JPH08194130A - 光コネクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】構造が簡単で、組立調整が容易で、小型で、各
光学部品の光学調整が容易で、反射減衰量特性が良好
で、且つ測定器、通信装置への組み込み汎用性が高い偏
波無依存型光アイソレータ機能を有する光コネクタを提
供する。 【構成】ハウジングＡ内にフランジ７を具備する。偏波
無依存型光アイソレータは、ファラデ回転子と複屈折結
晶板とを一体化した光アイソレータ用素子３を配置した
ものである。さらに、偏波無依存型の光アイソレータ用
素子３は、光線出射位置が入射光線軸上に一致するよう
に、光の入出射面を入射光線軸に対して傾斜させて円筒
型磁石４内に設置する。また、コア拡大ファイバ５はフ
ェルール５ａ、５ｂに保持されている。プラグ型光アイ
ソレータ１は、フランジ７の内径部の途中に、上述の偏
波無依存型光アイソレータと、その両側にコア拡大ファ
イバ５を保持したフェルール５ａ、５ｂとが狭持されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光コネクタに関し、特
に光ファイバ通信等で光ファイバ間に用いられる偏波無
依存型光アイソレータを内蔵する光コネクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザを信号光源とする光通信の
進歩にともない、数ギガヘルツを越える高速、高密度な
信号伝送が実現されている。この高速、高密度の信号伝
送に用いられる光部品の１つに、半導体レーザへの反射
戻り光を防止する目的で使用される光アイソレータがあ
る。

【０００３】光アイソレータには、特定の偏波方向の光
以外は透過させない偏波依存型の光アイソレータと、任
意の偏波方向の光を全て透過させる偏波無依存型光アイ
ソレータとがある。このうち、後者の偏波無依存型の光
アイソレータは、信号伝送系の中継光増幅器等に用いら
れ、今後大きな需要が見込まれている。

【０００４】図８は従来の代表的な偏波無依存型光アイ
ソレータ１０の構成を示し、１個のファラデ回転子と３
個の複屈折結晶板を用いた構造である。

【０００５】図８において、３つの複屈折結晶板をそれ
ぞれ１１、１２、１３として、その複屈折結晶板１１と
１２の間に置かれたファラデ回転子を１４とした。ファ
ラデ回転子１４にはＺ方向に平行な磁界が加えられてい
る。複屈折結晶板１１、１２、１３は、一軸結晶からそ
のＣ軸が表面と傾くように切り出し平行平板に研磨した
もので、この平行平板に垂直に入射した光線を互いに偏
波方向が直交する２つの光に分離する。複屈折結晶板１
１、１２、１３それぞれの光透過方向の厚みは１：１／
√２：１／√２の比率とされ、かつ複屈折結晶板１３の
Ｃ軸は複屈折結晶板１２のＣ軸に対しＺ軸まわりに９０
°回転した構成である。１４はビスマス置換ガーネット
等で形成されたファラデ回転子であり、光の偏波方向を
４５°回転させる。１５は光を光ファイバ１６に結合す
るための結合レンズである。

【０００６】また、複屈折結晶板１１より光を入射した
場合を順方向、複屈折結晶板１３より光が入射した場合
を逆方向と定め、順方向入射光線を１０ｆ、逆方向入射
光線を１０ｂとし、２つに分離される光線をそれぞれ順
方向はｆ１、ｆ２、逆方向はｂ１、ｂ２と表し、図中に
矢印で示した。

【０００７】この光アイソレータ内で光が進む様子を複
屈折結晶板１１の方向から見たのが図９（１）（２）で
あり、（１）は順方向に進む光、（２）は逆方向に進む
光の場合で、Ａ〜Ｅは図８中の各Ａ〜Ｅの位置に対応し
ている。点は光線の位置、矢印は偏波面の方向を表して
いる。偏波面の回転の方向は時計回りを＋とする。

