(57)【要約】【課題】組み立てが容易で低コストで作製し得る小型化された簡素な構造の光アイソレータを提供すること。【解決手段】  この光アイソレータは、第１の複屈折結晶１，ファラデー回転子２，第２の複屈折結晶３，第３の複屈折結晶４をこの順で配置して球状体として一体化し、入射側光ファイバ付きフェルール５と出射側光ファイバ付きフェルール６とを備えて構成され、複屈折結晶１及びファラデー回転子２の界面とファラデー回転子２及び複屈折結晶３の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量傾斜し、複屈折結晶３の光学軸の方位は、複屈折結晶１の光学軸の方位からファラデー回転子２によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、複屈折結晶１の入射側及び複屈折結晶４の出射側に屈折性を有する光学面を一体的に配置した構造としている。【選択図】  図１
2006228790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射側より第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，第２の複屈折結晶，及び第３の複屈折結晶をこの順で配置して構成されると共に、該第１の複屈折結晶及び該第１のファラデー回転子の界面と該第１のファラデー回転子及び該第２の複屈折結晶の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量で傾斜し、該第２の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第１の複屈折結晶の光学軸の方位から該第１のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、該第１の複屈折結晶の入射側及び該第３の複屈折結晶の出射側に屈折性を有する光学面又は屈折性を有する光学素子を一体的に配置したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
請求項１記載の光アイソレータにおいて、前記第１の複屈折結晶及び前記第１のファラデー回転子の界面付近、並びに前記第１のファラデー回転子及び前記第２の複屈折結晶の界面付近の少なくとも一方に励起光を入射するための励起光入力ポートが備えられた波長分割多重フィルタを配置したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光アイソレータにおいて、前記屈折性を有する光学素子は、前記第１の複屈折結晶の入射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つ、及び前記第２の複屈折結晶の出射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つであることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項４】
請求項１又は２記載の光アイソレータにおいて、前記屈折性を有する光学面は、ほぼ球面形状に加工された前記第１の複屈折結晶の入射側の面及び前記第２の複屈折結晶の出射側の面であることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項５】
請求項４記載の光アイソレータにおいて、前記第１の複屈折結晶，前記第１のファラデー回転子，前記第２の複屈折結晶，及び前記第３の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項６】
入射側より第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，第２の複屈折結晶，第３の複屈折結晶，第２のファラデー回転子，及び第４の複屈折結晶をこの順で配置して構成されると共に、該第１の複屈折結晶及び該第１のファラデー回転子の界面と該第１のファラデー回転子及び該第２の複屈折結晶の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量傾斜し、該第３の複屈折結晶及び該第２のファラデー回転子の界面と該第２のファラデー回転子及び該第４のファラデー回転子の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位に傾斜しており、該第２の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第１の複屈折結晶の光学軸の方位から該第１のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、該第４の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第３の複屈折結晶の光学軸の方位から該第２のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、該第３の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第２の複屈折結晶の光学軸の方位とほぼ直交する方位を指向しており、該第１の複屈折結晶の入射側及び該第３の複屈折結晶の出射側に屈折性を有する光学面又は屈折性を有する光学素子を一体的に配置したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項７】
請求項６記載の光アイソレータにおいて、前記第１の複屈折結晶及び前記第１のファラデー回転子の界面付近、前記第１のファラデー回転子及び前記第２の複屈折結晶の界面付近、前記第３の複屈折結晶及び前記第２のファラデー回転子の界面付近、並びに前記第２のファラデー回転子及び前記第４の複屈折結晶の界面付近の少なくとも一つに励起光を入射するための励起光入力ポートを備えた波長分割多重フィルタを配置したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項８】
請求項６又は７記載の光アイソレータにおいて、前記屈折性を有する光学素子は、前記第１の複屈折結晶の入射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つ、及び前記第４の複屈折結晶の出射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つであることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項９】
請求項６又は７記載の光アイソレータにおいて、前記屈折性を有する光学面は、ほぼ球面形状に加工された前記第１の複屈折結晶の入射側の面及び前記第２の複屈折結晶の出射側の面，前記第３の複屈折結晶の入射側の面，前記第４の複屈折結晶の出射側の面であるか、或いはほぼ球面形状に加工された前記第１の複屈折結晶の入射側の面及び前記第４の複屈折結晶の出射側の面であることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項１０】
