(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔に光ファイバを挿入接着したフェルールに、前記光ファイバを横断して溝を形成し、偏光子及びファラデー回転子よりなりかつ前記溝の幅よりもわずかに小さい厚さを有する光学素子と、前記光学素子と同じ厚さを有すると共に前記溝の断面と同様の形状を有しかつ前記光学素子を囲んで前記溝を埋める補強部材とを予め固定した複合体を、前記溝内に嵌合接着したことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
前記補強部材が前記フェルールと同材質であることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項３】
前記補強部材が磁石であることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
【請求項４】
貫通孔に光ファイバを挿入接着したフェルールに、前記光ファイバを横断して溝を形成し、偏光子及びファラデー回転子よりなりかつ前記溝の幅よりもわずかに小さい厚さを有する光学素子と、前記光学素子と同じ厚さを有すると共に前記溝の断面と同様の形状を有しかつ前記光学素子を囲んで前記溝を埋める補強部材とを予め嵌合接着して複合体を形成し、前記複合体を前記溝内に嵌合接着することを特徴とする光アイソレータの製造方法。
【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・光計測等において使用される光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種光システムの光源として使用される半導体レーザは、それに結合される光学系からの反射戻り光によって発振が不安定になることが知られており、それを防ぐ目的でアイソレータが使用されている。近年の光通信システムの急激な拡大に伴い、アイソレータに対しても小型化・低価格化の要求が高まっている。
従来の基本的なアイソレータの構成を図６に示す。ファラデー回転子１１の両側に偏光子１０ａ、１０ｂが、周りにファラデー回転子を磁化するための磁石１２が配置された構成であり、光ファイバ８ａ、８ｂとの間には２つの集光レンズ９ａ、９ｂが必要となる。この構成により、順方向（図中Ｃの矢印方向）に入射する光は透過し、逆方向（図中Ｄの矢印方向）に入射する光は遮断されるため、アイソレータとしての機能を実現することができるが、多くの光学要素を必要とし、全体の構成は大きなものとなる。
【０００３】
これに対して、このような煩雑な方法でなく簡易な手法による方法が特開平３−６３６０６や特開平４−３０７５１２に記載されている。
この方法は「埋め込み型」と呼ばれ、基板に樹脂などで固定し埋め込まれた光ファイバをダイシングソー等によって光ファイバ部分を横切る溝部を形成し前記素子を埋め込み接着固定することによって作製される。これによれば光アイソレータの作製に光軸合わせが不要になり作製が大幅に容易になる利点がある。しかし反面、光ファイバから出力される光が素子部分を透過する際に回折が生じ、素子の厚さがネックとなって挿入損失が増大してしまうなどの問題が生じる。これに対して局所加熱によって光ファイバのコアを拡大し回折能を低減させるなどの方法が取られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許公報に記載の光アイソレータを実現するためには、光ファイバの支持体としてのキャピラリーフェルールに局所加熱処理によって光ファイバコアを拡大したＴＥＣ光ファイバを所定の位置に挿入接着を行う。その後、キャピラリー両端面にＰＣ研磨を行い、ファラデー回転子とその両面に接着した偏光子よりなる光アイソレータ素子を埋込挿入するための、溝加工を光ファイバコア拡大された箇所を横切るようにキャピラリーフェルールに施す。その溝加工部に挿入する光アイソレータ素子は、光ファイバから出射するモードフィールド径以上の寸法を有する必要があるが、この溝部を通過するモードフィールド径は数十μｍ程度で有るため、素子寸法は１００μｍ程度以上の大きさであれば良い。但し、光学素子の多数個取り等による低価格化の為には、出来る限り小さいことが好ましい。
【０００５】
溝加工面に対して小さい光学素子を挿入して接着すると、溝部分に大きな空間が開く為、素子の無い部分の溝内が接着剤で覆われることになる。
その為に接着剤が多く存在する箇所から、接着剤の硬化収縮歪みや、外的熱衝撃等により、接着剤剥がれ等の劣化が起きやすくなるという問題点があった。また、微少素子を溝加工部の適切な箇所へ配置接着をすることが難しい。
