(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の透過方向に順に配置された第１の複屈折平行平板、第１のファラデー回転子、第２の複屈折平行平板、第３の複屈折平行平板、第２のファラデー回転子および第４の複屈折平行平板からなる光学素子と、前記ファラデー回転子に磁界を印加するための磁界印加機構とから構成され、前記第１、第２、第３および第４の複屈折平行平板の厚さの比が１：√２：√２：１であり、かつ、前記第１および第２のファラデー回転子の偏光面の回転角が４５゜である光アイソレータにおいて、前記第３の複屈折平行平板、第２のファラデー回転子および第４の複屈折平行平板からなる第２の光学素子ブロックが前記第１の複屈折平行平板、第１のファラデー回転子および第２の複屈折平行平板からなる第１の光学素子ブロックと同一であり、前記第２の光学素子ブロックは前記第１の光学素子ブロックに対し、前記第２の複屈折平行平板側の自由面同士を対向させて、光軸を中心にして１８０゜回転して第１の光学素子ブロックに接続した構造である光アイソレータの組立方法であって、いずれも単位の面積よりも広い面積を有する第１の複屈折平行平板、第１のファラデー回転子、第２の複屈折平行平板の順に重ねて、光学的位置合わせを行った後貼り合わせ、光学面に垂直な方向に縦横に切断して複数個の光学素子ブロックを作製し、同一ロットから取り出した２個の光学素子ブロックの光学位置合わせ後接着して単位の光学素子とすることを特徴とする光アイソレータの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光通信、光計測の分野において使用される、偏光無依存型光アイソレータの組立方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた大容量の光通信システムにおいて、伝送の途中で減衰する光信号を増幅するためには、従来は光信号を一度電気信号に変換し、増幅した上でもう一度光信号に変換する電気式の増幅器が用いられてきた。しかし、近年、光信号を電気信号に変換することなく光信号のままで増幅を行う、光ファイバ増幅器の開発が進められている。
【０００３】
光ファイバ増幅器は、エルビウム（Ｅｒ）などの稀土類元素を添加した光ファイバに、増幅しようとする光信号を導いて、励起用のレーザー光を注入し、もとの光信号を増幅する装置である。大容量の光通信システムに用いられる光ファイバ増幅器では、通常、３０ｄＢ前後の増幅率が得られる。光ファイバ増幅器は、従来の電気式の光信号増幅器に比較してＣ／Ｎ比が高い等の特長があり、今後電気式の光信号増幅器に置き替わっていくことが期待されている。
【０００４】
光ファイバ増幅器ではその構成上、光アイソレータが必須の部品となっている。なぜなら、励起用のレーザー光源に、発生した戻り光が入射すると、レーザー光源の発振が乱されてノイズとなって、それが光ファイバ内部で増幅されて信号光に干渉を与えるからである。一方、増幅された信号光が伝送用の光ファイバに戻り光として入射した場合にも、長距離の伝送により減衰している信号光と干渉して光信号の波形を乱すことになるので、やはり光アイソレータが必要となる。つまり、光ファイバ増幅器では、入射側の光ファイバの接続端と、励起用のレーザー光源の出射端との合計２箇所に光アイソレータが必要である。また、少なくとも入射側の光ファイバ接続端の光アイソレータは、偏光無依存型であることが求められる。なぜなら、一般的に光ファイバ内部の信号光は、楕円偏光となっていると考えられるので、偏光依存型の光アイソレータを用いると、信号光の大幅な減衰が避けられないからである。光ファイバ使用の大容量の光通信システムでは、信号光の伝送ロスを少しでも防ぐため光アイソレータの透過の際の減衰量は最小限に抑えねばならず、従って偏光依存型のアイソレータはこの用途には使用出来ないものと考えられる。
【０００５】
以上のことから偏光無依存型の光アイソレータは、光ファイバ増幅器が実用化することによってその需要が大きく伸びることが期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１は偏光無依存型光アイソレータの一例を示す。図１（ａ）は、光アイソレータを構成する光学素子のみの外観図であり、第１図（ｂ）は外部磁界印加手段である円筒状の永久磁石に光学素子をはめ込んだ光アイソレータ全体の外観図である。図１（ａ）において、入射光の透過順に１１，１３，１４および１２はルチル結晶などからなる複屈折平行平板であり、これらの厚さの比は光入射側から順に１：√２：√２：１である。
【０００７】
図３は、図１に示す光アイソレータの内部の光学素子の振舞を順方向（図では左から右）から入射光が透過する場合について図示したものである。図３（ａ）は、入射光が各光学素子を順に透過する際の偏光分離作用やファラデー回転の作用について入射光の進行方向の側面から見て示したものであり、入射光は、全て図の左側から右側に透過、進行して出射面Ｇにおいて再び合成される。一方、図３（ｂ）は、図３（ａ）でのＡ〜Ｇの各面における入射光の透過する位置と偏光の方向について、入射光の方向（図の左側）から見た場合について図示したものである。図３（Ｃ）は、複屈折平行平板１１，１３，１４および１２については入射光の分離方向を矢印で示しており、ファラデー回転子１５および１６については入射光の偏光方向を矢印で示したもので、いずれも入射光の方向から見た場合を示す。
