特開 2025-40335 光アイソレータ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025040335

(43)【公開日】2025-03-24

(54)【発明の名称】光アイソレータ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/28 20060101AFI20250314BHJP

【ＦＩ】

G02B27/28 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023147201

(22)【出願日】2023-09-11

(71)【出願人】

【識別番号】392017004

【氏名又は名称】湖北工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】弁理士法人プロスペック特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 勝博

(72)【発明者】

【氏名】木藤 克哉

【テーマコード（参考）】

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H199AA02

2H199AA07

2H199AA09

2H199AA16

2H199AA32

2H199AA54

2H199AA67

2H199AA83

2H199AA90

2H199AA94

(57)【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。

【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。

【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】

【非特許文献1】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】

【図1A】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。

【図1B】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。

【図1C】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。

【図1D】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。

【図2】入力側のマルチコア光ファイバの端面の正面図である。

【図3】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4A】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4B】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【図9】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。

【図10】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】

本明細書では、＋ｚ軸方向を光アイソレータ１０の順方向と規定し、－ｚ軸方向を光アイソレータ１０の逆方向と規定している。このため、ＭＣＦ２０は入力側のマルチコア光ファイバとして機能し、ＭＣＦ７０は出力側のマルチコア光ファイバとして機能する。
図１Ａ及び図１Ｂでは、入力側のＭＣＦ２０から出射された光線（厳密には、後述するコアＣ１からの出射光線）の順方向における光路を示し、図１Ｃ及び図１Ｄでは、出力側のＭＣＦ７０から出射された光線（厳密には、後述するコアＣ１からの出射光線）の逆方向における光路を示す。なお、出力側のＭＣＦ７０から出射される光線とは、光アイソレータ１０の順方向における後段に配置された各光学部品において反射された光線（いわゆる戻り光）である。

【0012】

本明細書では、図を見易くするために、特定の部材（例えば、ＭＣＦ２０及び７０）の寸法及び光線の角度等を変更して図示している。ＭＣＦ２０及びＭＣＦ７０は、それぞれ「第１マルチコア光ファイバ」及び「第２マルチコア光ファイバ」の一例に相当する。レンズ３０及びレンズ６０は、それぞれ「第１レンズ」及び「第２レンズ」の一例に相当する。

【0013】

ＭＣＦ２０は円柱状であり、少なくともその＋ｚ軸方向の端部における中心軸線は、軸線Ａと一致している。ＭＣＦ２０の当該端部は、図示しないフェルールに挿通されて保持されている。ＭＣＦ２０の端面２０ａ及びフェルールの端面は一括して斜研磨されており、その研磨角度は例えば８°である。ここで、任意のＭＣＦの端面を正面視した場合において、「対応するレンズから最も離間している位置である遠位端」から「対応するレンズに最も近接している位置である近位端」に向かう方向を「斜研磨方向」と規定すると、ＭＣＦ２０の斜研磨方向は＋ｙ軸方向である（図１Ａ参照）。

【0014】

図２は、端面２０ａの正面図（即ち、端面２０ａを中心軸線に沿って見た図）である。図２に示すように、ＭＣＦ２０は、４つのコアＣ１乃至Ｃ４と、これらのコアＣ１乃至Ｃ４を取り囲む共通のクラッドＣＬと、を備える。コアＣ１乃至Ｃ４は、端面２０ａの中心を中心とした正方形の頂点に位置しており、コアピッチは４４μｍである。コアＣ１乃至Ｃ４は、ＭＣＦ２０の中心軸線と平行な方向に延在している。なお、ＭＣＦ２０のモードフィールド径は１０．６μｍである。

【0015】

図１Ａ及び図１Ｂに戻って説明を続ける。レンズ３０は、焦点距離が２．５ｍｍのコリメートレンズであり、より詳細には、回転対称な曲面を有する非球面レンズである。レンズ３０の光軸は、軸線Ａ上に位置している。なお、レンズ３０の曲面は、各コアＣ１乃至Ｃ４からの光線をコリメート可能であれば、非回転対称であってもよい。また、レンズ３０は、球面レンズ又はＧＲＩＮレンズであってもよいし、片面が平坦なレンズであってもよい。

【0016】

ＭＣＦ２０が収容されたフェルールと、レンズ３０と、によりコリメータが構成されている。このコリメータは入力側コリメータＣｉｎとして機能する。

【0017】

アイソレータユニット群Ｇは、２個のアイソレータユニット４０及び５０が直列に接続されて成る。アイソレータユニット４０は、軸線Ａに沿って配置された一対の複屈折板４２及び４６と、これら一対の複屈折板４２及び４６の間に設けられたファラデー回転子４４と、を含む。アイソレータユニット５０は、アイソレータユニット４０に対して順方向後段に位置しており、軸線Ａに沿って配置された一対の複屈折板５２及び５６と、これら一対の複屈折板５２及び５６の間に設けられたファラデー回転子５４と、を含む。

【0018】

複屈折板４２、４６、５２及び５６は、何れもルチル（ＴｉＯ２）を材料とするくさび形形状の複屈折性を有する単結晶であり、互いに同一の光学特性を有する。複屈折板４２、４６、５２及び５６は、断面が直角台形の四角柱であり、これらの大きさ及び形状は互いに同一である。複屈折板４２、４６、５２及び５６は、「偏光分離素子」の一例に相当する。なお、複屈折板４２、４６、５２及び５６の断面形状は直角台形に限られず、任意の矩形状であってもよい。また、複屈折性を有する単結晶には、ルチル以外を材料とする単結晶が用いられてもよい。更に、複屈折板４２、４６、５２及び５６には、複屈折性を有する単結晶に限られず、複屈折性を有する他の光学要素が用いられてもよい。

