(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で簡易に表面実装可能な低価格の光アイソレータを提供すること。【解決手段】伝播する光の偏光面を磁気光学効果により回転させるファラデー回転子１と、特定の偏光面の光のみを透過させる偏光子２および検光子３を備える光アイソレータにおいて、ファラデー回転子１、偏光子２および検光子３からなる光学素子が全体として矩形ブロック形状であり、ファラデー回転子１に磁気光学効果を現出させるための永久磁石が、矩形ブロック形状の光学素子の周辺部の非光学面に沿って配置される平板型磁石からなり、かつその光学素子の光学面のいずれかの辺に近接する一辺の長さがその光学面の対応する辺の長さと同等である３個の互いに接合されない平板型の永久磁石４からなる光アイソレータとする。【選択図】図１
2007171326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝播する光の偏光面を磁気光学効果により回転させるファラデー回転子と、特定の偏光面の光のみを透過させる偏光子および検光子を備える光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子、前記偏光子および前記検光子を含んでなる光学素子が全体として矩形ブロック形状であり、前記ファラデー回転子に磁気光学効果を現出させるための磁石が、前記矩形ブロック形状の光学素子の周辺部の非光学面に沿って配置される平板型磁石からなり、かつ該光学素子の光学面のいずれかの辺に近接する一辺の長さが該光学面の対応する辺の長さと同等である少なくとも３個の互いに接合されない平板型磁石からなることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
伝播する光の偏光面を磁気光学効果により回転させるファラデー回転子と、複屈折効果を有する偏光子および検光子を備える光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子、前記偏光子および前記検光子を含んでなる光学素子が全体として矩形ブロック形状であり、前記ファラデー回転子に磁気光学効果を現出させるための磁石が、前記矩形ブロック形状の光学素子の周辺部の非光学面に沿って配置される平板型磁石からなり、かつ該光学素子の光学面のいずれかの辺に近接する一辺の長さが該光学面の対応する辺の長さと同等である少なくとも３個の互いに接合されない平板型磁石からなることを特徴とする光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、順方向の光を透過させ、逆方向の光を遮断する光アイソレータに関し、特に、光通信のキーデバイスであるレーザダイオードあるいは光増幅器の動作が反射戻り光により不安定になるのを防止するため、順方向の光のみを透過し、反射戻り光がレーザダイオードや光増幅器に入射しないようにする用途に適した光アイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
光アイソレータ等の非相反光部品は、レーザダイオードモジュールや光ファイバ増幅器への反射戻り光を遮断する機能を有し、その動作安定化に不可欠の受動光部品である。１ギガビット／秒以上の高速光伝送には、必ず使われると言って良い。従来は、このような高速の伝送は、長距離の基幹網およびメトロリングがほとんどであって、加入者向けのアクセス網においては、殆ど使用されていなかった。それは、アクセス網については、局舎／加入者間は、たかだか１００メガビット／秒クラスの伝送しか行われておらず、そのようなサービスに用いられるレーザは、波長安定性が強く求められる高機能の分布帰還型レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）ではなく、いわゆるファブリ−ペロ共振器型のレーザであることによる。いわば、従来は、アクセス網向けの非相反部品へのニーズは顕在化していなかった。
【０００３】
加入者向けの高速伝送サービスにおいて、非相反部品が必要であったのは、安定動作が強く求められるアナログ仕様のＣＡＴＶ用トランシーバモジュールくらいであり、所要は増加してきているものの非相反部品の簡易構造化／低価格へのドライビングフォースを顕在化させるほどではなかった。
【０００４】
このように、非相反光部品へのニーズは、長距離基幹系／メトロリングおよびアクセス網において特に安定動作を求められる高機能品に半ば限定されていた。
【０００５】
最近では、メタルケーブルを用いたＶＤＳＬサービスで４０メガビット／秒を超える加入者向けサービスが加速度的に加入者を増加させており、光ファイバを使った１ギガビット／秒のサービスも開始され、アクセス網の高速化は必然の流れである。そのような流れの中で、低価格で高性能の光非相反部品が不可欠となってくる。
【０００６】
