(57)【要約】【課題】小型のインライン光アイソレータ用等として、ビームシフト量が少ない光アイソレータ素子を提供すること。【解決手段】くさび形複屈折結晶１１および１３と、傾斜ファラデー回転板１５を基板１４に配置してなる非相反部を有する光アイソレータ素子であって、前記光アイソレータ素子に順方向から入射する光ビームの中心線を延長した直線と、前記光アイソレータ素子から順方向で出射する光ビームの中心線を延長した直線との間の平行移動距離であるビームシフト量が低減されるように、ファラデー回転板は光軸に対して傾斜して配置され、前記傾斜の方向は、前記ファラデー回転板に順方向から入射する光ビームの入射角度が前記傾斜とともに増大する方向である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
くさび形複屈折結晶とファラデー回転板を基板上に配置してなる非相反部を有する光アイソレータ素子において、前記光アイソレータ素子に順方向から入射する光ビームの中心線を延長した直線と、前記光アイソレータ素子から順方向で出射する光ビームの中心線を延長した直線との間の平行移動距離であるビームシフト量を低減するように、前記ファラデー回転板は光軸に対して傾斜して配置され、前記傾斜の方向は、前記ファラデー回転板に順方向から入射する光ビームの入射角度が前記傾斜とともに増大する方向であることを特徴とする光アイソレータ素子。
【請求項２】
前記非相反部は２つのくさび形複屈折結晶と１つのファラデー回転板からなる組を２組有することを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ素子。
【請求項３】
前記ファラデー回転板の光軸に対する傾斜の角度は１６ｄｅｇ以下であることを特徴とする請求項２に記載の光アイソレータ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に光通信用デバイスに係り、特にインライン型の非相反光デバイスとして好適な光アイソレータ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在のインライン光アイソレータには、偏光無依存型の非相反部が用いられる場合が多く、通常は偏光子にルチル、ＹＶＯ４、ＬｉＮｂＯ３などの複屈折結晶が使用され、ファラデー回転子としては平板のガーネット結晶が上記偏光子の間に配置される。
【０００３】
インライン光アイソレータにおいて、くさび形の偏光子およびファラデー回転板の各素子を光ビームが順方向に通過すると２段型で、およそ１００〜４００μｍ程度のシフトが生じる。すなわち、出射ビームの中心線を延長してできる直線は、入射ビームの中心線を延長してできる直線に対して平行移動している。ところで、逆方向では常光と異常光がおよそ５０〜１００μｍ分離して、戻り光を遮断する光アイソレータとしての機能が生ずる。
【０００４】
図５、図６および図７を用いて、さらに説明する。図５は、従来の光アイソレータ素子における非相反部ユニットを示す斜視図であり、１１と１３はくさび形複屈折結晶、１２は傾斜なしのファラデー回転板、そして、１４は基板を示す。
【０００５】
図５で示した非相反部ユニットに磁界印加用のマグネットを加えて非相反部を作製して、さらに偏波分散補償板を加えて、光アイソレータ素子を作製する。これに、入射側のファイバコリメータと出射側のファイバコリメータを配設すると、１段型のインライン光アイソレータができる。
【０００６】
また、図５で示した非相反部ユニットとマグネットを２個ずつ用いて、これに、１段型と同様にファイバコリメータを配設すると２段型のインライン光アイソレータができる。
【０００７】
次に、従来の光アイソレータ素子におけるビームシフト量について説明する。図７は、従来の光アイソレータ素子における非相反部ユニットを通過する光ビームの光路を示す図である。
【０００８】
まず、図６に基づいて、光アイソレータ素子の光軸方向（紙面の水平方向）に対して傾斜なしのファラデー回転板１２を光ビームが通過するときの光路を説明する。
【０００９】
図６において、既に通過したくさび形複屈折結晶１１（図７参照）のゆえに、傾斜なしのファラデー回転結晶板１２への入射光ビームの方向は、光軸方向（紙面の水平方向）から下向きにずれている。このとき、ファラデー回転板は、平行平板なので、これを通過する光ビームを平行にシフトさせる。
【００１０】
なお、図６および図７において、常光のみの光路を示した。異常光については、くさび形複屈折結晶における光学軸（ｃ軸）が光学面に平行に設定されているために、常光とは屈折率が異なるだけで、他は常光と同様の屈折を行うので、簡略化のために省略した。
