(57)【要約】【課題】種々の光部品が複合化されており、光の入出力部が同一面内に形成できる小型で高品質の光増幅器を提供する。【解決手段】少なくとも２つの光路を有する第１、第２の光導波路と、該第１の光導波路と第２の光導波路の間にそれぞれの光導波路と光学的に接合する位置に設置された少なくとも２つのレンズと、該少なくとも２つのレンズ間に配置された光アイソレータ機能部とを少なくとも具備した２ポート型の光アイソレータであって、前記光アイソレータ機能部が、少なくとも、第１、第２の偏光素子と、該第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に並列に配置された第１、第２のファラデー回転子とを具備し、前記第１、第２のファラデー回転子のそれぞれの偏波面回転方向が同一磁場方向において互いに逆回転であるものであることを特徴とする光アイソレータ、およびこの光アイソレータを具備する光増幅器。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの光路を有する第１、第２の光導波路と、該第１の光導波路と第２の光導波路の間にそれぞれの光導波路と光学的に接合する位置に設置された少なくとも２つのレンズと、該少なくとも２つのレンズ間に配置された光アイソレータ機能部とを少なくとも具備した２ポート型の光アイソレータであって、前記光アイソレータ機能部が、少なくとも、第１、第２の偏光素子と、該第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に並列に配置された第１、第２のファラデー回転子とを具備し、前記第１、第２のファラデー回転子のそれぞれの偏波面回転方向が同一磁場方向において互いに逆回転であるものであることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
前記第１のファラデー回転子または第２のファラデー回転子が、偏波面回転方向が磁場方向に対して右ネジ回転するビスマス置換型希土類鉄ガーネットであることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項３】
前記第１の偏光素子及び第２の偏光素子が、それぞれの光軸が互いに４５°ずれた複屈折結晶クサビ板であり、該第１の偏光素子及び第２の偏光素子のクサビ傾斜面が外側に形成され、かつ互いに平行に配置されているものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光アイソレータ。
【請求項４】
前記第１の偏光素子及び／または第２の偏光素子の材質が、ＬｉＮｂＯ３であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の光アイソレータ。
【請求項５】
前記光アイソレータ機能部を第１の光アイソレータ機能部とし、さらに前記少なくとも２つのレンズ間の前記第１の光アイソレータ機能部と同軸上に、少なくとも、第３、第４の偏光素子と、該第３の偏光素子と第４の偏光素子との間に並列に配置された第３、第４のファラデー回転子とを具備し、前記第３、第４のファラデー回転子のそれぞれの偏波面回転方向が同一磁場方向において互いに逆回転となる第２の光アイソレータ機能部が直列に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の光アイソレータ。
【請求項６】
前記直列に配置されている第１の光アイソレータ機能部及び前記第２の光アイソレータ機能部において、相対する各光アイソレータ機能部のクサビ傾斜面の傾斜方向が互いに０°、９０°、１８０°のいずれかの角度で傾いており、また、相対する各光アイソレータ機能部の第２と第３の偏光素子の光学軸が互いに９０°傾いて配置されており、さらに前記第１の光アイソレータ機能部と前記第２の光アイソレータ機能部の磁場方向が同方向であり、前記第１の光アイソレータ機能部及び前記第２の光アイソレータ機能部の一方の光路が通過する第１、第３のファラデー回転子の偏波面回転方向が互いに逆回転であり、また他方の光路が通過する第２、第４のファラデー回転子の偏波面回転方向が互いに逆回転であるものであることを特徴とする請求項５に記載の光アイソレータ。
【請求項７】
前記第１及び／または第２の光アイソレータ機能部内に並列に配置された２つのファラデー回転子のうち、偏波面回転方向が磁場方向に対して右ネジ回転である方のファラデー回転子に、信号透過方向に対して同じ偏波面回転方向となる１／２波長板を用いたものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光アイソレータ。
【請求項８】
前記少なくとも２つのレンズの間に、レンズから出射されるビームを平行にするためのプリズムを配置したものであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の光アイソレータ。
【請求項９】
前記レンズ間に配置されるプリズムのうち、少なくとも１つのプリズムの一面に利得等化フィルタ膜が施されていることを特徴とする請求項８に記載の光アイソレータ。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の光アイソレータにおける前記第１の光導波路及び第２の光導波路のうち、少なくとも一方の光導波路が３つの光路を有し、該３つの光路を有する光導波路側の前記レンズと前記光アイソレータ機能部の間に波長選択フィルタを所定の角度で配置し、該波長選択フィルタを介して前記３つの光路を有する光導波路の２つの光路が光学的に結合していることを特徴とする光モジュール。
【請求項１１】
前記光モジュールの光路中に、光出力の一部を取り出すことのできるハーフミラーを配置したものであることを特徴とする請求項１０に記載の光モジュール。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の光モジュールにおける３つの光路を有する光導波路中の前記波長選択フィルタを介して光学的に結合した２つの光路のうちの一方と光学的に結合してない光路とに、希土類添加ファイバまたは希土類元素を添加したコアを有する光導波路を接続し、該光導波路の残る一つの光路に励起光源を接続したものであることを特徴とする光増幅器。
【請求項１３】
前記希土類添加ファイバまたは希土類元素を添加したコアを有する光導波路が、偏波保持機能を有したものであることを特徴とする請求項１２に記載の光増幅器。
【請求項１４】
前記偏波保持機能を有した希土類添加ファイバまたは希土類元素を添加したコアを有する光導波路の偏波保持軸が、３つの光路を有する光導波路側に最も近接して配置されている偏光素子の光学軸に対して、入射する光路においては一致させ、出射する光路においては９０°傾けて配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムにおいて使用される光増幅器、及びその光増幅器の構成部品となる光アイソレータ、光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットの普及により、光ファイバ通信システムにおいて大容量化、高速化が進められている。またそれに伴ない、光ファイバ通信システムでは、例えばＬＤ（レーザーダイオード）で発振された信号光が光ファイバを通じて遠距離にある受信部まで情報を損なわずに伝送させることが求められている。
【０００３】