光アイソレータは、その基本構造および動作を図３に模式図で示すように、互いに４５度の傾いた偏光面の光だけを透過するように配置された偏光子１６と検光子１７の間に印加磁界の基で４５度の回転能を有する非相反ファラデー回転子１５を挿入したもので例示される光部品である。この光アイソレータにより、例えばレーザダイオードから出射した光は、図３（ａ）の順方向動作に示すように、順方向で光アイソレータに入射し、偏光子１６を通って直線偏光となり、ファラデー回転子１５で４５度回転した偏光面となり、検光子１７の透過偏光面と一致して阻害されることなく透過して出射光となる。一方、反射戻り光は、図３（ｂ）の逆方向動作に示すように、検光子１７を右側から左側に向かって透過した光は、直線偏光となり、ファラデー回転子１５で非相反の偏光面回転をして、偏光子１６の透過偏光方向から９０度回転した方向の直線偏光となり、偏光子１６では透過不能であるために、レーザダイオードには到達しない。
【０００７】
光通信網においては、光コネクタ等の接続点が多数あり、接続点においてごく一部の光が反射することは、避けられない。光アイソレータが存在しない場合、反射戻り光が、ほんのわずか、例えば−３０ｄＢｍかそれ以下であってもレーザダイオードに戻ってくることになり、その反射戻り光が、レーザダイオードの増幅作用により増幅されて、本来出射すべき光以外の成分が混在することにより、レーザダイオードの動作が不安定となる場合がある。一方、光アイソレータが存在する場合には、反射戻り光は、アイソレータの消光比、例えばさらに−３０ｄＢ減衰した極めて弱い光のみがレーザに戻ることになり、実効的にレーザダイオードの動作を不安定にすることはない。−３０ｄＢの消光比では不充分であるような極めて高い安定性が要求される場合には、光アイソレータを複数段重ねて、消光比を一段と大きくする工夫がなされる。
【０００８】
上述のように、光非相反部品の中でも、光アイソレータは、高速変調されるレーザダイオードモジュールや、高速伝送に用いられる光ファイバ増幅器そして高い安定性が要求されるアナログ仕様のレーザダイオードモジュールで用いられる高機能の受動光部品である。
【０００９】
ところで、低価格化要求の極めて強い加入者向けのアクセス網の高速化にも、光アイソレータは不可欠であることは、上述の通りである。しかしながら、従来のたかだか１００メガビット／秒程度のサービスには、光アイソレータは不要であったために、価格低減は十分に進んでいるとは言えない。
【００１０】
これまでも、非相反光部品をアクセス網に導入するために、少なからず低価格化の検討が行われてきており、ファラデー回転子と偏光子を調芯する作業を簡易化したり、接着剤を用いてピグテールファイバやレセプタクルに固定するなど相当な工夫がなされている。また、高速変調であるかどうかとは無関係にレーザダイオードモジュールを構成する、レーザ本体、レンズ、フェルール、コネクタ等各種部品の低価格化も進んできているが、加入者向け部品としての価格要求に十分に応えるには至っていない。また、長距離通信網においても、光部品の低価格化／小型化への強いニーズが顕在化してきている。
【００１１】
この状況において、加入者向けの低廉な光アクセス網実現のために、簡易に表面実装可能な低価格の光非相反部品が要求されている。また、光通信網で用いられる高機能のレーザダイオードモジュールや光ファイバ増幅器向けの光非相反部品の小型化／低価格化の実現が望まれている。
【００１２】
上記問題点を解決するために、簡易に表面実装可能なものとして提案された光アイソレータに、特許文献１，２，３に記載されたものがある。
【００１３】
特許文献１においては、図４に模式図で示すように、光アイソレータの小型化そして実装コストの低減のために、馬蹄形磁石１９の矩形開口部２０に、ファラデー回転子と偏光子および検光子からなる光学素子１８を挿入し、馬蹄形磁石１９の脚部底を平坦化することにより、表面実装が容易になる構造とした光アイソレータが開示されている。
【００１４】
特許文献２あるいは３においては、図５に模式図で示すように、取り付け基板２３上で光学素子２１の両脇に光学素子２１よりも高い永久磁石２２を配置した表面実装容易な光アイソレータが開示されている。光学素子２１の上面には、磁石は存在しない構造である。
【００１５】
【特許文献１】特表２０００−５１０９６５号公報
【特許文献２】特開平１０−２２７９９６号公報
【特許文献３】特開２００１−９１８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記特許文献１あるいは特許文献２，３に開示された構造においては、以下のような問題点がある。まず、特許文献１に開示された図４の構造においては、馬蹄形磁石１９の光学素子１８を内蔵する部分の矩形開口部２０の加工精度を向上させることが困難であり、ひいては、光学素子すなわち光アイソレータの精密な位置決めが容易でなくなるという問題点がある。
【００１７】
