(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー回転子と旋光子を同軸上に固定した構造において、筒状のファラデー回転子ホルダの内側段部に上記ファラデー回転子を配置するとともに、他の筒状の旋光子ホルダの内側段部に上記旋光子を配置し、上記両方のホルダの内側に筒状のスペーサを挿入して、該スペーサの各端部で上記ファラデー回転子及び／又は旋光子を挟持して保持し、さらに上記ファラデー回転子ホルダーの外側に円筒形状の永久磁石を配置し、上記筒状のスペーサは上記永久磁石の内径よりも大きな外径の大径部を有し、上記永久磁石の両端を上記ファラデー回転子ホルダの鍔部と上記筒状のスペーサの大径部で保持したことを特徴とする光学素子の固定構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバ通信等に用いる光アイソレータや光サーキュレータを構成する光学素子の固定構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズ等の光学素子をホルダーに固定する構造として、図５に示すように円筒状のホルダ３１の内周に環状の溝３１ａを形成し、この溝に低融点ガラス３３を充填して光学素子３２を載置した状態で焼成し、融着接合する構造がある（特開平３−２７１７０４号公報参照）。
【０００３】
これを利用して、図６に示すように、ファラデー回転子２４を低融点ガラス２６で固定したファラデー回転子ホルダ２１と、旋光子２５を低融点ガラス２７で固定した旋光子ホルダ２２とを溶接点２８でＹＡＧ溶接により固定した光学素子の固定構造が利用されている。
【０００４】
図６に示す光学素子は光アイソレータとして利用されている。つまり、ファラデー回転子２４はガーネットからなり、直線偏光の偏光面を４５°回転させる作用を持つ。また旋光子２５は水晶からなり、その結晶軸に対してθの角度を持つ直線偏光が入射した場合、この直線偏光の偏光面を２θ回転させて通過させる作用を持つため、予めθが２２．５°となるように設定しておく。いま、図６中の矢印方向から入射した直線偏光はファラデー回転子２４を通過する際に偏光面が４５°回転し、次に旋光子２５を通過する際に−４５°回転して元の偏光方位と一致する。一方、矢印と逆方向に入射した直線偏光は旋光子２５を通過する際に偏光面が４５°回転し、これがさらにファラデー回転子２４を通過して４５°回転するために、入射前の偏光方位に対して９０°回転した状態となる。
【０００５】
このように、光の入射方向によって、出射する光の偏光方向を直交させられるため、図６に示す光学素子の両端に吸収方位を持つ偏光子を配置させれば、一定方向のみの光を通過させ、逆方向は通過させないようにすることができ、光アイソレータとすることができるのである。
【０００６】
この光アイソレータを、例えばレーザ光源の直後に接続しておけば、レーザ光源から発振された光が反射して戻ってきてもレーザ光源に入射することがなく、レーザ発振が不安定となることを防止できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示す固定構造において、低融点ガラス２７の熱膨張係数は８３×１０−７／℃、旋光子ホルダ２２の熱膨張係数は１００×１０−７／℃であるのに対し、水晶から成る旋光子２５は３００℃の熱膨張係数が３００×１０−７／℃と高温時の熱膨張係数が高く、他部材との熱膨張差が大きいものであった。そのため、低融点ガラス２７を用いて焼成、融着した後の冷却時に、旋光子２５が大きく収縮して、低融点ガラス２７との間に引っ張り残留応力が生じていた。
【０００８】
その結果、旋光子２５の複屈折率が変化して位相差が生じ、通常の消光比が約５０ｄＢであるのに対し、消光比３０ｄＢ以下と大きく劣化してしまうという問題点があった。そして、消光比が小さくなると、例えば光アイソレータとして用いた場合に、順方向損失特性、逆方向損失特性ともに劣化してしまう等の不都合があった。
【０００９】
また、旋光子２５は直線偏光の振動方位と光学軸との成す角度により直線偏光を回転させる角度が異なるため、光軸回りの回転調整が必要であるが、ファラデー回転子２４はどのような振動方位の直線偏光に対しても所定の角度回転させる作用を持つため、回転調整の必要はない。したがって、ファラデー回転子２４と旋光子２５は一体化することが可能であるが、図６の構造ではファラデー回転子２４と旋光子２５を別々に組み立てて最後に接合していたため、作業工程が多いという問題点もあった。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、旋光子に熱膨張差による引っ張り応力が生じないような固定構造を提供することを目的とする。また、本発明は、ファラデー回転子と旋光子を一体化した固定構造を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記問題点に鑑みて本発明はファラデー回転子と旋光子を同軸上に固定した構造において、筒状のファラデー回転子ホルダの内側段部に上記ファラデー回転子を配置するとともに、他の筒状の旋光子ホルダの内側段部に上記旋光子を配置し、上記両方のホルダの内側に筒状のスペーサを挿入して、該スペーサの各端部で上記ファラデー回転子及び／又は旋光子を挟持して保持し、さらに上記ファラデー回転子ホルダの外側に円筒形状の永久磁石を配置し、上記筒状のスペーサは上記永久磁石の内径よりも大きな外径の大径部を有し、上記永久磁石の両端を上記ファラデー回転子ホルダの鍔部と上記筒状のスペーサの大径部で保持したことを特徴とするものである。
