WIPO专利WO1992015040A1 Isolateur optique

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公开号:WO1992015040A1
申请号:PCT/JP1992/000171
申请日:1992-02-19
公开日:1992-09-03
发明作者:Shigeru Hirai；Youichi Ishiguro；Yasuji Hattori；Masayuki Nishimura；Masayuki Shigematsu；Minoru Watanabe；Kouji Nakazato
申请人:Sumitomo Electric Industries, Ltd.；
IPC主号:G02F1-00

专利说明:
[0001] 明細香
[0002] 発明の名称
[0003] '為光アイソレータ
[0004] 穽明の詳細な锐明
[0005] 産業上の利用分野
[0006] 本発明は、半導体'レーザをいた光ファイバ通ほや光ディスクの入出力等における光学系の反射芪り光を阻止するための光アイソレータにし、特に入射光の偏光方向に影響を受けず、また温度及び光の波長の変動に憨応しない偏光無依存型のアイソレータに関する。従来の技術
[0007] 光フアイハ'通信や光ディスクの入出等の主要な光源である半導体レーザでは、それに钴合される光ファイバの端面や、光ファイバ同士の接铳点、あるいは铕合レンズ、光コネクタ等の光学系からの ¾ 射戻り光を受けると発振が不安定になり、雑音の增加ゃ出力変動等. 動作特性が大幅に劣化することが知られている。この反射光による半導レーザの動作不安定性を解消し、安定な光通信用光瀛を実現するために、これまでに各種の光アイソレ一タが開発されている。偏光子，検光子としてロー 'ン 3 ン · プリズムを用い、 Y I G (イツトリゥム鉄ガーネツト）単結 ftや B i置換ガーネット等のファラデー回転子、このフ 7ラデー回転子を頫方向に磁化するための S mC oなどの孔あき永久 '磁石を用いて構成した光ァイソレータが一般に広く知られているが、のような構成の光ァイソレ一夕はある儇光面しか有効でなく、光アイソレータの偏光方向に合致しない光が入射した場合には通通光が大轜に損失するという欠点があつた。これに対して、例えば、光アイソレータを光ファイバ Mに禅入して使用する場合には、光フアイバ中を伝搬する光ビームは一般に直搽儡光が保たれていないので、偏光依存性のない光アイソレータが望ましい。そこで、傷光方向に依存せずに全ての傷光面に対してアイソレーシ s ン効果を示す構成として、 α—ションプリズムの代わりに方解 ' 石のような平扳状祺屈折結 aによる常光,異常光の分離/合成を利用した循光無依存型の光アイソレータが提案されている。例えば、松本氏が提案した特開昭 δ 5— 22729号公報には、レンズ、第 1の平板状複屈折結 fl、 1個の磁気光学材料（ファラデ一回転子）、旋光性 iiffi (または異方性結愚）、および第 2の平板状 ¾屈折桔晶を入射側から顧次一列に Sし、磁気光学材料を磁化するための永久磁石を有する光アイソレータ^されている。
[0008] だが、特開昭 55— 22729号公報で ¾案されたような従来構成の光アイツレータは Λ度及び光の波長の変動に敏感で、逆方向からの戻り光が ii度及び光の波長の変動によってその多くが順方向での入射点を透通してしまうという童大な欠点があった。そのため、そのような欠点を除去するための構成がいくつか提案されている。例えば、 Chang氏が ¾«した欧州特許広告第 0352002号公報には、第 22図に示すように' 5個の平板状複屈折桔 fl (異方性結晶部材） 152, 156, 160, 164, 168の^接する各 2個の閜每に 1個ずつ合計 4個のファラデー回転子（非可逆性回転子） 154, 158, ί β δ, 166を挿入 E匿して構成した光アイソレータ i 5 0が示されている。その第 2,第 3,第 4,第 5の平板状祺屈折結晶 156, 160, 164.168の結 fl光軸方向（ウォークオフ方向）は、第 1の平板状複屈折祛¾ 152の結晶光軸方向に対してそれぞれ 135', 180·, 315·,および 90'に方向付けされ、 4個のファラデー回転子 154, 158, 162, 166は全て同一方向に偏光面を 45·回転させる。そして、第 1〜第 5の平板状祓屈折拮 S 152, 156, 160.164, 168の厚みは、それぞれ 1 :1. 4 1 :1 :1.41 :2の比率で投定されている。
[0009] このように、ファラデー面転子の回転および ¾屈折綰 aの方向付けと厚みの設定により、逆方向に通過する光線が港度および光の波長の変動にほとんど釤響を受けないで分離され、滅少されると記載されている。
[0010] 発明が解決しょうとする錁韪
