(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー回転ミラーは、光入出射部と、レンズと、ファラデー回転子を構成するガーネットと、マグネットと、ミラーとを備え、
ミラーの反射面が凹面形状に形成されると共に、
光入出射部の端部が斜めに形成され、
ガーネットの片面の光学面に、ガーネットの屈折率と同一の屈折率を有する屈折率整合素子が１つ設けられ、
屈折率整合素子とガーネットとミラーは、光入出射部の光入出射端部から順に、レンズ、屈折率整合素子、ガーネット、ミラーの順に配置され、
ガーネットと接しない屈折率整合素子の光学面が、ガーネットの光学面に対して傾いて形成されることで、屈折率整合素子の形状が楔型に形成され、
マグネットはガーネットに飽和磁界を印加して、ガーネットを磁気飽和させて45度の回転角を発生させることを特徴とするファラデー回転ミラー。
【請求項２】
ミラーの反射面の曲率半径の中心と、
レンズの前側主点又は後側主点のどちらかが、
一致されることを特徴とする請求項１に記載のファラデー回転ミラー。
【請求項３】
屈折率整合素子、及びガーネットが、ファラデー回転ミラーの内部を伝搬する光の光路に対して傾けて配置されることにより、
ガーネットの光学面に対して光が垂直に入射されることを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載のファラデー回転ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバセンサシステム或いは光増幅システム等に用いられ、これらのシステムを安定して動作させるために使用される光受動部品のファラデー回転ミラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバセンサは、系の経路が主として光ファイバで構成され、検知要素を光ファイバの光路のいずれかに持つもので、検知要素は測定したい量によって何らかの光学的な特性の変化を受けるものである。例えば、シングルモードファイバを検知要素として用いる場合には、振動、圧力、温度、電界、磁界、音波等の外力を検知する事ができ、これらの外力による光ファイバの光路長の変化を光ファイバ干渉計によって検出する。
【０００３】
しかし、このような光ファイバセンサにおいては、光ファイバ中の複屈折による光の偏波状態の偶発的な変化により、出力干渉縞のゆらぎ、信号の消滅が発生することが問題となる。
【０００４】
このような問題に対し、光ファイバ干渉計の一部にファラデー回転ミラーを使用することが提案されている。このファラデー回転ミラーは、光ファイバ中の複屈折により発生する偏波状態の変動を除去し、任意の入力偏波状態を保存する光部品である。このようなファラデー回転ミラーの一例として、ミラーの反射面が凹面形状に形成された型式のものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３３５９３（第５−７頁、第１図）
【０００６】
図５に特許文献１のファラデー回転ミラーの構成を示す。図５のファラデー回転ミラー100は、光ファイバ101、フェルール102、ファラデー回転子103、全反射ミラー104、マグネット105、及び光学接着剤106で構成される。ファラデー回転子103は光ファイバ101に対向する面が球状に成形されると共に、光ファイバ101と反対側の面は凸レンズ状に形成され、この反対側の面に凹面形状の反射面を有する全反射膜ミラー104が形成される。ファラデー回転子103の材料にはビスマス置換ガーネット結晶等が用いられ、その厚さは入射光の偏波方向が45度回転するように調整されている。
【０００７】
又、ファラデー回転子103の凸レンズ状をした面103bの中心は、光ファイバ101の光軸上が前記面103bの中心のところにあるとする。そのため入射光107はファラデー回転子103内を光ファイバのファイバ軸と平行に透過し、全反射ミラー膜104で全反射され入射光路上を逆方向に進み、光ファイバ101に再度入射するように設定及び配設される。
【０００８】
光ファイバ101の端面101aから入射光107が、光学接着剤106を透過して面103aに入射するとき、面103aにおける不要反射光107aは、光軸に対して２倍の角度ズレをもって反射されるため、光ファイバ101にほとんど結合せず、不要反射光が除去される。