請求項９記載の光アイソレータにおいて、前記第１の複屈折結晶，前記第１のファラデー回転子，及び前記第２の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工すると共に、前記第３の複屈折結晶，前記第２のファラデー回転子，及び前記第４の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工するか、或いは前記第１の複屈折結晶，前記第１のファラデー回転子，前記第２の複屈折結晶，前記第３の複屈折結晶，前記第２のファラデー回転子，及び前記第４の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一つに記載の光アイソレータを用いたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として光増幅器等の光通信システムに用いられる光アイソレータ及びそれを用いた光ファイバ増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信用に使用される光増幅器には、一般にエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡとする）が用いられている。ＥＤＦＡは、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）の最低損失である１．５５μｍ帯において増幅帯域を持つため、長距離光伝送用の波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおいて汎用される機会が増えている。増幅法としては、基本的にエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素を光励起し、電子を上順位に留めることにより反転分布を形成し、誘導放出により信号光の光増幅を得る。それ故、ＥＤＦＡの基本的な構成部品は、増幅用光ファイバであるエルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦ）、信号光を光励起するための励起光源（波長０．９８μｍ又は１．４８μｍのもの）、励起光と信号光との波長多重化を行う波長分割多重フィルタ（ＷＤＭフィルタ）である。
【０００３】
因みに、その他の光ファイバ増幅器としては、１．３μｍ帯のプラセオジム（Ｐｒ）、１．４μｍ帯のツリウム（Ｔｍ）等があり、他の方式としては光ファイバの非線形効果を利用するラマン増幅器、或いは半導体光増幅器（ＳＯＡ）等が開発されている。その中でも、ラマン増幅器は実用上のシステムで製品化されて注目されているものの、ＥＤＦＡと比べて高出力の励起光源が必要であったり、或いはそれに伴う部品点数が増加してしまう傾向があるため、価格低減化が進んでいる近年のＥＤＦＡ程度には普及されていない。
【０００４】
ところで、ＥＤＦＡで増幅される信号光光源としては、一般的に分布帰還型半導体レーザ（以下、ＤＦＢレーザとする）が使用されている。このＤＦＢレーザは、発振スペクトルが狭くて分散特性に優れるという特色を持つが、その反面、反射光による戻り光に対しては非常に敏感であり、光ファイバヘの結合端面やその他の不連続界面からの反射光が戻ると特性が不安定状態となってしまうという難点がある。そこで、ＥＤＦＡにおいて、反射光が信号光光源である発光素子へ戻るのを防止するため、信号光光源とＥＤＦとの間に光の一方向透過機能（順方向の光を透過し、逆方向の光を遮断する）を有するインライン型光アイソレータを配置し、光ファイバから信号光光源の方向への反射光の戻り光を遮断し、常に安定動作を行わせることができる。
【０００５】
上述したようにＥＤＦＡにおけるコアとなる増幅部は、ＥＤＦ，励起光源，及び信号光と励起光との波長多重化を行うＷＤＭフィルタであり、これらの光学部品は原理的に省くことができないが、光アイソレータの場合は反射点からの戻り光を防止して信号光光源の安定発振には大きく貢献しているが、戻り光の影響は反射点からの反射率と利得との積により決まるため、反射率が低い場合や利得が小さい場合（例えば利得が１０ｄＢ程度）のときには不要にすることも可能である。最近ではＥＤＦＡの価格低減化が進んでおり、部品省略化の動きもあるものの、このような部品省略化については、信号光の伝送容量や伝送距離が大きく制限されてしまうため、部品省略化せずに部品同士のハイブリット化や部品単体の低価格化が要望されている。その中で注目される光パッシブデバイスとしては、波長合分波用フィルタ及び光アイソレータをハイブリット化したインライン型光アイソレータ、ＷＤＭフィルタ及び光アイソレータをハイブリット化したインライン型光アイソレータ（所謂ＷＤＭ光アイソレータと呼ばれるもの）が挙げられる。
【０００６】
このようなインライン型光アイソレータの一例としては、一方の光導波路中の第１の光ファイバに信号光が入射され、その一部がモニタ用として第１のレンズを透過した後に第１の反射材料で反射し、再び第１のレンズを透過した後に第２の光ファイバに入射され、その他の信号光が順次第２のレンズ，無依存型光アイソレータ，第３のレンズ，第２の反射材料，第４のレンズを透過して他方の光導波路中の第１の光ファイバに入射する他、第２の光導波路中の第２の光ファイバに励起光源からの励起光を入射させると、励起光が第２の光ファイバから出射し、第４のレンズから出射した後に第２の反射材料で反射し、再び第４のレンズを透過した後に第１の光ファイバに入射させることができるように構成したもの、即ち、所謂前方励起光を信号光と共にＥＤＦに入射させることを可能にしたタイプのもの（特許文献１参照）が挙げられる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１７４６６５号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示されるインライン型光アイソレータの場合、各種光学部品の要部となるファイバ結合用レンズ，反射材料（ＷＤＭフィルタ等の波長分波合波器），及び無依存型光アイソレータが各々独立に配備された構成となっているために組み立てに時間を要するという問題がある他、デバイス及び光ファイバ増幅器用パッケージの空間的寸法に制限があると共に、部品点数が多いために小型化を具現し難くて製造コストについても低減化し難いという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、組み立てが容易で低コストで作製し得る小型化された簡素な構造の光アイソレータ及びそれを用いた光ファイバ増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、入射側より第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，第２の複屈折結晶，及び第３の複屈折結晶をこの順で配置して構成されると共に、該第１の複屈折結晶及び該第１のファラデー回転子の界面と該第１のファラデー回転子及び該第２の複屈折結晶の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量で傾斜し、該第２の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第１の複屈折結晶の光学軸の方位から該第１のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、該第１の複屈折結晶の入射側及び該第３の複屈折結晶の出射側に屈折性を有する光学面又は屈折性を有する光学素子を一体的に配置した光アイソレータが得られる。
【００１１】
又、本発明によれば、上記光アイソレータにおいて、第１の複屈折結晶及び第１のファラデー回転子の界面付近、並びに第１のファラデー回転子及び第２の複屈折結晶の界面付近の少なくとも一方に励起光を入射するための励起光入力ポートが備えられた波長分割多重フィルタを配置した光アイソレータが得られる。
【００１２】
