(57)【要約】 【課題】  偏波方向が特定された光素子を含む光モジュールに好適に使用できる表面実装型で小型の光アイソレータを提供すること。【解決手段】  平坦な表面に取り付けられる表面実装型の光アイソレータであり、１／２波長板５８、第一偏光子５７、ファラデー回転子５６および第二偏光子５５が積層されてなる光学要素部１００が凹字形マグネット６０の溝に配置され、また凹字形マグネット６０の２つ端部付近を繋ぐように平板マグネット６１が配置されている。【選択図】  図１
2006126607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な表面に取り付けられる表面実装型の光アイソレータにおいて、１つの光軸方向に１／２波長板およびファラデー回転子並びに偏光子が配設された光学要素部と、前記光学要素部が取り付けられたマグネットとを備えることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
前記偏光子および前記ファラデー回転子並びに前記１／２波長板は板状であり、積層されて前記光学要素部となったことを特徴とする、請求項１記載の光アイソレータ。
【請求項３】
前記マグネットは表面実装用の平坦な外形面を有することを特徴とする請求項１または２記載の光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光受動部品として主に光通信システムで用いられる光アイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一段型光アイソレータの例を図６および図７に示す。まず、半製品の断面を示す図６を参照して説明する。この光アイソレータは、端部外周ホルダ１、第一偏光子２、ガーネット結晶３、マグネット４、第二偏光子５および端部ホルダ６によって構成され、光軸方向は７で示されている。
【０００３】
第一偏光子２、ガーネット結晶３、マグネット４および第二偏光子５は、低融点金属半田、低融点ガラス半田または有機接着によりホルダに固定され、一段型光アイソレータ半製品を構成する。次に、端部外周ホルダ１と端部ホルダ６がＹＡＧ溶接により接合されて、図７に示す一段型光アイソレータが完成する。
【０００４】
その図７は、一段型光アイソレータの完成品に入射側および出射側の偏波方向を付記した断面図である。なお、本明細書のすべての断面図は正確には切り口によって描かれた図である。第一偏光子２および第二偏光子５は一定の偏波方向の光だけを透過させる作用を行い、また、ビスマス置換型の希土類鉄ガーネット結晶であるガーネット結晶３は飽和磁場が与えられて、ガーネット結晶中を伝播する光の偏波方向を光軸を回転中心として４５°回転する厚さに研磨されている。
【０００５】
順方向において、すなわち光軸方向７が示す矢印の方向に伝播する光の場合、伝播光は第一偏光子２を透過した後、ガーネット結晶３と一定方向に着磁されたマグネット４からなるファラデー回転子により光軸を回転中心にして偏波方向を４５°回転する。その後、光は第一偏光子２と偏波方向が４５°異なるように配置された第二偏光子５を透過するため、出射側の偏波方向９は入射側の偏波方向８とは４５°異なる。なお、図７に示された偏波方向８および９は模式的に描かれている。
【０００６】
他方、逆方向において、入射光の偏波成分のうち、第二偏光子５を透過した偏波成分は、ガーネット結晶３およびマグネット４からなるファラデー回転素子により、光軸を回転軸として、順方向の場合と同じ方向へ偏波方向を４５°回転する。ここで、ガーネット結晶３を透過した光の偏波方向と第一偏光子２の偏波方向は９０°異なるため、逆方向より入射した偏波が第一偏光子２で遮断されて、一段型光アイソレータとしての機能がなされる。
【０００７】
この一段型光アイソレータを光モジュールとして使用する場合の問題点を図面に基づいて説明する。図４は偏波方向０°回転タイプの光アイソレータを用いた偏波保持ファイバ付きＬＤ（レーザダイオード）モジュールの構成を示す斜視図であり、図５は偏波方向９０°回転タイプの光アイソレータを用いた偏波保持ファイバ付きＬＤ モジュールの構成を示す斜視図である。１０はＬＤチップ、１１は順方向の光軸方向、１２は入射側の偏波方向、１４および１７は出射側の偏波方向、そして１５は偏波保持ファイバを示す。
【０００８】
例えば、光ファイバ通信システムの信号源として用いられているＬＤモジュールにおいては、図４または図５において示されているように、偏波方向０°回転タイプ（入射側と出射側の偏波方向が同じであるタイプ）１.５段型光アイソレータ１３、または偏波方向９０°回転タイプ（入射側と出射側の偏波方向が９０°異なるタイプ）１.５段型光アイソレータ１６が使用されている。ここで、１.５段型と呼称される光アイソレータは、３つの偏光子とそれらの間に配置された２つのファラデー回転子からなる光アイソレータである。
