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公開番号2025040335
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-24
出願番号2023147201
出願日2023-09-11
発明の名称光アイソレータ及びその製造方法
出願人湖北工業株式会社
代理人弁理士法人プロスペック特許事務所
主分類G02B 27/28 20060101AFI20250314BHJP(光学)
要約【課題】マルチコア光ファイバ用の光アイソレータにおいて、戻り光に起因したクロストークの増加を抑制しながら当該光アイソレータを小型化する。
【解決手段】光アイソレータ10は、複数の第1コアを備える第1光ファイバ20と、第1レンズ30と、アイソレータユニット群40、50と、第2レンズ60と、複数の第2コアを備える第2光ファイバ70と、が順方向にこの順に所定の軸線に沿って配置されて成る。第1光ファイバの端面の正面視において、第2コアから出射される複数の戻り光のそれぞれと複数の第1コアのそれぞれと、の間の距離のうち最も短い距離を最小距離と規定すると、最小距離の値は、アイソレータユニット群の軸線周りにおける回転に伴い所定の上限値と所定の下限値との間で変動し、アイソレータユニット群は、最小距離の値が、最小距離の変動幅の30%に下限値を加算した値から上限値までの範囲内の値となるような位置で固定されている。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
複数の第１コアを備える第１光ファイバと、第１レンズと、アイソレータユニット群と、第２レンズと、複数の第２コアを備える第２光ファイバと、を備え、これらが順方向においてこの順に所定の軸線に沿って配置されており、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバの少なくとも一方がマルチコア光ファイバである、マルチコア光ファイバ用の光アイソレータであって、
前記第１レンズは、前記第１光ファイバの前記第１コアから出射される任意の偏光状態にある光線のそれぞれをコリメートし、
前記アイソレータユニット群は、一対の偏光分離素子と、前記一対の偏光分離素子の間に設けられたファラデー回転子と、を含むアイソレータユニットが１個以上直列に配置されて成り、前記順方向に進行する前記光線のそれぞれを透過させる一方で、逆方向に進行する光線である戻り光のそれぞれを偏光面が互いに直交する第１光線と第２光線とに分離した状態で透過させ、
前記第２レンズは、前記アイソレータユニット群を透過した前記光線のそれぞれが前記第２光ファイバの対応する前記第２コアに入射するように前記光線のそれぞれを収束させ、
前記第１光ファイバの端面の正面視において、前記複数の戻り光のそれぞれと前記複数の第１コアのそれぞれとの間の距離のうち最も短い距離を最小距離と規定すると、
前記最小距離の値は、前記アイソレータユニット群の前記軸線周りにおける回転に伴い所定の上限値と所定の下限値との間で変動し、
前記アイソレータユニット群は、前記最小距離の値が、前記最小距離の変動幅に３０％を乗じた値に前記下限値を加算した値から前記上限値までの範囲内の値となるような位置で固定されている、
光アイソレータ。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載の光アイソレータにおいて、
前記アイソレータユニット群は、前記最小距離の値が、前記最小距離の変動幅に３０％以上を満たす所定の割合を乗じた値に前記下限値を加算した値から前記上限値までの範囲内の値となるような位置で固定されている、
光アイソレータ。
【請求項３】
請求項２に記載の光アイソレータにおいて、
前記割合は６０％である、
光アイソレータ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光アイソレータにおいて、
前記最小距離の前記下限値は、前記第１光ファイバのコアピッチ以下である、
光アイソレータ。
【請求項５】
請求項４に記載の光アイソレータにおいて、
前記第１光ファイバのコアピッチと前記第２光ファイバのコアピッチは互いに等しい、
光アイソレータ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光アイソレータにおいて、
前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの中心軸線は、前記軸線上に位置している、
光アイソレータ。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光アイソレータにおいて、
