(57)【要約】【課題】  従来の光アイソレータを内蔵したハイブリッド光デバイスの構造は、そのパッケージが複雑で、組立作業工程の際に高度な位置合わせが要求されていた。【解決手段】  インライン型ハイブリッド光デバイス１は、ハーフミラー１１ｂからなる反射鏡１１を他端に有する反射型光アイソレータ２、および反射鏡１１の光透過側に配置される受光素子３が、それぞれアイソレータ用筐体２０、受光素子用筐体３０に収納され、反射型光アイソレータ２と受光素子３とがコリメート光で光結合するように各筐体２０，３０が互いに位置合わせされて固定されて構成されている。反射鏡１１では、入射光信号Ａの約９５[％]の光信号が反射光Ｒとして入出力光ファイバ１６側へ反射し、入射光信号Ａの約５[％]の光信号が透過光Ｔとして光透過側に透過する。透過光Ｔは、コリメート光として伝搬し、半球面レンズ１３を介して受光素子３の受光面３ａに入射する。【選択図】  図１
2008003211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の入力端子および出力端子を一端に有し、前記入力端子から入射する光信号を前記出力端子側へ反射させると共に入射した光信号の一部を透過させる反射手段を他端に有するインライン型の反射型光アイソレータ部と、
前記反射手段の光透過側に配置される光能動素子と、
を備えて構成されるインライン型ハイブリッド光デバイスであって、
前記光能動素子は、前記反射手段と対峙する側に前記反射手段を透過する光または前記反射手段へ出射される光の集光状態を変換する集光手段を備え、
前記反射型光アイソレータ部と前記光能動素子とは、前記反射手段で反射する光の光軸または前記反射手段を透過する光の光軸と前記集光手段を介する前記光能動素子の光軸とが一致またはほぼ一致して、前記反射型光アイソレータ部と前記光能動素子とがコリメート光により光結合するように互いに固定されていることを特徴とするインライン型ハイブリッド光デバイス。
【請求項２】
前記集光手段は、球面レンズ、非球面レンズまたは溶融レンズのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１に記載のインライン型ハイブリッド光デバイス。
【請求項３】
前記反射手段は前記入力端子から入射した光信号の強度を透過させるハーフミラーからなり、
前記光能動素子は受光素子からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインライン型ハイブリッド光デバイス。
【請求項４】
前記反射手段は特定の波長領域の光信号を透過させる波長選択フィルタからなり、
前記光能動素子は、受光素子または発光素子の中の少なくとも１つ以上の素子で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインライン型ハイブリッド光デバイス。
【請求項５】
前記波長選択フィルタは、波長１４８０ｎｍ近傍の光信号を前記特定の波長領域の光信号として透過し、それよりも長波長側の光信号を反射させることを特徴とする請求項４に記載のインライン型ハイブリッド光デバイス。
【請求項６】
前記反射手段は、前記入力端子から入射する光信号の光軸と前記出力端子へ出射される光信号の光軸とを含む面と直交し、前記入力端子から入射する光信号の進行方向と平行な断面が楔型に形成された光学材料の前記光能動素子と対峙する面に、光信号を反射させると共にその一部を透過させる反射部材を設けて構成されてい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型ハイブリッド光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インライン型反射型光アイソレータ部と光能動素子とを備えたインライン型ハイブリッド光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、いわゆるＦＴＴＨ（Fiber to the home）接続サービス等の普及による急激な光通信の発展に伴い、光信号の伝送損失や光信号の分岐による光信号強度の減少などを補償するために、光信号を電気信号に変換することなく直接増幅する光ファイバ増幅器の導入が進んでいる。一般的に、光ファイバ増幅器は、増幅用の光ファイバの他、偏波無依存型光アイソレータ、励起用半導体レーザ光源、光合波器、光スプリッタ、およびモニタ用受光素子といった光機能素子などから構成され、励起用半導体レーザ光源から出力される励起光（ポンプ光）により光ファイバ中の光信号を増幅する。
【０００３】
従来、光ファイバ増幅器は、これらの各単機能光部品を光ファイバで相互に接続することで構成されていたが、このようにして光ファイバ増幅器を構成する場合には、部品点数の増加に伴い組立工程が増加すると共に、各光部品の接続箇所の増加に伴い接続損失が増加するといった問題があった。また、このような部品点数や接続箇所の増加は、光ファイバ増幅器の製造原価の上昇や光ファイバ増幅器の大型化の原因にもなっていた。
