CN103424809B - 偏振无关光隔离器 - Google Patents

Abstract

一种偏振无关光隔离器，其特征在于，具有由YVO₄单晶体构成的楔形双折射晶体板（1、5）和由磁性石榴石单晶体构成的法拉第转子（3），法拉第转子的各个透光面上接合了蓝宝石单晶体板（2、4）；各个蓝宝石单晶体板的透光面与蓝宝石单晶体板c面相偏移；为保证被楔形双折射晶体板分离出的常光和非寻常光同时入射到蓝宝石单晶体板之后，与蓝宝石单晶体板的c轴之间的夹角在0.74度以内，将用常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线来表示的假想光（300）入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a和蓝宝石单晶体板c面的偏移角θ_off设定在固定范围内；具有即使有大功率的光线入射时也可以抑制法拉第转子温度上升的效果。

Description

偏振无关光隔离器

技术领域

本发明涉及一种偏振无关光隔离器（isolator），其使用了由法拉第转子构成的磁性石榴石单晶体和2片楔形双折射晶体板，特别对其进行改良，能够防止伴随因磁性石榴石单晶体吸收光而导致温度上升时的特性劣化和破损。

背景技术

光隔离器是一种非互易性光器件，具有只允许正向光信号通过而防止逆光信号通过的功能，例如在用半导体激光器作为光源的光通信系统中，用于防止光信号反射到光源一侧而引起半导体激光器振荡不稳定现象。

光隔离器大致分为以下两种：用于半导体激光器模块的偏振相关光隔离器，和用于光纤放大器前后的偏振无关光隔离器。

在偏振无关光隔离器中，通常使用金红石、YVO₄、LiNbO₃等楔形双折射晶体板来作为偏光镜，在两片楔形双折射晶体板之间，配置由磁性石榴石单晶体构成的平板来作为法拉第转子（参考专利文献1：美国专利第4,548,478号公报，专利文献2：美国专利第5,315,431号公报）。在此，法拉第转子晶体的厚度被调节成使入射的偏振光旋转45度，2片楔形双折射晶体板被配置成彼此的光学轴相互偏离45度。此外，由偏光镜以及法拉第转子构成的光学元件被称为非互易性单元（non-reciprocalunit）。

然后，正向入射到第一楔形双折射晶体板的入射光，被第一楔形双折射晶体板分离成常光（ordinaryray）和非寻常光（extraordinaryray），因为偏振光被法拉第转子旋转了45度，并且第二楔形双折射晶体板的光学轴与第一楔形双折射晶体板相差45度，所以常光作为常光，非寻常光作为非寻常光也分别入射至第二楔形双折射晶体板，并且分别作为平行光而从第二楔形双折射晶体板出射，进而通过透镜而耦合（coupling）到光纤上。

逆向的光线在第二楔形双折射晶体板上被分离成常光和非寻常光，被法拉第转子旋转了45度之后，常光作为非寻常光，非寻常光作为常光而分别入射至第一楔形双折射晶体板，所以从第一楔形双折射晶体板出射光不是平行光，不能被耦合在光纤的芯上。从而实现了光隔离器的功能。

另外，构成法拉第转子的上述磁性石榴石单晶体，在近红外光谱波长范围内，特别在光通信用的波长范围附近（1.2μm～l.7μm）显现出极好的光学透明性，如果功率大约几百mW，则因光吸收而引起的温度上升不大，几乎没有问题。但是，在比上述波长范围还要短的波长范围内，特别在像YAG激光、作为YAG激光的代替品而受瞩目的纤维激光器或者光纤放大器的激发光那样的波长为1μm左右的范围内，磁性石榴石单晶体对光的吸收变大，因此几百mW的激光功率引起的温度上升不能被忽视。

在1μm左右的波长范围内，虽然顺磁性单晶体或者顺磁性玻璃可以作为用于光隔离器的法拉第转子，但如果使用顺磁性单晶体或者顺磁性玻璃，则不仅法拉第转子自身体积变大，而且为了使法拉第转子达到磁性饱和而需要很大的磁石，导致光隔离器的体积也变大。

在此，人们开始追求小型，而且能承受大功率激光的光隔离器，来用作1μm波带的光隔离器。

在专利文献3（JP特开2007-256616号公报）中记载了为了实现既使用磁性石榴石单晶体作为法拉第转子，又能承受大功率激光的光隔离器，其使用将c面蓝宝石单晶体板接合到磁性石榴石单晶体的光学面上的方法来抑制温度上升。

