(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収型偏光子と、ファラデー回転子と、偏光を時計回りに２２．５度回転させるように設定された一方の１／２波長板および該一方の1／２波長板と並列に配置され、偏光を反時計回りに２２．５度回転させるように設定された他方の1／２波長板と、前記一方の1／２波長板の後段に配置され、前記一方の1／２波長板を通過した偏光が透過方向となる一方の吸収型偏光子および前記他方の1／２波長板の後段に配置され、前記他方の1／２波長板を通過した偏光が透過方向となる他方の吸収型偏光子とから成る偏光依存型光アイソレータと、該光アイソレータの後段側に配設された複屈折結晶とを有するとともに、前記光アイソレータへ入射する２つの入射光の偏光方向が互いに平行であることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
入射側および出射側の少なくとも一方に結合光学系を備えた事を特徴とする請求項１記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信に用いる２つの偏光を合成し、かつ光アイソレータ機能を有する光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏波ファイバ付きＬＤモジュールと偏光合成膜を用いた偏光結合器とを用いた光デバイスは光送信器中の光源冗長回路として光海底中継器等で使用される。偏波ファイバ付きＬＤモジュールと偏光結合器を用いた従来の光デバイスの構成例を図６に示す。偏光結合器５９は中央部に偏光合成膜５８を備えた本体に２本の偏波ファイバ５３，５４と１本のシングルモードファイバ５５とが、偏光合成膜面と光ビームが４５度の角度をなすように取り付けられている。シングルモードファイバ５５に対向する偏波ファイバ５３からは膜面に対し垂直成分を有する直線偏光（Ｐ偏光）が、もう一本の偏波ファイバ５４からは膜面に対し水平成分を有する直線偏光（Ｓ偏光）が出射されるように取り付けられている。
【０００３】
ＬＤモジュール５１、５２は各々レーザダイオード（以下ＬＤ）素子から出射される直線偏光方向と偏波ファイバの主軸方向を合わせて構成されている。偏光合成膜５８はＰ偏光を全て透過し、Ｓ偏光は全て反射する。
【０００４】
このような構成の光デバイスでは偏光結合器５９の出力側のシングルモードファイバ５５からの遠端反射光により、変調光信号に雑音が生じることがある。さらに光出力の変動も生じることもある。そこで、反射光を防ぐために偏光結合器５９に偏光子、検光子、ファラデー回転子からなる偏光依存型の光アイソレータ５６、５７が２本の偏波ファイバ５３，５４に対応する位置に備えられている。
【０００５】
従来のレーザー光源への反射戻り光を防止する偏光依存型光アイソレータの断面図を図７（ａ）、順方向、逆方向の偏光の挙動を図７（ｂ）に示す。順方向とは光アイソレータに入射した光が透過する方向を示し、逆方向とは光アイソレータに入射した光が透過しない方向を示す。図７（ａ）に示す様に光アイソレータは２枚の偏光子６３，６４の間に配置されたファラデー回転子１２と該ファラデー回転子１２に磁界を印加する磁石６２及び保持治具６１から構成される。
【０００６】
図７（ｂ）に示すように、順方向ではＬＤ６５から出射される光はレンズ６６によって平行光となり、偏光子６３に入射する。偏光子６３を通過後は直線偏光となり、ファラデー回転子１２で４５°偏光面を回転し、偏光子６４を通過する。また、逆方向では、偏光子６４を通過した光はファラデー回転子１２で４５°回転する。しかし、ファラデー回転子１２の非相反性により光は偏光子６３の透過偏光方向と直交する偏光方向となるため、偏光子６３で光は減衰し、ＬＤ６５に戻らない。これにより一方向からの光は通過させ、逆方向の光の通過を阻止する機能を果たす。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示した従来の光デバイスにおいて、ＬＤモジュール５１、５２への反射戻り光を防止するために、偏光合成膜５８に入射する各偏光に対してそれぞれ偏光依存型の光アイソレータ５６、５７を具備する構成となっているため、光アイソレータ５６、５７が２個必要となり、部品点数が多く、部材コストが高い問題点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑みて本発明の光デバイスは、吸収型偏光子と、ファラデー回転子と、偏光を時計回りに２２．５度回転させるように設定された一方の１／２波長板および該一方の1／２波長板と並列に配置され、偏光を反時計回りに２２．