【０００９】
一方、面103aを透過した光は、面103bに入射して全反射膜ミラー104で反射され、その反射光108は入射光107と同じ光路を通り、屈折による入射軸ズレや角度ズレを発生することなく光ファイバ101に効率良く入射する。従って、挿入損失が小さく、不要反射光107aの非常に小さい高特性のファラデー回転ミラー100が実現する。
【００１０】
前記の通り全反射膜ミラー104の反射面の形状が凹面形状なので、反射光108を再び光ファイバ101に戻すためには、ファイバ軸と全反射ミラー104の光軸を一軸上に一致させなければならない。従って、全反射ミラー104からの反射光を高結合効率で光ファイバ101に入射させるためには、光ファイバ端面101aの角度は光軸に対して垂直に設定せざるを得ない。
【００１１】
光ファイバ端面101aの角度が光軸に対して垂直な状態で、光ファイバ端面101aでの反射減衰量を低減する手段としてAR（Anti-Reflection）コートが考えられる。しかしながら、一般的にARコートの反射減衰量は30dB程度に止まる。一方、ファラデー回転ミラーには50dB以上の反射減衰量が必要とされているため、ARコートで50dB以上の反射減衰量を達成する必要があるが、そのようなことは非現実的であった。
【００１２】
そこで、光ファイバ端面での反射減衰量を改善するため、ミラーの反射面を平板形状にし、光ファイバ先端を斜めに成形したファラデー回転ミラーが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【００１３】
【特許文献２】特開平０９−２６５５６（第３−４頁、第１図）
【００１４】
図６に特許文献２のファラデー回転ミラーの構成を示す。図６に示すように、ファラデー回転ミラー109は、コア拡大光ファイバ110、楔型のファラデー回転子111、全反射ミラー膜112、及びマグネット113より構成される。コア拡大ファイバ110（以下、必要に応じて、単に光ファイバ110と表記）の端面Ａは、コア拡大光ファイバ110の光軸に垂直な面に対してα度傾斜しているため、Ａ面で発生する不要反射光は、光軸に対し２α度以上の角度ズレをもって反射され、コア拡大光ファイバ110にほとんど入射しない。従って、光ファイバ端面Ａでの反射減衰量が改善される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図６のようなファラデー回転ミラー109の構成では、ファラデー回転子111に対して光ファイバ110を位置決めして固定する際に、YAGレーザを図示しないフェルールホルダに発射することがある。しかしながらYAGレーザをフェルールホルダに発射すると、フェルールホルダが熱収縮を起こして光ファイバ110の位置ずれが発生してしまう。このため、YAGレーザを打った位置とは更に逆の位置に、再びYAGレーザを打ってフェルールホルダの位置修正を行い、ずれの少ない位置にフェルールホルダを位置決め修正するという追加作業を行うのが一般的である。このような追加作業があるために、ファラデー回転ミラーは量産性に欠けていた。又、追加作業の正確性には熟練を有するため、歩留まりの低下も招いていた。
【００１６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射減衰量を低減しながら、量産性向上、歩留まり向上が図れるファラデー回転ミラーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の請求項１に記載のファラデー回転ミラーは、光入出射部と、レンズと、ファラデー回転子
を構成するガーネットと、マグネットと、ミラーとを備え、
ミラーの反射面が凹面形状に形成されると共に、
光入出射部の端部が斜めに形成され、
更に、ガーネットの片面の光学面に、ガーネットの屈折率と同一の屈折率を有する屈折率整合素子
が１つ設けられ、
屈折率整合素子とガーネットとミラーは、光入出射部の光入出射端部から順に、レンズ、屈折率整
合素子、ガーネット、ミラーの順に配置され、
ガーネットと接しない屈折率整合素子の光学面が、ガーネットの光学面に対して傾いて形成される