【０００８】
図４は、逆方向（図では右から左）からの入射光（戻り光）が透過する際の振舞いについて図示したものである。図４（ａ）は、図の右側から、各光学素子に戻り光が順に透過する際の偏光分離作用やファラデー回転の作用について戻り光の進行方向の側面から見て示したものであり、戻り光は、光アイソレータ透過後に順方向入射位置から大きく外れた位置にそれぞれ偏光分離したまま出射面Ａから出射することを示している。一方、図４（ｂ）は、図４（ａ）でのＧ〜Ａの各面における戻り光の透過する位置と偏光方向について、図３（ｂ）と同じく入射光の方向から見た場合について図示したものである。図４（Ｃ）は、複屈折平行平板１１，１３，１４および１２については戻り光の分離方向を矢印で示しており、ファラデー回転子１５および１６については戻り光の偏光方向を矢印で示したものであり、いずれも入射光の方向から見た場合を示す。
【０００９】
図３（ｂ）および図４（ｂ）に示されている符号Ｐ，Ｑはそれぞれ入射光の場合、入射面Ａでの入射位置Ｐと出射面Ｇでの出射位置Ｑ、および戻り光の場合、入射面Ｇでの入射位置Ｑを示している。
【００１０】
この構成による光アイソレータでは、偏光方向に依存しないばかりでなく、従来の偏光依存型の光アイソレータに比較して、温度や光波長の変化、ファラデー回転子の特性のばらつきによっても、アイソレータとしての諸特性にほとんど低下をきたさない等の特徴がある。
【００１１】
しかしながらこの構成の光アイソレータにおいては製作上問題がある。光アイソレータ内には合計６枚の光学素子が用いられており、これらの光学面の１辺は約２．０ｍｍ前後である。組立時にそれらの素子の光学的な位置合わせを行いながら素子の光学面同士を貼り合わせ、あるいは筐体に固定していく作業は非常に面倒で、かつ時間のかかる工程であるとともに、品質のばらつきをおこしやすい。
【００１２】
また、複屈折平行平板の厚さは光の入射側から順に前半が１：√２であり、後半がこれに対称に√２：１であることが基本である。しかしながら、これらの厚さが多少相違したとき、すなわちこの対称が崩れたときには、入射光が光アイソレータ内を透過し出射する点においては二つに分離されていた直線偏光の各成分が出射面Ｇにおいて１点で合致しない事態となる。こうしたことは光アイソレータの歩留り、製造コストに直接影響を与えるので、量産時にも安定した品質特性を有する光アイソレータの組立方法の開発が望まれていた。
【００１３】
本発明は、前記構造の偏光無依存型光アイソレータにおける、これらの問題を解決し、品質特性が揃った偏光無依存型光アイソレータと、それを低コストで量産する方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、特定の厚さの第１の複屈折平行平板、偏光面を45゜回転させる第１のファラデー回転子、第１の複屈折平行平板の厚さに対して√２倍の厚さの第２の複屈折平行平板、同じく第１の複屈折平行平板の厚さに対して√２倍の厚さ、即ち第２の複屈折平行平板と同じ厚さの第３の複屈折平行平板、偏光面を45゜回転させる第２のファラデー回転子、第１の複屈折平行平板と同じ厚さの第４の複屈折平行平板を光軸方向に順に並べて構成したファラデー素子からなる光学素子と、ファラデー素子に磁界を印加する手段とを備えた光アイソレータであり、第１の複屈折平行平板、第１のファラデー回転子、および第２の複屈折平行平板の３種類の光学素子からなる光学素子ブロックを単位として、この光学素子ブロックの光軸方向に平行な前記３種類の光学素子の側面をくずさずに光軸を中心にして１８０゜回転して先の光学素子ブロックと背中合せにして第２の複屈折平行平板の自由面同士を接合した構造の光アイソレータの組立方法において、光学素子の単位の光学面を複数個含み得る断面積を有する第１の複屈折平行平板、第１のファラデー回転子、第２の複屈折平行平板の３枚を光学的位置合わせを行った後に貼り合わせ、光学面に垂直な向きに光学素子単位の面積を有するように縦横に切断して切断片を作製し、この切断片を単位の光学素子ブロックとして、同一のロットから取り出した２個の光学素子ブロックの第２の複屈折平行平板の自由面同士を対向させ、光学的位置合わせのうえで対向面を互いに貼り合わせて、ファラデー素子を作製する、光アイソレータの組立方法である。
【００１５】
【作用】
本発明は第１に、各光学素子の光学面の１辺の大きさがアイソレータ用の単位の光学素子としての光学面の大きさよりも大きい約１０ｍｍの板状の素材を光学位置合わせをしたうえで貼り合わせて固定した後、切断手段によって光学面の１辺の大きさが約２．０ｍｍである光学素子を取得することを含んでいる。すなわち光学面の１辺の大きさが約２．０ｍｍである素材を個々に重ね合わせ、接着して光学素子を作製する手法に比べて、十数分の１の作業で済む。さらにこの方法は光アイソレータの特性を左右する光学位置合わせを１度で済ませることが可能なため、特性の揃った光アイソレータの製造を可能とする。
【００１６】