前記アイソレータユニット群は２個のアイソレータユニットを含み、
前記偏光分離素子は、くさび形形状の複屈折性を有する単結晶である、
光アイソレータ。
【請求項８】
マルチコア光ファイバ用の光アイソレータの製造方法であって、
複数の第１コアを備え、その端面が斜研磨されている第１光ファイバと、前記第１コアから出射される任意の偏光状態にある光線のそれぞれをコリメートするように構成された前記第１レンズと、を含む入力側コリメータを準備する工程と、
複数の第２コアを備える第２光ファイバと、前記光線のそれぞれが前記第２光ファイバの対応する前記第２コアに入射するように前記光線のそれぞれを収束するように構成された前記第２レンズと、を含む出力側コリメータを準備する工程と、
一対の四角柱形状を呈する複屈折板と、前記一対の複屈折板の間に設けられたファラデー回転子と、を含むアイソレータユニットが１個以上直列に配置されて成り、前記入力側コリメータから前記出力側コリメータに向かう方向である順方向に進行する前記光線のそれぞれを透過させる一方で、逆方向に進行する光線である戻り光のそれぞれを偏光面が互いに直交する第１光線と第２光線とに分離した状態で透過させるように構成されたアイソレータユニット群を準備する工程と、
前記第１光ファイバと、前記第１レンズと、前記アイソレータユニット群と、前記第２レンズと、前記第２光ファイバと、が、前記順方向においてこの順に所定の軸線に沿って配置されるように、前記入力側コリメータ、前記アイソレータユニット群、及び、前記出力側コリメータを配置する工程と、
前記第１光ファイバの斜研磨方向と、前記順方向において最も前段に位置している前記複屈折板の傾斜方向と、が成す特定角度が所定の特定角度範囲内に含まれるように、前記アイソレータユニット群を前記入力側コリメータ及び前記出力側コリメータに対して相対的に固定する工程と、
を含み、
前記第１光ファイバと前記第２光ファイバの少なくとも一方がマルチコア光ファイバであり、
前記第１光ファイバの端面の正面視において、前記複数の戻り光のそれぞれと前記複数の第１コアのそれぞれとの間の距離のうち最も短い距離を最小距離と規定すると、
前記最小距離の値は、前記アイソレータユニット群の前記軸線周りにおける回転に伴い所定の上限値と所定の下限値との間で変動し、
前記特定角度範囲は、前記最小距離の変動幅に３０％を乗じた値に前記下限値を加算した値から前記上限値までの範囲である特定距離範囲に対応する角度範囲である、
光アイソレータの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の光アイソレータの製造方法において、
前記固定する工程は、更に、
前記特定角度が前記特定角度範囲内に含まれるように前記アイソレータユニット群を前記軸線周りに回転させながら、前記戻り光のそれぞれに起因するクロストークの最大値である逆方向最大クロストークを測定する工程と、
前記逆方向最大クロストークが所定のクロストーク閾値以下となる回転位置で前記アイソレータユニット群を固定する工程と、
を含む、
光アイソレータの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチコア光ファイバ用の偏光無依存型光アイソレータ及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 4,700 文字）【背景技術】
【０００２】
光ファイバ１本当たりの伝送容量を増大させ、１ビット当たりのコストを低減する目的で、マルチコア光ファイバを用いた空間分割多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）技術に関する研究開発が進められている。例えば、従来、光増幅器にはシングルコア光ファイバが用いられ、シングルコア光ファイバからマルチコア光ファイバへの変換、又は、マルチコア光ファイバからシングルコア光ファイバへの変換はファンイン／ファンアウト（ＦＩＦＯ：Fan-in/Fan-out）デバイスにより行われていた。しかしながら、ＦＩＦＯデバイスの挿入による損失の増加により伝送容量が低下するという問題があったため、近年、マルチコア光ファイバを用いた光増幅器（以下、「ＭＣＦ光増幅器」とも称する。）が提案されている（非特許文献１参照）。ＭＣＦ光増幅器によればＦＩＦＯデバイスを省略することができるため、ＦＩＦＯデバイスの挿入損失に起因した伝送容量の低下を抑制することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
若山雄太、外２名、「ファイバーブラッググレーティングベースの利得平坦化フィルターを備えたＦＩＦＯレスコア励起マルチコアファイバーアンプ」、The European Conference on Optical Communication、２０２２
