(57)【要約】【課題】  従来の反射型の２段インライン光アイソレータは光アイソレータコア内での偏波分離方向がその入射側と出射側の境界面に接近する方向のため、特性劣化の要因となっていた。波長９８０ｎｍ光の入力により劣化し、また、高信頼性を保つ構造でなかった。この結果、反射型光アイソレータの小型・低価格で構成できる特徴が充分に生かされていなかった。【解決手段】  偏波分離方向を入射側と出射側の境界面と平行とした。光アイソレータコア３の組立てでは、一般的な光学接着剤を用いず、無機接着剤を用いるか、または光学素子間にスペースを設定し固定した。光アイソレータコア３はコアブロック１５を組立てた後、光ファイバアレイ２の端面角度に合わせた角度で切出し、入出力光ファイバ６、７の端面近傍に割り９ａの入った主ホルダ９を用いて固定して、最小の大きさとした。【選択図】  図１
2008310068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射側に配された第１の光ファイバおよび出射側に配された第２の光ファイバを含み、前記第１の光ファイバおよび前記第２の光ファイバの各光軸が互いに平行に並列した光ファイバアレイと、
順方向の光信号および逆方向の光を入射側と出射側の両側で導入し、前記第１の光ファイバから入射する順方向の光信号を前記第２の光ファイバから出射させ、前記第２の光ファイバから入射する逆方向の光を前記第１の光ファイバから出射させない光アイソレータ機能を実現する光アイソレータコアと、
順方向の光信号および逆方向の光の集光状態を入射側と出射側の両側で変換する集光手段と、
この集光手段の入射側から導入される順方向の光信号を反射して出射側に導入し、前記集光手段の出射側から導入される逆方向の光を反射して入射側に導入し、何れも再び前記集光手段に導入させる反射手段と
が
この順に整列され、固定されて成る偏波無依存型のインライン光アイソレータであって、
前記光アイソレータコアが、
前記第１の光ファイバの端面および前記第２の光ファイバの端面を含む前記光ファイバアレイの端面近傍に一方の光出入力面が前記光ファイバアレイの端面に対峙して配置されており、
入射側の部分と出射側の部分とが各々独立の光アイソレータコアとして機能し、
前記光アイソレータコアを構成する光学素子として第１の偏波分離素子と非相反偏波面回転素子または相反偏波面回転素子と第２の偏波分離素子とを有し、
これらの光学素子をこの順に配列された状態で保持して入射側の部分と出射側の部分とで共有し、
前記非相反偏波面回転素子を備える場合には、前記第１の偏波分離素子と前記非相反偏波面回転素子との間で、前記光アイソレータコアの入射側には第１の相反偏波面回転素子、前記光アイソレータコアの出射側には第２の相反偏波面回転素子を有し、
前記相反偏波面回転素子を備える場合には、前記第１の偏波分離素子と前記相反偏波面回転素子との間で、前記光アイソレータコアの入射側には第１の非相反偏波面回転素子、前記光アイソレータコアの出射側には第２の非相反偏波面回転素子を有し、かつ、
前記第１の偏波分離素子と前記第２の偏波分離素子による偏波分離の方向が、前記第１の光ファイバの光軸および前記第２の光ファイバの光軸を含む平面に垂直で、それぞれの光ファイバの光軸を含む面内に存在することを特徴とするインライン光アイソレータ。
【請求項２】
前記光アイソレータコアを構成する複数の光学素子の光信号が通過する全ての面に対空気用無反射コーティングが施され、
これらの光学素子は、これらの対峙する面が各々の面の間に空間を保持した状態で、互いに固定されていることを特徴とする請求項１項に記載のインライン光アイソレータ。
【請求項３】
前記光アイソレータコアを構成する複数の光学素子の光信号が通過する面のうち、少なくとも一対の互いに向き合う面は、無機光学接着剤により互いに固定され、かつ、これらの２つの面の少なくとも１つの面に前記無機光学接着剤に対する無反射コーティングが施されていることを特徴とする請求項１に記載のインライン光アイソレータ。
【請求項４】
前記光アイソレータコアを構成する複数の光学素子で、少なくとも一対の隣接する素子となる矩形状の各光学素子材が互いに固定されてコアブロックとされた後に、このコアブロックが所望の大きさに切断されて複数個の前記各素子の結合体が形成されて作製され、かつ、
前記コアブロックは、切断される角度が、前記第１の光ファイバの端面および前記第２の光ファイバの端面を含む前記光アイソレータコアに対峙する前記光ファイバアレイの端面の傾斜角度に合わせられることを特徴とする請求項３に記載のインライン光アイソレータ。
【請求項５】
前記集光手段の前記光ファイバアレイに対峙する端面と反対側の端面は、前記集光手段の焦点位置近傍に位置し、かつ、前記集光手段の光軸に対してほぼ垂直に配置されて、前記反射手段が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインライン光アイソレータ。
【請求項６】
前記光ファイバアレイまたは前記反射手段が固定された前記集光手段のいずれか一方の側面に主ホルダが固定され、他方の端面に前記主ホルダの端面が固定されて成ることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインライン光アイソレータ。
【請求項７】
前記主ホルダの少なくとも前記光ファイバアレイまたは前記集光手段のいずれか一方の側面に固定される部分に、１本以上の割りが長さ方向に形成されており、かつ、
前記光ファイバアレイまたは前記集光手段のいずれか一方の側面の少なくとも一部と前記主ホルダの内面の一部とが密着していることを特徴とする請求項６に記載のインライン光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システム，光センサシステムなどの光信号路において、伝送光信号の反射光等の逆方向に伝送する光が光伝送装置の信号処理部へ入力されることを防止するため等に用いられる、光の偏波方向に依存しない偏波無依存型光アイソレータで、特に、入出力端子として光ファイバを具備するインライン光アイソレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インライン光アイソレータは、順方向の光信号はそのまま通過するが、逆方向の光を遮断する機能を有する光部品で、光伝送路に接続して、単独で、または、光モジュール、光装置等の中で用いられる。一般に、光伝送路中の光信号の偏波状態は一定でないため、インライン光アイソレータとしては、光学特性が光信号の偏波状態に依存しない、偏波無依存型のインライン光アイソレータが使用される。この偏波無依存型のインライン光アイソレータは、光信号を電気信号に変換せずに光信号のまま増幅する光増幅器では、増幅特性の劣化を防止するために必須の部品である。
【０００３】
近年、偏波無依存型のインライン光アイソレータの中でも、下記の特許文献１〜４に開示されているように、特性に優れ、小型で、光ファイバの取り回し範囲が大幅に削減できる反射型のインライン光アイソレータが幾つか提案されている。
【０００４】
従来の偏波無依存型のインライン光アイソレータは、例えば、特許文献１に開示されている反射型の光アイソレータでは、同文献の第１図に示されるように、反射板を用いることにより、偏波分離素子（複屈折板）が１個で構成されるが、入出力光ファイバが両端から出ている反射型でない光アイソレータでは、複屈折板が２個必要となる。
【０００５】
また、特許文献１〜４に開示されている反射型光アイソレータは、入出力光ファイバが両端から出ている従来のインライン光アイソレータと比較し、光ファイバコリメータが従来の２個でなく１個で済む。これは、従来のインライン光アイソレータが光ファイバコリメータを２個使用しているのに対し、反射型光アイソレータは、反射型光コリメータを１個使用しているためである。
【０００６】
ここで、反射型光ファイバコリメータに用いる光ファイバ入出力端を、ここでは「光ファイバアレイ」と呼ぶが、他に「（多芯）フェルール」、「（多芯）キャピラリー」、「光ファイバブロック」等とも言われる。
【０００７】
更に組立て工程としても、組立て工程の中心となる光軸精密位置合わせの作業回数が、反射型でない光アイソレータでは、各光コリメータの組立て時の２回と、全体の組立て時の１回との計３回必要であったが、反射型の光アイソレータでは、全体の組立て時の１回で済む。これにより、精密位置合わせ装置の占有時間が大幅に削減され、精密位置合わせ装置１台当たりの生産性が大幅に向上する。
【０００８】
これらの特徴により、反射型のインライン光アイソレータは、反射型でない従来品と比較して製品価格が大幅に低減できるという特徴を有している。