更に、本発明によれば、上記何れかの光アイソレータにおいて、屈折性を有する光学素子は、第１の複屈折結晶の入射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つ、及び第２の複屈折結晶の出射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つである光アイソレータが得られる。
【００１３】
加えて、本発明によれば、上記何れかの光アイソレータにおいて、屈折性を有する光学面は、ほぼ球面形状に加工された第１の複屈折結晶の入射側の面及び第２の複屈折結晶の出射側の面である光アイソレータが得られる。この光アイソレータにおいて、第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，第２の複屈折結晶，及び第３の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工することは好ましい。
【００１４】
一方、本発明によれば、入射側より第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，第２の複屈折結晶，第３の複屈折結晶，第２のファラデー回転子，及び第４の複屈折結晶をこの順で配置して構成されると共に、該第１の複屈折結晶及び該第１のファラデー回転子の界面と該第１のファラデー回転子及び該第２の複屈折結晶の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量傾斜し、該第３の複屈折結晶及び該第２のファラデー回転子の界面と該第２のファラデー回転子及び該第４のファラデー回転子の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位に傾斜しており、該第２の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第１の複屈折結晶の光学軸の方位から該第１のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、該第４の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第３の複屈折結晶の光学軸の方位から該第２のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、該第３の複屈折結晶の光学軸の方位は、該第２の複屈折結晶の光学軸の方位とほぼ直交する方位を指向しており、該第１の複屈折結晶の入射側及び該第３の複屈折結晶の出射側に屈折性を有する光学面又は屈折性を有する光学素子を一体的に配置した光アイソレータが得られる。
【００１５】
又、本発明によれば、上記光アイソレータにおいて、第１の複屈折結晶及び第１のファラデー回転子の界面付近、第１のファラデー回転子及び第２の複屈折結晶の界面付近、第３の複屈折結晶及び第２のファラデー回転子の界面付近、並びに第２のファラデー回転子及び第４の複屈折結晶の界面付近の少なくとも一つに励起光を入射するための励起光入力ポートを備えた波長分割多重フィルタを配置した光アイソレータが得られる。
【００１６】
更に、本発明によれば、上記何れかの光アイソレータにおいて、屈折性を有する光学素子は、第１の複屈折結晶の入射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つ、及び第４の複屈折結晶の出射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つである光アイソレータが得られる。
【００１７】
加えて、本発明によれば、上記何れかの光アイソレータにおいて、屈折性を有する光学面は、ほぼ球面形状に加工された第１の複屈折結晶の入射側の面及び第２の複屈折結晶の出射側の面，第３の複屈折結晶の入射側の面，第４の複屈折結晶の出射側の面であるか、或いはほぼ球面形状に加工された第１の複屈折結晶の入射側の面及び第４の複屈折結晶の出射側の面である光アイソレータが得られる。この光アイソレータにおいて、第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，及び第２の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工すると共に、第３の複屈折結晶，第２のファラデー回転子，及び第４の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工するか、或いは第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，第２の複屈折結晶，第３の複屈折結晶，第２のファラデー回転子，及び第４の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工することはそれぞれ好ましい。
【００１８】
他方、本発明によれば、上記何れか一つの光アイソレータを用いた光ファイバ増幅器が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光アイソレータの場合、各種光学素子の要部を一体化したものの外周をほぼ球状に加工し、光アイソレータ及び波長合分波用フィルタ（波長分割多重フィルタ）を具備したインライン型光アイソレータに対して屈折性を有するレンズ機能を持たせるようにしているため、部品点数が少なくて組み立てが容易であると共に、低コストで製造し得る小型化された簡素な構造となり、これによってデバイス及び光ファイバ増幅器用パッケージの空間的寸法の自由度が大きくなり、光ファイバ増幅器を構築する場合にも容易に低コストで小型化された構造にすることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の最良の形態に係る光アイソレータの一つは、入射側より第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，第２の複屈折結晶，及び第３の複屈折結晶をこの順で配置して構成されると共に、第１の複屈折結晶及び第１のファラデー回転子の界面と第１のファラデー回転子及び第２の複屈折結晶の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量で傾斜し、第２の複屈折結晶の光学軸の方位は、第１の複屈折結晶の光学軸の方位から第１のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、第１の複屈折結晶の入射側及び第３の複屈折結晶の出射側に屈折性を有する光学面又は屈折性を有する光学素子を一体的に配置したものである。こうした構成により、光ファイバのコアから出射したレーザービームを収束させるためのレンズと所謂一段型の偏光無依存型光アイソレータとを一体化させ、デバイスの小型化を図ることができる。
【００２１】