光アイソレータの精密な位置決めは、予め受動的におよその位置決めを行った後、光アイソレータに光を透過させながら、能動的に調芯して行う。光学素子のみを能動的に位置決め可能であれば問題ないものの、磁気光学結晶材料からなるファラデー回転子が磁化されていなければ、光アイソレータとして機能しないばかりか、調芯そのものが不正確になるために、調芯は、磁石と不可分である。この時に、磁石と光学素子の相対位置が高精度で決められていなければ、調芯に多大な時間を要し、実装コストが上がってしまう。
【００１８】
また、特許文献２あるいは３に開示された図５の構造においても以下のような問題点が存在する。例えば、図６にその光アイソレータの問題点を模式図で示すように、光学素子２４が横長のものになった場合、光学素子の上面に磁石が存在しないために、光学素子の上面近傍に磁気的に未飽和の部分ができることにより、光アイソレータとしての性能が劣化することがある。さらに、取り付け基板２６上で、光学素子２４の両脇の永久磁石２５を固定した後に、光学素子２４を独立して微調芯を行おうとした場合、光学素子２４を把持することができないために、微調芯が困難になる。
【００１９】
以上のように、従来技術においては、簡易に表面実装可能な光アイソレータの構造において、光アイソレータの精密な位置決めや、光アイソレータの性能において、問題点が存在していた。
【００２０】
この状況にあって本発明の課題は、小型で簡易に表面実装可能な低価格の光アイソレータを提供することにある。                                                  
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本出願の第１の発明においては、上記課題を解決するために、伝播する光の偏光面を磁気光学効果により回転させるファラデー回転子と、特定の偏光面の光のみを透過させる偏光子および検光子を備える光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子、前記偏光子および前記検光子を含んでなる光学素子が全体として矩形ブロック形状であり、前記ファラデー回転子に磁気光学効果を現出させるための磁石が、前記矩形ブロック形状の光学素子の周辺部の非光学面に沿って配置される平板型磁石からなり、かつ該光学素子の光学面のいずれかの辺に近接する一辺の長さが該光学面の対応する辺の長さと同等である少なくとも３個の互いに接合されない平板型磁石からなる光アイソレータとしている。
【００２２】
また、本出願の第２の発明においては、伝播する光の偏光面を磁気光学効果により回転させるファラデー回転子と、複屈折効果を有する偏光子および検光子を備える光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子、前記偏光子および前記検光子を含んでなる光学素子が全体として矩形ブロック形状であり、前記ファラデー回転子に磁気光学効果を現出させるための磁石が、前記矩形ブロック形状の光学素子の周辺部の非光学面に沿って配置される平板型磁石からなり、かつ該光学素子の光学面のいずれかの辺に近接する一辺の長さが該光学面の対応する辺の長さと同等である少なくとも３個の互いに接合されない平板型磁石からなる光アイソレータとしている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の効果としては、以下のものが列挙される。
【００２４】
（１）光学素子と磁石とを独立に把持／調芯ができることから、光学素子すなわち光アイソレータの精密な位置決めが可能となる。光学素子の両脇の磁石固定後であっても、光学素子の上面の磁石を把持して、短時間で精密な位置決めが可能であり。実装コストの低減ができる。
【００２５】
（２）光学素子の上面あるいは底面に磁石を配置することから、例え、光学素子が横長のものであったとしても、ファラデー回転子が磁気的に未飽和となることはなく、光アイソレータの性能が劣化することはない。
【００２６】
（３）磁石は全て平板型磁石であり、磁石の加工は容易であって、加工費を低く押さえることができる。
【００２７】
（４）また、通常は、表面実装型の光アイソレータの光学素子は、その光学面を光学接着剤により接着固定するが、光パワー密度が高く、光学面に接着剤の存在が好ましくない場合であっても、光学素子を構成するファラデー回転子、偏光子および検光子、さらには偏光面を所望の方向に調整する波長板や偏光依存損失や分散を補償するための補償板まで含めて光学面に接着剤を介在させずに光学素子の上面あるいは底面に位置する磁石にそれぞれ固定することで解決が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本願発明を実施するための最良の形態について、以下に説明する。本発明において用いられるファラデー回転子としては、液相エピタキシャル成長法で作製される磁性ガーネットが好ましい。特定の偏光面の光のみを透過させる偏光子／検光子としては、コーニング社製のポーラコア（登録商標）あるいは、ＨＯＹＡ社製のＣＵＰＯ（登録商標）といった吸収型のガラス偏光子が例示される。複屈折効果を有する偏光子／検光子用材料としては、ルチル結晶、イットリウムバナデート結晶、ガドリニウムバナデート結晶、ニオブ酸リチウム結晶等が例示される。