【００１１】
このようにして、光アイソレータ素子の非相反部ユニットを通過する光ビームのシフトが発生する。その結果、光アイソレータ素子全体としては、既に説明したようなビームシフト量が生じる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバアンプに搭載されるインライン光アイソレータは、設計の自由度からみても省スペース小型化が求められている。素子が小型化し、デバイス自体も小さくなると数百μｍのビームシフト量は問題となってくる。
【００１３】
すなわち、入射側のファイバが完全にホルダの中心にあっても出射側ファイバは中心から数百μｍずれることになる。従って、ファイバコリメータをホルダ内に閉じこめるタイプの構造の場合、少なくともビームシフト量の２倍の空隙が必要となることを意味する。
【００１４】
これは、ファイバコリメータが小径化すればするほど、顕著な問題となる。すなわち、この空隙の分、無駄なスペースを生むことになる。また、レンズとファイバを独立させ、素子と同時に調芯する構造のファイバコリメータ系については、ビームシフト量分の偏心をファイバ側に見越して数百μｍ程度、本体ホルダ部より小径化しておく必要があり、有効に使えないスペースが多い形状にならざるをえなかった。
【００１５】
このように、小型のインライン光アイソレータ用等として、ビームシフト量が少ない光アイソレータ素子の提供が求められている。
【００１６】
このためには、主に３つの方法が考えられる。（１）ホルダを細工して入射側を偏心させることで出射側を中心方向に補正する方法、（２）常光と異常光の分離距離はそのままでビームシフト量を小さく設計する方法、および、（３）素子内でビーム位置を補正する方法である。
【００１７】
１番目の方法については、数百μｍ程度を機械加工で制御することは可能であるが、ファイバコリメータが小径化する場合、一方のホルダの肉厚が薄くなる弊害がある。
【００１８】
２番目の方法については、分離距離を一定に保ったままでビームシフト量を極端に小さくすることは難しい。むしろ分離距離が小さくてすむ素子の小型化が必要となり、この場合にはビーム径を現状の３００〜３５０μｍからもっと小径化することが必要である。ここでの弊害は、ｘ−ｙ方向での調芯精度が格段に必要になり、すなわち、サブミクロン単位での精密な調芯技術が必要となる。
【００１９】
以上より、現時点で考えられる最適な方法は、３番目の方法である。その具体的な方法として、シフトしたビームを中心方向に戻すにはビームに対して傾けた高屈折材料を素子内に挿入することがまず考えられる。
【００２０】
例えば、傾斜させたガラス板を用いる方法がある。新たに光路に挿入するため、確実にロスが増加し、デバイスの全長が大きくなる問題がある。コスト的に見ても高くなる要素のみである。このように、ビームシフト量の少ない光アイソレータ素子を提供する実用的な方法は、これまでなかった。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ビームシフト量を低減する機能をガーネット結晶に付加することで、上記の欠点を全て回避することができた。すなわち、これまでの製作費用と同等のまま、かつロスを増加させずに、ビームシフト量を低減することに成功した。
【００２２】
なお、傾斜させることでＡＲコートの製膜条件が若干変化するが、本発明の実施例では傾斜角度１６ｄｅｇまで、従来の平板と同条件にて行った。そのとき、若干ロスが増加する傾向があるが、製膜条件を最適化すれば、従来と同等にできることは容易に分かる。
【００２３】
また、素子の傾斜が３０ｄｅｇを越えると、素子接着がかなり不安定になるが、半分の１６ｄｅｇ程度では実用上の問題は見られなかった。
【００２４】
以上をまとめると、本発明の光アイソレータ素子は、くさび形複屈折結晶とファラデー回転板を基板上に配置してなる非相反部を有する光アイソレータ素子であって、前記光アイソレータ素子に順方向から入射する光ビームの中心線を延長した直線と、前記光アイソレータ素子から順方向で出射する光ビームの中心線を延長した直線との間の平行移動距離であるビームシフト量を低減するように、前記ファラデー回転板は光軸に対して傾斜して配置され、前記傾斜の方向は、前記ファラデー回転板に順方向から入射する光ビームの入射角度が前記傾斜とともに増大する方向に定められている。
【００２５】
また、前記非相反部は、２つのくさび形複屈折結晶と１つのファラデー回転板からなる組を２組有する２段型とすることができる。
【００２６】
