JPS63139318A - Ｌｄモジユ−ル光学系 - 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】 概　　　要 反射帰還光分離型の光アイソレータを用いて構成される
ＬＤモジュールにおいて、伝送路となる光ファイバとし
て偏波面保持ファイバを用い、この偏波面保持ファイバ
と光アイソレータ間に１／４波長板を配置すると共に、
偏波面保持ファイバの保持偏波面及び１／４波長板の結
晶軸がＬＤの出力光の偏波面と平行または垂直となるよ
うにして、光アイソレータで分離されずにＬＤに戻った
反射帰還光の偏波面が、ＬＤの出力光の偏波面と垂直に
なるようにする。これにより、反射帰還光のＬＤに対す
る影響を低減する。

Ｌ１上立旦ユ遣１ 本発明は、長距離大容量光ファイバ伝送システムの光源
として用いるＬＤモジュールの光学系に関し、特に、反
射帰還光分離型の光アイソレータを用いて構成されるＬ
Ｄモジュール光学系に関する。

近年、通信の長距離大容量化に伴い、本質的に広帯域な
シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦと略称する）
を伝送路とする光通信システムが実用段階にある。この
システムにおいては、ＬＤモジュールに備えられたＬＤ
（半導体レーザ）を時系列の電気信号で駆動して時系列
の光パルスを形成し、これをＳＭＦに導くようにしてい
る。ＬＤモジュールの光学的結合構造としては、例えば
第３図に示すように、ＬＤ２０からの出射光を、共焦点
位置に配置されるレンズ対２２．２４を介して５ＭＦ２
６に集光するようにしたものが、通常良く用いられてい
る。

一方、光ファイバの波長分散に起因する伝送距離・伝送
容量の制限を排除するために、ＬＤの単一波長動作に大
きな期待が寄せられており、ＬＤの構成要素である反ｔ
ＪＪ鏡部に波長選択機能を付加させたＤＦＢ−ＬＤ　（
分布帰還形ＬＤ）等が開発途上にある。

しかし、ＤＦＢ−ＬＤのようにコヒーレント性の優れた
ＬＤを用いて、第３図に示したようなＬＤモジュールを
構成すると、Ｌ　Ｄから出射され、接続されるＳＭＦの
端面あるいは他の光学系装置で反射して戻ってくる同一
波長の反射帰還光、により、ＬＤの動作が不安定となり
、ノイズが増大するという不都合がある。このため、光
信号を一方向にだけ通過させる光アイソレータを用いて
なる光学系が必要とされる。

従来の技術 上述した目的で使用される光アイソレータは、システム
構成作業の簡便さから、通常、Ｌ　Ｄモジュール内に組
込まれており、ＬＤモジュールの各部材の配置条件の制
限等から、第４図に示すように、レンズ２２．２４間に
光アイソレータ２８を介挿するようにしている。この場
合、レンズ２２゜２４間の間隔は、結合効率の面から１
０ｍ＋以下とするのが望ましく、グラントムソン型ある
いはＵ−ション型偏光子を用いて構成される大型な光ア
イソレータを適用するのは困難である。このため、複屈
折性の偏光プリズムを用いてなる小型化に適した反射帰
還光分離型の光アイソレータが提案されている。

第５図は小型化に適した光アイソレータ２８の概略構成
及び作用を説明するためのものである。

同図中３０は紙面に垂直な方向に結晶軸（主軸に一致す
るもの、以下同じ）３０ａを有する複屈折性の中軸結晶
からなる第１偏光プリズム、３２は前記結晶Ｏ＆　３０
　ａに対して順方向からみて時計回りに４５°傾いた結
晶軸３２ａを有する同じく複屈折性の単軸結晶からなる
第２偏光プリズム、３４はこれらの偏光プリズム３０．
３２間に介挿され一様磁場Ｈを印加されて透過光を４５
°旋光するファラデー回転子をそれぞれ示している。

