(57)【要約】【課題】戻り光や順方向での漏れ光を受光する機構を設け、そこで光を熱に変換し、さらに、放熱することで、戻り光による光アイソレータモジュール自体の損傷や温度上昇を防ぐことにより、例えば、１０８０ｎｍ帯のファイバーレーザのような高出力下での使用時においても、安定した特性を示す光アイソレータを提案する。【解決手段】入射コリメータと、入射コリメータの光軸上に順に配置される非相反部及び出射コリメータと、出射コリメータから戻る戻り光を熱変換する第１の熱変換処理部と、非相反部から漏れる漏れ光を熱変換する第２の熱変換処理部とを備える光アイソレータである。【選択図】図１
2007183419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射コリメータと、
前記入射コリメータの光軸上に順に配置される非相反部及び出射コリメータと、
前記出射コリメータから戻る戻り光を熱変換する第１の熱変換処理部と、
を備える、光アイソレータ。
【請求項２】
入射コリメータと、
前記入射コリメータの光軸上に順に配置される非相反部及び出射コリメータと、
前記非相反部から漏れる漏れ光を熱変換する第２の熱変換処理部と、
を備える、光アイソレータ。
【請求項３】
入射コリメータと、
前記入射コリメータの光軸上に順に配置される非相反部及び出射コリメータと、
前記出射コリメータから戻る戻り光を熱変換する第１の熱変換処理部と、
前記非相反部から漏れる漏れ光を熱変換する第２の熱変換処理部と、
を備える、光アイソレータ。
【請求項４】
前記第１の熱変換処理部、及び／又は、前記第２の熱変換処理部は、光軸方向に対し垂直に配置されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の光アイソレータ。
【請求項５】
前記第１の熱変換処理部、及び／又は、前記第２の熱変換処理部には、レンズが備えられていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の光アイソレータ。
【請求項６】
前記戻り光は光路変換機構によって、前記第１の熱変換処理部に誘導されることを特徴とする、請求項１、３、４、５のいずれか１項に記載の光アイソレータ。
【請求項７】
前記漏れ光は光路変換機構によって、前記第２の熱変換処理部に誘導されることを特徴とする、請求項２、３、４、５のいずれか１項に記載の光アイソレータ。
【請求項８】
前記光路変換機構は、プリズムであることを特徴とする、請求項６または７に記載の光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光受動部品として、主に光通信分野やファイバーレーザで戻り光の防止に用いられる光アイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信システムにおいては、光信号を電気信号に変換せず、光信号のまま直接増幅する装置である光増幅器や、わずかに波長の異なる数十種の光信号を１本の光ファイバに同時に伝送する光多重通信技術が実用化され、より大容量、低減衰率のシステムが実現しつつある。
【０００３】
そのような光通信システムにおいて、光半導体レーザを光計測などの光信号電送系の光源として用いる場合、半導体レーザからの出射光の一部が、伝送路あるいは電送用光学部品の各接続部で反射して半導体レーザへ帰還した場合には、半導体レーザの発振特性の不安定化や雑音増加を引き起こす。この戻り光が帰還するのを防止するために、一般的に光アイソレータが使用される。
【０００４】
特許文献１では従来の光アイソレータを開示している。この光アイソレータの基本構成は、図５に示すように、ファラデー効果を有するＦＲ（Faraday Rotator：ファラデー回転子）４３と、一対の第１の偏光子４５及び第２の偏光子４７と、ファラデー回転子４３に磁界を印加するための磁石４９とから構成され、ＦＲ４３、第１の偏光子４５、第２の偏光子４７がそれぞれ光軸調整されている。
【０００５】
図５において矢印ａの方向に伝搬する入射光は、第１の偏光子４５を通過後、直線偏光となってファラデー回転子４３に入射する。そして、このファラデー回転子４３を伝搬中、光はその入射面が磁石４９の磁界強度により通常４５度回転した状態で第２の偏光子４７に入射する。ここで、第２の偏光子４７の傾きは予め入射光の偏波面傾き（４５度）と等しく設定されているので、第２の偏光子４７はこの入射光を透過させる。
【０００６】
一方、図５において矢印ｂのように逆方向に伝搬する入射光（戻り光）は、第２の偏光子４７とファラデー回転子４３を透過することにより、第１の偏光子４５の偏波面に対して９０度傾いた偏波面を持った直線偏光になって第１の偏光子４５に入射されるので、この逆方向の入射光は第１の偏光子４５を透過しない。従って、この光アイソレータを使用することによって、戻り光の帰還を防止することができる。