そこで本発明では、作業性に優れた信頼性の高い光アイソレータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、貫通孔に光ファイバを挿入接着したフェルールに、前記光ファイバを横断して溝を形成し、偏光子及びファラデー回転子よりなりかつ前記溝の幅よりもわずかに小さい厚さを有する光学素子と、前記光学素子と同じ厚さを有すると共に前記溝の断面と同様の形状を有しかつ前記光学素子を囲んで前記溝を埋める補強部材とを予め固定した複合体を、前記溝内に嵌合接着したことを特徴とする光アイソレータ、及び
貫通孔に光ファイバを挿入接着したフェルールに、前記光ファイバを横断して溝を形成し、偏光子及びファラデー回転子よりなりかつ前記溝の幅よりもわずかに小さい厚さを有する光学素子と、前記光学素子と同じ厚さを有すると共に前記溝の断面と同様の形状を有しかつ前記光学素子を囲んで前記溝を埋める補強部材とを予め嵌合接着して複合体を形成し、前記複合体を前記溝内に嵌合接着することを特徴とする光アイソレータの製造方法を提供する。
前記補強部材は前記フェルールと同材質であるか、または、磁石であることが好ましい。
【０００７】
【作用】
本発明の光アイソレータは、外部支持体の溝に挿入した光学素子を溝内に固定するのに極小量の接着剤しか要しないため、接着剤の硬化収縮歪みや外的熱衝撃等による接着剤剥がれ等の劣化が生じないので、安定な光アイソレータを提供することができる。
また本発明の光アイソレータは、偏光子とファラデー回転子とよりなる光学素子の周りに補強部材を予め固定した複合体として外部支持体の溝に挿入するので、ファイバと偏光子およびファラデー回転子の精密な位置調整が不要となるため組み立て時の位置合わせが大幅に簡単化される。
さらに、本発明の構成によると、光ファイバー間の距離が短いために集光レンズが不要となる、光アイソレータの寸法が小型となる。
また、あらかじめ大きな偏光子及びファラデー回転子を用いて調整、接着を行うことにより、そこから多数の素子を切り出して使うことができるため、量産性にも優れる。さらに、光の通過する領域は極めて小さいため、偏光子及びファラデー回転子の必要な大きさも小さく、それを取り囲む無機物とともに溝の内部に埋め込むことにより、信頼性の高い、極めて小型の光アイソレータを実現できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施例）
本発明の光アイソレータについて図を用いて説明する。
図１及び図２はそれぞれ本発明の一実施例の上面及び断面構成図である。貫通孔６のあいた外部支持体５には、ジルコニアや結晶化ガラス等でできたフェルールを用いることができる。貫通孔６の中には一本の光ファイバ４を挿入し、接着した後、光ファイバ４を横切るように外部支持体５に溝７を形成する。この溝はダイシングソーやスライサーにより、容易に形成することができる。この時、図１のように光ファイバ４の光軸に対して所定の角度で溝を形成することにより、反射戻り光を減少させることができる。溝７の形成により光ファイバは４ａと４ｂに分断される。なお、光ファイバの分断される部分に対し、あらかじめ熱処理等によりモードフィールド径を拡大しておくと、光ファイバの結合効率が向上し、損失を低減することができる。
【０００９】
溝７には光アイソレータ素子が挿入され、接着・固定される。
光アイソレータ素子は、ファラデー回転子１とその両面に接着した偏光子２ａ、２ｂから構成される。ファラデー回転子１にはＹＩＧやＢｉ置換希土類ガーネット等が用いられ、磁界を加えることにより４５°の回転角が得られるよう、厚さが調整されている。偏光子２ａ、２ｂは互いの透過偏波方向が４５°の角度をなすよう調整され、ファラデー回転子１の両面に光学接着剤により接着される。溝７の部分を通過する際の光のモードフィールド径は数十μｍ程度であるので、ファラデー回転子１及び偏光子２ａ、２ｂからなる光学素子の大きさは数百μｍ程度で十分であり、ダイシングソー等を使用して必要な大きさに切り出すことにより多数の光学素子が作製される。
【００１０】
溝７の幅はファラデー回転子１と偏光子２ａ、２ｂからなる光学素子が密嵌めするように光学素子の厚さよりもごくわずかだけ大きく形成する。そのため、切り出した光学素子は、単に溝７の中央付近に挿入するだけで、精密な位置調整をすることなく光軸上に配置され、光学素子の周辺に光学接着剤を注入することによりその位置に固定される。溝断面の大きさに対して光学素子が小さいので、図３に示すように、素子の周囲を外部支持体５と同材質または異なった材質で熱変形等を生じにくい安定な補強部材８（以下で述べるように磁石の場合もある）で囲って溝断面と同様な形状にしてから埋め込むことにより、埋め込み作業が簡略化され、溝部分の変形も抑えられるため信頼性が向上する。
【００１１】