【0019】

複屈折板４２は、複屈折板４６に対して順方向前段に位置している。複屈折板４２は、側周面を構成する４つの面として、面４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄを有する。面４２ａ及び４２ｂは互いに対向しており、面４２ｃ及び４２ｄは互いに対向している。面４２ｂはｘｙ平面と平行であり、面４２ａは面４２ｂに対し所定のテーパ角（例えば、５°）だけ傾斜している。複屈折板４２は、面４２ａ及び４２ｂがそれぞれ順方向に進行する光線の入射面及び出射面となるように配置されている。面４２ｃの幅（ｚ軸方向の長さ）は、面４２ｄの幅よりも狭い。即ち、面４２ｃは幅狭面であり、面４２ｄは幅広面である。

【0020】

複屈折板４６は、側周面を構成する４つの面として、面４６ａ、４６ｂ、４６ｃ及び４６ｄを有する。面４６ａ及び４６ｂは互いに対向しており、面４６ｃ及び４６ｄは互いに対向している。面４６ｂはｘｙ平面と平行であり、面４６ａは面４６ｂに対し上記テーパ角だけ傾斜している。複屈折板４６は、面４６ｂ及び４６ａがそれぞれ順方向に進行する光線の入射面及び出射面となるように配置されている。面４６ｃの幅は、面４６ｄの幅よりも狭い。即ち、面４６ｃは幅狭面であり、面４６ｄは幅広面である。

【0021】

上記の説明から明らかなように、アイソレータユニット４０内では、傾斜面である面４２ａ及び４６ａが外側を向いており、垂直面である面４２ｂ及び４６ｂが内側を向いている。ここで、幅狭面（面４２ｃ又は４６ｃ）から幅広面（面４２ｄ又は４６ｄ）に向かう方向を「傾斜方向」と規定する（図１Ａにおいては、複屈折板４２の傾斜方向は－ｙ軸方向であり、複屈折板４６の傾斜方向は＋ｙ軸方向である。）。この場合、複屈折板４２及び４６は、両者の傾斜方向が１８０°を成すように配置されている。特に、本実施形態では、面４２ａのテーパ角は面４６ａのテーパ角と等しい。このため、複屈折板４２及び４６は、面４２ａと面４６ａとが互いに平行となるように配置されているということもできる。また、複屈折板４２の光学軸及び複屈折板４６の光学軸はそれぞれ異なる方向に延びており、両者の成す角度は４５°である。

【0022】

ファラデー回転子４４は、入射光線の偏光面を特定方向（例えば、順方向においては時計回りであり、逆方向においては反時計回り）に４５°だけ回転させる。

【0023】

複屈折板５２は、複屈折板５６に対して順方向前段に位置している。アイソレータユニット５０内における複屈折板５２の構成は、アイソレータユニット４０内における複屈折板４２の構成と同一である。また、アイソレータユニット５０内における複屈折板５６の構成は、アイソレータユニット４０内における複屈折板４６の構成と同一である。このため、アイソレータユニット５０内では、傾斜面である面５２ａ及び５６ａが外側を向いており、垂直面である面５２ｂ及び５６ｂが内側を向いている。また、複屈折板５２及び５６は、両者の傾斜方向が１８０°を成すように配置されている。特に、本実施形態では、面５２ａのテーパ角は面５６ａのテーパ角と等しい。このため、複屈折板５２及び５６は、面５２ａと面５６ａとが互いに平行となるように配置されているということもできる。更に、複屈折板５２の光学軸及び複屈折板５６の光学軸はそれぞれ異なる方向に延びており、両者の成す角度は４５°である。

【0024】

ファラデー回転子５４は、入射光線の偏光面を上記特定方向とは反対の反特定方向（例えば、順方向においては反時計回りであり、逆方向においては時計回り）に４５°だけ回転させる。

【0025】

アイソレータユニット４０及び５０は、複屈折板４６の光学軸と複屈折板５２の光学軸（隣接する複屈折板の光学軸同士）が直交する位置関係となるように配置されている。即ち、アイソレータユニット群Ｇ内では、隣接するアイソレータユニットは、「光線の進行方向における前段のアイソレータユニットの後段の複屈折板の光学軸」と「光線の進行方向における後段のアイソレータユニットの前段の複屈折板の光学軸」とが直交する位置関係となるように配置されている。これにより、前段のアイソレータユニットにおいて分離されて出射される分離光線のそれぞれが後段のアイソレータユニットにおいて更に分離されることを抑制できるという効果が得られる（後述）。なお、当該効果が得られる限り、ファラデー回転子５４が入射光線の偏光面を回転させる方向はファラデー回転子４４の方向と同一であってもよい。

【0026】

レンズ６０は、焦点距離が２．５ｍｍのコリメートレンズであり、より詳細には、回転対称な曲面を有する非球面レンズである。レンズ６０の光軸は、軸線Ａ上に位置している。なお、レンズ６０の曲面は、コリメート光を収束可能であれば、非回転対称であってもよい。また、レンズ６０は、球面レンズ又はＧＲＩＮレンズであってもよいし、片面が平坦なレンズであってもよい。