[0011] しかしながら、第 22図に示されるような従来構成光アイソレー夕においては、光铼万向から見た光線の様子を表わす第 2 3図に示すように、龐方向の入射光と出射光とが同一直線上から比較的遠く '離れて位 ¾しているので、光ァイソレー夕に接統するときのコリメ一トレンズおよびシングルモード光フプィバの軸顆整においてその調 S範囲が広範囲になってしまって、組立てが容易でなく組立作業時が長くなるというような解決すべき ausがあった。
[0012] 課理を解決するための手段
[0013] 本発明の目的は、上述の点に ISみて、入射光の倡光面に依存せずに、同時に偏光面が出力側で変化（回転）しない高精度な偏光無依存型の光アイソレータを ¾供することにある。
[0014] 本発明の今一つの目的は、上述の点に燔みて、入射光の偏光面に依存せず、また a度及び光の波長の変勤に感応しないことと同時に、顺方向の入射光と出射光とが同一直線上に一致する高性能な偏光無依存型の光アイ 'ノレータを提洪することにある。
[0015] 本発明の他の目的は、上述の点に鑑みて、光アイソレータを入射光線向に垂直な練に傾斜させて S置させた場合に、光アイソレータを出射後の光線を入射光線の延長糠上に近づけることができ、これにより、コリメータレンズ、光ファイバの輮»¾範囲を狭めることができる光アイソレータを提供することにある- 上記目的を逮成するため、本発明は、結 fi光釉が表面に対し傾いた第 1の平行平板状複屈折性物貧、僵光面を回転させるための第 1 のファラデー回転子、前第 1の平行平板状複屈折性物質に対し^ 2倍の厚さを有し、かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 1 3 5 ·回転させた钴光軸を有する第 2の平行平板状筏屈折性物質、前 IB第 1のファラデ一回転子と逆向きに僵光面を回転きせる第 2のプアラデ一回転子、前記第 1の平行平板伏複屈折性物質と同一厚さを有し、かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 9 0 '回転させた桔 S光軸を有する第 3の平行平板状複屈折性物質、および前杞第 I と第 2のファラデー回転子を磁化するための永久磁石とを具備したことを特徼とする。このような稱成よりなる本発明では、上記のよ ^に、第 1のファラデー回転子に対して逆向きに磁化された偏光面回転用の第 2のファラデー回転子を有しているので、入射光の徧光面が第 1のファラデー回転子から作用を受けて 4 5 '回転しても、次段の第 2のフプラデー回子による一 4 5 ·の回転により入射時の偏光面状想に戻される。従って、本発明では、入射光の偏光面が出射側で実質的に回転せず、偏光面が保存される。
[0016] また、上記目的を達成するため、本発明は、結 ¾光軸が表面に対し傾いた第 1の平行平板状複屈折性物質、權光面を回転させるための第 1 ファラデ一回転子、前圮第 1の平行平板状接屈折性物質に対し > 2倍の厚さを有し、かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 1 3 5 ·回転子させた粽品光軸を有する第 2の平行平板状拔屈折性物質、前 IB第 1のファラデー回転子と间し'向きに徧光面を回転きせる第 2のフ 7ラデー回転子、前杞第 1の平行平板状複屈折性物質に対し 2倍の厚さを有し、かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 2 7 0 ·回転させた結 ft光軸を有する第 3の平行平板状¾屈折性物質、前杞第 2のフプラデー回転子と逆向きに偏光面を回転させる第 3のファラデー回転子、前記第 2の平行平板伏祓屈折性物質と同— 厚さを有し、かつ同一方向の結 ft光釉を有する第 4の平行平板状複屈折性物質、前杞第 3のファ.ラデー回転子と同じ向きに儇光面を回転させる第 4のファラデー回転子、前 §3第 1の平行平板状複屈折性物質と同一厚さを有し、かつ罔一方向の钴 a光軸を有する第 5の平行平板状複屈折性物質、および前 K第 1から笫 4までのファラデー回転子を磁化するための永久磁石とを具 fitしたことを特微とする。このような構成よりなる本発明で'は、上 !3のように、順方向に磁化される一対のファラデー回転子による催光 Sの回転と、逆方向に磁化される他の一対のファラデー回転子による偏光面の回転と、平行平板状複屈折性物貧の «さが 1 :^ 2： 2 2： 1の割合であること、その複屈折性物質の铕 ¾光軸の結晶光軸の方向が Ο ' , 1 3 5 ' , 2 7 0 ·, 1 3 5 ·, 0 ·であることにより、鳜方向の入射光と出射光とが同一直糠上に一致する。 71
