WO1991014193A1 - Isolateur optique - Google Patents

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optical isolator
faraday element
analyzer
light
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Nobuhisa Asanuma
Tatsuyuki Uchino
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators

Definitions

  • the present invention relates to an optical isolator, and more particularly, to a configuration of an optical isolator used in an optical transmission circuit having a high-precision non-reciprocal transmission function using inexpensive optical components.
  • FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of a conventionally used optical isolator, wherein the transmission polarization directions are 45.
  • a Faraday element 5 composed of a magneto-optical crystal that gives a Faraday rotation angle of 45 ° between the polarizer 1 and the analyzer 3 arranged differently, and a permanent magnet for saturating the magnetization of the Faraday element 5 Consists of seven.
  • the light emitted from the body laser 9 becomes linearly polarized light parallel to the X-axis by passing through the polarizer 1, and the linearly polarized light is polarized in the next-stage Faraday element 5.
  • the wavefront rotates 45 ° and enters the analyzer 3.
  • the polarization direction of the linearly polarized light incident on the analyzer 3 is easily transmitted by the analyzer 3 Transmits without loss because it matches the polarization direction.
  • return light that enters the optical isolator from the opposite direction transmits only linearly polarized light having a component that matches the easily transmitted polarization direction of the analyzer 3 and enters the Faraday element 5.
  • the Faraday element 5 Since the Faraday element 5 is non-reciprocal, it is rotated by 45 ° in the same direction as the forward direction described above, and as a result, linearly polarized light having a polarization direction parallel to the y-axis is emitted, and the polarizer 1 of easily transmitting polarization direction and does not return reflected light force s to the semiconductor laser 9 is a light source does not transmit the polarizer because of the orthogonal.
  • an important optical element constituting the optical isolator is a Faraday element made of a magneto-optical crystal material, and the Faraday element is an optical element optimal for various use conditions such as a wavelength variation of a light source and a use environment.
  • the thickness, the strength of the saturation magnetization of the permanent magnet, and the dimensional equivalent force s are set so as to obtain the characteristic force s as the isolator.
  • the rotation angle of the incident polarization plane when an external magnetic field is applied to the Faraday element is ⁇
  • the transmittance of the easily transmitted polarized light when the polarizer and the analyzer are parallel
  • the transmittance of the easily transmitted polarized light in the state is Ts (generally, Tp> 0.98, the component orthogonal to the easily transmitted polarized light can be neglected because Ts is 0.0005).
  • V (IV)-(ffl) ⁇ ( ⁇ )-(I) ⁇ (6)
  • the amount of return light (hereinafter referred to as B.I.P.)
  • the return light returning to the optical isolator is assumed to be circularly polarized light.
  • the Faraday rotation angle ⁇ is a function of the thickness, operating temperature, and operating wavelength of the Faraday element.
  • the present invention has been made in view of the problem of high cost of an optical isolator as described above, and provides an inexpensive optical isolator that does not reduce the characteristics of the optical isolator while allowing the angle tolerance of the Faraday element. It is intended to
  • an optical isolator has a polarizer and an analyzer disposed on an optical axis, and has an easy transmission polarization direction of the analyzer with respect to the easy transmission polarization direction of the polarizer.
  • the polarizer and the analyzer are A half-wave plate and a Faraday element are arranged between them, and the phase difference ⁇ of the half-wave plate given at a given wavelength;
  • a high-precision optical isolator can be configured even when a Faraday element having a large angle tolerance is used.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams showing the configuration of the optical isolator according to the present invention and the polarization state of light emitted from each optical component.
  • FIG. 3 is a diagram showing the amount of return light between the optical isolator according to the present invention and a conventional optical isolator.
  • 4 and 5 are diagrams showing the configuration of a conventional optical isolator and the polarization state of light emitted from each optical component.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical isolator according to the present invention, in which 11 is a polarizer, 13 is an analyzer, and the direction of easy transmission polarization of the polarizer and the analyzer is shown. Are arranged so as to be shifted from each other by 90 °.
  • a Faraday element 15, a permanent magnet 16 for saturating the magneto-optical effect of the crystal of the Faraday element 15, and a half-wave plate 17 are provided between the polarizer 11 and the analyzer 13.