【０００４】
上記の光ファイバ増幅器の製造原価の上昇や大型化は、ＦＴＴＨ接続サービスなどの光アクセス系で光ファイバ増幅器を多量に用いる際に、特に大きな問題となってくる。この問題を解決するための方策の一つとして、上記の各光部品相互間を光ファイバ等を用いて接続することなく、各光部品をレンズやミラーなどの光素子と共に強固な基板上に配置し、空間系で光結合させる方策がある。しかしながら、この方策では、各光部品の配置にサブミクロン単位の位置精度が要求されるため、光ファイバ増幅器の信頼性に問題が生じやすく、また、製造原価が高価になるという欠点があった。
【０００５】
そこで、近年では、上記の問題を解消する有効な方策として、光ファイバ増幅器を構成する光部品の一部を一体化した部品、すなわちハイブリッド光デバイスを用いる方策が採用されている。特に、主要部品である光アイソレータと光合分波器や光スプリッタなどの光フィルタとを組み合わせた多機能光デバイス、さらには、光アイソレータと光フィルタと半導体レーザや受光素子といった光能動素子とを組み合わせたハイブリッド光デバイスは、有用である。なお、ここでいう「光能動素子」は、ＬＤ（レーザダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）、ＰＤ（フォトダイオード）などの電気を用いる素子を意味しており、この「光能動素子」に対して、光カプラや光スプリッタなどの電気を用いない素子は「光受動素子」と呼ばれている。このようなハイブリッド光デバイスは、市販品としても幾つかの提供がなされているが、その中でも、反射型のインライン光アイソレータと光能動素子とを直列に接続したインライン型ハイブリッド光デバイスは、組立作業が容易で、入出力光ファイバの取り出しが光デバイスの片側で行なわれるために扱いやすく、装置が小型化して、製造原価が安価になるといった多くの利点を備えている。
【０００６】
上記の反射型のインライン光アイソレータとしては、従来、特許文献１や特許文献２に開示されたものがある。また、反射型のインライン光アイソレータを用いたハイブリッド光デバイスとしては、例えば、非特許文献１や特許文献３に開示されているものがある。また、単に反射型のインライン光フィルタと光能動素子とを組み合わせる技術としては、特許文献４、特許文献５および特許文献６などに開示されている。
【０００７】
非特許文献１に開示された光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスでは、入出力光ファイバ側に配置される第１の円柱状の屈折率分布型レンズ（以下、ロッドレンズと記す）および光信号観測用のモニタＰＤ（フォトダイオード）側に配置される第２のロッドレンズがコリメート光系で光学的に結合しているので、これら第１のロッドレンズおよび第２のロッドレンズの間の位置合わせは、相対位置の誤差の許容度が大きいため、比較的容易に行なうことができる。しかしながら、第２のロッドレンズおよびモニタＰＤの間は、コリメート光系による光結合ではなく、いわゆる集光系により光結合する構成となっている。このため、これら第２のロッドレンズおよびモニタＰＤの間における光結合効率は、両者の相対位置関係によって大きく影響を受けるようになり、第２のロッドレンズおよびモニタＰＤの間の位置合わせには、第１のロッドレンズおよび第２のロッドレンズの間の位置合わせに比べて高い位置精度が要求されることになる。
【０００８】
また、特許文献３に開示されている光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスでは、反射板よりも光入力側に位置する第１，第２，第３のロッドレンズは光アイソレータの一部を構成しており、反射板よりも光出力側に、第４のロッドレンズを介して受光素子が設けられている。
【０００９】
この特許文献３に開示されている光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスにおいても、第４のロッドレンズおよび受光素子間の位置合わせは、集光系により光結合する構成であるため、非特許文献１に開示されている光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスと同様、高い相対位置精度が要求されるものになっている。
【特許文献１】特許第２７１０４５１号公報（図１，図２，図３）
【特許文献２】特開２００５−１７９０４号公報（図１，図２，図３，図４）
【特許文献３】特開平７−３０１７６３号公報（段落[００７０]〜[００７６]）
【特許文献４】特開昭６２−２６９９０９号公報（図１）
【特許文献５】特開２０００−３３８３５９号公報（段落[００１０]〜[００１４]）