【０００９】
このようなＬＤモジュールに図７で示した入射側の偏波方向８が出射側の偏波方向９と４５°異なる従来の一段型光アイソレータを使用する場合、偏波保持ファイバ１５の偏波方向を一段型光アイソレータの出射側の偏波方向９に合わせて角度調整しなけれればならず、ＬＤ モジュールへの光アイソレータの取り付けに時間がかかるという問題がある。
【００１０】
さらに説明すると、１.５段型光アイソレータを用いるＬＤモジュールにおいては、偏波保持ファイバ１５のファースト軸またはスロー軸の方向は、ＬＤチップの基板面に平行または垂直であるとよい。それに対して、従来の一段型光アイソレータを使用する場合には、偏波保持ファイバのファースト軸またはスロー軸の方向は、ＬＤ チップの基板面と４５°の角度をなす方向でなければならない。
【００１１】
その１.５段型と呼称される光アイソレータの光学的構成について、図８に基づいて説明する。図８は入射側と出射側の偏波方向が同一方向の１.５段型光アイソレータの光学的構成を示す斜視図である。この光アイソレータの順方向の動作について、偏波方向１８の入射光が第一偏光子１９を透過するとき偏波方向は保たれ、透過後の偏波方向は偏波方向２０のようであり、磁界２９が印加された第一ファラデー回転子２１によっては偏波方向が４５°回転し、偏波方向２２となり、第二偏光子２３の透過において偏波方向は保たれ、透過後の偏波方向は偏波方向２４となり、磁界３０が印加された第二ファラデー回転子２５では偏波方向が−４５°回転し、偏波方向２６のようになり、第三偏光子２７の透過においては偏波方向は保たれ、透過後の偏波方向は偏波方向２８のようであり、入射側の偏波方向１８と一致する。また、逆方向の動作について、第一ファラデー回転子２１および第二ファラデー回転子２５を透過した偏波成分はそれぞれ第一偏光子１９および第二偏光子２３によりブロックされる。
【００１２】
このように、１段型と１.５段型の光アイソレータでは出射光の偏波方向が４５°異なるので、ＬＤモジュールの作製において取り付け構造の共通化を妨げているという別の問題がある。
【００１３】
また、ＬＤチップと導波路型の外部変調器との間に光アイソレータを配置する場合、出射偏波方向は入射偏波方向と同一にする必要がある。そのためには、図８の１.５段型光アイソレータのようにファラデー回転子を２枚使用し、それぞれのファラデー回転子に逆の磁界を与え、１枚目のファラデー回転子にて回転した偏波方向を２枚目のファラデー回転子にて戻すことにより可能であるが、マグネットを２個使用し、それぞれ逆の磁界にて着磁する必要があった。
【００１４】
また、特許文献１に開示されているように、２枚のファラデー回転子の機能を組み合わせて、入射偏波方向と出射偏波方向の間の角度を０°または９０°に保つ方法もある。
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−３１５７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記のように、光アイソレータを光モジュールに組み込むときに、偏波方向が特定された偏波保持ファイバあるいは導波路型外部変調器などと共に使用する場合には、光アイソレータの入射側と出射側で偏波方向の間の角度が０°または９０°でないと、組み込み工数が多大となる。さらに、入射側および出射側の偏波方向に対する要求を満たした上で、光モジュールに組み込むのに適した大きさまで小型化することも必要である。
【００１７】
また、特許文献１の技術では、アイソレーションの向上には寄与しないガーネット結晶を用いる必要があり、そのためのガーネット結晶は４５°のファラデー回転角を得るために一定の厚さが必要であり、さらに２枚のガーネット結晶に飽和磁界を印加する磁石が必要となり、特に表面実装型で小型の光アイソレータを得る目的には適さない。
【００１８】
従って、本発明の課題は、偏波保持ファイバ付きＬＤモジュールなどの偏波方向が特定された光モジュール用に好適に使用できる表面実装型で小型の光アイソレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る、入射側の偏波方向と出射側の偏波方向が同じである偏波方向０°回転タイプ１段型光アイソレータは、１／２波長板、第一偏光子、ファラデー回転子、第二偏光子、マグネットより構成される。また、１／２波長板に水平偏波(１８０°)にて入射された光は１／２波長板にて反時計回りに１３５°回転し、さらにファラデー回転子にて反時計回りに４５°回転され入射側の偏波方向と出射側の偏波方向が同一になる。
【００２０】