[0017] - 9 - さらに、上杞目的を逮成するため、本発明は、同一の桔晶光軸方向で互いに向きが逆となるように KSされた平行平板伏複屈折性物質が 2偭以上ある裱数の «屈折性物質、ファラデー回転子および磁石から構成される光ァイソータにおいて、光ァイソレータ出射後の光練軌道を A dだけ入射光練軸方向に変位させるように、前杞同 —の結 ft光軸方向で互いに向きが逆となるように E匿された平行平板状褸屈折性物質の内の任意の 2個の平行平板状锥屈折性物質の厚みを各々 Δ ーだけ変化させて投定したことを特¾とする。また、本発明の好ましい変形例としては、複数の平行平板状褀屈折性物質，フ 7 ラデー回転子および磁石から構成される光ァイソレータにおいて、前記平行平板状攆屈折性物質の内の 1個の厚みを一だけ変化させて定すると两時に、厚さの平行平板状複屈折性物質を前圮ー Δ aだけ変化させた前杞平行平板状複屈折性物質と同一の結 ¾光軸方向で互いに向きが逆となるように追加配置したことを特徵とした。このような構成よりなる本発明では、同一の粽晶光軸で互いに向きが逆となるように置された 2個の平行平板状褸屈折性物 Sの厚みを厶一だけ変化させて設定するか、あるいは平行平板状複屈折性物の内の 1個の厚みを一 Δ aだけ変化させて設定すると同時に、厚きの平行平扳状祓屈折性物質を同一の結光軸方向で互いに向きが逆となるように追加置するように構成しているので、光ァイソレータ出射後の光線軌道を Δ (ίだけ入射光徕軸方向に変化させることができる。従って、上圮 — を光ァイソレータの設置傾斜角に応じて適切な植に投定することで、入射光線軸方向に光ァイソレータ出射後の光線軌道をできるだけ近づけ、ほぼ一致させることができる。
[0018] 図面の嬢単な鋭明
[0019] 笫 1図は、本発明の第一実施例の光アイソレータを示す概略構成図である。
[0020] 第 2図は、第 1図の祓屈折桔晶における桔晶光軸の方向を示す説明図である。第 3図は、颟方向の入射光搽の伝搬状態を示す斜視図である。第 4図は、顺方向の入射光線の伝搬状 ¾を示す斜視図である。第 5図は、逆方向の入射光綠の伝搬吠態を示す斜視図である。第 6図は、第 3図〜第 5図.に対応する光練軌道の状據を示す図で第 7図は、本発明の第一実施例の実例の構成を示す概略構成図である _β
[0021] 第 8図は、本発明の第一実施例の光アイソレー夕を示す概略構成図である。
[0022] 第 9図は、第 8図の光アイソレータにおける複屈折糖の铕晶光軸の方向とファラデー回転子の偏光面回転方向、および入射光鎵を伝搬状 «を光線方向から見た光練の軌 ¾を示す概念図である。
[0023] 第 1 0図は、第 8図の光アイソレークの前後における顺方向の入射光と出射光の軌道上の位 gを示す概念図である。
[0024] 第 1 1図は、本発明の第二実施例の実 «例の構成を示す概略構成図ある。
[0025] 第 1 2図は、第三実施例の光アイソレー夕を示す概略構成図であも。
[0026] 第 1 3図は、第 1 2図の光アイソレ一タにおける桔品光軸方向と傷光面回転方向（A )、および斓方向と逆方向の入射光線の伝搬状態を光綵方向から見た光練の軌道（B ), (C )を示す概念図である。笫 1 4図は、本発明の第三実施例の変形例 1の光アイソレー夕を示す概¾構成図である。
[0027] 第 1 5図は、第 1 4図の光アイソレー夕における結晶光軸方向と偏光面回転方向（A )、および瓶方向と逆方向の入射光糠の伝搬状態を光綠方向から見た光綵の軌道（B )，（C〉を示す概念図である。
[0028] 第 1 6図は、本発明の第三実施例の実験例 1の Rfi構成を示す概略構成図である。
[0029] 第 1 7図は、本発明の第三実施例の実験例 2の SS構成を示す概珞構成図である。第 1 8図は、光了イソレー夕と光フアイバとの一般的な配置関係を示す概略構成図である。
[0030] 第 1 9図は、光アイソレータの順方向での入射光に対する出射光の変位の一例を示す光路図である。
[0031] 第 2 0図は、光ァイソレータの順方向での入射光に対する出射庋の変化の他の例を示す光路図である。
[0032] 第 2 1図は、第 2 0図の光アイソレータの詳細な構成（ A ) ,結晶光 tt方向と倡光面回転方向（B )、および腼方向と逆方向の入射光線の伝搬状想を光線方向から見た光搽の軌道（C ), ( D )を示す概念図である。
[0033] 第 2 2図は、従来の光アイソレークの入射光搽の伝搬状態を示す概念図である。
[0034] 第 2 3図は、従来の光アイソレ一タの前後における順方向の入射光と出射光の軌道上の位 Sを示す概念図'である。
[0035] 実施例以下、図面を參照して本発明の実施伊 Iを詳細に锐明する。
[0036] 第 1実施例
[0037] 第 1図乃至第 7図に本発明の第 1実施例を示す。