【特許文献６】特開２００４−２２１４２０号公報（段落[００２０]〜[００２８]）
【非特許文献１】１９９３年電子情報通信学会春季大会予稿集（Ｃ−２００、４−２３６頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の非特許文献１や特許文献３に示すような従来の光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスでは、複数のロッドレンズが複屈折板などの光素子を挟んだ状態で直列に接続される構成となっており、受光素子とこれに対峙するロッドレンズとの間における位置合わせは、各ロッドレンズ間の位置合わせが完了していないと、行なえない。従って、比較的に高い精度を必要としないロッドレンズ間の位置合わせを先に行ない、高精度な位置合わせが必要なロッドレンズおよび受光素子間の組立てを最後に行なう必要がある。これを防ぐには、ロッドレンズおよび受光素子間を予め位置合わせし、これらの間を固定する必要がある。しかし、受光素子の取付位置は信号光のロッドレンズへの入射位置に大きく依存するため、受光素子とこの受光素子と対峙するレンズとの間の単独で位置合わせをすることは難しく、必然的に、光アイソレータ部と受光素子に対峙するロッドレンズと受光素子との３体間で同時に位置合わせを行なうことになるので、現実的でない。また、一般的に、受光素子に光信号を集光させるレンズに、ロッドレンズはあまり用いられない。
【００１１】
この結果、上記の非特許文献１や特許文献３に示すような光ファイバ増幅器用ハイブリッド光デバイスの構造は、そのパッケージが複雑になって組立作業工程で高度な位置合わせが要求されることが製造原価を上昇させる要因となり、また、光結合を不安定にさせ易くする要因となる。また、これらの要因はさらに、光学的特性を劣化させやすく、信頼性を劣らせる誘因となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、光信号の入力端子および出力端子を一端に有し、入力端子から入射する光信号を出力端子側へ反射させると共に入射した光信号の一部を透過させる反射手段を他端に有するインライン型の反射型光アイソレータ部と、
反射手段の光透過側に配置される光能動素子と、
を備えて構成されるインライン型ハイブリッド光デバイスであって、
光能動素子は、反射手段と対峙する側に反射手段を透過する光または反射手段へ出射される光の集光状態を変換する、例えば球面レンズ、非球面レンズまたは溶融レンズなどの集光手段を備え、
反射型光アイソレータ部と光能動素子とは、反射手段で反射する光の光軸または反射手段を透過する光の光軸と集光手段を介する光能動素子の光軸とが一致またはほぼ一致して、反射型光アイソレータ部と光能動素子とがコリメート光により光結合するように互いに固定されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、反射手段で反射する光の光軸または反射手段を透過する光の光軸と光能動素子の光軸とが一致またはほぼ一致することで、反射型光アイソレータ部と光能動素子とがコリメート光により光結合する。このため、光能動素子から出射されて反射手段で反射する光と共に反射型光アイソレータ部へ出射される光、および反射手段を透過して反射型光アイソレータ部から光能動素子へ入射される光のモードフィールドがほぼ平行光となり、かつモードフィールド径が大きなものとなる。この結果、反射型光アイソレータ部と光能動素子との間における３軸（ＸＹＺ軸）方向の相対位置合わせの誤差の許容度が向上する。従って、光能動素子の光軸の反射手段に対する角度合わせを正確に行なって反射型光アイソレータ部と光能動素子とを互いに固定するだけで、反射型光アイソレータ部と光能動素子との間の光結合を確実かつ容易に行なうことができるようになり、従来のように、光能動素子用の集光手段を予め反射型光アイソレータ部と一体化させておき、この一体化された反射型光アイソレータ部と集光手段を備えていない光能動素子とを、光結合系で位置合わせする必要がなくなる。この結果、パッケージ構造が比較的に簡易化されると共に、光学特性が安定し、製造原価を抑制できるインライン型ハイブリッド光デバイスが提供される。
【００１４】
また、本発明は、反射手段が入力端子から入射した光信号の強度を透過させるハーフミラーからなり、光能動素子が受光素子からなることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、入力端子から入射した光信号は、ハーフミラーで反射する光信号とハーフミラーを透過する光信号とに光強度が分岐され、ハーフミラーを透過した光信号は受光素子において受光される。このため、入力端子から反射型光アイソレータ部に入射した光信号は、受光素子において受光された光信号に基づいて観測される。また、光能動素子が受光素子からなる場合、光能動素子の光軸の反射手段に対する角度合わせは、光受光素子の光受光面の面積を大きくすることができるので、相対位置合わせの誤差の許容度が他の光能動素子に比べて比較的大きくなる。このため、光アイソレータ部と光能動素子との相対位置合わせは、さらに、確実かつ容易に行なうことができる。