【0027】

ＭＣＦ７０は円柱状であり、少なくともその－ｚ軸方向の端部における中心軸線は、軸線Ａと一致している。ＭＣＦ７０の当該端部は、図示しないフェルールに挿通されて保持されている。ＭＣＦ７０の端面７０ａ及びフェルールの端面は一括して斜研磨されており、その研磨角度は例えば８°である。また、ＭＣＦ７０の斜研磨方向は－ｘ軸方向である（図１Ｂ参照）。即ち、本実施形態では、ＭＣＦ７０の斜研磨方向は、ＭＣＦ２０の斜研磨方向に対して９０°だけずれている。但し、ＭＣＦ２０及び７０の斜研磨方向が成す角はこれに限られない。

【0028】

図３は、端面７０ａの正面図（即ち、端面７０ａを中心軸線に沿って見た図）である。図３に示すように、ＭＣＦ７０は、４つのコアＣ１乃至Ｃ４と、これらのコアＣ１乃至Ｃ４を取り囲む共通のクラッドＣＬと、を備える。コアＣ１乃至Ｃ４は、端面７０ａの中心を中心とした正方形の頂点に位置しており、コアピッチは４４μｍである。即ち、ＭＣＦ２０のコアピッチとＭＣＦ７０のコアピッチは互いに等しい。コアＣ１乃至Ｃ４は、ＭＣＦ７０の中心軸線と平行な方向に延在している。

【0029】

図１Ａ及び図１Ｂに戻って説明を続ける。レンズ６０と、ＭＣＦ７０が収容されたフェルールと、によりコリメータが構成されている。このコリメータは出力側コリメータＣｏｕｔとして機能する。

【0030】

入力側コリメータＣｉｎ、アイソレータユニット群Ｇ、及び、出力側コリメータＣｏｕｔは、図示しないスリーブに収容され、その両端がゴム封止される。ゴム封止された両端からはＭＣＦ２０及び７０がその外部に延びている。本明細書において「光アイソレータ１０を小型化する」とは、このスリーブのサイズを小さくする（特に、径方向に小さくする）ことを意味する。

【0031】

次に、順方向及び逆方向における光路について説明する。なお、図を見易くするため、図１Ａ及び図１Ｂでは、ＭＣＦ２０の各コアＣ１乃至Ｃ４（図２参照）からそれぞれ出射される光線ｂ１乃至ｂ４のうち、コアＣ１からの光線ｂ１のみ図示しており、図１Ｃ及び図１Ｄでは、ＭＣＦ７０の各コアＣ１乃至Ｃ４（図３参照）からそれぞれ出射される光線（戻り光）ｂｒ１乃至ｂｒ４のうち、コアＣ１からの光線ｂｒ１のみ図示している。

【0032】

まず、順方向においては、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ＭＣＦ２０の各コアＣ１乃至Ｃ４を伝搬してきた任意の偏光状態にある光線ｂ１乃至ｂ４は、端面２０ａからレンズ３０に向けて出射される。これらの光線ｂ１乃至ｂ４は、進行するにつれて発散する発散光であり、端面２０ａが斜研磨されていることにより軸線Ａに対して所定の角度だけ傾斜してレンズ３０に入射する。レンズ３０は、これらの入射光線ｂ１乃至ｂ４をそれぞれコリメート（平行化）する。コリメートされた光線ｂ１乃至ｂ４は、レンズ３０への入射位置及び入射角度に応じた出射角度でそれぞれ出射され、アイソレータユニット４０に入射する。複屈折板４２は、これらの入射光線ｂ１乃至ｂ４のそれぞれを、偏光面が互いに直交する第１光線ｂ１１乃至ｂ４１と、第２光線ｂ１２乃至ｂ４２と、に分離する（図１Ａ及び図１Ｂでは、第１光線ｂ１１及び第２光線ｂ１２のみ図示）。複屈折板４２から出射された第１光線ｂ１１乃至ｂ４１及び第２光線ｂ１２乃至ｂ４２は、ファラデー回転子４４により偏光面が特定方向に４５°回転され、複屈折板４６を透過してアイソレータユニット５０に入射する。アイソレータユニット５０に入射するまでは、第１光線ｂ１１乃至ｂ４１が常光線であり、第２光線ｂ１２乃至ｂ４２が異常光線である。

【0033】

上述したように、複屈折板４６の光学軸と複屈折板５２の光学軸とは直交している。このため、第１光線ｂ１１乃至ｂ４１及び第２光線ｂ１２乃至ｂ４２は、これ以上分離されることなくアイソレータユニット５０内を進行する。これにより、アイソレータユニット５０からの出射光線の数が増加することを抑制できる。加えて、アイソレータユニット５０に入射すると、第１光線ｂ１１乃至ｂ４１は常光線から異常光線へと変化し、第２光線ｂ１２乃至ｂ４２は異常光線から常光線へと変化する。これにより、アイソレータユニット４０を透過した直後に第１光線ｂ１１乃至ｂ４１と第２光線ｂ１２乃至ｂ４２との間に生じていた伝搬遅延が解消される。以下では、第１光線及び第２光線を単に「光線」とも称する。なお、光線ｂ１１乃至ｂ４１及び光線ｂ１２乃至ｂ４２は、ファラデー回転子５４により偏光面がそれぞれ反特定方向に回転される。