但是，在专利文献3中记载的偏振无关光隔离器中，将被接合了c面蓝宝石单晶体板的磁性石榴石单晶体（法拉第转子）装入光隔离器时，为了使入射到c面蓝宝石单晶体板的光线角度相对于c轴成1～6度，需要逐个配置上述磁性石榴石单晶体（法拉第转子）的倾斜方向，导致在光隔离器的组装过程中增加成本而并不理想。

在此，在专利文献4（JP特开2010-048872号公报）中了可以解决专利文献3中上述不理想之处的偏振无关光隔离器。

即，所述偏振无关光隔离器的特征在于，各蓝宝石单晶体板的透光面，与相邻的楔形双折射晶体板的非倾斜透光面平行，并且与蓝宝石单晶体板的c面相偏移，同时，被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线垂直于蓝宝石单晶体板的c面（换言之，如图7中所示，将与蓝宝石单晶体板的c面之间的偏移量设为角度θ，所述角度θ是指被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线α，与蓝宝石单晶体板的透光面的垂直轴之间的夹角）。

此外，上述“偏移量”一词，主要在晶体培养等情况下使用，例如，沿着蓝宝石晶棒的c轴的垂直面切断蓝宝石晶棒，所得的蓝宝石单晶体板被称为“c面蓝宝石单晶体板”，与此相对，在相对于上述c轴垂直面仅倾斜角度θ大小的倾斜面上切断而所得的蓝宝石单晶体板被称为“c面偏移角为θ的蓝宝石单晶体板”。

另外，在专利文献4中记载的偏振无关光隔离器的特征在于，被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线，与蓝宝石单晶体板的c面相垂直（即，与蓝宝石单晶体板的c面之间的偏移量为上述二等分线与蓝宝石单晶体板透光面的垂直轴之间的角度），但是，考虑到用上述二等分线表示的假想光在入射到蓝宝石单晶体板内时有折射效果，此时，峰值隔离度变成35dB，仍然存在难以得到稳定在40dB以上的高性能光隔离器的问题。这是因为，在针对由上述二等分线表示的假想光而考虑到蓝宝石单晶体板内的折射的情况下，用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线，不能正确表示蓝宝石内的光线和蓝宝石单晶体板c轴之间的夹角，这是因为，常光和c轴之间的夹角，或者非寻常光和c轴之间的夹角有可能比上述二等分线与c轴之间的夹角大，从而导致了消光比的劣化。因此，偏振光可以致使峰值隔离度低于40dB。

进一步，将专利文献4中记载的偏振无关光隔离器作为纤维激光器用光隔离器使用的情况下，存在如下问题：由于与光通信用光隔离器相比，通过光隔离器的返回光强度很强，如果返回光耦合到入射端光纤包层（clad）上的话，会导致光在包层内传播，从而损伤配置在入射端光纤入口侧的光学系统。

发明内容

本发明着眼于这样的问题，要解决的问题在于，以低成本提供一种偏振无关光隔离器，即使入射大功率的光，也能够抑制法拉第转子温度的上升，并且，能够得到稳定的40dB以上的峰值隔离度，同时，在被用作纤维激光器用的光隔离器的情况下，返回光不会耦合到入射端光纤包层上。

然后，本发明是经过本发明人进行下述的“实验”和“技术研究”之后完成的。

即，本发明提供一种一种偏振无关光隔离器，具有：一对配置在光路上的楔形双折射晶体板；配置在上述楔形双折射晶体板之间的光路上并且由磁性石榴石单晶体构成的法拉第转子；一对用于准直仪的透镜，上述透镜以上述法拉第转子为中心，分别配置在各个楔形双折射晶体板外侧光路上，上述法拉第转子的各透光面与蓝宝石单晶体板相接合，该偏振无关光隔离器的特征在于，

被设定为满足以下条件：一对上述楔形双折射晶体板分别由YVO₄单晶体构成；各个蓝宝石单晶体板的透光面，与相邻的楔形双折射晶体板的非倾斜透光面平行，并且与蓝宝石单晶体板的c面相偏移；假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a为6.06～9.61度，该假想光是用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线来表示的；上述蓝宝石单晶体板c面的偏移角θ_off为3.05～5.67度；上述透镜以f作为焦距时，f满足3mm≥f≥18.2/θ_a（mm）。