【００１６】
また、本発明は、反射手段が、特定の波長領域の光信号、例えば波長１４８０ｎｍ近傍の光信号を透過させる波長選択フィルタからなり、光能動素子が、受光素子または発光素子の中の少なくとも１つ以上の素子で構成されることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、反射型光アイソレータ部が、受光素子または発光素子などの素子で構成される光能動素子と光結合し、特定の波長領域の光信号について光能動素子が持つ種々の機能により、反射型光アイソレータ部でアイソレートされる光信号に付加価値を付けたり、アイソレートされる光信号の一部を利用することができる。
【００１８】
また、本発明は、反射手段が、入力端子から入射する光信号の光軸と出力端子へ出射される光信号の光軸とを含む面と直交する断面が楔型に形成された光学材料の光能動素子と対峙する面に、光信号を反射させると共に一部を透過させる反射部材を設けて構成されていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、入力端子から入射する光信号は、反射手段を構成する光学材料の光能動素子と対峙する面に設けられた反射部材で反射すると共に一部が透過する。反射部材は、入力端子から入射する光信号の進行方向に対して傾斜する光学材料の面に設けられているため、光学材料の光能動素子と対峙する面で多重反射する光により、反射型光アイソレータ部内の光学的特性に影響が生じてしまうことが防止されるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるインライン型ハイブリッド光デバイスによれば、上記のように、光能動素子の光軸の反射手段に対する角度合わせを正確に行なって反射型光アイソレータ部と光能動素子とを互いに固定するだけで、反射型光アイソレータ部と光能動素子との間の光結合を確実かつ容易に行なうことができるようになり、パッケージ構造が比較的に簡易化されると共に、光学特性が安定し、製造原価を抑制できるインライン型ハイブリッド光デバイスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態によるインライン型ハイブリッド光デバイス１の内部構造を示す一部破断側面図である。また、図２は、図１に示す反射型光アイソレータ２の概略構成を示しており、同図（ａ）はその平面図、同図（ｂ）はその側面図である。なお、図２において、図１と同一部分には同一の符号を付して説明する。
【００２３】
インライン型ハイブリッド光デバイス１は、図１に示すように、インライン型の反射型光アイソレータ２および受光素子３を備えて構成されている。
【００２４】
反射型光アイソレータ２は、２心フェルール４、ルチル板５、石英ガラス板６（図１では不図示）および半波長板７、集束性ロッドレンズ８、スペーサ９、磁化ガーネット結晶板１０、および反射鏡１１がこの順に配列されて構成されている。
【００２５】
２心フェルール４には、光軸が互いに平行な入出力光ファイバ１５，１６が１２５[μm]の間隔で平行に配置されて一体化されている。反射型光アイソレータ２は、一方の入出力光ファイバ１５（または入出力光ファイバ１６）から入射した光信号が、他方の入出力光ファイバ１６（または入出力光ファイバ１５）から出射する構成になっている。入出力光ファイバ１５，１６の各一端１５ａ，１６ａは、図示しない外部の光信号路に接続されており、それぞれ、反射型光アイソレータ２の一端に備えられた光信号の入力端子および出力端子を構成している。また、入出力光ファイバ１５，１６の他端１５ｂ，１６ｂは、２心フェルール４の端面４ａに配置されている。２心フェルール４の端面４ａは、入出力光ファイバ１５，１６のいずれの光軸にも垂直な平面に対して所定角度（例えば、８°）傾けて形成されている。ルチル板５、石英ガラス板６および半波長板７は、それらの各光入出力端面が２心フェルール４の端面４ａと平行になるように傾けて配置されている。また、集束性ロッドレンズ８の石英ガラス板６および半波長板７に対峙する端面８ａは、２心フェルール４の端面４ａとほぼ平行になるように、傾けて形成されている。
【００２６】
ルチル板５は、複屈折結晶であるルチル結晶からなり、図２（ａ）に矢印で示す順方向から入射される光信号Ａを常光線Ｏと異常光線Ｅとに分離する（図２（ａ），（ｂ）参照）。ルチル板５の結晶光学軸５ｃは、図２（ｂ）に矢印で示す方向に配向されており、この結晶光学軸５ｃに平行な方向の偏波を有する光信号の常光線Ｏまたは異常光線Ｅに対して空間変位５ｄを作用させる。
【００２７】