【００１２】
【実施例】
以下本発明実施例を図によって説明する。
【００１３】
図１に示すように、ファラデー回転子ホルダ１は金属製の円筒状体で一方端部の外周に鍔部１ａを備え、内周面に第１段部１ｂと第２段部１ｃを有している。そして、第１段部１ｂにファラデー回転子４を保持し、第２段部１ｃに備えた低融点ガラス６でファラデー回転子４を接合してある。また、ファラデー回転子ホルダ１の内周には円筒状のスペーサ３の一方の端部３ａを挿入し、ＹＡＧ溶接によりファラデー回転子ホルダ１とスペーサ３を接合してある。
【００１４】
一方、旋光子ホルダ２は金属製の円筒状体で内周面に段部２ａを備え、この段部２ａに旋光子５を載置してある。そして、上記スペーサ３の他方の端部３ｂをこの旋光子ホルダ２の内周に挿入し、スペーサ３の端部３ｂを旋光子５に押し当てた状態で、スペーサ３と旋光子ホルダ２とを溶接点８でレーザ溶接により接続してある。このとき、旋光子５はスペーサ３と旋光子ホルダ２間に挟持されて保持されることになり、低融点ガラス等を用いて固定されていない。
【００１５】
さらに、上記ファラデー回転子ホルダ１の外周に、ファラデー回転子４に磁界を印加するための永久磁石７を装着してあるが、上記鍔部１ａを備えてあることにより、永久磁石７が光軸方向にずれることはない。また、永久磁石７として焼結磁石を用いる場合は、外部からの衝撃によって欠けやクラックが生じる事があるため、鍔部１ａの外径を永久磁石７の外径よりも大きくすることが望ましい。
【００１６】
このような本発明の光学素子の固定構造によれば、ファラデー回転子４と旋光子５を一体化してあるため、製造工程が簡略化できる。また、ファラデー回転子ホルダ１と旋光子ホルダ２のそれぞれの内周面にスペーサ３の両端部を挿入して接合する構造としてあるため、全体の同軸度を高くすることができる。
【００１７】
さらに、旋光子５をスペーサ３と旋光子ホルダ２で挟持して保持することにより、低融点ガラスを用いないため旋光子５に熱膨張差による引っ張り応力が生じることはない。
【００１８】
なお、上記ファラデー回転子４は、入射した直線偏光の偏光面の角度を回転させる作用を有し、通常ガーネットから成る。また、旋光子５は、結晶軸に対してθの角度を持つ直線偏光が入射した場合、この直線偏光の偏光面を２θ回転させて出射させる作用を持ち、通常水晶等の１／２波長板から成る。
【００１９】
次に本発明の光学素子の固定構造の製造方法を説明する。まず、図２（ａ）に図１とは上下を逆にして示すように、ファラデー回転子ホルダ１の第１段部１ｂにファラデー回転子４を、第２段部１ｃに低融点ガラス６のプリフォームを配置した後、焼成してファラデー回転子４を融着接合する。そして、ファラデー回転子ホルダ１の外周に永久磁石７を装着し、さらにファラデー回転子ホルダ１の内周にスペーサ３の端部３ａを挿入して、ＹＡＧ溶接によりスペーサ３と回転子ホルダ１を接合する。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に示すように、旋光子ホルダ２の内周の段部２ａに旋光子５を載置した後、図２（ａ）に示す組立体におけるスペーサ３の他方の端部３ｂを旋光子ホルダ２の内周面に挿入する。そして、スペーサ３の端部３ｂを旋光子５に押し当てて、旋光子５に位置ずれが起きず、かつ応力による複屈折が生じない範囲で加圧した状態で、スペーサ３の側面と旋光子ホルダ２の内周面との間の溶接点８でレーザ溶接により接合すれば良い。
【００２１】
また、以上の実施例では、スペーサ３の大径部の外径Ａを永久磁石７の内径Ｂよりも大きくしてあるため、永久磁石７は鍔部１ａとスペーサ３で両端を保持することができる。ただし、他の実施例として、スペーサ３の大径部の外径Ａを永久磁石７の内径Ｂよりも小さくすることもできる。この場合は、ファラデー回転子ホルダ１とファラデー回転子４とスペーサ３を接合した後で永久磁石７を装着することができる。
【００２２】
さらに、上記実施例ではファラデー回転子ホルダ１とスペーサ３を溶接により接合した例を示したが、スペーサ３の端部３ａを長く延ばして、端部３ａを低融点ガラス６に接触させ、この低融点ガラス６でファラデー回転子ホルダ１とスペーサ３をも接合するようにしても良い。