并且，如果采用本发明所涉及的偏振无关光隔离器，通过设定用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线来表示的假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a为6.06～9.61度，以及设定上述蓝宝石单晶体板c面的偏移角θ_off为3.05～5.67度，从而使被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光，都几乎垂直于上述蓝宝石单晶体板内的c面入射，因此，能够将因蓝宝石单晶体板的双折射引起的消光比的不良影响降到最低限度，还能够得到40dB以上的峰值隔离度。

进一步，设定上述入射角θ_a为6.06～9.61度，设定偏移角θ_off为3.05～5.67度，并且透镜以f作为焦距时，设定f满足3mm≥f≥18.2/θ_a（mm），通过设定上述各个条件，能够避免返回光耦合到入射端光纤的包层上，因此在偏振无关光隔离器作为纤维激光器用的光隔离器使用的情况下，也不会存在上述返回光在包层中传播导致配置在入射端光纤入口侧的光学系统受损伤的问题。

附图说明

图1A是表示在偏振无关光隔离器中，用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线来表示的假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a以及蓝宝石单晶体板的c面的偏移角θ_off的说明图，图1A中附图标记100表示楔形双折射晶体板的非倾斜透光面，附图标记200表示蓝宝石单晶体板透光面，附图标记300表示用常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线来表示的假设光线的光轴，图1B是图1A的局部放大图。

图2表示由芯和包层构成的光纤的截面说明图。

图3表示对于实验用耦合体，改变入射到上述c面蓝宝石单晶体板的入射角角度并入射直线偏振光，测得的“入射角度（°）”和“消光比（dB）”之间的关系的曲线图，其中，所述的实验用耦合体是指将c面蓝宝石单晶体接合到磁性饱和的磁性石榴石单晶体上而成的结构体。

图4表示本发明涉及的偏振无关光隔离器的非互易性单元结构的概略立体图。

图5A、图5B表示本发明涉及的偏振无关光隔离器原理的说明图。

图6表示通过设定9组不同的入射角θ_a和透镜焦距f，根据分别求出在光纤端面上返回光的偏离量比62.5μm的包层半径大的条件而得的“入射角θ_a”和“透镜焦距”的关系曲线图，图6中附图标记400表示难以调整位置的条件，附图标记500表示对包层的耦合变大的条件，附图标记600表示不经济的条件。

图7表示专利文献4中记载的偏振无关光隔离器中的蓝宝石单晶体板c面的偏移角的说明图。

具体实施方式

下面，对本发明进行详细地说明。

本发明是发明人为了解决从前的课题，进行了下述的“实验”和“技术研究”之后完成的。

[实验]

即，为了解决从前的课题，本发明人在磁性石榴石单晶体周围配置磁石使其磁性饱和，将c面蓝宝石单晶体板接合到磁性饱和后的磁性石榴石单晶体上，做成实验用结构体，针对该实验用结构体，改变相对于上述实验用耦合体的c面蓝宝石单晶体板的入射角度，来入射各种方向的直线偏振光，从而测量消光比最坏时的数值。

该测量结果如图3的曲线图所示。

然后，根据图3所示的结果可知，入射到c面蓝宝石单晶体板的入射光线的入射角度（蓝宝石单晶体板c轴和入射光线之间的夹角，即，入射光线相对于c轴的入射角度）在1.3度以内的话，可以得到稳定在40dB以上的消光比。

此外，因为入射光线入射到蓝宝石单晶体板时会发生折射，入射光线在c面蓝宝石单晶体板内的光轴和c轴之间的夹角遵循折射定律（snell定律）而从入射角度的1.3度变为0.74度。这种情况下，因为入射光光轴和c轴之间的夹角为0.74度，蓝宝石的双折射足够小，并且入射光入射到c面蓝宝石单晶体板的与c轴距离近的位置，所以研究入射光线由蓝宝石双折射而引起的分离时，只需要考虑常光而不需要考虑非寻常光。

[技术研究]

接下来，分别研究了在蓝宝石单晶体板内，被楔形双折射晶体板分离的“常光”以及“非寻常光”与蓝宝石单晶体板c轴之间的夹角在0.74度以内的条件。

换言之，如图1A、图1B所示，在考虑到用于偏振无关光隔离器的透镜的焦距的前提下，研究了假想光300入射到蓝宝石单晶体板2、4的入射角θa，以及蓝宝石单晶体板2、4的c面的偏移角θ_off，所述假想光300，是用被正向入射端的楔形双折射晶体板1和出射端的楔形双折射晶体板5分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线来表示的。

