ファラデー回転ミラーおよびその製造方法
【課題】小型で、製作作業性や信頼性、結合効率に優れたファラデー回転ミラーを提供する。
【解決手段】本発明に係るファラデー回転ミラー１は、シングルモードファイバ２と、グレーデッドインデックスファイバ３と、ファラデー回転子５と、全反射ミラー６とを順次配し、グレーデッドインデックスファイバ３とファラデー回転子５との間、および、ファラデー回転子５と全反射ミラー６との間の少なくとも一方に、光学接着剤８ａ，８ｂを介在させる。
【解決手段】本発明に係るファラデー回転ミラー１は、シングルモードファイバ２と、グレーデッドインデックスファイバ３と、ファラデー回転子５と、全反射ミラー６とを順次配し、グレーデッドインデックスファイバ３とファラデー回転子５との間、および、ファラデー回転子５と全反射ミラー６との間の少なくとも一方に、光学接着剤８ａ，８ｂを介在させる。
【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や光増幅システムなどの動作をより安定させるために適用される光受動部品のファラデー回転ミラーおよびその製造方法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且つ検知要素を光ファイバの光路のいずれかに持つものである。ここで、検知要素とは、検知対象から検知される量に応じて光学的な特性変化を受けるものである。光ファイバセンサでは、振動、圧力、温度、電界、磁界、音波などの外力を検知すべくシングルモードファイバを検知要素として用いる場合、例えばこれらの外力によるシングルモードファイバの光路長の変化がファイバ干渉計によって検出される。
【０００３】
しかしながら、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起因して、出力干渉縞のゆらぎや信号の消滅が起こることが問題となる。
【０００４】
このような問題に対して、非特許文献１では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抑制し、任意の入力偏波状態を維持する機能を担う光部品である。
【０００５】
図８は、従来のファラデー回転ミラー２１の構成を表す断面図である。ファラデー回転ミラー２１は、光ファイバ２２、結合用レンズ２３、ファラデー回転子２５、全反射ミラー２６、磁石２７を用いて構成されている。
【０００６】
光ファイバ２２はシングルモードファイバである。結合用レンズ２３は、後述の全反射ミラー２６で反射した光を光ファイバ２２に効率よく結合するための部材であり、光ファイバ２２の一端部と対向するように配設されている。ファラデー回転子２５は、所定の磁界を印加することにより、入射される光の偏波方向を所定角度回転させる機能を担う部材であり、例えばビスマス置換ガーネット結晶により構成される。ファラデー回転子２５の厚さは、例えば入射される光の偏波方向が４５°回転するように設定される。全反射ミラー２６は、光ファイバ２２から出射された光を反射するための部材であり、結合用レンズ２３およびファラデー回転子２５を介して光ファイバ２２の一端部と対向するように配設されている。磁石２７は、ファラデー回転子２５に所定（例えば、ビスマス置換ガーネット結晶の飽和磁界強度以上）の磁界を印加するための部材である。
【０００７】
図９は、光ファイバ２２の方向から見た、ファラデー回転ミラー２１内における光の偏波状態を説明するための図である。以下、図９を参照しつつ、ファラデー回転ミラー２１の動作原理について説明する。なお、便宜上、光ファイバ２２から出射した光を入射光、全反射ミラー２６で反射された光を反射光と称するとともに、入射光の進行方向を順方向、反射光の進行方向を逆方向と称する。また、入射偏波方向を一直線偏波としたが、本説明はこれに限ることなく、任意の偏波方向にも適応される。
【０００８】
まず、光ファイバ２２から出射した入射光（図９−ａ）は、ファラデー回転子２５を透過し、その偏波方向が順方向から見て時計回りに４５°回転させられる（図９−ｂ）。その後、全反射ミラー２６で反射された反射光（図９−ｃ）は、再び逆方向からファラデー回転子２５に入射する。ファラデー回転子２５を逆方向に透過した反射光はさらにその偏波方向を順方向から見て時計回りに４５°回転させられ（図９−ｄ）、光ファイバ２２に入射する。その結果、ファラデー回転ミラー２１の反射光は、入射光に対して直交する偏波方向となり、入射光が受けたの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。
【０００９】
図８、図９に示すようなファラデー回転ミラー２１は、光ファイバセンサシステムの他、光ファイバ増幅システムにも応用されている。光ファイバ増幅システムでは、一般的にエルビウムをドープしたシングルモードファイバ（長さ：数１０〜数１００ｍ）を用いているため、光ファイバ中の複屈折により偏波状態が変化するという問題、さらには長距離光ファイバ通信システムで信号波形劣化をもたらす偏波モード分散という問題があるが、ファラデー回転ミラー２１を用いることにより、それらが補償されるため、より安定した出力を得ることができる。
【００１０】
また、特許文献１では、小型化を図るべく、結合用レンズに代えて、コア拡大ファイバ（光ファイバと外径が同じ）を用いている。さらに、工程数の削減や組立の簡素化を図るべく、ファラデー回転子の一端面に全反射ミラー膜を形成させたり、コア拡大ファイバとファラデー回転子とを光学接着剤を介して密着させたりする提案がされている。
【００１１】
図１０、特許文献１のファラデー回転ミラー３１の構成を表す断面図である。ファラデー回転ミラー３１は、コア拡大ファイバ３３、ファラデー回転子３５、全反射ミラー膜３６、円筒型磁石３７、光学接着剤３８を用いて構成されている。
【００１２】
コア拡大ファイバ３３は、コア３３ａとクラッド３３ｂよりなる。コア拡大ファイバ３３は、一般的なシングルモードファイバを局所的に加熱することにより作製される。このような加熱を行うと、コア３３ａにドープされたＧｅなどが熱拡散するため、コア３３ａが拡大するのである。ファラデー回転子３５は、上述のファラデー回転子２５と同様の構成を有する部材である。全反射ミラー膜３６は、多層誘電体からなり、ファラデー回転子３５の一端面に直接形成されている。全反射ミラー膜３６は、光の損失が小さく、高反射率（例えば９９％以上）を有する。円筒型磁石３７は、上述の磁石２７と同様の機能を担う部材である。
【００１３】
一般的に、光ファイバからの放射ビームの発散角はコア径が大きくなるほど小さくなり、平行光に近づいていく。したがって、発散角が大きい場合、反射光はコア拡大ファイバ３３に結合し難くなる。特許文献１ではコア径を３〜４倍に拡大することで結合効率の低下、すなわち挿入損失の増加を抑制している。一方、コア拡大ファイバ３３の端面から全反射ミラー膜３６までの距離が長くなるほど放射ビームは発散し、結合効率の低下を招くため、ファラデー回転子３５はコア拡大ファイバ３３に密着させて実装される。特許文献１では、光学接着剤３８の厚さは極めて小さく、１０μｍ以下に設定されている。
【００１４】
さらに特許文献２ではコア拡大ファイバを用い、台形状のファラデー回転子を用いることで不要反射光の戻り光を抑制することが提案されている。
【００１５】
図１０は、特許文献２のファラデー回転ミラー４１を表す断面図である。ファラデー回転ミラー４１は、コア拡大ファイバ４３、ファラデー回転子４５、全反射ミラー膜４６、円筒型磁石４７、光学接着剤４８よりなる。
【００１６】
コア拡大ファイバ４３は、その一端面（ファラデー回転子４５との対向面）が光軸の垂直軸に対して傾斜している点においてのみ、上述のコア拡大ファイバ３３と相違している。ファラデー回転子４５は、その一端面においてコア拡大ファイバ４３と接続した状態で、その他端面が光軸に対して垂直となるような形状（図１０では台形状）に構成されている。全反射ミラー膜４６、円筒型磁石４７および光学接着剤４８は、上述の全反射ミラー膜３６、円筒型磁石３７および光学接着剤３８と同様の構成を有する部材である。
【非特許文献１】Electronics Letter 14th March 1991 vol27 No6
【特許文献１】特許第３５４８２８３号
【特許文献２】特許第３６０２８９１号
【特許文献３】特開２００２−１４２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、図７に示すように、結合用レンズ２３を用いるファラデー回転ミラー２１においては、以下のような問題点があった。
【００１８】
ファイバ干渉計の検知部や光ファイバ増幅システムでは、ファラデー回転ミラー２１を光ファイバや光ファイバカプラ等と接続して筐体内に実装されるが、光ファイバの外径φ０．２５ｍｍ、光ファイバカプラの外径φ２〜３ｍｍに対して、ファラデー回転ミラー２１はφ５ｍｍと大きいため、装置の大型化の原因となっている。なお、ファラデー回転ミラー２１がφ５ｍｍ程度の大きさになるのは、結合用レンズ２３の径が２ｍｍ程度の大きさであるのに加え、結合用レンズ２３を他の構成部品と接合するための金具等を含めるとφ５ｍｍ程度と大きくになってしまう。
【００１９】
また、ファラデー回転ミラー２１では、光ファイバ２２、結合用レンズ２３および全反射ミラー２６を高精度で光学調整する必要がある。したがって、ファラデー回転ミラー２１では、工程数が多くなるのに加え、組立が煩雑となるため、製作時間がかかってしまう。
【００２０】
一方、ファラデー回転ミラー３１では、外径がφ０．１２５ｍｍのコア拡大ファイバ３３を採用することにより小型化を図るとともに、工程数の削減および組立の簡素化を提案している。しかしながら、ファラデー回転ミラー３１では、コア拡大ファイバ３３の作製時にシングルモードファイバのコア径を３〜４倍に拡大すべく、高温（例えば１２００℃）で長時間（例えば１２時間）の加熱が必要であるため、作業性が悪く、製作時間の短縮も充分に改善することができない。また、ファラデー回転ミラー３１では、高温で長時間の熱処理を行うことに起因して信頼性が低下してしまう場合がある。さらに、ファラデー回転ミラー３１では、ファラデー回転子３５の端面で発生する不要反射光（戻り光）がほぼコア拡大ファイバ３３に結合してしまう問題がある。
【００２１】
他方、ファラデー回転ミラー４１では、台形状のファラデー回転子４５を採用することにより不要反射光を抑制することが提案されている。しかしながら、ファラデー回転ミラー４１では、ファラデー回転ミラー３１と同様、作業性や製作時間、信頼性などの問題を充分に解消できていない。
【００２２】
なお、ファラデー回転子４５には、挿入損失の低減をすべく、全反射ミラー膜４６が直接蒸着されている。一般的に、コア拡大ファイバ４３からの放射ビームの発散角はコア径が大きくなるほど小さくなり、平行光に近づいていく傾向にある。そのため、コア径が小さいほど（発散角が大きいほど）、反射光はコア拡大ファイバ４３に結合し難くなる。したがって、ファラデー回転ミラー４１は、コア径を３〜４倍に拡大することで結合効率の低下、すなわち挿入損失の増加を抑制している。また、コア拡大ファイバ４３の端面から全反射ミラー膜４６までの距離が長くなるほど放射ビームが発散してしまうため、ファラデー回転ミラー４１では全反射ミラー膜４６をファラデー回転子４５に直接形成させることにより、挿入損失の増加を抑制している。
【００２３】