いま、偏光プリズム３０．３２が同一材料から形成され
ているとして、この常光線に対する屈折率をｎ　、異常
光線に対する屈折率をｎ８とすると、発光源からの光の
うち第１偏光プリズム３０に対する常光線成分、即ち結
晶軸３０ａに垂直な偏光成分は、第１偏光プリズム３０
において屈折率ｎ　で屈折した後に、ファラデー回転子
３４において順方向（図中左から右方向）に向って時計
六回りに４５゛回転し、更に、結晶軸３０ａに対して４
５°傾いた結晶軸３２ａを有する第２偏光プリズム３２
において第２偏光プリズム３２に対する常光線として屈
折率ｎ。で屈折して出射される。また、発光源からの光
のうち第１偏光プリズム３０に対する異常光線成分、即
ち結晶軸３０ａに平行な偏光成分は、第１偏光プリズム
３０において屈折率ｎ８で屈折した後に、ファラデー回
転子３４において同じく４５゛回転し、更に、第２偏光
プリズム３２において第２偏光プリズム３２に対する異
常光線として屈折率ｎ。で屈折して出射される。そして
第２偏光プリズム３２から出射された入射光に平行な光
は、適当なレンズによって集光されて光ファイバに導か
れる。尚、ＤＦＢ−ＬＤを発光源とするＬＤモジュール
にこの光アイソレータ２８を適用する場合には、実用上
直線偏光を発するＤＦＢ−ＬＤの偏光面（電場ベクトル
を含む面）を、第１偏光プリズム３０の常光線成分方向
に一致させて、ＤＦＢ−ＬＤからの光が単−光路で光フ
ァイバに導かれるようにして、結合効率を高めるように
している。

一方、光ファイバの端面等で反射して戻ってきた反ｔＪ
４帰還光のうち第２偏光プリズム３２に対する常光線成
分、即ち結晶軸３２ａに垂直な偏光成分は、第２偏光プ
リズム３２において屈折率ｎ。

で屈折した後に、ファラデー回転子３４において逆方向
（図中布から左方向）に向って反時計回りに４５°回転
し、第１偏光プリズム３０において今度は第１偏光プリ
ズム３０に対する異常光線として屈折率ｎ　で屈折して
出射される。また、反射帰遠光のうち第２偏光プリズム
３２に対する異常光線成分、即ち結晶軸３２ａに平行な
偏光成分は、第２偏光プリズム３２において屈折率ｎ。

で屈折した後に、ファラデー回転子３４において同じく
反時計方向に４５°回転し、第１偏光プリズム３０にお
いて第１偏光プリズム３０に対する常光線として屈折率
ｎ０で屈折して出射される。

このように、発光源から光ファイバに至る順方向の光が
各偏光プリズム３０．３２で受ける屈折（ｎ　とｎ　の
組合わせまたはｎ。とｎ。の組合わせ：このとき、入射
光と出射光は平行）と、光ファイバの端面等で反射して
戻ってきた反射帰還光が偏光プリズム３２．３０で受け
る屈折（ｎ。

とｎ。の組合わせ：このとき、入射光と出射光は平行で
ない）とが異なるので、発光源からの光を光ファイバに
導くような光学的結合構造に設計されている場合には、
反射帰還光は第１偏光プリズム３０から２つの偏光成分
に分離して出射され、発光源に戻ることが防止される。

発明が解決しようとする問題点 しかし、上述した構成の光アイソレータにあっては、各
偏光プリズム３０．３２の結晶軸３０ａ。

３２ａがなす角、及びファラデー回転子３４の旋光角を
厳密に４５°に設定することは事実上困難であり、多少
なりとも４５°からのずれが生じる。

このため、反ｏｉＪ帰還光における第２偏光プリズム３
２の常光線成分は、ファラデー回転子３４により旋光さ
れた後に、その大部分が第１偏光プリズム３０の異常光
線として入射光に対して分離されるが、前記角度のずれ
により、僅かながら第１偏光プリズム３ｏの常光線成分
が生じ、これは入射光と平行なのでＬＤに戻ってしまう
。また、反射帰還光における第２偏光プリズム３２の異
常光線成分は、ファラデー回転子３４により旋光された
後に、その大部分が第１偏光プリズム３０の常光線とし
て入射光に対して分離されるが、同理由により僅かなが
ら第１偏光プリズム３０の異常光線成分が生じ、これも
入射光と平行なのでＬＤに戻ってしまう。このような僅
かな反射帰還光は、特にＤＦＢ−ＬＤ等のようにコヒー
レント性の高いＬＤを光源として用いている場合に、雑
音特性の劣化等の原因となることがある。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、反射
帰還光の影響を最小限に抑えたＬＤモジュール光学系を
提供することを目的としている。

１１１１１人工ゑ皇差旦工１ 前述した僅かな反射帰還光のうち、第１Ｑ光プリズム３
０の常光線〈紙面に平行な直線偏光：以下、１−　Ｅ偏
光という）成分と、第１偏光プリズム３０の異常光線（
紙面に垂直な直Ｉ！偏光：以下、ＴＭｔ２光という）成
分とに関して、発光源であるＬＤに対する影響を調べた
ところ、ＬＤの偏光面に一致するＴＥ偏光成分の影響力
の方が格段に大きいことが明らかになった。この事実に
着目すると、ＬＤへの反射帰還光のうちＴＥ酸成分抑え
れば良いことになる。