  • the fast axis F of the half-wave plate 17 is inclined by / 3 with respect to the X axis, and the relationship between the azimuth angle 0 and the Faraday rotation angle ⁇ is
  • the linearly polarized light incident on the Faraday element 15 is further rotated clockwise by 45 ° due to the Faraday effect, and its polarization direction is parallel to the y-axis and is incident on the analyzer 13. Since the direction and the polarization direction of the incident linearly polarized light are aligned, the light is transmitted without loss.
  • the reflected return light firstly enters the analyzer 13, and transmits only the component having a polarization direction parallel to the y-axis to the Faraday element 15. Incident.
  • the linearly polarized light incident on the Faraday element 15 is rotated by 45 ° in the same direction as in the case of the forward direction described above, and is incident on the half-wave plate 17.
  • the light emitted from the half-wave plate is It becomes linearly polarized light having a polarization direction parallel to the y-axis, and because it is orthogonal to the easily transmitted polarization direction of the next-stage polarizer 11, all light incident on the polarizer is reflected at the joint surface.
  • the reflected light power s does not re-enter the semiconductor laser 19.
  • the above description shows an ideal optical isolation state, and it is generally difficult to completely block the return light due to the environmental conditions of use and variations in individual characteristics of components.
  • the level of the return light can be significantly reduced as compared with the conventional optical isolator. In addition to the formula This will be described in detail.
  • V (16) cos 2 (3 e i ⁇ 2 + sin 2
  • V (IV) (VI) ( ⁇ ) ( ⁇ ') (I')
  • the polarization transmittance T s in the polarizer 13 and the analyzer 1 1 is set to 0, when obtaining the equation (18) , J
  • the phase difference ⁇ of the half-wave plate In reality, it is easy to control the phase difference ⁇ of the half-wave plate to a tolerance within 3 ° even when considering the manufacturing environment, the operating environment such as the operating wavelength and the operating temperature fluctuation.
  • the first term of the above equation (21) has a value of 4 ⁇ 10 or less, which is negligibly small compared to the second term. Therefore, focusing on the second item, the azimuth angle 13 of the half-wave plate corresponding to the amount of variation of the Faraday rotation angle ⁇
  • the amount of return light ⁇ . ⁇ . ⁇ can be minimized by compensating for the variation in ⁇ . Become.
  • the tolerance of the rotation angle of the Faraday element is measured to obtain ⁇ , and the angle
  • a high-precision optical isolator can be configured even if a Faraday element having a large angle tolerance is used. It becomes possible.
  • the rotation angle ⁇ of the Faraday element was ⁇ 45 °
  • the phase difference ⁇ of the half-wave plate used in the optical isolator according to the present invention was 180 °
  • 3 + ⁇ 0.
  • the rotation angle ⁇ of the Faraday element generally has a tolerance of about 1 ° due to factors such as the quality of the Faraday element or processing accuracy.
  • the phase difference ⁇ of the half-wave plate is also 180. If ⁇ 1 ° is set and the half-wave plate is simply placed between the Faraday element 15 and the analyzer 11, the power of 20 + ⁇ becomes 0 ° ⁇ 1 °. in its whereas B. LP of a conventional optical isolator Isseki as shown in FIG 2 becomes 3X10 "degree, BIP optical isolator according to the present invention will become 2 X10- 4.
  • the BIP of the optical isolator according to the present invention is remarkably 2 ⁇ 5 ⁇ 10 as shown in 4. improves.
  • the rotation angle of the Faraday element is ⁇ 42 °
  • the phase difference ⁇ of the half-wave plate ⁇ 177 °
  • the operating wavelength 1-3 ⁇
  • the operating temperature T 25.
  • the amount of return light BIP is
  • the rotation of the half-wave plate is compensated and arranged so that 2
  • 3 + ⁇ 0, that is, the 0 force is 21 °.
  • the optical isolator according to the present invention has an improved isolation function even with the same Faraday element used in the conventional type optical isolator, and has a Faraday element having a large tolerance force S.
  • it has the advantage of having a high-precision isolation function, but also has structural advantages in addition to the above advantages.
  • the easily transmitted polarization planes of the polarizer and the analyzer are shifted from each other by 45 °; since it is necessary to arrange the polarizer or the analyzer in the t state, setting of the polarizer or the analyzer becomes complicated.