また、本発明は第２に、同一のロットから切断して取得した素子の、第２の複屈折平行平板の光学面同士を背中合わせの組にして、個々に光学的位置合わせをしたうえ貼り合わせ固定することを含む。これによって、前述した複屈折平行平板の厚さの比が１：√２から多少相違した場合でも、これらを光透過方向に単位の光学ブロックを背中合わせに配列することによって、図３（ｂ）に示す入射面Ａの点Ｐから入射した入射光が光アイソレータ内を透過し出射面Ｇにおいては二つに分離された直線偏光の成分は１点Ｑで合致する。
【００１７】
この様子を示したのが図３および図４であり、図３に示すように、順方向の入射光は二つの直線偏光に分離されてそれぞれの光学素子を透過し、面Ｇにおいて一点で再合成される。またＧから逆方向に入射した光（戻り光）は図４に示すように、出射面Ａにおいては順方向の入射点とは離れた位置から出射することが確かめられる。
【００１８】
【実施例】
本発明の実施例を述べる。
【００１９】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、本発明の実施状況を工程順に模式的に示したものである。１辺が１０ｍｍの正方形をした（以下  大板という）、厚さ１ｍｍの複屈折平行平板２１、および厚さ１．４１４ｍｍの複屈折平行平板２２（これらはいずれもＣ軸と素子の面とがほぼ  ４８゜の角度をなす  ）  の間に、  偏光面の回転角４５゜を示す大板のファラデー回転子２３を保持し、これらを永久磁石による磁界印加手段２４内に収納してファラデー回転子を磁気飽和させた。その状態で位置合わせ用透過光を光学素子を透過させて光学特性を監視しながら、２枚の複屈折平行平板２１と２２のなす光軸に垂直な面内での回転方向の相対角を矢印２６に示すようにして調整し、光学接着剤によってこれら３枚の大板の光学素子を互いに接着した。ファラデー回転子２３は角度合わせの必要がなく、任意の角度でよい。
【００２０】
接着剤が硬化した後、磁界印加手段２４を除去し、図２（ｂ）に示すように光学素子を１辺が２．０ｍｍの正方形に切断し、１６ケの切断片（光学素子ブロック）２７を得た。こうして取得した１６ケの光学素子ブロック２７を一つのロットとして、２個の光学素子ブロックを一組とし、厚さ１．４１４ｍｍの複屈折平行平板の自由面同士を貼り合わせ、前述の光学位置合わせ接着を経て、永久磁石１８に挿入し固定して、偏光無依存型光アイソレータの組立を完了した。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたとおり、本発明により、品質特性が揃った偏光無依存型光アイソレータを低コストで量産することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光無依存型光アイソレータの外観斜視図。（ａ）は光学素子のみの場合を、（ｂ）は永久磁石にはめ込んだ状態を示している。
【図２】本発明の実施状況を工程順に模式的に示した外観斜視図。（ａ）は２枚の複屈折平行平板の光学位置合わせを説明する図、（ｂ）は大板を接合したものから単位の光素子ブロックを切り出した状況を示す図。
【図３】光アイソレータの内部の光学素子を順方向から入射光が透過する際の振舞いについて図示した説明図。（ａ）は入射光の進行方向に対して側面から見た図、（ｂ）は入射光の方向から見た図で、（ｃ）は入射光の方向から見た分離方向、偏光方向を光学素子ごとに示した図である。
【図４】逆方向から入射光が透過する際の透過光の振舞いについて図示した説明図。（ａ）は入射光の進行方向に対して側面から見た、（ｂ）は入射光の方向から見た図で、（ｃ）は入射光の方向から見た分離方向、偏光方向を光学素子ごとに示した図である。
【符号の説明】
１１        第１の複屈折平行平板
１２        第４の複屈折平行平板
１３        第２の複屈折平行平板
１４      第３の複屈折平行平板
１５        第１のファラデー回転子
１６    第２のファラデー回転子
１７    光軸
１８    永久磁石
１９    充填剤
２０    印加磁界の向き
２１，２２    複屈折平行平板（大板）
２３    ファラデー回転子  （大板）
２４    （位置合わせ用）磁界印加手段
２５    位置合わせ用透過光
２６    矢印（矢印方向に回転して角度を微調する）
２７    切断片（光学素子ブロック）
Ａ    入射光の入射面（戻り光の出射面）
Ｂ      第１の複屈折平行平板と第１のファラデー回転子との接合面
Ｃ    第１のファラデー回転子と第２の複屈折平行平板との接合面
Ｄ    第２の複屈折平行平板と第３の複屈折平行平板との接合面
Ｅ    第３の複屈折平行平板と第２のファラデー回転子との接合面
Ｆ    第２のファラデー回転子と第４の複屈折平行平板との接合面
Ｇ      入射光の出射面（戻り光の入射面）
Ｐ        入射光の入射面Ａでの入射位置
Ｑ        入射光の出射面Ｇでの出射位置（戻り光の入射面Ｇでの入射位置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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