また、本発明に係る、入射側の偏波方向と出射側の偏波方向が同じである偏波方向０°回転タイプ１.５段型光アイソレータは、光軸方向に順に配置された、１／２波長板、第一偏光子、第一ファラデー回転子、第二偏光子、第二ファラデー回転子及び第三偏光子にマグネットを加えて構成される。また、１／２波長板に水平偏波(１８０°)にて入射された光は１／２波長板にて反時計回りに９０°回転し、さらに第一ファラデー回転子にて反時計回りに４５°回転され、第二ファラデー回転子により反時計回りに４５°回転され、入射側の偏波方向と出射側の偏波方向が同一になる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、光アイソレータ部において入射側と出射側で同一偏波方向の直線偏波を出射させたい偏波保持ファイバ付きのＬＤモジュールに対して、１.５段型光アイソレータを使用するときと、１段型光アイソレータを使用するときにおいて、光アイソレータおよび偏波保持ファイバの取り付けについての共通化を図ることができる。
【００２２】
１／２波長板を使用し偏波方向を変えることにより、入射側と出射側で同一偏波方向のの光アイソレータを１個の表面実装型マグネットを用いて構成でき、この磁気的に単純な構成ゆえに小型で表面実装が可能な光アイソレータが実現できる。
【００２３】
１／２波長板にて偏波方向を変えることにより、入射および出射の偏波方向が同一な光アイソレータが１枚のファラデー回転子でも可能になり小型で低コストな表面実装型の光アイソレータが提供可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。ＬＤモジュールに使用される出射側の偏波方向が入射側の偏波方向と同一となるような一段型光アイソレータに本発明を適用した形態である。
【００２５】
図２は本発明の実施の形態１での光アイソレータの光学的構成を示す斜視図であり、出射側の偏波方向が入射側の偏波方向と同一となる１段型光アイソレータである。この光アイソレータは、光軸方向に、順次、構成部品である１／２波長板３２、第一偏光子３４、マグネットにより磁界４０を印加されたファラデー回転子３６、第二偏光子３８から構成され、マグネットの磁化方向は、光の入射方向に対し、入射側Ｎ極、出射側Ｓ極に着磁されている。また、１／２波長板３２、第一偏光子３４、マグネットにより磁界４０を印加されたファラデー回転子３６および第二偏光子３８は積層されている。なお、本願において、ファラデー回転子とは、ファラデー回転結晶を示す。
【００２６】
この光アイソレータの動作を説明すると、順方向について、偏波方向３１の入射光が１／２波長板３２を透過すると、その偏波方向は４５°回転し、偏波方向３３となり、以後、第一偏光子３４の透過後では偏波方向は保たれ、偏波方向３５のようであり、ファラデー回転子３６の透過後には偏波方向は４５°回転し、偏波方向３７のようになり、第二偏光子３８の透過では偏波方向は保たれ、偏波方向３９のようになり、入射光の偏波方向３１と一致する。
【００２７】
逆方向の光の進行については、ファラデー回転子３６だけが非相反性素子であることを考慮すると、ファラデー回転子３６を逆方向で透過した光の偏波方向は偏波方向３５と直交する方向なので、第一偏光子３４によってブロックされる。
【００２８】
図３は本発明の実施の形態２での光アイソレータの光学的構成を示す斜視図であり、出射側の偏波方向が入射側の偏波方向と同一となる１.５段型光アイソレータである。この光アイソレータは、光軸方向に順次、構成部品である１／２波長板４２、第一偏光子４４、マグネットにより磁界５４を印加された第一ファラデー回転子４６、第二偏光子４８、マグネットにより磁界５４を印加された第二ファラデー回転子５０および第三偏光子５２より構成され、マグネットの磁化方向は、光の入射方向に対し、入射側Ｎ極、出射側Ｓ極に着磁されている。
【００２９】
また、構成部品である１／２波長板４２、第一偏光子４４、第一ファラデー回転子４６、第二偏光子４８、第二ファラデー回転子５０および第三偏光子は積層され、光の入射方向に対し、入射側Ｎ極、出射側Ｓ極に着磁されたマグネットに取り付けられている。
【００３０】
この光アイソレータの動作を説明すると、順方向について、偏波方向４１の入射光が１／２波長板４２を透過すると、その偏波方向は９０°回転して偏波方向４３となり、以後、第一偏光子４４の透過後では偏波方向は保たれ、偏波方向４５のようであり、第一ファラデー回転子４６の透過後には偏波方向は４５°回転し、偏波方向４７のようになり、第二偏光子４８の透過では偏波方向は保たれ、偏波方向４９のようであり、第二ファラデー回転子５０の透過後には偏波方向は４５°回転し、偏波方向５１のようになり、第三偏光子５２の透過では、偏波方向は保たれ、偏波方向５３のようであり、入射側の偏波方向４１と一致する。
【００３１】