  • the polarimeter and the analyzer are arranged such that the polarization planes of easy permeation deviate from each other by 90 °, so that one end of the surface that is ⁇ ⁇ ⁇ with respect to the incidence 5 ⁇ of the analyzer 13 is provided. Not only facilitates setting, but also makes the sides of the polarizer and the analyzer flat. Therefore, miniaturization can be achieved.
  • phase difference ⁇ of the half-wave plate is described as 180 °, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention is configured and functions as described above, it is used in an optical isolator by compensating the rotation angle tolerance of a Faraday element having a reciprocal function by a half-wave plate having a nonreciprocal function. Since the tolerance of the rotation angle of the Faraday element can be greatly tolerated, not only can the supply price of the optical isolator be reduced by using an inexpensive Faraday element, but also its assembly and adjustment are easy and It is very effective in supplying miniaturized optical isolators.

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Description

明細
光アイソレータ
技術分野
本発明は光アイソレータに関し、 より詳細には安価な光学部品を用い、 高 精度の非相反伝送機能を有する光伝送回路に用いる光アイソレータの構成に 関する。
背景技術
光源に半導体レーザを用いた光伝送回路に於いて、 光部品ゃ受光素子等、 伝送回路途中の反射端で発生する反射光が半導体レーザの共振器内に戻り光 として再び半導体レーザに入射すると、 半導体レーザの発振動作を不安定に する現象があり、 この現象のため雑音が発生し易く伝送品質が劣化するとい う問題点がある。
この問題点を除去するために従来より非相反伝送機能を有する光アイソ レータを用い前記反射戻り光を低減せしめる手段が一般的に用いられてい る。
第 4図は従来より用いられていた光アイソレ一タの基本構成を示す図であ つて、 透過偏波方向が互いに 4 5。 異なるように配置された偏光子 1及び検 光子 3の間にファラデー回転角 4 5 ° を与える磁気光学結晶より構成された ファラデー素子 5及び該ファラデー素子 5に対して磁化を飽和せしめるため の永久磁石 7から構成されている。
このように構成した光アイソレータにおいて、 ^体レーザ 9より出射し た光は偏光子 1を透過することにより X軸に平行な直線偏光となり、 次段の ファラデー素子 5に於いてその直線偏光の偏波面が 4 5 ° 回転し、 検光子 3 に入射する。
該検光子 3に入射した直線偏光は、 その偏波方向が該検光子 3の容易透過 偏波方向と一致しているため損失を受けることなく透過する。
一方、 光アイソレー夕に逆方向から入射する戻り光は第 5図に示す如く、 検光子 3の容易透過偏波方向と一致した成分の直線偏光のみが透過し、 ファ ラデー素子 5に入射する。
該ファラデ一素子 5は非相反性のため、 前述した順方向の場合と同一方向 に 4 5 ° 回転し、 その結果 y軸に対し平行な偏波方向を有す直線偏光が出射 し、 偏光子 1の容易透過偏光方向と直交しているため該偏光子を透過せず光 源である半導体レーザ 9に反射光力 s戻ることはない。
上述したように光アイソレータを構成している重要な光学素子は磁気光学 結晶材料からなるファラデー素子であり、 該ファラデー素子は光源の波長変 動、 使用環境等の各種使用条件に於いて最適な光アイソレータとしての特性 力 s得られるようにその板厚、 永久磁石の飽和磁化の強さ及び寸法等力 s設定さ れる。