本発明の最良の形態に係る光アイソレータのもう一つは、入射側より第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，第２の複屈折結晶，第３の複屈折結晶，第２のファラデー回転子，及び第４の複屈折結晶をこの順で配置して構成されると共に、第１の複屈折結晶及び第１のファラデー回転子の界面と第１のファラデー回転子及び第２の複屈折結晶の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位にほぼ同量傾斜し、第３の複屈折結晶及び第２のファラデー回転子の界面と第２のファラデー回転子及び第４のファラデー回転子の界面とは、それぞれ入射した信号光の進行方向に対してほぼ同方位に傾斜しており、第２の複屈折結晶の光学軸の方位は、第１の複屈折結晶の光学軸の方位から第１のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、第４の複屈折結晶の光学軸の方位は、第３の複屈折結晶の光学軸の方位から第２のファラデー回転子によるファラデー回転と同じ方向でほぼ同量旋回させた方位を指向しており、第３の複屈折結晶の光学軸の方位は、第２の複屈折結晶の光学軸の方位とほぼ直交する方位を指向しており、第１の複屈折結晶の入射側及び第３の複屈折結晶の出射側に屈折性を有する光学面又は屈折性を有する光学素子を一体的に配置したものである。こうした構成により、光ファイバのコアから出射したレーザービームを収束させるためのレンズと所謂二段型の偏光無依存型光アイソレータとを一体化させ、同様にデバイスの小型化を図ることができる。
【００２２】
但し、前者の光アイソレータにおいては、第１の複屈折結晶及び第１のファラデー回転子の界面付近、並びに第１のファラデー回転子及び第２の複屈折結晶の界面付近の少なくとも一方に対し、後者の光アイソレータにおいては、第１の複屈折結晶及び第１のファラデー回転子の界面付近、第１のファラデー回転子及び第２の複屈折結晶の界面付近、第３の複屈折結晶及び第２のファラデー回転子の界面付近、並びに第２のファラデー回転子及び第４の複屈折結晶の界面付近の少なくとも一つに対し、それぞれ励起光を入射するための励起光入力ポートを備えた波長分割多重フィルタ（ＷＤＭフィルタ）を配置することが好ましい。この構成によれば、励起光を増幅用光ファイバに入射させるためのデバイスと光アイソレータとを一体化することができる。
【００２３】
又、前者の光アイソレータにおいては、屈折性を有する光学面をほぼ球面形状に加工された第１の複屈折結晶の入射側の面及び第２の複屈折結晶の出射側の面とした上、第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，第２の複屈折結晶，及び第３の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工し、後者の光アイソレータにおいては、屈折性を有する光学面をほぼ球面形状に加工された第１の複屈折結晶の入射側の面及び第２の複屈折結晶の出射側の面，第３の複屈折結晶の入射側の面，第４の複屈折結晶の出射側の面とするか、或いはほぼ球面形状に加工された第１の複屈折結晶の入射側の面及び第４の複屈折結晶の出射側の面とした上、第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，及び第２の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工すると共に、第３の複屈折結晶，第２のファラデー回転子，及び第４の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工するか、或いは第１の複屈折結晶，第１のファラデー回転子，第２の複屈折結晶，第３の複屈折結晶，第２のファラデー回転子，及び第４の複屈折結晶を一体化したものの外周をほぼ球状に加工することが好ましい。この構成によれば、光ファイバから出射したレーザービームを収束させるためのレンズを省略することができ、より一層小型化を図ることができ、しかも複屈折結晶等を一体化したものの外周をほぼ球状に加工することにより小型化と加工の容易化との双方を具現することができる。
【００２４】
更に、前者の光アイソレータにおいては、屈折性を有する光学素子として、第１の複屈折結晶の入射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つ、及び第２の複屈折結晶の出射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つであるものとし、後者の光アイソレータにおいては、屈折性を有する光学素子として、屈折性を有する光学素子は、第１の複屈折結晶の入射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つ、及び第４の複屈折結晶の出射面に対向する面が平面である平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズ，屈折率分布型レンズの何れか一つであるものとすることが好ましい。この構成によれば、光ファイバから出射したレーザービームを収束させるためのレンズ、光アイソレータ、更には励起光を入射させるための波長分割多重フィルタ（ＷＤＭフィルタ）の機能を一体化することができる。
【００２５】
加えて、前者及び後者の何れの光アイソレータにおいても、これらの機能が集積されたデバイスを光ファイバ増幅器用パッケージに組み込めば、より小型で高性能な光ファイバ増幅器を構築することができる。
【００２６】
以下は、幾つかの実施例を挙げ、本発明の光アイソレータ及びそれを用いた光ファイバ増幅器について、その作製工程を含めて具体的に説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は、本発明の実施例１に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
【００２８】
この実施例１に係る光アイソレータは、ルチル（ＴｉＯ２）を用いた第１の複屈折結晶１と、ＧｄＢｉ鉄ガーネット膜（ＧｄＢｉＩＧ厚膜）によるファラデー回転子２と、ルチル（ＴｉＯ２）を用いた第２の複屈折結晶３，第３の複屈折結晶４とをこの順で配置して外形が直径２ｍｍの球状として一体化したものに対し、入射側となる第１の複屈折結晶１の近傍に対して信号光を出射する入射側光ファイバ付きフェルール５を配置すると共に、出射側となる第３の複屈折結晶４の近傍に対してそれを透過した信号光を入射させるための出射側光ファイバ付きフェルール６を配置して構成されている。尚、ファラデー回転子２は、図示されないマグネットによってビームの進行方向と平行な方向に磁場が印加された状態において、ファラデー効果により入射したレーザビームの偏光方向を第１の複屈折結晶１側から見て反時計回りの方向に４５度回転させる機能を持つものである。
【００２９】
各種光学部材の厚みとして、中心部の厚みについては、第１の複屈折結晶１が０．６ｍｍ、ファラデー回転子２が０．５ｍｍ、第２の複屈折結晶３が０．１５ｍｍ、第３の複屈折結晶４が０．７５ｍｍとなっている。又、第１の複屈折結晶１及びファラデー回転子２の界面、ファラデー回転子２及び第２の複屈折結晶３の界面とは、図１に示されるようにそれぞれ一体化されたデバイスの中心軸と直交する面から４度傾斜している。
【００３０】
図２は、この光アイソレータに備えられる複屈折結晶１，３，４の光学軸の方位を示した模式図である。
【００３１】
ここでは、第１の複屈折結晶１側から見てその光学軸は矢印Ｃ１の方位、第２の複屈折結晶３の光学軸は矢印Ｃ２の方位、第３の複屈折結晶４の光学軸は矢印Ｃ３の方位にそれぞれ指向し、３者の関係は、図２中に示される通りに第２の複屈折結晶３の光学軸の方位は、第１の複屈折結晶１の方位を反時計回りに４５度回転させた方向を指向し、更に第３の複屈折結晶４の光学軸の方位は第２の複屈折結晶３の光学軸の方位に対して直交していることを示している。
【００３２】
この光アイソレータの場合、入射側光ファイバ付きフェルール５の光ファイバコア部から出射した信号光は、第１の複屈折結晶１に入射するとその入射面が球面加工されているため、第１の複屈折結晶１内を概ね平行なビームとして伝搬する。その後、信号光ビームは、第１の複屈折結晶１とファラデー回転子２との界面において、第１の複屈折結晶１の光学軸に対応して常光成分と異常光成分との２つのビームに分離し、それぞれ常光屈折率及び異常光屈折率とスネルの法則とによって定まる角度（例えば信号光の波長が１５５０ｎｍの場合、常光成分の場合は出射角４．２４６度、異常光成分の場合は４．６９０度）で第１の複屈折結晶１を出射してファラデー回転子２に入射する。
