(57)【要約】 【課題】  波長多重通信システム中で使用する場合に、特定の波長に対しては順方向損失が最小となり、他の特定の波長に対して逆方向損失を最大となるように設定でき、設計の自由度を大きくできる光アイソレータを提供すること。【解決手段】  入射側ガラス偏光子５および出射側ガラス偏光子７とガーネット結晶６とそれに磁界を印加する磁石８とからなるファラデー回転子とから構成される光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子の波長がλ１のときの回転角をθ１、波長がλ２のときの回転角をθ２としたときに、θ１＋θ２＝９０°±５°を満たし、入射側偏光子と出射側偏光子の偏光軸間の角度差がθ１±５°となるように設定されている。特定の波長に対しては順方向損失が最小となり、他の特定の波長に対して逆方向損失が最大となるように設定でき、設計の自由度を大きくできる。【選択図】  図１
2007079074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射側および出射側偏光子とファラデー回転子とから構成される光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子の波長がλ１のときの回転角をθ１、波長がλ２のときの回転角をθ２としたときに、θ１＋θ２＝９０°±５°を満たし、入射側と出射側の偏光子の偏光軸間の角度差がθ１±５°となるように設定されてい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、光通信システムや光計測装置などに用いる光部品である光アイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムや光計測システムにおいては、光伝送路途中からの反射光が、光源である半導体レーザに戻ると、発振が不安定になったり、雑音が増加したりする。この戻り光を遮断するために、光アイソレータが用いられる。
【０００３】
図５は、従来の光アイソレータの基本的な構造を示す斜視図である。下記特許文献１及び非特許文献１に示されているように、ファラデー回転子を構成するガーネット結晶１６とそれに磁界を印加する磁石８、入射側偏光子１５、出射側偏光子１７によりなる。順方向の入射光９は光源の偏光方向に偏光軸を合わせた入射側偏光子１５を通過してガーネット結晶１６中で偏光方向が４５度回転し、その回転された偏光方向に偏光軸を合わせた出射側偏光子１７を出射してそのほとんどの光パワーが出射する。
【０００４】
一方、逆方向からの入射光１０は、出射側偏光子１７を通過してガーネット結晶１６中で偏光方向が順方向の入射光９の場合とは反対方向（例えば順方向が進行方向に対して右回転とした場合は逆方向は左回転）に４５度回転して順方向の入射光９と偏光方向が直交し、入射側偏光子１５により、そのほとんどの光パワーが遮断されるので逆方向の損失は大きくなる。
【０００５】
一般的に、光アイソレータは使用するガーネット結晶のファラデー回転子の回転角度に波長依存性があるため、順方向損失、逆方向損失にも波長依存性が生ずる。通常は使用される光源の中心波長において、順方向損失は最も小さくなり、かつ逆方向損失は最も大きくなるように設定されている。すなわち、上述のように中心波長でファラデー回転子の回転角は４５°、入射側と出射側偏光子の偏光軸間の角度差は４５°に設定され、順方向損失と逆方向損失のピークは同じ波長になりその波長での順方向損失と逆方向損失の差、すなわちアイソレーションが最大となるように設定される。
【０００６】
このように、中心波長λ０＝１５５０ｎｍで設計された順方向および逆方向損失の波長特性の一例をそれぞれ図６（ａ）および図６（ｂ）に示す。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１２５７９６号公報
【非特許文献１】エヌ・イー・シー・トーキン・テクニカルレビュー（NEC TOKIN TECHNICAL REVIEW）３１巻  ｐ．７〜９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、光通信システムでは、通信容量を拡大するために波長多重通信方式を用いるのが一般的となっており、光源にも多波長の光源が使用される。このような場合、上記のように通常の光アイソレータではその中の特定の波長に対して順方向損失最小、逆方向損失最大となるように常に設定されているため、自由度が制限される。すなわち、ある波長成分は出力が小さいため順方向損失を小さくしたいが、他の別の波長成分はシステム中での反射光が大きい、またはその波長の光源が反射光に対してノイズを発生しやすいため逆方向損失を大きくしたい等の要求がある場合には対応できない。
【０００９】