在此，在研究入射角θ_a和偏移角θ_off的情况下，关于有大功率激光入射的光隔离器，如下述的那样还需要考虑返回光会耦合到包层的问题。由芯和包层构成的光纤截面如图2所示。而且，通常用于波长在1.06μm附近的纤维激光器所需的内嵌式光隔离器的光纤，其芯直径为6μm，其包层直径为125μm。

（1）上述假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a

在入射角θ_a过小的情况下，从图5B中记载的逆向（与正向相反的方向）返回光线经过入射端的透镜8而返回到光纤6的芯附近，返回光耦合到芯而导致隔离作用恶化。此外，即使返回光没有耦合到光纤的芯但耦合到光纤的包层，作为纤维激光器用光隔离器使用的情况下，由于与光通信用光隔离器相比，通过光隔离器的返回光强度更强，所以耦合到光纤包层上的返回光有时也会在包层中传播而导致配置在入射端光纤入口侧的光学系统受损伤。因此，与光通信用光隔离器相比，需要增大上述入射角θ_a。

但是，入射角θ_a过大的话，由于光折射而引起的光轴迁移（移动）量变大，因此导致楔形双折射晶体板和法拉第转子的体积也必须变大，并不经济。

进一步，如果为了增大入射角θ_a而需要增大楔形双折射晶体板的楔角，则常光光束和非寻常光光束的分离距离变大，PDL（PolarizationDependentLoss:偏振相关损耗）也变大。为了对此进行补偿，需要添置补偿光学系统（compensatingopticalsystem），显然随之成本也会增加。

因此，在设定假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a时，需要满足以下条件：返回光难以耦合到入射端光纤的包层上，同时，（成本）经济并且PDL不会变大。

（2）蓝宝石单晶体板c面的偏移角θ_off

入射角θ_a和偏移角θ_off被确定的话，图1A所示的蓝宝石单晶体板2、4内的实际光路也被确定。如果被楔形双折射晶体板1、5分离的常光和非寻常光入射到蓝宝石单晶体板之后的光路，与蓝宝石单晶体板的c轴之间的夹角在0.74度之内的话，被楔形双折射晶体板分离的常光在蓝宝石单晶体板内被分离为非寻常光的比率，或者被楔形双折射晶体板分离的非寻常光在蓝宝石单晶体板内被分离为常光的比率很小，因此如图3所示的曲线图中得出的结果那样，消光比在40dB以上，峰值隔离度也稳定在40dB以上。

（3）光束大小和透镜焦距的关系

磁性石榴石单晶体的光束大小，取决于光纤的数值孔径和用于光隔离器透镜的焦距的乘积。

要抑制磁性石榴石单晶体发热，入射到磁性石榴石单晶体的激光能量的密度较低为好，因此透镜焦距较长为好。但是，透镜焦距变长的话，不仅磁性石榴石单晶体、楔形双折射晶体的体积变大，对透镜两侧光纤位置的调节要求很高的精度，不适合量产。

考虑到上述问题的情况下，用于量产产品的透镜焦距需在3mm以下。

（4）返回光入射到光纤端面的入射位置

以芯径为6μm（直径），包层径为125μm（直径）的普通光纤为前提，研究了上述返回光不耦合到包层上的条件（楔角θ_b，入射角θ_a和用于准直仪的透镜焦距f）。

如图5B所示，返回光经过透镜8而返回到光纤6的芯附近。从光纤6截面的芯的中心到返回光的入射位置有多大的偏差，取决于从楔形双折射晶体1返回的光线的出射角度和透镜8的焦距f的乘积。上述出射角度的大小取决于楔形双折射晶体的楔角θ_b，如果透镜焦距f短，则必须使用楔角θb很大的双折射晶体，才能使返回光不耦合到光纤的包层上。

那么，以楔形双折射晶体的楔角θ_b和入射角θ_a是1比1对应的关系（只要指定楔形双折射晶体的楔角θ_b，则上述入射角θ_a也必然被指定的关系）为前提，设定几组（图6中为9组）不同的入射角θ_a和透镜8焦距f的数据，分别求得返回光在光纤6端面上的偏差量大于作为包层半径的62.5μm长度时的条件，可根据上述9组组合数据得到如图6所示的曲线结果，进一步根据该曲线可知，返回光在光纤6端面上的偏差量比62.5μm的包层半径大时的条件，也就是满足f≥18.2/θ_a（mm）的条件。