そのため、このような光通信システムにおいては、途中に中継部を設けて、信号光を電気信号に変換することなく直接増幅する光増幅器等が用いられる。この光増幅器には、幾つかの種類があるが、現在は主として希土類添加ファイバを用いたファイバ型の光増幅器が用いられており、その中でも特にエルビウム（Ｅｒ）添加光増幅器が幅広く用いられている。
【０００４】
ここで、一般的に用いられているＥｒ添加光増幅器（後方励起型）について図２を参照しながら説明する。図２に示した光増幅器では、ポンプレーザーダイオード（ポンプＬＤ）２１から出力された波長１４８０ｎｍの励起光が、合波器２２で矢印２８の向きに通過してＥｒ添加ファイバ２３に入射し、この入射した励起光がＥｒ添加ファイバ２３で吸収されてＥｒ原子を高エネルギー準位に励起させる。このとき、１５５０ｎｍ付近の波長の信号光をＥｒ添加ファイバ２３に入射させると、入力された信号光の大きさに比例した同一波長の光の誘導放出が生じ、結果として信号光が増幅される。増幅された信号光は、その後、光アイソレータ２４、分岐器２５、利得等価フィルタ２６を順に通過して、光増幅器から出力される。
【０００５】
その際、分岐器２５で取り出された光出力は、受光器２７でモニタリングされ、ポンプＬＤ２１の出力制御に使用される。また、利得等化フィルタ２６では、Ｅｒ添加ファイバ２３で増幅した信号光の利得を補正し、平坦化することができる。
【０００６】
さらに、光増幅器の前段と後段に光アイソレータ２４が設けられているため、光増幅器内部での共振を防ぐことができる。一般的に、このような機能を有する光アイソレータは、例えば図１３に示したように、第１の偏光素子１３５ａと第２の偏光素子１３５ｂの間にファラデー回転子１３６を配置し、それを筒状磁石１３７内に固定した構成を有している。
【０００７】
このような光アイソレータにおいて、ファラデー回転子の材質としては、通常磁場方向に対して左ネジの向きに偏波面を回転させるビスマス置換型希土類鉄ガーネットが用いられている。また、特開平２−７７７１９号公報には、ファラデー回転角の温度特性を改善するために、このビスマス置換型磁性ガーネットに磁場方向に対して右ネジの向きに回転する磁性ガーネットを組み合わせたファラデー回転子が記載されている。また、偏光素子に関しては、特許第１３２７３５０号において複屈折平行平板を用いた構成が開示されており、また特許第１３９３７６２号において複屈折クサビ板を用いた構成が開示されている。
【０００８】
しかしながら、上記のような従来の光増幅器の構成では、接続する光部品（または光デバイス）の数が多いことに加え、光ファイバの引き回しに多くのスペースが必要となる。そのため、光増幅器が大型になるという問題があった。また、このように多くの光部品を接続する場合、図２に×で示したようにファイバ融着部（接続部）が多くなり、光ファイバの接続点数に応じて挿入損失の増加を招くという問題があった。さらに、各光部品の接続に手間がかかり、また製造コストの増加を招くといった問題もあった。
【０００９】
このような問題に対して、いくつかの光部品を複合化して一体とした光モジュールが提案されている。代表的なものとしては、例えば特許第２６６５０９７号において、光アイソレータと合波器あるいは分岐器とを複合化したモジュールが開示されている。この特許第２６６５０９７号によれば、例えば図３に示すように、それまで別々に配置されていた光アイソレータと合波器、また光アイソレータと分岐器をそれぞれ一体のモジュール３２、３４として構成することによって、光増幅器を構成する光部品の数を減少させ、ファイバ融着部を減らすとともに光増幅器の小型化を図っている。
【００１０】
しかしながら、このように光アイソレータと合波器あるいは分岐器とを複合化したとしても、Ｅｒ添加ファイバを挟んだもう一つの光アイソレータや、その他の複合化したモジュール等をさらに一体に構成することは困難であり、結果的に、それらの光アイソレータやモジュール等を接続するために光ファイバを引き回すスペースが必要とされるため、光増幅器の小型化には限界があった。
【００１１】
また、光増幅器を小型化する別の方法として、例えば特開平９−５４２８５号公報において、希土類添加ファイバの前後に配置される２つの光アイソレータを複合化して１つのものにした光増幅器が提案されている。しかしながら、この場合、光アイソレータ自体が２個から１個に減少するために光アイソレータの構成部分の小型化は達成されるものの、その他の光部品のスペース、さらにこれらを接続するためのファイバの引き回しを行うスペースが必要とされるため、光増幅器の小型化に対する寄与は非常に小さいものであった。
【００１２】
また、一般的に、光増幅器では装置の同一面に信号光の入出力部が形成されている方がその他の機器との接続等の面から都合が良い。そのため、現在幅広く用いられている光増幅器の多くに、実際に光の入力ポートと出力ポートとが装置の同一面上に形成される構成が取られている。
【００１３】
しかしながら、従来の光増幅器では、図３に示すような複合化された光モジュールを使用しても、上記のモジュール同士の接続の他にファイバの入力ポートと同じ方向にファイバ出力ポートを形成するためにファイバの引き回しが必要となる。また、上記特開平９−５４２８５号公報のように２つの光アイソレータを複合化して１つにした光増幅器においても、増幅器に組み込まれている光アイソレータは光を同一の方向にしか通さない素子であるため、信号光の入出力部を装置の同一面内に形成するにはファイバの引き回しが必要とされた。したがって、従来の光増幅器において、光の入出力部を同一面上に形成するためにはファイバの引き回しスペースを設けることが必要となるため、光増幅器の小型化はさらに困難であった。
【００１４】
【特許文献１】
特開平２−７７７１９号公報
【特許文献２】
特許第１３２７３５０号
【特許文献３】
特許第１３９３７６２号
【特許文献４】
特許第２６６５０９７号
【特許文献５】
特開平９−５４２８５号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来希土類添加ファイバの前後に配置される光アイソレータを複合化して一つの素子で構成し、さらに光増幅器に必要なその他の光部品を複合化して一体の光モジュールで形成するとともに、装置内でファイバの引き回しを行わずに信号光の入出力部が同一面内に形成できる小型で高品質の光増幅器を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも２つの光路を有する第１、第２の光導波路と、該第１の光導波路と第２の光導波路の間にそれぞれの光導波路と光学的に接合する位置に設置された少なくとも２つのレンズと、該少なくとも２つのレンズ間に配置された光アイソレータ機能部とを少なくとも具備した２ポート型の光アイソレータであって、前記光アイソレータ機能部が、少なくとも、第１、第２の偏光素子と、該第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に並列に配置された第１、第２のファラデー回転子とを具備し、前記第１、第２のファラデー回転子のそれぞれの偏波面回転方向が同一磁場方向において互いに逆回転であるものであることを特徴とする光アイソレータが提供される（請求項１）。
【００１７】
このように、２ポート型の光アイソレータにおいて、光アイソレータ機能部内に同一磁場方向において互いに逆回転する第１、第２のファラデー回転子を並列に配置したものであれば、光アイソレータにおける２つの光路の信号透過方向が互いに逆方向となる２ポート型の光アイソレータとすることができる。そして、このように信号透過方向が互いに逆方向となる２ポート型の光アイソレータであれば、この光アイソレータを用いて光増幅器を作製した際に、従来の希土類添加ファイバの前後に配置される二つの光アイソレータの働きをこの一つの光アイソレータで果たすことができ、かつファイバを引き回さずに光の入出力部が同一面内に形成できる小型の光増幅器を得ることが可能となる。