ことで、屈折率整合素子の形状が楔型に形成され、
マグネットはガーネットに飽和磁界を印加して、ガーネットを磁気飽和させて45度の回転角を発生させることを特徴とするファラデー回転ミラーである。
【００１８】
更に、請求項２に記載のファラデー回転ミラーは、ミラーの反射面の曲率半径の中心と、レンズの前側主点又は後側主点のどちらかが、一致されることを特徴とする請求項１に記載のファラデー回転ミラーである。
【００２０】
更に、請求項３に記載のファラデー回転ミラーは、屈折率整合素子、及びガーネットが、ファラデー回転ミラーの内部を伝搬する光の光路に対して傾けて配置されることにより、
ガーネットの光学面に対して光が垂直に入射されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のファラデー回転ミラーである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の請求項１記載のファラデー回転ミラーに依れば、光入出射部の端部を斜めに形成することにより、光入出射部の端部で発生する不要反射光の反射戻り光が防止され、光入出射部にほとんど反射戻り光が入射しない。よって、光入出射部の端部での反射減衰量が改善される。
更に、屈折率整合素子にガーネットと同一の屈折率を有する光学材料を使用することにより、屈折率整合素子とガーネットとの界面に於けるフレネル反射を防止して、光ファイバへの反射戻り光を防止することが可能となる。
【００２２】
更に、光ファイバやレンズを、YAGレーザを使用して固定する際に位置ずれが発生しても、ミラーの反射面の凹面形状によってレンズ−ミラー間のトレランスが緩和されて前記位置ずれ分の誤差が吸収される。従って、ファラデー回転ミラーとして、反射減衰量を低減しながら量産性向上と歩留まり向上が図れる。
【００２３】
更に本発明の請求項２記載のファラデー回転ミラーに依れば、ミラーの反射面の曲率半径の中心と、レンズの前側主点又は後側主点のどちらかを一致させることにより、請求項１のファラデー回転ミラーに対して更に前記位置ずれ分の誤差を吸収することが可能となる。従って、一層、反射減衰量を低減しながら、ファラデー回転ミラーの量産性向上と歩留まり向上を図ることが可能となる。
【００２５】
更に本発明の請求項３記載のファラデー回転ミラーに依れば、ガーネットを傾けると共に、ガーネットの光学面に伝搬光を垂直に入射させることにより、ガーネットの光学面での光ファイバへの反射戻り光を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係るファラデー回転ミラーの最良の実施形態を、図１乃至図４に基づいて詳細に説明する。なお、各図に示してあるx軸乃至z軸は、それぞれの図で一対一に対応している。図１(a)，(b)及び図２(a)，(b)に、光の伝搬方向をz軸、z軸に直交する面内のそれぞれ水平方向をx軸、垂直方向をy軸としたときの、ファラデー回転ミラー１の光入出射部２からミラー７までの各光学部品の構成と配置を示す。なお、図４に示すように、伝搬光が各光学部品内部を透過する際の光路は破線で表し、それ以外の光路は実線で表すものとする。
【００２７】
本発明のファラデー回転ミラー１は、図１又は図２に示すように、レンズ３、ファラデー回転子を構成するガーネット５、ガーネット５に飽和磁界を印加するマグネット６、ガーネット５の屈折率と同一の屈折率を有する屈折率整合素子４の各光学部品を備える。更に、これら光学部品の一端側に光入出射部２が配置されると共に、前記各光学部品を挟んで光入出射部２の反対側には、ミラー７が備えられている。
【００２８】
各光学部品は、光入出射部２の光入出射端部からz軸方向に順に、レンズ３，屈折率整合素子４，ガーネット５と配置されている。各光学部品のそれぞれの光学面には、SiO2/TiO2等の反射防止コートを施すことが望ましい。
【００２９】
光入出射部２は、導波路として用いられる単芯の光ファイバで構成されている（以下、必要に応じて、光ファイバ２と表記する）。光ファイバ２はシングルモード光ファイバ（Single Mode Fiber：SMF）である。光ファイバ２は光を発振する図示しないレーザーダイオード（Laser Diode：LD）に光学的に接続されており、LDから出射された光を伝搬して前記光学部品に出射すると共に、ミラー７によって反射された反射光を受光して、図示しない受光器へと反射光を伝搬させる。