即，为了使返回光在光纤6端面上的偏差量大于62.5μm的包层半径，在将用于准直仪的透镜焦距设为f时，基于图6所示曲线，需要满足f≥18.2/θ_a（mm）的条件。

（5）楔形双折射晶体板由YVO₄晶体构成时的θ_b，θ_a，θ_off

接下来，以芯径为6μm（直径），包层径为125μm（直径）的普通光纤为前提，研究了可以确保峰值隔离度在40dB以上，并且上述返回光不耦合到包层上的具体条件（楔角θ_b，入射角θ_a，偏移角θ_off以及用于准直仪的透镜焦距f）。

然后，表1表示使用焦距为2mm和3mm两种透镜时的结果。

[表1]

条件	θb（°）	θa（°）	θoff（°）	f＝3mm	f＝2mm
						1	5.0	5.32	2.58～3.47	△	△
2	5.7	6.06	3.05～3.85	○	△

3	7.0	7.46	3.92～4.54	○	△
						4	8.0	8.53	4.59～5.12	○	△
5	9.0	9.61	5.26～5.67	○	○
						6	10.0	10.70	5.93～6.22	×	×

注释：θ_b（°）:楔角θ_b（°）

θ_a（°）：入射角θ_a（°）

θ_off（°）：能够确保与c轴的偏差在0.74度以内的偏移角θ_off（°）

f＝3mm：焦距3mm

f＝2mm：焦距2mm

○：难耦合到包层

△：易耦合到包层

×：不经济，PDL大

本发明，是基于由上述（1）～（5）的研究项目导出的图6的曲线图所示的条件和上述表1的“条件2～5”所示的数据来完成的。

即，本发明的偏振无关光隔离器，具有：一对配置在光路上的楔形双折射晶体板；配置在上述楔形双折射晶体板之间的光路上并且由磁性石榴石单晶体构成的法拉第转子；用于准直仪的透镜，以上述法拉第转子为中心，分别配置在各个楔形双折射晶体板外侧光路上。在上述法拉第转子的各个透光面上接合了蓝宝石单晶体板。

所述的偏振无关光隔离器的特征在于，被设定为满足以下条件：一对上述楔形双折射晶体板分别由YVO₄单晶体构成；各个蓝宝石单晶体板的透光面，与相邻的楔形双折射晶体板的非倾斜透光面平行，并且与蓝宝石单晶体板的c面相偏移；同时，用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线来表示的假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a为6.06～9.61度；上述蓝宝石单晶体板c面的偏移角θ_off为3.05～5.67度；以及，在上述透镜以f作为焦距时，f满足3mm≥f≥18.2/θ_a（mm）。

下面，关于本发明的实施方式进行详细地说明。

首先，如图4所示，实施方式中所涉及的偏振无关光隔离器，沿光透过的方向，顺次配置第一楔形双折射晶体板1、第一蓝宝石单晶体板2、磁性石榴石单晶体（法拉第转子）3、第二蓝宝石单晶体板4和第二楔形双折射晶体板5。

另外，将第一蓝宝石单晶体板2和第二蓝宝石单晶体板4的透光面，与相邻的第一楔形双折射晶体板1和第二楔形双折射晶体板5的非倾斜透光面平行，并且与蓝宝石单晶体板2、4的c面相偏移，进一步，为了使被楔形双折射晶体板1、5分离的常光和非寻常光，与蓝宝石单晶体板2、4的c轴之间夹角都在0.74度以内，而分别设定上述入射角θ_a为6.06～9.61度，上述蓝宝石单晶体板c面的偏移角θ_off为3.05～5.67度。

此外，以组装在偏振无关光隔离器里的透镜8、9（参照图5）的焦距作为f时，f被设定成满足“3mm≥f≥18.2/θ_a（mm）”的条件，并且，使用的光纤6、7（参照图5）为芯径为6μm（直径），包层径为125μm（直径）的普通光纤。

