JPS63200117A - 多段光アイソレ−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〕 この発明は光を一方向に伝搬させる場合に、同じ光路を
逆方向に伝搬する光を制御する機能を有するアイソレー
タに関するものである。

〔従来の技術〕

例えば、光源として半導体レーザの発生した光を光ファ
イバーを介して伝搬させようとする場合、光フアイバー
内部での光の分散、屈折率の部分的不均一、接続部の存
在等によって反射光を生じ、光路を逆方向に伝搬して光
源の半導体レーザーに再び結合することがある。このよ
うな状態では、半導体レーザーの発振が不安定となり発
生光の雑音が増加して好ましくない、そこでこのような
場合、前記反射光を抑制するために光アイソレータを使
用することが有効である。

第１図は従来の光アイソレータの構成例を示したもので
ある。同図においてａ点から入射した光はレンズ１で平
行光線に変換されて偏光子Ｐ１に入射する。偏光子Ｐ１
は入射光から一定方向の偏波光例えば垂直偏波光だけを
選択的に通過させる。偏光子ＰＩの出射光はＹ　Ｉ　Ｇ
　（ＹｌＬＯｌ、　Ｆｅｔｕｓを主成分とする酸化物単
結晶）等の単結晶により構成されるファラディ回転素子
３に入射し、偏波方向が４５゛回転した出射光を生じる
０通常は、“ファラディ回転素子ＰＲは図のように円筒
形磁石３の中央に置かれ、光路とほぼ平行方向に磁化さ
れている。ファラディ回転素子ＰＲの出射光は検光子Ｐ
２に入射するが、検光子Ｐ２の偏波方向は垂直方向から
４５°傾いている。このため、ファラディ回転素子ＰＲ
から入射した光は、検光子Ｐ２をそのまま通過して出射
し、レンズ２を経てｂ点に収束された出力を生じる。従
って、例えばｂ点に光ファイバーの端部を置けば、ａ点
すら入射した光を光ファイバーに結合させることができ
る。

一方、前述のように光ファイバー等において発生した反
射光はｂ点からレンズ２を経て偏光子Ｐ２（前回は検光
子として作用）に入射し、偏光子Ｐ２の偏光方向に一致
した成分光は偏光子Ｐ２を通過してファラディ回転素子
３に入射する。ファラディ回転素子ＰＲは、周知のよう
に光の入射方向とファラディ回転素子材料の磁化方向と
の関係により偏光面の回転方向が変わる。この場合の配
置の座標系では入射光の場合と同方向に４５゛回転する
ので、（ファラディ回転素子ＰＲの出射光の偏波方向は
検光子Ｐｉ（前回は偏光子として作用）の可伝搬方向に
対して垂直になる。このため、ファラディ回転素子ＰＲ
からの入射光は検光子Ｐｉにおいて阻止されａの側に伝
搬されない、従って、ａ点に置かれた半導体レーザーに
結合する逆進入光は阻止され、半導体レーザーにおける
Ｓ／Ｎの劣化が防止される。

第１図に示された光アイソレータにおいて、偏子及び検
光子Ｐｉ、　Ｐ２には従来ローションプリズムやグラン
トムソンプリズムが使用されている。これらのプリズム
の消光比は約５０ｄＢが限度と言われている。また、フ
ァラデイ回転素子として用いられる前述のＹＩＧやＣＢ
　Ｉ　Ｃ（ＧｄｚＯｓ、Ｒｉｇ’ｓ。

ＹｔＯｉ＋ＰｅｚＱｓを主成分とする酸化物単結晶）の
材料の消光比は約４０ｄＢと言われている。このような
部品をいくつか組み合わせて構成される光アイソレータ
の逆方向損失は各々の部品の効果が重畳し合い、それほ
ど高くできない、逆方向損失が約３０ｄＢ以上というの
が一般的な単一光アイソレータの仕様である。