図１１は、特許文献３の光学結合系を表す図であり、（ａ）はその要部拡大断面図、（ｂ）はグレーデッドインデックスファイバ５３の要部拡大断面図、（ｃ）はグレーデッドインデックスファイバ５３を透過する光線のイメージ図である。図１１に示す光学結合系は、光ファイバ５２、グレーデッドインデックスファイバ５３、コアレスファイバ５４からなり、コアレスファイバ５４の一部を光学機能素子に置換することで、透過光学系の光受動部品を提供することができる。グレーデッドインデックスファイバ５３は、コア５３ａおよびクラッド５３ｂからなり、コア５３ａは中心部で最大となり、外周部に向かい屈折率が段階的（または連続的）に低下する屈折率分布を有しているため、グレーデッドインデックスファイバ５３を透過する光線は周期的に屈曲して伝播する。グレーデッドインデックスファイバ５３は、適当な長さに切断することにより、平行光や集束光に対応することができるレンズとして機能する。
【００２４】
このようなグレーデッドインデックスファイバ５３の基本的構造は光通信に用いられる、マルチモードファイバに採用されるが、外径の太い母材を作製して母材を引き延ばすことにより大量に生産することが可能であり、コア拡大ファイバ３３，４３に比較して極めて生産性が高い特徴がある。
【００２５】
しかしながら、グレーデッドインデックスファイバ５３は、上述のように長さによってレンズ性能が変化するため、ファイバ長を高精度に調節する必要がある。グレーデッドインデックスファイバ５３は、一般の光ファイバと同様に劈開によりカットされ、例えばファイバカッターにより容易に切断することができるため、加工作業性に優れているが、このような設備によりファイバをカットすると例えば数十μｍの長さバラツキが生じてしまう。したがって、このため図１０（ａ）のようにファイバ端面に密着させてファラデー回転子を接続すると、グレーデッドインデックスファイバ５３の長さバラツキにより、結合距離が一致しないため、充分な結合が得られないという問題がある。
【００２６】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、小型で、製作作業性や信頼性、結合効率に優れたファラデー回転ミラーを提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、シングルモードファイバと、グレーデッドインデックスファイバと、ファラデー回転子と、全反射ミラーとを順次配し、前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、光学接着剤を介在させることを特徴とする。
【００２８】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、コアレスファイバを更に介在させてもよい。
【００２９】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記コアレスファイバのファラデー回転子との対向面が前記グレーデッドインデックスファイバの光軸と直交する面に対して傾斜し、前記ファラデー回転子が前記コアレスファイバの前記対向面に密着し、前記全反射ミラーが前記グレーデッドインデックスファイバの光軸に対し垂直に配されているのが好ましい。
【００３０】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記光学接着剤の厚さが１０μｍ以上であるのが好ましい。
【００３１】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記全反射ミラーが前記ファラデー回転子に直接成膜されているのが好ましい。
【００３２】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記グレーデッドインデックスファイバの長さが該グレーデッドインデックスファイバを伝搬する光の１周期の０．３１〜０．５倍であるのが好ましい。
【００３３】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記シングルモードファイバとグレーデッドインデックスファイバとが貫通孔を有するフェルールの該貫通孔内に配されているのが好ましい。
【００３４】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記全反射ミラーの外形が前記グレーデッドインデックスファイバの光軸方向から見て、前記ファラデー回転子の外形の範囲内に位置しているのが好ましい。
【００３５】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記グレーデッドインデックスファイバの光軸方向から見て、前記ファラデー回転子および前記全反射ミラーが略正方形であり、前記ファラデー回転子の外形線と前記全反射ミラーの対角線とが略平行であるのが好ましい。
【００３６】
本発明の第２の側面に係るファラデー回転ミラーの製造方法は、シングルモードファイバと、グレーデッドインデックスファイバと、ファラデー回転子と、全反射ミラーとを順次配し、前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、光学接着剤を介在させる工程と、光学接着剤の厚さを調整する工程と、光学接着剤を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の第１の側面に係るファラデー回転ミラーでは、グレーデッドインデックスファイバとファラデー回転子との間、および、ファラデー回転子と全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、光学接着剤が介在している。そのため、本ファラデー回転ミラーでは、例えば光学接着剤の厚さを調節することにより、グレーデッドインデックスファイバの長さやファラデー回転子の厚さにおける加工バラツキに起因するファラデー回転ミラーの特性（挿入損失など）の悪化を抑制することができる。すなわち、本ファラデー回転ミラーでは、例えば全反射ミラーで反射した光を光ファイバに効率よく結合するための結合用レンズに比べて小型化を図るのに好適で、且つ、例えばコア拡大ファイバに比べて製作作業性および信頼性の向上を図るのに好適であるものの、加工バラツキに起因する特性（挿入損失など）の悪化が懸念されたグレーテッドインデックスファイバを適用することが可能となる。したがって、本ファラデー回転ミラーは、小型で、製作作業性や信頼性に優れているのに加え、挿入損失の低減の観点においても優れているのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に実施例として、本発明によるファラデー回転ミラーについて説明する。
【００３９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るファラデー回転ミラー１の構成を模式的に示す。ファラデー回転ミラー１は、シングルモードファイバ２、グレーデッドインデックスファイバ（ＧＩＦ）３、コアレスファイバ４、ファラデー回転子５、全反射ミラー６、磁石７、光学接着剤８a、８ｂを含んで構成される。
【００４０】
光ファイバ２は、その一端部から入射した光をその他端部から出射すべく、光を導くためのものである。光ファイバ２を構成する材料としては、石英ガラス、多成分系ガラス、プラスチックなどが挙げられる。
【００４１】
グレーデッドインデックスファイバ３は、光ファイバ２のコア部分の中心を最大とする所定の屈折率分布を有する光ファイバである。グレーデッドインデックスファイバ３を伝搬する光は、図１１（ｃ）に示すように、グレーデッドインデックスファイバ３の長さに対して周期性を持って蛇行し（蛇行周期）、透過する。この蛇行周期は、通常光の波長に関係なく一定である。図１１（ｃ）では、グレーデッドインデックスファイバ３の長さがサインカーブの１周期分に相当する場合の状態が示されており、この長さを１ピッチと規定する。なお、グレーデッドインデックスファイバ３がレンズ機能を適切に担うべく、グレーデッドインデックスファイバ３の出射角度が絞られる範囲（ピッチが０．２５〜０．５の範囲）でグレーデッドインデックスファイバ３の長さが設定される。ピッチが０．２５の場合、最適結合距離は理論上無限大であり、ピッチが０．５の場合、最適結合距離は理論上ゼロとなる。
【００４２】
図２は、グレーデッドインデックスファイバ３の長さ（ＧＩＦ長）とその最適結合距離との関係を示す。図２によく表れているように、グレーデッドインデックスファイバ３の長さが長くなるにつれて、最適結合距離は短くなる。この最適結合距離とファラデー回転子５の厚さとの差が小さい（例えば３００μｍ以下の）場合、コアレスファイバ４を省略してもよい。ここで、最適結合距離とは、シングルモードファイバ２の出射端の光がグレーデッドインデックスファイバ３により結像する点と、グレーデッドインデックスファイバ３の端面との間の距離を意味しており、この結像点に全反射ミラー６を配設すると、反射光はシングルモードファイバ２の出射端に結像するため、反射率が最大となる結合を得ることができる。なお、本実施形態における最適結合距離は、コアレスファイバ４の長さと、ファラデー回転子５の厚さと、光学接着剤８ａ，８ｂの厚さとの総和に実質的に等しい。但し、ファラデー回転子５の厚さとは、物理的な厚さではなく、シングルモードファイバ２、グレーデッドインデックスファイバ３、コアレスファイバ４、光学接着剤８ａ、８ｂと同等な屈折率（例えば１．４６）に整合させた、光学的長さを示す。例えば、ファラデー回転子５がビスマス置換ガーネットの場合、屈折率は２．３４であり、光学的な長さは物理的な長さに１．４６／２．３４を掛けた値となる。
【００４３】
図３は、グレーデッドインデックスファイバ３の長さを規定するピッチ（pitch）と反射減衰量との関係を示す。図３によく表れているように、ピッチが０．３１を超えると、反射減衰量は−３０ｄＢ未満となる。ここで、反射減衰量とは、ファラデー回転ミラー１の全反射量に対する、全反射ミラー６以外の反射点の反射量の比である。全反射ミラー６以外の反射点は図１に示す各構成部材の界面において発生し、その発生量は屈折率差に起因する。特に、屈折率差の大きいファラデー回転子５の界面は反射減衰量が大きくなる。これら全反射ミラー６以外の反射点の内、ファラデー回転子５を透過しない反射光は、図８を用いて説明したような偏波状態が回転する光ではなくなり、ノイズ成分となる。また、「−３０ｄＢ」とは、「１０×ｌｏｇ（１／１０００）」で与えられる数値であり、全反射量に対し１／１０００の反射量（０．１％のノイズ）を示すものである。したがって、「反射減衰量−３０ｄＢ未満」とは、ノイズ成分を０．１％未満にすることを意味する。
【００４４】
コアレスファイバ４は、光学的な結合距離を調整するための部材であり、屈折率分布を実質的に持たない均質な構成を有する。
【００４５】
ファラデー回転子５は、例えば所定の磁界を印加することにより、入射される光の偏波方向を所定角度回転させる機能を担う部材であり、ビスマス置換ガーネット結晶などにより構成される。ファラデー回転子５の厚さは、例えば入射される光の偏波方向が４５°回転するように設定される。具体的には、入射する光の波長により異なるが１５５０ｎｍの場合、３５０〜５００μｍ（物理的な厚さ）である。なお、ファラデー回転子５は、その表面に光の反射を防止するための反射防止膜（図示せず）を施すのが好ましい。この反射防止膜としては、例えばＡＲコートが挙げられ、その形成位置としては、例えばファラデー回転子５の一方の主面に全反射ミラー６が形成される場合、他方の主面が挙げられる。このような反射防止膜をファラデー回転子５の表面に施すことにより、ファラデー回転ミラー１の不要反射（反射戻り光）を低減することができるのである。
【００４６】
ここで、ファラデー回転子５の製造方法の一例について説明する。まず、大判（例えば、１０ｍｍ角以上）の平板に対して研磨加工を施す。次に、必要に応じて研磨加工を施した表面の所定箇所に反射防止膜を施す。次に、反射防止膜を施した平板をダイシングカットなどにより所定の大きさ（例えば、１ｍｍ角以下）に裁断する。以上のようにして、一つの大判の平板から１００個以上のファラデー回転子５を取り出す。このような製造方法は、個々に加工する必要がなくなるため、製作作業性や量産性に優れている