【００１８】
このとき、前記第１のファラデー回転子または第２のファラデー回転子が、偏波面回転方向が磁場方向に対して右ネジ回転するビスマス置換型希土類鉄ガーネットであるものとすることができる（請求項２）。
このように、第１または第２のファラデー回転子のいずれかを偏波面回転方向が磁場方向に対して右ネジ回転するビスマス置換型希土類鉄ガーネットとし、またもう一方のファラデー回転子を従来一般的に用いられているような偏波面を左ネジの向きに回転させるビスマス置換型希土類鉄ガーネットとすれば、上記のように第１、第２のファラデー回転子のそれぞれの偏波面回転方向が同一磁場方向において互いに逆回転する光アイソレータが容易に得られる。
【００１９】
また、前記第１の偏光素子及び第２の偏光素子が、それぞれの光軸が互いに４５°ずれた複屈折結晶クサビ板であり、該第１の偏光素子及び第２の偏光素子のクサビ傾斜面が外側に形成され、かつ互いに平行に配置されているものであることが好ましい（請求項３）。
本発明の光アイソレータに用いられる第１、第２の偏光素子が上記のようなものであれば、光アイソレータの構成が簡単でかつ組立が容易であり、さらに光アイソレータに平行光を透過させる場合でも確実に機能させることができるものとなる。
【００２０】
さらに、前記第１の偏光素子及び／または第２の偏光素子の材質が、ＬｉＮｂＯ３であることが好ましい（請求項４）
このように第１の偏光素子及び／または第２の偏光素子の材質がＬｉＮｂＯ３であれば、光アイソレータのコストの点において非常に有利となる。
【００２１】
また、本発明では、前記光アイソレータ機能部を第１の光アイソレータ機能部とし、さらに前記少なくとも２つのレンズ間の前記第１の光アイソレータ機能部と同軸上に、少なくとも、第３、第４の偏光素子と、該第３の偏光素子と第４の偏光素子との間に並列に配置された第３、第４のファラデー回転子とを具備し、前記第３、第４のファラデー回転子のそれぞれの偏波面回転方向が同一磁場方向において互いに逆回転となる第２の光アイソレータ機能部が直列に配置されていることが好ましい（請求項５）。
【００２２】
このように、光アイソレータの少なくとも２つのレンズ間に、上記のように第１及び第２の光アイソレータ機能部が直列に配置されているものであれば、アイソレーションの特性等を一層向上させた２ポート型の光アイソレータとすることができる。
【００２３】
このとき、前記直列に配置されている第１の光アイソレータ機能部及び前記第２の光アイソレータ機能部において、相対する各光アイソレータ機能部のクサビ傾斜面の傾斜方向が互いに０°、９０°、１８０°のいずれかの角度で傾いており、また、相対する各光アイソレータ機能部の第２と第３の偏光素子の光学軸が互いに９０°傾いて配置されており、さらに前記第１の光アイソレータ機能部と前記第２の光アイソレータ機能部の磁場方向が同方向であり、前記第１の光アイソレータ機能部及び前記第２の光アイソレータ機能部の一方の光路が通過する第１、第３のファラデー回転子の偏波面回転方向が互いに逆回転であり、また他方の光路が通過する第２、第４のファラデー回転子の偏波面回転方向が互いに逆回転であるものであることが好ましい（請求項６）。
【００２４】
このようにして第１の光アイソレータ機能部及び前記第２の光アイソレータ機能部を構成することによって、光アイソレータにおける２つの光路の信号透過方向が互いに逆方向で、かつどちらの光路においても全く同様のアイソレーション動作を行うことができ、なおかつ偏波モード分散の小さな光アイソレータとすることができる。
【００２５】
また、本発明は、前記第１及び／または第２の光アイソレータ機能部内に並列に配置された２つのファラデー回転子のうち、偏波面回転方向が磁場方向に対して右ネジ回転である方のファラデー回転子に変えて、信号透過方向に対して同じ偏波面回転方向となる１／２波長板を用いたものとすることもできる（請求項７）。
【００２６】
この場合、アイソレーション特性は１段と同等となるが、偏波モード分散を低減することができる。
【００２７】
さらに、前記少なくとも２つのレンズの間に、レンズから出射されるビームを平行にするためのプリズムを配置したものであることが好ましい（請求項８）。
このように光アイソレータのレンズ間に、レンズから出射されるビームを平行にするためのプリズムを配置したものであれば、アイソレータ機能部の配置の自由度を向上させることができる。さらに、本発明の光アイソレータにその他の光部品を複合させて光モジュールを形成する場合、それらの複合化を容易に行うことができる。
【００２８】
このとき、前記レンズ間に配置されるプリズムのうち、少なくとも１つのプリズムの一面に利得等化フィルタ膜が施されているものとすることができる（請求項９）。
このように、少なくとも１つのプリズムの一面に利得等化フィルタ膜が施されていれば、通過させたい光の波長を選択することが可能となり、また光アイソレータに利得等化機能を持たせることもできる。したがって、その後この本発明の光アイソレータを用いて光増幅器を構成した場合に、光アイソレータの他に利得を等化するための利得等化部を別途設ける必要がなく、光増幅器の一層の小型化を図ることができる。
【００２９】
また、本発明によれば、上記本発明の光アイソレータにおける前記第１の光導波路及び第２の光導波路のうち、少なくとも一方の光導波路が３つの光路を有し、該３つの光路を有する光導波路側の前記レンズと前記光アイソレータ機能部の間に波長選択フィルタを所定の角度で配置し、該波長選択フィルタを介して前記３つの光路を有する光導波路の２つの光路が光学的に結合していることを特徴とする光モジュールを提供することができる（請求項１０）。
【００３０】
このように、本発明の光アイソレータにおける一方の光導波路が３つの光路を有し、またレンズと光アイソレータ機能部の間に波長選択フィルタを所定の角度で配置して３つの光路を有する光導波路の２つの光路が光学的に結合している光モジュールであれば、前述のような２ポート型の双方向光アイソレータ機能に加えて、異なる波長の光の合成機能を有する光モジュールとすることができる。さらに、この本発明の光モジュールを用いて光増幅器を作製する場合、レンズと光アイソレータ機能部の間に設置された波長選択フィルタに、希土類添加ファイバより漏れ出る励起光除去の機能も持たせることができるため、光増幅器の小型化、高品質化、低コスト化を図ることが可能となる。
【００３１】
このとき、前記光モジュールの光路中に、光出力の一部を取り出すことのできるハーフミラーを配置したものであることが好ましい（請求項１１）。
このように、光モジュールの光路中にハーフミラーを配置すれば、光モジュールの光路を通過する光出力の一部を光モジュールの外へ取り出すことができる。それによって、例えば光増幅器を作製した際に、励起光源の制御に必要な増幅前後での信号光の強度を測定するモニタ機能を光増幅器に持たせることが可能となる。
【００３２】
さらに、本発明によれば、上記本発明の光モジュールにおける３つの光路を有する光導波路中の前記波長選択フィルタを介して光学的に結合した２つの光路のうちの一方と光学的に結合してない光路とに、希土類添加ファイバまたは希土類元素を添加したコアを有する光導波路を接続し、該光導波路の残る一つの光路に励起光源を接続したものであることを特徴とする光増幅器を提供することができる（請求項１２）。
【００３３】