ルチル板５と集束性ロッドレンズ８との間には、入出力光ファイバ１５から入射された光信号Ａが通過する位置に、順方向または逆方向の伝搬方向によって常光線Ｏ及び異常光線Ｅの偏波方向を逆に回転させる半波長板７が配置されている。また、反射鏡１１で反射して入出力光ファイバ１６へ入射する光信号（反射光Ｒ）が通過する位置に、非晶性光学素子である石英ガラス板６が配置されている。石英ガラス板６は、順方向動作において、反射鏡１１から反射された反射光Ｒのみが通過するように半波長板７と並列配置されている。半波長板７の光軸は、分離されて順方向に進む常光線Ｏの偏波方向に対して反時計方向に２２．５°の角度で配向されており、半波長板７は、光信号Ａが図２（ａ）に矢示する順方向に伝搬する場合、常光線Ｏ及び異常光線Ｅの偏波方向をそれぞれ反時計方向に４５°回転させ、光信号Ａが図示しない逆方向に伝搬する場合、常光線Ｏ及び異常光線Ｅの偏波方向をそれぞれ時計方向に４５°回転させる。
【００２８】
集束性ロッドレンズ８は、位相差が約π／２の屈折率分布型ロッドレンズからなり、常光線Ｏ及び異常光線Ｅが順方向に伝搬するときは、これらの各光線Ｏ，Ｅを平行光線に変換してからレンズ端面８ｂ側において集束中心光軸８ｃに近接させて集光し、逆方向に伝搬するときは、各光線Ｏ，Ｅを集束中心光軸８ｃから遠ざけると共にレンズ端面８ａ側において平行光線に変換する。また、集束性ロッドレンズ８のレンズ端面８ｂには、断面が凹状をしたガラス板からなるスペーサ９が固定されている。このスペーサ９の凹部には、ファラデー素子からなる磁化ガーネット結晶板１０が配置されて固定されている。磁化ガーネット結晶板１０は、予め磁化されており、常光線Ｏ及び異常光線Ｅの偏波方向を、その伝搬方向に関係なく非相反に、常に一定の反時計方向に２２．５°だけ回転させる。
【００２９】
また、スペーサ９の凹部を覆う反射型光アイソレータ２の他端には、反射鏡１１がスペーサ９に固定されている。反射鏡１１は、一端１５ａから入射する光信号Ａの強度の９５[％]を他端１６ａ側へ反射光Ｒとして反射させると共に、入射した光信号Ａの強度の５[％]を透過光Ｔとして透過させるハーフミラー１１ｂがガラス板１１ａに設けられて、反射手段を構成している。本実施形態では、ガラス板１１ａは、一端１５ａから入射する光信号Ａが伝搬する入出力光ファイバ１５の光軸と他端１６ａへ出射される光信号（反射光Ｒ）が伝搬する入出力光ファイバ１６の光軸とを含む面と直交し、一端１５ａから入射する光信号Ａの進行方向と平行な断面が楔型に形成されており、このガラス板１１ａの受光素子３と対峙する一方の端面に、上記のハーフミラー１１ｂが反射部材として設けられている。ハーフミラー１１ｂの反射面は、集束性ロッドレンズ８の集束中心光軸８ｃに垂直な面に対して約１°傾いて形成されている。
【００３０】
図１に示すように、光能動素子を構成する受光素子３は、反射鏡１１の光透過側において、その受光面３ａが反射鏡１１の端面とほぼ平行になるように配置されている。受光素子３は、高感度で応答速度の速いＰＩＮフォトダイオードからなり、その受光面３ａには、半球面レンズ１３が設けられている。半球面レンズ１３は、反射鏡１１のハーフミラー１１ｂと対峙する側に設けられた、反射鏡１１を透過する透過光Ｔまたは受光素子３から反射鏡１１へ出射される光の集光状態を変換する集光手段を構成している。
【００３１】
また、反射型光アイソレータ２は、光アイソレータ部保持部２１によりその周囲を保持された状態で、筒状をした光アイソレータ部筐体２２の内部に収納されて固定されている。この光アイソレータ部筐体２２の左端側開口部には、エンドキャップ２３が取り付けられてこの左端側開口部が塞がれている。エンドキャップ２３の中央部付近には、入出力光ファイバ１５，１６が貫通する穴が形成されている。光アイソレータ部保持部２１，光アイソレータ部筐体２２およびエンドキャップ２３はいずれもステンレスで形成されており、反射型光アイソレータ２は、これら光アイソレータ部保持部２１，光アイソレータ部筐体２２およびエンドキャップ２３からなるアイソレータ用筐体２０によって保持固定される。一方、光アイソレータ部筐体２２の右端側開口部には、ステンレスで形成された受光素子用筐体３０が取り付けられてこの右端側開口部は塞がれている。この受光素子用筐体３０には、受光素子３が挿入される穴が形成されており、受光素子３は、この穴に挿入された状態で受光素子用筐体３０に保持固定されている。この際、受光素子３は、反射鏡１１を透過する透過光Ｔの光軸と半球面レンズ１３の光軸とが一致またはほぼ一致するように、位置調整されている。
【００３２】
インライン型ハイブリッド光デバイス１は、反射型光アイソレータ２と受光素子３とが、反射鏡１１で反射する反射光Ｒの光軸または反射鏡１１を透過する透過光Ｔの光軸と、半球面レンズ１３を介する受光素子３の光軸とが一致またはほぼ一致して、コリメート光により光結合するように、アイソレータ用筐体２０と受光素子用筐体３０とを介して、互いに固定されて構成されている。