全反射ミラー６は、光を実質的に全反射させるための部材であり、ガラス体（ガラス基板やコアレスファイバなど）の主面やファラデー回転子５の主面に形成されている。全反射ミラー６としては、例えば誘電体多層膜自体、ガラスなどからなる基板に誘電体多層膜を蒸着させた多層誘電体、該基板に反射率の高い金属（アルミニウムなど）を蒸着させたもの、およびアルミニウム板などが挙げられるが、高反射率（例えば９９％以上）および低光損失の観点から誘電体多層膜や多層誘電体が好ましい。
【００４７】
磁石７は、ファラデー回転子５に所定の磁界（光軸１０と平行な磁界）を印加するための部材であり、本実施形態では円筒形である。なお、ファラデー回転子５として磁界の印加を必要としないものを採用する場合、磁石７は省略してもよい。
【００４８】
光学接着剤８ａ，８ｂは、グレーデッドインデックスファイバ３と全反射ミラー６との間の離間距離を調整する機能を担う部材である。光学接着剤８ａ，８ｂとしては、エポキシ系やアクリル系の透光性樹脂が挙げられ、特に屈折率がコアレスファイバ４と同等（例えば１．４５〜１．５）のものが好適である。また、光学接着剤８ａ，８ｂとしては、作業性の観点から可視光や紫外線や熱に対して硬化性を有するものが好適である。光学接着剤８ａ，８ｂによる調整は、光学接着剤８ａおよび光学接着剤８ｂの少なくとも一方の厚さを変化させることにより行う。具体的には、まず、ファラデー回転子５と全反射ミラー６とを密着させた状態（例えば両者間の間隔が１０μｍ以下の状態）で光学接着剤８ｂを硬化させることにより、ファラデー回転子５と全反射ミラー６とを一体化する。次に、結合状態を確認するために挿入損失を計測しつつ、所定の厚さ（例えば３０μｍ以上）で且つ非硬化の状態（流動性のある状態）で介在させた光学接着剤８ａの厚さを適宜変化させる。挿入損失の計測は、光源（商品名：Laser Source 81553SM、アジレント・テクノロジー株式会社製）の出射光を光サーキュレータ（型番：PICA-1550-S、株式会社応用光電研究室）を介してファラデー回転ミラー１に入射し、その反射光を再度光サーキュレータ（型番：PICA-1550-S、株式会社応用光電研究室）を介して、受光器（商品名：Optical Head 81521B、アジレント・テクノロジー株式会社製）で受けることにより行った。次に、所望の厚さ（例えば最適結合距離に応じて決定される厚さ）に変化させた光学接着剤８ａを紫外線や熱などにより硬化させる。以上のようにして、上記調整を行うことができるのである。なお、上記調整後、必要に応じて磁石７を所定の位置に配設することにより、ファラデー回転ミラー１を得ることができる。
【００４９】
本実施形態に係るファラデー回転ミラー１では、グレーデッドインデックスファイバ３とファラデー回転子５との間、および、ファラデー回転子５と全反射ミラー６との間に、光学接着剤８ａ，８ｂが介在している。そのため、ファラデー回転ミラー１では、光学接着剤８ａ，８ｂの厚さを調節することにより、グレーデッドインデックスファイバ３の長さやファラデー回転子５の厚さにおける加工バラツキに起因するファラデー回転ミラー１の特性（挿入損失など）の悪化を抑制することができる。すなわち、ファラデー回転ミラー１では、全反射ミラー６で反射した光を光ファイバに効率よく結合するための結合用レンズに比べて外径が小さく、且つ、例えばコア拡大ファイバに比べて製作作業性および信頼性の向上を図るのに好適であるものの、加工バラツキに起因する特性（挿入損失など）の悪化が懸念されるグレーテッドインデックスファイバ３を適用することが可能となる。したがって、ファラデー回転ミラー１は、小型で、製作作業性（量産性）や信頼性に優れているのに加え、挿入損失の低減においても優れているのである。
【００５０】
ファラデー回転ミラー１では、図１１に示すような加工が難しい台形上のファラデー回転子４５を用いることなく、加工が簡素な平板状のファラデー回転子５を用いて、ピッチを調整することで反射減衰量の低減を図ることができる。
【００５１】
ファラデー回転ミラー１は、光学接着剤８ｂの厚さが１０μｍ以上である。最適結合距離は、コアレスファイバ４の長さと、ファラデー回転子５の光学的な厚さと、光学接着剤８ａ，８ｂの厚さとの総和に実質的に等しいが、コアレスファイバ４やファラデー回転子５は、その製造上数十μｍ単位のバラツキが生じるため、数μｍ単位の調整では有意な効果を得ることができない場合がある。したがって、ファラデー回転ミラー１は、有意なバラツキ調整を行ううえで好適なのである。
【００５２】
ファラデー回転ミラー１は、コアレスファイバ４を採用することにより、光学接着剤８ａの厚さを不要に大きくせずにすむ。光学接着剤８ａは、通常数％の硬化収縮率を有するため、光学接着剤８ａの厚さが不要に大きくなると、その分硬化時におけるファラデー回転子５の光軸方向の移動が大きくなってしまう場合があるが、本構成によると、そのような移動を抑制することができる。
【００５３】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るファラデー回転ミラー１１の構成を模式的に示す。ファラデー回転ミラー１１は、コアレスファイバ４におけるファラデー回転子５との対向面を光軸１０に対して所定の加工角度で傾斜する傾斜面とし、該傾斜面に光学接着剤８ａを介してファラデー回転子５を密着させ、光軸１０に対して主面が垂直となるように全反射ミラー６を配設し、光学接着剤８ｂによりグレーデッドインデックスファイバ３などの加工バラツキの調整を図る構成とした点で、ファラデー回転ミラー１と異なる。ファラデー回転ミラー１１の他の構成については、ファラデー回転ミラー１に関して上述したのと同様である。
【００５４】
図５は、上記傾斜面の加工角度と反射減衰量との関係を示す。図５によく表れているように、加工角度が大きくなるにつれ、反射減衰量が小さくなる。したがって、ファラデー回転ミラー１’は、より高い減衰効果を得ることができるので、反射減衰量の観点でより優れているのである。
【００５５】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るファラデー回転ミラー１２の構成を模式的に示す。ファラデー回転ミラー２１は、シングルモードファイバ２、グレーデッドインデックスファイバ３およびコアレスファイバ４がフェルール１３により保持される構成とした点で、ファラデー回転ミラー１１と異なる。
【００５６】
ファラデー回転ミラー１２では、例えば各ファイバ２〜４の直径（例えば１２５μｍ）がファラデー回転子５の物理的な厚さ（例えば３５０〜５００μｍ）より小さくても、フェルール１３におけるファラデー回転子５の実装面を最適な大きさ（ファラデー回転子５の物理的な厚さに応じて決定される）に調整することにより、構造的により安定なものとすることができる。また、ファラデー回転ミラー１２では、コアレスファイバ４に上記傾斜面を形成する際に、フェルール１３ごと研磨加工することが可能となるため、コアレスファイバ４のみを研磨加工する場合や劈開によるカットする場合に比べて加工バラツキを低減することができる。
【００５７】
以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００５８】
ファラデー回転ミラー１，１１，１２では、グレーデッドインデックスファイバ３とファラデー回転子５との間、および、ファラデー回転子５と全反射ミラー６との間のいずれか一方に光学接着剤８ａもしくは光学接着剤８ｂを有していればよい。このような構成においても、同様の効果を奏する。
【００５９】
ファラデー回転ミラー１，１１，１２では、ファラデー回転子５と全反射ミラー６との間にコアレスファイバを介在させてもよい。このような構成においても、同様の効果を奏する。
【００６０】
図７は、ファラデー回転子５と全反射ミラー６との位置関係および大きさの関係を表す。ファラデー回転ミラー１，１１，１２では、全反射ミラー６の大きさをファラデー回転子５の大きさ（例えば外寸）と同等もしくは小さく設定するのが好ましい。このような構成によると、光学接着剤８ａ，８ｂがファラデー回転子５の側面に回り込む量を抑制することができる。
【００６１】
ファラデー回転ミラー１，１１，１２では、図７に示すように、平面視でファラデー回転子５の中央に位置するように全反射ミラー６を接着するのが好ましい。このような構成によると、全反射ミラー６の側面に付着する光学接着剤８ｂの付着量がほぼ均等となるため、結合性能をより高めることができる。
【００６２】
ファラデー回転ミラー１，１１，１２では、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、ファラデー回転子５に対して全反射ミラー６を、光軸を軸心として４５°回転させてもよい。このような構成によると、全反射ミラー６の側面に付着する光学接着剤８ｂの付着量を均等にするうえで好適であるのに加え、光学接着剤８ｂの表面張力により全反射ミラー６の位置ずれを自発的に修正されるため量産安定性に優れている。
【００６３】
ファラデー回転ミラー１２では、フェルール１３に代えてキャピラリを採用してもよい。このような構成においても、フェルール１３を採用する場合と同様の効果を奏する。
【００６４】
次に、本発明の実施例および比較例について説明する。
【００６５】
［実施例１］
＜ファラデー回転ミラーの作製＞本発明の実施例１に係るファラデー回転ミラーとして、図１に示したファラデー回転ミラー１を作製した。具体的な作製方法について、以下に説明する。まず、１５５０ｎｍ用のシングルモードファイバ２と、比屈折率差１．５％で厚さ約５４０ｎｍ（０．３５ピッチ）のグレーデッドインデックスファイバ３と、ファイバ長が約４０μｍで、添加物のない純石英からなるコアレスファイバ４とを、外形調芯しつつ融着接続して、各ファイバ２〜４からなる融着接続体を作製した。次に、入射光の波長が１５５０ｎｍの場合に該入射光の偏波方向が４５°回転するように物理的厚さが約３８０μｍ（光学的長さ：２４０μｍ）に設定され且つ一方の主面に反射防止膜としてＡＲコートを所定の厚さで形成した１０ｍｍ角のファラデー回転子母板を０．８ｍｍ角に裁断加工することにより得られるファラデー回転子５の他方の主面に、反射率が９９％以上となるように調整された多層誘電体からなる全反射ミラー６を、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して密着接続することにより、全反射ミラー６付きファラデー回転子５を作製した。次に、上記融着接続体におけるコアレスファイバ４の端面に、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して全反射ミラー６付きファラデー回転子５を接着した。次に、このアクリル系紫外線硬化型光学接着剤を硬化させる前に挿入損失（シングルモードファイバ２の入射光と反射光の比）が０．７ｄＢ以下となるように調芯したうえで、紫外線を照射することによりアクリル系紫外線硬化型光学接着剤を硬化した。本実施例におけるファラデー回転ミラーを５個作製した。
【００６６】
＜挿入損失の測定＞波長１５５０ｎｍの光源（商品名：Laser Source 81553SM、アジレント・テクノロジー株式会社製）を用い、その出射光を光サーキュレータ（型番：PICA-1550-S、株式会社応用光電研究室）の第１のポートに入射し、第２のポートを介して、ファラデー回転ミラー１に入射し、その反射光を再度上記光サーキュレータの第２のポートに入射し、第３のポートを受光器（商品名：Optical Head 81521B、アジレント・テクノロジー株式会社製）に接続した評価系で行った。挿入損失は、光サーキュレータの第２のポートの出射光を直接受光器に接続し計測した後、第２のポートをファラデー回転ミラー１に接続して反射光の光量を受光器で計測することにより、光サーキュレータの第２のポートにおける出射光と反射光の比として導出した。なお、受光器で計測した挿入損失から、予め計測したサーキュレータの第２のポートと第３のポートの挿入損失を差し引いた値が真の挿入損失である。