このように本発明の光モジュールにおける３つの光路を有する光導波路中の上記２つの光路に希土類添加ファイバまたは希土類元素を添加したコアを有する光導波路を接続し、また残る一つの光路に励起光源を接続した光増幅器であれば、光増幅器に配置する光アイソレータを一つの部品で構成することができるとともに、合波器等の光増幅器で必要なその他の光部品が複合化されて一体の光モジュールで形成できるため、低コストで作製できる小型で高品質の光増幅器とすることができる。さらに、このような光増幅器であれば、ファイバの引き回しを行わずに光の入出力部が同一面内に形成されるため、他の機器との接続を容易に行うことのできる小型の光増幅器となる。
【００３４】
このとき、前記希土類添加ファイバまたは希土類元素を添加したコアを有する光導波路が、偏波保持機能を有したものとすることができる（請求項１３）。
【００３５】
この場合、前記偏波保持機能を有した希土類添加ファイバまたは希土類元素を添加したコアを有する光導波路の偏波保持軸が、３つの光路を有する光導波路側に最も近接して配置されている偏光素子の光学軸に対して、入射する光路においては一致させ、出射する光路においては９０°傾けて配置されているものとすることができる（請求項１４）。
【００３６】
例えば、光アイソレータのアイソレータ機能部が１段で形成されている場合においても、上記のようにして偏波保持軸が配置されていれば、光増幅器にその他の偏波モード分散補償手段を設けなくとも、光増幅器全体の偏波モード分散を極めて小さくすることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
従来の光増幅器では、光増幅器で必要とされる光アイソレータ、及び合波器等のその他の光部品を一体の光モジュールで提供することや、信号光の入出力部をファイバの引き回しを行わずに同一面上に形成することは非常に困難とされており、光増幅器の小型化には限界があった。
【００３８】
そこで、本発明者等は、光増幅器を構成する光アイソレータが、同一磁場方向で互いに逆回転する２種類のファラデー回転子を並列に配置したものであれば、従来の希土類添加ファイバの前後に配置している二つの光アイソレータの機能を一つの２ポート型の光アイソレータで果たすことができること、またこのような光アイソレータを用いることによって光増幅器に必要とされる種々の光部品を複合化して一体の光モジュールとして形成できること、さらに光増幅器における光の入出力部をファイバの引き回しを行わずに同一面上に形成することができることを見出し、鋭意検討を重ねることによって本発明を完成させた。
【００３９】
先ず、本発明に係る光アイソレータの一例について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の光アイソレータを表す概略説明図を示している。
図１に示したように、本発明の光アイソレータ１０は、少なくとも第１、第２の光路１２ａ、１２ｂの２つの光路をそれぞれ有する第１、第２の光導波路１１ａ、１１ｂと、該第１の光導波路１１ａと第２の光導波路１１ｂの間にそれぞれの光導波路と光学的に接合する位置に設置された少なくとも２つのレンズ１３と、これらの２つのレンズ１３間に配置された光アイソレータ機能部１４とを少なくとも具備した２ポート型の光アイソレータである。
【００４０】
この光アイソレータ１０における光アイソレータ機能部１４は、第１の偏光素子１５ａと第２の偏光素子１５ｂとの間に第１、第２の光路１２ａ、１２ｂが各々独立して通過する第１のファラデー回転子１６、第２のファラデー回転子１７を並列に配置し、それらが円筒状の磁石１８に固定されている。そして、この第１のファラデー回転子１６及び第２のファラデー回転子１７のそれぞれの偏波面回転方向は、同一磁場方向において互いに逆回転となるものである。
【００４１】
このような２ポート型の光アイソレータであれば、光アイソレータにおける２つの光路１２ａ、１２ｂの信号透過方向１９ａ、１９ｂが互いに逆方向となる偏波無依存型の光アイソレータとすることができる。このような本発明の光アイソレータにおいて、光路のビーム形状については特に限定されるものではなく、収束光、平行光のどちらでも選択することが可能であり、構成する光アイソレータ機能部の設計に応じて選択すれ良い。
【００４２】
このとき、第１、第２のファラデー回転子として、いずれか一方のファラデー回転子を偏波面を磁場方向に対して左ネジ回転させる一般的なビスマス置換型希土類鉄ガーネットとし、またもう一方のファラデー回転子を偏波面を磁場方向に対して右ネジ回転させるビスマス置換型希土類鉄ガーネットを用いることが好ましい。それによって、第１、第２のファラデー回転子のそれぞれの偏波面回転方向が同一磁場方向において互いに逆回転する光アイソレータを容易に構成することができる。この偏波面が磁場方向に対して右ネジ回転するビスマス置換型希土類鉄ガーネットとしては、例えばビスマス置換型希土類鉄ガーネットのＦｅサイトにＧａやＡｌを置換したものを用いることができる。
【００４３】
別の方法として、同一磁場方向で偏波面を同じ方向に回転させる２つの光アイソレータ機能部を磁場方向が互いに逆になるように別々に並列配置することによって、上記と同様の機能を実現できることが考えられる。しかしながら、この場合、２つの光アイソレータ機能部の相互の磁場の影響を考慮する必要がある他、プリズム等を駆使して光路を構成しなければならず、光アイソレータが極めて大型になることに加え、製造コストにかかる負担が大きいという問題がある。
【００４４】
また、本発明の光アイソレータ機能部においては、第１、第２の偏光素子として、複屈折結晶クサビ板を用いる構成や複屈折平行平板等を用いる構成を利用することができ、その構成は特に限定されるものではない。例えば、偏光素子として複屈折平行平板を用いる構成としては、単純な２枚の複屈折板だけでなく、他の複屈折板やさらに波長板を用いた構成等を利用することができる。また、例えば、第１の偏光素子及び第２の偏光素子が、それぞれの光軸が互いに４５°傾いた複屈折結晶クサビ板であり、図４に示すように、この第１、第２の偏光素子４１が素子固定部材４４上で第１のファラデー回転子４２と第２のファラデー回転子４３を挟むようにして、それらのクサビ傾斜面が外側に形成されかつ互いに平行に配置されているものであれば、光アイソレータの構成が簡便でかつ組立が容易であり、さらに光アイソレータに平行光を透過させる場合でも確実に機能させることができるものとなるため、より好ましい。
【００４５】
このとき、偏光素子として用いられる複屈折結晶の材質には、例えばＴｉＯ２、ＹＶＯ４、ＬｉＮｂＯ３等を用いることができ、適切な設計が為されていれば何れのものも使用することができるが、例えば、第１、第２の偏光素子の材質がＬｉＮｂＯ３であれば、光アイソレータのコストの面で非常に有利となり、好適である。
【００４６】
また、本発明の光アイソレータに用いられるレンズ１３としては、ボールレンズ、非球面レンズの他、ＧＲＩＮレンズ等を用いることができ、何れのレンズでも同等の効果を得ることができる。
【００４７】
さらに、第１、第２の光導波路１１ａ、１１ｂとしては、平面上に構成された光導波路の他に、ＺｒＯ２またはフィラー入り樹脂製のキャピラリに光ファイバを接着固定した多芯ファイバフェルールでも構成できる。接続されるファイバとしては、通常のシングルモードファイバ、マルチモードファイバ、分散補償ファイバの他に、偏波保持ファイバ等を使用できる。ただし、偏波保持ファイバを用いる場合は、光導波路とアイソレータ機能部の接続時に偏波保持軸を考慮する必要がある。このように、光導波路に接続するファイバは、光アイソレータ前後に接続する部品に応じて適切なものを選択すれば良いが、何れの場合においてもその入出射端面は６〜１２°の斜め研磨や反射防止コート等の反射防止手段が施されていることが望ましい。