【００３３】
上記の構成において、波長１．５５[μm]の光信号Ａがインライン型ハイブリッド光デバイス１に入射した場合の動作について、図３を用いて説明する。
【００３４】
同図（ａ）〜（ｉ）には、図２に矢印で示すＦＡ，ＦＢ，ＦＣ，ＦＤ，ＦＥ，ＦＦ，ＦＧ，ＦＨ，ＦＪの各位置における、順方向に伝搬する光信号Ａの常光線Ｏ及び異常光線Ｅの偏波状態と配置関係とが示されている。この偏波状態と配置関係とは、図２において、２心フェルール４側からルチル板５側を見た状態で表示されており、紙面に垂直な方向が入出力光ファイバ１５，１６のそれぞれの光軸方向になっている。また、図３において、水平に描かれた点線は入出力光ファイバ１５，１６のそれぞれの光軸を含む平面、垂直に描かれた一点鎖線は入出力光ファイバ１５，１６の光軸間中心を通り、入出力光ファイバ１５，１６のそれぞれの光軸を含む平面に垂直な平面を示す。
【００３５】
入出力光ファイバ１５の一端１５ａから順方向に入射された波長１．５５[μm]の光信号Ａは、始めにルチル板５に所定角度で入射される。図３（ａ）には、このときの光信号Ａの配置関係が示されており、光信号Ａは、直交する常光線Ｏと異常光線Ｅとの２つの独立した偏波成分からなると考えることができる。前述したように、ルチル板５の結晶光学軸５ｃは入出力光ファイバ１５，１６のそれぞれの光軸を含む平面に垂直な方向に配向されている。このため、光信号Ａは、ルチル板５を通過する際に、異常光線Ｅが常光線Ｏから空間変位５ｄを受け、図３（ｂ）に示すように、入出力光ファイバ１５，１６のそれぞれの光軸を含む平面に対して垂直な方向において常光線Ｏと異常光線Ｅとは、空間的に分離される。
【００３６】
分離された常光線Ｏおよび異常光線Ｅは半波長板７に所定角度で入射される。半波長板７の光軸は、図３（ｂ）に示す状態の常光線Ｏの偏波方向に対して反時計方向に２２．５°の角度で配向されているため、常光線Ｏ及び異常光線Ｅの偏波方向は、図３（ｃ）に示すようにそれぞれ反時計方向に４５°回転される。
【００３７】
続いて、常光線Ｏ及び異常光線Ｅは集束性ロッドレンズ８に入射される。その際、常光線Ｏ及び異常光線Ｅは、入出力光ファイバ１５，１６のそれぞれの光軸を含む平面に平行で集束性ロッドレンズ８の集束中心光軸８ｃを含む平面を、常光線Ｏと異常光線Ｅとがほぼ等間隔に上下で挟む位置に入射される（図２（ｂ）参照）。このとき、常光線Ｏ及び異常光線Ｅは集束中心光軸８ｃからほぼ等距離の位置にある。集束性ロッドレンズ８内において常光線Ｏ及び異常光線Ｅは、コリメート光に変換され、進むに連れて互いに近接するとともに集束中心光軸８ｃにも近接し、レンズ端面８ｂから出射される。このときの常光線Ｏ及び異常光線Ｅの状態が図３（ｄ）に示されている。
【００３８】
集束性ロッドレンズ８のレンズ端面８ｂから出射された常光線Ｏ及び異常光線Ｅは、次に、スペーサ９を通過して磁化ガーネット結晶板１０に入射される。常光線Ｏ及び異常光線Ｅは、この磁化ガーネット結晶板１０によってその偏波方向がそれぞれ反時計方向に２２．５°回転される。磁化ガーネット結晶板１０からの光信号Ａは、次に、反射鏡１１のハーフミラー１１ｂによって反射されて反射光Ｒとなり、一部が透過光Ｔになるが、このハーフミラー１１ｂ上では、常光線Ｏ及び異常光線Ｅの位置は、図３（ｅ）に示すように、ほぼ一致する。透過光Ｔは、コリメート光として伝搬し、半球面レンズ１３を介して受光素子３の受光面３ａに入射する。この結果、入出力光ファイバ１５から順方向に入射される光信号Ａは、受光素子３で検出される透過光Ｔに基づいて常時観測される。
【００３９】
一方、反射鏡１１によって反射された反射光Ｒの常光線Ｏ及び異常光線Ｅは、再び磁化ガーネット結晶板１０に入射され、この磁化ガーネット結晶板１０によってさらにそれぞれ反時計方向に２２．５°回転される。各光線Ｏ，Ｅは、磁化ガーネット結晶板１０を往復して通過することで、それぞれの偏波方向が反時計方向に４５°回転されたことになり、半波長板７での４５°の回転と合わせると、結果的にそれぞれ反時計方向に９０°回転されたことになる。この状態が図３（ｆ）に示されている。
【００４０】
次に、磁化ガーネット結晶板１０から出射した常光線Ｏ及び異常光線Ｅは、スペーサ９を通過して集束性ロッドレンズ８に入射される。反射鏡１１での反射により、集束性ロッドレンズ８の集束中心光軸８ｃに対し、常光線Ｏ及び異常光線Ｅは物理的位置が入れ替えられるが、各々の偏波状態は反射前と同じ状態を保持している。
【００４１】
常光線Ｏ及び異常光線Ｅは、磁化ガーネット結晶板１０を通過した後も、進むに連れて互いに離されるとともに集束中心光軸８ｃからも離されるが、集束性ロッドレンズ８を通過した後は集束性ロッドレンズ８の効果により、集光光線に変換されて互いにほぼ平行な光線となる。このときの状態が図３（ｇ）に示されている。続いて、常光線Ｏ及び異常光線Ｅは石英ガラス板６を通過するが、各光線の偏波方向は影響されない。このときの状態が図３（ｈ）に示されている。