【０００８】図８と図９を用いてアイソレータの動作原
理を説明する。

【０００９】複屈折結晶板１１のＣ軸方向が上向き（Ｙ
軸方向）であるとすると、結合レンズ１５から順方向に
複屈折結晶板１１に入射した信号光１０ｆは、互いに直
交する偏波方向の２つの光線ｆ１、ｆ２に分離される
（図９（１）−Ｂ）。これらの各偏波成分はその位置関
係は保ったままファラデ回転子１４でｆ１、ｆ２の偏波
面が−４５°回転させられ複屈折結晶板１２に入射する
（図９（１）−Ｃ）。

【００１０】この複屈折結晶板１２はＣ軸方向が複屈折
結晶板１１のＣ軸に対して−４５°回転させられてお
り、そのため、光線ｆ２は異常光成分となって屈折する
が、光線ｆ１は常光成分であるからそのまま屈折せずに
透過する（図９（１）−Ｄ）。複屈折結晶板１３はその
Ｃ軸方向が複屈折結晶板１２に対して＋９０°回転させ
られている。そのため、光線ｆ１が異常光成分となって
屈折し、光線ｆ２は常光成分となってそのまま透過する
（図９（１）−Ｅ）。このように一旦２つ分離された偏
波成分はＥ点で合成され、結合レンズ１５により光ファ
イバ１６に結合される。

【００１１】一方逆方向の戻り光１０ｂは、点Ｃまで順
方向と同様のふるまいをするが、ファラデ回転子の非相
反性により、ファラデ回転子１４に入射した光線ｂ１、
ｂ２はその偏波面が−４５°回転させられ複屈折結晶板
１１に入射する（図９（２）−Ｂ）。そのため、複屈折
結晶板１１に入射した光線ｂ１が異常光成分となって屈
折し、光線ｂ２は常光成分となってそのまま透過する。
（図９（２）−Ａ）。このように、光線ｂ１、ｂ２は順
方向入射位置と異なる位置に出射するため、光ファイバ
１７に結合せず戻り光は遮断される。

【００１２】図１０は従来の偏波無依存型光アイソレー
タ２０の外観を示した図である。１８は光アイソレータ
部で図８に示す構成備品がケース内に調整、固定されて
いる。両端部はコネクタ部１９で他の伝送系の光ファイ
バと偏波無依存型光アイソレータ２０が接続される。光
アイソレータ部１８の大きさは例えばφ７ｍｍ×４５ｍ
ｍ程度である。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うに複屈折偏光板とファラデ回転子を用いた従来の偏波
無依存型光アイソレータにおいては、以下のような欠点
があった。

【００１４】（１）部品点数が多く、さらに各構成部品
を精密に光学調整しなければならないため、工数が多く
組立が煩雑であり時間がかかる。

【００１５】（２）光アイソレータ部の光ファイバの結
合を考える場合、光アイソレータ部での構成部品が多い
ため、光ファイバ間の光の伝達空間が長くなる。また、
順方向から入射した光線が入射光線軸からずれた位置に
出射するため、両端の結合レンズや光ファイバのガイド
となる位置が決まらず、光軸合わせに多大な労力を必要
とする。

【００１６】（３）他の伝送系との結合は両端のコネク
タによって行うので、測定器、通信装置内に組み込みに
は大きく場所を取る。

【００１７】（４）各光学素子が光ファイバに対して垂
直に設置されているので、各光学素子からの反射光が光
ファイバに戻り、反射減衰量特性が低下する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】課題を解決する手段は次
の通りである。

【００１９】（１）コア拡大ファイバが保持されるフェ
ルールを挿入して、このフェルールの位置決め保持を行
うフランジもしくはスリーブを具備する光コネクタにお
いて、スリーブの内部に、ファラデ回転子と複屈折結晶
板とが一体化された偏波無依存型の光アイソレータ用素
子を配置する。

【００２０】（２）光アイソレータ用素子の各素子であ
るファラデ回転子と複屈折結晶板とは、周面が入射光線
軸と平行でかつ光の入出射面が入射光線軸に対して傾斜
させた状態で円筒磁石内に配置し、フランジもしくはス
リーブ内部に円筒磁石と共に配置する。