【００４８】
さらに、本発明の光アイソレータでは、アイソレータ機能部を直列に２段接続してアイソレーション等の特性向上を図ることができる。
例えば、図５（ａ）に示したように、第１、第２の偏光素子５１ａ、５１ｂとの間に第１、第２の光路５０ａ、５０ｂが各々独立して通過する第１、第２のファラデー回転子５２ａ、５２ｂを並列に、またそれぞれの偏波面回転方向が磁場方向５４において互いに逆回転となるように円筒状の磁石５３に固定された光アイソレータ機能部を第１の光アイソレータ機能部５５とし、さらにこの第１の光アイソレータ機能部５５と同軸上に、第３、第４の偏光素子５１ｃ、５１ｄと、この第３の偏光素子５１ｃと第４の偏光素子５１ｄとの間に並列に配置された第３、第４のファラデー回転子５２ｃ、５２ｄと、それらを固定する円筒状の磁石５３を具備し、またこの第３、第４のファラデー回転子５２ｃ、５２ｄのそれぞれの偏波面回転方向が同一磁場方向５４において互いに逆回転となる第２の光アイソレータ機能部５６が直列に配置されていることにより、アイソレーションの特性を一層向上させた２ポート型の光アイソレータとすることができる。
【００４９】
このとき、直列に配置されている第１の光アイソレータ機能部及び第２の光アイソレータ機能部において、相対する各光アイソレータ機能部のクサビ傾斜面の傾斜方向が互いに０°、９０°、１８０°のいずれかの角度で傾いており、また、相対する各光アイソレータ機能部の第２、第３の偏光素子の光学軸が互いに９０°傾いて配置されており、さらに第１、第２の光アイソレータ機能部の磁場方向が同方向であり、この第１の光アイソレータ機能部及び第２の光アイソレータ機能部の一方の光路が通過する第１、第３のファラデー回転子の偏波面回転方向が互いに逆回転であり、また他方の光路が通過する第２、第４のファラデー回転子の偏波面回転方向が互いに逆回転であるものであることが好ましい。
【００５０】
この時、光アイソレータにおいて相対する各光アイソレータ機能部のクサビ傾斜面の傾斜方向が、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように互いに０°、９０°、１８０°のいずれかの角度で組合せることが良い。このような光アイソレータ機能部の配置に関しては、その前後に接続される光導波路の配置を考慮して任意に選択することができるが、例えば、図６（ｂ）のように、相対するクサビ傾斜面の傾斜方向が９０°の角度で傾いている場合、アイソレーションを高くすることができるという利点がある。
【００５１】
また、相対するクサビ傾斜面の傾斜方向が０°または１８０°の角度で傾いている場合であれば、アイソレーションは９０°で傾いている場合に比べて若干低下するものの、光路を簡潔に構成できるため、光アイソレータの大きさをさらに小さくすることができ、その上光アイソレータ機能部の配置・接合を容易に行うことができるという利点がある。特に、図６（ｃ）のように傾斜方向が１８０°傾いている構成であれば、複屈折結晶で生ずる光路の平行シフトがキャンセルされることにより素子の有効径が小さくなるため、より好適である。尚、アイソレーションの特性については、複屈折クサビ板のクサビ加工角度を適切に調整することにより、いくらか補正することが可能である。
【００５２】
ここで、上述のような構成を有する光アイソレータ機能部における第１の光路５０ａ中の信号光の動作を図５（ｂ）に示す。この図５（ｂ）において、第１の光路５０ａの順方向については、信号光が図中左から右に偏光素子及びファラデー回転子を順番に透過するように示されている。入射した信号光は第１の偏光素子（５１ａ）で常光と異常光に分離され、それぞれの信号光が第１のファラデー回転子で磁場方向に対して左ネジの向きに４５°回転する。次に第２の偏光素子（５１ｂ）を通過して第３の偏光素子（５１ｃ）に入射する。このとき、第２、第３の偏光素子（５１ｂ、５１ｃ）の光学軸は互いに９０°の角度で傾けられているので、第１のアイソレータ機能部を出射した信号光は第２のアイソレータ機能部において常光と異常光がそれぞれ入れ替わる。そして、第３のファラデー回転子（５２ｃ）で、磁場方向に対して右ネジ方向に４５°回転し、第４の偏光素子（５１ｄ）を通過して出射される。このようにして、第１の光路５０ａにおける透過方向の動作が成される。
【００５３】
また、第１の光路５０ａの逆方向においては、入射した信号光を第４の偏光素子（５１ｄ）で常光と異常光に分離した後、第３のファラデー回転子（５２ｃ）で上記と同様に磁場方向に対して右ネジの向きに偏波面を回転させ、第３の偏光素子（５１ｃ）へ入射する。このとき、常光と異常光が入れ替わるため、透過方向とは屈折方向が変わりアイソレーション動作が成される。さらに、第１のファラデー回転子（５２ａ）では磁化方向に対して左ネジの向きに偏波面が回転するので第１の偏光素子（５１ａ）でも常光と異常光が入れ替わり、アイソレーション動作が行われる。このようにして、第１の光路５０ａでは２段のアイソレーション動作が行われる。
【００５４】
一方、第２の光路５０ｂについては、透過方向が第１の光路５０ａとは逆方向であることを除いては、上記第１の光路５０ａと同様の２段のアイソレーション動作が行われる。また、図５（ａ）において、第１〜第４のファラデー回転子を磁場方向に対する偏波面回転方向（左ネジ回転と右ネジ回転）が全く逆となるファラデー回転子にそれぞれ取り換えても、印加する磁場方向を逆にすることによって上記と全く同等のアイソレーション動作を行うことができる。
【００５５】
上記のようにアイソレータ機能部を直列に２段接続して構成された２ポート型の光アイソレータであれば、互いに逆方向となる第１及び第２の両光路におけるアイソレーションの特性が全く同等なものとなり、アイソレータ機能部を１段で構成した場合よりもアイソレーションの特性を一層向上させることができる。
【００５６】
さらに、上記のような本発明の光アイソレータであれば、第１、第２のアイソレータ機能部における磁場方向が同じ方向であるので、磁場を印加する手段を同一の磁石で構成することができ、組立が容易となる上に、逆方向着磁構成で必要となる相互の磁場の影響をなくすための磁石間の磁性体スペーサも不要となり、コストの低減を図ることができる。また、第１のアイソレータ機能部と第２のアイソレータ機能部を至近距離に配置することが可能となるため、光アイソレータの一層の小型化を達成することが可能となる。
【００５７】
その上、上記のようなアイソレータ機能部を２段接続した光アイソレータでは、第１、第２のアイソレータ機能部間で常光と異常光の光路差を相殺しているので、発生する偏波モード分散（ＰＭＤ）を極めて小さくすることができる。また、この偏波モード分散に関しては、第１及び／または第２の光アイソレータ機能部内に並列に配置された２つのファラデー回転子のうち、偏波面回転方向が磁場方向に対して右ネジ回転である方のファラデー回転子を、信号透過方向に対して同じ偏波面回転方向となる１／２波長板で構成することによって、光アイソレータにおけるアイソレーション動作が１段となるものの、光アイソレータで発生する偏波モード分散を極めて小さくすることができる。
さらに、アイソレータ機能部が１段で構成されている光アイソレータについては、偏波モード分散を低減する方法として複屈折結晶平行平板を使用する方法が知られているが（特許第２７５７０９３号参照）、このような方法を本発明の光アイソレータに適用することによっても偏波モード分散を低減することができる。
【００５８】