次に、 ファラデー素子の特性が戻り光量 （B. I. P)に与える影響をジヨーン ズ ·ベクトルを用いて解を解く。
先ず、 ファラデー素子に外部磁界を印加した際の入射偏波面の回転角を α 、 偏光子と検光子とが平行二コルの; 態にある場合の容易透過偏光の透過率 を Tp、 直交ニコルの状態における容易透過偏光の透過率を Ts (—般に Tp〉0. 98、 Tsく 0.0005のため容易透過偏光と直交する成分は無視することができ る） とし、 第 5図において偏光子 3に入射する戻り光のジヨーンズ*べクト ルを I、 偏光子 3のジヨーンズ*マトリックスを E、 ファラデー素子 5のジ ヨーンズ'マトリックスを III、 検光子 1のジヨーンズ ·マトリヅクスを IV及 び光源 9に再入射する戻り光のジヨーンズ 'べクトルを Vとすると、 上記 I ~ Vは以下の如く表すことができる。 I = (1)
Figure imgf000005_0001
4 ΊΡ + Α Ts 4 TP- Ts
II = - (2)
Figure imgf000005_0002
f cos a — sin a l
111 = (3)
sin a cos a
IV = 0
(4)
0 4 Ts
P,
v = (5)
LP,
したがって、 光源 9に再入射する戻り光のべクトル Vは、
V= (IV) - (ffl) · (Π) - (I ) · · · (6)
と表すことができ、 戻り光量 （以下、 B.I.P と記す。 ） は、
B.I.P = I Ρχ I 2 + I Py I 2 · · · (7)
と表すことができる。
また光源への戻り光量 B.I.Pを算出するにあたり、 光アイソレータに帰還 する戻り光は円偏光とすると、
ax = ay = 1 · · · (8)
となり、 ） 式は
1
I = - (1)' と表され、 さらに偏光子及び検光子の偏光透過率 Ts=0とすると、 前記 (2) 式および (3) 式は、
Figure imgf000006_0001
Γϊ
ffl = o (3) '
0 0 と変換することができる。
したがって、 前記 (6) 式に上記条件を加味して（1)' (2) ' (3) 'および (4) 式 を代入すると、
Figure imgf000006_0002
1 ，
• · (9)
1 .
' 1 0 cos a— sin a
.0 ο. sin a +cos a
ST
Figure imgf000006_0003
となり、 斯くして Ρχおよび Py は
Figure imgf000006_0004
1 と表すことができる。
したがって、 光源に再入射する戻り光の光量 B.I.Pは
B.I.P = I P, I 2 1
= ~ Tp2 (cos a— sin ) 2
2
1
= -Tp2 1 + sin 2 a ) (11)
2
で表すことができる。
したがって、 （11)式よりファラデー回転角 aが- 45 ° より僅かにズレただ けでも光アイソレータのアイソレーション特性が著しく低下することが分か る。
ファラデー回転角 αはファラデー素子の板厚、 使用温度及び使用波長の関 数であり、 市販されているファラデー素子は一般的な使用条件に於いて回転 角 a =—45° ± 1 ° が保証されている。
し力 >しな力ら、 ファラデー回転機能を有し、 且つ実用になりうる結晶は極 僅かであり、 しかも均質な特性が得られる単結晶を作ることは非常に難しく 、 更には高精度な加工を強いられるため歩留まり力悪く、 精度の高いファラ デ一回転角を有すファラデー素子は非常に高価となり、 光アイソレータの製 造コストの大半をファラデー素子自身のコストに占められるという問題点が めった。
本発明は上述した如く光アイソレー夕のコスト高の問題点に鑑みなされた ものであって、 ファラデー素子の角度公差を許容しつつ光アイソレータの特 性を低下させることのない安価な光アイソレータを提供することを目的とす る。
発明の開示
この目的を達成するために本発明に係る光アイソレー夕は、 光軸上に配置 される偏光子と検光子とを有し、 該偏光子の容易透過偏光方向に対し検光子 の容易透過偏光方向が直交するよう配置すると共に、 該偏光子及び検光子と の間に 1/2波長板とファラデー素子とを配置し、 所定の波長； Lに於いて与え られる 1/2波長板の位相差 Δは Nを整数とした場合に Δ = 2 7c ( N ± l/2 ) なる関係を有し、 前記ファラデー素子に外部磁界を印加したときに入射偏波 面の回転角 αはその絶対値がおよそ 45° であって、 前記 1/2波長板の進相軸 と入射偏波面とのなす角を 13とした場合、 前記回転角 σと角 0との関係が、 2 /3 + α = 2 π Ν