【発明の概要】
【０００４】
ＭＣＦ光増幅器ではマルチコア光ファイバを用いた光アイソレータが必要であるが、戻り光によるクロストークの増加を抑制するために光アイソレータの寸法を大型化せざるを得ないという問題がある。即ち、一般に、光ファイバ用の偏光無依存型光アイソレータは、入力側の光ファイバのコアからの出射光を透過させて出力側の光ファイバの対応するコアに入射させる一方で、出力側の光ファイバの当該コアからの出射光（別言すれば、戻り光）を分離することにより戻り光が入力側の光ファイバの当該コアと結合することを抑制する（即ち、戻り光をアイソレートする）ように構成されている。このような光アイソレータをマルチコア光ファイバに用いる場合、出力側のマルチコア光ファイバの各コアからの戻り光が入力側のマルチコア光ファイバの対応する各コアと結合することは好適に抑制できるものの、当該戻り光が「対応するコア以外のコア」と結合することでクロストークが増加する可能性がある。このため、光アイソレータの寸法を大型化することにより戻り光によるクロストークの増加を抑制することが行われている。光アイソレータの寸法は、マルチコア光ファイバのコア数が多くなるほど大型化する傾向にある。なお、上述した問題はＭＣＦ光増幅器に限られず、マルチコア光ファイバ用の偏光無依存型光アイソレータ全般に共通している。
【０００５】
本発明は、上述した問題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、マルチコア光ファイバ用の光アイソレータにおいて、戻り光に起因したクロストークの増加を抑制しながら当該光アイソレータを小型化することが可能な技術を提案することにある。
【０００６】
１つ目の発明に係るマルチコア光ファイバ用の光アイソレータ（１０）は、
複数の第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）を備える第１光ファイバ（２０）と、第１レンズ（３０）と、アイソレータユニット群（Ｇ）と、第２レンズ（６０）と、複数の第２コア（Ｃ１乃至Ｃ４）を備える第２光ファイバ（７０）と、を備え、これらが順方向においてこの順に所定の軸線（Ａ）に沿って配置されて成る。前記第１光ファイバと前記第２光ファイバの少なくとも一方がマルチコア光ファイバである。
前記第１レンズは、前記第１光ファイバの前記第１コアから出射される任意の偏光状態にある光線（ｂ１乃至ｂ４）のそれぞれをコリメートし、
前記アイソレータユニット群は、一対の偏光分離素子（４２，４６、５２，５６）と、前記一対の偏光分離素子の間に設けられたファラデー回転子（４４、５４）と、を含むアイソレータユニット（４０、５０）が１個以上直列に配置されて成り、前記順方向に進行する前記光線のそれぞれを透過させる一方で、逆方向に進行する光線である戻り光（ｂｒ１乃至ｂｒ４）のそれぞれを偏光面が互いに直交する第１光線（ｂｒ１１乃至ｂｒ４１）と第２光線（ｂｒ１２乃至ｂｒ４２）とに分離した状態で透過させ、
前記第２レンズは、前記アイソレータユニット群を透過した前記光線のそれぞれが前記第２光ファイバの対応する前記第２コアに入射するように前記光線のそれぞれを収束させ、
前記第１光ファイバの端面の正面視において、前記複数の戻り光のそれぞれと前記複数の第１コアのそれぞれとの間の距離のうち最も短い距離を最小距離（ｄｍｉｎ）と規定すると、
前記最小距離の値は、前記アイソレータユニット群の前記軸線周りにおける回転に伴い所定の上限値（ｄｍｉｎｕ）と所定の下限値（ｄｍｉｎｌ）との間で変動し、
前記アイソレータユニット群は、前記最小距離の値が、前記最小距離の変動幅に３０％を乗じた値に前記下限値を加算した値から前記上限値までの範囲内の値となるような位置で固定されている。
【０００７】
２つ目の発明に係るマルチコア光ファイバ用の光アイソレータ（１０）の製造方法は、
複数の第１コア（Ｃ１乃至Ｃ４）を備え、その端面が斜研磨されている第１光ファイバ（２０）と、前記第１コアから出射される任意の偏光状態にある光線（ｂ１乃至ｂ４）のそれぞれをコリメートするように構成された前記第１レンズ（３０）と、を含む入力側コリメータ（Ｃｉｎ）を準備する工程と、
複数の第２コア（Ｃ１乃至Ｃ４）を備える第２光ファイバ（７０）と、前記光線のそれぞれが前記第２光ファイバの対応する前記第２コアに入射するように前記光線のそれぞれを収束するように構成された前記第２レンズ（６０）と、を含む出力側コリメータ（Ｃｏｕｔ）を準備する工程と、