また、本発明の光アイソレータにおいて、少なくとも２つのレンズの間に、レンズから出射されるビームを平行にするためのプリズムが配置されていることが好ましい。このように光アイソレータのレンズ間に信号光を平行にするためのプリズム（光路補正プリズム）を配置することによって、例えば図７に示したように、光アイソレート機能部を透過する２つの光路を互いに平行とすることができる。このようにプリズム間で２つの光路が互いに平行となるものであれば、アイソレータ機能部の配置の自由度を向上させることができる。その上、本発明の光アイソレータにその他の光部品を複合させて光モジュールを形成する場合、その複合化を容易に行うことが可能となる。
【００５９】
また、このようにレンズ間にプリズムを配置する場合、この配置されるプリズムのうちの少なくとも１つのプリズムの一面に利得等化フィルタ膜を施すことにより、通過させたい光の波長を選択することが可能となり、また光アイソレータに利得等化機能を持たせることもできる。したがって、その後この本発明の光アイソレータを用いて光増幅器を構成する場合に、光アイソレータの他に利得を等化するための利得等化部を別途設ける必要がなく、光増幅器の一層の小型化を図ることができる。
【００６０】
次に、本発明に係る光モジュールについて、図面を参照しながら説明する。図７は、本発明の光モジュールの一例を表す概略説明図を示している。
図７は、上記本発明の光アイソレータにおける第１、第２の光導波路７１ａ、７１ｂのうち、一方の第２の光導波路７１ｂが３つの光路（第１の光路７２ａ、第２の光路７２ｂ、第３の光路７２ｃ）を有し、この光導波路７１ｂ側のレンズ７４と光アイソレータ機能部７６の間に波長選択フィルタ７３を所定の角度で配置し、その波長選択フィルタ７３を介して３つの光路を有する光導波路７１ｂの２つの光路７２ｂ、７２ｃが光学的に結合している光モジュールを示している。尚、この図７に示した光モジュールでは、アイソレータ機能部を通過する２つの光路７２ａ、７２ｂを互いに平行にするためのプリズム７５を配置している。
【００６１】
このような本発明の光モジュールであれば、光アイソレータ機能に加えて、異なる波長の光の合成機能を有する光モジュールとすることができる。このとき、第２の光導波路７１ｂの３つの光路７２ａ、７２ｂ、７２ｃは、平行にかつ等間隔に配置されており、中心にある第三の光路７２ｃを励起光の入力ポートとし、その他の２つの光路７２ａ、７２ｂを信号光の入出力ポートとして使用することができる。
【００６２】
また、従来の光アイソレータと波長選択フィルタを組み合わせた光モジュールでは合波機能以外の機能を持たせることは非常に困難であったが、図７に示すようにして本発明の光モジュールを構成することによって、例えば信号光の入出力ポートとなる光路７２ａ、７２ｂを希土類添加ファイバ（不図示）に接続し、励起ポートとなる光路７２ｃを励起光源（不図示）に接続して光増幅器を作製した場合、波長選択フィルタ７３に合波機能に加えて、さらに希土類添加ファイバより漏れ出る励起光除去の機能も持たせることができ、それによって、光増幅器の小型化、高品質化、低コスト化を図ることも可能となる。
【００６３】
また、本発明では、波長選択フィルタ７３の設置角度によって、光結合する光路を容易に変更することができる。そのため、従来では、光増幅器を作製する際に使用する光増幅器の構成に応じて後方励起用と前方励起用とに別々のモジュールを新たに設計する必要があったが、本発明では、組立時に波長選択フィルタの設置角度を調節するだけで、後方励起用または前方励起用の光増幅器に容易に対応することができる。またその際に、波長選択フィルタ保持部以外の構造は全て共通のものとすることができるため、さらなる製造コストの低下を図ることができる。
【００６４】
さらに、本発明の光モジュールでは、光モジュールの光路中に、所定の比率で光出力を反射してその一部を取り出すことのできるハーフミラーが配置されていることが好ましい。例えば図８に示したように（図８については光増幅器を構成した例であるが、後に詳述する）、光モジュールの光路中にハーフミラー８７を配置することによって、光モジュール中を透過する光出力の一部を光モジュール外へ容易に取り出すことができる。
【００６５】
このとき、ハーフミラーの設置角度は、光出力を取り出した先に接続する光部品の設計とともに適宜決定すれば良いが、基本的には略４５°で配置されることが好ましい。また、接続する光部品としては、例えば図８に示すような受光素子８８a、８８ｂ等が挙げられるが、さらにレンズ・ファイバー等を介して別の光部品に導いても良い。
【００６６】
このような光出力の取り出しに関しては、従来、一つの光路を有する１ポート型のモジュール等において一般的に行われている。しかしながら、例えば図９（ａ）に示すように、第１、第２の光路９１ａ、９１ｂの信号透過方向が同方向である光アイソレータ機能部９４を有する従来の２ポート型の光アイソレータ中にハーフミラー９２を設置してモジュールを形成した場合、同方向のしかも極めて近接した位置に２つの信号光が出射されるため、これを別々に受光素子９３で検出することは極めて困難となる。また、図９（ｂ）に示すように、ハーフミラーの角度を第１及び第２の光路を別々に反転するようにしてモジュールを作製しても、２つの光路の間隔がずれてしまうため、これを補正することが必要になり、光モジュールを簡潔に構成することができない。
【００６７】
本発明では、上述のように２ポート型の光アイソレータにおける２つの光路の信号透過方向が互いに逆方向となるように構成したことによって、ハーフミラーを設置した場合でも光モジュールの構成を複雑にすることなく、光路中の光出力を都合良く取り出すことができる。そして、このように本発明の光モジュールが光路中を通過する光出力の一部を光モジュール外へ取り出す機能を有していることによって、例えばこの光モジュールを用いて光増幅器を作製した場合、励起光源の制御に必要な増幅前後での信号光の強度を測定するモニタ機能を光増幅器に持たせることが可能となる。
【００６８】
そして、本発明によれば、上記本発明の光モジュールにおける３つの光路を有する光導波路中の波長選択フィルタを介して光学的に結合した２つの光路のうちの一方と光学的に結合してない光路とに、希土類添加ファイバまたは希土類元素を添加したコアを有する光導波路を接続し、該光導波路の残る一つの光路に励起光源を接続した光増幅器が提供される。
【００６９】
以下に、本発明に係る光増幅器の一例について、図８を参照しながら説明する。
図８は、本発明の光モジュール、すなわち第１、第２の光導波路８０ａ、８０ｂのうち、一方の光導波路８０ｂが３つの光路８１ａ、８１ｂ、８１ｃを有し、またレンズ８２と光アイソレータ機能部８３の間に波長選択フィルタ８５を配置し、その波長選択フィルタ８５で２つの光路８１ｂ、８１ｃが光学的に結合している光モジュールを用いて、光導波路８０ｂの光路８１ａ、８１ｂをそれぞれ希土類添加ファイバ８９に接続し、そして光導波路８０ｂの光路８１ｃを励起光源（不図示）に接続した光増幅器を示している。このようにして、光路８１ａ、８１ｂがそれぞれ希土類添加ファイバ８９に接続されていれば、光路８１ａは光増幅器への入力側、光路８１ｂは光増幅器からの出力側として動作することになる。
【００７０】
また、この図８に示した光増幅器では、アイソレータ機能部を透過する２つの光路８１ａ、８１ｂを互いに平行にするプリズム８４が配置されいる。そして、このプリズム８４の１つに利得等化フィルタ膜８６が施されており、この利得等化フィルタ膜８６で希土類添加ファイバによる信号光の利得を等化することができる。
【００７１】