【００３０】
更に、光入出射部である光ファイバ２の端部は斜めに形成される。その斜め形成角度θは、光ファイバのファイバ軸に垂直な面に対して、６度以上１３度以下に設定される。このような斜め角度θを光ファイバ２端部に設けることにより、光ファイバ２端部で発生する不要反射光が、ファイバ軸に対して２θ以上の角度ズレをもって反射される。従って、光ファイバ２端部での反射戻り光が防止され、光ファイバ２にほとんど反射戻り光が入射しない。よって、光ファイバ２端部での反射減衰量が改善される。
【００３１】
レンズ３は、入射した光の収束を行うもので、非球面レンズ，ボールレンズ，平凸レンズ或いは分布屈折率レンズ等を使用することが出来る。
【００３２】
ガーネット５は、レンズ３を透過した光を入射して、その光の偏波面を回転させる非相反性の偏波面回転素子であり、マグネット６の近傍に設置され、そのマグネット６からの磁界が印加されることで磁気飽和されて所定の回転角を発生する。ガーネット５には、使用波長帯域で磁気飽和時の回転角が45度である、出来るだけ薄い物を使用する。ガーネット５としては、強磁性のビスマス置換型ガーネットが最適である。また、ガーネット５の外形は平板状に形成される。
【００３３】
ガーネット５の片面の光学面には、ガーネット５の屈折率と同一の屈折率を有する１つの屈折率整合素子４が設けられる。前記のビスマス置換型テルビウム−鉄−ガーネットの屈折率は約2.3なので、屈折率整合素子４にはSrTiO3が最適である。
【００３４】
一方、ガーネット５と接しない屈折率整合素子４の光学面は、研磨によりガーネット５の光学面に対して斜め成形角φだけ傾いて形成される（図３参照）。斜め成形角φは任意に設定される。従って、屈折率整合素子４の外形形状は楔型に形成される。ガーネット５と屈折率整合素子４の一体化は、屈折率整合素子４の片面の光学面上に、エアロゾルデポジッション法によりガーネット５を成膜することで行うことが望ましい。
【００３５】
ミラー７は、ガーネット５を透過した光を反射する反射鏡であり、本実施の形態では一例として、反射面7aが凹面形状に形成された全反射ミラーが用いられる。更に、図１(a)又は図２(a)に示すように、反射面7aの曲率半径の中心と、レンズ３の前側主点Ｈ又は後側主点Ｈ’のどちらかが同一点で一致するように、ミラー７とレンズ３とが構成される。図１及び図２に示すように、レンズ３が両面凸レンズの場合、主点は前側主点Ｈ及び後側主点Ｈ’の２点存在するので、どちらかの主点と反射面7aの曲率半径の中心とを一致させれば良い。図１(a)は、前側主点Ｈと反射面7aの曲率半径の中心とを一致させた場合のファラデー回転ミラー１の構成を示し、図２(a)は、後側主点Ｈ’と反射面7aの曲率半径の中心とを一致させた場合のファラデー回転ミラー１の構成を示している。又、レンズ３がボールレンズのように主点が１つの場合は、その１つの主点と反射面7aの曲率半径の中心とを一致させる。
【００３６】
屈折率整合素子４とガーネット５とミラー７は、光ファイバ２の光入出射端部から順に、屈折率整合素子４、ガーネット５、及びミラー７の順に配置される。屈折率整合素子４及びガーネット５は、ファラデー回転ミラー１内部を伝搬する伝搬光の光路（z軸方向）に対して、図３に示すように傾斜設置角α分だけ傾けて配置される。傾斜設置角αは任意に設定可能である。
【００３７】
次に、ファラデー回転ミラー１の動作について図４を参照して説明する。光ファイバ２に光が入射されると、その光は光ファイバ２を伝搬して、その光入出射端部からレンズ３へと出射される。出射の際に光は一定の広がり角でビーム径が広がりながら、レンズ３の光軸に対し平行に、レンズ３に入射され、収束光に変換される。このとき一部の光はレンズ３表面で反射され、反射戻り光として光ファイバ２に再入射しようとするが、前記の通り光ファイバ２端部は角度θで斜めに形成されている。従って、光ファイバ２にほとんど反射戻り光が入射しないので、光ファイバ２端部での反射減衰量が改善される。一方、収束光の光線軸がz軸に対し平行となるように、収束光はレンズ３から出射される。
【００３８】