【表１】
【００６７】
＜反射減衰量の測定＞光軸方向における所定位置の反射光量を測定することが可能な反射減衰量測定器（商品名：プレシジョン・リフレクトメータ ８５０４Ｂ、アジレント・テクノロジー株式会社製）を用いて行った。波長１５５０ｎｍの光源（商品名：Laser Source 81553SM、アジレント・テクノロジー株式会社製）を選択し、測定器の出力ポートにファラデー回転ミラー１におけるシングルモードファイバ２を接続して測定を行った。全反射ミラー６の反射光量と比較して他の反射光量は非常に小さいため、全反射ミラー６における光量を全反射光量として、全反射ミラー６の光量に対する、各々反射点での反射光量の比を反射減衰量とした。
【００６８】
［実施例２］
＜ファラデー回転ミラーの作製＞本発明の実施例２に係るファラデー回転ミラーとして、図４に示したファラデー回転ミラー１１を作製した。具体的な作製方法について、以下に説明する。まず、１５５０ｎｍ用のシングルモードファイバ２と、比屈折率差１．５％で厚さ約５４０ｎｍ（０．３５ピッチ）のグレーデッドインデックスファイバ３と、ファイバ長が約４０μｍで、端面の設定加工角度が４°±１°で、添加物のない純石英からなるコアレスファイバ４とを、外形調芯しつつ融着接続して、各ファイバ２〜４からなる融着接続体を作製した。次に、上記融着接続体におけるコアレスファイバ４の端面に、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して、入射光の波長が１５５０ｎｍの場合に該入射光の偏波方向が４５°回転するように物理的厚さが約３８０μｍ（光学的長さ：２４０μｍ）に設定され且つ一方の主面に反射防止膜としてＡＲコートを所定の厚さで形成した１０ｍｍ角のファラデー回転子母板を０．８ｍｍ角に裁断加工することにより得られるファラデー回転子５を密着接続した。次に、ファラデー回転子５の他方の主面に、反射率が９９％以上となるように調整された多層誘電体からなる全反射ミラー６を、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して接着した。次に、このアクリル系紫外線硬化型光学接着剤を硬化させる前に挿入損失（シングルモードファイバ２の入射光と反射光の比）が０．７ｄＢ以下となるように調芯したうえで、紫外線を照射することによりアクリル系紫外線硬化型光学接着剤を硬化した。このようにして、本実施例におけるファラデー回転ミラーを５個作製した。
【００６９】
＜反射減衰量の測定＞実施例１と同様の測定方法により反射減衰量を測定し、その結果を表１に示した。
【００７０】
［実施例３］
＜ファラデー回転ミラーの作製＞本発明の実施例３に係るファラデー回転ミラーとして、図６に示したファラデー回転ミラー１２を作製した。具体的な作製方法について、以下に説明する。まず、１５５０ｎｍ用のシングルモードファイバ２と、比屈折率差１．５％で厚さ約５４０ｎｍ（０．３５ピッチ）のグレーデッドインデックスファイバ３と、ファイバ長が約４０μｍで、添加物のない純石英からなるコアレスファイバ４とを、外形調芯しつつ融着接続して、各ファイバ２〜４からなる融着接続体を作製した。次に、フェルール１３（外径：２．５ｍｍ、内径：０．１２５ｍｍ（公差０．００１ｍｍ））の貫通孔にエポキシ系熱硬化型接着剤を用いて挿着した後、その端面を設定傾斜角度４．５°±０．５°で研磨加工した。次に、上記融着接続体を挿着済みのフェルール１３におけるコアレスファイバ４側の端面に、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して、入射光の波長が１５５０ｎｍの場合に該入射光の偏波方向が４５°回転するように物理的厚さが約３８０μｍ（光学的長さ：２４０μｍ）に設定され且つ一方の主面に反射防止膜としてＡＲコートを所定の厚さで形成した１０ｍｍ角のファラデー回転子母板を０．８ｍｍ角に裁断加工することにより得られるファラデー回転子５を密着接続した。次に、ファラデー回転子５の他方の主面に、反射率が９９％以上となるように調整された多層誘電体からなる全反射ミラー６を、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して接着した。次に、この光学接着剤を硬化させる前に挿入損失（シングルモードファイバ２の入射光と反射光の比）が０．７ｄＢ以下となるように調芯したうえで、紫外線を照射することによりアクリル系紫外線硬化型光学接着剤を硬化した。このようにして、本実施例におけるファラデー回転ミラーを５個作製した。
【００７１】
＜傾斜角度の測定＞傾斜面に波長６５０ｎｍレーザーポインター（商品名：サシ−４０、コクヨ株式会社製）を照射し、その反射位置により傾斜角度を計測した。シングルモードファイバ２の光軸の延長線上、ファラデー回転ミラー１から約１．５ｍ離れた位置から、レーザーポインターを照射し、ファラデー回転ミラー１から約１．４ｍ離れた位置に同心円状の受光版を配置し、その光軸からのズレ量ｘ（ｍ）を計測した。この計測値を数式「ｘ／１．４＝ｔａｎθ」に当てはめて、傾斜角度を導出した。
【００７２】
＜反射減衰量の測定＞実施例１と同様の測定方法により反射減衰量を測定し、その結果を表１に示した。
【００７３】
［比較例１］
＜ファラデー回転ミラーの作製＞上記融着接続体におけるコアレスファイバ４の端面に、光学接着剤による位置調整を行うことなく、光学接着剤により全反射ミラー６付きファラデー回転子５を密着接続した以外は、実施例１と同様にして本比較例のファラデー回転ミラーを作製した。
【００７４】
＜挿入損失の測定＞実施例１と同様の測定方法により挿入損失を測定し、その結果を表１に示した。
【００７５】
＜反射減衰量の測定＞実施例１と同様の測定方法により反射減衰量を測定し、その結果を表１に示した。
【００７６】
＜評価＞比較例１のファラデー回転ミラーでは、挿入損失が最大１．３ｄＢであり、且つ、反射減衰量が最大で−２９ｄＢとなるため、充分な特性（挿入損失など）を得ることができなかったのに対して、実施例１〜３のファラデー回転ミラーでは、挿入損失が０．７ｄＢ以下であり、且つ、反射減衰量が−３０ｄＢ未満となるため、充分な特性（挿入損失など）を得ることができた。また、実施例２のファラデー回転ミラーでは、反射減衰量が−４０ｄＢ未満となり、より優れた特性を得ることができた。さらに、実施例３のファラデー回転ミラーでは、傾斜角度のバラツキが±０．５°以内に収めることができるとともに、反射減衰量も−５０ｄＢ未満となり、より優れた特性を得ることができた。したがって、本実施例１〜３に係るファラデー回転ミラーによると、小型で、製作作業性（量産性）や信頼性に優れているグレーデッドインデックスファイバを採用しても、挿入損失の増加のないものとすることができるのが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るファラデー回転ミラーの要部構造を模式的に表す断面図である。
【図２】グレーデッドインデックスファイバの長さ（ＧＩＦ長）とその最適結合距離との関係を示すグラフである。
【図３】グレーデッドインデックスファイバの長さを規定するピッチと反射減衰量との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るファラデー回転ミラーの要部構造を模式的に表す断面図である。
【図５】加工角度と反射減衰量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るファラデー回転ミラーの要部構造を模式的に表す断面図である。
【図７】本発明に係るファラデー回転ミラーにおけるファラデー回転子と全反射ミラーとの間の配設関係を表し、（ａ）は第１状態の側面図であり、（ｂ）は第１状態の平面図であり、（ｃ）は第２状態の側面図であり、（ｄ）は第２状態の平面図である。
【図８】従来のファラデー回転ミラーの要部構造を模式的に表す断面図である。
【図９】図８に示すファラデー回転ミラーにおける光の偏波状態を説明する模式図である。
【図１０】特許文献１のファラデー回転ミラーを表し、（ａ）はその要部構造を模式的に表す断面図であり、（ｂ）はコア拡大ファイバのみを模式的に表す断面図である。
【図１１】特許文献２のファラデー回転ミラーの要部構造を模式的に表す断面図である。
【図１２】特許文献３の光学結合系を模式的に表し、（ａ）はその要部構造を表す断面図であり、（ｂ）はグレーデッドインデックスファイバの屈折率分布の表す図であり、（ｃ）はグレーデッドインデックスファイバの蛇行周期を表す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１，１１，１２，２１，３１，４１ ファラデー回転ミラー
２，２２，５２ シングルモードファイバ
３，５３ グレーデッドインデックスファイバ
３ａ，３３ａ コア
３ｂ，３３ｂ クラッド
４，５４ コアレスファイバ
５，２５，３５，４５ ファラデー回転子
６，２６，３６、４６ 全反射ミラー
７，２７，３７，４７ 磁石
８ａ，８ｂ、３８，４８ 光学接着剤
１０ 光軸
１３ フェルール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバセンサシステムや光増幅システムなどの動作をより安定させるために適用される光受動部品のファラデー回転ミラーおよびその製造方法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且つ検知要素を光ファイバの光路のいずれかに持つものである。ここで、検知要素とは、検知対象から検知される量に応じて光学的な特性変化を受けるものである。光ファイバセンサでは、振動、圧力、温度、電界、磁界、音波などの外力を検知すべくシングルモードファイバを検知要素として用いる場合、例えばこれらの外力によるシングルモードファイバの光路長の変化がファイバ干渉計によって検出される。
【０００３】
しかしながら、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起因して、出力干渉縞のゆらぎや信号の消滅が起こることが問題となる。
【０００４】
このような問題に対して、非特許文献１では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抑制し、任意の入力偏波状態を維持する機能を担う光部品である。
【０００５】
図８は、従来のファラデー回転ミラー２１の構成を表す断面図である。ファラデー回転ミラー２１は、光ファイバ２２、結合用レンズ２３、ファラデー回転子２５、全反射ミラー２６、磁石２７を用いて構成されている。
【０００６】
光ファイバ２２はシングルモードファイバである。結合用レンズ２３は、後述の全反射ミラー２６で反射した光を光ファイバ２２に効率よく結合するための部材であり、光ファイバ２２の一端部と対向するように配設されている。ファラデー回転子２５は、所定の磁界を印加することにより、入射される光の偏波方向を所定角度回転させる機能を担う部材であり、例えばビスマス置換ガーネット結晶により構成される。ファラデー回転子２５の厚さは、例えば入射される光の偏波方向が４５°回転するように設定される。全反射ミラー２６は、光ファイバ２２から出射された光を反射するための部材であり、結合用レンズ２３およびファラデー回転子２５を介して光ファイバ２２の一端部と対向するように配設されている。磁石２７は、ファラデー回転子２５に所定（例えば、ビスマス置換ガーネット結晶の飽和磁界強度以上）の磁界を印加するための部材である。
【０００７】
