異常光成分
ｅの光路を示す。

第５図ａは理想的には、プリズム１−１に対し
て正常光ｏとなるはずの直線偏光がフアラデー回
転子を通過する際に楕円化した偏光１３を示し、
１３−１は正常光ｏ成分、１３−２は異常光ｅ成
分を示す図、図ｂは理想的には、プリズム１−１
に対して異常光ｅとなるはずの直線偏光がフアラ
デー回転子を通過する際に楕円化した偏光１４を
示し、１４−１は異常光ｅ成分、１４−２は正常
光ｏ成分を示す図である。

上記の楕円偏光における長軸成分と短軸成分と
は互いに直交していて、短軸成分と長軸成分との
比を消光比と称し、光信号の品質（楕円偏光化の
程度）を表している。

第４図において、反射光の光路（）′，
（）′と磁場H1、磁場H2とのなす角が大きい
と、前記反射光は磁場の不均一な部分を透過する
為、反射光は第５図に示す如く楕円偏光して、偏
光プリズム１−１に入射する。

偏光プリズム１−１に入射した第５図ａに示す
楕円偏光１３の長軸成分（正常光ｏ成分）１３−
１は正常光屈折率No1にて屈折され、光路１１−
２より出射され、これと偏光面が90度異なる短軸
成分（異常光ｅ成分）１３−２は異常光屈折率
Ne1にて屈折され、光路１２−２に出射される。

また、第５図ｂに示す楕円偏光１４の長軸成分
（異常光ｅ成分）１４−１は異常光屈折率Ne1に
て屈折され、光路１１−１に出射され、これと90
度偏光面が異なる短軸成分（正常光ｏ成分）１４
−２は正常光屈折率Ne1にて屈折され、光路１２
−１に出射される。

上記の光路（）′，１２−１の屈折率の組合
わせはNo2，No1であり、また光路（）′，１
２−２の屈折率の組合わせはNe2，Ne1であり、
いずれも等しい値の屈折率の組合わせであるので
上記の光路１２−１，１２−２と第３図の反射光
の光路１１とは平行になり、従つて第５図に示す
如き楕円偏光の短軸成分である１３−２，１４−
２の光はLD８に帰還される。

以上説明した如く、逆方向から入射した直線偏
光がフアラデー回転子２の不一な磁場（H1≠
H2）を通過すること等の理由により、楕円偏光
化し、そのうちの短軸方向成分１３−２，１４−
２がLD８に帰還し、LD８の光信号のＳ／Ｎを低
下させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明した如く、従来の光アイソレータでは
逆方向から入射した直線偏光がフアラデー回転子
にて楕円偏光し、そのうちの短軸方向成分がLD
に帰還してLDより出射される光信号のＳ／Ｎを
低下させる問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕 上記の問題点はフアラデー回転子内の光路が光
学的中心軸近傍の均一な磁場の部分を該均一な磁
場の方向とほぼ平行になるように前記第１の複屈
折性の偏光プリズム及び第２の複屈折性の偏光プ
リズムのテーパ角と、該第１の複屈折性の偏光プ
リズムへの発光素子よりの入射角とを選択する本
発明の光アイソレータによつて解決される。

〔作用〕

本発明によれば、フアラデー回転子を通過する
光信号の光路をフアラデー回転子の光学的中心軸
近傍の均一な磁場の部分を、この磁場の方向とほ
ぼ平行になるように光アイソレータを構成してい
るので、直線偏光が楕円偏光化せず、これにより
反射光の発光素子への入射が無くなり、光信号の
Ｓ／Ｎの低下を防ぐようになる。

〔実施例〕

以下、図に従つて本発明の光アイソレータにつ
いて説明する。

第１図ａは本発明の実施例の光アイソレータの
構成を示すもので、フアラデー回転子、偏光プリ
ズムは従来例と同質の材料より作られ、偏光プリ
ズムのそれぞれの結晶軸も互いに45度異なるよう
に作られており、またフアラデー回転子には従来
例と同一手法で磁場Ｈが加えられている。

また、偏光プリズム１６−１、フアラデー回転
子１５、偏光プリズム１６−２のそれぞれの入出
射面は、光路に対してある傾きを持たせ入射光が
入射方向に反射されないように構成されている。

同図において、１′は光アイソレータ、１５は
フアラデー回転子、１６−１，１６−２は偏光プ
リズム、ｉは入、出射角、α1は偏光プリズム１
６−１，１６−２のテーパ角を示す。

第１図ａに於いて、光アイソレータ１の入射光
３及び出射光４と逆方向の光がフアラデー回転子
１５の光学的中心軸６の近傍を光学的中心軸６に
ほぼ平行に透過するように偏光プリズム１６−
１，１６−２の入、出射角ｉ、テーパ角α1を選
定する。

第１図ｂ，ｃは第１図ａの光アイソレータ１の
構成を基本にした本発明の実施例の光アイソレー
タの動作原理を示す説明図である。

図ｂは順方向に光を透過させた場合を示し、図
ｃは逆方向に光を透過させた場合をしめている。

図に於いて、１７は光路、ロは順方向の偏光プ
リズム１６−１に対する正常光ｏの光路、イは順
方向の偏光プリズム１６−１に対する異常光ｅの
光路を示す。

第１図ｂに於いて、前記の如きLD8の光は光路
１７を経て、テーパ角α1の偏光プリズム１６−
１に入射し、この入射光の内、結晶軸７−１に垂
直な偏光成分は正常光屈折率No1にて屈折して正
常光ｏになり、また結晶軸７−１に平行な偏向成
分は異常光屈折率Ne1にて屈折して異常光ｅにな
る。