すなわち、光アイソレータをシステム中で使用する場合の波長に対する順方向損失、逆方向損失の設計の自由度が取れないという問題があった。そこで、本発明の課題は、波長多重通信システム中で使用する場合に、特定の波長に対しては順方向損失が最小となり、他の特定の波長に対して逆方向損失を最大となるように設定でき、設計の自由度を大きくできる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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では、入射側および出射側偏光子とファラデー回転子から構成される光アイソレータにおいて、前記ファラデー回転子の波長がλ１のときの回転角をθ１、波長がλ２のときの回転角をθ２としたときに、θ１＋θ２＝９０°±５°を満たし、入射側と出射側の偏光子間の偏光軸間の角度差がθ１±５°となるように設定されている。
【００１１】
すなわち、本発明の光アイソレータにおいては順方向損失と逆方向損失の最適波長（順方向損失が最も小さくなる波長と逆方向損失が最も大きくなる波長）が異なっている。
【００１２】
光アイソレータを構成するファラデー回転子がθ１＋θ２＝９０°を満たし、入射側と出射側の偏光子間の偏光軸の角度差がθ１となっている場合、光アイソレータの順方向から入射した波長λ１の光は、その偏光方向に合わせた入射側偏光子を通過してファラデー回転子により偏光方向がθ１回転し、その方向に軸を合わせた出射側の偏光子を通過するので損失は最小となる。
【００１３】
ここで、本発明の原理から上記の設定角度に対して±５°程度のずれは特性にそれほど大きな影響を及ぼさない許容範囲である。
【００１４】
一方、逆方向から入射した波長λ２の光は出射側の偏光子の角度θ１からファラデー回転子によりθ２回転するので、上記式により波長λ１の入射光の偏光方向、すなわち入射側偏光子の偏光軸に直交することになり損失が最大となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように、本発明による光アイソレータは、波長多重通信システム中で使用する場合に、特定の波長に対しては順方向損失が最小となり、他の特定の波長に対して逆方向損失を最大となるように設定でき、設計の自由度が大きくできるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明による光アイソレータの一実施例の構造を示す斜視図である。基本的な構成は、図５に示す従来の光アイソレータと同じであり、ファラデー回転子を構成するガーネット結晶６とそれに磁界を印加する磁石８、入射側ガラス偏光子５、出射側ガラス偏光子７によりなる。
【００１８】
本実施例においては波長λ１＝１４００ｎｍの入射光に対しては順方向損失が最小となり、波長λ２＝１６１０ｎｍの入射光に対しては逆方向損失最大となるよう設定されている。このため、ガーネット結晶６としては波長係数が−０．０７ｄｅｇ／ｎｍのＧｄ系ガーネット結晶を用い、波長λ１＝１４００ｎｍの入射光に対してファラデー回転角θ１＝５２°となるようにその厚さを設定した。この場合、波長λ２＝１６１０ｎｍの入射光に対しては上記の波長係数よりファラデー回転角はθ２＝３８°となり条件θ１＋θ２＝９０±５°が満たされる。
【００１９】
波長λ１の順方向の入射光９は光源の偏光方向に偏光軸を合わせた入射側ガラス偏光子５を通過してガーネット結晶６中で偏光方向が５２度回転し、その回転された偏光方向に偏光軸を合わせた出射側ガラス偏光子７を出射してそのほとんどの光パワーが出射する。一方、波長λ２の逆方向からの入射光１０は出射側ガラス偏光子７を通過してガーネット結晶６中で偏光方向が順方向の入射光９の場合とは反対方向に３８度回転して順方向の入射光９と偏光方向が直交し、入射側ガラス偏光子５によりそのほとんどの光パワーが遮断されるので逆方向の損失は大きくなる。
【００２０】
本実施例における順方向損失の波長特性を図２（ａ）に、逆方向損失の波長特性を図２（ｂ）に示す。波長λ１、λ２それぞれの光に対する順方向損失はそれぞれ０．２ｄＢ、０．５ｄＢとなり、逆方向損失はそれぞれ１２ｄＢ、４１ｄＢとなった。すなわち、波長λ１＝１４００ｎｍの入射光に対しては順方向損失を小さくし、波長λ２＝１６１０ｎｍの入射光に対しては逆方向損失を大きくできた。
【００２１】
次に、本発明による光アイソレータの他の実施例を説明する。光通信システムでは、加入者端との間の通信において、対向する２つの端末の送信光源に異なる波長を用いて１本の光ファイバで双方向通信を行う方式があり、図３は、このようなシステムに用いる本発明による光アイソレータの実施例である双方向光モジュールの断面図を示す。
【００２２】
送信用の光源である波長１４９０ｎｍのレーザーダイオード（以後、ＬＤとする）２０、受信する波長１３１０ｎｍ用の光検出器であるフォトダイオード（以後、ＰＤとする）２１、送信波長と受信波長を分離する波長フィルタ２３、光ファイバ端末２４が一体型になり双方向光モジュールが構成されている。さらに図３においては光ファイバ端末２４の光入出射端面に本発明による光アイソレータが設置されている。