そこで、本発明は、結晶軸を互いに４５°傾けた複屈折
性の偏光プリズム間に、一様磁場中で入射光を４５°旋
光するファラデー回転子を介挿してなる光アイソレータ
と、ＬＤの出力光を光ファイバに結合するレンズ系とを
光軸上に配置してなるＬＤモジュール光学系において、
前記光ファイバを偏波面保持ファイバとし、光アイソレ
ータと偏波面保持ファイバ間に１／４波長板を配置し、
偏波面保持ファイバの保持偏波面及び１／４波長板の結
晶軸が、ＬＤの出力光の偏波面と平行または垂直となる
ようにしたことを特徴とする特許ジュール光学系を提供
する。

尚、「偏光」及び「偏波」の語句は同一概念を指すもの
であるが、本願明細書中では、これらを慣用に準じて使
い分けている。

作　　　用 ＬＤから出射されたＴ　Ｅ偏光は、光アイソレータで４
５°旋光されて、そのＴＥ偏光成分及びＴＭ偏光成分の
撮幅・位相が互いに等しい直線偏光として、１／４波長
板に入射する。１／４波長板の結晶軸（主軸）は、ＴＥ
偏光面あるいはＴＭ偏光面と平行になるように設定され
ているので、前記直線偏光は、そのＴ口偏光成分及びＴ
Ｍ偏光成分のうちのどちらか一方が他方に対して位相が
π／２遅れた状態で、即ち、円偏光となって１／４波長
板から出射される。偏波面保持ファイバの保持偏波面（
コア中心軸を含む互いに直交した２面）は、ＴＥ偏光面
あるいはＴＭ偏光面と一致するように設定されているの
で、前記円偏光は、実用的な結合損失で偏波面保持ファ
イバに入射される。

偏波面保持ファイバ内を順方向に進行して端面等で反射
してぎた逆方向の反射帰還光は、その偏波状態が保存さ
れており、再び１／４波長板、を通過する際に、ＴＥ偏
光成分及びＴＭ偏光成分のうち、順方向において位相が
π／２Ｍれた方の偏光成分の位相が更にπ／２遅れる。

従って、一方の偏光成分の位相が合計でπ遅れたことに
なり、１／４波長板から出射された反射帰還光は、元の
直線偏光に直角な直線偏光として、光アイソレータに入
射する。この直線偏光は、光アイソレータの逆方向入射
側偏光プリズムの異常光線であるので、ファラデー回転
子で進行方向に向かって反時計方向に４５°旋光されて
、逆方向出射側偏光プリズムの常光線として、つまりＴ
Ｅ偏光として、光軸から分離されて光アイソレータから
出射される。

このとき、旋光角のずれ等により生じるＴＭ偏光が、光
軸から分離されずにＬＤに戻ることになる。

このように、反射帰還光のＴＥ偏光成分は全て光軸から
分離され、ＬＤに戻る光はＴＭ偏光だけとなるので、反
射帰還光のＬＤに対する影響が最小限に抑えられる。

実　　施　　例 以下、本発明の望ましい実施例につき図面にもとづいて
詳細に説明する。

第２図（ａ）、　（ｂ）は、本発明のＬＤモジュール光
学系の動作の理解を容易ならしめるために、このＬＤモ
ジュール光学系から１／４波長板を取除いたような構成
を示したものである。

２はＤＦＢ−ＬＤ等の直線偏光を出力するＬＤであり、
当該偏光面が紙面と平行（ＴＥ偏光面）となるように配
置されている。３は互いに共焦点位置に配置される第ル
ンズ３ａ及び第２レンズ３ｂからなるレンズ系であり、
ＬＤ２の出力光を偏波面保持ファイバ４に結合する。各
レンズ３ａ。

３ｂは、球状レンズ及びグリンロッドレンズ（屈折率分
布型ロッドレンズ）等を組合わせて構成することができ
る。偏波面保持ファイバ４は、非軸対称な屈折率分布あ
るいは非情対称な残留応力分布を有するシングルモード
形のもので、その主たる保持偏波面は、ＴＥ偏光面を順
方向に向かって時計方向に４５°回転させた面と一致す
るようにされている。尚、後述する本発明実施例の構、
成にあっては、該保持偏波面はＴＭ偏光面と一致するよ
うにされる。