【００２１】

【作用】本発明は、偏波無依存型光アイソレータを光フ
ァイバ間に接続することにより、構造が簡単で、組立調
整が容易で、小型で、各光学部品の光軸調整が容易で、
反射減衰量特性が向上し、且つ測定器、通信装置への組
み込み汎用性があるものとなる。

【００２２】また、光アイソレータ用素子の両側にフェ
ルールに保持されたコア拡大ファイバを配置することに
より、接続損失を少なくし、光軸調整を容易にする。

【００２３】さらに、光アイソレータ用素子の光の入出
射面を入射光線軸に対して傾斜させて円筒磁石内に配置
することにより、低損失な接続がより容易となり、反射
減衰量特性がより向上するものとなる。

【００２４】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００２５】図１は本発明の光コネクタを構成する第一
の実施例で、プラグ型光アイソレータ１を示す断面図で
ある。図２は図１のプラグ型光アイソレータ１を構成す
る光アイソレータ部９の断面図である。なお各図におい
て同一部位には同一符号を付してある。

【００２６】図１に記載のプラグ型光アイソレータ１に
おいて、Ａはハウジング、７はフランジを示し、２ａで
示した部位は雌ネジ、２ｂで示した部位は雄ネジを形成
している。また３はファラデ回転子と複屈折結晶板とが
一体化された光アイソレータ用素子、４は円筒型の磁石
で内部のファラデ回転子に飽和磁界を与え、磁石４と光
アイソレータ用素子３とで偏波無依存型光アイソレータ
を構成して、フランジ７の内径部で保持されている。さ
らに、５ａ、５ｂはコア拡大ファイバを保持したフェル
ールで、前述のプラグ型光アイソレータ１の片側で、６
ａで示した挿入孔から他のフェルールが挿入されたと
き、その端面にフェルール５ａが当接されるように光軸
方向に位置決め保持されている。またフェルール５ｂも
規格に一致する飛び出し長さとなるように光軸方向にそ
の長さが決定されている。

【００２７】フェルール５ａ、５ｂはフランジ７に狭
持、接着固定されており、その外径が精度良く加工され
ている。従って、プラグ型光アイソレータ１の挿入孔６
ａに通常のコネクタプラグを接続し、フェルール５ｂを
アダプタに接続するだけで、光通信系に光アイソレータ
機能を付加することができる。

【００２８】図２はプラグ型光アイソレータの光アイソ
レータ部９を示し、これは図１に示したプラグ型光アイ
ソレータ１のハウジングＡを除いた部分の断面図であ
る。光アイソレータ用素子３は複屈折結晶板３１、３
２、３３とファラデ回転子３４を一体化した構成で、各
素子（複屈折結晶板３１、３２、３３、ファラデ回転子
３４）は周面が入射光線軸と平行でかつ光の入出射面を
入射光線軸に対して傾斜させた状態で磁石４内に配置さ
れており、偏波無依存型の光アイソレータとして機能し
ている。

【００２９】コア拡大ファイバ５を保持したフェルール
５ａ、５ｂは、その光軸方向の長さはコア拡大ファイバ
５のコア拡大領域の長さＬ（図４参照）より長く設定さ
れている。またフェルール５ａ、５ｂの両端面は研磨さ
れて、コア拡大領域側を対向させて光アイソレータ用素
子３の両側に配置される。

【００３０】フランジ７の内径は、磁石４及びフェルー
ル５ａ、５ｂをフランジ７内部に狭持できる大きさで、
かつフェルール５ａ、５ｂはフランジ７に接着固定する
ことが望ましい。本実施例によれば、光アイソレータ用
素子３と磁石４からなる偏波無依存型光アイソレータ、
さらにはコア拡大ファイバ５を保持したフェルール５
ａ、５ｂを、フランジ７の内径部で狭持させる構成なの
で、各部品の組立調整が不要で、大幅に作製が容易にな
る。