[0038] 第 1図は本発明の一実施例.の光ァイソレータの概略構成を示す。この光アイソレータは、第 1平行平板状複屈折結晶 1 1、第 1 ファラデー回転子 1 2、第 2平行平板状複屈折拮 ft 1 3、第 2ファラデ一回転子 1 4、および第 3平行平扳状榷屈折結晶 1 5をこの腼序で入射光の入射方向に沿つて E列した構成のものであり、上杞ファラデ一回転子 1 2 , 1 4を互いに異なる方向に磁化する永久磁石 1 6 , 1 7も有する。平行平板状複屈折結 fir 1 1 , 1 3， 1 5としては方解石板の他にルチルなどの各種の褸屈折性粽 fi物質が利用できる。フ，ラデー回転子 1 2 , 1 4 としては Y I G (イットリウム鉄ガーネット〉単转晶， B i 換ガーネツト， R I G (希土額跌ガーネツト）などの各 -種の磁気光学材料が利用できる。また、永久磁石 1 6 , 1 7 としては例えば S n C 0などの環状の孔あき永久磁石等が利用できる。 P92/00171 一 1 5 - 第 1平行平板状複屈折梂晶 1 1は結 fi光軸が表面に対し約 4 5
[0039] 前後傾いている。第 2平行平扳状複屈折結 ft 1 3は第 1平行平板状複屈折拮 fl i 1の厚さに対し^ 2倍の厚さを有し、かつ自らの平行平板面に対して垂直な軸の回りに 1 3 5 '回転させた結 ft光軸を有する。第 3平行平板状锥 ffl折拮 ft 1 5は第 1平行平板状接屈折結晶
[0040] 1 1の厚さと ( じ厚さを有し、かつ自らの平行平板面に対して垂直なの回りに 3 0 '回転させた拮 fi光軸を有する。第 2図は平行平板に投彭したそれぞれの弒 ja光輪の向きを表わす _β また、第 1 ファラデー回転子 i 2は傷光面を 4 5"回転させるのに対し、第 2ファラデー回転子 1 4は第 1ファラデー回転子 i 2と逆向きに偏光面を一 4 5 ·回転させる。このため、永久磁石 6 , 1 7の磁化方向は第
[0041] 1図の H 1， H 2で示すように逆向きとなっている。
[0042] 第 3図および第 4図は、第 1図の光アイソレー夕において瓶方向の入射光線の伝搬伏想を追跡したものである。第 3図は X軸方向の偏光面を有する入射光線が颟方向に入射した場合を示しているが、第 Γファラデー回転子 1 2で偏光面が 4 5 '回転されても、第 2 ファラデー回転子 1 4で一 4 5 ·回転されて偏光面が元の入射時の状態に戾されるので、出射倒の俑光面は入射光の偶光面と同一の X方向となる。第 4図は Υ輓方向の.儻光面を有する入射光練が瓶方向に入射した場合を示しているが、第 3図の場合と同様に、出射側の偏光面は入射光の傳光面と同一の Υ軸方向となり、 Λ光面保守が確実に逮成される。この性質は全ての傷光に対して成立することは明らかである。
[0043] 一方、逆方向では第 5図に示ぎれるように、常光,異常光の 2つの價光成分は互いに分離し、中心線からある钜離 (分 Κ¾離）だけ大幅に変位することから入射側の光練径路内には桔合されない。すなわち、常光',異常光の分 «幅は従来通りに大きいので、入射側から入った出射側でも中心線上には結合されない。第 6図はこのときの光線轨道上の光ビームの位 g (A )と傳光方向の状態を示し、（B〉は笫 3図に対応し、（C )は第 4図に対応し、（D )は第 5図に対応する。次に、本発明に従う具体的な実驗例について第 7図を用いて锐明する。複屈折結晶としてルチル結晶を用いたルチル平行平板 1 1, 13, 15の厚さは、それぞれ 2mm、 2.828 no. 2 mmとした。ファラデー回転子 1 2, 1 4とし.て Y I G単铕 ffiを用い、第 2ファラデ一回転子 14において逆方向に偏光面を回転でき得るように第 2永久磁石 1 7の磁化の方向を第 1永久磁石 1 6とは逆方向にして配置した。入射側と出射側の光ファイバ 1 8, 2 1としてシングルモード型の定傷波光ファイバを用いた。これらの光ファイバ 1 8, 2 1 の先端面と光アイソレータとの間に³ リメ一夕レンズ 1 9, 20をした。以上の構成の光アイソレータにおいて、定碾波光フアイバ 1 8から入射光として種々の偏光した光を入射させたところ、偏光の偏光面 (偏波面〉が光ァイソレータ透通後もまったく変化しないことが確かめられた。また、透過特性を ff価したところ、順方向揷入損失は一 1.5dB、アイソレーシ ₃ ン（逆方向損失，消失比）は 5 6dBが得られ、実用上十分な特性があることが確認された。以上鋭明したように、第 1実施例によれば、互いに逆方向に偏光面を回転する一対のファラデー回転子を複数の平行平扳状複屈折性物質間にして構成したので、入射光の偏光面に依存しないと同時に、佴光面が出射倒で変化しないという効果が得られる。従って、本発明の光ァイソレータを例えば定催眩光ファイバ閱に使用すれば、光ファイバの光線方向を軸とする回転顯整に手間をかける必要がなくなり、作案コストの低弒等の利益が得られる。笫 8図乃至第 i 1図に本発明の第 2実施例を示す。