【0034】

複屈折板５６を透過した光線ｂ１１乃至ｂ４１及び光線ｂ１２乃至ｂ４２は、レンズ６０に入射する。レンズ６０は、これらの光線ｂ１１乃至ｂ４１及び光線ｂ１２乃至ｂ４２を収束させる。レンズ６０及びＭＣＦ７０は、レンズ６０からの出射光線ｂ１１乃至ｂ４１及び光線ｂ１２乃至ｂ４２が、斜研磨されたＭＣＦ７０の端面７０ａに適切な入射角度で入射するとともに、端面７０ａ上で収束するような位置関係となるようにそれぞれ配置されている。このため、光線ｂ１１及びｂ１２は、対応するコアＣ１に収束し、光線ｂ２１及びｂ２２は、対応するコアＣ２に収束し、光線ｂ３１及びｂ３２は、対応するコアＣ３に収束し、光線ｂ４１及びｂ４２は、対応するコアＣ４に収束する。この構成によれば、光アイソレータ１０の順方向における結合損失を極めて低くすることができる。

【0035】

次に、逆方向においては、図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、ＭＣＦ７０の各コアＣ１乃至Ｃ４を伝搬してきた戻り光である光線ｂｒ１乃至ｂｒ４は、端面７０ａからレンズ６０に向けて出射され、軸線Ａに対して所定の角度だけ傾斜してレンズ６０に入射する。レンズ６０によりコリメートされた光線ｂｒ１乃至ｂｒ４は、レンズ６０への入射位置及び入射角度に応じた出射角度でそれぞれ出射され、アイソレータユニット５０に入射する。複屈折板５６は、これらの入射光線ｂｒ１乃至ｂｒ４のそれぞれを、偏光面が互いに直交する第１戻り光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１と、第２戻り光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２と、に分離する（図１Ｃ及び図１Ｄでは、第１戻り光線ｂｒ１１及び第２戻り光線ｂｒ１２のみ図示）。複屈折板５６から出射された第１戻り光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１及び第２戻り光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２は、ファラデー回転子５４によりこれらの偏光面がそれぞれ反特定方向に４５°回転され、複屈折板５２を透過してアイソレータユニット４０に入射する。第１戻り光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１は、複屈折板５２に入射すると常光線から異常光線へと変化する。第２戻り光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２は、複屈折板５２に入射すると異常光線から常光線へと変化する。

【0036】

アイソレータユニット４０では、第１戻り光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１及び第２戻り光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２はこれ以上分離されることなく進行し、ファラデー回転子４４によりこれらの偏光面が特定方向にそれぞれ４５°回転される。第１戻り光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１は、複屈折板４６に入射すると異常光線から常光線へと変化し、複屈折板４２に入射すると常光線から異常光線へと変化する。第２戻り光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２は、複屈折板４６に入射すると常光線から異常光線へと変化し、複屈折板４２に入射すると異常光線から常光線へと変化する。複屈折板４２を透過した光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１及び光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２は、レンズ３０によりそれぞれ屈折されてＭＣＦ２０又はその近傍に到達する。

【0037】

図４Ａは、光アイソレータ１０の構成部材が図１Ｃ及び図１Ｄに示すような位置関係で配置されているときのＭＣＦ２０の端面２０ａの正面図である。別言すれば、図４Ａは、ＭＣＦ２０の斜研磨方向が＋ｙ軸方向を向いており、複屈折板４２の傾斜方向が－ｙ軸方向を向いているときの端面２０ａの正面図である。図４Ａでは、逆方向に進行してきた光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１及び光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２の位置を重畳的に示している。図４Ａに示すように、ＭＣＦ７０のコアＣ１乃至Ｃ４から出射された光線ｂｒ１乃至ｂｒ４の分離光線（ｂｒ１１，ｂｒ１２）、（ｂｒ２１，ｂｒ２２）、（ｂｒ３１，ｂｒ３２）及び（ｂｒ４１，ｂｒ４２）は、何れもＭＣＦ２０のコアＣ１乃至Ｃ４からそれぞれ等距離だけ分離している。これらの分離光線の分離量ｓは互いに等しい。戻り光がこのように分離されることにより、戻り光が対応するコアに結合することが好適に抑制され、高いアイソレーションを実現できる。この方法は、光アイソレータがシングルコア光ファイバに用いられる場合には適切に機能する。しかしながら、この方法では戻り光が他のコア（対応するコア以外のコア）と結合する可能性については全く考慮されていないため、ＭＣＦ用の光アイソレータ（即ち、光アイソレータ１０）に用いられる場合は戻り光に起因したクロストーク（逆方向クロストーク）が増大する可能性があり、光アイソレータを大型化せざるを得ないという問題があった。例えば、図４Ａの例では、光線ｂｒ２２（ＭＣＦ７０のコアＣ２からの戻り光）はＭＣＦ２０の対応するコアＣ２から離間しているため高いアイソレーションを実現できているが、その一方でコアＣ４に非常に近接しているため、光線ｂｒ２２に起因したコアＣ４のクロストークが増大する可能性がある。