さて、光通信は年々益々光密度、光速度になって行くに
ともない、コヒーレント光通信の研究が各所で盛んに行
われるようになった。この様なコヒーレント光通信には
光アイソレータの逆方向損失が３０ｄＢでは不十分であ
り、この倍の６０ｄＢ以上が要求されると言われる。当
然、第１図の光アイソレータの一段だけの構成では不十
分であり、第２図のように従来の光アイソレータを２段
連結して用いることが考えられる。これにより、原理的
には６０ｄＢ以上が実現できる。しかし、これをそのま
ま用いたのではレーザーダイオードａ側と光ファイバー
への出射側すとの間隔が離れ過ぎて、両者の結合効率を
著しく低下させることになる。

これを避けるために、二つのアイソレータ即ち、二つの
永久磁石３ａ、３ｂを近付けると、対向する磁極面の磁
力性が引き合い、肝心のファラデイ回転素子ＰＲ−１，
ＰＲ−２に掛かる磁界が弱くなる。接近のさせ方によっ
てはＰＲ−１，ＰＲ−２が不飽和状態になり、それぞれ
が光アイソレータとしての単独の性能を維持できなくな
る恐れがある。

また、入射側と出射側の偏波面が９０度回転してしまい
、レーザーダイオードａとファイバーｂの各々の光学系
の偏波方向を直交させる配置の必要が生ずる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように従来の多段光アイソレータは、寸法が大きく
かつ偏波面が９０度回転するという不都合を有していた
０本発明の目的は、これらの問題点を解決するための小
型高性能の多段光アイソレータを提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本発明の多段光アイソレータは、ファラディ回転
素子がＮ個、かつこれらのそれぞれを内包する円筒型磁
石がＮ個、かつ偏光子、検光子として作用するＮ＋１個
のビームスプリッタ−の間に前記ファラディ回転子が交
互に配されてなる多段光アイソレータにおいて、前記Ｎ
個の磁石は軸方向に磁化されており、かつ隣接する磁石
の極性は同極同志が互いに向かい合うように配されてい
ることを特徴としている。

〔作　用〕

本発明の光アイソレータの構造を用いれば、偏波面の回
転しない小型の高性能多段光アイソレータを実現できる
。

〔実施例〕

第３図は本発明の２段光アイソレータの一実施例の構成
を示したものである。即ち、厚みＬの円筒形磁石３ａ、
３ｂ’　は互いに磁化方向が逆であり、距離Ｘだけ離れ
てＳ極同志が向かい合うようになっている。また、偏光
子、検光子として作用するビーム・スプリッターＰＩ、
　Ｐ２．　Ｐ３°は図のように配置される。入射及び出
射側のＰＩ、　Ｐ３’　は同じ方向即ち０°方向を向い
ている。二つのファラディ回転素子ＰＲ−１，ＰＲ−２
″に挟まれた検光子Ｐ２は４５°の方向を向いている。

このような構成にすると、ａ点より入射した光はファラ
ディ回転素子ＰＲ−１を通過することにより偏波面が４
５゛回転し、約４５°傾いた検光子Ｐ２を通過して第２
のファラディ回転素子ＦＲ−２°に入る。ここで、ＰＲ
−２”が逆方向に磁化されているため通過する光の偏波
面は逆の方向に４５゛回転する。即ち、光の偏波面はａ
点より入射した最初の光の偏波の方向に戻り、はぼ０°
方向に配置された検光子Ｐ３°を通過する。

この方向が光アイソレータの順方向である０本発明の実
施例では、光が順方向を通過する際、偏波面を変えるこ
となく、極めて低い挿入損失で通過させることができる
。このことは従来のように光アイソレータの存在を考慮
した４５°もしくは９０゜の偏波面の傾いた光学系を予
め設計する必要がなく極めて好都合である。また、Ｓ極
同志を接近させたことにより、１段の光アイソレータの
場合よりファラディ回転素子に印加される磁界は強くな
るという効果もある。