さらに、この光増幅器内には光路８１ａ、８１ｂ上にハーフミラー８７が配置されており、それによって光路８１ａ、８１ｂを通過する光出力の一部を光モジュール外へ容易に取り出して、受光素子８８ａ、８８ｂで検出することができる。したがって、本発明の光モジュールの他に新たに分岐器等の光部品を設置しなくても、希土類添加ファイバ前後での信号光の強度を確実に検出することができるため、従来に比べて大幅な小型化ができるとともに、低コスト化も達成することができる。
【００７２】
また、図８に示す本発明の光増幅器では、光導波路８０ｂにおける３つの光路のうち２つの光路８１ａ、８１ｂをシングルモードファイバ（ＳＭファイバ）とし、融着接続により希土類添加ファイバ８９に接続している。しかしながら、本発明では光導波路に希土類添加ファイバを直接用いることもでき、それによって、挿入損失を増加させる原因となる融着部を無くすこともできる。ただし、希土類添加ファイバは、一般にモードフィールド径が通常のシングルモードファイバと比較して小さいため、これらを組み合わせた場合、結合効率が悪くなる。そこで、望ましくは、加熱等により希土類添加ファイバのモードフィールド径を拡大させ、モードフィールドを整合させる手段を用いることが好ましい。
【００７３】
また、希土類添加ファイバの代わりに、同等の効果を持つ希土類元素を添加したコアを有する光導波路を用いても上記と同等の効果が達成される。この場合においても、モードフィールドを整合させる手段を用いることが好ましい。
【００７４】
さらに、本発明の光増幅器では、光モジュールの光導波路に接続される希土類添加ファイバまたは希土類元素を添加したコアを有する光導波路が、偏波保持機能を有したものとすることもできる。
【００７５】
例えば、光増幅器における光アイソレータ機能部が第１段だけで構成されている場合、図１０（ａ）及び（ｂ）に部分的に構成を示したように、希土類添加ファイバ１０３の偏波保持軸１０７ｘを、希土類添加ファイバ１０３の端面（または３つの光路を有する光導波路）に最も近接して配置されている偏光素子１０１の光学軸１０４に対して、第１の光路１０８ａにおいては一致、第２の光路１０８ｂにおいては９０°傾けて配置されていることが好ましい。尚、この図１０（ａ）、（ｂ）において、線１０５はクサビ等厚線を示している。
【００７６】
本発明の光増幅器がこのような偏波保持機能を有したものであれば、偏光素子１０１の第１の光路１０８ａから出射された常光と異常光は、レンズ１０６で集光された後、それぞれ偏波保持ファイバのｙ軸（１０７ｙ）とｘ軸（１０７ｘ）に入射し、その偏光状態が保持されたまま偏光素子１０１の第２の光路１０８ｂに入射する。このとき、第２の光路１０８ｂでは、偏波保持軸１０７ｘが偏光素子１０１の光学軸１０４と９０°ずらされて接続されているので、ｘ軸（１０７ｘ）を伝搬してきた異常光は偏光素子１０１に常光として、ｙ軸（１０７ｙ）を伝搬してきた常光は異常光として入射する。その結果、光アイソレータ機能部が１段だけであっても、第１、第２の光路で常光と異常光が入れ替わることにより光路長差がなくなり、光増幅器全体としてみれば偏波モード分散を極めて小さくすることができる。
なお、偏光素子から出射される常光及び異常光と、偏波保持ファイバの偏波保持軸（１０７ｘ、１０７ｙ）との関係が上記説明と全く逆であったとしても、上記と全く同じ効果が得られる。
【００７７】
このような本発明の光増幅器であれば、光増幅器に配置される光アイソレータを一つの部品で構成することができるとともに、合波器等の光増幅器で必要なその他の光部品を複合化して一体の光モジュールで形成できるため、低コストで作製可能な小型で高品質の光増幅器とすることができる。さらに、このような光増幅器であれば、ファイバを引き回さずに光の入出力部が同一面内に形成されたものとすることができるため、他の機器との接続を容易に行うことのできる小型の光増幅器となる。
【００７８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１として、第１、第２の光導波路、２つのレンズ、図５（ａ）に示した２段で構成された光アイソレータ機能部、及び光路補正用のプリズムを具備する光アイソレータを作製した。
【００７９】
偏光素子の材料として、１軸性複屈折結晶であるＬｉＮｂＯ３を用いて、光学軸がクサビ等厚線方向から６７．５°傾斜するように材料取りを行った。次に、クサビのテーパ角度が１０°となるように研磨加工した後、チップに切り出し、第１、第２の偏光素子（５１ａ、５１ｂ）とした。また、同様にして光学軸がクサビ等厚線方向から−２２．５°傾斜するように材料取りを行い、研磨加工後チップに切り出し、第３、第４の偏光素子（５１ｃ、５１ｄ）とした。
【００８０】
また、偏波面回転方向が磁場方向に対して左ネジ回転する第１、第４のファラデー回転子（５２ａ、５２ｄ）は、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶（信越化学工業株式会社製）を用い、偏波面回転角が４５°となる厚さまで研磨加工した後、ダイサーにてチップ切断することによって作製した。また、偏波面回転方向が磁場方向に対して右ネジ回転するファラデー回転子としては、式Ｇｄ１．２５Ｈｏ０．８３Ｐｂ０．０３Ｂｉ０．８９Ｆｅ３．９２Ｇａ１．０Ｔｉ０．０７Ｐｔ０．０１Ｏ１２で示されるものであり、混入したＰｂのＰｔに対する比は約３の組成を有するビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶（信越化学工業株式会社製）を用いて上記と同様にして加工を行い、第２、第３のファラデー回転子（５２ｂ、５２ｃ）とした。
【００８１】
また、光路補正用のプリズムとしては、ＢＫ７ガラスの１つの面を約１５．５°に傾斜加工することによって作製した。
これらの光部品の両面に対空気反射防止膜を施した後、図１１に示したように、ステンレス鋼ＳＵＳ３０３製の素子固定部材１１２上に偏光素子及びファラデー回転子を熱硬化性エポキシ接着剤で接着固定し、またその両側にプリズム１１１を配置した。さらに、それを筒状磁石１１０内に接着固定し、２段型の光アイソレータ機能部１１６を構成した。
【００８２】
次に、ＳＭファイバ（Ｃｏｒｎｉｎｇ社製ＳＭＦ２８）をステンレス鋼ＳＵＳ３０４製フェルールの中心からそれぞれ２５０μｍの距離に等間隔平行配置した２芯フェルール付きファイバ１１３ａ、１１３ｂを作製し、その先端を８°の傾斜で研磨した後、反射防止膜を施して入出射手段となる光導波路を作製した。なお、ファイバの先端を研磨する際に、研磨方向は、テーパ面の傾斜方向と２芯フェルール付きファイバの各中心を結ぶ線が直交するようにした。
【００８３】
上記の光アイソレータ機能部１１６をさらにＳＵＳ３０４製の円筒ホルダ１１４に挿入して接着固定した後、非球面レンズ１１５（アルプス電気株式会社製）について、２芯ファイバ１１３ａ、１１３ｂ間でビーム形状が平行光でかつ両者の光学的な結合が取れるよう位置調整を行い、光量が最大となる位置を求めた。そして、その位置がずれないよう注意しながらＹＡＧ溶接にて各部品を溶接固定した。
【００８４】
その後、作製した光アイソレータの各種特性を測定した。その結果、この光アイソレータは、２つの光路の信号透過方向が互いに逆方向である偏波無依存型アイソレータであることが確認できた。また、波長１５５０ｎｍにおける光アイソレータの各種特性は、２つの光路ともに、挿入損失が０．４ｄＢ、偏波依存性損失が０．０３ｄＢ、アイソレーションが４５ｄＢ、偏波モード分散が０．０３ｐｓであり、従来の２段で光アイソレータ機能部を有する１ポート型の光アイソレータとほぼ同等の優れた特性が得られた。また、この実施例１で作製した光アイソレータの大きさは、従来の１ポート型の光アイソレータの大きさとほぼ同じであった。