【０００９】
また、従来の偏波無依存型のインライン光アイソレータには、光アイソレータコアを１個具備する１段光アイソレータと、光アイソレータコアを２個直列に具備した２段光アイソレータとがある。一般に、２段光アイソレータは１段光アイソレータと比較し、光アイソレーションの値が大きく、帯域幅も格段に広いため、広帯域光アンプ等、適用範囲が広いという利点を有する。しかし、構成素子数が増えて構造が複雑化すると共に大型化し、また、製品価格が高価になって経済性に劣るという欠点があった。
【００１０】
これを解決する手段として、特許文献５に開示されているように、反射型で構成した２段光アイソレータが提案されている。この構成によれば、同文献の図１３ａ，１３ｂに示されるように、光アイソレータコアを構成する光学素子が２段化で共有されるため、反射型光アイソレータの小型で、かつ低価格で構成できる特徴が生かされている。
【００１１】
また、光アイソレータコアを安価に製造する方法として、大型の各光学素子を光学接着剤で積層し、それから光アイソレータコアを切り出して使用する方法が特許文献６に開示されている。
【特許文献１】特許第２７１０４５１号公報
【特許文献２】特開平５−３１３０９４号公報
【特許文献３】特開２００５−１７９０４号公報
【特許文献４】特開２００５−２４１９９２号公報
【特許文献５】米国特許  ＵＳ６，４８０，３３１  Ｂ１
【特許文献６】米国特許  ＵＳ５，８０８，７９３  Ａ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献５で、図１３ａ，１３ｂ等を用いて開示されているような従来の反射型２段光アイソレータの構造では、入出力光ファイバの整列している面と偏波分離素子により光信号が偏波分離されて分岐する各方向を含む面とがほぼ一致している。
【００１３】
また、一般に市販されている光ファイバアレイにおける光ファイバの間隔は０．１２５mm、または０．２５mmである。
【００１４】
偏波分離素子により得られる光信号の偏波分離幅は、逆方向に伝播する光の偏波分離された後の入力光ファイバへの再結合を防ぐため、０．０３mm程度必要であり、この偏波分離幅を得るための偏波分離素子の光ファイバの光軸方向の厚さは０．３mmとなる。この偏波分離素子の光学厚さは０．１２mm程度になる。また、市販の相反偏波面回転素子の光学厚さは０．０６ｍｍ程度である。これらの値から、光ファイバ端面と相反偏波面回転素子の光ファイバ側と反対側の端面との光学距離は、接着層の厚さの合計０．０４mm程度を加えれば、０．２２（＝０．１２＋０．０６＋０．０４）mm程度となる。よって、この距離に於ける光ファイバから出射された波長１．５５μmの単一モード光の光の広がりは外径として０．１１mm程度となる。この位置に２枚の相反偏波面回転素子を其々入力光ファイバ側と出力光ファイバ側とに、光の広がり全体をカバーする範囲で固定しなければならない。
【００１５】
また、この２枚の相反偏波面回転素子の境界位置精度を０．０５mm、１つの相反偏波面回転素子の側面の粗さを０．０３mm程度、合わせた相反偏波面回転素子の間隔を０．０３ｍｍと仮定すると、これらの値を合算すると、０．１４（＝０．０５＋０．０３×２＋０．０３）mmとなる。つまり、２枚の相反偏波面回転素子の境界領域の幅は０．１４mm程度あると考える必要がある。
【００１６】
この値と光の広がりの値０．１１mmを加えると０．２５（＝０．１４＋０．１１）mmとなる。これは、光ファイバの間隔が０．２５mmの光ファイバアレイを使用した場合でも、全光をこれらの相反偏波面回転素子がカバーするための余裕は殆どなくなり、これらの加工精度、組立て精度が必須となることを意味する。
【００１７】
しかし、偏波分離素子による偏波分離の方向が、相反偏波面回転素子間の境界面に垂直な相反偏波面回転素子の幅の方向と一致した場合、この偏波分離幅は０．０３mm程度あるので、これらの加工精度と組立て精度では光信号の広がり全てを相反偏波面回転素子がカバーすることが出来なくなる。実際の製造では、歩留まりが大幅に低下する。
【００１８】
これを解決するには、従来の反射型２段光アイソレータの構造では、光ファイバアレイとして、光ファイバの間隔を０．２５mmより広げた特殊な光ファイバアレイが必要になり、結果的に製造品の高価格化の要因となるので、反射型構造のメリットが充分に生かせないという欠点を有する。光ファイバの間隔を必要以上に広げることは、使用するレンズの有効径と関連し、結合効率の低下をきたすことも考えられる。また、相反偏波面回転素子の固定位置の精度や構成材料の加工精度を向上させることも製造コストの高価格化に繋がるので、適切な方法ではない。
【００１９】
これらの状況により、特殊な光ファイバアレイを使用せず、加工精度と組立て精度を変えず、製品の歩留まりを落とさない方法として、偏波分離素子による偏波分離の方向が、相反偏波面回転素子間の境界面に平行な方向で、光の広がりが増加しない光アイソレータコア構造が望まれている。
【００２０】
また、特許文献６では光アイソレータコアを積層する方法として、接着剤を用いる方法が開示されており、特許文献５の反射型２段光アイソレータでも接着剤を光路中に使用する方法が開示されている。
【００２１】
一般的に非相反偏波面回転素子は短波長側に光の吸収帯があり、例えば強度の強い波長９８０ｎｍ付近の光増幅器の励起光等が挿入された場合、非相反偏波面回転素子の温度が１００度以上に上昇する場合がある。この場合光路中の光学素子間に、光学接着剤が存在すると、一般的に光学接着剤は高温に弱い有機系なので、その接着剤が劣化し、それが原因となって、損失が大幅に増加し、光アイソレータは機能しなくなる恐れが大きい。従って、光路中に一般的な光学接着剤を用いないで光アイソレータコアをコンパクトに組立てる方法が望まれている。
【００２２】
更に、特許文献６では、積層した光アイソレータコア材料を端面に垂直な方向で切り出していた。しかし、光アイソレータコアを最大限に小型化し低価格化を図る等の目的で、光アイソレータコアを入出力光ファイバの端子近傍に設置する場合、反射光の影響を効果的に抑制するため、光アイソレータコアはその軸が光ファイバアレイの斜め端面に垂直に固定されるので、このままでは、光信号の光軸に対して、光アイソレータコアの軸方向が斜めに装着されることになる、しかし、この場合、光アイソレータコアは光の広がり全体をカバーする必要があるので、光アイソレータコアの断面は光軸のズレを考慮した大きさにする必要が生じる。よって、一定の大きさの積層した光アイソレータコア材料から光アイソレータコアを切り出す場合、単純に光の広がりをカバーする断面の大きさに切り出した場合と比較し、切り出される光アイソレータコアの数が減少することになる欠点を有する。従って、光アイソレータコアの断面を最小とするための光アイソレータコアの切出し方法が望まれている。
【００２３】
また、反射型の２段光アイソレータの組立て構造は、例えば特許文献３の図５に示される１段光アイソレータのように、各構成材料を積層する構造が提案されている。この方法は、構造の簡素化と組立て作業の簡易化が可能であるが、適用するレンズがその端面を容易に斜めに形成できる屈折率分布型等のロッドレンズに限定され、結合効率に優れるが端面を斜めに形成し難い非球面レンズには適用できない欠点があった。更に、特許文献３のような光ファイバアレイとレンズを積層する場合、レンズの長さや焦点距離のばらつきを考慮する設計が必要となり、結果的にレンズとの間に３０μｍ程度以上の接着層を設ける必要があった。しかし、この比較的に厚い接着層は、温度による特性変化や長期信頼性の低下等の原因になる可能性があった。従って、反射型の２段光アイソレータでは、非球面レンズに適用可能で、接着層厚さを最低限に保つための組立て構造が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
入射側に配された第１の光ファイバおよび出射側に配された第２の光ファイバを含み、第１の光ファイバおよび第２の光ファイバの各光軸が互いに平行に並列した光ファイバアレイと、
順方向の光信号および逆方向の光を入射側と出射側の両側で導入し、第１の光ファイバから入射する順方向の光信号を第２の光ファイバから出射させ、第２の光ファイバから入射する逆方向の光を第１の光ファイバから出射させない光アイソレータ機能を実現する光アイソレータコアと、
順方向の光信号および逆方向の光の集光状態を入射側と出射側の両側で変換する集光手段と、
この集光手段の入射側から導入される順方向の光信号を反射して出射側に導入し、集光手段の出射側から導入される逆方向の光を反射して入射側に導入し、何れも再び集光手段に導入させる反射手段と