一方、ｂ点から入射した光はＰＲ−２’により逆方向に
４５゛させられ、検光子Ｐ２の通過方向とは直交する。

ここで先ず３０ｄＢの逆方向損失が確保される。次に検
光子Ｐ２を漏れた光は順方向に４５゜回転させられ、検
光子Ｐ１とは直交し、更に３０ｄＢ減衰する。合計６０
ｄＢの減衰量が得られることになる。このように逆方向
損失の加算のされ方は従来技術の場合となんら変化はな
い。

第４図は、磁界が強化される効果を利用した本発明のも
う一つの実施例を示したものである。即ち、二つの磁石
の距離ＸはＯであり、密着している。但し、この構成を
可能にするためには、中央の検光子Ｐ２はできるだけ薄
いもの例えば膜状の物である必要がある。勿論、従来構
造のような場合も密着させることは可能であるが、密着
部分の磁荷が相殺しあい見掛は上は消えてなくなる。こ
のため、単に長い磁石を用いたことと等価になり、ファ
ラディ回転素子ＰＲ−１，ＰＲ−２に印加される磁界は
極めて弱くなる。

第５図が、このような関係を明らかにするために数値計
算した結果である。グラフの縦軸は二つの磁石の中央の
点０．０°の磁界強度を、横軸は二つの磁石の距離を磁
石の内径で正規化してｘ／Ｄｉで示す、０及びＯ゛点の
磁界強度は磁石の配置が対称であるので同じである。従
来技術のようにＳ極とＮ極が対向する場合には両者の方
向は同じであ葛が、本発明のように同極同志が対向する
場合には方向が反対となる。計算の条件としては、Ｄｏ
　／Ｄｉ＝２．Ｌ／Ｄｉ＝１とした。直線ハは二つの磁
石の距離が十分離れたときの中心の磁界強度、即ち単一
磁石の場合の磁界限度である。曲線イは従来技術の場合
であり、二つの磁石が近付くにつれて次第に磁界強度が
弱（なることが分かる。これに対して、本発明に実施例
の場合には曲線口のように二つの磁石が近付くにつれて
次第に磁界強度は強くなる。特に効果が顕著に現れるＸ
＝０のところで比較すると、イと口では約２倍近く磁界
強度に差が現れる。従って、もし単一磁石のハの磁界強
度を飽和磁界のぎりぎりに設計している場合には、従来
技術の２段光アイソレータは結果としてその性能を維持
できなくなることは明白である０本発明の場合には逆に
磁界強度が強くなるので、この点では更に限界設計に挑
めることになる。

第６図は、前述の効果を更に分かりやすくするために、
ｘ／Ｄｉ＝０．０．４．Ｄｏの場合に付いて中心軸上の
磁界分布を計算した結果を示す。図は左側の磁石の中心
近傍の結果のみを示す、計算の条件は第５図と同じであ
る。磁界強度がマイナスということは方向が反対方向で
あることを意味する。（ａ）は従来技術を、（ｂ）は本
発明の場合を示す。

従来技術の場合には、全体として磁界強度が低下して行
くが、密着した場合の密着部分の磁界は逆に強くなる部
分も僅かではあるが存在する。また本発明の場合にも、
密着させた場合の密着部分では逆に磁界強度が逆に弱く
なる部分が僅かではあるが存在する。しかし、この部分
は全体からみると僅かであり、本来フプラディ回転素子
をこの部分まで伸ばして使うことはないのでこの部分の
効果は本発明の効果を論する場合問題ではない。どちら
かというと、本発明の場合、完全に密着させるよりは、
ｘ／Ｄｉ＝０．４程度少し離して使用した方がこの部分
を避けることがきると言える。