【特許文献１】特開平５−７１３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、高出力の半導体レーザやファイバーレーザを使用し、従来の光アイソレータを使用すると、戻り光量が多くなるために光アイソレータ内での戻り光の影響が無視できなくなってくる。戻り光が散乱し、その結果から、モジュール内の温度上昇が生じ、アイソレーションの低下などモジュール特性の劣化を招いたりモジュールが故障したり、戻り光が入射側ファイバーの近辺に集光されてファイバを固定している接着剤や部材を損傷するという問題を有していた。
【０００８】
また、順方向においても同様に、使用される複屈折結晶の光軸の設定誤差やファラデーローテーションの波長特性などにより生じる偏波面と偏光子の透過軸のずれなどによって、漏れ光を生じ、それが温度上昇を招き、戻り光と同様に高出力の半導体レーザ使用時のモジュールの特性劣化や故障要因となっていた。
【０００９】
したがって、本発明においては、戻り光や順方向での漏れ光を受光する機構を設け、そこで光を熱に変換し、さらに、放熱することで、戻り光による光アイソレータモジュール自体の損傷や温度上昇を防ぐことにより、例えば、１０８０ｎｍ帯のファイバーレーザの様な高出力下での使用時においても、安定した特性を示す光アイソレータを提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光アイソレータの第１の態様は、入射コリメータと、入射コリメータの光軸上に順に配置される非相反部及び出射コリメータと、出射コリメータから戻る戻り光を熱変換する第１の熱変換処理部とを備える光アイソレータである。
【００１１】
本発明の光アイソレータの第２の態様は、入射コリメータと、入射コリメータの光軸上に順に配置される非相反部及び出射コリメータと、非相反部から漏れる漏れ光を熱変換する第２の熱変換処理部とを備える光アイソレータである。
【００１２】
本発明の光アイソレータの第３の態様は、入射コリメータと、入射コリメータの光軸上に順に配置される非相反部及び出射コリメータと、出射コリメータから戻る戻り光を熱変換する第１の熱変換処理部と、非相反部から漏れる漏れ光を熱変換する第２の熱変換処理部とを備える光アイソレータである。
【００１３】
本発明の光アイソレータの第４の態様は、第１の熱変換処理部、及び／又は、第２の熱変換処理部は、光軸方向に対し垂直に配置されることを特徴とする光アイソレータである。
【００１４】
本発明の光アイソレータの第５の態様は、第１の熱変換処理部、及び／又は、第２の熱変換処理部には、レンズが備えられていることを特徴とする光アイソレータである。
【００１５】
本発明の光アイソレータの第６の態様は、戻り光は光路変換機構によって、第１の熱変換処理部に誘導されることを特徴とする光アイソレータである。
【００１６】
本発明の光アイソレータの第７の態様は、漏れ光は光路変換機構によって、第２の熱変換処理部に誘導されることを特徴とする光アイソレータである。
【００１７】
本発明の光アイソレータの第８の態様は、光路変換機構は、プリズムであることを特徴とする光アイソレータである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光アイソレータに、戻り光や順方向での漏れ光を受光する機構を設けたことにより、そこで光を熱に変換し、さらに、放熱することで、モジュール自体の戻り光などによる直接の損傷や温度上昇を防ぐことが可能となった。したがって、高出力の半導体レーザやファイバーレーザ使用時においても、安定した特性を示す光アイソレータを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図１から図４を参照して、詳細に説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の光アイソレータの平面図である。この光アイソレータ１は、筐体２の内部に、入射コリメータ３と、非相反部５と、出射コリメータ７とを光軸上に備える。また、この光アイソレータ１には、光軸方向に対し垂直に第１の熱変換処理部９と、第２の熱変換処理部１１とが筐体２に外付けされる。
【００２１】
入射コリメータ３は、入射光が伝播する光ファイバ１３ａと、光ファイバ１３ａから出力される入射光の広がりを抑えるレンズ１５ａとから構成され、非相反部５に対して、入射光が出力される。光ファイバ１３ａ及びレンズ１５ａには、高出力のレーザに耐えられ得る素材が望ましい。
【００２２】