【００２９】
必要に応じて使用される波長板としては、水晶波長板やポリイミド波長板が例示される。同様に補償板としては、前述の複屈折偏光子用材料を用いることができる。実施の形態として、吸収型のガラス偏光子を偏光子または検光子の一方に用いて、他方に複屈折結晶を用いても問題は生じない。
【００３０】
本発明に用いられる磁石としては、フェライト磁石やサマリウム−コバルト磁石が例示される。
【００３１】
本発明では、光学素子や磁石の固定に光学接着剤が用いられることがある。光学接着剤としては、例えばエポテック社の３５３−ＮＤや３０２−３Ｍを始めとする熱硬化型の接着剤に加えて、ＮＴＴ−ＡＴ社を始めとするメーカ市販の紫外線硬化型の光学接着剤を用いることができる。
【００３２】
光学素子や磁石の固定に光学接着剤が好ましくない場合には、固定接合される面に予め金属メッキを真空蒸着、スパッタ、無電解メッキ等の方法により形成しておいて、金−スズ半田により固定する方法も採用される。
【実施例】
【００３３】
以下に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００３４】
（実施例１）図１は本発明の２つの実施例での光アイソレータを示す模式的な斜視図である。本実施例１では、図１（ａ）に示す構成の光アイソレータの製造を行った。光学素子は、１３１０ｎｍの波長においてほぼ４５度のファラデー回転能を示す磁気光学ガーネット結晶からなるファラデー回転子１とポーラコアからなる偏光子２および検光子３、により形成され、全体として矩形ブロック形状をなす。光アイソレータとしては、ファラデー回転子を磁化するための永久磁石４が加えられる。本実施例においては、光学面は、光学接着剤で固定されており、反射防止膜も光学接着剤に合致させている。対応する波長は、ガーネット結晶の厚みと反射防止膜の波長を選択することにより、通信波長領域の全てにおいて任意に選択することが可能である。
【００３５】
また、光学面に接着剤の介在を望まない場合には、アパーチャの外側において光学接着剤、ガラス接着剤あるいは金属半田等で光学素子（ガーネット、ガラス偏光子：ポーラコアまたはＣＵＰＯ）を固定し、光学面は、対空気の反射防止膜とすれば良い。さらに、より高い消光比が求められる場合には、ファラデー回転子を２枚以上、ガラス偏光子を３枚以上用いることにより解決できる。
【００３６】
０．７ｍｍ□の光学面を有する光学素子の切断角度（入射光の垂直方向からの入射角度に相当）は、本実施例においては、ほぼ５度とした。永久磁石の材質としては、フェライト、希土類（Ｓｍ−Ｃｏ等）、樹脂に磁性粉末を含有させたプラスチックマグネット等、ガーネットを飽和させることができるものであれば、問題なく使用できる。
【００３７】
次に、これら光学素子と磁石を組み合わせ調芯／固定して、本発明の光アイソレータを完成させた。具体的には、まず光学素子の上面に上辺とほぼ同じ長さの辺を有する平板型磁石を光学接着剤により固定し、光アイソレータを固定すべき基板上に光学素子を平板型磁石を介して把持して受動的に粗調の位置合わせを行った。次に、光学素子の両脇に、光学素子の側辺とほぼ同じ高さを有する平板型磁石を受動的に位置決めして、光学素子との間に若干の空間を残して、光学接着剤により固定した。
【００３８】
次に、レーザダイオードからの光を入力しながら、光学素子の上面の磁石を把持して能動的に微調の位置合わせを行い、光学素子を光学接着剤により固定した。なお、能動的調芯には、わずかの時間しか要していない。
【００３９】
本実施例の光アイソレータの損失とアイソレーションを見積もったところ、中心波長（１３１０ｎｍ）、室温において損失は、０．２ｄＢ以下であり、アイソレーションは、３５ｄＢ以上であった。
【００４０】
（実施例２）図１（ｂ）に示す本発明の実施例２の構成である光アイソレータの製造を行った。光学素子は、１５５０ｎｍの波長においてほぼ４５度のファラデー回転能を示す磁気光学ガーネット結晶からなるファラデー回転子５と複屈折ルチル結晶からなる偏光子６および検光子７および偏光依存分散を補償するためのルチル結晶からなる補償板８により形成される。このとき、光学素子全体としての形状は矩形ブロック状である。光アイソレータとしては、ファラデー回転子を磁化するための永久磁石９が加えられる。本実施例においては、光学面には、光学接着剤は介在せず、反射防止膜も対空気に合致させている。対応する波長は、ガーネット結晶の厚みと反射防止膜の波長を選択することにより、通信波長領域の全てにおいて任意に選択することが可能である。
【００４１】