逆方向の光の進行については、第一ファラデー回転子４６および第二ファラデー回転子５０が非相反素子であることを考慮すると、第二ファラデー回転子５０を逆方向に透過した偏光成分は第二偏光子４８でブロックされ、さらに第一ファラデー回転子４６を逆方向に透過した偏光成分は第一偏光子４４でブロックされる。
【実施例１】
【００３２】
図１は本実施例１の光アイソレータを示し、図１（ａ）は入射側と出射側の偏波方向を付記して示す全体の斜視図であり、図１（ｂ）は光学要素部１００を示す斜視図である。光軸方向５９に沿って、順次、構成部品である１／２波長板５８、第一偏光子５７、凹字形マグネット６０により磁界を印加されたファラデー回転子５６および第二偏光子５５から構成され、１／２波長板５８、第一偏光子５７、ファラデー回転子５６および第二偏光子５５は積層され、表面実装用の平坦な外形面を有する凹字形マグネット６０の溝部分に取り付けられていて、凹字形マグネット６０には、ファラデー回転子５６に均一な磁界を与えるように平板マグネット６１が取り付けられている。この様な構成により、入射側の偏波方向６３と出射側の偏波方向６２が同一方向の一段型光アイソレータとなる。さらに、入射側がＮ極、出射側がＳ極になる様にマグネットを着磁することにより、小型で表面実装型の光アイソレータが完成する。
【実施例２】
【００３３】
本実施例２の光アイソレータは、図１（ａ）の光学要素部１００を、図３に示した、１／２波長板４２、第一偏光子４４、第一ファラデー回転子４６、第二偏光子４８、第二ファラデー回転子５０および第三偏光子５２からなる積層体で置き換えたものであり、この構造により、入射側と出射側で偏波方向が同一の１.５段型の表面実装型光アイソレータが得られた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の光アイソレータは光通信システム、特に狭スペクトルの半導体レーザと共に用いられるものに利用できる。また、光通信システムの中でも、伝送速度が、例えば、数ギガビット／秒といったように高速である場合に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１の光アイソレータを示し、図１（ａ）は偏波方向を付記して示す全体の斜視図であり、図１（ｂ）は光学要素部１００を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態１での光アイソレータの光学的構成を示す斜視図。
【図３】本発明の実施の形態２での光アイソレータの光学的構成を示す斜視図。
【図４】従来技術に係る偏波方向０°回転タイプの光アイソレータを用いた偏波保持ファイバ付きＬＤモジュールの構成を示す斜視図。
【図５】従来技術に係る、偏波方向９０°回転タイプの光アイソレータを用いた偏波保持ファイバ付きＬＤモジュールの構成を示す斜視図。
【図６】従来の一段型光アイソレータ半製品の断面図。
【図７】従来の一段型光アイソレータの完成品に偏波方向を付記して示す断面図。
【図８】従来技術に係る、入射側と出射の偏波方向が同一方向の１.５段型光アイソレータの構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３６】
１    端部外周ホルダ
２，１９，３４，４４，５７    第一偏光子
３    ガーネット結晶
４    マグネット
５，２３，３８，４８，５５    第二偏光子 
６    端部ホルダ
８，９，１２，１４，１７，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３１，３３，３５，３７，３９，４１，４３，４５，４７，４９，５１，５３，６２，６３    偏波方向
１０    ＬＤチップ
７，１１，５９    光軸方向
１３    偏波方向０°回転タイプ１.５段型光アイソレータ
１５    偏波保持ファイバ
１６    偏波方向９０°回転タイプ１.５段型光アイソレータ
２１，４６    第一ファラデー回転子
２５，５０    第二ファラデー回転子
２７，５２    第三偏光子
２９，３０，４０，５４    磁界
３２，４２，５８    １／２波長板
３６，５６    ファラデー回転子
６０    凹字形マグネット
６１    平板マグネット
１００    光学要素部
【図１】
2006126607.tif 000003
【図２】
2006126607.tif 000004
【図３】
2006126607.tif 000005
【図４】
2006126607.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006126607.tif 000008
【図７】
2006126607.tif 000009
【図８】
2006126607.tif 000010