図９は、光ファイバ２２の方向から見た、ファラデー回転ミラー２１内における光の偏波状態を説明するための図である。以下、図９を参照しつつ、ファラデー回転ミラー２１の動作原理について説明する。なお、便宜上、光ファイバ２２から出射した光を入射光、全反射ミラー２６で反射された光を反射光と称するとともに、入射光の進行方向を順方向、反射光の進行方向を逆方向と称する。また、入射偏波方向を一直線偏波としたが、本説明はこれに限ることなく、任意の偏波方向にも適応される。
【０００８】
まず、光ファイバ２２から出射した入射光（図９−ａ）は、ファラデー回転子２５を透過し、その偏波方向が順方向から見て時計回りに４５°回転させられる（図９−ｂ）。その後、全反射ミラー２６で反射された反射光（図９−ｃ）は、再び逆方向からファラデー回転子２５に入射する。ファラデー回転子２５を逆方向に透過した反射光はさらにその偏波方向を順方向から見て時計回りに４５°回転させられ（図９−ｄ）、光ファイバ２２に入射する。その結果、ファラデー回転ミラー２１の反射光は、入射光に対して直交する偏波方向となり、入射光が受けたの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。
【０００９】
図８、図９に示すようなファラデー回転ミラー２１は、光ファイバセンサシステムの他、光ファイバ増幅システムにも応用されている。光ファイバ増幅システムでは、一般的にエルビウムをドープしたシングルモードファイバ（長さ：数１０〜数１００ｍ）を用いているため、光ファイバ中の複屈折により偏波状態が変化するという問題、さらには長距離光ファイバ通信システムで信号波形劣化をもたらす偏波モード分散という問題があるが、ファラデー回転ミラー２１を用いることにより、それらが補償されるため、より安定した出力を得ることができる。
【００１０】
また、特許文献１では、小型化を図るべく、結合用レンズに代えて、コア拡大ファイバ（光ファイバと外径が同じ）を用いている。さらに、工程数の削減や組立の簡素化を図るべく、ファラデー回転子の一端面に全反射ミラー膜を形成させたり、コア拡大ファイバとファラデー回転子とを光学接着剤を介して密着させたりする提案がされている。
【００１１】
図１０、特許文献１のファラデー回転ミラー３１の構成を表す断面図である。ファラデー回転ミラー３１は、コア拡大ファイバ３３、ファラデー回転子３５、全反射ミラー膜３６、円筒型磁石３７、光学接着剤３８を用いて構成されている。
【００１２】
コア拡大ファイバ３３は、コア３３ａとクラッド３３ｂよりなる。コア拡大ファイバ３３は、一般的なシングルモードファイバを局所的に加熱することにより作製される。このような加熱を行うと、コア３３ａにドープされたＧｅなどが熱拡散するため、コア３３ａが拡大するのである。ファラデー回転子３５は、上述のファラデー回転子２５と同様の構成を有する部材である。全反射ミラー膜３６は、多層誘電体からなり、ファラデー回転子３５の一端面に直接形成されている。全反射ミラー膜３６は、光の損失が小さく、高反射率（例えば９９％以上）を有する。円筒型磁石３７は、上述の磁石２７と同様の機能を担う部材である。
【００１３】
一般的に、光ファイバからの放射ビームの発散角はコア径が大きくなるほど小さくなり、平行光に近づいていく。したがって、発散角が大きい場合、反射光はコア拡大ファイバ３３に結合し難くなる。特許文献１ではコア径を３〜４倍に拡大することで結合効率の低下、すなわち挿入損失の増加を抑制している。一方、コア拡大ファイバ３３の端面から全反射ミラー膜３６までの距離が長くなるほど放射ビームは発散し、結合効率の低下を招くため、ファラデー回転子３５はコア拡大ファイバ３３に密着させて実装される。特許文献１では、光学接着剤３８の厚さは極めて小さく、１０μｍ以下に設定されている。
【００１４】
さらに特許文献２ではコア拡大ファイバを用い、台形状のファラデー回転子を用いることで不要反射光の戻り光を抑制することが提案されている。
【００１５】
図１０は、特許文献２のファラデー回転ミラー４１を表す断面図である。ファラデー回転ミラー４１は、コア拡大ファイバ４３、ファラデー回転子４５、全反射ミラー膜４６、円筒型磁石４７、光学接着剤４８よりなる。
【００１６】
コア拡大ファイバ４３は、その一端面（ファラデー回転子４５との対向面）が光軸の垂直軸に対して傾斜している点においてのみ、上述のコア拡大ファイバ３３と相違している。ファラデー回転子４５は、その一端面においてコア拡大ファイバ４３と接続した状態で、その他端面が光軸に対して垂直となるような形状（図１０では台形状）に構成されている。全反射ミラー膜４６、円筒型磁石４７および光学接着剤４８は、上述の全反射ミラー膜３６、円筒型磁石３７および光学接着剤３８と同様の構成を有する部材である。
【非特許文献１】Electronics Letter 14th March 1991 vol27 No6
【特許文献１】特許第３５４８２８３号
【特許文献２】特許第３６０２８９１号
【特許文献３】特開２００２−１４２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、図７に示すように、結合用レンズ２３を用いるファラデー回転ミラー２１においては、以下のような問題点があった。
【００１８】
ファイバ干渉計の検知部や光ファイバ増幅システムでは、ファラデー回転ミラー２１を光ファイバや光ファイバカプラ等と接続して筐体内に実装されるが、光ファイバの外径φ０．２５ｍｍ、光ファイバカプラの外径φ２〜３ｍｍに対して、ファラデー回転ミラー２１はφ５ｍｍと大きいため、装置の大型化の原因となっている。なお、ファラデー回転ミラー２１がφ５ｍｍ程度の大きさになるのは、結合用レンズ２３の径が２ｍｍ程度の大きさであるのに加え、結合用レンズ２３を他の構成部品と接合するための金具等を含めるとφ５ｍｍ程度と大きくになってしまう。
【００１９】
また、ファラデー回転ミラー２１では、光ファイバ２２、結合用レンズ２３および全反射ミラー２６を高精度で光学調整する必要がある。したがって、ファラデー回転ミラー２１では、工程数が多くなるのに加え、組立が煩雑となるため、製作時間がかかってしまう。
【００２０】
一方、ファラデー回転ミラー３１では、外径がφ０．１２５ｍｍのコア拡大ファイバ３３を採用することにより小型化を図るとともに、工程数の削減および組立の簡素化を提案している。しかしながら、ファラデー回転ミラー３１では、コア拡大ファイバ３３の作製時にシングルモードファイバのコア径を３〜４倍に拡大すべく、高温（例えば１２００℃）で長時間（例えば１２時間）の加熱が必要であるため、作業性が悪く、製作時間の短縮も充分に改善することができない。また、ファラデー回転ミラー３１では、高温で長時間の熱処理を行うことに起因して信頼性が低下してしまう場合がある。さらに、ファラデー回転ミラー３１では、ファラデー回転子３５の端面で発生する不要反射光（戻り光）がほぼコア拡大ファイバ３３に結合してしまう問題がある。
【００２１】
他方、ファラデー回転ミラー４１では、台形状のファラデー回転子４５を採用することにより不要反射光を抑制することが提案されている。しかしながら、ファラデー回転ミラー４１では、ファラデー回転ミラー３１と同様、作業性や製作時間、信頼性などの問題を充分に解消できていない。
【００２２】
なお、ファラデー回転子４５には、挿入損失の低減をすべく、全反射ミラー膜４６が直接蒸着されている。一般的に、コア拡大ファイバ４３からの放射ビームの発散角はコア径が大きくなるほど小さくなり、平行光に近づいていく傾向にある。そのため、コア径が小さいほど（発散角が大きいほど）、反射光はコア拡大ファイバ４３に結合し難くなる。したがって、ファラデー回転ミラー４１は、コア径を３〜４倍に拡大することで結合効率の低下、すなわち挿入損失の増加を抑制している。また、コア拡大ファイバ４３の端面から全反射ミラー膜４６までの距離が長くなるほど放射ビームが発散してしまうため、ファラデー回転ミラー４１では全反射ミラー膜４６をファラデー回転子４５に直接形成させることにより、挿入損失の増加を抑制している。
【００２３】
図１１は、特許文献３の光学結合系を表す図であり、（ａ）はその要部拡大断面図、（ｂ）はグレーデッドインデックスファイバ５３の要部拡大断面図、（ｃ）はグレーデッドインデックスファイバ５３を透過する光線のイメージ図である。図１１に示す光学結合系は、光ファイバ５２、グレーデッドインデックスファイバ５３、コアレスファイバ５４からなり、コアレスファイバ５４の一部を光学機能素子に置換することで、透過光学系の光受動部品を提供することができる。グレーデッドインデックスファイバ５３は、コア５３ａおよびクラッド５３ｂからなり、コア５３ａは中心部で最大となり、外周部に向かい屈折率が段階的（または連続的）に低下する屈折率分布を有しているため、グレーデッドインデックスファイバ５３を透過する光線は周期的に屈曲して伝播する。グレーデッドインデックスファイバ５３は、適当な長さに切断することにより、平行光や集束光に対応することができるレンズとして機能する。
【００２４】
このようなグレーデッドインデックスファイバ５３の基本的構造は光通信に用いられる、マルチモードファイバに採用されるが、外径の太い母材を作製して母材を引き延ばすことにより大量に生産することが可能であり、コア拡大ファイバ３３，４３に比較して極めて生産性が高い特徴がある。
【００２５】
しかしながら、グレーデッドインデックスファイバ５３は、上述のように長さによってレンズ性能が変化するため、ファイバ長を高精度に調節する必要がある。グレーデッドインデックスファイバ５３は、一般の光ファイバと同様に劈開によりカットされ、例えばファイバカッターにより容易に切断することができるため、加工作業性に優れているが、このような設備によりファイバをカットすると例えば数十μｍの長さバラツキが生じてしまう。したがって、このため図１０（ａ）のようにファイバ端面に密着させてファラデー回転子を接続すると、グレーデッドインデックスファイバ５３の長さバラツキにより、結合距離が一致しないため、充分な結合が得られないという問題がある。
【００２６】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、小型で、製作作業性や信頼性、結合効率に優れたファラデー回転ミラーを提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、シングルモードファイバと、グレーデッドインデックスファイバと、ファラデー回転子と、全反射ミラーとを順次配し、前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、光学接着剤を介在させることを特徴とする。
【００２８】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、コアレスファイバを更に介在させてもよい。
【００２９】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記コアレスファイバのファラデー回転子との対向面が前記グレーデッドインデックスファイバの光軸と直交する面に対して傾斜し、前記ファラデー回転子が前記コアレスファイバの前記対向面に密着し、前記全反射ミラーが前記グレーデッドインデックスファイバの光軸に対し垂直に配されているのが好ましい。
【００３０】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記光学接着剤の厚さが１０μｍ以上であるのが好ましい。
【００３１】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記全反射ミラーが前記ファラデー回転子に直接成膜されているのが好ましい。
【００３２】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記グレーデッドインデックスファイバの長さが該グレーデッドインデックスファイバを伝搬する光の１周期の０．３１〜０．５倍であるのが好ましい。