が
この順に整列され、固定されて成る偏波無依存型のインライン光アイソレータであって、光アイソレータコアが、
第１の光ファイバの端面および第２の光ファイバの端面を含む光ファイバアレイの端面近傍に一方の光出入力面が光ファイバアレイの端面に対峙して配置されており、
入射側の部分と出射側の部分とが各々独立の光アイソレータコアとして機能し、
光アイソレータコアを構成する光学素子として第１の偏波分離素子と非相反偏波面回転素子または相反偏波面回転素子と第２の偏波分離素子とを有し、
これらの光学素子をこの順に配列された状態で保持して入射側の部分と出射側の部分とで共有し、
非相反偏波面回転素子を備える場合には、第１の偏波分離素子と非相反偏波面回転素子との間で、光アイソレータコアの入射側には第１の相反偏波面回転素子、光アイソレータコアの出射側には第２の相反偏波面回転素子を有し、
相反偏波面回転素子を備える場合には、第１の偏波分離素子と相反偏波面回転素子との間で、光アイソレータコアの入射側には第１の非相反偏波面回転素子、光アイソレータコアの出射側には第２の非相反偏波面回転素子を有し、かつ、
第１の偏波分離素子と第２の偏波分離素子による偏波分離の方向が、第１の光ファイバの光軸および第２の光ファイバの光軸を含む平面に垂直で、それぞれの光ファイバの光軸を含む面内に存在することを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、光アイソレータコアが光ファイバアレイと集光手段との間に挿入され、その一方の光入出力面が光ファイバアレイの端面近傍に配置される構造であり、光ファイバアレイから出射される光信号の広がりの外径が最も小さい場所に光アイソレータコアの一方の光入出力面が挿入されているため、光アイソレータコアの断面の大きさを最小限に抑えることが可能となる。
【００２６】
更に、この構成によれば、第１および第２の光ファイバの整列している面と偏波分離素子により光信号が偏波分離されて分岐する各方向を含む面とがほぼ垂直に位置しているため、第１および第２の相反偏波面回転素子の境界面、または第１および第２の非相反偏波面回転素子の境界面に垂直な方向で、偏波分離による光の広がりの増加がないので、特殊な光ファイバアレイを使用せず、加工精度と組立て精度を変えずに、製品の歩留まりを、従来と比較し、格段に向上させることが可能となる。
【００２７】
また、本発明は、
光アイソレータコアを構成する複数の光学素子の光信号が通過する全ての面に対空気用無反射コーティングが施され、
これらの光学素子は、これらの対峙する面が各々の面の間に空間を保持した状態で、互いに固定されていることを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、光路中に一般的な光学接着剤を用いないで光アイソレータコアを組立てることが可能となるため、組立て構造を変えることなく、光増幅器の励起光等が挿入された場合でも、光アイソレータが劣化することが無くなる。
【００２９】
また、本発明は、
光アイソレータコアを構成する複数の光学素子の光信号が通過する面のうち、少なくとも一対の互いに向き合う面は、無機光学接着剤により互いに固定され、かつ、これらの２つの面の少なくとも１つの面に無機光学接着剤に対する無反射コーティングが施されていることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、光路中に一般的な光学接着剤でなく、高温に耐える無機接着剤を使用するため、光増幅器の励起光等が挿入された場合でも、光アイソレータが劣化することが無くなる。
【００３１】
また、本発明は、
光アイソレータコアを構成する複数の光学素子で、少なくとも一対の隣接する素子となる矩形状の各光学素子材が互いに固定されてブロック状のコアブロックとされた後に、このコアブロックが所望の大きさに切断されて複数個の前記各素子の結合体が形成されて作製され、かつ、
コアブロックは、切断される角度が、第１の光ファイバの端面および第２の光ファイバの端面を含む前記光アイソレータコアに対峙する光ファイバアレイの端面の傾斜角度に合わせられることを特徴とする。
【００３２】
この構成によれば、光アイソレータコアの少なくとも一部が、光ファイバアレイの端面と同様に傾斜する光入出力端面を有する各素子から構成され、１つのコアブロックから複数個一括して作製され、光入出力端面が斜めに切り出される場合、コアブロックの軸方向が光軸方向とほぼ一致するので、単にコア軸方向に対して垂直に切り出す場合より、更に光アイソレータコアの横断面の大きさを抑制することが可能となるため、体積の小さな同一大きさのコアブロックから切出される光アイソレータコア材料の数を最大にすることが可能となり、少ない材料で多くの光アイソレータコアを得ることができ、かつ光アイソレータの断面積を最小限に抑えることができる。
【００３３】
また、本発明は、集光手段の光ファイバアレイに対峙する端面と反対側の端面は、集光手段の焦点位置近傍に位置し、かつ、集光手段の光軸に対してほぼ垂直に配置されて、反射手段が形成されていることを特徴とする。
【００３４】
この構成によれば、集光手段の光ファイバアレイに対峙する端面と反対側の端面がそのまま反射手段として機能する。このため、集光手段に隣接させて別体の反射手段を設ける必要が無く、部品数が少なくなるとともに組立て工程の一部が簡略化されるため、光アイソレータを安価にすることが出来、更に、コンパクトに構成することが可能となる。
【００３５】
また、本発明は、光ファイバアレイ、または反射手段が固定された集光手段の何れか一方の側面に主ホルダの内側面が固定され、他方の端面に主ホルダの端面が固定されて成ることを特徴とする。
【００３６】
この構成によれば、光ファイバアレイと、反射手段が固定された集光手段とは、何れか一方の側面に固定された主ホルダの端面に、他方の端面が固定されることにより、一体化される。この際、主ホルダを光ファイバアレイか集光手段か何れか一方の側面に沿ってその主ホルダの軸方向、つまり、各光ファイバの光軸方向に移動させることにより、光ファイバアレイと反射手段が固定された集光手段との間における、各光ファイバの光軸方向の相対位置が調整される。また、主ホルダの端面と他方の端面とを合わせる位置を主ホルダの径方向に移動させることにより、光ファイバアレイと反射手段が固定された集光手段との間における、各光ファイバの光軸に直交する方向の相対位置が精密に調整される。
【００３７】
このため、集光手段の焦点のバラツキ等による、光ファイバアレイと反射手段が固定された集光手段との両者間における微妙な位置ずれを、３次元方向で最適な位置に調整することが可能になる。従って、従来の光アイソレータでは、その構成素子どうしを固定させる接着剤の厚さによって各光ファイバの光軸方向の相対位置が調整されていたが、本構成の光アイソレータでは、上記のように、主ホルダを光ファイバアレイか集光手段か何れか一方の側面に沿って移動させることにより、各光ファイバの光軸方向の相対位置が調整されるので、主ホルダの端面と他方の端面とを固定させるのに必要とされる接着剤の厚さを常に最小限に抑えることができる。この結果、接着剤の硬化によって生じる位置ずれが最小になると共に、この位置ずれに起因して生じる光学特性の劣化を抑えることが可能になり、さらに、長期的な信頼性も向上する。
【００３８】
また、本発明は、主ホルダの少なくとも光ファイバアレイまたは集光手段のいずれか一方の側面に固定される部分に、１本以上の割りが長さ方向に形成されており、かつ、
光ファイバアレイまたは集光手段のいずれか一方の側面の少なくとも一部と主ホルダの内面の一部とが密着していることを特徴とする。
【００３９】
この構成によれば、光ファイバアレイまたは集光手段のいずれか一方の側面の少なくとも一部と主ホルダの内面の一部とが密着しているため、光ファイバアレイまたは集光手段の外径精度と主ホルダの内径精度とを考慮し、両者が嵌合するように、両者の間の空間を大きく取る必要がなく、両者を密着させることが可能となる。
【００４０】
主ホルダに割りが形成されていない場合、両者を嵌合させるためには、製造誤差を考慮すれば、両者間の空間は厚さとして１０μｍを大幅に超えることになり、この空間を接着剤、半田などで埋める必要が生じる。従って、光ファイバアレイと集光手段の相対位置が温度等の変化により僅かにズレ、結果として光信号の挿入損失が大幅に増加する等、光学特性が不安定になる。
【００４１】