[0044] 第 8図は本発明の第二実施例の光ァイソレータの概略構成を示す。この光アイソレ一タ 31は 5個の平行平板状複屈折钴晶 32,36， 40,44,48とこれらの複屈折铕 I Mに 1偭づっ挿入配置された 4偭のファラデー回転子 34, 38, 42, 46およびこれらにファラデー回転子を磁化する永久磁石 50, 50とから構成され、それらの平行平板状複屈折結晶とファラデー回転子は一直線上に一列に配列される。平行平扳状褸屈折結晶 32, 36, 40, 44, 48として方解石板の他にルチルなどの各種の褀屈折性物質が利用できる。フプラデー回転子 34, 38, 42, 46としては Y 1 G (イツトリウム鉄ガーネット）単 ^β、 BiS換ガーネット、 R I G (希土類鉄ガーネット）などの各種の磁気光学材料が利用できる。また、永久磁石 50, δ 2としては例えば S eCoなどの現状の孔あき永久磁石等が利用できる。
[0045] 第 9図の上段部分（A)に示されるように、龐方向の入射位置に置される第 1の平行平板状複屈折結晶 32は桔晶光軸が表面に対し約 45'前後傾いている。次の第 2の平行平 «状«屈折铕¾36は第 1の平行平板状複屈折铕 S32の厚さ aに対し ^2倍の厚さ/" 2 を有し、かつ自らの平行平板面に対して垂直な軸の回りに、第 1の平行平板状複屈折結 1 32の結 II光輔方向に対して 135'回転させた方向の桔晶光軸（図中、矢印で示す〉を有する。第 3の平行平板状複屈折轄 ft 40は第 1の平行平板状複鹿折結晶 32に対し 2倍の厚さ 2 aを有し、かつ自らの平行平板面に対して垂直な軸の回りに、第 1の平行平板状搛屈折箱 ft32の結晶光軸方向に対して 270' 回転させた方向の結 '!¾光軸を有する。第 4の平行平板状 ¾屈折結晶 44は第 2の平行平板状複 S折結晶 36と同一厚さ^ 2 aを有し、かつ同一方向 U 35·〉の糖 fl光軸を有する。第 5の平行平扳状複屈折袪 β 48は第 1の平行平板状複屈折钴 ft 32と同一厚さ aを有し、かつ同一方向の lift光軸を有する。すなわち、第 1〜第 5の平行平板状複屈折铕 2, 36.40, 44, 48の厚さは 1 : 2 :2 :Γ2： 1の比率に投定され、その桔晶光軸の方向は 0·, 135^β, 2
[0046] 70·, 135', 0'に ¾定される。
[0047] 笫 1と第 2のファラデー回転子 34と 38はともに永久磁石 50 により瀕方向 H 1に磁化きれて、光の ffi光面を 45'回転させるのに対し、第 3と第 4のファラデ一回転子 42, 46はこれらと逆向きにともに永久磁石 52により逆方向 H 2に磁化されて、光の儇光面を一 45·回転させる《 171
[0048] - 2 1 - 笫 9図の部分（B)の中段および下段部分（C)は入射光線の伝搬状態を追跡したものであり、光轹方向から見た光線の軌道を示す。第
[0049] 9図中の〇印は光練を表わし、その面積の连いは強度の違いを示す。第 9図に示す様に、湿度及び光の波長の変動によって上 2各ファラデ一回転子における傷光面の回転角が理想的な角度 45' (または一 45·)から df (または一 df)だけずれたとしても、全体の珙差角は栢殺によりほぽ（一 df— df + df + df« 0) ' なるので、比較的低い順方向揮入損失および比較的高いアイ Vレー 'ン，ンを常に保持することができる。
[0050] また、第 9図から必要な郁品のみ抽出した第 1 0図に示すように、光ァイソレータ 3 1の前後において順方向に関して出射光 Bは偏光面の方向のいかんにかかわらず、入射光 Aの延長棟上にあることが分かる。
[0051] 更に、 4個のファラデー回転子 34, 38, 42, 46において、各 2個が逆方向に偏光面を回転させるので、光アイソレータ 3 1を透適しても光の儇光面が保持される。
[0052] 次に、本発明に従う具体的な実験例について第 1 1図を用いて锐明する。平行平板伏複屈折拮 S32， 36, 40, 44, 48としてルチル桔 ftのルチル平行平板^用い、それらの厚みをそれぞれ、 1 , 6M、 2.263M、 3.2an、 2.623 αη 1.6 maとした。また、
[0053] 45 ·偏光面回転用ファラデー回転子 34, 38'として Y I G単結晶を使用し、一 45·偏光面回転用ファラデー回転子 42, 46として (GdLuBi)I G単緒 ftを使用した。また、シングルモード型光フプィバ 54, 60と光アイソレータ 3 1との間にマイクロレンズ 56,
[0054] 58を S置した。