【００３３】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記シングルモードファイバとグレーデッドインデックスファイバとが貫通孔を有するフェルールの該貫通孔内に配されているのが好ましい。
【００３４】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記全反射ミラーの外形が前記グレーデッドインデックスファイバの光軸方向から見て、前記ファラデー回転子の外形の範囲内に位置しているのが好ましい。
【００３５】
第１の側面に係るファラデー回転ミラーは、前記グレーデッドインデックスファイバの光軸方向から見て、前記ファラデー回転子および前記全反射ミラーが略正方形であり、前記ファラデー回転子の外形線と前記全反射ミラーの対角線とが略平行であるのが好ましい。
【００３６】
本発明の第２の側面に係るファラデー回転ミラーの製造方法は、シングルモードファイバと、グレーデッドインデックスファイバと、ファラデー回転子と、全反射ミラーとを順次配し、前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、光学接着剤を介在させる工程と、光学接着剤の厚さを調整する工程と、光学接着剤を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の第１の側面に係るファラデー回転ミラーでは、グレーデッドインデックスファイバとファラデー回転子との間、および、ファラデー回転子と全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、光学接着剤が介在している。そのため、本ファラデー回転ミラーでは、例えば光学接着剤の厚さを調節することにより、グレーデッドインデックスファイバの長さやファラデー回転子の厚さにおける加工バラツキに起因するファラデー回転ミラーの特性（挿入損失など）の悪化を抑制することができる。すなわち、本ファラデー回転ミラーでは、例えば全反射ミラーで反射した光を光ファイバに効率よく結合するための結合用レンズに比べて小型化を図るのに好適で、且つ、例えばコア拡大ファイバに比べて製作作業性および信頼性の向上を図るのに好適であるものの、加工バラツキに起因する特性（挿入損失など）の悪化が懸念されたグレーテッドインデックスファイバを適用することが可能となる。したがって、本ファラデー回転ミラーは、小型で、製作作業性や信頼性に優れているのに加え、挿入損失の低減の観点においても優れているのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下に実施例として、本発明によるファラデー回転ミラーについて説明する。
【００３９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るファラデー回転ミラー１の構成を模式的に示す。ファラデー回転ミラー１は、シングルモードファイバ２、グレーデッドインデックスファイバ（ＧＩＦ）３、コアレスファイバ４、ファラデー回転子５、全反射ミラー６、磁石７、光学接着剤８a、８ｂを含んで構成される。
【００４０】
光ファイバ２は、その一端部から入射した光をその他端部から出射すべく、光を導くためのものである。光ファイバ２を構成する材料としては、石英ガラス、多成分系ガラス、プラスチックなどが挙げられる。
【００４１】
グレーデッドインデックスファイバ３は、光ファイバ２のコア部分の中心を最大とする所定の屈折率分布を有する光ファイバである。グレーデッドインデックスファイバ３を伝搬する光は、図１１（ｃ）に示すように、グレーデッドインデックスファイバ３の長さに対して周期性を持って蛇行し（蛇行周期）、透過する。この蛇行周期は、通常光の波長に関係なく一定である。図１１（ｃ）では、グレーデッドインデックスファイバ３の長さがサインカーブの１周期分に相当する場合の状態が示されており、この長さを１ピッチと規定する。なお、グレーデッドインデックスファイバ３がレンズ機能を適切に担うべく、グレーデッドインデックスファイバ３の出射角度が絞られる範囲（ピッチが０．２５〜０．５の範囲）でグレーデッドインデックスファイバ３の長さが設定される。ピッチが０．２５の場合、最適結合距離は理論上無限大であり、ピッチが０．５の場合、最適結合距離は理論上ゼロとなる。
【００４２】
図２は、グレーデッドインデックスファイバ３の長さ（ＧＩＦ長）とその最適結合距離との関係を示す。図２によく表れているように、グレーデッドインデックスファイバ３の長さが長くなるにつれて、最適結合距離は短くなる。この最適結合距離とファラデー回転子５の厚さとの差が小さい（例えば３００μｍ以下の）場合、コアレスファイバ４を省略してもよい。ここで、最適結合距離とは、シングルモードファイバ２の出射端の光がグレーデッドインデックスファイバ３により結像する点と、グレーデッドインデックスファイバ３の端面との間の距離を意味しており、この結像点に全反射ミラー６を配設すると、反射光はシングルモードファイバ２の出射端に結像するため、反射率が最大となる結合を得ることができる。なお、本実施形態における最適結合距離は、コアレスファイバ４の長さと、ファラデー回転子５の厚さと、光学接着剤８ａ，８ｂの厚さとの総和に実質的に等しい。但し、ファラデー回転子５の厚さとは、物理的な厚さではなく、シングルモードファイバ２、グレーデッドインデックスファイバ３、コアレスファイバ４、光学接着剤８ａ、８ｂと同等な屈折率（例えば１．４６）に整合させた、光学的長さを示す。例えば、ファラデー回転子５がビスマス置換ガーネットの場合、屈折率は２．３４であり、光学的な長さは物理的な長さに１．４６／２．３４を掛けた値となる。
【００４３】
図３は、グレーデッドインデックスファイバ３の長さを規定するピッチ（pitch）と反射減衰量との関係を示す。図３によく表れているように、ピッチが０．３１を超えると、反射減衰量は−３０ｄＢ未満となる。ここで、反射減衰量とは、ファラデー回転ミラー１の全反射量に対する、全反射ミラー６以外の反射点の反射量の比である。全反射ミラー６以外の反射点は図１に示す各構成部材の界面において発生し、その発生量は屈折率差に起因する。特に、屈折率差の大きいファラデー回転子５の界面は反射減衰量が大きくなる。これら全反射ミラー６以外の反射点の内、ファラデー回転子５を透過しない反射光は、図８を用いて説明したような偏波状態が回転する光ではなくなり、ノイズ成分となる。また、「−３０ｄＢ」とは、「１０×ｌｏｇ（１／１０００）」で与えられる数値であり、全反射量に対し１／１０００の反射量（０．１％のノイズ）を示すものである。したがって、「反射減衰量−３０ｄＢ未満」とは、ノイズ成分を０．１％未満にすることを意味する。
【００４４】
コアレスファイバ４は、光学的な結合距離を調整するための部材であり、屈折率分布を実質的に持たない均質な構成を有する。
【００４５】
ファラデー回転子５は、例えば所定の磁界を印加することにより、入射される光の偏波方向を所定角度回転させる機能を担う部材であり、ビスマス置換ガーネット結晶などにより構成される。ファラデー回転子５の厚さは、例えば入射される光の偏波方向が４５°回転するように設定される。具体的には、入射する光の波長により異なるが１５５０ｎｍの場合、３５０〜５００μｍ（物理的な厚さ）である。なお、ファラデー回転子５は、その表面に光の反射を防止するための反射防止膜（図示せず）を施すのが好ましい。この反射防止膜としては、例えばＡＲコートが挙げられ、その形成位置としては、例えばファラデー回転子５の一方の主面に全反射ミラー６が形成される場合、他方の主面が挙げられる。このような反射防止膜をファラデー回転子５の表面に施すことにより、ファラデー回転ミラー１の不要反射（反射戻り光）を低減することができるのである。
【００４６】
ここで、ファラデー回転子５の製造方法の一例について説明する。まず、大判（例えば、１０ｍｍ角以上）の平板に対して研磨加工を施す。次に、必要に応じて研磨加工を施した表面の所定箇所に反射防止膜を施す。次に、反射防止膜を施した平板をダイシングカットなどにより所定の大きさ（例えば、１ｍｍ角以下）に裁断する。以上のようにして、一つの大判の平板から１００個以上のファラデー回転子５を取り出す。このような製造方法は、個々に加工する必要がなくなるため、製作作業性や量産性に優れている
全反射ミラー６は、光を実質的に全反射させるための部材であり、ガラス体（ガラス基板やコアレスファイバなど）の主面やファラデー回転子５の主面に形成されている。全反射ミラー６としては、例えば誘電体多層膜自体、ガラスなどからなる基板に誘電体多層膜を蒸着させた多層誘電体、該基板に反射率の高い金属（アルミニウムなど）を蒸着させたもの、およびアルミニウム板などが挙げられるが、高反射率（例えば９９％以上）および低光損失の観点から誘電体多層膜や多層誘電体が好ましい。
【００４７】
磁石７は、ファラデー回転子５に所定の磁界（光軸１０と平行な磁界）を印加するための部材であり、本実施形態では円筒形である。なお、ファラデー回転子５として磁界の印加を必要としないものを採用する場合、磁石７は省略してもよい。
【００４８】
光学接着剤８ａ，８ｂは、グレーデッドインデックスファイバ３と全反射ミラー６との間の離間距離を調整する機能を担う部材である。光学接着剤８ａ，８ｂとしては、エポキシ系やアクリル系の透光性樹脂が挙げられ、特に屈折率がコアレスファイバ４と同等（例えば１．４５〜１．５）のものが好適である。また、光学接着剤８ａ，８ｂとしては、作業性の観点から可視光や紫外線や熱に対して硬化性を有するものが好適である。光学接着剤８ａ，８ｂによる調整は、光学接着剤８ａおよび光学接着剤８ｂの少なくとも一方の厚さを変化させることにより行う。具体的には、まず、ファラデー回転子５と全反射ミラー６とを密着させた状態（例えば両者間の間隔が１０μｍ以下の状態）で光学接着剤８ｂを硬化させることにより、ファラデー回転子５と全反射ミラー６とを一体化する。次に、結合状態を確認するために挿入損失を計測しつつ、所定の厚さ（例えば３０μｍ以上）で且つ非硬化の状態（流動性のある状態）で介在させた光学接着剤８ａの厚さを適宜変化させる。挿入損失の計測は、光源（商品名：Laser Source 81553SM、アジレント・テクノロジー株式会社製）の出射光を光サーキュレータ（型番：PICA-1550-S、株式会社応用光電研究室）を介してファラデー回転ミラー１に入射し、その反射光を再度光サーキュレータ（型番：PICA-1550-S、株式会社応用光電研究室）を介して、受光器（商品名：Optical Head 81521B、アジレント・テクノロジー株式会社製）で受けることにより行った。次に、所望の厚さ（例えば最適結合距離に応じて決定される厚さ）に変化させた光学接着剤８ａを紫外線や熱などにより硬化させる。以上のようにして、上記調整を行うことができるのである。なお、上記調整後、必要に応じて磁石７を所定の位置に配設することにより、ファラデー回転ミラー１を得ることができる。
【００４９】
本実施形態に係るファラデー回転ミラー１では、グレーデッドインデックスファイバ３とファラデー回転子５との間、および、ファラデー回転子５と全反射ミラー６との間に、光学接着剤８ａ，８ｂが介在している。そのため、ファラデー回転ミラー１では、光学接着剤８ａ，８ｂの厚さを調節することにより、グレーデッドインデックスファイバ３の長さやファラデー回転子５の厚さにおける加工バラツキに起因するファラデー回転ミラー１の特性（挿入損失など）の悪化を抑制することができる。すなわち、ファラデー回転ミラー１では、全反射ミラー６で反射した光を光ファイバに効率よく結合するための結合用レンズに比べて外径が小さく、且つ、例えばコア拡大ファイバに比べて製作作業性および信頼性の向上を図るのに好適であるものの、加工バラツキに起因する特性（挿入損失など）の悪化が懸念されるグレーテッドインデックスファイバ３を適用することが可能となる。したがって、ファラデー回転ミラー１は、小型で、製作作業性（量産性）や信頼性に優れているのに加え、挿入損失の低減においても優れているのである。