【００４２】
次に、常光線Ｏ及び異常光線Ｅはルチル板５に所定角度で入射される。ルチル板５内において、常光線Ｏは、その偏波方向が９０°回転されてルチル板５の結晶光学軸５ｃに平行な方向の偏波を有する状態になっているため、異常光として空間変位作用を受ける。しかし、異常光線Ｅは、その偏波方向が９０°回転されてルチル板５の結晶光学軸５ｃに垂直な方向の偏波を有する状態になっているため、常光として空間変位作用を受けずに通過する。従って、空間変位を受けた常光線Ｏは、図３（ｉ）に示すように、異常光線Ｅと光軸が一致し、入射光信号Ａと同じ光線となって入出力光ファイバ１６に入射し、順方向の出力光信号として入出力光ファイバ１６の一端１６ａから外部の光信号路へ伝送される。
【００４３】
同様に、入出力光ファイバ１６の一端１６ａから逆方向に光信号Ａが入射された場合にも、常光線Ｏおよび異常光線Ｅに分離された光信号Ａは、反射鏡１１のハーフミラー１１ｂにおいて、光信号Ａの約９５[％]の強度成分が反射光Ｒとして反射し、約５[％]の強度成分が透過光Ｔとして透過する。そして、透過光Ｔは、コリメート光として伝搬し、半球面レンズ１３を介して受光素子３の受光面３ａに入射する。一方、反射鏡１１によって反射された反射光Ｒの常光線Ｏ及び異常光線Ｅは、半波長板７によって回転される偏波方向の角度−４５°と、磁化ガーネット結晶板１０によって回転される偏波方向の角度４５°とが相殺され、常光線Ｏ及び異常光線Ｅの偏波方向の回転角度の総和は０°となるので、ルチル板５を通過後に互いの光軸は一致せず、入出力光ファイバ１５の光軸とも一致しない。従って、入出力光ファイバ１６から逆方向に入射される光信号Ａは、入出力光ファイバ１５から順方向に光信号Ａが入射される場合と同様、受光素子３で検出される透過光Ｔに基づいて常時観測されるが、上記のように反射光Ｒはアイソレートされるため、逆方向の出力光信号として入出力光ファイバ１５の一端１５ａから外部の光信号路へ伝送されることはない。
【００４４】
このような本実施形態によるインライン型ハイブリッド光デバイス１によれば、上述したように、反射鏡１１で反射する反射光Ｒの光軸または反射鏡１１を透過する透過光Ｔの光軸と受光素子３の光軸とが一致またはほぼ一致することで、反射型光アイソレータ２と受光素子３とがコリメート光により光結合する。このため、反射鏡１１を透過して反射型光アイソレータ２から半球面レンズ１３を介して受光素子３の受光面３ａへ入射される透過光Ｔのモードフィールドがほぼ平行光となり、かつモードフィールド径が大きなものとなる。この結果、反射型光アイソレータ２と受光素子３との間における３軸（ＸＹＺ軸）方向の相対位置合わせの誤差の許容度が向上する。従って、受光素子３の光軸の反射鏡１１に対する角度合わせを正確に行なって反射型光アイソレータ２と受光素子３とをアイソレータ用筐体２０および受光素子用筐体３０を介して互いに固定するだけで、反射型光アイソレータ２と受光素子３との間の光結合を確実かつ容易に行なうことができるようになり、非特許文献１や特許文献３に開示される従来のもののように、モニタＰＤ用の第２のロッドレンズまたは受光素子用の第４のロッドレンズを予め光アイソレータ部と一体化させておき、第２のロッドレンズまたは第４のロッドレンズと一体化された光アイソレータ部とこれらのロッドレンズを備えていないモニタＰＤまたは受光素子とを光結合系で位置合わせするといった必要はなくなる。この結果、パッケージ構造が比較的に簡易化されると共に、光学特性が安定し、製造原価を抑制できるインライン型ハイブリッド光デバイス１が提供される。
【００４５】
また、本実施形態では、反射鏡１１が入出力光ファイバ１５，１６から入射した光信号の強度を透過させるハーフミラー１１ｂからなり、光能動素子が受光素子３からなるので、受光素子３の光受光面３ａの面積を大きくすることができ、受光素子３の光軸の反射鏡１１に対する角度合わせは、相対位置合わせの誤差の許容度が他の光能動素子に比べて比較的大きくなる。このため、反射型光アイソレータ２と受光素子３との相対位置合わせは、他の光能動素子に比べて、さらに、確実かつ容易に行なうことができる。
【００４６】
また、本実施形態では、ハーフミラー１１ｂは、入出力光ファイバ１５の一端１５ａから入射する光信号Ａの進行方向に対して傾斜するガラス板１１ａの端面に設けられているため、このハーフミラー１１ｂで多重反射する光により、反射型光アイソレータ２内の光学的特性に影響が生じてしまうことが防止されるようになる。
【００４７】
なお、上記実施形態においては、受光素子３の受光面３ａに設ける集光手段として半球面レンズ１３を用いた場合を説明したが、反射型光アイソレータ２と受光素子３とがコリメート光により光結合される構成であれば、受光素子３の集光手段に用いるレンズは、適宜変更可能である。例えば、半球面レンズ１３の代わりに、他の球面レンズや、非球面レンズまたは溶融レンズなどの種々のレンズを受光素子３の集光手段として用いることができる。