【００３３】
２つの信号光ビームは、ファラデー回転子２の内部でファラデー効果により第１の複屈折結晶１の側から見て反時計回りの方向におおよそ４５度、偏光方向が回転する。ファラデー回転子２と第２の複屈折結晶３との界面に達した２本のビームは、第２の複屈折結晶３の光学軸の方位に対応してそれぞれ常光屈折率及び異常光屈折率とスネルの法則とにより定まる角度で屈折し、第２の複屈折結晶３に入射する。第２の複屈折結晶３の光学軸の方位は、第１の複屈折結晶１の側から見た場合、図２に示したように第１の複屈折結晶１の光学軸の方位より反時計方向に４５度回転した方位を指向しているが、この回転方向及び回転量は、ファラデー回転子２による偏波方向における回転方向及び回転量と同じであるため、第２の複屈折結晶３に入射した際に常光成分となるか、或いは異常光成分となるかは、第１の複屈折結晶１を出射する際の状態と一致することになる。
【００３４】
即ち、第１の複屈折結晶１の出射時に常光成分として出射した側の信号光ビームは、第２の複屈折結晶３に入射する際にも常光成分として入射することになるが、第１の複屈折結晶１の出射時に異常光成分として出射した側の信号光ビームは、第２の複屈折結晶３に入射する際にも異常光成分として入射することになる。従って、２つの信号光ビームは、第１の複屈折結晶１を出射した際と同量（常光成分の場合は出射角４．２４６度、異常光成分の場合は４．６９０度）で屈折方向は第１の複屈折結晶１の出射時と逆の方向として第２の複屈折結晶３に入射する。従って、第２の複屈折結晶３の内部では２つの信号光ビームは互いに平行な状態で結晶内部を伝搬する。
【００３５】
２つの信号光ビームが伝搬した経路の光学距離は、第２の複屈折結晶３と第３の複屈折結晶４との界面に達した時点で異なっており、波長１５５０ｎｍにおいて、２つの複屈折結晶３，４内部を常光として伝搬してきた側のビームの伝搬経路の光学距離は３．５０９ｍｍ、異常光として伝搬してきた側のビームの伝搬経路の光学距離は３．７０１ｍｍである。２つのビームの経路の光学距離にこのような差があると、信号光が出射側光ファイバ付きフェルール６のコア部に入射する際に偏光分散が問題となるが、第３の複屈折結晶４はこの問題を解決し、２つの信号光ビームの経路の光学距離の差を補償するものである。第３の複屈折結晶８の光学軸は、図２に示したように第２の複屈折結晶３の光学軸と直交しているため、２つの信号光ビームの光学距離差を補正する作用を持ち、第３の複屈折結晶４を出射する時点で２つの信号光ビームの伝搬経路の光学距離はいずれも５．５３８ｍｍとなり、その差がなくなって偏光分散の問題が解消される。
【００３６】
第３の複屈折結晶４を出射する際に出射面の球面の屈折性（レンズ機能）により２つのビームは収束されるが、２つの信号光ビームは互いに平行な平行光ビームとして第３の複屈折結晶４の内部を伝搬したものであるため、第３の複屈折結晶４を出射した後は同じ位置に収束することになる。２つのビームの収束点に出射側光ファイバ付きフェルール６の光ファイバのコア部が位置されるように出射側光ファイバ付きフェルール６の配置を調整すれば、信号光は実施例１に係る光アイソレータを通過することになる。
【００３７】
次に、伝搬経路上の接続点等で発生した反射光が出射側光ファイバ付きフェルール６の端面から出射された場合の動作を説明する。出射側光ファイバ付きフェルール６を出射した光ビームは、第３の複屈折結晶４に入射するが、球面である入射面の屈折性（レンズ機能）により平行ビームとなって第３の複屈折結晶４の内部を伝搬する。この際、光学軸の方位に対応する形で常光成分と異常光成分とに分離して伝搬し、第２の複屈折結晶３を出射する際、波長が１５５０ｎｍであれば常光成分については出射角４．２４６度、異常光成分については４．６９０度で出射してファラデー回転子２に入射する。
【００３８】
ファラデー回転子２においては、ファラデー回転の非相反性に従い、２つのビームの偏光方向が第２の複屈折結晶２の側から見て時計回り方向に４５度回転される。この結果、ファラデー回転子２を出射し、第１の複屈折結晶１に２つのビームが入射する場合、第２の複屈折結晶３を透過する際に常光成分として透過したビームについては、第１の複屈折結晶１に入射する際に異常光成分として入射するが、第２の複屈折結晶３を異常光成分として透過したビームについては、常光成分として第１の複屈折結晶１に入射する。この結果、ファラデー回転子２と第１の複屈折結晶１との界面で屈折した後の出射角度は、常光については３．６２１度、異常光については４．４１８度となる。入射側光ファイバ付きフェルール５を出射した信号光が第１の複屈折結晶１の内部を透過し、第１の複屈折結晶１とファラデー回転子２との界面に入射する際の入射角は４度であるから、信号光が図１中で紙面上左方から右方に伝搬する場合とは約０．４度、伝搬角度が異なることになる。
【００３９】
第１の複屈折結晶１をこのような角度で伝搬した２つの平行ビームは、第１の複屈折結晶１の球面形状をした光学面の屈折性（レンズ機能）により収束ビームとなって入射側ファイバ付きフェルール５の側に伝搬するが、第１の複屈折結晶１の内部での伝搬角度が信号光の伝搬時とは異なるため、入射側光ファイバ付きフェルール５の光ファイバコア部からは逸れた点で収束する。
【００４０】
以上に説明したように、出射側光ファイバ付きフェルール６から出射したビームは、入射側光ファイバ付きフェルール５の光ファイバコア部には入射することがなく、光アイソレータとして動作する。
【実施例２】
【００４１】
図３は、本発明の実施例２に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
【００４２】
この実施例２に係る光アイソレータは、バナジウム酸イットリウム（ＹＶＯ４）単結晶を用いた第１の複屈折結晶１１と、ＧｄＢｉ鉄ガーネット膜（ＧｄＢｉＩＧ厚膜）による第１のファラデー回転子１２と、バナジウム酸イットリウム（ＹＶＯ４）単結晶を用いた第２の複屈折結晶１３とをこの順で配置して外形が直径２ｍｍの球状として一体化したものと、バナジウム酸イットリウム（ＹＶＯ４）単結晶を用いた第３の複屈折結晶２１と、ＧｄＢｉ鉄ガーネット膜（ＧｄＢｉＩＧ厚膜）による第２のファラデー回転子２２と、バナジウム酸イットリウム（ＹＶＯ４）単結晶を用いた第４の複屈折結晶２３とをこの順で配置して外形が直径２ｍｍの球状として一体化したものとを並設し、これらにおける入射側となる第１の複屈折結晶１１の近傍に対して信号光を出射する入射側光ファイバ付きフェルール１５を配置すると共に、出射側となる第４の複屈折結晶２３の近傍に対してそれを透過した信号光を入射させるための出射側光ファイバ付きフェルール１６を配置して構成されている。尚、第１のファラデー回転子１２は、図示されないマグネットによってビームの進行方向と平行な方向に磁場が印加された状態において、ファラデー効果により入射したレーザビームの偏光方向を第１の複屈折結晶１１側から見て反時計回りの方向に４５度回転させる機能を持ち、第２のファラデー回転子２２も同様に、図示されないマグネットによってビームの進行方向と平行な方向に磁場が印加された状態において、ファラデー効果により入射したレーザビームの偏光方向を第３の複屈折結晶２１側から見て反時計回りの方向に４５度回転させる機能を持つものである。
【００４３】