【００２３】
すなわち光ファイバ端末２４の光入出射端面にファラデー回転子を構成するガーネット結晶２６と入射側ガラス偏光子２５、出射側ガラス偏光子２７が一体となった光アイソレータ素子が接着などの方法により固定され、その外側に磁界を印加する磁石２８が固定されている。また、モジュール内には、ＬＤ２０の出射光をコリメートするためのレンズ３１、そのコリメート光を光ファイバ端末２４に入射し、かつ、光ファイバ端末２４からモジュール内に出射する光をコリメートするためのレンズ３２、光ファイバ端末２４からの光をＰＤ２１に入射するためのレンズ３３がそれぞれ設置されている。
【００２４】
本実施例においては光アイソレータに用いるガーネット結晶２６としては上述の実施例と同様に波長係数が−０．０７ｄｅｇ／ｎｍのＧｄ系のガーネットを用いた。また、ＬＤから出射される波長は１４９０ｎｍなので、光アイソレータの順方向損失は１４９０ｎｍの光に対して最小、すなわちλ１を１４９０ｎｍとし、また、ＬＤ２０への戻り光の逆方向損失を本実施例が用いられる加入者端で実用上必要とされる１０ｄＢ以上で、かつ、加入者端で受信する１３１０ｎｍの光が光アイソレータの逆方向から入射したときの光アイソレータによる損失が６ｄＢ程度以下となるように逆方向損失最大となる波長λ２を設計した。
【００２５】
この結果、λ２＝１７００ｎｍとし、その波長の入射光に対してファラデー回転角θ２＝３８°となるようにその厚さを設定した。この場合、波長λ１＝１４９０ｎｍの入射光に対しては上記の波長係数よりファラデー回転角はθ１＝５２°となり条件θ１＋θ２＝９０±５°が満たされる。
【００２６】
入射側ガラス偏光子２５はＬＤ２０の偏光方向に偏光軸を合わせ、出射側ガラス偏光子２７はそこから５２°回転された偏光方向に偏光軸を合わせる。
【００２７】
本実施例のアイソレータ特性の順方向損失特性、逆方向損失特性を、それぞれ図４（ａ）および図４（ｂ）に示す。１４９０ｎｍの光を順方向から入射したときの順方向損失は０．２ｄＢ、１４９０ｎｍの光を逆方向から入射させたときの逆方向損失は約１２ｄＢになった。一方、光ファイバ端末２４側から双方向光モジュールに１３１０ｎｍの光が入射したときの光アイソレータによる損失、すなわち、波長１３１０ｎｍに対する逆方向損失は６．５ｄＢになり、上述の実用上の必要性能が得られることが確認できた。
【００２８】
現在、アイソレータを組み込んだ光モジュールでは、小型、低価格対応のため、上記文献に示されるように光ファイバ端面に小型の光アイソレータを設置したピグテールタイプの光アイソレータが使用されることが多い。しかし、本実施例のような双方向光モジュールでは光ファイバ出射端では双方向に光を通過させる必要があるためこのタイプは使用できない。結局、従来は光アイソレータをＬＤ２０と波長フィルタ２３の間に入れるしかなく、光アイソレータ部分の小型化、低価格化が困難となっている。
【００２９】
これに比べて本実施例では、上述のように順方向損失が最小となる波長と逆方向損失が最大となる波長を大きく変えることにより双方向光モジュールにピグテールタイプの光アイソレータを使用することが可能となり、双方向光モジュールの小型、低価格化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による光アイソレータの一実施例の構造を示す斜視図。
【図２】本発明による光アイソレータの特性を示す図。図２（ａ）は、順方向損失特性を示す図、図２（ｂ）は、逆方向損失特性を示す図。
【図３】本発明による光アイソレータの実施例に係る双方向光モジュールの断面図。
【図４】図３に示す光アイソレータの特性を示す図。図４（ａ）は、光アイソレータの順方向損失特性を示す図、図４（ｂ）は、光アイソレータの逆方向損失特性を示す図。
【図５】従来の光アイソレータの構造を示す斜視図。
【図６】従来の光アイソレータの特性を示す図。図６（ａ）は、順方向損失特性の一例を示す図、図６（ｂ）は、逆方向損失特性の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
５，２５    入射側ガラス偏光子
６，１６，２６    ガーネット結晶
７，２７    出射側ガラス偏光子
８，２８    磁石
９    順方向の入射光
１０    逆方向からの入射光
１５    入射側偏光子
１７    出射側偏光子
２０    ＬＤ
２１    ＰＤ
２３    波長フィルタ
２４    光ファイバ端末
３１，３２，３３    レンズ
【図１】
2007079074.tif 000003
【図２】
2007079074.tif 000004
【図３】
2007079074.tif 000005
【図４】
2007079074.tif 000006
【図５】
2007079074.tif 000007
【図６】
2007079074.tif 000008