レンズ３を透過した光は、次に屈折率整合素子４の斜めに成形された光学面に入射され、その光学面でスネルの法則により屈折される。屈折された光がガーネット５の光学面に対して垂直に入射するように、斜め成形角φと傾斜設置角αが設定される。
【００３９】
ガーネット５はマグネット６からの飽和磁界を受けているので、入射光はガーネット５を透過する毎に、その偏波方向が光の進行に対し非相互的に45度回転される。
【００４０】
45度回転してガーネット５から出射した光は、ミラー７の反射面上の反射点で一点反射される。ミラー７で反射された光は、再びガーネット５に入射される。反射光はガーネット５内で入射光と同じ光路を通り、偏波方向が更に45度回転されて透過する。従って、ガーネット５を透過した光の偏波面は合計90度回転される。
【００４１】
次にガーネット５を透過した光は、屈折率整合素子４を透過後、レンズ３の光軸に対して平行に、レンズ３に広がりながら入射され、平行光に変換される。更にその光線軸がz軸に対し平行となるように光はレンズ３から出射され、光ファイバ２に入射される。
【００４２】
その結果、反射光は入射光に対して90度直交する偏波方向となり、入射光が受けた複屈折とちょうど逆の複屈折を受けるため、任意の入力偏波状態に対して出力偏波状態はそれと直交する状態に安定化される。
【００４３】
以上のようにファラデー回転ミラー１に依れば、屈折率整合素子４に、ガーネット５と同一の屈折率を有する光学材料を使用することにより、屈折率整合素子４とガーネット５との界面に於けるフレネル反射が防止されて、光ファイバ２への反射戻り光を防止することが可能となる。
【００４４】
又、ガーネット５を傾けると共に、ガーネット５の光学面に光を垂直に入射させることにより、ガーネット５の光学面での光ファイバ２への反射戻り光を防止することが可能となる。
【００４５】
更に、光ファイバ２やレンズ３を、YAGレーザを使用して固定する際に位置ずれが発生しても、ミラー７の反射面7aの凹面形状によってレンズ３−ミラー７間のトレランスが緩和され、前記位置ずれ分の誤差が吸収される。従って、ファラデー回転ミラー１として、反射減衰量を低減しながら量産性向上と歩留まり向上が図れる。
【００４６】
更に、ミラー７の反射面7aの曲率半径の中心と、レンズ３の主面とを一致させることにより、更に前記位置ずれ分の誤差を吸収することが可能となるため、一層、反射減衰量を低減しながら、ファラデー回転ミラー１の量産性向上と歩留まり向上を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のファラデー回転ミラーは、光ファイバセンサシステム或いは光増幅システム等に用いられ、これらのシステムを安定して動作させるために利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】(a) 本発明に係るファラデー回転ミラーの構成を示す平面図。(b) 本発明に係るファラデー回転ミラーの構成を示す側面図。
【図２】(a) 本発明に係るファラデー回転ミラーの他の構成を示す平面図。(b) 本発明に係るファラデー回転ミラーの他の構成を示す側面図。
【図３】図１又は図２のファラデー回転ミラーの屈折率整合素子とガーネットのみを抜粋した拡大図。
【図４】(a) 図１又は図２のファラデー回転ミラーの光の伝搬状態を示す平面図。(b) 図１又は図２のファラデー回転ミラーの光の伝搬状態を示す側面図。
【図５】従来のファラデー回転ミラーの構成を示す模式図。
【図６】他の従来のファラデー回転ミラーの構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００４９】
１      ファラデー回転ミラー
２      光入出射部（光ファイバ）
３      レンズ
４      屈折率整合素子
５      ガーネット
６      マグネット
７      ミラー
【図１】
0004915583.tif 000002
【図２】
0004915583.tif 000003
【図３】
0004915583.tif 000004
【図４】
0004915583.tif 000005
【図５】
0004915583.tif 000006
【図６】
0004915583.tif 000007