并且，此偏振无关光隔离器具有下面所述的功能。

首先，如图5A所示，从光纤6的芯出射的正向光经过透镜8而成为平行光入射到第一楔形双折射晶体板1中。入射到第一楔形双折射晶体板1中的光线被分离成常光和非寻常光，进而入射到第一蓝宝石单晶体板2中。在此，上述两种常光和非寻常光在空气和第一蓝宝石单晶体板2的交界面发生折射。光线透过蓝宝石单晶体板2，在蓝宝石单晶体板2和磁性石榴石单晶体（法拉第转子）3的交界面上再次发生折射，进一步，偏振光面被旋转了45度之后，光线在磁性石榴石单晶体（法拉第转子）3和第二蓝宝石单晶体板4的交界面发生折射之后通过蓝宝石单晶体板4，又在蓝宝石单晶体板4和空气的交界面发生折射，随后入射到第二楔形双折射晶体板5中。

在此，在实施方式中涉及的偏振无关光隔离器中，被上述第一楔形双折射晶体板1分离成常光和非寻常光的光线中，常光作为常光，非寻常光作为非寻常光而入射到第二楔形双折射晶体板5内，因此从第二楔形双折射晶体板5出射的常光和非寻常光成为平行光，可以经由透镜9被耦合到出射端的光纤7的芯上。

此时，被第一楔形双折射晶体板1分离成常光和非寻常光，几乎都垂直于第一蓝宝石单晶体板2的c面而同步入射到第一蓝宝石单晶体板2中，并且，因为可以把磁性石榴石单晶体3当做平行的平板，所以上述入射光也几乎垂直于第二蓝宝石单晶体板4的c面而入射到第二蓝宝石单晶体板4中，因此可以将蓝宝石单晶体板的消光比的劣化程度降到最低限度。

另外，如图5B，返回的逆向光线通过透镜9，在第二楔形双折射晶体板5中被分离成常光和非寻常光，被磁性石榴石单晶体（法拉第转子）旋转45度。并且，和正向时同样地，光通过蓝宝石单晶体板时能够将消光比的劣化程度降到最低限度，从而能够控制第二楔形双折射晶体板5中的常光在第一楔形双折射晶体板1内成为常光，第二楔形双折射晶体板5中的非寻常光在第一楔形双折射晶体板1中成为非寻常光，因此，能够防止从第一楔形双折射晶体板1出射的光入射到入射端光线6的芯，并能够保持高隔离度。

进一步，在此实施方式中涉及的偏振无关光隔离器中，在以用于准直仪的透镜8、9的焦距作为f时，f满足“3mm≥f≥18.2/θa（mm）”的条件，并且使用的光纤6、7为芯径为6μm（直径）、包层径为125μm（直径）的普通光纤，因此，光纤6端面上返回光的偏离量变得比62.5μm的包层半径大。

因此，不会存在返回光耦合到光纤6的包层上而导致配置在入射端光纤入口侧的光学系统受损伤的问题。

下面具体说明本发明的实施例。

[第一实施例]

构成法拉第转子的磁性石榴石单晶体，是用液相外延法培养而成的，并且，对其抛光来调节晶体厚度，以使法拉第旋转角度为45度。

另外，由于楔形双折射晶体板是楔角θ_b为5.7度的YVO₄单晶体，用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线表示的假想光300入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a（参照图1B）被调节为6.06度。对于波长为1.06μm的YAG激光，YVO₄单晶体对常光的折射率n_o为1.9571，对非寻常光的折射率n_e为2.1650。因此，就从第一楔形双折射晶体板到第二楔形双折射晶体板的YAG激光的光轴而言，常光倾斜5.47度左右，非寻常光倾斜6.66度。

另外，为了确保被上述楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光入射到蓝宝石单晶体板之后的光路和蓝宝石单晶体板的c轴之间的夹角在0.74度以内，所准备的蓝宝石单晶体板，其c面的偏移角θ_off（参照图1B）被调整在3.05～3.85度范围之内。

以保持各个蓝宝石单晶体板的c面互相平行的方式，用粘结剂将上述蓝宝石单晶体板接合到磁性石榴石晶体的两面，此后将蓝宝石单晶体板和磁性石榴石晶体的接合体切成小片，从而做成带有蓝宝石单晶体板的法拉第转子。

第一实施例所涉及的偏振无关光隔离器，是通过下面的方法制造而成的：如图4所示，把像通过上述过程做成的法拉第转子配置在第一楔形双折射晶体板1和第二楔形双折射晶体板5之间，并使蓝宝石单晶体板2、4的透光面分别与楔形双折射晶体板1、5非倾斜透光面平行。