５度回転させるように設定された他方の1／２波長板と、前記一方の1／２波長板の後段に配置され、前記一方の1／２波長板を通過した偏光が透過方向となる一方の吸収型偏光子および前記他方の1／２波長板の後段に配置され、前記他方の1／２波長板を通過した偏光が透過方向となる他方の吸収型偏光子とから成る偏光依存型光アイソレータと、該光アイソレータの後段側に配設された複屈折結晶とを有するとともに、前記光アイソレータへ入射する２つの入射光の偏光方向が互いに平行であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は入射側及び出射側の少なくとも一方に結合光学系を備えた事を特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図によって説明する。
【００１３】
図１に本発明の実施形態である光デバイスの断面図を示す。図１（ａ）に示すように光学素子２とその後段に光アイソレータ３は同一のケース１に収納されている。同一方向から入射する２つの入射光４，５は互いに直交する直線偏光７、８を成し、これらを平板状複屈折結晶からなる光学素子２により合成する。合成された入射光は偏光無依存型である光アイソレータ３を通過して、出射光６となる。出射光６からの反射戻り光は光アイソレータ３で順方向とは違う光路を通るため、入射光４，５の位置に光が戻らない。このように２つの入射光４、５を合成した後で、偏光無依存型の光アイソレータ３を配置させるため、光アイソレータを１個にすることができる。
【００１４】
光学素子２に使用する平板状複屈折結晶は方解石、ニオブ酸リチウム、ＹＶＯ4、モリブデン酸塩、ルチル等を用いる事ができるが、厚みを薄くして小型化を図る場合は常光と異常光との屈折率差が大きいルチルが望ましい。
【００１５】
次に本発明の他の実施形態を説明する。図１（ｂ）では、平行な直線偏光を有する２本の入射光が同一方向から入射する場合を示す。同一方向から入射する２つの入射光４，５は互いに平行な直線偏光７、８を成し、これらは共に偏光依存型の光アイソレータ３を通過し、通過後は互いに直交する直線偏光となるため平板状複屈折結晶からなる光学素子２により合成して出射光６となる。出射光６からの反射戻り光は光アイソレータ３で吸収されるため、入射光４，５の位置に光が戻らない。このように、同一方向からの入射光４，５を互いに平行な直線偏光とし、光アイソレータ３を光学素子２の前段に配置すれば、光アイソレータを１個にすることができる。
【００１６】
さらに本発明の他の実施形態を説明する。
【００１７】
図１（ｃ）、（ｄ）に示すように光学素子２として平板状複屈折結晶の他に、入射光の入射方向に合わせて偏光合成・分離膜を有する偏光ビームスプリッターを用いることもできる。図１（ｃ）では直交する直線偏光７，８を成す２本の入射光４，５が同一方向から入射する場合を示し、図１（ｄ）では直交する直線偏光７，８を有する２本の入射光４，５が９０度異なる方向から入射する場合を示す。
【００１８】
以上の実施形態において、光アイソレータ３と光学素子２を別体として記載しているが、光アイソレータ３の筐体に光学素子２を組み込んで一体化することもできる。
【００１９】
ケース１と各部品の固定においては、円筒形、四角形ケース内に各部品を収納固定する形態や、箱型ケース内に各部品をマウント固定する形態であっても実施可能である。ケース１の材質としては非磁性や軟磁性の金属が望ましいが、セラミックスやプラスチック等の樹脂でも使用可能である。また、ケース１と各部品との固定は、レーザ溶接固定、半田固定、低融点ガラス固定、接着固定が可能である。
【００２０】
また、光学素子２や光アイソレータ３からの反射防止のためにそれぞれを傾斜させる事、光アイソレータについては内部の光学素子を傾斜させる事もできる。
【００２１】
図２に、上記各実施形態における光アイソレータ３の機能を示す。図２（ａ）は図１（ａ）の実施形態を詳細に示したものである。同一方向から入射する２つの入射光４，５は互いに直交する直線偏光７、８を成し、これらを平板状複屈折結晶からなる光学素子２により合成する。合成された入射光は楔状複屈折結晶である一対の偏光子１１、ファラデー回転子１２、磁石１３、それらを収納するケース１４から構成される偏光無依存型である光アイソレータ３を通過して出射光６となる。
【００２２】
一方、図２（ｂ）に示すように、出射光６からの反射戻り光は光アイソレータ３で順方向とは違う光路を通るため、入射光４，５の位置に光が戻らない。このように２つの入射光４、５を合成した後で、光アイソレータ３を配置させるため、光アイソレータを１個にすることができる。
【００２３】
図２（ｃ）は、図１（ｄ）の実施形態を詳細に示したもので、光学素子２に偏光合成膜を有する偏光ビームスプリッターを用いた場合を示す。
【００２４】