【００３１】次に偏波無依存型光アイソレータの動作原
理について図３を用いて説明する。光アイソレータ用素
子３での光の通過状態を示す概念図が図３（ａ）で、偏
波無依存型光アイソレータ内で順方向に光が進む様子を
複屈折結晶板３１の方向から見たのが図３（ｂ）で、Ａ
〜Ｅは図３（ａ）中の各Ａ〜Ｅの位置に対応している。
点は光線の位置、矢印は偏波面の方向を表している。ま
た、複屈折結晶板３１、３２、３３それぞれの厚みは
１：１／√２：１／√２の比率とされ、光アイソレータ
動作をするように各光学素子は光軸調整後一体化されて
いる。さらに、一体化された光アイソレータ用素子３は
入射光線軸Ｚに垂直な面（Ｙ軸と平行な面）からθ度傾
斜して設置されている。

【００３２】複屈折結晶板３１に入射した光の位置をＸ
Ｙ座標軸の原点（０，０）として、複屈折結晶板３１の
偏光分離幅をａとすると、光アイソレータ用の各光学素
子の光の入出射面を入射光線軸に対して傾斜設置されて
いない従来の場合図９に示すように位置Ｅでビームの位
置は原点からずれる。この位置Ｅにおけるビームの位置
は（０，ａ／√２）で、原点からＳ＝ａ／√２出射光線
がずれている。そこで、このズレＳを補正するために光
アイソレータ用素子を傾斜させる。傾斜の方向は原点と
ずれビーム位置を結ぶ直線に直角に交わる直線を軸とし
て傾斜させる。傾斜角θは、複屈折結晶板３１、ファラ
デ回転子３４の厚みをそれぞれＬ１、Ｌ２とすると数１
で表される。

【００３３】

【数１】

【００３４】ｎは複屈折結晶板の屈折率、ｎｆはファラ
デ回転子の屈折率である。

【００３５】例えば、複屈折結晶板にルチル結晶板、フ
ァラデ回転子にビスマス置換ガーネットを用いて、Ｌ１
＝７００μｍ、Ｌ２＝４００μｍ、ｎ＝２．６、ｎｆ＝
２．３の光アイソレータ用素子を用いた場合、傾斜角θ
＝３．４ｄｅｇとすることで、図３（ｂ）に示すよう
に、出射ビームは原点に出射することになる。

【００３６】この偏波無依存型の光アイソレータの光ア
イソレータ用素子３は、大型のファラデ回転子基板、複
屈折結晶基板を用いて光学調整後、光学接着剤で基板同
士を接着し、その後磁石４の内部に挿入できる大きさに
カッティングすることにより製造できるので、多数の光
アイソレータ用素子３を容易に作製することができる。
また、予め所定の方向に傾斜角θ傾けてカッティングを
行うことにより、磁石４の内径に沿って光アイソレータ
用素子３を設置するだけで、煩雑な角度調整無しに光ア
イソレータ素子３を傾斜設置することができる。さら
に、各素子を一体化することにより光の伝送空間が短く
なり損失が小さくなる。例えば、ファラデ回転子３４は
ビスマス置換ガーネットを用い、複屈折結晶板はルチル
結晶板を用いて一体化した場合、光アイソレータ用素子
３の実効厚さは、実用的に７００μｍ程度にすることが
できる。

【００３７】図４はコア拡大ファイバ５の縦断面図で、
５１はコアを５２はクラッドを示し、拡大前のコア直径
Ｄ、拡大後のコア直径をＷとする。コア拡大ファイバ５
の構造は、通常の光ファイバのコア径がテーパ状に拡大
され、終端部では伝送路の３倍から４倍のコア径Ｗを有
している。コア径の拡大は光ファイバコアに含まれるド
ーパントを熱拡散して実現し、コア拡大領域の屈折率分
布は未拡大部より屈折率が小さくなる。