一対の四角柱形状を呈する複屈折板（４２，４６、５２，５６）と、前記一対の複屈折板の間に設けられたファラデー回転子（４４、５４）と、を含むアイソレータユニット（４０、５０）が１個以上直列に配置されて成り、前記入力側コリメータから前記出力側コリメータに向かう方向である順方向に進行する前記光線のそれぞれとを透過させる一方で、逆方向に進行する光線である戻り光（ｂｒ１乃至ｂｒ４）のそれぞれを偏光面が互いに直交する第１光線（ｂｒ１１乃至ｂｒ４１）と第２光線（ｂｒ１２乃至ｂｒ４２）とに分離した状態で透過させるように構成されたアイソレータユニット群（Ｇ）を準備する工程と、
前記第１光ファイバと、前記第１レンズと、前記アイソレータユニット群と、前記第２レンズと、前記第２光ファイバと、が、前記順方向においてこの順に所定の軸線（Ａ）に沿って配置されるように、前記入力側コリメータ、前記アイソレータユニット群、及び、前記出力側コリメータを配置する工程と、
前記第１光ファイバの斜研磨方向と、前記順方向において最も前段に位置している前記複屈折板の傾斜方向と、が成す特定角度が所定の特定角度範囲内に含まれるように、前記アイソレータユニット群を前記入力側コリメータ及び前記出力側コリメータに対して相対的に固定する工程と、
を含む。
この製造方法では、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバの少なくとも一方がマルチコア光ファイバである。
前記第１光ファイバの端面の正面視において、前記複数の戻り光のそれぞれと前記複数の第１コアのそれぞれとの間の距離のうち最も短い距離を最小距離（ｄｍｉｎ）と規定すると、
前記最小距離の値は、前記アイソレータユニット群の前記軸線周りにおける回転に伴い所定の上限値（ｄｍｉｎｕ）と所定の下限値（ｄｍｉｎｌ）との間で変動し、
前記特定角度範囲は、前記最小距離の変動幅に３０％を乗じた値に前記下限値を加算した値から前記上限値までの範囲である特定距離範囲に対応する角度範囲である。
【０００８】
本発明によれば、マルチコア光ファイバ用の光アイソレータにおいて、戻り光に起因したクロストークの増加を抑制しながら当該光アイソレータを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施形態に係る光アイソレータの側面図であり、順方向における光路の一例を示す図である。
光アイソレータの平面図であり、順方向における光路の一例を示す図である。
光アイソレータの側面図であり、逆方向における光路の一例を示す図である。
光アイソレータの平面図であり、逆方向における光路の一例を示す図である。
入力側のマルチコア光ファイバの端面の正面図である。
出力側のマルチコア光ファイバの端面の正面図である。
図２の正面図に基準状態における戻り光の位置を重畳的に示した図である。
図２の正面図に、アイソレータユニット群を基準状態から軸線周りに回転角φだけ回転したときの戻り光の位置を重畳的に示した図である。
分離量ｓと、距離ｄｍｉｎ及び回転角φと、の関係を規定したグラフである。
条件Ａに従って、回転角φと、距離ｄｍｉｎ及び逆方向最大クロストークＸＴｒｍａｘの絶対値と、の関係を規定したグラフである。
条件Ｂに従って、回転角φと、距離ｄｍｉｎ及び逆方向最大クロストークＸＴｒｍａｘの絶対値と、の関係を規定したグラフである。
条件Ｃに従って、回転角φと、距離ｄｍｉｎ及び逆方向最大クロストークＸＴｒｍａｘの絶対値と、の関係を規定したグラフである。
条件Ｃに用いられるマルチコア光ファイバの正面図である。
順方向及び逆方向のクロストークの波長依存特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る光アイソレータ１０について説明する。光アイソレータ１０は、偏光無依存型、即ち、入射光線の偏光状態に関わらず挿入損失が変化しないタイプの光アイソレータである。図１Ａ及び図１Ｃは、光アイソレータ１０の側面図であり、図１Ｂ及び図１Ｄは、光アイソレータ１０の平面図である。図１Ａ乃至図１Ｄに示すように、光アイソレータ１０は、マルチコア光ファイバ２０と、レンズ３０と、アイソレータユニット群Ｇと、レンズ６０と、マルチコア光ファイバ７０と、を備える（以下、マルチコア光ファイバを「ＭＣＦ」とも称する。）。これらの部材は、軸線Ａに沿って上記の順に配置されている。光アイソレータ１０には、直交座標系が設定されている。ｚ軸は、ＭＣＦ２０からＭＣＦ７０に向かう方向が正方向となるように軸線Ａと平行に延びている。ｙ軸は、ｚ軸と直交しており、図１Ａ及び図１Ｃにおいては紙面上方向が正方向となるように延びている。ｘ軸は、ｙ軸及びｚ軸と直交しており、図１Ｂ及び図１Ｄにおいては紙面上方向が正方向となるように延びている。
（【００１１】以降は省略されています）

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