第一楔形双折射晶体板1以及第二楔形双折射晶体板5的倾斜面互相平行，分别位于不面向磁性石榴石单晶体3的相反一侧。另外，虽然图4中没有表示，但用于保持各个晶体的支架以及用于使磁性石榴石单晶体磁性饱和的磁石，被配置在磁性石榴石单晶体3的外侧（磁性石榴石单晶体的非透光面侧）。

然后，对第一实施例所涉及的偏振无关光隔离器入射YAG激光并评价其特性时，因为光路内的蓝宝石单晶体板中所产生的消光比的劣化被降至最低限度，所以能够得到50dB的隔离度。

另外，在此偏振无关光隔离器中，虽然使用了芯径为6μm（直径）、包层径为125μm（直径）的光纤6、7和焦距为3mm的透镜8、9，但是返回光不会耦合到光纤6的包层上。然而，如果换作焦距为2mm的透镜，则返回光会耦合到光纤6的包层上，有损伤入射端光纤入口侧光学系统的危险。

[第二实施例]

第二实施例所涉及的偏振无关光隔离器，除了以下两点与第一实施例不同以外，其它功能与第一实施例相同，这两点是指：使用楔角θ_b为7.0度的YVO₄单晶体作为上述楔形双折射晶体板，用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线表示的假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a（参照图1B）被调节为7.46度；为了确保被上述楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光入射到蓝宝石单晶体板之后的光路和蓝宝石单晶体板的c轴之间的夹角为0.74度以内，所准备的蓝宝石单晶体板的c面的偏移角θ_off（参照图lB）被调整在3.92～4.57度范围之内。

并且，对第二实施例所涉及的偏振无关光隔离器入射YAG激光并评价其特性时，因为光路内的蓝宝石单晶体板中产生的消光比的劣化被降至最低限度，所以能够得到50dB的隔离度。

另外，在此偏振无关光隔离器中，使用焦距为3mm的透镜的情况下，返回光也不会耦合到光纤6的包层上。但是，如果换作焦距为2mm的透镜，则返回光会耦合到光纤6的包层上，有损伤入射端光纤入口侧光学系统的危险。

[第三实施例]

第三实施例所涉及的偏振无关光隔离器，除了以下两点与第一实施例不同以外，其它功能与第一实施例相同，这两点是指：使用楔角θ_b为8.0度的YVO₄单晶体作为上述楔形双折射晶体板，用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线表示的假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a（参照图1B）被调节为8.53度；为了确保被上述楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光入射到蓝宝石单晶体板之后的光路和蓝宝石单晶体板的c轴之间的夹角为0.74度以内，所准备的蓝宝石单晶体板的c面的偏移角θ_off（参照图lB）被调整在4.59～5.12度范围之内。

并且，对第三实施例所涉及的偏振无关光隔离器入射YAG激光并评价其特性时，因为光路内的蓝宝石单晶体板中所产生的消光比的劣化被降至最低限度，所以能够得到50dB的隔离度。

另外，在此偏振无关光隔离器中，在使用焦距为3mm的透镜的情况下，返回光也不会耦合到光纤6的包层上。但是，如果换作焦距为2mm的透镜，则返回光会耦合到光纤6的包层上，有损伤入射端光纤入口侧光学系统的危险。

[第四实施例]

第四实施例所涉及的偏振无关光隔离器，除了以下两点与第一实施例不同以外，其它功能与第一实施例相同，这两点是指：使用楔角θ_b为9.0度的YVO₄单晶体作为上述楔形双折射晶体板，用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线表示的假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a（参照图1B）被调节为9.61度；为了确保被上述楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光入射到蓝宝石单晶体板之后的光路和蓝宝石单晶体板的c轴之间的夹角为0.74度以内，所准备的蓝宝石单晶体板的c面的偏移角θ_off（参照图lB）被调整在5.26～5.67度范围之内。

并且，对第四实施例所涉及的偏振无关光隔离器入射YAG激光并评价其特性时，因为光路内的蓝宝石单晶体板中所产生的消光比的劣化被降至最低限度，所以能够得到50dB的隔离度。

另外，在此偏振无关光隔离器中，在使用焦距为3mm的透镜的情况下，返回光也不会耦合到光纤6的包层上。进一步，在换作焦距为2mm的透镜的情况下，返回光也不会耦合到包层上。