本構成によれば、両者の加工精度を変えることなく、両者を密着させ、固定することが可能になるため、温湿度等が変化しても光信号の挿入損失等の光学特性は安定し、長期信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によるインライン光アイソレータによれば、上記のように、第１および第２の
相反偏波面回転素子の境界面、または第１および第２の非相反偏波面回転素子の境界面に垂直な方向では偏波分離による光の広がりの増加がないので、特殊な光ファイバアレイを使用せず、加工精度と組立て精度を変えず、従来と比較して製品の歩留まりを格段に向上させることが可能となる。
【００４３】
更に、光アイソレータコアの大きさを最小にすることが可能となり、生産性が向上するので、小型で、低価格な反射型の２段光アイソレータが提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
次に、本発明によるインライン光アイソレータを実施するための最良の形態について説明する。
【００４５】
図１（ａ）は、本実施形態によるインライン光アイソレータ１の平面図、同図（ｂ）はその側面図である。
【００４６】
インライン光アイソレータ１は、光ファイバアレイ２、光アイソレータコア３、非球面レンズ４および全反射鏡５がこの順に配列されて構成される。
【００４７】
光ファイバアレイ２には、第１の光ファイバを構成する入力光ファイバ６と第２の光ファイバを構成する出力光ファイバ７とが、平行に並列配置されて固定されている。また、光アイソレータコア３は、光ファイバアレイ２の端面２ｂにコアスペーサ８を介して、位置決めされて、固定されており、全反射鏡５はミラーホルダ１０を介して非球面レンズ４に固定されている。非球面レンズ４と全反射鏡５との相対距離はこのミラーホルダ１０の長さ形状により制御され、全反射鏡５の鏡面５ａは非球面レンズ４のほぼ焦点に位置し、非球面レンズ４の光軸に対し垂直となる。
【００４８】
ここで、光ファイバアレイ２の端面２ｂは、入出力光ファイバ６、７の光軸の垂直面に対し斜めに形成されている。また、光アイソレータコア３の各素子の端面も全て同様に斜めに形成されている。従って、インライン光アイソレータ１の中で、入出力光ファイバ６、７の光軸に対してほぼ垂直な面は、非球面レンズ４の平坦面４ｄと全反射鏡５の鏡面５ａのみである。これらの面４ｄ，５ａは正確に平行になることは無く、非球面レンズ４の平坦面４ｄは非球面レンズ４の焦点付近に位置していないので各面４ｄ，５ａで光の形状が一致せず、各面４ｄ，５ａの間におけるキャビティーの形成による多重反射が悪影響を及ぼすことは無い。また、その他の全ての端面は、屈折率整合や無反射(ＡＲ)コーティング等により反射を最小限に抑えた上で、入出力光ファイバ６、７の光軸に対し十分に角度を取っているので、入射光信号が反射光と結合することは無い。これらのことより、本実施形態は内部反射が効果的に抑制された構成となり、反射によるリップルの発生がなく、反射減衰量は充分に実用的な値が得られた。
【００４９】
これらの光アイソレータコア３が固定された光ファイバアレイ２と全反射鏡５が固定された非球面レンズ４とは、主ホルダ９を介して固定される。ここで、光ファイバアレイ２は、光アイソレータコア３が主ホルダ９に包含されるように、その一部が主ホルダ９の内側に挿入され、光ファイバアレイ２の外径の一部と主ホルダ９の内径の一部とが互いに密着されて固定される。他方、主ホルダ９の非球面レンズ４側端面と非球面レンズ４の鏡筒４ｂの光ファイバアレイ側の側面とはお互いに密着されて固定される。これらの工程により作製されたインライン光アイソレータ１は図示しないパッケージを施すことにより、信頼性を確保し、製品化される。
【００５０】
光ファイバアレイ２は、一般的に入手可能な市販品で、外径１.８[mm]の石英ガラス円筒で、その中心には、光軸が互いに平行な入力光ファイバ６および出力光ファイバ７が２５０[μm]の間隔で平行に配置されて、一体化されている。入力光ファイバ６と出力光ファイバ７は、光ファイバアレイ２の端面２ａ側において、図示しない光ファイバからなる外部の光伝送路に接続されて使用され、入力光ファイバ６から入射した光信号が他方の出力光ファイバ７から出射する構成になっている。また、入力光ファイバ６と出力光ファイバ７との各光部品側の端面は、光ファイバアレイ２の光部品側の端面２ｂと同一面の状態に配置されている。
【００５１】
光アイソレータコア３に対峙するこの端面２ｂは、入力光ファイバ６および出力光ファイバ７の各光軸を含む面との交軸を回転軸として、入力光ファイバ６と出力光ファイバ７の各光軸に垂直な平面に対して８°傾けられて形成されており、光学研磨され、対空気用の無反射(ＡＲ)コーティングが施されている。この端面２ｂにはコアスペーサ８が接着固定される。
【００５２】
コアスペーサ８は、外形が縦０.７[mm]で横１.０[mm]の長方形状をしており、断面積が０.７×１.０[mm２]、厚さが１５０[μm]の硬質プラスチック板からなり、縦０.１５[mm]で横０.４[mm]の長方形状をした断面積が０.１５×０.４[mm２]の穴８ａがその中央に形成されており、入出力光信号はこの穴８ａを通過する。このコアスペーサ８を光ファイバアレイ２の端面２ｂに固定する場合、中央の穴８ａと入出力光ファイバ６、７端面の輪郭との其々の中心が一致するように、位置合わせをして固定される。
【００５３】
また、このコアスペーサ８には、光アイソレータコア３側端面の中央に、縦０.６[mm]で横０.８５[mm]の長方形状をした断面積が０.６×０.８５[mm２]、深さ０．１[mm]の平坦なくぼみが形成されており、このくぼみに光アイソレータコア３が挿入され固定される構造になっている。
【００５４】
光アイソレータコア３は、縦０.５[ｍｍ]、横０.８[ｍｍ]の斜め端面を有し、この斜め端面に垂直な方向の厚さが１.２[ｍｍ]の大きさの斜方体で、斜め端面に平行な断面積が０.５×０.８[ｍｍ２]、体積が０.５×０.８×１.２[ｍｍ３]である。但し、厚さ方向は横断面に垂直なコア軸方向から８度傾きを持たせ、コア軸の方向と入出力光ファイバ６、７の光軸の方向とがほぼ一致するように、コアスペーサ８のくぼみに固定される。
【００５５】
従来の光アイソレータで用いるコアは、反射型でない通常のストレート型光アイソレータの場合、高さ１.２[ｍｍ]、幅１.２[ｍｍ]以上あるので、本実施形態の光アイソレータコア３の断面積はこれに比べて約１/３以下となり、材料費の大幅な削減が可能となっている。
【００５６】
光アイソレータコア３は、第１の偏波分離素子を構成する第１のルチル１１ａ、第１の相反偏波面回転素子を構成する第１の半波長板１２ａおよび第２の相反偏波面回転素子を構成する第２の半波長板１２ｂ、非相反偏波面回転素子を構成するガーネット１３および第２の偏波分離素子を構成する第２のルチル１１ｂから構成されている。
【００５７】
光アイソレータコア３は後で述べる工程により作製されるが、これら各素子の光入出力端面は、光ファイバアレイ２の端面２ｂにほぼ平行に配置されており、光アイソレータコア３の両端面３ａ、３ｂは、対空気用の無反射(ＡＲ)コーティングが施されている。
【００５８】
第１のルチル１１ａ、ガーネット１３および第２のルチル１１ｂは、入力光ファイバ６の光軸上に位置する入射側の部分と、出力光ファイバ７の光軸上に位置する出射側の部分とからなる。また、第１の半波長板１２ａは入力光ファイバ６の光軸上に位置し、第２の半波長板１２ｂは出力光ファイバ７の光軸上に位置する。光アイソレータコア３は、第１の半波長板１２ａと第２の半波長板１２ｂ以外は入射側と出射側とで共通の材料で形成され、入射側と出射側の２つの独立した光アイソレータコアが一体化した構造となっている。ここで、第１のルチル１１ａと第２のルチル１１ｂの光入出力端面に垂直な厚さは同一で、光軸方向も同一に設定されている。また、第１のルチル１１ａ、第２のルチル１１ｂ、第１の半波長板１２ａと第２の半波長板１２ｂの光軸方向とガーネット１３の磁化方向とについては、後述する偏波面回転動作の実現方法により決定される。
【００５９】
また、この場合、ガーネット１３は自己磁化保持型のガーネットを使用しており、光磁気効果により非相反偏波面回転作用を動作するための外部磁場は必要としないので、永久磁石は使用しない。
【００６０】
上述のように、第１の半波長板１２ａは入射側に位置し入射側の光分布を全て包含する必要があり、第２の半波長板１２ｂは出射側に位置し出射側の光分布を全て包含する必要がある。従って、第１の半波長板１２ａと第２の半波長板１２ｂとの境界面は、入射側の光分布と出射側の光分布の中央の境界面に一致させる必要がある。
【００６１】