光アイソレータ１は、例えばルチルからなる第１偏光プ
リズム１１並びに第２偏光プリズム１２及びこれらの偏
光プリズム１１．１２間に介挿されるファラデー回転子
１３から構成され、第ルンズ３ａと第２レンズ３ｂ間の
光線がコリメートされている位置に配置される。第１偏
光プリズム１１の結晶軸１１ａは、紙面と垂直（ＴＭ偏
光面）となるように設定され、第２偏光プリズム１２の
結晶軸１２ａは、結晶軸１１ａに対して順方向に向かっ
て時計回りに４５°傾いた方向となるように設定される
。ファラデー回転子１３は、例えばＹＩＧから形成する
ことができ、このファラデー回転子１３には、十分に強
い例えば２３００ガウス以上の永久磁界Ｈ１が、図中矢
印方向に印加されている。そして、ファラデー回転子１
３の長さは、ファラデー回転子１３を通過する光の偏光
面が順方向に向かって４５°回転（旋光）するように設
定される。尚、ファラデー回転子１３に印加する磁界を
十分強くしておくのは、前記回転角が磁界の変化により
大きく変化することを防止するためである。

順方向の光の進行について、第２図（ａ）を用いて説明
する。ＬＤ２から出射されたＴＥ偏光は、先ず、レンズ
３ａによりコリメートされて、光アイソレータ１に入射
する。このＴＥ偏光は、第１プリズム１１で常光線とし
て屈折し、ファラデー回転子１３で進行方向に向かって
時計回りに４５°旋光されて、第２プリズム１２でも常
光線として屈折して、入射光線と平行に出射される。こ
の光線は、ＴＥ偏光成分及びＴＭ偏光成分の振幅・位相
が互いに等しい直線偏光とな゛つでいる。この直線偏光
はレンズ３ｂにより集光されて、偏波面保持ファイバ４
に結合される。この場合、偏波面保持ファイバ４の保持
偏波面は前記直線偏光の偏光面に一致しているので、結
合損失が実用上問題となることはない。偏波面保持ファ
イバ４内では、図示しない出力端までこの偏光状態が保
存される。このため、偏波面保持ファイバ４の端１面等
で反射してきた反射帰還光も直線偏光となり（第２図（
ｂ））、この偏光面は、順方向の直線偏光の偏光面に一
致する。この直線偏光は、再びレンズ３ｂによりコリメ
ートされて、光アイソレータ１に入射し、第２偏光プリ
ズム１２で常光線として屈折する。ファラデー回転子１
３では、今度は逆方向に向かって反時計回りに４５°旋
光されて、第１偏光プリズム１１をその異常光線として
通過する。このため、光アイソレータ１を出射した１Ｍ
偏光は、入射光に対して平行とはならず、レンズ３ａに
よりＬＤ２に集光されることはない。一方、旋光角の４
５°からのずれ等により生ずる反射帰還光のＴＥ偏光成
分は、第１偏光プリズム１１をその常光線として通過す
るので、入射光に対して平行となり、レンズ３ａを介し
てＬ　Ｄ　２に戻ってしまう。

このように、ＬＤモジュール光学系に偏波面保持ファイ
バ４を適用することにより、反射帰還光のＴＭ６２光成
分は全て分離され、ＬＤ２に戻る僅かな反射帰還光は全
てＴＥ偏光成分となっていることが明らかである。換言
すれば、偏波面保持ファイバ４を適用することにより、
ＬＤ２に戻る僅かな反射帰還光を直線偏光とすることが
でき、従来技術と比較して、反射帰還光の強度を減少さ
せることが可能となる。しかし、ＬＤ２に戻る直線偏光
はＴＥ偏光となっており、その偏光面はＬＤ２の出力光
の偏光面と一致する。これらの点を勘案して、本発明実
施例では、１７４波長板を用いて、光アイソレータ１に
入射する反射帰還光の偏光面が、光アイソレータ１の順
方向出力光の偏光面と直角となるようにし、ＬＤ２に戻
る反射帰還光が全て１Ｍ偏光となるようにしている。

第１図（ａ）、　（ｂ）は本発明の望ましい実施例を示
すＬＤモジュール光学系を示すものであり、第２図（ａ
）、　（ｂ）の光学系に加えて、レンズ３ｂと偏波面保
持ファイバ４間に１／４波長板５を配置すると共に、偏
波面保持ファイバ４の保持偏波面をＴＥ偏光面あるいは
ＴＭ偏光面に一致させてなる。

１／４波長板５は、複屈折性の単軸結品からなり、この
１／４波長板５の異常光線の位相が常光、線の位相に対
して１／４波長、即ちπ／２遅れるように、その長さが
設定されている。１／４波長板５の結晶軸は、ＴＥ偏光
面あるいはＴＭ偏光面と平行になるように設定されてい
る（便宜上ＴＭ偏光面とする）。