【0038】

そこで、本願発明者らは、ＭＣＦ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検討した。本明細書では、戻り光に起因したクロストークＸＴｒを「ＭＣＦ７０の任意のコアＣｊ（ｊ：１～４の整数）から出射されて逆方向に入力される光線のパワーＰｉｎｊ」に対する「当該光線がＭＣＦ２０の他のコアＣｋ（ｋ：ｊを除く１～４の整数）と結合して逆方向に出力されるときのパワーＰｏｕｔｋ」の比率として規定している。なお、パワーＰｏｕｔｋは、常光線と異常光線の２つのパワーＰｏｕｔｋのうち大きい方が用いられる。例えば、ｊ＝１のとき、「Ｐｏｕｔ２／Ｐｉｎ１」、「Ｐｏｕｔ３／Ｐｉｎ１」及び「Ｐｏｕｔ４／Ｐｉｎ１」の３個のクロストークＸＴｒが測定され得る。即ち、クロストークＸＴｒは、全部で１２個測定され得る。本願発明者らは、これら１２個のクロストークＸＴｒの最大値である逆方向最大クロスロークＸＴｒｍａｘの値を低減できればクロストークＸＴｒの増加を好適に抑制できると考えた（以下では、逆方向最大クロストークを単に「最大クロストーク」とも称する）。

【0039】

以下では、光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１と光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２とが互いに分離している方向を「分離方向」と規定する。また、光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１及び光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２が図４Ａに示す位置に分布しているときを「基準状態」と規定し、基準状態におけるｙ軸と分離方向とが成す角を「基準角θ」と規定する。図４Ａの例では、基準角θ＝－４５°である。更に、ＭＣＦ２０の端面２０ａの正面視において、光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１及び光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２のそれぞれと、コアＣ１乃至Ｃ４のそれぞれとの間の距離のうち最も短い距離を「距離ｄｍｉｎ」と規定する。図４Ａの例では、距離ｄｍｉｎは、光線ｂｒ２２とコアＣ４との距離（又は、光線ｂｒ４１とコアＣ２との距離）である。

【0040】

ここで、アイソレータユニット群Ｇを軸線Ａ周りに基準状態から角度φだけ回転すると、図４Ｂに示すように、光線ｂｒ１１乃至ｂｒ４１及び光線ｂｒ１２乃至ｂｒ４２も、対応するコアＣ１乃至Ｃ４を中心として角度φだけ回転する。即ち、アイソレータユニット群Ｇの回転角は、「任意の１組の分離光線の基準状態における分離方向と、回転後の当該分離光線の分離方向と、が成す角」に等しい。本願発明者らはこの点に着目し、アイソレータユニット群Ｇを軸線Ａ周りに回転させることにより、距離ｄｍｉｎが周期的に変化するという知見を得た。そして、距離ｄｍｉｎが比較的大きい値となるようにアイソレータユニット群Ｇを基準状態から回転させることにより最大クロストークＸＴｒｍａｘを低減できると考えた。なお、本実施形態では、－ｚ軸方向から見て反時計回りにアイソレータユニット群Ｇを回転させている。但し、回転方向はこれに限られない。

【0041】

図５は、光アイソレータ１０を用いて、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。このグラフでは、回転角φを増減させる過程で距離ｄｍｉｎが最大となるときの回転角φ及び距離ｄｍｉｎをプロットしている。このグラフによれば、分離量ｓが比較的に小さい範囲では、回転角φによらず、分離量ｓが大きくなるほど距離ｄｍｉｎが増加している。また、分離量ｓがある程度大きくなると、分離量ｓの増加に伴い距離ｄｍｉｎが減少している。これは、分離量ｓが大きくなるにつれて分離光線の到達位置が他のコア（対応するコア以外のコア）に接近していくためであると考えられる。分離量ｓが更に大きくなると、距離ｄｍｉｎも増加している。これは、分離量ｓの増大に伴って分離光線の到達位置も他のコアから離間していくためであると考えられる。一方、距離ｄｍｉｎの最大値を与える回転角φは、距離ｄｍｉｎの増加に伴い大きくなっている。以上より、距離ｄｍｉｎを増大させるためには、分離量ｓを大きくすればよいことが分かる。しかしながら、分離量ｓはレンズ３０及びレンズ６０の焦点距離及び複屈折板４２、４６、５２及び５６の分離角に依存するため、分離量ｓを大きくしようとすると光アイソレータ１０が大型化してしまう。

【0042】

そこで、本願発明者らは、「光アイソレータ１０の小型化」と「最大クロストークＸＴｒｍａｘの低減」とを両立させるために、分離量ｓが１５６μｍとなるように光アイソレータ１０の構成部材の位置関係を調整し、回転角φと、距離ｄｍｉｎ及び最大クロストークＸＴｒｍａｘと、の関係を調査した。距離ｄｍｉｎについては計算値（理論値）を用い、最大クロストークＸＴｒｍａｘについては測定値を用いた。以下、この調査条件を「条件Ａ」と称する。条件Ａによる調査結果を図６に示す。なお、図６では、説明の便宜上、最大クロストークＸＴｒｍａｘをその絶対値で示した。これは、後述する図７及び図８についても同様である。