【００８５】
（実施例２）
実施例２として、実施例１で作製した光アイソレータを利用して、図８に示すような（図８中の希土類添加ファイバ８９を除く）、機能を複合させた光モジュールを作製した。
先ず、偏光素子及びファラデー回転子として、上記実施例１と同様のものを作製した。また、波長選択フィルタ８５として、厚さ５００μｍのＢＫ７ガラス基板の一つ面に波長１５００ｎｍ以下では反射率９９．８％以上、波長１５２０ｎｍ以上では透過となる誘電体多層膜からなるフィルタを施した。また、このフィルタ面の対面に対空気反射防止膜を施した。
また同様にして、４５°配置、１５５０ｎｍで反射率２％となるハーフミラーを作製し、チップ状に切断した。また、ハーフミラー面の対面は対空気反射防止膜とした。
【００８６】
光路８１ｂの出射ポート側に用いる光路補正用のプリズム８４については、その傾斜面に利得等化膜として所望の損失特性（下記実施例３で用いるＥｒ添加ファイバによる利得を等化する損失特性）を持つ誘電体多層膜８６を施し、またその利得等価フィルタ膜の対面に対空気反射防止膜を施した。
【００８７】
また、実施例１で使用した２芯フェルール付きファイバの一方を、図８に示すように、フェルール中心軸に１本、残り２本を中心からそれぞれ２５０μｍの距離に等間隔で平行に配置した３芯フェルール付きファイバ（３つの光路を有する光導波路）８０ｂとした。なお、研磨方向は、２芯ファイバと同様に、テーパ面の傾斜方向と３芯フェルール付きファイバの各中心を結ぶ線が直交するようにした。
【００８８】
これらの光部品を用いて、始めに上記実施例１と同様にして２段型の光アイソレータ機能部を構成した。続いて、波長選択フィルタ８５を、３芯フェルール付きファイバの励起ポートとなる光路８１ｃと光路８１ｂの入射ポートが結合するよう略４°傾斜させて配置し、後方励起型の光増幅器に適用される光モジュールとなるように構成した。また、ハーフミラーを光路８１ａ、８１ｂに対して略４５°で傾けて配置し、さらにこのハーフミラーによって取り出された光出力を検出できるように受光素子（京都セミコンダクタ社製）８８ａ、８８ｂを配置した。
さらに、これらをＳＵＳ３０４製の円筒ホルダに挿入して接着固定した後、非球面レンズ（アルプス電気株式会社製）８２を実施例１と同様にして位置調整を行い、その後ＹＡＧ溶接にて各部品を溶接固定した。
【００８９】
その後、作製した光モジュールの各種特性を測定した。その結果、実施例１と同等のアイソレータ機能を有していることが確認でき、また複合化された機能が問題なく発揮されることが確認できた。また、光導波路８０ｂにおける励起ポート８１ｃから光路８１ｂの入射ポート間での１４８０ｎｍの励起光における挿入損失は０．３ｄＢであった。また、利得等価フィルタの特性および受光素子についても所望の性能が得られていることが確認された。さらに、この光モジュールの大きさは、受光素子のピン部分を除けば、従来の１ポート型の光アイソレータの大きさとほぼ同一であった。
【００９０】
（実施例３）
実施例３として、図８に示すように、上記実施例２の光モジュールの光導波路８０ｂの２つの光路８１ａ、８１ｂに希土類添加ファイバ８９を取り付け、また残る１つの光路８１ｃに励起光源（不図示）を接続して、光増幅器を作製した。
先ず、希土類添加ファイバ８９として、ＶＡＤ法により作製したＥＤＦプリフォーム（信越化学工業株式会社製）を線引き加工し、コア径約３μｍ、クラッド径約１２５μｍのＵＶ硬化樹脂被覆付きＥｒ添加ファイバを作製した。
【００９１】
このＥｒ添加ファイバを１５ｍの長さで切断し、直径約３０ｍｍのボビンに巻いてＥｒ添加ファイバコイルを作製した後、図１２に示すように、Ｅｒ添加ファイバコイル１２１の両端を上記実施例２で作製した光モジュール１２０の所定の光路に融着接続した。さらに、光モジュール１２０の残るもう一つの光路に１４８０ｎｍのポンプＬＤ（アンリツ株式会社製）の出力ファイバを融着接続した。
さらに、これらをアルミニウム合金製のボックス１２３の底面に固定した。ポンプＬＤ１２２のドライバ部分についてはポンプＬＤ外からコネクタ１２４を介して接続し、その制御を行った。
【００９２】
作製した光増幅器の特性評価を行った結果、約５０ｍＷの励起光入力に対し、１５３０〜１５６０ｎｍの範囲において約２０ｄＢの利得が得られた。また、この光増幅器の大きさは、ほぼクレジットカードサイズ程度の大きさであり、従来の光増幅器に比べて極めて小型のものとなった。また、この光増幅器における光ファイバの融着箇所は合計で３ヶ所だけであり、極めて容易に作製できるとともに、挿入損失を著しく低減することができた。
【００９３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信号光の透過方向が互いに逆となる２ポート型の光アイソレータが提供される。さらに、本発明によれば、この本発明の光アイソレータを用いることによって、光増幅器に配置する光アイソレータを一つの素子で構成することができるとともに、波長選択フィルタ等の光増幅器で必要なその他の光部品も複合化されて一体の光モジュールで形成できるため、挿入損失等の特性に優れ、小型で高品質の光増幅器を低コストで提供することができる。さらに、このような光増幅器であれば、ファイバの引き回しをせずに光の入出力部が同一面内に形成できるため、他の機器との接続を容易に行うことのできる小型の光増幅器となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光アイソレータの一例を示す構成概略図である。
【図２】従来の光増幅器（後方励起型）を示す構成概略図である。
【図３】従来の光アイソレータ複合モジュールを用いた光増幅器を示す構成概略図である。
【図４】偏光素子として複屈折結晶クサビ板を用いた場合の光アイソレータ機能部の構成を示す構成概略図である。
【図５】（ａ）は２段接続した光アイソレータ機能部の構成を示す構成概略図であり、（ｂ）は２段接続した光アイソレータ機能部を透過する信号光の動作を示す説明図である。
【図６】２段接続した光アイソレータ機能部のクサビ傾斜面の傾斜方向について説明した説明図である。
【図７】本発明の光モジュールの一例を示す構成概略図である。
【図８】本発明の光増幅器の一例を示す構成概略図である。
【図９】（ａ）は、従来の２ポート型のモジュールにハーフミラーを配置した場合の一例について説明する説明図であり、（ｂ）は従来の２ポート型のモジュールにハーフミラーを配置した場合の別の例について説明する説明図である。
【図１０】（ａ）は本発明の光増幅器における部分的な構成を示す構成概略図であり、（ｂ）は希土類添加ファイバの偏波保持軸を示した概略図である。
【図１１】実施例１で作製した光アイソレータの構成を示す構成概略図である。
【図１２】実施例３で作製した光増幅器の構成を示す構成概略図である。
【図１３】従来の光アイソレータを示す構成概略図である。
【符号の説明】
１０…本発明の光アイソレータ、
１１ａ…第１の光導波路、  １１ｂ…第２の光導波路、
１２ａ…第１の光路、  １２ｂ…第２の光路、
１３…レンズ、  １４…光アイソレータ機能部、
１５ａ…第１の偏光素子、  １５ｂ…第２の偏光素子、
１６…第１のファラデー回転子、  １７…第２のファラデー回転子、
１８…磁石、  １９ａ…第１の光路の信号透過方向、
１９ｂ…第２の光路の信号透過方向。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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