第１図（ａ）において、光アイソレータ１を通過して進
行してきた光は、第１図と同様ＴＥ偏光を順方向に向か
って時計回りに４５°回転させた直線偏光であり、この
ＴＥ偏光成分及び１’Ｍ偏光成分の振幅・位相は互いに
等しい。１／４波長板５の結晶軸は、ＴＭ偏光面と平行
に設定されているので、前記直線偏光は、そのＴＭ偏光
成分がＴＥ偏光成分に対して位相がπ／２遅れた状態で
、つまり、円偏光となって１／４波長板５から出射され
る。この円偏光は、互いに振幅が等しく位相がπ／２ず
れた２つの直線偏光が合成されているとみなせるので、
大きな損失を生じることなく、偏波面保持ファイバ４に
結合することができる。

偏波面保持ファイバ４内を順方向に進行して端面等で反
射してきた逆方向の反射帰還光は、その偏波状態が保存
されており、再び１７４波長板５を通過する際に、順方
向において位相がπ／２遅れたＴＭ偏光成分の位相が更
にπ／２ｉ、！Ｎれる。従って、ＴＭ偏光成分の位相が
合計でπ遅れたことになり、１７４波長板から出射され
た反射帰還光は、元の直線偏光の振動面と直角な振動面
を有する直線偏光として、光アイソレータ１に入射する
。

この直線偏光は、第２偏光プリズム１２の異常光線であ
るので、ファラデー回転子１３で進行方向に向かって反
時計方向に４５°旋光されて、第１偏光プリズム１１の
常光線として、つまりＴＥ偏光として、光軸から分離さ
れて光アイソレータ１から出射される。このため、ＴＥ
偏光がレンズ３ａにより集光されてＬＤｌに戻ることは
ない。このとき、旋光角のずれ等により生じるＴＭ偏光
が、光軸から分離されずにり、Ｄ　１に戻ることになる
が、ＴＭ＠光は、前述したようにＬＤｌの出力光（ＴＥ
偏光）と振動面が異なるので、ノイズ特性等が低下する
恐れはない。

このように、反射帰還光のＴＥ偏光成分は全て光軸から
分離され、ＬＤに戻る光はＴＭ偏光だけとなるので、反
射帰還光のＬＤに対する影響が最小限に抑えられる。

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、光アイソレータ
を用いたにもかかわらずＬＤに戻ってくる僅かな反射光
を、ＬＤの出力光の偏光面と異なる偏光面を有する直線
偏光だけにすることができ、反射帰還光の影響を最小限
に抑えたＬ　Ｄモジュール光学系を提供することが可能
になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は、本発明の望ましい実施例を示
すＬ　Ｄ’モジュール光学系の構成図、第２図（ａ）、
　（ｂ）は、第１図（ａ）、（ｂ）から１／４波長板を
取除いたときの説明図、 第３図は、従来のＬＤモジュール光学系の一例を示す図
、 第４図は、従来の改良されたＬＤモジュール光学系の一
例を示す図、 第５図は、小型化に適した光アイソレータの構成及び動
作を説明するための図である。 １．２８・・・光アイソレータ、 ２．２０・・・ＬＤ、　　３・・・レンズ系、４・・・
偏波面保持ファイバ、 ５・・・１／４波長板、 １１．３０・・・第１偏光プリズム、 １２．３２・・・第２偏光プリズム、 １３．３４・・・ファラデー回転子。 ２０：ＬＤ ２２、　２４：　　Ｌ、＞ス゛ ２６：ＳＭＦ 従来刀ＬＤモジ゛ニール丸イネのイ列ε示す口笛３図 イ足来の改良々れぐＬＤモゾ工−ルＣ学玉のタセ示す図
第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 結晶軸を互いに４５°傾けた複屈折性の偏光プリズム（
   １１）、（１２）間に、一様磁場中で入射光を４５°旋
   光するファラデー回転子（１３）を介挿してなる光アイ
   ソレータ（１）と、 ＬＤ（２）の出力光を光ファイバに結合するレンズ系（
   ３）とを光軸上に配置してなるＬＤモジュール光学系に
   おいて、 前記光ファイバを偏波面保持ファイバ（４）とし、光ア
   イソレータ（１）と偏波面保持ファイバ（４）間に１／
   ４波長板（５）を配置し、 偏波面保持ファイバ（４）の保持偏波面及び１／４波長
   板（５）の結晶軸が、ＬＤ（２）の出力光の偏波面と平
   行または垂直となるようにしたことを特徴とするＬＤモ
   ジュール光学系。