[第一比较例]

第一比较例所涉及的偏振无关光隔离器，除了以下两点与第一实施例不同以外，其它功能与第一实施例相同，这两点是指：使用楔角θ_b为5.0度的YVO₄单晶体作为上述楔形双折射晶体板，用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线表示的假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a（参照图1B）被调节为5.32度；为了确保被上述楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光入射到蓝宝石单晶体板之后的光路和蓝宝石单晶体板的c轴之间的夹角为0.74度以内，所准备的蓝宝石单晶体板的c面的偏移角θ_off（参照图lB）被调整在2.58～3.47度范围之内。

并且，对第一比较例所涉及的偏振无关光隔离器入射YAG激光并评价其特性时，因为光路内的蓝宝石单晶体板中所产生的消光比的劣化被降至最低限度，所以能够得到50dB的隔离度。

但是，在第一比较例所涉及的偏振无关光隔离器中，无论是使用焦距为3mm的透镜还是使用焦距为2mm的透镜，返回光都会耦合到光纤6的包层上，有损伤入射端光纤入口侧光学系统的危险。

[第二比较例]

第二比较例所涉及的偏振无关光隔离器，除了以下两点与第一实施例不同以外，其它功能与第一实施例相同，这两点是指：使用楔角θ_b为10.0度的YVO₄单晶体作为上述楔形双折射晶体板，用被楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间夹角的二等分线表示的假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a（参照图1B）被调节为10.70度；为了确保被上述楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光入射到蓝宝石单晶体板之后的光路和蓝宝石单晶体板的c轴之间的夹角为0.74度以内，所准备的蓝宝石单晶体板的c面的偏移角θ_off（参照图lB）被调整在5.93～6.22度范围之内。

然后，对第二比较例所涉及的偏振无关光隔离器入射YAG激光并评价其特性时，因为光路内的蓝宝石单晶体板中所产生的消光比的劣化被降至最低限度，所以能够得到50dB的隔离度。

但是，在第二比较例所涉及的偏振无关光隔离器中，由于假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a（参照图1B）为10.70度，即，入射角θ_a过大，导致楔形双折射晶体板和法拉第转子的体积也变大，不经济。

进一步，此偏振无关光隔离器有下面的缺点：由于楔形双折射晶体板的楔角θ_b为10.0度而过大，导致常光光束和非寻常光光束的分离距离变大，因此PDL（PolarizationDependentLoss:偏振相关损耗）也变大。

根据本发明所涉及的偏振无关光隔离器，即使入射大功率的光线，光隔离功能下降的程度也很小，因此能够作为大功率激光用光隔离器，广泛应用于光通信和激光加工等领域。

Claims (5)

1.一种偏振无关光隔离器，

具有：

一对配置在光路上的楔形双折射晶体板，

配置在上述楔形双折射晶体板之间的光路上且由磁性石榴石单晶体构成的法拉第转子，

一对用作准直仪的透镜，上述透镜以上述法拉第转子为中心，分别配置在各个楔形双折射晶体板的外侧光路上；

上述法拉第转子的各透光面与蓝宝石单晶体板相接合；

该偏振无关光隔离器的特征在于，

被设定为满足以下条件：

一对上述楔形双折射晶体板分别由YVO₄单晶体构成；

各个蓝宝石单晶体板的透光面，与相邻的楔形双折射晶体板的非倾斜透光面平行，并且从蓝宝石单晶体板的c面偏移；

假想光入射到蓝宝石单晶体板的入射角θ_a为6.06～9.61度，该假想光是用被入射侧的楔形双折射晶体板分离的常光和非寻常光的光轴之间的夹角的二等分线来表示的；

上述蓝宝石单晶体板c面的偏移角θ_off为3.05～5.67度；

上述透镜的焦距为f时，f满足3毫米≥f≥18.2/θ_a毫米。

2.如权利要求1所述的偏振无关光隔离器，其特征在于，

以上述法拉第转子为中心，在各个透镜的外侧光路上，分别配置有直径为125μm的光纤。

3.如权利要求1或2所述的偏振无关光隔离器，其特征在于，

具有40dB以上的峰值隔离度特性。

4.如权利要求1或2所述的偏振无关光隔离器，其特征在于，

适用于纤维激光器中的光隔离器。

5.如权利要求3所述的偏振无关光隔离器，其特征在于，

适用于纤维激光器中的光隔离器。