光アイソレータコア３はコアスペーサ８のくぼみに固定されるが、これにより、光アイソレータコア３は入出力光ファイバ６、７に対してほぼ一定の位置に固定され、第１の半波長板１２ａと第２の半波長板１２ｂとの境界面の位置は入出力光ファイバ６、７から出射される光信号の２つの光軸の中央線を含み、これらの２つの光軸を含む面に対して垂直となる面の位置とほぼ一致する。また、コアスペーサ８のくぼみに固定されることにより、光アイソレータコア３は、その一方の光入出力端面３ａが光ファイバアレイ２の端面２ｂの近傍に端面２ｂに対峙して配置され、入力光ファイバ６から出射して広がる光信号の第１の半波長板１２ａ内における入力光ファイバ６と反対側の端面での光分布、および出力光ファイバ７から出射して広がる光信号の第２の半波長板１２ｂ内における出力光ファイバ７と反対側の端面での光分布が、お互いに前記境界面で重ならないように設定される。つまり、２つの光ファイバ６、７から光アイソレータコア３に入射された２つの光が前記境界面で遮られる光量が何れも最小となる設計である。
【００６２】
ここで、従来、ルチルによる偏波分離方向は、特許文献５等にあるように、この境界面に対して垂直な方向で、入出力の何れか一方では、この境界面に接近する方向に分離されていた。従って、この場合、この境界面は、接近した光の分布の端部を遮る可能性が大きくなり、光学特性の劣化の要因となる。
【００６３】
本実施形態では、ルチル１１ａ、１１ｂによる偏波分離の方向はこの境界面に平行な方向であるため、従来の構成のように、偏波分離された光がこの境界面に近づくことが無いので、光分布の端部を遮ることがない。また、この実施形態のように加工精度と組立て精度とで位置決めをすれば、光アイソレータコア３の位置精度は確保され、歩留まり低下は生じない。
【００６４】
非球面レンズ４は、一般に入手可能な市販品で、外径２[mm]のレンズ部４ａが光学ガラスで形成され、集光手段を構成しており、外径３[mm]のステンレス製の鏡筒４ｂに挿入されてなるものである。レンズ部４ａも、光アイソレータコア３と同様、入力光ファイバ６の光軸上に位置する入射側の部分と、出力光ファイバ７の光軸上に位置する出射側の部分とからなり、入射側と出射側とで共通の材料で形成されている。非球面レンズ４のレンズ面４ｃと、その反対の端面４ｄとには、対空気用の無反射(ＡＲ)コーティングが施されている。端面４ｄはレンズ光軸に垂直に近い平面で、光ファイバアレイ２と光アイソレータコア３に対峙している。
【００６５】
全反射鏡５は、外形が縦１.２[mm]で横１.２[mm]の正方形のガラス基板からなり、このガラス基板の反射面には波長１.５５[μm]帯の全反射鏡として誘電体多層膜フィルタが蒸着されて、鏡面５ａが形成されている。
【００６６】
ミラーホルダ１０は同じくガラス製で、内径１.２[mm]、外径３[mm]、厚さ１.５７[mm]の中空円筒形状をしている。全反射鏡５はこのミラーホルダ１０を介して非球面レンズ４の鏡筒４ｂに固定されている。この場合、全反射鏡５の鏡面５ａの位置は非球面レンズ４の一方の焦点位置にほぼ等しい。
【００６７】
主ホルダ９は、正面図、側面図、背面図がそれぞれ図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示され、外径３[mm]、内径１.７９[mm]、長さ２[mm]のステンレス製円筒で構成されている。この主ホルダ９は円周方向の３点で等間隔に、長さ方向に長さ１[mm]、幅０.２[mm]
の割り９ａが形成されている。
【００６８】
主ホルダ９を用いた、光アイソレータコア３が固定された光ファイバアレイ２と全反射鏡５が固定された非球面レンズ４との位置合わせは、光信号の挿入損失等を最小限にし、光学的特性を総体的に最適化するために、図示しない精密位置合わせ装置を用いて行った。
【００６９】
最初に、主ホルダ９の割り９ａが施された端面９ｂの側へ光アイソレータコア３の固定された光ファイバアレイ２の部品側を挿入した。この場合、光ファイバアレイ２の外径は主ホルダ９の内径より、両者の寸法誤差を考慮しても、僅かに大きい。しかし、主ホルダ９には割り９ａが入っており、主ホルダ９の材料がばね性を有しているため、小さな押圧力での挿入が可能で、しかも両者の平行度は確保され、相対位置は安定している。
【００７０】
この状態で、光ファイバアレイ２と全反射鏡５が固定された非球面レンズ４は精密位置合わせ装置に装着され、入力光ファイバ６から挿入されたモニター光の光強度を，出力光ファイバ７から検出し、その値が最大になる条件として、互いの相対位置を精密に調整した。
【００７１】
この場合、相対位置の調整の前に、互いに相対する、主ホルダ９の端面９ｃと非球面レンズ４の鏡筒端面４ｅとは精密位置合わせ装置上で、平行になるように相対的な角度を調整し、その後で、３軸方向の相対位置を調整した。
【００７２】
この状態で、主ホルダ９の位置調整により、主ホルダ９の割り９ａが施されていない端面９ｃと非球面レンズ４の鏡筒端面４ｅとの距離が最小となるように、光ファイバアレイ２と主ホルダ９との相対位置を調整し、光ファイバアレイ２と非球面レンズ４との相対位置が最適位置からずれていないことを再度確認した後に、光ファイバアレイ２と主ホルダ９、主ホルダ９と非球面レンズ４とは其々、接着剤を用いて固定した。この際、光ファイバアレイ２と主ホルダ９とは既に互いに密着しているが、その押圧力は小さいので、長さ方向のズレが生じないように接着剤を用いて互いに固定することが必要である。
【００７３】
この状態で、非球面レンズ４の光軸は光ファイバ６，７のそれぞれの光軸に対してほぼ平行に配置されており、光ファイバアレイ２の端面２ｂにおける光軸の位置は非球面レンズ４の一方の焦点位置にほぼ等しく、全反射鏡５の鏡面５ａの位置は非球面レンズ４の他方の焦点位置にほぼ等しく、かつ、全反射鏡５の鏡面５ａが非球面レンズ４の光軸に対してほぼ垂直に配置されている。このため、光ファイバアレイ２の端面２ｂでは入力光ファイバ６から出射された光信号のモードフィールド径と出力光ファイバ７に伝播された光信号のモードフィールド径がほぼ一致し、入力光ファイバ６から出射された光信号の出射角度と出力光ファイバ７への光信号の入射角度がほぼ一致するので、入力光ファイバ６から出力光ファイバ７へ伝播する光信号の伝播効率が最も良くなる。
【００７４】
また、主ホルダ９と非球面レンズ４との間の接着層の厚さは、厳密に測定はしていないが、顕微鏡観察からは１０μｍ以下であったと思われる。この様なフレキシブルな構造を採用しない場合は、非球面レンズ４の焦点位置のばらつき、コアスペーサ８の長さのばらつき等を考慮すれば、この接着層の厚さは３０μｍ程度以上になる場合を考慮する必要が生じる。
【００７５】
これらの工程により、非球面レンズ４の焦点のばらつき等による、光アイソレータコア３が固定された光ファイバアレイ２と全反射鏡５が固定された非球面レンズ４との両者間の３次元位置の微妙なずれを、主ホルダ９と非球面レンズ４の固定位置で、最適に調整できる。従って、主ホルダ９と非球面レンズ４を固定する接着層の厚さを常に最小限に抑えることが可能となるので、接着剤の硬化による位置ずれが最小となり、これに起因する特性の劣化を抑えることが出来るほか、長期的な信頼性の向上にも貢献する。
【００７６】
上記の構成において、波長１．５５[μm]の光信号がインライン光アイソレータ１を順方向に伝搬する場合の動作について説明する。前述した図１には、光信号が入力光ファイバ６から順方向に入射されたときの光信号経路が示されている。
【００７７】
入力光ファイバ６から順方向に入射された光信号は、始めに光アイソレータコア３の入射側へ入射される。そして、この光アイソレータコア３の内部で、光アイソレータとしての動作を受けるが、順方向であるため、基本的にはそのまま光アイソレータコア３の入射側から出射され、次に非球面レンズ４に入射する。非球面レンズ４に入射した光信号は、非球面レンズ４の内部でコリメート光に変換され、全反射鏡５に達し、コリメート光のまま反射される。光信号は、反射されて非球面レンズ４から出射されるときに、集光光に変換され、光アイソレータコア３の出射側に入射する。そして、光アイソレータコア３内で再度光アイソレータとしての動作を受けた後に光アイソレータコア３の出射側から出射され、最終的に出力光ファイバ７に入射し、外部の光伝送路へ送り出される。
【００７８】
図３は、光アイソレータコア３の構成と、入力光ファイバ６から光アイソレータコア３内を順方向に伝搬する光信号の各位置における偏波状態とを示している。
【００７９】
入力光ファイバ６から順方向に入射された光信号は、光アイソレータコア３内の入射側で、最初に、第１のルチル１１ａによって第１の単一偏波光１４ａと第２の単一偏波光１４ｂの２つの単一偏波光に偏波分離される。第１の単一偏波光１４ａは常光として第１のルチル１１ａによって空間変位を受けないが、第２の単一偏波光１４ｂは異常光として第１のルチル１１ａによって空間変位を受けるので、偏波分離されることになる。