なる関係となるように設定することにより、 角度公差の大きいファラデー 素子を用いた場合であっても高精度な光アイソレータを構成することができ るものである。
図面の簡単な説明
第 1図及び第 2図は本願発明に係る光アイソレータの構成及び各光学部品 を出射した光の偏光状態を示す図、 第 3図は本願発明に係る光アイソレータ と従来の光アイソレータとの戻り光量を比較対称した図、 第 4図及び第 5図 は従来の光アイソレータの構成及び各光学部品を出射した光の偏光状態を示 す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
第 1図は本発明に係る光アイソレータの構成を示す図であって、 同図に於 いて 1 1は偏光子、 1 3は検光子であり、 該偏光子及び検光子の容易透過偏 波方向は互いに 90° ズレた状態となるよう配置されている。
また、 該偏光子 1 1及び検光子 1 3の間にはファラデー素子 1 5、 該ファ ラデー素子 1 5の結晶の磁気光学効果を飽和させるための永久磁石 1 6及び 1/2波長板 1 7が配置され、 該 1/2波長板 1 7の進相軸 Fは X軸に対して /3 だけ傾いた状態とし、 該方位角 0とファラデー回転角 αとの関係'を
2 β + α = 0 となるよう配置する。
即ち、 α =—45。 であれば、 3 =22.5である。 このように構成した光ァ イソレークに於いて光源である半導体レーザ 1 9より光を出射すると、 偏光 子 1 1を出射した光は X軸に対して平行な偏光方向を有す直線偏光となり、 次段の 1/2 波長板 1 7に入射し、 該 1/2 波長板 1 7に於いて直線偏光の偏 波方向が X軸に対して右回りに 45° 回転し、 ファラデー素子 1 5に入射す る。
該ファラデー素子 1 5に入射した直線偏光はファラデー効果により更に右 回りに 45° 回転し、 その偏波方向は y軸と平行となり検光子 1 3に入射し、 検光子 1 3の容易透過偏波方向と入射直線偏光の偏波方向とがー致している ため損失を受けることなく透過する。
一方、 反射戻り光は第 2図に示す如く、 先づ、 検光子 1 3に入射すること により偏波方向が y軸と平行な偏波方向を有する成分のみ透過し、 ファラデ —素子 1 5に入射する。
該ファラデー素子 1 5に入射した直線偏光は前述した順方向の場合と同一 方向に 45° 回転し 1/2 波長板 1 7に入射し、 その結果、 該 1/2 波長板を出射 する光線は y軸に平行な偏波方向を有す直線偏光となり、 次段の偏光子 1 1 の容易透過偏波方向と直交しているため該偏光子に入射した光は接合面に於 いて全て反射し、 半導体レーザ 1 9に反射光力 s再入射することはない。 上記説明は理想的な光アイソレー夕の状態を示しており、 一般には使用環 境条件や構成部品の個々の特性のバラツキ等により戻り光を完全に遮断する ことは困難である。
しかしながら、 本発明の如く光アイソレータのファラデー素子の角度公差 を 1/2波長板を用いて補償することにより、 従来の光アイソレータと比較し て著しく戻り光のレベルを低減することができ、 以下、 数式をまじえて更に 詳細に説明する。
第 2図において偏光子 1 3に入射する戻り光のジヨーンズ ·べクトルを
I ' 、 偏光子のジヨーンズ ·マトリックスを π' 、 ファラデー素子のジョー ンズ ·マトリックスを ffl' 、 1/2波長板 1 7のジヨーンズ*マトリックスを VI、 検光子 1 1のジヨーンズ 'マトリックスを IV· および光源 1 9に戻る戻 り光のジヨーンズ 'ベクトルを V' とすると、 各ジヨーンズ ·ベクトル &マ 卜リックスは以下の如く示すことができる。
Π'
Figure imgf000010_0001
cos a •sin a
ffl' = (14)
sin a cos a
Figure imgf000010_0002
V = (16) cos2 (3 ei^2+ sin2 |3 e" 1 ^·
VI =
i sin2 β sin Δ/2
i sin2 β sin Δ/2
(17)
cos^e-^S+sin2 & G 2
また、 光源 1 9に再入射する戻り光の 態 V' は、
V = ( IV) (VI) (ΠΓ) (Π ') ( I ') · · (18)
であって、 該戻り光量 Β.Ι.Ρ は前記 (7) 式と同様に、 B.I.P = I Px 1 2 + I Py I 2 · · · (19)
と表すことができる。
さらに前記従来技術と同様に光アイソレー夕への戻り光の状態を円偏光と し、 偏光子 13および検光子 1 1における偏光透過率 Tsを 0と設定し、 前記 (18)式を求めると、 J
Figure imgf000011_0001
f cos a ' 0 o- ' 1 '
(20)
sin a cos a - 0 1. ■ 1.