また、図２（ｄ）に示すように、図２（ａ）、（ｂ）に示した偏光無依存型光アイソレータ３の代わりに、平板状複屈折結晶からなる一対の偏光子１５、ファラデー回転子１２，磁石１３、１／２波長板１７、それらを収納するケース１４から構成される偏光無依存光アイソレータ３を用いた場合でも光アイソレータ１個で同等の機能を果たす。
【００２５】
光アイソレータ３はケース１４内に収納する形態や、１つの基板上に各部材をマウント固定する形態であっても使用上可能である。
【００２６】
偏光子１１、１５として使用する複屈折結晶も方解石、ニオブ酸リチウム、ＹＶＯ4、モリブデン酸塩、ルチル等を用いる事ができるが、厚みを薄くして小型化を図る場合は常光と異常光との屈折率差が大きいルチルが望ましい。
【００２７】
ファラデー回転子１２はＴｂ、Ｇｄ、Ｈｏを添加したＢｉ置換ガーネット、ＹＩＧ結晶の他に、四角形のヒステリシスカーブを持ち、自己磁界を有するガーネットでも実施可能である。四角形のヒステリシスカーブを持ち、自己磁界を有するガーネットの場合は、磁石不要となるため、部品点数、組立工数を削減できる効果もある。
【００２８】
１／２波長板１７は複屈折結晶を使用するが、特性を考慮すると水晶が望ましい。磁石１３はファラデー回転子を飽和磁界強度に印可させる部材であり、特性上から希土類磁石が望ましい。
【００２９】
ケース１４はケース１と同様に非磁性や軟磁性の金属が望ましいが、セラミックスやプラスチック等の樹脂でも使用可能である。
【００３０】
次に図３に図１（ｂ）の実施形態における光アイソレータの機能を示す。
【００３１】
図３（ａ）では、同一の偏光方向７，８を有する入射光４、５が光アイソレータ３に入射する。光アイソレータ３は、誘電体粒子を内包したガラス基板の吸収型偏光子２０、ファラデー回転子１２、磁石１３、１／２波長板２３，２４、吸収型偏光子２３，２４と、光アイソレータ３を通過後に直交した直線偏光７，８を合成する光学素子２から構成される。
【００３２】
図３（ｂ）には光アイソレータ３を通過する際の、順方向、逆方向における入射光４，５の偏光の挙動を示す。順方向では、入射光４，５は同一の直線偏光であり、偏光子２０を通過する。ファラデー回転子１２ではそれぞれ時計回りに４５度偏光面が回転し、光アイソレータ通過後に入射光４，５の偏光方向を直交させるために、各入射光路対して１／２波長板２３，２４を配置する。ファラデー回転子通過後の入射光４，５の偏光方向に対して、１／２波長板２３は結晶軸を時計回りに２２．５度になるよう設定し、１／２波長板２４は結晶軸を反時計回りに２２．５度に設定している。これより、１／２波長板２３，２４通過後の入射光４，５の偏光方向は直交し、それらの偏光方向が透過方向となる吸収型偏光子２１，２２を通過する。その後、光学素子２により入射光４，５は合成される。
【００３３】
逆方向では、ファラデー回転子１２の非相反効果により、ファラデー回転子１２通過後の反射戻り光の偏光方向は２本光路４，５とも吸収型偏光子２０の吸収方位向と一致するために光は戻らずにアイソレータ機能を果たす。これにより同一方向からの入射光４，５が互いに平行な直線偏光である場合でも光アイソレータを１個にすることができる。
【００３４】
光学素子２の消光比特性が優れている場合は図３（ｃ）に示すように吸収型偏光子２１，２２を割愛しても実施可能である。
【００３５】
また、吸収型偏光子の他に偏光合成・分離膜を有する偏光ビームスプリッターを用いても同様の機能を果たす。
【００３６】
本発明の光デバイスは、入射側及び／または出射側にレンズや光ファイバなどの結合光学系を備えることができる。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、光学素子２と光アイソレータ３を固定したケース１の入射側に、レンズ３１，３２を配設している。入射側にレンズを２個配設しているが１個でも実施可能である。光学素子２への入射光４，５は平行光もしくは収束光になるレンズを設定する。レンズ３１，３２は球レンズ、非球面レンズ、屈折率分布レンズが実施可能である。
【００３８】
また、図４（ｂ）に示すように上記に加えて入射側光ファイバ３３，３４と出射側光ファイバ３５を配置することもできる。入射側光ファイバ３３，３４からの入射光はそれぞれが直交する直線偏光を有する必要があるため、偏波保存ファイバが望ましい。出射側光ファイバ３５については、偏光を維持する場合は偏波保持ファイバが必要であるが、
維持する必要が無い場合はシングルモード光ファイバで構わない。光を伝送する形態として光ファイバの他に光導波路の接続でも実施可能である。
【００３９】
また、光ファイバ端面からの反射戻り光を防止するために光ファイバ端面を斜めにする事が必要であり、斜め角度は４〜１０度の範囲であることが望ましい。さらに、図４（ｃ）に示すように出射側光ファイバ３５に光を収束させるレンズ３６を配置することもできる。