第７図は本発明の他の多段光アイソレータの実施例を示
す図である。この場合は３段の光アイソレータの場合で
ある。この図から分かるように、円筒形の磁石が３個並
べられており、隣接する二つに磁石同志は、Ｓ極同志、
Ｎ極同志と同極が向かい合っている。この配置では３つ
のファラディ回転素子のうちＰＲ−２’を除＜　ＦＲ−
１，ＰＲ−３は同じ方向に磁化されている。検光子Ｐ４
はＰ２と同じく４５゜傾いている。この場合は本発明の
一つ効果である偏波面の保存の効果は実現できないが、
中心部分の磁界強度の強調効果は確保できる。また、３
段にすることにより、逆方向損失も９０ｄＢ以上は確保
できる。本発明の隣接磁石同志の磁極を同極にするやり
方では、４段光アイソレータにすれば再び偏波面保存の
効果を確保できることはこれまでの説明の延長で明らか
であろう。

また、本発明の実施例では偏光子、検光子としてそれぞ
れ一つで代表させたが、消光比を改善するためにこれら
を複数用いても本発明の効果は同じであることは本技術
に関する専門家にとっては明らかなことである。

更に、本発明の実施例を拡張すれば、任意の数のＮ段の
光アイソレータを実現できることは明白であろう。これ
に用いられる偏光子及び検光子の回転角も、光の入射方
向からみて１番目のものを０°とすれば、偶数番目は４
５°及び奇数番目は０°になる。この設定角度の精度は
多段式の場合それほど厳密ではなく、それぞれ±５°の
範囲に入っていれば充分に実用可能である。

〔発明の効果〕

本発明の構造を用いれば、光アイソレータの性能を損な
うことなく複数の磁石を狭い空間に集めることができ、
コヒーレント光通信に不可欠な小型で高逆方向損失を有
する多段光アイソレータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来技術を説明する光アイソレータの
断面図、第３図、第４図、第７図は本発明の実施例の光
アイソレータの断面図、第５図、第６１！ｌは本発明の
磁界強度の強化効果を説明するスプリッター（偏光子、
検光子）　、ＰＲ，ＰＲ−１゜ＰＲ’４２．　ＰＲ−２
°、　ＰＲ−３；ファラディ回転素子、３゜３ａ、３ｂ
、３ｂ’＋　　３ｃ；円筒形磁石。 第１ｒｌ！Ｊ 第２図 第３図 第４図 第５図 第７図 第６ ＜ａ＞

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ファラディ回転素子がＮ個、かつこれらのそれぞ
   れを内包する円筒型磁石がＮ個、かつ偏光子、検光子と
   して作用するＮ＋１個のビームスプリッターの間に前記
   ファラディ回転素子が交互に配されてなる多段光アイソ
   レータにおいて、前記Ｎ個の磁石は軸方向に磁化されて
   おり、かつ隣接する磁石は、その極性の同極同志が互い
   に向かい合うように配されていることを特徴とする多段
   光アイソレータ。
2. （２）特許請求の範囲の第１項の光アイソレータにおい
   て、前記Ｎ＋１個のビームスプリッターのうち光の入射
   方向から数えて１番目のビームスプリッターの偏向方向
   の角度が約０度とすると、偶数番目のビームスプリッタ
   ーの偏向方向の角度は４５±５度、１番目を含む奇数番
   目の角度は０±５度の範囲内にそれぞれある多段光アイ
   ソレータ。
3. （３）前記Ｎ＋１個の偏光子及び検光子がそれぞれ複数
   の偏光子、検光子からなることを特徴とする特許請求の
   範囲の第１項の多段光アイソレータ。
4. （４）前記ファラディ回転素子が、Ｙ＿２Ｏ＿３、Ｆｅ
   ＿２Ｏ＿３を主成分とする酸化物単結晶からなることを
   特徴とする特許請求の範囲の第１項の多段光アイソレー
   タ。
5. （５）前記ファラディ回転素子が、Ｇｄ＿２Ｏ＿３、Ｂ
   ｉ＿２Ｏ＿３、Ｙ＿２Ｏ＿３、Ｆｅ＿２Ｏ＿３を主成分
   とする酸化物単結晶からなることを特徴とする特許請求
   の範囲の第１項の多段光アイソレータ。