但し、 A=cos2 |3 eiA2+ sin2/3e-iA/2.
B=i sin2 /3 sinA 2、 C=i sin2 /3 sin厶 /2、
D-cos2|3e-iA2+sin2 (3eiA/2 とする。
Figure imgf000011_0002
Tp ί 1 0 一 A sin +B cos a
0 0 一 C sin a +D cos a
Figure imgf000011_0003
した力 sつて、 光源 19への戻り光量 (B.I. P) を求めると,
B.I.P = I Px I 2
Figure imgf000011_0004
一 A sin a +B cos a I 2
2
1 Δ Δ
=-TP! cos2 — · sin2 a +sinz—
2 2 2 sin2 (2 (3 + a ) J · · · (21) 但し、 ファラデー素子の回転角 α、 1/2 波長
板内での常光線と異常光線との位相差を Δ、
1/2 波長板の進相軸 Fと入射直線偏光とのな
す角 0、 Tsは無視
と近似することができる。
したがって、 戻り光量 B. I. Pが完全に零となる（21)式の特解の一例とし
Δ = 180 ° 、 2 /3 + c∑ = 0
力 s与えられる。
現実的には 1/2波長板の位相差 Δは製造に於けるバラツキ、 使用波長及び 使用温度変動等の使用環境を考慮しても土 3 ° 以内の公差に抑えることは容 易であり、 した力 > 'つて、 前記 (21)式の第 1項は 4 X 10 以下の値となり、 第 2項と比較すると無視できるほど小さいものであることが分かる。 そのた め第 2項目に着目すると、 ファラデー回転角 αのバラッキ量に対応して 1/2 波長板の方位角 13が
2 (3 + α = 0 · · · (22)
を満足するように 1/2 波長板を入射光線軸を回転軸として微少回転せし め、 前記 αのバラツキを補償することにより戻り光量 Β. Ι.Ρを最小に抑制す ること力可能となる。
即ち、 ファラデー素子の回転角の公差を測定し αを求め、 （22)式が成立す るように 1/2波長板 1 7の進相軸 Fと入射直線偏光とのなす角 |3を設定する ことにより、 角度公差の大きいファラデー素子を用いても高精度の光アイソ レータを構成することができ、 従って、 安価に光アイソレータを構成するこ とが可能となる。
第 3図は各種パラメ一夕を設定し、 従来タイプの光アイソレータの戻り光 量と本願発明に係る光アイソレータとの比較対照を示す図であって、 同図に おける各パラメータのうち使用波長んは 1.3 μπι、 使用温度 Τは 25。 C、 偏 光透過率 TP = 0.98、 1/2波長板の進相軸と入射偏波面とのなす角 13を 22.5° に固定し戻り光量を試算する。
同図①に示した如く、 ファラデー素子の回転角 αがー 45° 、 本願発明に係 る光アイソレータに用いる 1/2波長板の位相差 Δを 180 ° 、 2 |3 + α = 0と した場合には双方とも理想的な光アイソレータを構成し、 戻り光量 Β.Ι.Ρは 0となる。
しカ しな力ら、 現実的にはファラデー素子の回転角 αは該ファラデー素子 の品質或は加工精度等の要因により一般的には土 1 ° 程度の公差を有してお り、 また 1/2波長板の位相差 Δも 180 。 ± 1° と設定し、 且つ該 1/2 波長板 をファラデー素子 1 5と検光子 1 1との間に単に配置した場合、 2 0 + αは 0° ± 1° となる力 その際に於いては同図②に示す如く従来の光アイソレ 一夕の B. LPが 3X10"程度となるのに対し、 本願発明に係る光アイソレー タの B.I.P は 2 X10-4となる。
更に、 角度公差の大きい、 即ち安価なファラデー素子を用い、 且つ 1/2波 長板の位相差 Δも更に増加して 180 ° ±3° と設定し試算すると、 ③に示す 如く従来タイプの光アイソレータの B.I.Pは増加し、 アイソレーション機能 は低下するのに対し、 本願発明に係る光アイソレータの B.I.P は低下し、 ァ ィソレーシヨン機能は向上すること力分かる。