【００８０】
この偏波分離の方向は、光ファイバアレイ２の端面２ｂの傾斜方向と同じ方向で、図１（ｂ）で考えれば、下方向となる。この構成によれば、第１の光ファイバ６から入射した順方向の光信号が第１の偏波分離素子１１ａおよび第２の偏波分離素子１１ｂにより空間変位を受けて、２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂの光軸が一致するときに生じる軸ずれを最小に抑制することが出来る。
【００８１】
従来は図１（ａ）で考えれば偏波分離の方向は左右方向であったので、次の第１の半波長板１２ａを通過する位置を考えれば、第２の半波長板１２ｂとの境界面に接近する方向に偏波分離されていた。本実施形態では、偏波分離方向は全て図１（ｂ）で上下方向なので、偏波分離された光がこの境界面に接近することは無い。
【００８２】
これらの２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂは、次の第１の半波長板１２ａを通過する時に、偏波面が反時計方向に４５度回転する。次に、ガーネット１３を通過する時に、これらの２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂの偏波面は、更に反時計方向に４５度回転する。この２つの過程を経て、これらの２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂの偏波面は、反時計方向に合計９０度回転され、偏波方向が入れ替わることになる。ここで、第１のルチル１１ａと第２のルチル１１ｂとは光軸方向が一致し、厚さも等しい。従って、第２のルチル１１ｂに対しては、第１の単一偏波光１４ａが異常光となり、第２の単一偏波光１４ｂが常光となる。このため、これらの光が第２のルチル１１ｂを通過すると、第１の単一偏波光１４ａのみが、第２の単一偏波光１４ｂが第１のルチル１１ａによって受けた空間変位の方向と同様の方向に空間変位を受ける。その結果、第２のルチル１１ｂを通過した第１の単一偏波光１４ａと第２の単一偏波光１４ｂとは、互いの光軸が一致し、同じ軌跡を辿る。
【００８３】
従って、これらの光は単一の光として光アイソレータコア３の入射側から出射される。
【００８４】
光アイソレータコア３の入射側から出射された光信号は、非球面レンズ４に入射し、コリメート光に変換され、全反射鏡５で反射される。全反射鏡５で反射された単一の光は、非球面レンズ４の端面４ｄから集光光として出射され、光アイソレータコア３の出射側に入射する。
【００８５】
光信号は光アイソレータコア３の出射側においても、入射側と同様な作用を受ける。つまり、光アイソレータコア３の出射側に入射した順方向の光信号は、最初に、第２のルチル１１ｂによって、第１の単一偏波光１４ａと第２の単一偏波光１４ｂの２つの単一偏波光に偏波分離される。この際、第２の単一偏波光１４ｂは常光として第２のルチル１１ｂによって空間変位を受けないが、第１の単一偏波光１４ａは異常光として第２のルチル１１ｂによって空間変位を受ける。次に、ガーネット１３を通過する時に、これらの２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂの偏波面は、反時計方向に４５度回転する。次に、第２の半波長板１２ｂを通過する時に、これらの２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂの偏波面は、更に反時計方向に４５度回転する。この２つの過程を経て、これらの２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂの偏波面は、反時計方向に合計９０度回転されて、偏波方向が入れ替わることになる。従って、第１のルチル１１ａに対しては、第２の単一偏波光１４ｂが異常光となり、第１の単一偏波光１４ａが常光となる。よって、これらの光が第１のルチル１１ａを通過すると、第２の単一偏波光１４ｂのみが、第１の単一偏波光１４ａが第２のルチル１１ｂによって受けた空間変位の方向と同様の方向に空間変位を受ける。その結果、第１のルチル１１ａを通過した第１の単一偏波光１４ａと第２の単一偏波光１４ｂとは、互いの光軸が一致し、単一の光となり、同じ軌跡を辿る。この単一の光は、出力光ファイバ７に入射して、外部の光伝送路へ伝達される。
【００８６】
このように、本構成では、入力光ファイバ６から入力された光信号は、２つの偏波分離素子１１ａ、１１ｂにより、２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂへの分離と統合を、入射側と出射側とで、各々１回ずつくりかえすが、この２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂの互いの光路長がほぼ等しいので、偏波モード分散の発生をほぼ無くすことが出来る。従って、第１の光ファイバ６から出射されて第２の光ファイバ７に入射するまで、常光と異常光とが伝搬するのに要する時間の差はほぼ無くなるので、高速光伝送路用等に適用が大幅に広がる。
【００８７】
次に、波長１．５５[μm]の光がインライン光アイソレータ１を逆方向に伝搬する場合の動作について、図４を参照して説明する。
【００８８】
図４は、光アイソレータコア３の構成と、出力光ファイバ７から光アイソレータコア３内を逆方向に伝搬する光の各位置における偏波状態とを示している。
【００８９】
出力光ファイバ７から入射した逆方向の光信号は、光アイソレータコア３内の出射側で、最初に、第１のルチル１１ａによって第１の単一偏波光１４ａと第２の単一偏波光１４ｂの２つの単一偏波光に偏波分離される。この際、第１の単一偏波光１４ａは常光として第１のルチル１１ａによって空間変位を受けないが、第２の単一偏波光１４ｂは異常光として第１のルチル１１ａによって空間変位を受ける。次に、第２の半波長板１２ｂを通過する時に、これらの２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂの偏波面は、時計方向に４５度回転する。しかし、次に、ガーネット１３を通過する時に、これらの２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂの偏波面は、反時計方向に４５度回転する。この２つの過程を経て、これらの２つの単一偏波光１４ａ，１４ｂの偏波面は、回転角が相殺されて合計の回転角は０度になり、結局、偏波面の方向は変化しない。従って、第２のルチル１１ｂに対しては、同様に第１の単一偏波光１４ａが常光となり、第２の単一偏波光１４ｂが異常光となる。よって、これらの光信号が第２のルチル１１ｂを通過すると、第２の単一偏波光１４ｂのみが異常光として更に空間変位を受ける。結果として、第１の単一偏波光１４ａと第２の単一偏波光１４ｂは互いに分離された２つの光として光アイソレータコア３の出射側から非球面レンズ４へ入射する。
【００９０】
但し、第２の半波長板１２ｂとガーネット１３とによる４５度の回転作用は各素子の消光比の影響を受け、更に波長や温度の変化等によって僅かなズレを生じる。従って、一般に、第１の単一偏波光１４ａと第２の単一偏波光１４ｂには、順方向と同様な空間変位を受けて光軸が一致する僅かな成分（＝高次成分）１４ｃ，１４ｄが、図４に点線で示されるように残る。この僅かなズレにより生じた高次成分の存在が、従来の１段インライン光アイソレータにおいて、アイソレーションの阻害要因となり、更にアイソレーションが波長に依存して大きく変動する原因になっており、アイソレーションの低下の原因となっていた。
【００９１】
これらの３つの光は、各々別の軌跡を辿り、非球面レンズ４を介して全反射鏡５で反射された後、光アイソレータコア３の入射側に入射する。偏波分離された第１の単一偏波光１４ａと第２の単一偏波光１４ｂは、光アイソレータコア３の入射側で図４に示すように、更に偏波分離されて、光アイソレータコア３の入射側から出射されるため、入力光ファイバ６に逆方向に進む光が入射することはなく、入力光ファイバ６から外部の光伝送路へ光は出射されない。
【００９２】
また、点線で示した高次成分１４ｃ，１４ｄも、同様に光アイソレータコア３の入射側において常光と異常光に対応する２つの単一偏波光１４ｃ，１４ｄとして、偏波分離されて光アイソレータコア３の入射側から出射される。このため、これらの２つの単一偏波光１４ｃ，１４ｄも入力光ファイバ６に入射することはなく、入力光ファイバ６から外部の光伝送路へ出射されず、従来の１段インライン光アイソレータより高度な逆方向のアイソレーションが実現され、２段インライン光アイソレータとして機能する。