【００４８】
また、上記実施形態においては、受光素子３としてＰＩＮフォトダイオードを用いた場合を説明したが、受光素子３として用いる素子は、適宜変更可能である。
【００４９】
また、上記実施形態においては、反射鏡１１が、断面が楔型に形成されたガラス板１１ａからなり、ハーフミラー１１ｂにおける反射率および透過率がそれぞれ約９５[％]，約５[％]に設定されている場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。反射鏡１１の断面形状やその光学材料、反射部材の材料などは適宜変更可能である。このように反射手段の特性を異ならせることで、反射率や透過率、多重反射の防止効果などを適宜調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
また、上記実施形態においては、反射手段として、入射した光信号の強度を透過させるハーフミラー１１ｂからなる反射鏡１１を用いると共に、光能動素子として受光素子３を用いた場合を説明したが、本発明はこれに限られるものではない。反射手段が、特定の波長領域の光信号を透過させる波長選択フィルタからなり、光能動素子が、受光素子または発光素子の中の少なくとも１つ以上の素子で構成されると共に、波長選択フィルタと対峙する側に、波長選択フィルタを透過する光または光能動素子から反射手段へ出射される光の集光状態を変換する集光手段を備えた構成とすることも可能である。
【００５１】
この構成においても、波長選択フィルタを透過して反射型光アイソレータ２から光能動素子へ出射される光、または、光能動素子から反射型光アイソレータ２へ出射される光は、コリメート光として伝搬し、反射型光アイソレータ２と光能動素子とが集光手段を介してこのコリメート光により光結合するので、上記実施形態と同様、反射型光アイソレータ２と光能動素子との間の相対位置合わせを容易に行なうことができると共に、製造コストを抑え、光学的特性の安定したインライン型ハイブリッド光デバイスを提供することができるようになる。
【００５２】
さらに、この構成によれば、反射型光アイソレータ２が、受光素子または発光素子などの素子で構成される光能動素子と光結合し、特定の波長領域の光信号について、光能動素子が持つ種々の機能により、反射型光アイソレータ２でアイソレートされる光信号に付加価値を付けたり、アイソレートされる光信号の一部を利用することができる。
【００５３】
例えば、波長１４８０[nm]近傍の光信号、例えば、１４８０±１０〜２０[nm]の波長領域の光信号を透過させると共に、上記実施形態における波長１．５５[μm]の光信号Ａのような、これよりも長波長側の光信号を反射させる波長選択フィルタを反射手段として用いると共に、励起用半導体レーザ光源といった発光素子を光能動素子として用いることで、インライン型ハイブリッド光デバイスは光ファイバ増幅器用のデバイスとして機能する。この場合、励起用半導体レーザ光源から出射されて、反射手段で反射する反射光Ｒと共に反射型光アイソレータ２へ出射される光のモードフィールドがほぼ平行光となり、かつモードフィールド径が大きなものとなる。この結果、反射型光アイソレータ２および励起用半導体レーザ間の組立作業時における相対位置合わせが容易で、製造コストの低い、光学的特性の安定したハイブリッド光デバイスが実現されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態によるインライン型ハイブリッド光デバイスの内部構造を示す一部破断側面図である。
【図２】図１に示す反射型光アイソレータの概略構成を示しており、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図３】図２に示す反射型光アイソレータ内の各位置における常光線及び異常光線の偏波状態と配置関係とを示す状態関係図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…インライン型ハイブリッド光デバイス
２…反射型光アイソレータ
３…受光素子
３ａ…受光面
４…２心フェルール
５…ルチル板
５ｃ…結晶光学軸
５ｄ…空間変位
６…石英ガラス板
７…半波長板
８…集束性ロッドレンズ
８ｃ…集束中心光軸
９…スペーサ
１０…磁化ガーネット結晶板
１１…反射鏡
１１ａ…ガラス板
１１ｂ…ハーフミラー
１３…半球面レンズ
１５，１６…入出力光ファイバ
２０…アイソレータ用筐体
２１…光アイソレータ部保持部
２２…光アイソレータ部筐体
２３…エンドキャップ
３０…受光素子用筐体
Ａ…光信号
Ｅ…異常光線
Ｏ…常光線
Ｒ…反射光
Ｔ…透過光
【図１】
2008003211.tif 000003
【図２】
2008003211.tif 000004
【図３】
2008003211.tif 000005