非相反部５は、入射コリメータ３から出力される入射光を偏光する第１の偏光子１７と、ファラデー効果により偏光面を回転させるＦＲ１９と、ＦＲ１９の温度特性または波長特性を補償する水晶旋光子２１と、水晶旋光子２１を透過した入射光を偏光する第２の偏光子２３とから構成される。偏光子１７、２３には入射光の偏波状態に関わらず低損失・光アイソレーションを実現でき、かつレーザ損傷閾値を上げるため、使用する波長に対する吸収係数の小さな複屈折結晶が用いられている。
【００２３】
複屈折結晶としては、屈折率が大きく消光比特性が優れたルチル（ＴｉＯ２）、方解石（ＣａＣＯ３；カルサイト）、ＹＶＯ４結晶、ＬＮ結晶（ＬｉＮｂＯ３；リチウムナイオベイト）などが主に用いられる。ここに示す例では、複屈折結晶は戻り光の光路を光の伝播方向と水平にオフセットさせる機能を持つが、光アイソレータの構成として良く知られているように楔型のものや、楔型と平行平板型の併用をする構成も考えられる。また、グラントムソンプリズムの様な偏光プリズムの使用など、用途に応じて様々な構成が考えれる。楔型の複屈折結晶を使用する場合、戻り光や漏れ光は光の伝播方向からある角度傾いた光路を取ることとなる。なお、ＦＲ１９の周辺には、ＦＲ１９に磁界を印加するための磁石４９が備えられている。
【００２４】
ＦＲ１９と、水晶旋光子２１は、第１の偏光子１７及び第２の偏光子２３によって挟まれる構造を有している。水晶旋光子は、ＦＲ１９の温度特性や波長特性を補償する目的で配置されており、設計によりＦＲ１９の後ろに配置してもよいし、前に配置しても良い。また、水晶旋光子以外にも、水晶やＬＮなどの複屈折結晶の位相差板の使用や組み合わせによっても同じような効果を得ることができる。これらの設計は使用するＦＲ１９の特性により最適化される。使用上ＦＲ１９の波長特性や温度特性が許容される場合は、補償素子はなくても良い。出射コリメータ７は、非相反部５から出力される出射光を出射側ファイバ端面に集光するレンズ１５ｂと、出射光が伝播する光ファイバ１３ｂとから構成される。
【００２５】
第１の熱変換処理部９は、入射コリメータ３と非相反部５の間に光軸方向に対し垂直に配置される。そして、出射コリメータ７から入射コリメータ３の方向に戻る光（戻り光）を吸収して熱に変換し、外部へ放熱する。なお、本実施形態においては、光軸方向に対し、垂直に第１の熱変換処理部９が配置されているが、垂直に配置することに限られない。
【００２６】
また、第２の熱変換処理部１１は、出射コリメータ７と非相反部５の間に光軸方向に対し垂直に配置される。そして、第２の偏光子２３から出射コリメータ７へ伝播する際に、その一部が漏れた入射光（漏れ光）を吸収して熱に変換し、外部へ放熱する。なお、本実施形態においては、光軸方向に対し、垂直に第２の熱変換処理部９が配置されているが、垂直に配置することに限られない。
【００２７】
したがって、これらの戻り光、及び、漏れ光は、入射コリメータ３または出射コリメータ７と非相反部５の間に配置されたプリズム等の光路変換機構２５によって、光軸方向から垂直方向へ方向を変換し、各熱変換処理部へ誘導することができる。
【００２８】
次に、本発明の光アイソレータ１の動作を図面を参照して説明する。図２は、戻り光の熱変換を模式的に示す平面図である。図２に示すように、出射コリメータ７から入射コリメータ３へ戻る戻り光は、第２の偏光子２３、水晶旋光子２１、ＦＲ１９、第１の偏光子１７を透過する。しかしながら、第１の偏光子では、戻り光は入射コリメータ３へ戻らず、光路変換機構２５によって、第１の熱変換処理部９へ誘導され、戻り光は熱に変換され、空冷される。戻り光処理部及び／又はモジュール本体をヒートシンク上に熱伝達の良い材料を介して搭載すると、より放熱効率が上がり、モジュールの温度上昇を防ぐことができる。
【００２９】
また、図３は、漏れ光の熱変換を模式的に示す平面図である。図３に示すように、約３０ｋＷ程度の高出力のレーザ光を入射コリメータ３に入射する。入射コリメータ３から出力された入射光は、非相反部５の内部に形成された第１の偏光子１７に入射する。第１の偏光子１７では、入射コリメータ３から入射した入射光が直線偏光となり、ＦＲ１９に入射する。
【００３０】
ＦＲ１９に入射した入射光は、ファラデー効果により角度が回転し、水晶旋光子２１を透過後、第２の偏光子２３に入射する。第２の偏光子２３では、水晶旋光子２１から出射し、ＦＲ１９によって回転された直線偏光を出射コリメータ７に向けて透過するとともに、光学素子の回転能の精度や波長特性および偏光子の配置精度などにより第２の偏光子２３の光軸への入射角が設計からずれた直線偏光成分の一部が第２の偏光子２３の外部に漏れ、光路変換機構２５によって、方向が変換され、第２の熱変換処理部１１によって熱変換され、空冷される。
【００３１】
上述したこれらの２つの熱変換処理部９、１１によって、モジュール内の温度上昇が抑制され、光アイソレータの故障を防止することが可能である。これによって、高出力での使用においても、安定した特性を示す光アイソレータを実現できる。
【００３２】