【００９３】
図５は、光アイソレータコア３を切り出すためのコアブロック１５の組立て構造を示す斜視図である。
【００９４】
光アイソレータコア材料は同図（ａ）に示すようにそれぞれ短冊状の材料が用いられている。第１，第２の半波長板１２ａ，１２ｂとなる材料の大きさは幅０.４[mm]、長さ６[mm]で、縦断面積が０.４×６[mm２]である。また、第１，第２のルチル１１ａ，１１ｂとガーネット１３になる材料の大きさは幅０.８[mm]、長さ６[mm]で、縦断面積が０.８×６[mm２]である。各材料の厚さは、それぞれ、第１，第２のルチル１１ａ，１１ｂの材料が０.３[mm]、第１，第２の半波長板１２ａ，１２ｂの材料が０.１[mm]、ガーネット１３の材料が０.５[mm]である。
【００９５】
各々の材料は、鉛フリーの低融点（光学）ガラスを用いて同図（ｂ）に示すように互いに接着される。接着は３５０℃×５分のリフローにより、気泡の混入が無いように、ガーネット１３の材料と第１，第２の半波長板１２ａ，１２ｂの材料、ガーネット１３の材料と第２のルチル１１ｂの材料、第１，第２の半波長板１２ａ，１２ｂの材料と第１のルチル１１ａの材料の順番で、順次行った。この時、各接着工程で、それ以前の工程での接着面がずれないように、治具を用いて各素子の位置関係を保持した。この後にガーネット１３を磁化した。また、各材料の一括接着も可能であるが、この場合、気泡の混入を防ぐことが肝要となる。
【００９６】
なお、ガーネット１３の材料の両面には、予め対低融点ガラス用の無反射（AR）コーティングを施した。第１，第２のルチル１１ａ，１１ｂの材料については、接着面は対低融点ガラス用のARコーティング、その反対の面は対空気用のARコーティングを施した。本実施形態では、第１，２の半波長板１２ａ、１２ｂの材料の両面には対低融点ガラス用のARコーティングを施していないが、これらの面での反射を更に抑えるため、これらの面にもARコーティングが必要となる場合もある。
【００９７】
図６は、図５に示すように組み立てたコアブロック１５の切出し方法を説明する側面図である。
【００９８】
同図（ａ）に示すコアブロック１５の切り出し角度を光ファイバアレイ２の端面２ｂの角度に合わせ、垂直から８度傾いた角度で切断して切り出すことにより、同図（ｂ）に示すように、１つのコアブロック１５から１０個の光アイソレータコア３を作製した。このように複数の光アイソレータコア３を一括して作製することにより、各々の結晶軸方位合わせが容易になるので、光アイソレータ１の歩留まり向上に寄与する。また、大型の材料を用いるので、材料費が大幅に低減する利点がある。切断によってコアブロック１５の両端に多少の残りが生じるが、特に問題とはならない。
【００９９】
上記の実施形態においては、ガーネット１３の結晶の鉄成分が波長０．９８[μm]の光を吸収して熱を発生しても、耐熱性の低い有機接着剤が光信号の光路上に無いため、発熱の温度上昇により接着剤が変質劣化して特性変化が従来のように発生することはない。波長０．９８[μm]で１００[mW]の光を２４時間実際に照射したところ、照射の前後で特性変化がないことを確認した。
【０１００】
なお、上記の実施形態においては、非球面レンズ４と全反射鏡５は個別に用意したが、図７に示すように、非球面レンズ１６と全反射鏡１７は一体化することが可能である。この場合、非球面レンズ１６はレンズ部１６ａが鏡筒６ｂに挿入されて構成され、レンズ部１６ａのレンズ面１６ｃと反対側の端面１６ｄには、非球面レンズ１６の焦点位置近傍に位置し、かつ、非球面レンズ１６の光軸に対してほぼ垂直に配置されて、全反射鏡１７が形成される。
【０１０１】
つまり、全反射鏡１７が、非球面レンズ１６のレンズ面１６ｃと反対側の端面１６ｄに蒸着されて形成されているため、非球面レンズ１６のレンズ面１６ｃと反対側の端面１６ｄがそのまま全反射鏡１７として機能する。また、非球面レンズ１６のレンズ面１６ｃは光ファイバアレイ２に対峙することになり、この面による反射光の光学特性に対する影響は更に減少する。この場合インライン光アイソレータ１の更なる小型化が可能となる。
【０１０２】
また、上記の実施形態においては、非球面レンズ４の端面４ｃ，４ｄに対空気のARコーティングを施し、別途ガラス基板に蒸着した全反射鏡５を用意していたのに比較し、上記の非球面レンズ１６では加工工程の低減と材料の低減が実現されており、安価になる。但し、上記の非球面レンズ１６の構成では非球面レンズ１６として特殊仕様のレンズが必要となるので、この様な特殊仕様の非球面レンズ１６が入手困難な場合や、入手可能であっても高価な場合等、この構造が適切でない場合もある。
【０１０３】
また、上記の実施形態の光アイソレータコア３においては、相反偏波面回転素子である半波長板を入射側と出射側で分離させ、第１のルチル１１ａ、第１の半波長板１２ａと第２の半波長板１２ｂ、ガーネット１３、および第２のルチル１１ｂがこの順に配置されている場合について説明した。しかし、半波長板は分離せずに入射側と出射側で共通とし、非相反偏波面回転素子であるガーネットを入射側と出射側で分離して、第１のルチル１１ａ、第１のガーネットと第２のガーネット、半波長板、および第２のルチル１１ｂがこの順に配置されていても良い。
【０１０４】
また、主ホルダ９はステンレス製を用いたが、その他に燐青銅や硬質プラスチック等の材料で作製しても良い。
【０１０５】
また、上記の実施形態においては、主ホルダ９は円筒形としたが、光ファイバアレイ２、光アイソレータコア３、非球面レンズ４等の形状によって、主ホルダ９の形状は多少複雑化し、単純な円筒形ではなく、円筒形の径が途中で変わり段差ができた構造でも良い。また、上記の実施形態においては、主ホルダ９は一体化されたものとしたが、複数の分離されたホルダ部品が組み合わされた主ホルダの構造とすることも可能である。この場合、複数のホルダ部品の組み立て手順は適宜特定され、部品相互の位置合わせの順番は任意に決定される。例えば、光ファイバアレイ２または非球面レンズ４に分離されたホルダ部品の１つを予め固定することも可能で、その場合に、光ファイバアレイ２と非球面レンズ４との相対位置を最適にするために位置調整されるのは、分離されたホルダ部品の残りの部品となる。
【０１０６】
また、上記の実施形態においては、光アイソレータコア３が固定された光ファイバアレイ２の側面に主ホルダ９が固定され、全反射鏡５が固定形成された非球面レンズ４の端面４ｅに主ホルダ９の端面９ｃが固定されていた。しかし、全反射鏡５が固定形成された非球面レンズ４の側面に主ホルダ９の割り９ａが形成された側が挿入されて固定され、光アイソレータコア３が固定された光ファイバアレイ２の端面２ｂに主ホルダ９の端面９ｃが固定される構成でもよい。ただし、この構成の場合、光ファイバアレイ２の端面２ｂは、図１（ｂ）のように傾斜せず、入出力ファイバ６、７の各光軸に垂直である必要がある。
【０１０７】
また、上記の実施形態においては、偏波分離素子として、ルチルを用いたが、YVO4、ニオブ酸リチウム等の光学複屈折率材料を用いても良い。
【０１０８】
また、上記の実施形態においては、構造の簡易化のために、非相反偏波面回転素子として自己磁化保持型のガーネット１３を用いたが、自己磁化保持型でない一般のガーネットと帯磁用の永久磁石を用いてもよい。この場合、中空円筒状の永久磁石の端面から所定距離奥まった永久磁石の内部に光アイソレータコア３を固定して、光アイソレータコア３の端面と光ファイバアレイ２の端面２ｂとの間に隙間を設けることにより、コアスペーサ８を代用することが可能である。また、円筒状の永久磁石をガーネットの周囲の主ホルダ９の内部に固定させても良い。
【０１０９】
また、上記の実施形態においては、集光手段として非球面レンズ４を用いたが、屈折率分布型レンズ等の他のレンズを用いることも可能である。
【０１１０】
また、上記の実施形態においては、光アイソレータコア３用の各光学素子はコアブロック１５の状態で低融点ガラスを用いて積層したが、光路に相当する部分に光信号を通過させる穴を切り出すコア数に応じて複数形成した厚さ100μm以下の薄膜を用いて、短冊状の各光学素子材料の間にこの薄膜を挟めて各光学素子材料を積層し、各コアに切り出すことも可能である。この場合、各光学素子の両面は対空気用の無反射コートを施す必要がある。また、この場合、薄膜の穴以外の部分には光信号が通過しないため、各光学素子と薄膜との接着に、無機光学接着剤以外の耐熱接着剤を用いることもできる。
【０１１１】