そして、前記ファラデー回転板の光軸に対する傾斜の角度は、１６ｄｅｇ以下とすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の一形態における非相反部ユニットを示す斜視図であり、１１と１３は、くさび形複屈折結晶、１４は基板、１５は傾斜ファラデー回転板を示す。ここで、傾斜ファラデー回転板は、複数枚を組み合わせたものであってもよい。
【００２９】
図１で示した非相反部ユニットに磁界印加用のマグネットを加えて、非相反部とする。さらに、偏波分散補償板を加えて、光アイソレータ素子を構成して、入射側のファイバコリメータと出射側のファイバコリメータを配設すると、１段型のインライン光アイソレータができる。
【００３０】
次に、主に図４を用いて、２段型インライン光アイソレータの場合を説明する。図１で示した非相反部ユニットとマグネットを２個ずつ用いて、非相反部４２および４３を作製する。その後、例えば、非相反部４２における入射側のくさび形複屈折結晶を常光として通過した光が非相反部４３における入射側のくさび形複屈折結晶を異常光として通過するように、光軸のまわりの回転位置を合わせて配置すると、偏波分散を補償した光アイソレータ素子４５ができる。
【００３１】
さらに、入射側のファイバコリメータ４１と出射側のファイバコリメータ４４を配設して２段型のインライン光アイソレータができる。ここで、１枚の基板上に多段型の非相部を形成することもできる。
【００３２】
次に、本実施の形態における光アイソレータ素子におけるビームシフト量について説明する。
【００３３】
図３は、本実施の形態における非相反部ユニットを通過する光ビームの光路を示す図である。なお、図３においては、常光のみの光路を示した。異常光については、くさび形複屈折結晶における光学軸（ｃ軸）が光学面に平行に設定されているため、常光とは屈折率が異なるだけで、他は常光と同様の屈折を行うので、簡略化のために省略した。
【００３４】
まず、図２に基づいて、光軸に対して傾斜したファラデー回転板を光ビームが通過するときの光路を説明する。
【００３５】
図２において、光軸は紙面の水平方向に一致している。このとき、既に通過したくさび形複屈折結晶１１（図３参照）のゆえに、入射ビームの方向は光軸方向から下向きにずれている。このときの入射角度は、傾斜なしのファラデー回転板１２を用いた場合（図６参照）よりも大きくなっている。これによって、光ビームの出射位置は、傾斜なしのファラデー回転板を用いた場合よりも、紙面において高い位置になる。
【００３６】
その結果、図３に示すように、本発明における傾斜ファラデー回転板１５を用いた場合に非相反部ユニットを通過する光のビームシフト量は、従来の傾斜なしのファラデー回転板を用いた場合（図７参照）と比べて、ビームシフト量が小さくなっていることが分かる。このようにして、光アイソレータ素子全体によるビームシフト量も低減される。
【００３７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示し具体的に説明する。また、本実施例において、参照する図面は、図１〜図４であり、実施の形態において既に説明した図面である。
【００３８】
（実施例１）くさび形複屈折結晶１１または１３として、素子サイズ０．９ｍｍ×０．９ｍｍ×厚み０．５ｍｍのくさび角度４ｄｅｇのルチル結晶、傾斜ファラデー回転板１５として、０．９ｍｍ×０．９ｍｍ×厚み０．５ｍｍ、傾斜角度４ｄｅｇ、８ｄｅｇ、１２ｄｅｇ、１４ｄｅｇおよび１６ｄｅｇのガーネット結晶を図１のように配置し、素子間隔０．１５ｍｍで０．２ｍｍ厚のセラミック板にエポキシ接着剤により固定した。また、従来例の、傾斜なしのファラデー回転板１２を用いる場合についても、同じ条件で作製した。
【００３９】
その後、外径が１．７５ｍｍで長さ２ｍｍのＵ字形マグネットに接着し、それぞれのガーネット傾斜角度において、作製した２個の非相反部を内径が１．８ｍｍで長さ５ｍｍのステンレス筒で補強して、φ１．８ｍｍファイバコリメータの先端に仮固定した。
【００４０】
なお、前述のとおりガーネットの反射防止膜は、通常は、傾斜がない状態で設置される場合に最適化されているため、傾斜がある場合には設計変更が必要であるが、今回は特に変更は行わなかった。
【００４１】
光ファイバとレンズからなる入射側ファイバコリメータは、光アイソレータ素子の取り付け時、動かないように有機接着剤にて支え、治具に固定した。それぞれ再現性の問題からサンプル数５個で評価を行った。
【００４２】
ビームシフト量は、出射側にファイバコリメータを対向させ、従来の傾斜なしのガーネット結晶を配した場合のビームシフト量を基準に、それぞれの傾斜の場合について差で表した。
【００４３】
そのビームシフト量を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2004061954.tif 000003