次に上述した熱変換処理部について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図１に示される光アイソレータの各部と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３３】
図４は熱変換処理部の平面図である。図４に示すように、熱変換処理部９は、戻り光または漏れ光を受光する受光部２７と、受光部２７と断熱材３３とを接合する接合部２９とから構成される。さらに、受光部２７には、戻り光等を拡散するボールレンズ３１が形成されている。図４に示す矢印は、戻り光等が多重反射している様子を示している。
【００３４】
ここで、受光部２７の材料には、アルミニウム等の金属やセラミックスなど、高融点・高温耐性であって、熱伝導性の大きな材料が望ましい。また、熱変換処理部からモジュール側へは熱が伝わらないようにするために、モジュールと熱変換処理部との間に樹脂等の断熱材３３を介する断熱構造とすることが好ましい。接合部の材料（断熱材）には、デルリン（登録商標）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、熱可塑性ポリイミド等の高温耐性・高断熱性であって、アウトガスの小さい断熱用樹脂が望ましい。これによって、筐体内への熱流入を抑制できる。
【００３５】
熱変換処理部は、モジュール本体から離しても良く、コリメータなどで戻り光を受光して光導波路を伝播させた後熱変換処理部に入射させても良い。楔型の複屈折結晶を使用する場合などで、戻り光と入射光の分離が難しい場合に、例えば入射側コリメータのファイバを３芯にして、入射ファイバの両側にシングルモードファイバ（ＳＭＦ）やマルチモードファイバ（MMF）を戻り光受光用として配置すると、プリズムなどによる光の分離の必要がなく、熱変換処理部を別にすることで光アイソレータ自体の温度上昇を防ぐことができ、サイズを小さくすることも可能となる。
【００３６】
熱変換処理部９では、ボールレンズ３１を介して流入する戻り光または漏れ光を多重反射させながら、それらの光を吸収する。受光した光は熱に変換して空冷される。光を効率的に熱に変換し、入射した光をモジュール内部に漏らさないよう光トラップの機能を備える構造をとることが望ましい。本実施例の構造以外に、円錐状の受光部を設けても良い。受光部２７の吸収係数を上げることも構造と同様に戻り光を外部に漏らさないために効果的である。金属の吸収係数を上げるためには、レイデント処理,  ＮｉＰ無電解メッキなどのメッキ処理,  黒アルマイトなどの表面処理の方法がある。なお、ボールレンズ３１を介して光を拡散させることによって、受光部２７での熱の吸収が全体で行われ、より早く空冷することが可能である。空冷には、ペルチェ素子などを使用してもよい。
【００３７】
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。光アイソレータ以外の高出力用モジュールでも、例えばフィルターモジュールやＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing；波長分割多重）モジュールなどのように、モジュール内での余計な反射光量が大きい場合に、その反射光を受光して熱に変換することで同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の光アイソレータにより、戻り光や順方向での漏れ光を受光する機構を設けたことにより、そこで光を熱に変換し、さらに、放熱することで、モジュール自体の温度上昇を防ぐことが可能となり、産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明の光アイソレータの平面図である。
【図２】図２は、戻り光の熱変換を模式的に示す平面図である。
【図３】図３は、漏れ光の熱変換を模式的に示す平面図である。
【図４】図４は、熱変換処理部示す平面図である。
【図５】図５は、従来の光アイソレータ示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、４１  光アイソレータ
２  筐体
３  入射コリメータ
５  非相反部
７  出射コリメータ
９  第１の熱変換処理部
１１  第２の熱変換処理部
１３  光ファイバ
１５  レンズ
１７、４５  第１の偏光子
１９、４３  ファラデー回転子
２０、４９  磁石
２１  水晶旋光子
２３  第２の偏光子
２５  光路変換機構
２７  受光部
２９  接続部
３１  ボールレンズ
３３  断熱材
【図１】
2007183419.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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