[0055] 以上の構成において、入射倒光ファイバ 54からシングルモ—ドの光蟓を入射させたところ、出射光が入射光とほぽ同一直線上に得られることが確かめられた。また、透通特性を鲆価したところ、室温 20でにおいて朧方向挿入搔失は一 2, OdBアイソレーシ sン（逆方向損失）は 65dBが得られた。更に、 40で付近までほぼ同じァ JP92/00171
[0056] - 2 3 - ィソレーシ s ンが保持されたことが確認された。また、光ファイバ 5 4から入射光として種々の偏光した光を入射したところ、俑光面が光アイソレ一タ透通後もまったく変化しないことが確かめられた。
[0057] このように、光ァイソレータ 3 1の入射光と出射光とがほぼ同一直練上にあるので、レンズ 5 6 , 5 8および光ファイバ 5 4 , 6 0の位置翻整を比較的狭い範囲で于なうだけで済み、短時 Wで組立を完了することができた。
[0058] 以上锐明したように、第 2冥施例による光ァイソレータは、偏光面に依存せず、かつ湿度及び光の波長変動からの特性への影響が少ないという利点に加えて、順方向の入射光線と出射光糠の位 ftが同 —直緣上でほぼ一致するという効果が得られる。従って、第 2実施例によれば、光学回路中へ本発明のアイソレータを掸入投置する際に、特別精密な光軸 »整を行う必要がなくなり、本来の性能が簡単に得られる。
[0059] 第 3実施例第 12図乃至第 21図に本発明の第 3実施例を示す。
[0060] 第 12図は本発明の第 3実施例の光ァイソレ一タの概略構成を示す。この光アイソレ一タ 70は 4個の平行平板状摟屈折結晶 72， 76, 80, 82と、 2俚のフクラデー回転子 74, 78と、これらのフ 7ラデ一回転子を磁化するための永久磁石 84とから構成されている。笫 1のフ 7ラデー回転子 74は第 1と第 2の平行平板状複屈折結晶 72, 76の Wに揷入 ¾61され、第 2のファラデー回転子
[0061] 78は笫 2と第 3の平行平椟状祓屈折結 ft 76, 80の Wに挿入投度されており、これらフプラデー回転子 74, 78は偏光面を同一の反時計方向に 45·回転する。平行平板状褀屈折粽 ft72, 76,
[0062] 80, 82としては方解石板の他にルチルなどの各種の祓屈折性結晶物質が利用できる。ファラデ一回転子 74， 78としては Y I G (ィツトリウム鉄ガーネット）単結晶、 Bi置換ガーネツト， R I G (希土類鉄ガーネット）などの各種の磁気光学材料が利用できる。また、後述の永久磁石としては例えば SeCoなどの環状の孔あき永久磁石 0171
[0063] -25 - 等が利用できる。、
[0064] 第 1 3図の（A)に示されるように、第 1〜第 4の平行平板状複屈折結晶 72, 76, 80, 82の厚み tはそれぞれ a— Δ a, " 2 a,厶 a, a の大きさであり、それらの fftの結晶光軸方向の向きは， 0·, 1 3 5', 1 80*.270·に設けられている。このように、光線の入射側端部にある第 1の平行平板状複屈折結 fl 72の厚みを所定の厚さ一 Δ₈だけ減少させるのと同時に、この第 1の平行平板状複屈折桔晶 72と問一の祛 ft光釉方向で向きが反対である厚さの第 3の平行平板状複屈折結晶 80を追加して構成している。
[0065] 第 14図は本発明の第 3実鉋例変形例 1の光ァイソレータの概略構成を示す。この光ァイソレータ 90は 4個の平行平板状複屈折結晶 92, 96, 1 00, 104と、 3個のファラデー回転子 94, 98. 1 02と、これらのフプラデー回転子を磁化するための永久磁石 8 4とから構成されている。これらのファラデー回転子 94, 98, 1 02はそれぞれ瞵り合う 2つの平行平板状 ¾屈折桔¾毎に 1個づっ挿入 £置きれ、俑光面を同一方闳に 45·回転する _β さらに、第 1 5図の（Α)に示されるように、第 1〜第 4の平行平扳状複屈折結晶 9 2, 9 6, 1 00, 1 04の厚み tはそれぞれ a十 Aa,^2a, β— Δ 8, V 2 aの大きさであり、これの粽 ftの钴晶光軸方向の向きは 0·, 1 35Ί 80*, 225·に設けられている。このように、本例では、同一の桔 ft光軸方向で向きが反対である第 i と第 3の平行平板状複屈折拮 2, 98の厚みを aから Δβ,— だけ変化させている。次に、上述した構成の第 3実施例および変形例 1の光アイソレータ 70, 90の動作について锐明する。