【００２３】
また、上記実施例ではファラデー回転子４は低融点ガラス６で固定した例を示したが、本発明の参考例を図３に示すように、ファラデー回転子４もファラデー回転子ホルダ１とスペーサ３で挟持して保持することもできる。しかも、図３の例では旋光子ホルダ２の筒部２ｂを長くして、この筒部２ｂがファラデー回転子ホルダ１の筒部１ｄを覆うようにし、両方の筒部２ｂ、１ｄ間の溶接点９でレーザ溶接することにより全体を接合してある。このような構造とすれば、一回の溶接ですべての接合を行うことができ、製造が容易となる。
【００２４】
さらに、上記実施例及び参考例では、ファラデー回転子ホルダ１とスペーサ３を別体で形成して接合したものを示したが、予め両者を一体的に形成することもできる。
【００２５】
次に、本発明の参考例の固定構造を用いた光アイソレータを図４に示す。特定の振動方位の直線偏光を吸収する偏光子１１、１２をそれぞれ低融点ガラスで融着接合した偏光子ホルダ１３、１４の間に、上記本発明の参考例の光学素子の固定構造１０を配置し、両端の偏光子１１、１２の吸収方向が垂直となるように光軸回りに調整した後、各部材をレーザ溶接で接合固定し、ケース１５を装着すれば光アイソレータを作製することができる。
【００２６】
この光アイソレータは、予めファラデー回転子４と旋光子５を一体化してあるため、製造が容易であり、また旋光子５の消光比が高いため、順方向損失特性、逆方向損失特性を向上させることができる。
【００２７】
また、この他に、本発明の光学素子の固定構造は、複数のポート間で光の入出力方向を切り換えるために用いる光サーキュレータにも応用することができる。この光サーキュレータは、図示していないが、本発明の光学素子の固定構造の前後に、ルチルや方解石等の複屈折結晶体を備えて構成される。つまり、複屈折結晶体は、直線偏光の偏光面の角度に応じて屈折率が異なるため、上記ファラデー回転子や旋光子によって直線偏光の偏光面の角度を変化させ、複屈折結晶体によって、光の出射方向を切り換えることができるのである。
【００２８】
ここで、図１に示す本発明の固定構造と、比較例として図６に示す従来の固定構造について、旋光子の消光比を測定した。なお、消光比とは、直線偏光が光学素子を通過した時に不必要な成分が加わって楕円偏光となるが、この時の楕円偏光の短軸に対する長軸の比のことであり、消光比が大きいほど特性が優れていることになる。その結果、図７に示すように、比較例では３０ｄＢ以下の消光比であったのに対し、本発明実施例では３５〜５０ｄＢと消光比を高くできることがわかった。したがって、本発明の固定構造を光アイソレータに用いれば、順方向の光の損失が小さく、逆方向の光を遮断する効果が極めて高いことがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
このように本発明によれば、ファラデー回転子と旋光子を同軸上に固定した構造において、筒状のファラデー回転子ホルダの内側段部にファラデー回転子を配置するとともに、他の筒状の旋光子ホルダの内側段部に旋光子を配置し、両方のホルダの内側に筒状のスペーサを挿入して、該スペーサの各端部で上記ファラデー回転子及び／又は旋光子を挟持して保持したことによって、製造時の作業工程を簡略化し、ファラデー回転子と旋光子との同軸度を高くすることができる。
【００３０】
また、上記旋光子を旋光子ホルダとスペーサで挟持して保持したことによって、旋光子を低融点ガラスで接合しないために引っ張り応力が生じることがなく、消光比を高くすることができる。その結果、光アイソレータ等に応用した場合に順方向損失を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子の固定構造を示す断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明の光学素子の固定構造の製造工程を示す断面図である。
【図３】は本発明の参考例を示す断面図である。
【図４】本発明の参考例の光学素子の固定構造を用いた光アイソレータを示す断面図である。
【図５】従来の光学素子の固定構造を示す断面図である。
【図６】従来の光学素子の固定構造を示す断面図である。
【図７】本発明実施例及び比較例における旋光子の消光比を示すグラフである。
【符号の説明】
１：ファラデー回転子ホルダ
２：旋光子ホルダ
３：スペーサ
４：ファラデー回転子
５：旋光子
６：低融点ガラス
７：永久磁石
【図１】
0003556284.tif 000002
【図２】
0003556284.tif 000003
【図３】
0003556284.tif 000004
【図４】
0003556284.tif 000005
【図５】
0003556284.tif 000006
【図６】
0003556284.tif 000007
【図７】
0003556284.tif 000008