【００５０】
ファラデー回転ミラー１では、図１１に示すような加工が難しい台形上のファラデー回転子４５を用いることなく、加工が簡素な平板状のファラデー回転子５を用いて、ピッチを調整することで反射減衰量の低減を図ることができる。
【００５１】
ファラデー回転ミラー１は、光学接着剤８ｂの厚さが１０μｍ以上である。最適結合距離は、コアレスファイバ４の長さと、ファラデー回転子５の光学的な厚さと、光学接着剤８ａ，８ｂの厚さとの総和に実質的に等しいが、コアレスファイバ４やファラデー回転子５は、その製造上数十μｍ単位のバラツキが生じるため、数μｍ単位の調整では有意な効果を得ることができない場合がある。したがって、ファラデー回転ミラー１は、有意なバラツキ調整を行ううえで好適なのである。
【００５２】
ファラデー回転ミラー１は、コアレスファイバ４を採用することにより、光学接着剤８ａの厚さを不要に大きくせずにすむ。光学接着剤８ａは、通常数％の硬化収縮率を有するため、光学接着剤８ａの厚さが不要に大きくなると、その分硬化時におけるファラデー回転子５の光軸方向の移動が大きくなってしまう場合があるが、本構成によると、そのような移動を抑制することができる。
【００５３】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るファラデー回転ミラー１１の構成を模式的に示す。ファラデー回転ミラー１１は、コアレスファイバ４におけるファラデー回転子５との対向面を光軸１０に対して所定の加工角度で傾斜する傾斜面とし、該傾斜面に光学接着剤８ａを介してファラデー回転子５を密着させ、光軸１０に対して主面が垂直となるように全反射ミラー６を配設し、光学接着剤８ｂによりグレーデッドインデックスファイバ３などの加工バラツキの調整を図る構成とした点で、ファラデー回転ミラー１と異なる。ファラデー回転ミラー１１の他の構成については、ファラデー回転ミラー１に関して上述したのと同様である。
【００５４】
図５は、上記傾斜面の加工角度と反射減衰量との関係を示す。図５によく表れているように、加工角度が大きくなるにつれ、反射減衰量が小さくなる。したがって、ファラデー回転ミラー１’は、より高い減衰効果を得ることができるので、反射減衰量の観点でより優れているのである。
【００５５】
図６は、本発明の第３の実施形態に係るファラデー回転ミラー１２の構成を模式的に示す。ファラデー回転ミラー２１は、シングルモードファイバ２、グレーデッドインデックスファイバ３およびコアレスファイバ４がフェルール１３により保持される構成とした点で、ファラデー回転ミラー１１と異なる。
【００５６】
ファラデー回転ミラー１２では、例えば各ファイバ２〜４の直径（例えば１２５μｍ）がファラデー回転子５の物理的な厚さ（例えば３５０〜５００μｍ）より小さくても、フェルール１３におけるファラデー回転子５の実装面を最適な大きさ（ファラデー回転子５の物理的な厚さに応じて決定される）に調整することにより、構造的により安定なものとすることができる。また、ファラデー回転ミラー１２では、コアレスファイバ４に上記傾斜面を形成する際に、フェルール１３ごと研磨加工することが可能となるため、コアレスファイバ４のみを研磨加工する場合や劈開によるカットする場合に比べて加工バラツキを低減することができる。
【００５７】
以上、本発明の具体的な実施形態を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００５８】
ファラデー回転ミラー１，１１，１２では、グレーデッドインデックスファイバ３とファラデー回転子５との間、および、ファラデー回転子５と全反射ミラー６との間のいずれか一方に光学接着剤８ａもしくは光学接着剤８ｂを有していればよい。このような構成においても、同様の効果を奏する。
【００５９】
ファラデー回転ミラー１，１１，１２では、ファラデー回転子５と全反射ミラー６との間にコアレスファイバを介在させてもよい。このような構成においても、同様の効果を奏する。
【００６０】
図７は、ファラデー回転子５と全反射ミラー６との位置関係および大きさの関係を表す。ファラデー回転ミラー１，１１，１２では、全反射ミラー６の大きさをファラデー回転子５の大きさ（例えば外寸）と同等もしくは小さく設定するのが好ましい。このような構成によると、光学接着剤８ａ，８ｂがファラデー回転子５の側面に回り込む量を抑制することができる。
【００６１】
ファラデー回転ミラー１，１１，１２では、図７に示すように、平面視でファラデー回転子５の中央に位置するように全反射ミラー６を接着するのが好ましい。このような構成によると、全反射ミラー６の側面に付着する光学接着剤８ｂの付着量がほぼ均等となるため、結合性能をより高めることができる。
【００６２】
ファラデー回転ミラー１，１１，１２では、図７（ｃ），（ｄ）に示すように、ファラデー回転子５に対して全反射ミラー６を、光軸を軸心として４５°回転させてもよい。このような構成によると、全反射ミラー６の側面に付着する光学接着剤８ｂの付着量を均等にするうえで好適であるのに加え、光学接着剤８ｂの表面張力により全反射ミラー６の位置ずれを自発的に修正されるため量産安定性に優れている。
【００６３】
ファラデー回転ミラー１２では、フェルール１３に代えてキャピラリを採用してもよい。このような構成においても、フェルール１３を採用する場合と同様の効果を奏する。
【００６４】
次に、本発明の実施例および比較例について説明する。
【００６５】
［実施例１］
＜ファラデー回転ミラーの作製＞本発明の実施例１に係るファラデー回転ミラーとして、図１に示したファラデー回転ミラー１を作製した。具体的な作製方法について、以下に説明する。まず、１５５０ｎｍ用のシングルモードファイバ２と、比屈折率差１．５％で厚さ約５４０ｎｍ（０．３５ピッチ）のグレーデッドインデックスファイバ３と、ファイバ長が約４０μｍで、添加物のない純石英からなるコアレスファイバ４とを、外形調芯しつつ融着接続して、各ファイバ２〜４からなる融着接続体を作製した。次に、入射光の波長が１５５０ｎｍの場合に該入射光の偏波方向が４５°回転するように物理的厚さが約３８０μｍ（光学的長さ：２４０μｍ）に設定され且つ一方の主面に反射防止膜としてＡＲコートを所定の厚さで形成した１０ｍｍ角のファラデー回転子母板を０．８ｍｍ角に裁断加工することにより得られるファラデー回転子５の他方の主面に、反射率が９９％以上となるように調整された多層誘電体からなる全反射ミラー６を、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して密着接続することにより、全反射ミラー６付きファラデー回転子５を作製した。次に、上記融着接続体におけるコアレスファイバ４の端面に、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して全反射ミラー６付きファラデー回転子５を接着した。次に、このアクリル系紫外線硬化型光学接着剤を硬化させる前に挿入損失（シングルモードファイバ２の入射光と反射光の比）が０．７ｄＢ以下となるように調芯したうえで、紫外線を照射することによりアクリル系紫外線硬化型光学接着剤を硬化した。本実施例におけるファラデー回転ミラーを５個作製した。
【００６６】
＜挿入損失の測定＞波長１５５０ｎｍの光源（商品名：Laser Source 81553SM、アジレント・テクノロジー株式会社製）を用い、その出射光を光サーキュレータ（型番：PICA-1550-S、株式会社応用光電研究室）の第１のポートに入射し、第２のポートを介して、ファラデー回転ミラー１に入射し、その反射光を再度上記光サーキュレータの第２のポートに入射し、第３のポートを受光器（商品名：Optical Head 81521B、アジレント・テクノロジー株式会社製）に接続した評価系で行った。挿入損失は、光サーキュレータの第２のポートの出射光を直接受光器に接続し計測した後、第２のポートをファラデー回転ミラー１に接続して反射光の光量を受光器で計測することにより、光サーキュレータの第２のポートにおける出射光と反射光の比として導出した。なお、受光器で計測した挿入損失から、予め計測したサーキュレータの第２のポートと第３のポートの挿入損失を差し引いた値が真の挿入損失である。
【表１】
【００６７】
＜反射減衰量の測定＞光軸方向における所定位置の反射光量を測定することが可能な反射減衰量測定器（商品名：プレシジョン・リフレクトメータ ８５０４Ｂ、アジレント・テクノロジー株式会社製）を用いて行った。波長１５５０ｎｍの光源（商品名：Laser Source 81553SM、アジレント・テクノロジー株式会社製）を選択し、測定器の出力ポートにファラデー回転ミラー１におけるシングルモードファイバ２を接続して測定を行った。全反射ミラー６の反射光量と比較して他の反射光量は非常に小さいため、全反射ミラー６における光量を全反射光量として、全反射ミラー６の光量に対する、各々反射点での反射光量の比を反射減衰量とした。
【００６８】
［実施例２］
＜ファラデー回転ミラーの作製＞本発明の実施例２に係るファラデー回転ミラーとして、図４に示したファラデー回転ミラー１１を作製した。具体的な作製方法について、以下に説明する。まず、１５５０ｎｍ用のシングルモードファイバ２と、比屈折率差１．５％で厚さ約５４０ｎｍ（０．３５ピッチ）のグレーデッドインデックスファイバ３と、ファイバ長が約４０μｍで、端面の設定加工角度が４°±１°で、添加物のない純石英からなるコアレスファイバ４とを、外形調芯しつつ融着接続して、各ファイバ２〜４からなる融着接続体を作製した。次に、上記融着接続体におけるコアレスファイバ４の端面に、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して、入射光の波長が１５５０ｎｍの場合に該入射光の偏波方向が４５°回転するように物理的厚さが約３８０μｍ（光学的長さ：２４０μｍ）に設定され且つ一方の主面に反射防止膜としてＡＲコートを所定の厚さで形成した１０ｍｍ角のファラデー回転子母板を０．８ｍｍ角に裁断加工することにより得られるファラデー回転子５を密着接続した。次に、ファラデー回転子５の他方の主面に、反射率が９９％以上となるように調整された多層誘電体からなる全反射ミラー６を、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して接着した。次に、このアクリル系紫外線硬化型光学接着剤を硬化させる前に挿入損失（シングルモードファイバ２の入射光と反射光の比）が０．７ｄＢ以下となるように調芯したうえで、紫外線を照射することによりアクリル系紫外線硬化型光学接着剤を硬化した。このようにして、本実施例におけるファラデー回転ミラーを５個作製した。
【００６９】
＜反射減衰量の測定＞実施例１と同様の測定方法により反射減衰量を測定し、その結果を表１に示した。
【００７０】
［実施例３］