[0066] 通常、これらの光アイソレータ本体は、その本体からの反射戾り光を防止するため、第 1 8図に示されるように、光線方向に対して垂直に 85置せずに、ほぼ 2·〜6·程度、全体に傾斜して配覼している。一例として、第 1 9図は光アイソレータの一例を示し、第 20 図は光アイソレータの他の一例を示す。ここで、 62は入射側光ファィバ、 64は入射側コリメートレンズ、 66は光アイソレータ本体、 68は出射側コリメ一トレンズおよび 69は出射側光ファィバである。また、 1 12, 1 14. 1 1 6. 1 1 8はそれぞれ平行平板状複屈折桔品 (¾CJS折性物質)、 1 20, 1 22, 12 はそれぞれファラデ一回転子である。また、 »2 1図は第 20図の光アイソレー夕の詳細な構成と入射光練の伝搬状《8を示している。
[0067] 光ァイソレークにおいて、入射光線の軌¾を変位させる S因は、平行平板状複屈折桔晶およびファラデー回転子を光線方向に垂直な線に対して傾斜させて S匿したための屈折と、複屈折铕品自体に基因する屈折とが举げられる。前者の屈折による変位は 19図および第 20図に示されるように、 D,D'で表わされ、後者の屈折による変位は、第 2 1図に示されるように dで表わされる。従って、光ァイソレークから出射後の光線が入射光線の延長線上の近傍にあるための条件は次の式（1〉
[0068] (D+d^O) · · · (1)
[0069] となる。ここで Dは入射光練の方向に垂直な铼に対する傾斜角から -28- 決められ、 dは所望するアイソレー 'ン s ンの達成が得られるように決められるので、従来構成の光アイソレータでは前述したように一般に上杞式（ 1〉が镩たされないのが通例である。
[0070] しかしながら、第 12図〜.第 15図に示すような搆成の第 3実施例の光アイソレー夕においては、 ¾整用の厚みを迪切な儘に変えれば式（1〉の dをほぽー Dの大きさに変えることができる。従ゥて、式 1を》たすように平行平板状複屈折粽¾ 72 , 80 (または 9 2, 100)のの厚み寸法をあらかじめ所定の住に »整すれば、光アイソレ一夕 70(または 50)を出射後の光線を入射光練の延長線上の近傍におくことができる。
[0071] このとき、第 13図の（C〉および第 14図（C)から分かるように、逆方向における光铼分雌幅は、 Δ*«0の時とほぼ変化はなく、従来通りの好ましいアイソレー 'ン 3 ンが得られる。
[0072] 次に、笫 3実施例に従う具体的な実例について、第 1 6図および第 17図を用いて鋭明する。 1
[0073] - 29 - 第 16図は第 1 2図および第 1 3図に示した第 3実施例の構成の光アイソレータ 70を光アイソレータ 70を光アイソレータ本体として用いた実驗伊 jの K匿構成を示す。本実伊 1では a=2mm,
[0074] 1 οιιηとし、 It屈折铕 ftとしてルチル結晶を用いた。すなわち、ルチル平行平板 72, 76, 80, 82の厚さはそれぞれ 1 、 2.828
[0075] 、 2n^ l とした。ファデ一回転子 74 , 78としては Y I Gファラデー回転子を用い、これらの回転子を周囲も覆うように円简伏永久磁石 84を取付けた。このような構成の光アイソレー夕 7 0を光ファイバ 85, 88 に 2·傾斜させて配匿し、コリメ一夕レンズとして屈折率分布 52口ツドレンズであるセルフ * ックマイクロレンズ（商檬名） 86, 87を光ファイバ 85, 88と光アイソレータ Rflに挿人 Efiした。
[0076] ルチル結晶の屈折率は 2.6であるから、ルチル平行平板 72, 7 6, 80, 82を 2'傾させた場合の光線軌道の変位 Dは次の式（2) によりおおよそ 90 inであると推定される。 -30-
[0077] D = 6.4tan(sin2 2.6)= 0.086mm ' * - (2) そこで、第 16図の構成における Δ aの値として lmmを採用した塲合は、第 13図（B〉に示される順方向の変位 Ad=— 76 ^程度となる。よて、光アイソレータ 70を変位方向に注意して配置して、
[0078]
[0079] にすることができた。
[0080] 第 17図は第 14図および第 15図に示した変形例 1の構成の光ァイソレ一夕 90を光アイソレータ本体として用いた実欲例の E置構成を示す。本実験例では、 a« "2ina, Δβ一一 liwとし、 ¾屈折锫晶としてルチル拮 ¾を¾いた。すなわち、ルテル平行平板 92， 96, 100. 104の厚さはそれぞれ 0.4 14β,, 2BBI, 2.4 14 mm, 2β«とした。ファラデー回転子 94, 98, 1 02としては Υ Ι Gフ 7*ラデー回転子を用い、これらの回転子の周囲を覆うように円简状永久磁石 84を取付けた。このように構成の光アイソレータ 9 „
[0081] PCT/JP92/00171 一 3 1 -
[0082] 0を光ファイバ 85， 88 に 6 ·傾斜させて Kgし、コリメ一トレンズとして屈折率分布型口ッドレンズであるセルフオックマイクロレンズ（商樣名〉 86, 87を光フアイパ 8 5, 88と光アイソレータ