また、光学面に接着剤の介在が問題なき場合には、光学素子（ガーネット、ガラス偏光子：ポーラコアまたはＣＵＰＯ）を光学面にて接着剤により固定し、光学面は、対接着剤の反射防止膜とすれば良い。さらに、より高い消光比が求められる場合には、ファラデー回転子を２枚以上、ガラス偏光子を３枚以上用いることにより解決できる。
【００４２】
０．８ｍｍ□の光学面を有する光学素子の切断角度（入射光の垂直方向からの入射角度に相当）は、本実施例においては、ほぼ５度とした。永久磁石の材質としては、フェライト、希土類（Ｓｍ−Ｃｏ等）、プラスチックマグネット等、ガーネットを飽和させることができるものであれば、問題なく使用できる。
【００４３】
次に、これら光学素子と磁石を組み合わせ調芯／固定して、本発明の光アイソレータを完成させた。具体的には、まず光学素子の上面に上辺とほぼ同じ長さの辺を有する平板型磁石に光学素子を構成するそれぞれの要素を光学接着剤により端面固定し、光アイソレータを固定すべき基板上に光学素子と平板型磁石を把持して受動的に粗調の位置合わせを行った。次に、光学素子の両脇に、光学素子の側辺とほぼ同じ高さを有する平板型磁石を受動的に位置決めして、光学素子との間に若干の空間を残して、光学接着剤により固定した。
【００４４】
次に、レーザダイオードからの光を入力しながら、光学素子の上面の磁石を把持して能動的に微調の位置合わせを行い、光学素子を構成する要素の底面側の端面をそれぞれ光学接着剤により固定した。なお、能動的調芯には、わずかの時間しか要していない。
【００４５】
本実施例の光アイソレータの損失とアイソレーションを見積もったところ、中心波長（１５５０ｎｍ）、室温において損失は、０．２ｄＢ以下であり、アイソレーションは、３５ｄＢ以上であった。
【００４６】
（実施例３）光学素子の光学面を高さ０．５ｍｍ、幅１．５ｍｍとした、図２に斜視図で模式的に示す、実施例３の光アイソレータを試作した。
【００４７】
基本構造および製造工程は、実施例１に示した光アイソレータに対するものに準ずる。相違点は、以下の２点である：（１）光学素子（ファラデー回転子１０、偏光子１１、検光子１２）の光学面が０．５ｍｍ×１．５ｍｍであること；（２）光アイソレータを固定する面を、光学素子の中心位置を基準面から高さ調整するための金属平板１４の上面としたことである。なお、１３は平板型の永久磁石である。
【００４８】
本実施例で試作した光アイソレータは、ファラデー回転子の未飽和部も見られず、損失、アイソレーション共、実施例１と同様、良好な値を示した。
【００４９】
本実施例において、高さ調整のための金属平板に代えて、ガラス基板等の絶縁物基板を用いても何ら問題はない。さらに、金属平板やガラス基板の光学素子の底面部を凹状に加工して該凹部に光学素子の両脇の平板型磁石と接合されないような平板磁石を配置することも可能である。また、光学素子の周辺部に配置される平板磁石と、金属またはガラス基板とを独立なものとすることもできる。
【００５０】
なお、上記実施例は、３個の平板型磁石を用いてファラデー回転子に磁界を印加した場合であるが、光学面の第４の辺に近接する一辺を有する第４の平板型磁石を追加することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本願発明は、高速の光通信分野などにおける、発光素子や光増幅器の動作を安定化させるための、ファラデー回転子とその飽和用磁石を用いる受動光学部品として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例１および２の光アイソレータを示し、図１（ａ）は実施例１の光アイソレータを表す模式的な斜視図、図１（ｂ）は実施例２の光アイソレータを表す模式的な斜視図。
【図２】本発明の実施例３の光アイソレータの模式的な斜視図。
【図３】光アイソレータの基本構造および動作を示し、図３（ａ）は順方向動作を表す模式図、図３（ｂ）は逆方向動作を表す模式図。
【図４】特許文献１に開示された発明を示す模式図。
【図５】特許文献２あるいは３に開示された発明を示す模式図。
【図６】特許文献２あるいは３の発明での問題点を説明するための光アイソレータの模式図。
【符号の説明】
【００５３】
１，５，１０，１５    ファラデー回転子
２，６，１１，１６    偏光子
３，７，１２，１７    検光子
４，９，１３，２２，２５    永久磁石
８    補償板
１４    金属平板
１８，２１，２４    光学素子
１９    馬蹄形磁石
２０    矩形開口部
２３，２６    取り付け基板
【図１】
2007171326.tif 000003
【図２】
2007171326.tif 000004
【図３】
2007171326.tif 000005
【図４】
2007171326.tif 000006
【図５】
2007171326.tif 000007
【図６】
2007171326.tif 000008