【0043】

加えて、本願発明者らは、分離量ｓ、距離ｄｍｉｎ及び最大クロストークＸＴｒｍａｘの関係をより詳細に調べるために、調査条件を変えて２通りの測定を行った。１つ目の調査条件である条件Ｂでは、レンズ３０及びレンズ６０の代わりに焦点距離が１．８ｍｍのレンズを使用した。分離量ｓは１１４μｍであり、基準角θは－４５°であった。条件Ｂによる調査結果を図７に示す。一方、２つ目の調査条件である条件Ｃでは、レンズ３０及びレンズ６０の代わりに焦点距離が１．８ｍｍのレンズを使用した。加えて、ＭＣＦ２０及びＭＣＦ７０の代わりに、ＭＣＦ１２０（図９参照）を使用した。ここで、図９に示すように、ＭＣＦ１２０は、７つのコアＣ０乃至Ｃ６と、これらのコアＣ０乃至Ｃ６を取り囲む共通のクラッドＣＬと、を備える。コアＣ０は軸線Ａ上に位置しており、コアＣ１乃至Ｃ６は、端面２２０ａの中心を中心とした正六角形の頂点に位置しており、コアピッチは３７μｍである。即ち、入力側のマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ１２０）のコアピッチと、出力側のマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ１２０）のコアピッチは互いに等しい。ＭＣＦ１２０のモードフィールド径は１０μｍである。分離量ｓは１１４μｍであり、基準角θは－４５°であった。条件Ｃによる調査結果を図８に示す。

【0044】

図６乃至図８のグラフによれば、何れの条件Ａ乃至Ｃにおいても、距離ｄｍｉｎは、回転角φの変化に伴い３６０°の範囲内で周期的に変動している。具体的には、条件Ａ及びＢでは距離ｄｍｉｎは９０°周期で変動しており、条件Ｃでは距離ｄｍｉｎは６０°周期で変動している。これは、ＭＣＦのコア配置が条件Ａ、Ｂでは４回対称であり（３６０°／４＝９０°）、条件Ｃでは６回対称である（３６０°／６＝６０°）ことによるものであると考えられる。条件Ｂでは、条件Ａと比較して、距離ｄｍｉｎの上限値ｄｍｉｎｕ及び下限値ｄｍｉｎｌがそれぞれ小さくなっている。これは、条件Ｂの分離量ｓ（＝１１４μｍ）が条件Ａの分離量ｓ（＝１５６μｍ）より小さいためであると考えられる。また、条件Ｃでは、条件Ａと比較して、上限値ｄｍｉｎｕ及び下限値ｄｍｉｎｌがそれぞれ小さくなっている。これは、条件Ｃの分離量ｓ（＝１１４μｍ）が条件Ａの分離量ｓより小さいことに加え、両者のコア数及びコア配置（コアピッチを含む）が互いに異なっているためであると考えられる。

【0045】

更に、条件Ｂ及びＣでは、回転角φの変化に伴う|ＸＴｒｍａｘ|の挙動は距離ｄｍｉｎの挙動とよく一致しているが、条件Ａでは、回転角φの所定の角度範囲（０°≦φ≦１５°及び７５°≦φ≦９０°）においてのみ|ＸＴｒｍａｘ|の挙動と距離ｄｍｉｎの挙動が一致しており、それ以外の角度範囲（１５°＜φ＜７５°）においては両者の挙動が一致していない。これは、|ＸＴｒｍａｘ|が大きくなるほど（即ち、ＸＴｒｍａｘが小さくなるほど）、様々な外的要因（例えば、迷光）による影響が大きくなるからであると考えられる。今回の測定により、外的要因がＸＴｒｍａｘの値に影響を及ぼし始めるのは|ＸＴｒｍａｘ|が５０ｄＢを超えてからであることが確認された。また、|ＸＴｒｍａｘ|が５０ｄＢ以下の場合は、距離ｄｍｉｎが大きくなるほど|ＸＴｒｍａｘ|が大きくなる（即ち、ＸＴｒｍａｘを低減できる）ことが確認された。なお、条件Ｂ及びＣの結果を条件Ａに適用すれば、回転角φが１５°＜φ＜７５°を満たす場合（別言すれば、ｄｍｉｎ≧２５μｍの場合）においては、|ＸＴｒｍａｘ|は５０ｄＢより大きくなる（ＸＴｒｍａｘを－５０ｄＢ未満に低減できる）と推測される。特に、回転角φが２２．５°≦φ≦６７．５°を満たす場合（別言すれば、ｄｍｉｎ≧３３μｍの場合）、|ＸＴｒｍａｘ|は６０ｄＢを十分に超える（ＸＴｒｍａｘを－６０ｄＢ以下に低減できる）ことが推測される。

【0046】

本願発明者らは、上記調査結果に基づき、回転角φを、距離ｄｍｉｎの値が、「中間値ｄｍｉｎｍから上限値ｄｍｉｎｕまでの範囲内の値」となるように設定することにより、距離ｄｍｉｎを比較的に大きくすることができ、結果としてＸＴｒｍａｘを好適に低減できると考えた。なお、中間値ｄｍｉｎｍは、上限値ｄｍｉｎｕと下限値ｄｍｉｎｌとの中間の値である。以下では、中間値ｄｍｉｎｍから上限値ｄｍｉｎｕまでの範囲を距離ｄｍｉｎの「特定距離範囲」とも称する。

【0047】

また、本願発明者らは、分離量ｓを設定する際は、「下限値ｄｍｉｎｌが入力側のＭＣＦのコアピッチｐｉｎ以下となるような値」に設定することとした。具体的には、条件Ａでは分離量ｓは１５６μｍであるが、これは、下限値ｄｍｉｎｌ（＝１５．８μｍ）がＭＣＦ２０のコアピッチｐｉｎ（＝４４μｍ）以下となるような分離量ｓ（図５参照）の範囲から選択された値である。同様に、条件Ｂでは分離量ｓは１１４μｍであるが、これは、下限値ｄｍｉｎｌ（＝５．２μｍ）がＭＣＦ２０のコアピッチｐｉｎ（＝４４μｍ）以下となるような分離量ｓの範囲から選択された値である。条件Ｃでは分離量ｓは１１４μｍであるが、これは、下限値ｄｍｉｎｌ（＝７．１μｍ）がＭＣＦ１２０のコアピッチｐｉｎ（＝３７μｍ）以下となるような分離量ｓの範囲から選択された値である。