ファラデー回転子１に対し、４５°の回転角を得るのに十分な強度の、光軸と同一方向の磁界を加えることのできる円筒形磁石３を、ファラデー回転子上に配置する。なお、この磁石３は必ずしも円筒形である必要はなく、図３に補強部材８として使用して光学素子を囲う形状とすることもできる。この場合には図４、図５に示されるように、溝７の内部に磁石３も埋め込まれるため、無調整で信頼性の高い、一層小型の光アイソレータを実現することができる。
【００１２】
以上のようにして構成された光アイソレータの動作を以下に説明する。
光ファイバ４ａから順方向（図中Ａの矢印方向）に入射する光は、偏光子２ａにより一方向の偏波成分が吸収され、偏光子２ａの透過偏波方向と同一の偏波方向のみの光となる。この偏波方向はファラデー回転子を通過することにより４５°回転するため、ファラデー回転子１を透過後の光の偏波方向と、偏光子２ｂの透過偏波方向が一致し、入射された光はそのまま透過することができる。一方光ファイバ４ｂから逆方向（図中Ｂの矢印方向）に入射する光は、偏光子２ｂにより一方向の偏波成分が吸収され、偏光子２ｂの透過偏波方向と同一の偏波方向のみの光となる。この偏波方向はファラデー回転子を通過することにより４５°回転するが、ファラデー回転子による回転方向は光の進行方向にかかわらず同じ向きであるため、ファラデー回転子１を透過後の光の偏波方向と偏光子２ａの透過偏波方向は９０°直交する。よって逆方向の光は吸収され、光ファイバ４ａには戻らない。
【００１３】
（試作例）
上記の実施例に従い光アイソレータを試作した。外部支持体５としてφ１．２５ｍｍの結晶化ガラスフェルールを用い、その貫通孔６に光ファイバ４を挿入して接着した。この光ファイバは、溝形成部分でのモードフィールド径が４０μｍとなるようにした。その後精密スライサーにより、フェルール５の中央に幅４１０μｍの溝７を、光軸と垂直な方向に対して１．７５°の角度で形成した。また、ファラデー回転子１は波長１．３１μｍにおける回転角が４５°となる厚さ２５０μｍのＢｉ置換希土類ガーネットを用い、その両側に多色性の偏光子２ａ、２ｂを、透過偏波方向が互いに４５°の角度をなすように調整し光学接着剤により接着して光学素子を製作した。この素子を０．３ｍｍ×０．３ｍｍの大きさにスライスして多数個取りし、得られた各光学素子の厚さと同じ厚さの磁石３（図３の補強部材８の形状にしたもの）の正方形の切欠きに嵌合して接着することにより光学素子と磁石の複合体を形成した。複合体を光学素子が光ファイバに整列するようにして前述の溝７に挿入接着して光アイソレータを得た。この光学特性を測定したところ、０．６ｄＢの挿入損失と２８ｄＢのアイソレーションが得られた。磁石は完全に溝内部に埋め込まれており、非常に小型で信頼性の高い光アイソレータが得られた。
実施例及び試作例から分かるように、本発明では集光レンズを使用していない。これは、光ファイバ端が直接光アイソレータ素子の両面に接しており且つ光アイソレータ素子の厚さが充分に薄いためである。
【００１４】
別法として、磁石の代わりにフェルールと同じ結晶性ガラスから補強部材を構成し、図３のように正方形切欠きに光学素子を嵌合して接着剤で固定してもよい。この場合には磁石は従来と同様に光学素子及び補強部材の外周部に配置する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の構成によると、集光レンズが不要となるだけでなく、光ファイバと偏光子およびファラデー回転子の精密な位置調整が不要となるため、組み立て時の位置合わせが大幅に簡単化される。
また、あらかじめ大きな偏光子及びファラデー回転子を用いて調整、接着を行うことにより、そこから多数の素子を切り出して使うことができるため、量産性にも優れる。さらに、光の通過する領域は極めて小さいため、偏光子及びファラデー回転子の必要な大きさも小さく、それを取り囲む無機物とともに溝の内部に埋め込むことにより、信頼性の高い、極めて小型の光アイソレータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の上面構成図である。
【図２】本発明の一実施例の断面構成図である。
【図３】光学素子部構成例である。
【図４】磁石を埋め込んだ場合の上面構成図である。
【図５】磁石を埋め込んだ場合の断面構成図である。
【図６】従来の光アイソレータの構成図である。
【符号の説明】
１、１１  ファラデー回転子
２ａ、２ｂ、１０ａ、１０ｂ  偏光子
３、１２  磁石
４ａ、４ｂ、１３ａ、１３ｂ  光ファイバ
５  外部支持体
６  貫通孔
７  溝
８  補強部材
９ａ、９ｂ  レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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