【００３８】コア拡大ファイバの特性計算値を図５
（ａ）（ｂ）に示す。いずれも波長＝１．５５μｍの場
合で計算している。

【００３９】図５（ａ）はコア拡大ファイバ同士を、フ
ァイバ間距離Ｚ＝０μｍで拡大領域を対向させて結合し
た場合の、ファイバ横ズレ距離Ｘと接続損失量の関係
を、コア拡大率１倍、２倍、３倍、４倍の場合について
計算して結果である。接続損失はコア径が大きいほど小
さくなり、ファイバ横ズレ距離Ｘのトレランス特性が向
上する。このようにコア拡大ファイバを用いれば、対向
するコア拡大ファイバの軸が多少ずれていても、ファイ
バ横ズレ距離に起因する接続損失を小さく押さえること
ができる。従って煩雑な調整工程が不必要となる。

【００４０】図５（ｂ）はコア拡大ファイバ同士を、フ
ァイバ横ズレ距離Ｘ＝０μｍで拡大領域を対向させて結
合した場合の、ファイバ間距離Ｚと接続損失量の関係
を、コア拡大率１倍、２倍、３倍、４倍の場合について
計算して結果である。接続損失はコア径が大きいほど小
さくなり、光ファイバ間距離Ｚのトレランス特性が向上
する。このようにコア拡大ファイバを用いれば、光ファ
イバ間に光アイソレータ用素子を挿入しても、光ファイ
バ間距離に起因する接続損失を小さく押さえることがで
きる。また、レンズ無しで構成されるので価格も安価と
なる。

【００４１】例えば、実効厚さ７００μｍの光アイソレ
ータ用素子と拡大コア径Ｗ＝４０μｍのコア拡大ファイ
バ５を使用して図２に示す光アイソレータ部９を組み立
てた場合、光アイソレータの特性としては挿入損失１．
２ｄＢ、アイソレーション４０ｄＢの良好な特性が得ら
れることが計算できる。

【００４２】図６は本発明の光コネクタを構成する第２
の実施例で、アダプタ型光アイソレータ２１を示す断面
図である。

【００４３】図６に示すアダプタ型光アイソレータ２１
において、Ｂはアダプタハウジング、７１は割スリーブ
を示し、２ｂで示した部位は雄ネジを形成している。８
ａ、８ｂはコア拡大ファイバを保持したフェルールで、
６ａ、６ｂで示した挿入孔からフェルールが挿入された
とき、その端面にフェルールが当接されるように光軸方
向に位置決め保持されている。

【００４４】光アイソレータ部９１の、偏波無依存型光
アイソレータとコア拡大ファイバについては、図２に示
した光アイソレータ部９を構成する偏波無依存型光アイ
ソレータ、コア拡大ファイバ５と実質的に同様のもので
ある。

【００４５】図７は上述のアダプタ型光アイソレータ２
１を構成する光アイソレータ部９１を示す断面図で、光
アイソレータ部９１は、磁石４並び光アイソレータ用素
子３からなる偏波無依存型光アイソレータと、コア拡大
ファイバ５を保持したフェルール８ａ、８ｂとが割スリ
ーブ７１内部に挿入保持されている。偏波無依存型光ア
イソレータは、光アイソレータ用素子３の各素子（複屈
折結晶板３１、３２、３３、ファラデ回転子３４）の光
の入出射面を入射光線軸に対して傾斜させて円筒型の磁
石４内に配置し、各素子を一体化した構成である。傾斜
方向及び傾斜角は図３に示した内容と同様である。

【００４６】フェルール８ａ、８ｂはコア拡大ファイバ
５を挿通して、コア拡大領域を対向させて光アイソレー
タ用素子３の両側に配置される。

【００４７】本実施例によれば、光アイソレータ用素子
３と磁石４からなる偏波無依存型光アイソレータ、さら
にはコア拡大ファイバを保持したフェルールを割スリー
ブの内径部で狭持、固定させる構成なので、各部品の組
立調整が不要で、大幅に作製が容易になる。