【0048】

分離量ｓをこのように設定したのは以下の理由による。即ち、そもそも、本発明は、ＭＣＦ用の光アイソレータでは寸法を小型化すると逆方向クロストークＸＴｒが増大する傾向にあるという問題に鑑みてなされた発明である。逆方向クロストークＸＴｒを評価する基準の１つとして、順方向クロストークＸＴが挙げられる。ここで、順方向クロストークＸＴは、「順方向に進行してきた光線がＭＣＦ７０の対応するコアＣｊと結合して順方向に出力されるときのパワーＰｏｕｔｊ」に対する「当該光線がＭＣＦ７０の他のコアＣｉ（ｉ：ｊを除く１～４の整数）と結合して順方向に出力されるときのパワーＰｏｕｔｉ」の比率として規定される周知のパラメータである。「逆方向最大クロストークＸＴｒｍａｘ（別言すれば、最も評価の低い逆方向クロストークＸＴｒ）が順方向クロストークＸＴ以下であること」は、ＸＴｒｍａｘの増加を適切に抑制できていることを示す１つの評価基準となり得る。ここで、任意の回転角φにおいて距離ｄｍｉｎがコアピッチｐｉｎより大きい（ｄｍｉｎ＞ｐｉｎ）場合、ＸＴｒｍａｘ＜ＸＴが成立する（即ち、上記評価基準を満たす）ため、回転角φを制御する必要性が低くなる。このため、上記評価基準を満たすことを目的とした場合、本発明が有用であるのは、実際には、「（下限値ｄｍｉｎｌではなく）上限値ｄｍｉｎｕがコアピッチｐｉｎ以下となるような値に分離量ｓが設定される場合」である。しかしながら、「下限値ｄｍｉｎｌがコアピッチｐｉｎ以下となるような値に分離量ｓが設定される場合」であっても、従来と比較して「光アイソレータ１０の小型化」と「最大クロストークＸＴｒｍａｘの低減」を十分に両立できる。また、逆方向最大クロストークＸＴｒｍａｘの評価基準はそもそも上記基準に限られず、他の評価基準が採用され得る。以上より、設計の自由度を高く確保する観点から、分離量ｓを「ｄｍｉｎｌ≦ｐｉｎ」が成立するような値に設定（限定）することとした。

【0049】

なお、分離量ｓの設定範囲は上記に限られない。例えば、分離量ｓは、「下限値ｄｍｉｎｌ」が「コアピッチｐｉｎに１００％以上の所定の割合を乗算した値」以下となるような値に設定されてもよい。この割合は、例えば１２０％であってもよいし、１５０％であってもよい。この割合が大きくなるほど設計の自由度が高くなる。一方、この割合が（１００％以上の範囲内で）小さくなるほど、光アイソレータ１０をより小型化できる。

【0050】

本願発明者らは、上記検討結果を検証するために、条件Ａを満たす光アイソレータ１０の回転角φを２２．５°に設定し、最大クロストークＸＴｒｍａｘを含む様々な光学特性を測定した。なお、この回転角φ＝２２．５°は、距離ｄｍｉｎの中間値ｄｍｉｎｍから上限値ｄｍｉｎｕまでの範囲内から選択されたｄｍｉｎに対応する回転角である。

【0051】

図１０は、１２個全てのクロストークＸＴｒ（逆方向クロストークＸＴｒ）と、順方向に進行する光線に起因した１２個のクロストークＸＴ（順方向クロストークＸＴ）と、の波長依存特性を示すグラフである。図１０のグラフによれば、波長λが１５２５ｎｍ≦λ≦１５７０ｎｍを満たす範囲においては、順方向及び逆方向の合計２４個のクロストークＸＴ及びＸＴｒの全てが－５０ｄＢ未満であることが確認された。

【0052】

また、ＭＣＦ２０の各コアＣ１乃至Ｃ４について、－５℃から７０℃までの温度範囲におけるアイソレーションの波長依存特性及び挿入損失ＩＬの波長依存特性についても調査した。挿入損失ＩＬの測定にはカットバック法を用いた。その結果、波長が１５５０ｎｍ且つ温度が２５℃のときにアイソレーションが６０ｄＢを超えたが、波長が１５５０ｎｍの場合は温度が高くなるにつれてアイソレーションが低下し、温度が２５℃の場合は波長が大きくなるにつれてアイソレーションが低下することが確認された。これは、ファラデー回転子４４及び５４の特性によるものであり、シングルコア光ファイバ用の光アイソレータにも同様の傾向がある。また、挿入損失ＩＬは０．２４ｄＢ≦ＩＬ≦０．４４ｄＢの範囲であり、シングルコア光ファイバ用の光アイソレータの挿入損失ＩＬと同等であった。

【0053】

その他、偏波依存損失、リターンロス及び偏波モード分散についても調査した結果、何れもシングルコア光ファイバ用の光アイソレータの偏波依存損失、リターンロス及び偏波モード分散と同等であることが確認された。