各種光学部材の厚みとして、中心部の厚みについては、第１の球状体における第１の複屈折結晶１１が０．７５ｍｍ、第１のファラデー回転子１２が０．５ｍｍ、第２の複屈折結晶１３が０．７５ｍｍであり、第２の球状体における第３の複屈折結晶２１が０．７５ｍｍ、第２のファラデー回転子２２が０．５ｍｍ、第４の複屈折結晶２３が０．７５ｍｍである。又、第１の複屈折結晶１１及び第１のファラデー回転子１２の界面、第１のファラデー回転子１２及び第２の複屈折結晶１３の界面、第３の複屈折結晶２１及び第２のファラデー回転子２２の界面、並びに第２のファラデー回転子２２及び第４の複屈折結晶２３の界面は図３に示されるようにそれぞれ一体化されたデバイスの中心軸と直交する面から４度傾斜している。
【００４４】
図４は、この光アイソレータに備えられる複屈折結晶１１，１３，２１，２３の光学軸の方位を示した模式図である。
【００４５】
ここでは、第１の複屈折結晶１１側から見てその光学軸は矢印Ｃ１の方位、第２の複屈折結晶１３の光学軸は矢印Ｃ２の方位、第３の複屈折結晶２１の方位は矢印Ｃ３の方位、第４の複屈折結晶２３の方位は矢印Ｃ４の方位にそれぞれ指向し，４者の関係は、図４中に示される通りに第２の複屈折結晶１３の光学軸の方位は、第１の複屈折結晶１１の方位を反時計回りに４５度回転させた方向を指向し、第３の複屈折結晶２１の光学軸の方位は、第２の複屈折結晶１３の光学軸の方位に対して直交し、更に第４の複屈折結晶２３の光学軸の方位は、第３の複屈折結晶２１の光学軸の方位を反時計回りに４５度回転させた方向を指向していることを示している。
【００４６】
この光アイソレータの場合、入射側光ファイバ付きフェルール１５の光ファイバコア部から出射したビームの伝搬過程について、第２の複屈折結晶１３に信号光が入射するまでは実施例１に記した場合と同様であるので説明を省略する。第２の複屈折結晶１３を２つに分離した信号光ビームが出射する際、第２の複屈折結晶１３の球面形状をした光学面の屈折性（レンズ機能）により収束ビームとなって第２の複屈折結晶１３を出射し、収束ビームとなった２つのビームは、一旦ビームウェストを形成した後、発散して第３の複屈折結晶２１に入射するが、第３の複屈折結晶２１の光学軸の方位は、第２の複屈折結晶１３の光学軸の方位と直交しているので、第１の複屈折結晶１１及び第２の複屈折結晶１３を常光として伝搬した信号光ビームは、第３の複屈折結晶２１を異常光として伝搬することになる。
【００４７】
第２のファラデー回転子２２の偏光方向における回転方向及び回転量と第４の複屈折結晶２３の光学軸の方位との関係は、第１のファラデー回転子１２及び第２の複屈折結晶１３における関係と同様であるので、第３の複屈折結晶２１を異常光として伝搬した信号光ビームは、第４の複屈折結晶２３中を異常光として伝搬することになる。同様に、第１の複屈折結晶１１及び第２の複屈折結晶１３を異常光として伝搬した信号光ビームは、第３の複屈折結晶２１及び第４の複屈折結晶２３を常光として伝搬することになる。従って、信号光ビームについては、伝搬経路上の４枚の複屈折結晶１１，１３，２１，２３にあっての２枚を常光として透過し、２枚を異常光として透過することになるため、偏光分散は発生しないことになる。
【００４８】
第４の複屈折結晶２３を透過した信号光ビームは、第４の複屈折結晶２３の球面形状をした光学面の屈折性（レンズ機能）により収束光となって第４の複屈折結晶２３を出射する。２つの信号光ビームは互いに平行な平行光ビームで第４の複屈折結晶２３の内部を伝搬したものであるため、第４の複屈折結晶２３を出射後は同じ位置に収束することになる。２つのビームの収束点に出射側光ファイバ付きフェルール１６の光ファイバのコア部が位置されるように出射側光ファイバ付きフェルール１６の配置を調整すれば、信号光は実施例２に係る光アイソレータを通過することとなる。
【００４９】
次に、伝搬経路上の接続点等で発生した反射光が出射側光ファイバ付きフェルール１６の端面から出射した場合の動作を説明する。出射側光ファイバ付きフェルール１６を出射した光ビームは、第４の複屈折結晶２３に入射するが、球面である入射面の屈折性（レンズ機能）により平行ビームとなって結晶内部を伝搬する。この際、光学軸の方位に対応する形で常光成分と異常光成分とに分離して伝搬し、第４の複屈折結晶２３を出射する際、実施例１の場合と同様に異なる角度で第２のファラデー回転子２２に入射する。
【００５０】
これ以降の出射側光ファイバ付きフェルール１６の端面から出射したビームは、実施例１の場合と同様に実施例２に係る光アイソレータの内部を、図３において紙面の右方から左方に伝搬するが、第３の複屈折結晶２１の光学軸の方位と第２の複屈折結晶１３の光学軸の方位とが図４に示されるように直交しているため、各複屈折結晶２３，２１，１３，１１での偏光状態は、第４の複屈折結晶２３において異常光と常光とに分離されたものについて、異常光は第３の複屈折結晶２１で常光，第２の複屈折結晶１３で異常光，第１の複屈折結晶１１で常光となり、常光は第３の複屈折結晶２１で異常光，第２の複屈折結晶１３で常光，第１の複屈折結晶１１で異常光となる。
【００５１】
出射側光ファイバ付きフェルール１６から出射したビームは、２つに分離してこのような偏光状態で伝搬した後、第１の複屈折結晶１１の球面形状の光学面の屈折性（レンズ機能）によって収束ビームとなって入射側光ファイバ付きフェルール１５の側に出射するが、第１の複屈折結晶１１内部での伝搬角度が入射側光ファイバ付きフェルール１５から出射したビームについて伝搬する際の伝搬角度とは異なるため、入射側光ファイバ付きフェルール１５の光ファイバコア部からは逸れた点で収束する。
【００５２】
以上に説明したように、出射側光ファイバ付きフェルール１６から出射したビームは、入射側光ファイバ付きフェルール１５の光ファイバコア部には入射することがなく、光アイソレータとして動作する。尚、実施例２に係る光アイソレータの場合、偏光子となる複屈折結晶を４枚、ファラデー回転子を２枚用いた所謂２段型構成となっているため、実施例１の光アイソレータと比べて一層高いアイソレーションを得ることができ、しかも各複屈折結晶の光学軸の方位を調整することにより、新たな部品を付加することなく偏光分散を補償できるものとなっている。
【実施例３】
【００５３】
図５は、本発明の実施例３に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
【００５４】
この実施例３に係る光アイソレータは、実施例１に係る光アイソレータにおける第１の複屈折結晶１及びファラデー回転子２の間にイオンアシスト蒸着により酸化珪素（ＳｉＯ２）と五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とを７１層積層することにより１５５０ｎｍ帯の光ビームを透過し、且つ１４８０ｎｍ帯のビームを反射するように作製されたＷＤＭフィルタ１９を配備させて同様な球状を成すように一体化し、更に入射側光ファイバ付きフェルール５側に偏波保持ファイバの一種であるＰＡＮＤＡファイバを内蔵した励起光入射用光ファイバ付きフェルール３５を配備させて構成されるものである。尚、ここでの励起光入射用光ファイバ付きフェルール３５は、出射する励起光の偏光方向が第１の複屈折結晶１の内部を常光成分として伝搬するように保持するＰＡＮＤＡファイバの偏波方向を予め調整してあり、且つＰＡＮＤＡファイバには、波長１４８０ｎｍの励起光を出射する図示されないレーザーモジュールが接続される。
【００５５】