＜ファラデー回転ミラーの作製＞本発明の実施例３に係るファラデー回転ミラーとして、図６に示したファラデー回転ミラー１２を作製した。具体的な作製方法について、以下に説明する。まず、１５５０ｎｍ用のシングルモードファイバ２と、比屈折率差１．５％で厚さ約５４０ｎｍ（０．３５ピッチ）のグレーデッドインデックスファイバ３と、ファイバ長が約４０μｍで、添加物のない純石英からなるコアレスファイバ４とを、外形調芯しつつ融着接続して、各ファイバ２〜４からなる融着接続体を作製した。次に、フェルール１３（外径：２．５ｍｍ、内径：０．１２５ｍｍ（公差０．００１ｍｍ））の貫通孔にエポキシ系熱硬化型接着剤を用いて挿着した後、その端面を設定傾斜角度４．５°±０．５°で研磨加工した。次に、上記融着接続体を挿着済みのフェルール１３におけるコアレスファイバ４側の端面に、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して、入射光の波長が１５５０ｎｍの場合に該入射光の偏波方向が４５°回転するように物理的厚さが約３８０μｍ（光学的長さ：２４０μｍ）に設定され且つ一方の主面に反射防止膜としてＡＲコートを所定の厚さで形成した１０ｍｍ角のファラデー回転子母板を０．８ｍｍ角に裁断加工することにより得られるファラデー回転子５を密着接続した。次に、ファラデー回転子５の他方の主面に、反射率が９９％以上となるように調整された多層誘電体からなる全反射ミラー６を、アクリル系紫外線硬化型光学接着剤を介して接着した。次に、この光学接着剤を硬化させる前に挿入損失（シングルモードファイバ２の入射光と反射光の比）が０．７ｄＢ以下となるように調芯したうえで、紫外線を照射することによりアクリル系紫外線硬化型光学接着剤を硬化した。このようにして、本実施例におけるファラデー回転ミラーを５個作製した。
【００７１】
＜傾斜角度の測定＞傾斜面に波長６５０ｎｍレーザーポインター（商品名：サシ−４０、コクヨ株式会社製）を照射し、その反射位置により傾斜角度を計測した。シングルモードファイバ２の光軸の延長線上、ファラデー回転ミラー１から約１．５ｍ離れた位置から、レーザーポインターを照射し、ファラデー回転ミラー１から約１．４ｍ離れた位置に同心円状の受光版を配置し、その光軸からのズレ量ｘ（ｍ）を計測した。この計測値を数式「ｘ／１．４＝ｔａｎθ」に当てはめて、傾斜角度を導出した。
【００７２】
＜反射減衰量の測定＞実施例１と同様の測定方法により反射減衰量を測定し、その結果を表１に示した。
【００７３】
［比較例１］
＜ファラデー回転ミラーの作製＞上記融着接続体におけるコアレスファイバ４の端面に、光学接着剤による位置調整を行うことなく、光学接着剤により全反射ミラー６付きファラデー回転子５を密着接続した以外は、実施例１と同様にして本比較例のファラデー回転ミラーを作製した。
【００７４】
＜挿入損失の測定＞実施例１と同様の測定方法により挿入損失を測定し、その結果を表１に示した。
【００７５】
＜反射減衰量の測定＞実施例１と同様の測定方法により反射減衰量を測定し、その結果を表１に示した。
【００７６】
＜評価＞比較例１のファラデー回転ミラーでは、挿入損失が最大１．３ｄＢであり、且つ、反射減衰量が最大で−２９ｄＢとなるため、充分な特性（挿入損失など）を得ることができなかったのに対して、実施例１〜３のファラデー回転ミラーでは、挿入損失が０．７ｄＢ以下であり、且つ、反射減衰量が−３０ｄＢ未満となるため、充分な特性（挿入損失など）を得ることができた。また、実施例２のファラデー回転ミラーでは、反射減衰量が−４０ｄＢ未満となり、より優れた特性を得ることができた。さらに、実施例３のファラデー回転ミラーでは、傾斜角度のバラツキが±０．５°以内に収めることができるとともに、反射減衰量も−５０ｄＢ未満となり、より優れた特性を得ることができた。したがって、本実施例１〜３に係るファラデー回転ミラーによると、小型で、製作作業性（量産性）や信頼性に優れているグレーデッドインデックスファイバを採用しても、挿入損失の増加のないものとすることができるのが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るファラデー回転ミラーの要部構造を模式的に表す断面図である。
【図２】グレーデッドインデックスファイバの長さ（ＧＩＦ長）とその最適結合距離との関係を示すグラフである。
【図３】グレーデッドインデックスファイバの長さを規定するピッチと反射減衰量との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るファラデー回転ミラーの要部構造を模式的に表す断面図である。
【図５】加工角度と反射減衰量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るファラデー回転ミラーの要部構造を模式的に表す断面図である。
【図７】本発明に係るファラデー回転ミラーにおけるファラデー回転子と全反射ミラーとの間の配設関係を表し、（ａ）は第１状態の側面図であり、（ｂ）は第１状態の平面図であり、（ｃ）は第２状態の側面図であり、（ｄ）は第２状態の平面図である。
【図８】従来のファラデー回転ミラーの要部構造を模式的に表す断面図である。
【図９】図８に示すファラデー回転ミラーにおける光の偏波状態を説明する模式図である。
【図１０】特許文献１のファラデー回転ミラーを表し、（ａ）はその要部構造を模式的に表す断面図であり、（ｂ）はコア拡大ファイバのみを模式的に表す断面図である。
【図１１】特許文献２のファラデー回転ミラーの要部構造を模式的に表す断面図である。
【図１２】特許文献３の光学結合系を模式的に表し、（ａ）はその要部構造を表す断面図であり、（ｂ）はグレーデッドインデックスファイバの屈折率分布の表す図であり、（ｃ）はグレーデッドインデックスファイバの蛇行周期を表す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１，１１，１２，２１，３１，４１ ファラデー回転ミラー
２，２２，５２ シングルモードファイバ
３，５３ グレーデッドインデックスファイバ
３ａ，３３ａ コア
３ｂ，３３ｂ クラッド
４，５４ コアレスファイバ
５，２５，３５，４５ ファラデー回転子
６，２６，３６、４６ 全反射ミラー
７，２７，３７，４７ 磁石
８ａ，８ｂ、３８，４８ 光学接着剤
１０ 光軸
１３ フェルール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルモードファイバと、グレーデッドインデックスファイバと、ファラデー回転子と、全反射ミラーとを順次配し、
前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、光学接着剤を介在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】
前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、コアレスファイバを更に介在させる、請求項１に記載のファラデー回転ミラー。
【請求項３】
前記コアレスファイバのファラデー回転子との対向面は、前記グレーデッドインデックスファイバの光軸と直交する面に対して傾斜し、
前記ファラデー回転子は、前記コアレスファイバの前記対向面に密着し、
前記全反射ミラーは、前記グレーデッドインデックスファイバの光軸に対し垂直に配されている、請求項２に記載のファラデー回転ミラー。
【請求項４】
前記光学接着剤の厚さは１０μｍ以上である、請求項１から３のいずれかに記載のファラデー回転ミラー。
【請求項５】
前記全反射ミラーは、前記ファラデー回転子に直接成膜されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載のファラデー回転ミラー。
【請求項６】
前記グレーデッドインデックスファイバの長さは、該グレーデッドインデックスファイバを伝搬する光の１周期の０．３１〜０．５倍である、請求項１から５のいずれかに記載のファラデー回転ミラー。
【請求項７】
前記シングルモードファイバとグレーデッドインデックスファイバとは、貫通孔を有するフェルールの該貫通孔内に配されている、請求項１から６のいずれかに記載のファラデー回転ミラー。
【請求項８】
前記全反射ミラーの外形は、前記グレーデッドインデックスファイバの光軸方向から見て、前記ファラデー回転子の外形の範囲内に位置している、請求項１から７のいずれかに記載のファラデー回転ミラー。
【請求項９】
前記グレーデッドインデックスファイバの光軸方向から見て、前記ファラデー回転子および前記全反射ミラーは略正方形であり、前記ファラデー回転子の外形線と前記全反射ミラーの対角線とは略平行である、請求項８に記載のファラデー回転ミラー。
【請求項１０】
シングルモードファイバと、グレーデッドインデックスファイバと、ファラデー回転子と、全反射ミラーとを順次配し、前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、光学接着剤を介在させる工程と、
光学接着剤の厚さを調整する工程と、
光学接着剤を硬化させる工程と、を含む、ファラデー回転ミラーの製造方法。
【請求項１】
シングルモードファイバと、グレーデッドインデックスファイバと、ファラデー回転子と、全反射ミラーとを順次配し、
前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、光学接着剤を介在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】
前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、コアレスファイバを更に介在させる、請求項１に記載のファラデー回転ミラー。
【請求項３】
前記コアレスファイバのファラデー回転子との対向面は、前記グレーデッドインデックスファイバの光軸と直交する面に対して傾斜し、
前記ファラデー回転子は、前記コアレスファイバの前記対向面に密着し、
前記全反射ミラーは、前記グレーデッドインデックスファイバの光軸に対し垂直に配されている、請求項２に記載のファラデー回転ミラー。
【請求項４】
前記光学接着剤の厚さは１０μｍ以上である、請求項１から３のいずれかに記載のファラデー回転ミラー。
【請求項５】
前記全反射ミラーは、前記ファラデー回転子に直接成膜されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載のファラデー回転ミラー。
【請求項６】
前記グレーデッドインデックスファイバの長さは、該グレーデッドインデックスファイバを伝搬する光の１周期の０．３１〜０．５倍である、請求項１から５のいずれかに記載のファラデー回転ミラー。
【請求項７】
前記シングルモードファイバとグレーデッドインデックスファイバとは、貫通孔を有するフェルールの該貫通孔内に配されている、請求項１から６のいずれかに記載のファラデー回転ミラー。
【請求項８】
前記全反射ミラーの外形は、前記グレーデッドインデックスファイバの光軸方向から見て、前記ファラデー回転子の外形の範囲内に位置している、請求項１から７のいずれかに記載のファラデー回転ミラー。
【請求項９】
前記グレーデッドインデックスファイバの光軸方向から見て、前記ファラデー回転子および前記全反射ミラーは略正方形であり、前記ファラデー回転子の外形線と前記全反射ミラーの対角線とは略平行である、請求項８に記載のファラデー回転ミラー。
【請求項１０】
シングルモードファイバと、グレーデッドインデックスファイバと、ファラデー回転子と、全反射ミラーとを順次配し、前記グレーデッドインデックスファイバと前記ファラデー回転子との間、および、前記ファラデー回転子と前記全反射ミラーとの間の少なくとも一方に、光学接着剤を介在させる工程と、
光学接着剤の厚さを調整する工程と、
光学接着剤を硬化させる工程と、を含む、ファラデー回転ミラーの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−３０９１２３（Ｐ２００６−３０９１２３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８３０１３（Ｐ２００５−２８３０１３）
【出願日】平成１７年９月２８日（２００５．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２８日（２００５．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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