[0083] P に挿入配置した。上还し^ょうにルチル钴 fiの屈折率は 2.6である。ルチル平行平板 72, 76,80,82の厚みから考えて、光ァイソレー夕出射後の光線変位量 d— Δ 1は 303 ほぽ 227 «瓤接縻となる（第 1 δ図の（B〉参照）₀ また、ルチル平行平板 72,76, 80， 82を 6·傾斜させた場合の屈折による光鎵軌道の変位 Dは次の式 4により約 260 a程度となる。
[0084] D- 9.1 tan(8in6 V2.6)*= 0.257mn · · · (4)
[0085] このように、光ァイソレータ出射後の光線の変位 Sd— Adと上記光 »軌道の変位 Dとが间程縻の tになるので、光アイソレータからの出射光を入射光の延長線上に近づけることができた。
[0086] 以上鋭明したように、第 3実施例によれば、光ァイソレータ出射後の光線軌道を Δ(1だけ変位させるように、一対の平行板状褸屈折結晶の厚みを厶 a,— だけ変化させて設定する、あるいは 4個の平行平板状褸屈折桔晶を一 Δ aだけ厚みを変えると同時に Δ aの厚みの平行平板状钹屈折桔 Sを追加 Egするようにしたので、光ァイソレータ出射後の光練を入射光線の延畏練上に近づけることができる。従って、第 3実施例によれば、コリメートレンズ'光フアイバの軸篛整範囲を狭めることができ、これにより S整組立時間の短縮が可能となり、製品の低廉化に寄与できる効果が得られる。

权利要求:
Claims3 3 - 猜求の範囲
1 . 桔 β光軸が表面に対し傾いた第 1 の平行平板状褸屈折性物質、偏光面を回転させるための第 1のファラデー回転子、
前圮第 1の平行平板状複 JS.折性物 Κに対し 2倍の厚さを有し、かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 1 3 5 ·回転させた結晶光軸を有する第 2の平行平板状複屈折性物質、
前杞第 1のファラデー回転子と逆向きに偏光面を回転させる第 2 のフ 7ラデー回転子、
前杞第 1の平行平扳状複屈折性物質と同一厚さを有し、かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 9 0 ·回転させた钴 fl光軸を有する第 3の平行平板状祓屈折性物質、
および前杞第 1 と第 2のファラデー回転子を磁化するための永久磁石とを具儂したことを特微とする光ァイソレ—夕。
2 . 铕晶光釉が表面に対し熠いた第 1の平行平板状複屈折性物質、煩光面を回転させるための第 1ファラデー回転子、前 Ϊ3笫 1の平行平板状 ¾屈折性物 Κに対し^ 2倍の厚さを有し、かつ平行平板面に対して垂直な軸の回りに 1 3 5 ·回転させた結光軸を有する第 2の平行平扳状褸屈折性物貧、
前記第 1のプァラデー回転.子と同じ向きに偏光面を回転させる笫 2のフ 7" ラデー回転子、
前杞第 1の平行平扳状攆粗折性物貧に.対し 2倍の厚さを有し、かつ平行平板面に対して垂直な釉の回りに 2 7 0 '回転させた拮晶光軸を有する第 3の平行平板状 «屈折性物貧、
前 3第 2のフ 7ラデー回転子と逆向きに儍光面を回転させる第 3 のファラデー回転子、
前杞第 2の平行平板状複屈折性物と间—厚さを有し、かつ同一方向の結 ft光糠を有する第 4の平行平板状複屈折性物質、
前 3第 3のファラデー回転子と同じ向きに儇光面を回転させる第 4のファラデ一回転子、
前纪第 1の平行平板状 ¾屈折性物貧と同一厚さを有し、かつ同一方向の結晶光軸を有する第 5の平行平板状複屈折性物質、
および前杞第 1から第 4までのファラデ一回転子を磁化するための永久磁石とを具礞したことを特徴とする光ァイソレ—夕。
3 . 间一の ifiSf ft光軸方向で.互いに向きが逆となるように S2置された平行平板状複屈折性物 «が 2偭以上ある複数の複屈折性物質，フ 7 ラデー回転子おょぴ磁石から構成される光ァイソレ一夕において、光ァイソレ一タ出射後の光線軌道《Δ <1だけ入射光線軸方向に変位させるように、前 Ε問一の »*ft光袖方向でいに向きが逆となるように K匿された平行平板状 ¾屈折性物質の内の任意の 2個の平行平板伏複屈折性物質の厚みを各々 Δ a,— Δ _aだけ変化させて設定したことを特徵とする光ァイソレータ。
4 . 数の平行平板状複屈折性物質，ファラデー回転子および磁石から構成される光ァイソレー夕において、
前 β平行平板状複屈折性物質の内の 1個の厚みを一 Δ aだけ変化させて投定すると同時に、厚き Δ aの平行平扳状褸屈折性物質を前記一 Δ aだけ変化させた前記平行平板状複屈折法物貧と同一の結晶光軸方向で互いに向きが逆となるように追加 fiしたことを特徴とした光ァイソレータ。

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