ここでの第１の複屈折結晶１，ファラデー回転子２，第２の複屈折結晶３，第３の複屈折結晶４，入射側光ファイバ付きフェルール５，及び出射側光ファイバ付きフェルール６については、実施例１の場合と同様であり、入射側光ファイバ付きフェルール５より出射した信号光が出射用光ファイバ付きフェルール６に入射する過程、並びに出射側光ファイバ付きフェルール６から出射した戻り光が入射側光ファイバ付きフェルール５の光ファイバコア部に入射しない過程についても実施例１の場合と同様であるため、それらの説明は省略する。因みに、伝搬経路中に配置されたＷＤＭフィルタ１９は、波長１５５０ｎｍ帯のビームを透過するため、信号光の伝搬及び戻り光の伝搬には影響を与えない。
【００５６】
この光アイソレータの場合、レーザーモジュールから出射された励起光が励起光入力用光ファイバ付きフェルール３５のＰＡＮＤＡファイバから出射して第１の複屈折結晶１に入射し、第１の複屈折結晶１では球面形状をした光学面の屈折性（レンズ機能）により平行ビームとなって内部を伝搬してＷＤＭフィルタ１９に入射する。
【００５７】
そこで、ＷＤＭフィルタ１９は波長１４８０ｎｍの光ビームを反射するため、ＷＤＭフィルタ１９に入射した励起光はここで反射され、入射側光ファイバ付きフェルール５側へ伝搬されるが、このとき励起光は第１の複屈折結晶１の球面形状をした光学面の屈折性（レンズ機能）により収束ビームとなり入射側光ファイバ付きフェルール５の光ファイバコア部に入射する。実際の製作工程においては、励起光が入射側光ファイバ付きフェルール５に適確に入射するように励起光入射用光ファイバ付きフェルール３５の位置調整が行われて固定されている。
【００５８】
実施例３の光アイソレータにおいては、励起光入射用光ファイバ付きフェルール３５から出射した励起光を、信号光を出射するための入射側光ファイバ付きフェルール５に入射させることができるため、係るデバイスを光ファイバ増幅器中の増幅用光ファイバの出力側に配置し、増幅用光ファイバに戻り光が戻るのを防止すると共に、励起光を増幅用光ファイバの出力側から入射する所謂後方励起方式へと適用させることが可能である。又、ＷＤＭフィルタ１９をファラデー回転子２及び第２の複屈折結晶３の界面に配備し、励起光入射用光ファイバ付きフェルール３５を励起光がＷＤＭフィルタ１９で反射した後に出射側光ファイバ付きフェルール６の光ファイバコア部に入射するような位置に配置する構成とすれば、所謂前方励起方式へ変更して適用させることも可能である。
【実施例４】
【００５９】
図６は、本発明の実施例４に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
【００６０】
この実施例４に係る光アイソレータは、実施例２に係る光アイソレータにおける第４の複屈折結晶２３及び第２のファラデー回転子２２の間にイオンアシスト蒸着により酸化珪素（ＳｉＯ２）と五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とを７１層積層することにより１５５０ｎｍ帯の光ビームを透過し、且つ１４８０ｎｍ帯のビームを反射するように作製されたＷＤＭフィルタ２９を配備させて同様な球状を成すように一体化し、更に出射側光ファイバ付きフェルール６側に偏波保持ファイバの一種であるＰＡＮＤＡファイバを内蔵した励起光入射用光ファイバ付きフェルール４５を配備させて構成されるものである。尚、ここでの励起光入射用光ファイバ付きフェルール４５は、出射する励起光の偏光方向が第１の複屈折結晶１の内部を常光成分として伝搬するように保持するＰＡＮＤＡファイバの偏波方向を予め調整してあり、且つＰＡＮＤＡファイバには、波長１４８０ｎｍの励起光を出射する図示されないレーザーモジュールが接続される。
【００６１】
ここでの第１の複屈折結晶１１，第１のファラデー回転子１２，第２の複屈折結晶１３，第３の複屈折結晶２１，第２のファラデー回転子２２，第４の複屈折結晶２３，入射側光ファイバ付きフェルール１５，及び出射側光ファイバ付きフェルール１６については、実施例２の場合と同様であり、入射側光ファイバ付きフェルール１５より出射した信号光が出射用光ファイバ付きフェルール１６に入射する過程、並びに出射側光ファイバ付きフェルール１６から出射した戻り光が入射側光ファイバ付きフェルール１５の光ファイバコア部に入射しない過程については、実施例２の場合と同様であるため、それらの説明は省略する。因みに、伝搬経路中に配置されたＷＤＭフィルタ２９は、波長１５５０ｎｍ帯のビームを透過するため、信号光の伝搬及び戻り光の伝搬には影響を与えない。
【００６２】
この光アイソレータの場合、レーザーモジュールから出射された励起光が励起光入力用光ファイバ付きフェルール４５のＰＡＮＤＡファイバから出射して第４の複屈折結晶２３に入射し、第４の複屈折結晶２４では球面形状をした光学面の屈折性（レンズ機能）により平行ビームとなって内部を伝搬してＷＤＭフィルタ２９に入射する。
【００６３】
そこで、ＷＤＭフィルタ２９は、波長１４８０ｎｍの光ビームを反射するため、ＷＤＭフィルタ２９に入射した励起光はここで反射され、入射側光ファイバ付きフェルール１６側に伝搬されるが、このとき励起光は第４の複屈折結晶２３の球面形状をした光学面の屈折性（レンズ機能）により収束ビームとなり出射側光ファイバ付きフェルール１６の光ファイバコア部に入射する。実際の製作工程においては、励起光が出射側光ファイバ付きフェルール１６に適確に入射するように励起光入射用光ファイバ付きフェルール４５の位置調整が行われて固定されている。
【００６４】
実施例４の光アイソレータにおいては、励起光入射用光ファイバ付きフェルール４５から出射した励起光を、信号光を入射するための出射側光ファイバ付きフェルール１６に入射させることができるため、係るデバイスを光ファイバ増幅器中の増幅用光ファイバの入力側に配置し、光ファイバ増幅器より手前側の信号源に戻り光が戻るのを防止すると共に、励起光を増幅用光ファイバの入力側から入射する所謂前方励起方式へ適用されることが可能である。又、ＷＤＭフィルタ２９を第１の複屈折結晶１１及びファラデー回転子１２の界面に配備し、励起光入射用光ファイバ付きフェルール４５を励起光がＷＤＭフィルタ２９で反射した後に入射側光ファイバ付きフェルール１５の光ファイバコア部に入射するような位置に配置する構成とすれば、所謂前方励起方式へ変更して適用させることも可能である。
【実施例５】
【００６５】
図７は、本発明の実施例５に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
【００６６】
この実施例５に係る光アイソレータは、日本板硝子株式会社製のセルフォックレンズによる屈折率分布型レンズ４１，ルチル（ＴｉＯ２）単結晶を用いた第１の複屈折結晶３１，ＧｄＢｉ鉄ガーネット膜（ＧｄＢｉＩＧ厚膜）によるファラデー回転子３２，ルチル（ＴｉＯ２）単結晶を用いた第２の複屈折結晶３３，同様にルチル（ＴｉＯ２）単結晶を用いた第３の複屈折結晶３４，及び日本板硝子株式会社製のセルフォックレンズによる屈折率分布型レンズ４２をこの順で配置して外形が断面２ｍｍ角の正方形状で長さが４ｍｍの立方体状となるよう一体化したものに対し、入射側となる屈折率分布型レンズ４１の近傍に対して信号光を出射する入射側光ファイバ付きフェルール２５を配置すると共に、出射側となる屈折率分布型レンズ４２の近傍に対してそれを透過した信号光を入射させるための出射側光ファイバ付きフェルール２６を配置して構成されている。尚、ファラデー回転子３２は、図示されないマグネットによってビームの進行方向と平行な方向に磁場が印加された状態において、ファラデー効果により入射したレーザービームの偏光方向を第１の複屈折結晶１側から見て反時計回りの方向に４５度回転させる機能を持つものである。
【００６７】