また、 同一条件の下に於いて前記 (3) 式を満足するように 1/2 波長板の回 転補償を行うと、 ④に示す如く本願発明に係る光アイソレータの B.I.Pは 2 • 5X10 と著しく向上する。 例えばファラデー素子の回転角が— 42 ° 、 1/2波長板の位相差 Δ = 177 ° 、 使用波長ん =1- 3 τη , 使用温度 T =25。Cの場合、 従来の光アイソレータ では戻り光量 B. I.P.が
B. I. P = 0.982 ( 1 + sin 2 (-42) )
2
= 2.6 X 10 _3
となる力 本発明に係る光アイソレータでは 2 |3 + α = 0となるように、 即ち、 0力 21° となるように 1/2波長板の回転補償を行い配置することによ 0、
177 °
B. I. P = - 0.98s cos2 sin2 (-42)
2
177 °
+ sinz sin2 (2 -21+ (-42) ) -4
\二 ΙΛ 7ΧΙ0
2
と、 従来の光アイソレータと比較してその性能が著しく向上することが分 かる。
本願発明に係る光アイソレータは斯く構成することにより、 従来タイプの 光アイソレー夕に用いていたものと同一のファラデー素子を用いてもアイソ レーション機能が向上し、 また公差力 S大きいファラデー素子を持ちいた場合 に於いても高精度のアイソレーション機能を有する利点をもつが、 上記利点 のほかに構造的な利点をも有すものである。
即ち、 従来の光アイソレータは偏光子と検光子との容易透過偏波面が互い に 45° ズレた； t態にて配置される必要があるため、 偏光子或は検光子のセッ ティングが複雑となる力 本願発明のアイソレータは偏光子と検光子との容 易透遏偏波面が互いに 90° ズレた状態にて配置されるため、 検光子 1 3の入 射 5 ^に対し 亍な面の一端を接地することができ、 セッティングが容易に なるのみならず、 偏光子の側面と検光子の側面とがフラッ卜に構成すること が出来るため小型化を図ることができる。
尚、 上記実施例の説明に於いては 1/2 波長板の位相差 Δを 180 ° として説 明したが、 これに限定されるものではなく、
Δ = 2 π ( N ± l/2 ) (但し、 Νは整数）
なる位相差 Δを有すものを用いても良く、 この場合にはファラデー素子の回 転角 αと 1/2波長板の進相軸と入射直線偏光とのなす方位角 0との関係が、 2 /3 + α = 2 π Ν
となるよう設定すればよい。
即ち、 上記実施例の説明に於いては Ν = 0の場合について説明したが、 Ν = 1と設定し、 1/2波長板の位相差が Δ = 540 ° のものを用いれは、 2 β + α =360 ° となるように 1/2 波長板の進相軸 Fと入射直線偏光の光軸とのな す角 |3を調整することにより同様の効果を得ることができる。
本願発明は上述した如く構成し且つ機能するものであるから、 相反機能を 有すファラデー素子の回転角公差を非相反機能を有す 1/2波長板により補償 することにより、 光アイソレー夕に用いるファラデー素子の回転角の公差を 大幅に許容することができるため、 安価なファラデー素子を用いることによ り光アイソレータの供給価格を低減することが出来るのみならず、 その組立 て及び調整が容易且つ小型化した光アイソレータを供給する上で著しい効果 を発揮する。

Claims

請求の範囲
( 1 ) 光軸上に配置される偏光子と検光子とを有し、 該偏光子の容易透遏偏 光方向に対し検光子の容易透過偏光方向が直交するよう配置すると共に、 該 偏光子及び検光子との間に 1/2波長板とファラデー素子とを配置し、 所定の 波長 λに於いて与えられる 1/2 波長板の位相差 Δは Νを整数とした場合に Δ = 2 π ( N ± l/2 ) なる関係を有し、 前記ファラデー素子に外部磁界を印加 したときに入射偏波面の回転角 αはその絶対値がおよそ 45° であって、 前記 1 /2波長板の進相軸と入射偏波面とのなす角を /3とした場合の前記回転角 α と角 /3との関係が、
2 β + α = 2 π Ν
なる関係となるように設定したことを特徴とする光アイソレータ。
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