上記の正常光ｏは光路ロの系を進行し、異常光
ｅは光路イを進行し、それぞれの光はフアラデー
回転子１５に入射し、光学的中心軸６の近傍を透
過する。

上記の正常光ｏ，異常光ｅのそれぞれの偏光面
は均一の磁場H1により、前記第３図にて説明し
た如く45度回転され、結晶軸７−２が45度傾けら
れた偏光プリズム１６−２に入射し、正常光ｏは
正常光屈折率No2にて屈折され、異常光ｅは異常
光屈折率Ne2にて屈折され、それぞれの光は光路
ホ，ヘに出射される。

光路イ，ロの出射光ホ，ヘは光路１７の光と平
行になり、光フアイバ１０に入射する。

上記の入射光の一部は光フアイバ１０の端面１
０−１にて反射され、その反射光の一部は第１図
ｂの光路イ，ロとは逆方向の光路ハ，ニを進行す
る。

第１図ｃに於いて、上記の反射光は光路１８を
経て、偏光プリズム１６−２に入射角ｉにて入射
し、入射光の内、プリズム１６−２に対する正常
光ｏは正常光屈折率No2にて屈折され光路ハを進
行し、プリズム１６−２に対する異常光ｅは異常
光屈折率Ne2にて屈折され光路ニを進行し、それ
ぞれの光はフアラデー回転子１５に入射し屈折さ
れる。

フアラデー回転子１５に入射した光は、光学的
中心軸６付近の均一な磁場H1の部分を透過する。

この均一な磁場H1により正常光ｏ、異常光ｅ
の偏光面は45度回転されるが、楕円偏光しない。

この45度回転により、それぞれの偏光面は入射
光に比べて90度回転することになり、偏光プリズ
ム１６−２に対する正常光ｏは偏光プリズム１６
−１に対して異常ｅに、又、偏光プリズム１６−
２に対する異常光ｅは偏光プリズム１６−１に対
して正常光ｏに変化し、偏光プリズム１６−１に
入射する。

偏光プリズム１６−１にて異常光ｅは異常光屈
折率Ne1にて屈折して光路トに出射され、また正
常光ｏは正常光屈折率No1にて屈折して光路チに
出射され、前記第３図ｂにて、説明したと同様の
手法により、光路ト，チは図示の如く拡がり、反
射光ｏ，ｅはLD８に入射されない。

従つて、上記の第１図に示された構成によつて
光アイソレータ１の動作を行わせることが出来
る。

次に行アイソレータの実測データを示す。

入射角ｉ＝50度、テーパ角＝30度、フアラデー
回転子１５の内角Ａ＝110度、Ｂ＝70度（第１図
ｂ，ｃ）とした時、フアラデー回転子１５の中心
軸６に対して、正常光ｏは約6.7度、異常光ｅは
約３度それぞれ傾いて進行し、この条件の２つの
偏光のフアラデー回転子通過後の消光比は35dB
以上となり、これにより、反射光によるLD８の
Ｓ／Ｎの低下を阻止でき、光アイソレータの機能
を十分に果たすことが出来る。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によりばフアラデー
回転子にて光が楕円偏光しないように、偏光プリ
ズムへの発光素子よりの入射角、テーパ角が選択
されているので、光フアイバの端面に於ける反射
光がLDに帰還されるのが阻止され、光信号の
Ｓ／Ｎの低下を防ぐ効果である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の実施例の光アイソレータの
構成を示す図、第１図ｂは本発明の光アイソレー
タの順方向の光路を示す図、第１図ｃは本発明の
光アイソレータの逆方向の光路を示す図、第２図
は従来例の光アイソレータの構成を示す図、第３
図は従来例の光アイソレータの動作原理を示す
図、第３図ａは光アイソレータの順方向の光路を
示す図、第３図ｂは光アイソレータの逆方向の光
路を示す図、第４図は反射光の光路を示す図、第
５図は楕円偏光の説明図である。 図中、１，１′は光アイソレータ、１−１，１
−２，１６−１，１６−２は偏光プリズム、２，
１５はフアラデー回転子、３は入射光、４は出射
光、５は磁石、６は光学的中心軸、７−１，７−
２は結晶軸、８はLD、８−１は７−１に対して
垂直に偏向している光、８−２は７−１に対して
平行に偏向している光、９，１７はLD８の光路、
１０は光フアイバ、１０−１は端面、１１は反射
光の光路、１１−１は異常光ｅの出射光、１１−
２は正常光ｏの出射光、１２−１，１２−２は楕
円偏光のうちの短軸方向成分の出射光、１３はプ
リズムの結晶軸と垂直方向に長軸をもつ楕円偏
光、１３−１，１４−１は長軸成分、１３−２，
１４−２は短軸成分、１４はプリズムの結晶軸方
向に長軸をもつ楕円偏光、１８は反射光の光路を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発光素子の発射光が入射する第１の複屈折性
   の偏光プリズムとフアラデー回転子と該第１の複
   屈折性の偏光プリズムと結晶軸を互いに45度傾け
   た第２の複屈折性の偏光プリズムとを順次配置
   し、該フアラデー回転子の光学的中心軸に対して
   平行になるように磁場を加え、前記第１の複屈折
   性の偏光プリズムの入射光と第２の複屈折性の偏
   光プリズムの出射光とが平行になるようにした光
   アイソレータにおいて、 前記フアラデー回転子内の光路が光学的中心軸
   近傍の均一な磁場の部分を該均一な磁場の方向と
   ほぼ平行になるように 前記第１の複屈折性の偏光プリズム及び第２の
   複屈折性の偏光プリズムのテーパ角と、該第１の
   複屈折性の偏光プリズムへの発光素子よりの入射
   角とを選択して構成したことを特徴とする光アイ
   ソレータ。