各種光学部材の厚みとして、中心部の厚みについては、屈折率分布型レンズ４１，４２が１ｍｍ、第１の複屈折結晶３１が０．６ｍｍ、ファラデー回転子３２が０．５ｍｍ、第２の複屈折結晶３３が０．１５ｍｍ、第３の複屈折結晶３４が０．７５ｍｍとなっている。又、第１の複屈折結晶３１及びファラデー回転子３２の界面、ファラデー回転子３２及び第２の複屈折結晶３３の界面は図１に示したようにデバイスの中心軸と直交する面から４度傾斜している。更に、第１の複屈折結晶３１の光学軸の方位、第２の複屈折結晶３３の光学軸の方位、及び第３の複屈折結晶３４の光学軸の方位の位置関係は、実施例１で図２を参照して説明した場合の関係と同様である。
【００６８】
実施例５の光アイソレータの場合、入射側光ファイバ付きフェルール２５から出射した信号光が屈折率分布型レンズ４１内部の屈折性により平行ビームとなって第１の複屈折結晶３１に入射するが、第１の複屈折結晶３１に入射してから第３の複屈折結晶３４を出射するまでの過程は実施例１の場合と同様なので説明を省略する。
【００６９】
第３の複屈折結晶３４を出射した信号光ビームは、平行ビームのまま屈折率分布型レンズ４２に入射し、入射した信号光ビームは屈折率分布型レンズ４２内部の屈折性によって収束ビームに変換された後、出射側光ファイバ付きフェルール２６側に出射する。この信号光ビームが出射側光ファイバ付きフェルール２６の光ファイバコア部に入射するように出射側光ファイバ付きフェルール２６は予め位置調整されている。
【００７０】
次に、出射側光ファイバ付きフェルール２６から出射した戻り光は、屈折率分布型レンズ４２に入射し、この屈折率分布型レンズ４２内部の屈折性によって平行ビームに変換されて第３の複屈折結晶３４に入射する。これ以降の戻り光が第１の複屈折結晶３１を出射するまでの過程は、実施例１の場合と同様なので説明を省略する。第１の複屈折結晶３１を出射した２つの戻り光ビームは、屈折率分布型レンズ４１に入射するが、このとき屈折率分布型レンズ４１内部の屈折性によって収束ビームとなって屈折率分布型レンズ４１を出射するが、戻り光ビームの屈折率分布型レンズ４１へ入射する際の入射角は、入射側光ファイバ付きフェルール２５を出射した信号光が屈折率分布型レンズ４１を出射する場合の出射角と異なるため、結果として２つの戻り光ビームは、入射側光ファイバ付きフェルール２５の光ファイバコア部から逸れた位置に収束することにより、光アイソレータとして動作する。
【００７１】
尚、実施例５の光アイソレータにおいては、基本動作部分を実施例１の場合と同様に３枚の複屈折結晶３１，３３，３４と１枚のファラデー回転子３２とから成る所謂一段型の光アイソレータとなるように構成したが、実施例２で説明した場合と同様に４枚の複屈折結晶と２枚のファラデー回転子とから成る所謂２段型の光アイソレータとなるように構成しても差し支えない。又、実施例５の光アイソレータは、信号光入力用ポートである入射側光ファイバ付きフェルール２５と信号光出力用ポートである出射側光ファイバ付きフェルール２６とを備えただけの構成を説明したが、これに実施例３や実施例４で説明した場合と同様に複屈折結晶及びファラデー回転子の界面にＷＤＭフィルタを配備し、励起光入力用ポートである励起光入射用光ファイバ付きフェルールを付加させて励起光導入機能を備えるように変更した構成とすることも可能である。更に、実施例５の光アイソレータでは、屈折性を有する光学素子として、セルフォックレンズによる屈折率分布型レンズ４１，４２を使用した例を説明したが、第１の複屈折結晶３１及び第３の複屈折結晶３４に相対する面の形状が平面であれば、平凸球面レンズ，平凸非球面レンズ，回折レンズのような別種のレンズを代用しても何ら差し支えない。
【実施例６】
【００７２】
図８は、上述した実施例２に係る光アイソレータ及び実施例３に係る光アイソレータを用いた本発明の実施例６に係る光ファイバ増幅器の基本構成を示した模式図である。
【００７３】
この光ファイバ増幅器は、波長１４８０ｎｍのレーザ励起光を出力するための励起用レーザーモジュール５２を実施例３に係る光アイソレータにおける励起光入射用光ファイバ付きフェルール３５に結合すると共に、増幅媒体としてエルビウム添加光ファイバ５１の一端を実施例３に係る光アイソレータにおける入射側光ファイバ付きフェルール５に結合し、且つエルビウム添加光ファイバ５１の他端を実施例２に係る光アイソレータにおける出射側光ファイバ付きフェルール１６に結合して構成されたものである。
【００７４】
この実施例６に係る光ファイバ増幅器では、内部で発生した戻り光がエルビウム添加光ファイバ５１の入力側に配置した実施例３に係る光アイソレータによって信号源に到達しないようにカットされると共に、出力側からの戻り光がエルビウム添加ファイバ５１の出力側に配置した実施例２に係る光アイソレータによってエルビウム添加光ファイバ５１に入射しないようにカットされるようになっており、更に励起光がエルビウム添加光ファイバ５１の入力側に配置した実施例３に係る光アイソレータにおける励起光導入用ポートである励起光入射用光ファイバ付きフェルール３５から入力され、ＷＤＭフィルタ１９を介してエルビウム添加ファイバ５１に入射されるようになっている。この実施例６に係る光ファイバ増幅器の構成によれば、小型化された構成で容易に構築することができる。
【００７５】
尚、実施例６に係る光ファイバ増幅器においては、励起媒体としてエルビウム添加光ファイバ５１を用いた構成を説明したが、１３００ｎｍ帯の信号光用にプラセオジム（Ｐｒ）を添加したファイバを用いたり、或いは１４００ｎｍ帯の信号光用にツリウム（Ｔｍ）を添加したファイバ等を用いることも可能である他、光ファイバの非線形効果を利用するラマン増幅器にも同様に適用することができ、しかも光アイソレータとしては、光ファイバ増幅器のＮＦ及び利得、励起方法に応じて実施例１乃至実施例５までの各形態のものを適宜選択して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例１に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
【図２】図１に示す光アイソレータに備えられる複屈折結晶における光学軸の方位を示した模式図である。
【図３】本発明の実施例２に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
【図４】図３に示す光アイソレータに備えられる複屈折結晶における光学軸の方位を示した模式図である。
【図５】本発明の実施例３に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
【図６】本発明の実施例４に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
【図７】本発明の実施例５に係る光アイソレータの基本構成を示した模式図である。
【図８】図３に示す光アイソレータ及び図５に示す光アイソレータを備えた本発明の実施例６に係る光ファイバ増幅器の基本構成を示した模式図である。
【符号の説明】
【００７７】
１，３，４，１１，１３，２１，２３，３１，３３，３４  複屈折結晶
２，１２，２２，３２  ファラデー回転子
５，１５，２５  入射側光ファイバ付きフェルール
６，１６，２６  出射側光ファイバ付きフェルール
１９，２９  ＷＤＭフィルタ
３５，４５  励起光入射用光ファイバ付きフェルール
４１，４２  屈折率分布型レンズ
５１  エルビウム添加光ファイバ
５２  励起用レーザーモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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