【００４０】
さらに他の実施形態を図５に示す。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、入射側光ファイバ３３，３４に光波長を制御するファイバグレーティング３７を施したものを用いることもできる。図では、ファイバグレーティング３７はケース１の外側に施しているが、ファイバグレーティング３７をケース１内に収納しても実施可能である。
さらに、図５（ｂ）に示すように、入射光４，５の波長を制御するために、波長フィルター３８，３９を配置することもできる。
【００４２】
以上の実施形態では、２つの偏光を合成して出射する例のみについて説明したが、逆に合成光を入射し、２つの偏光に分離して出射する光デバイスにも本発明を適用することができる。
【００４３】
【実施例】
ここで、本発明にかかる光デバイスを試作し、光学特性評価を行った。
【００４４】
ケース１に光学素子２のルチル平板、楔状ルチル偏光子を用いた光アイレソータ３を接着固定し、偏波保持ファイバ３３，３４、シングルモード光ファイバ３５とレンズ３１，３２，３６の結合光学系を調芯固定させた図４（ｃ）に示す本発明の光デバイスと、図６の従来例に示した偏光分離膜５８と２個の光アイソレータ５６、５７、偏波保持ファイバ５３，５４とレンズの結合光学系を有した偏光結合器５９を作製し、特性比較を行った。本発明の光デバイスは内部反射を防止するためにルチル平板２、光アイソレータ３は４度の角度をつけて固定した。入射光４，５が重ならないように入射光同士の間隔を０．５ｍｍに設定し、入射光４，５を合成するためにルチル平板の厚みを５ｍｍとした。
【００４５】
光学特性は、入射光４と出射光６との間、入射光５と出射光６との間でのそれぞれの挿入損失と逆方向損失を測定した。
【００４６】
その結果を表１に示すように、本発明実施例は従来例と比較して、順方向損失、逆方向損失とも同等性能レベルであり、実用可能レベルであることを確認した。
【００４７】
また、本発明実施例は光アイソレータが１個であるために、従来例と比較して、約３０％程度体積を小型化する事ができた。
【００４８】
【表１】
0004794056.tif 000002
【００４９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、直交する２つの偏光を合成・分離する光学素子と前記２つの偏光またはこれらの合成光が通過する１つの光アイソレータとからなる光デバイスを構成したことにより、光アイソレータを２個から１個に削減できるため、部材コストを低減することができるとともに、体積を約３０％小型化する事ができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光デバイスのさまざまな実施形態を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の光デバイスにおける光アイソレータの機能を説明するための図である。
【図３】（ａ）は本発明の光デバイスにおける光アイソレータの機能を説明するための図であり、（ｂ）は順方向及び逆方向の偏光の挙動を示す図、（ｃ）は他の実施形態を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】従来の光デバイスの断面図である。
【図７】（ａ）は従来の偏光依存型光アイソレータの断面図であり、（ｂ）は順方向及び逆方向の偏光の挙動を示す図である。
【符号の説明】
１：ケース
２：光学素子
３：光アイソレータ
４：入射光
５：入射光
６：出射光
７：偏光
８：偏光
１１：偏光子
１２：ファラデー回転子
１３：磁石
２０：吸収型偏光子
２１：吸収型偏光子
２２：吸収型偏光子
２３：１／２波長板
２４：１／２波長板
３１：レンズ
３２：レンズ
３３：入射側光ファイバ
３４：入射側光ファイバ
３５：出射側光ファイバ
３６：レンズ
３７：ファイバグレーティング
３８：波長フィルター
３９：波長フィルター
５１：ＬＤモジュール
５２：ＬＤモジュール
５３：偏波保持ファイバ
５４：偏波保持ファイバ
５５：シングルモードファイバ
５６：光アイソレータ
５７：光アイソレータ
５８：偏光合成膜
５９：偏光結合器
６１：金具
６２：磁石
６３：偏光子
６４：偏光子
６５：ＬＤ
６６：レンズ
【図１】
0004794056.tif 000003
【図２】
0004794056.tif 000004
【図３】
0004794056.tif 000005
【図４】
0004794056.tif 000006
【図５】
0004794056.tif 000007
【図６】
0004794056.tif 000008
【図７】
0004794056.tif 000009