【0054】

また、回転角φ＝２２．５°で固定された光アイソレータ１０の寸法は、外径５．５ｍｍ×２９ｍｍであり、シングルコア光ファイバ用の光アイソレータと同等の寸法であった。この寸法は、従来のマルチコア光ファイバ用の光アイソレータの寸法（例えば、４１ｍｍ×１４ｍｍ×１４ｍｍ）よりも大幅に小さい。

【0055】

続いて、光アイソレータ１０の製造方法について説明する。光アイソレータ１０を製造する際は、まず、入力側コリメータＣｉｎと、出力側コリメータＣｏｕｔと、アイソレータユニット群Ｇと、をそれぞれ準備する。次に、ＭＣＦ２０と、レンズ３０と、アイソレータユニット群Ｇと、レンズ６０と、ＭＣＦ７０と、が順方向においてこの順に軸線Ａに沿って配置されるように、入力側コリメータＣｉｎ、アイソレータユニット群Ｇ、及び、出力側コリメータＣｏｕｔを配置する。

【0056】

次に、ＭＣＦ２０の斜研磨方向と、複屈折板４２（別言すれば、順方向において最も前段に位置している複屈折板）の傾斜方向と、が成す特定角度θｓが後述する所定の特定角度範囲内に含まれるように、アイソレータユニット群Ｇを入力側及び出力側コリメータＣｉｎ及びＣｏｕｔに対して相対的に固定する。ここで、特定角度範囲とは、上記特定距離範囲に対応する角度範囲である。なお、本実施形態では、コリメータＣｉｎ、Ｃｏｕｔ、及び、アイソレータユニット群Ｇを、上述した図示しないスリーブ内に溶接することにより固定する。光アイソレータ１０は、このようにして製造される。

【0057】

なお、アイソレータユニット群Ｇを固定する位置は、最大クロストークＸＴｒｍａｘの測定値に基づいて決定されてもよい。具体的には、まず、特定角度θｓが特定角度範囲を逸脱しない範囲内でアイソレータユニット群Ｇを軸線Ａ周りに回転させながら、戻り光に起因する最大クロストークＸＴｒｍａｘを測定する。例えば、条件Ａの光アイソレータ１０では、最大クロストークＸＴｒｍａｘは図６に示すように９０°周期で変動する。その後、最大クロストークＸＴｒｍａｘが所定のクロストーク閾値ＸＴｔｈ以下となる回転位置（即ち、回転角φ）でアイソレータユニット群Ｇを固定する。クロストーク閾値ＸＴｒｔｈには、例えば、距離ｄｍｉｎの中間値ｄｍｉｎｍに対応するクロストークＸＴｒの理論値が採用され得る。

【0058】

以上説明したように、本実施形態に係るＭＣＦ用の光アイソレータ１０によれば、その寸法を低減するために分離量ｓを減少させても、回転角φを調整して距離ｄｍｉｎをできるだけ大きい値に設定することにより、最大クロストークＸＴｒｍａｘの増加を抑制することができる。従って、逆方向のクロストーク（戻り光に起因したクロストーク）ＸＴｒの増加を抑制しながら光アイソレータ１０を小型化することができる。また、クロストークＸＴｒ以外の光学特性についてもシングルコア光ファイバ用の光アイソレータと同等の光学特性を実現することができる。

【0059】

以上、実施形態に係る光アイソレータ及びその製造方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限り、種々の変更が可能である。

【0060】

例えば、アイソレータユニット群Ｇは、ｄｍｉｎの値が、中間値ｄｍｉｎｍから上限値ｄｍｉｎｕまでの範囲内から選択された値となるような位置で固定される構成に限られない。例えば、当該選択値は、ｄｍｉｎが、「ｄｍｉｎの変動幅（＝ｄｍｉｎｕ－ｄｍｉｎｌ）に３０％以上を満たす所定の割合を乗じた値に下限値ｄｍｉｎｌを加算した値」から「上限値ｄｍｉｎｕ」までの範囲Ｒから選択された値でもよい。この場合、範囲Ｒが「特定距離範囲」に相当する。この構成によっても、基準状態（φ＝０°）と比較してクロストークＸＴｒの増加を適切に抑制できる。また、この割合は、例えば４０％に設定されてもよいし、それより大きい値（例えば、６０％又は８０％）に設定されてもよい。割合が高くなるほど、クロストークＸＴｒの増加をより適切に抑制できる。

【0061】

また、ＭＣＦ２０及び７０のコア配置は回転対称に限られず、非回転対称であってもよい。この場合、距離ｄｍｉｎは３６０°周期で変動する。

【0062】

また、入力側又は出力側の光ファイバの一方には、１つのコアを備える複数本のシングルコア光ファイバ（ＳＣＦ）が束ねられたバンドル光ファイバが用いられてもよい。バンドル光ファイバが用いられる場合、各ＳＣＦのコアの中心を結んで構成される多角形の辺の長さが「コアピッチ」に相当する。

【0063】

また、アイソレータユニット群Ｇが含むアイソレータユニットの個数は２個に限られない。アイソレータユニット群Ｇは、１個のアイソレータユニットを含むように構成されてもよいし、３個以上の直列に配置されたアイソレータユニットを含むように構成されてもよい。

【符号の説明】

【0064】

１０：光アイソレータ、２０：マルチコア光ファイバ、３０：レンズ、４０：アイソレータユニット、５０：アイソレータユニット、６０：レンズ、７０：マルチコア光ファイバ

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】