【００４５】
この素子をホルダ内に挿入後、出射側にファイバコリメータを対向させ、調芯し、特性を評価した。その結果は表２のとおりであり、実用上問題ないことがわかった。
【００４６】
なお、表２において、ＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｌｏｓｓ）は偏波依存性のロスであり、ＰＭＤ（Ｐｏｌａｒｏｚａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）は偏波分散である。また、ずれ量はビームシフト量に対応する量である。
【００４７】
【表２】
2004061954.tif 000004
【００４８】
ガーネット傾斜角度の増加とともにロスが増加する傾向にあるが、これは前述のとおり、ガーネット結晶のＡＲコートの影響と推定される。
【００４９】
ここで、ずれ量はファイバコリメータ間に光アイソレータ素子を取りつけたときの光軸の“ずれ”の最大値を示すものである。言い換えると、光アイソレータ素子をファイバコリメータ間に取り付けたことによって生じる光軸に垂直な方向への一方のファイバコリメータの変位量である。
【００５０】
２段型の光アイソレータ素子とファイバコリメータの公差上、多少の嵌合ずれがあるため、飽くまで参考値であるものの、おおよそ５０μｍ前後で制御でき、ガーネット傾斜角度の増加とともに、ずれ量が減少することを確認できた。
【００５１】
（実施例２）くさび形複屈折結晶１１または１３として、素子サイズ０．９ｍｍ×０．９ｍｍ×厚み０．５ｍｍのくさび角度４ｄｅｇのルチル結晶、傾斜ファラデー回転板１５として、０．９ｍｍ×０．９ｍｍ×厚み０．５ｍｍ、傾斜角度４ｄｅｇ、８ｄｅｇ、１２ｄｅｇ、１４ｄｅｇおよび１６ｄｅｇのガーネット結晶を、素子間０．１５ｍｍで０．２ｍｍ厚のセラミック板にエポキシ接着剤で固定後、外形がφ１．７５ｍｍ×２ｍｍのＵ字形マグネットに接着した。また、従来例の、傾斜なしのファラデー回転板１２を用いる場合についても、同じ条件で作製した。
【００５２】
この非相反部は実施例１と共用である。それぞれのガーネット傾斜角度において２個をホルダ内に挿入後、ファイバコリメータ４１および４４の調芯を行い、ＹＡＧ溶接により固定して、製品とした。
【００５３】
表３に特性の評価結果を示す。
【００５４】
【表３】
2004061954.tif 000005
【００５５】
実施例１と同様、ガーネット結晶の傾斜によるロスへの影響はＡＲコートの最適化により改善可能と考えられる。
【００５６】
また、アイソレーションが比較的小さいのは素子固定時のランダムな角度ずれによるものである。ロスについては実施例１より低ロスであるが、これは実施例２のファイバコリメータの非球面レンズの方が実施例１のものより低ロスであるからである。
【００５７】
【発明の効果】
以上、特性的にみても従来のタイプと同等なままで、光軸をほぼ中心に合わせることが可能となり、出射側の偏心を抑えるに至った。これにより、大幅な小径化を行ってもビームシフト分の余剰公差は不要となり、設計自由度が大幅に改善できたといえる。
【００５８】
すなわち、本発明によれば、小型のインライン光アイソレータ用等として、ビームシフト量が少ない光アイソレータ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態における非相反部ユニットを示す斜視図。
【図２】傾斜ファラデー回転板を光ビームが通過するときの光路を示す図。
【図３】本発明の実施の一形態における非相反部ユニットを通過する光ビームの光路を示す図。
【図４】２段型インライン光アイソレータの構成を示す図。
【図５】従来の光アイソレータ素子における非相反部ユニットを示す斜視図。
【図６】従来の傾斜なしのファラデー回転板を光ビームが通過するときの光路を示す図。
【図７】従来の光アイソレータ素子における非相反部ユニットを通過する光ビームの光路を示す図。
【符号の説明】
１１，１３　　くさび形複屈折結晶
１２　　傾斜なしのファラデー回転板
１４　　基板
１５　　傾斜ファラデー回転板
４２，４３　　非相反部
４１，４４　　ファイバコリメータ
４５　　光アイソレータ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004061954.tif 000009
【図５】
2004061954.tif 000010
【図６】
2004061954.tif 000011
【図７】
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