【００４８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の光コネク
タは、フランジもしくはスリーブの内部に、予めファラ
デ回転子と複屈折結晶板とを一体化した偏波無依存型の
光アイソレータ用素子と、円筒型磁石と、コア拡大ファ
イバを保持したフェルールを配置する構成としたので、
小型で使い勝手が良く、偏波無依存型光アイソレータ機
能を有する光コネクタを容易に実現でき、光ファイバ同
士の接続が極めて容易になる。また、単に小型化できる
だけでなく、ホルダ等の部品を別途用いることなく高価
なファラデ回転子や複屈折結晶板をより小さくカッティ
ングして使用でき、大量に、安価に本発明の光コネクタ
を提供できる。

【００４９】また、コア拡大ファイバを用い、光アイソ
レータ用素子の両端に、コア拡大領域を対向させて配置
することにより、レンズが不要となり、アライメント特
性が向上し煩雑な微調整の手間が省ける。

【００５０】また、偏波無依存型の光アイソレータ用素
子の出射光線が入射光線軸上に一致するように、ファラ
デ回転子と複屈折結晶板の光の入出射面を入射光線軸に
対して傾斜させて円筒磁石内に配置した構成であるた
め、コア拡大ファイバを保持したフェルールの位置調整
が不要で、フランジもしくはスリーブ内に各部品を無調
整で整列保持するだけで低損失な接続が実現できる。さ
らに、光アイソレータ用素子端面からの反射戻り光が光
ファイバへ入射しない構成で有るため、反射減衰量特性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光コネクタを構成する第一の実施例で
プラグ型光アイソレータを示す断面図。

【図２】図１のプラグ型光アイソレータを構成する光ア
イソレータ部の断面図。

【図３】図２の光アイソレータ部の順方向の光の動作原
理を説明する図。

【図４】コア拡大ファイバの構成を示す縦断面図。

【図５】（ａ）（ｂ）はコア拡大ファイバの特性図。

【図６】本発明の光コネクタを構成する第二の実施例で
アダプタ型光アイソレータを示す断面図。

【図７】図５のアダプタ型光アイソレータを構成する光
アイソレータ部を示す断面図。

【図８】従来の偏波無依存型光アイソレータの構成図。

【図９】従来の偏波無依存型光アイソレータの動作原理
を説明する図で、（１）は順方向の光の伝搬状態図、
（２）は逆方向の光の伝搬状態図。

【図１０】従来の偏波無依存型光アイソレータの外観
図。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ：ハウジング ｆ１，ｆ２，ｂ
１，ｂ２：光線 １：プラグ型光アイソレータ ２ａ：雌ネジ ２
ｂ：雄ネジ ３：光アイソレータ用素子 ４：円筒型磁石 ５：コア拡大ファイバ ５ａ，５ｂ，８ａ，
８ｂ：フェルール ６ａ，６ｂ：挿入孔 ７：フランジ ９，９１，１８：光アイソレータ部 １０，２０：偏波無依存型光アイソレータ １１，１２，１３：複屈折結晶板 １４，３４ ：ファ
ラデ回転子 １５：結合レンズ １６，１７：光ファ
イバ １９：コネクタ部 ２１：アダプタ型光
アイソレータ ３１，３２，３３：複屈折結晶板 ５１：コア ５２：クラッド ７１：割スリーブ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コア拡大ファイバが保持されるフェルール
   と、該フェルールを挿入してその位置決め保持を行うフ
   ランジもしくはスリーブを具備し、１またはそれ以上の
   ファラデ回転子と２またはそれ以上の複屈折結晶板とよ
   りなる偏波無依存型の光アイソレータ用素子を円筒磁石
   内に配置し、該円筒磁石を前記フランジもしくはスリー
   ブの内部に配置させた光コネクタにおいて、前記光アイ
   ソレータ用素子の各素子である１またはそれ以上のファ
   ラデ回転子と２またはそれ以上の複屈折結晶板とを周面
   が入射光線軸と平行でかつ光の入出射面を入射光線軸に
   対して傾斜させた状態で一体化させたことを特徴とする
   光コネクタ。