また、上記の実施形態においては、光アイソレータコア３を構成する複数の光学素子となる全ての矩形状の各光学素子材が、図５に示すように互いに固定されてコアブロック１５とされた後に、このコアブロック１５が図６に示すように所望の大きさに切断されて複数個の各素子の結合体が形成されて、光アイソレータコア３が作製された。しかし、光アイソレータコア３を構成する複数の光学素子で、少なくとも一対の隣接する素子となる矩形状の各光学素子材が、互いに固定されてコアブロックとされた後に、このコアブロックが所望の大きさに切断されて複数個の各素子の結合体が形成されて、光アイソレータコアが作製されても良い。この場合、コアブロックとされなかった光学素子材は、個別に切り出されて、コアブロックが切断されて切り出された各素子の結合体に、後から固定または空間を介して保持されることになる。
【０１１２】
また、上記の実施形態においては、光アイソレータコア３を構成する全ての各素子の互いに向き合う面は、低融点ガラス等の無機光学接着剤により互いに固定され、かつ、必要な場合には無機光学接着剤に対する無反射コーティングが施されている。しかし、光アイソレータコア３を構成する複数の光学素子の光信号が通過する面のうち、少なくとも一対の互いに向き合う面が、無機光学接着剤により互いに固定され、かつ、これらの２つの面の少なくとも１つの面に前記無機光学接着剤に対する無反射コーティングが施されていても良い。つまり、２つの面のうちの一方の面を有する素子材料の屈折率と無機光学接着剤の屈折率とがほぼ同じ場合、その一方の面には無反射コーティングを施さなくても良い。
【０１１３】
また、個々の光学素子を切り出してから、積層する場合は、積層用のホルダを用意し、そのホルダ上に僅かな空間を与えながら、各光学素子を整列、固定させ、補強することにより、個々の光アイソレータコアを作製しても良い。この場合、光アイソレータコアを構成する複数の光学素子の光信号が通過する全ての面に対空気用無反射コーティングが施され、これらの光学素子は、これらの対峙する面が各々の面の間に空間を保持した状態で、互いに固定される。
【０１１４】
このような本発明の最良の実施形態によるインライン光アイソレータ１によれば、上述したように、光アイソレータコア３の一方の光入出力端面３ａが光ファイバアレイ２の端面２ｂ近傍に端面２ｂに対峙して配置される構造であり、光信号の広がりの外径が最も小さい場所に光アイソレータコア３が挿入されているため、光アイソレータコア３の大きさを最小限に抑えることが可能となる。
【０１１５】
また、第１のルチル１１ａおよび第２のルチル１１ｂによる偏波分離方向が、第１の半波長板１２ａと第２の半波長板１２ｂの境界面に対し、ほぼ平行であるため、偏波分離によるこの境界面への光軸の接近がなく、これによる光の広がり端部とこの境界面との重なりの発生がないので、特殊な光ファイバアレイを使用せず、加工精度と組立て精度を変えず、製品の歩留まりを、従来より比較し、格段に向上させることが可能となる。
【０１１６】
また、上記の実施形態においては、光アイソレータコア３を構成する各素子の互いに向き合う面は、低融点ガラス等の無機光学接着剤により互いに固定され、かつ、必要な場合には無機光学接着剤に対する無反射コーティングが施されている。従って、光増幅器の励起光等が挿入された場合でも、光アイソレータが劣化することが無くなる。
【０１１７】
また、上記の実施形態においては、光アイソレータコア３は、矩形状の各光学素子材が互いに固定されてコアブロック１５にされた後に、このコアブロック１５が所望の大きさに切断されて複数個の各素子の結合体が形成されて作製される。このため、コアブロック１５が切断されて得られる各素子の結合体が複数個の光アイソレータコア３になり、１つのコアブロック１５から複数個の光アイソレータコア３が一括して作製される。このため、光アイソレータコア３を構成する各素子の結晶軸方位合わせが容易になるので、組立て工程の大幅な簡易化が図れると共に、光アイソレータコア３の作製時の歩留まりが向上する。また、各素子の大型の光学素子材を用いてコアブロック１５から各光アイソレータコア３を作製するので、光アイソレータコア３の材料費が大幅に低減される。
【０１１８】
また、上記の実施形態においては、コアブロック１５は、切断される角度が、光ファイバアレイ２の端面２ｂの傾斜角度に合わせられている。このため、光ファイバアレイ２の端面２ｂと同様に傾斜する光入出力端面を有する各素子から構成される光アイソレータコア３が、１つのコアブロック１５から複数個一括して作製され、光アイソレータコア３の大きさを最小限にすることが可能となるので、材料費が更に低減される。
【０１１９】
本実施形態の光アイソレータ１では、上記のように、主ホルダ９を光ファイバアレイ２の側面に沿って移動させることにより、各光ファイバ６，７の光軸方向の相対位置が調整されるので、主ホルダ９の端面９ｃと非球面レンズ４の端面４ｅとを固定させるのに必要とされる接着剤の厚さを常に最小限に抑えることができる。
【０１２０】
更に、主ホルダ９の光ファイバアレイ２側には、長さ方向に割り９ａが入っており、主ホルダ９の内径と光ファイバ２の外径の互いに重なり合う部分は常に密着しており、その間に接着層が介在していないので、温度等の変化による特性変化は最小限に抑えられる。この特性安定性は両者の軸中心が一致しており、これにより、各材料の温度による収縮、伸張の影響が最小限に抑えられるという形状効果も大きく寄与している。
【０１２１】
この結果、接着剤の硬化によって生じる位置ずれが最小になると共に、この位置ずれに起因して生じる光学特性の劣化を抑えることが可能になり、さらに、長期的な信頼性も向上する。
【０１２２】
これらの結果、２段インライン光アイソレータの構造の簡易化および小型化、並びに製品価格の低価格化が光学特性を劣化させることなく図れると共に、反射型光アイソレータの特徴が充分に生かされるようになる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
上記の実施形態によるインライン光アイソレータ１は、光通信システムや光センサシステムなどに適用することが可能である。このような場合においても上記の実施形態と同様の作用効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】最良の実施の形態によるインライン光アイソレータの構成を示しており、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図２】図１に示すインライン光アイソレータが備える主ホルダの構造を示しており、（ａ）はその正面図、(ｂ）はその側面図、(ｂ）はその背面図である。
【図３】図１に示すインライン光アイソレータが備える光アイソレータコアの構成と、順方向に進む光信号の偏波状態とを示す図である。
【図４】図１に示すインライン光アイソレータが備える光アイソレータコアの構成と、逆方向に進む光の偏波状態とを示す図である。
【図５】図１に示すインライン光アイソレータが備える光アイソレータコアを得るためのコアブロックの組立て構造を示す図である。
【図６】図５に示すコアブロックから光アイソレータコアを切り出す方法を示した図である。
【図７】図１に示すインライン光アイソレータが備える非球面レンズの、全反射鏡と非球面レンズを一体化した変形例を示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１…インライン光アイソレータ
２…光ファイバアレイ
２ａ、２ｂ…  光ファイバアレイ２の端面
３…光アイソレータコア
３ａ、３ｂ…光アイソレータコア３の端面
４，１６…非球面レンズ
４ａ，１６ａ…レンズ部
４ｂ，１６ｂ…鏡筒
４ｃ，１６ｃ…非球面レンズ４のレンズ面
４ｄ，１６ｄ…非球面レンズ４のレンズ面４ｃの反対側の端面
５，１７…全反射鏡
５ａ…鏡面
６…入力光ファイバ
７…出力光ファイバ
８…コアスペーサ
９…主ホルダ
１０…ミラーホルダ
１１ａ…第１のルチル（第１の偏波分離素子）
１１ｂ…第２のルチル（第２の偏波分離素子）
１２ａ…第１の半波長板（第１の相反偏波面回転素子）
１２ｂ…第２の半波長板（第２の相反偏波面回転素子）
１３…ガーネット（非相反偏波面回転素子）
１４ａ…第１の単一偏波光
１４ｂ…第２の単一偏波光
１４ｃ、１４ｄ…高次成分
１５…コアブロック
【図１】
2008310068.tif 000003
【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】
2008310068.tif 000008
【図７】
2008310068.tif 000009