JP2000066160A - 高エネルギーレーザー用ファラデー回転子 - Google Patents
高エネルギーレーザー用ファラデー回転子Info
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- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
- G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S372/00—Coherent light generators
- Y10S372/703—Optical isolater
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ヤグレーザーなどのパワーの大きいレーザー
光の場合にも特性劣化の小さい光デバイスを得る。 【構成】 液相エピタキシャル法でビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶膜を作製する際、非磁性ガーネット
基板を使用するが、その基板を残したままにする。 【効果】 ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の
放熱効果が大きく、温度上昇が抑制でき、結果としてビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を用いた光デバ
イスの特性の劣化が抑えられる。
光の場合にも特性劣化の小さい光デバイスを得る。 【構成】 液相エピタキシャル法でビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶膜を作製する際、非磁性ガーネット
基板を使用するが、その基板を残したままにする。 【効果】 ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜の
放熱効果が大きく、温度上昇が抑制でき、結果としてビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を用いた光デバ
イスの特性の劣化が抑えられる。
Description
【０００１】
【従来の技術】近年、光ファイバ通信や光計測の発展は
めざましいものがある。この光ファイバ通信や光計測で
は多くの場合、信号源として半導体レーザーや固体レー
ザーが使用されている。しかし、レーザー光は、光ファ
イバ端面などから反射し、再びレーザー自身に戻ってく
るところのいわゆる "反射戻り光" があると、発振が不
安定になるという重大な欠点がある。そのためレーザー
の出射側に光アイソレータを設けて、反射戻り光を遮断
し、レーザーの発振を安定化させることが行われてい
る。
めざましいものがある。この光ファイバ通信や光計測で
は多くの場合、信号源として半導体レーザーや固体レー
ザーが使用されている。しかし、レーザー光は、光ファ
イバ端面などから反射し、再びレーザー自身に戻ってく
るところのいわゆる "反射戻り光" があると、発振が不
安定になるという重大な欠点がある。そのためレーザー
の出射側に光アイソレータを設けて、反射戻り光を遮断
し、レーザーの発振を安定化させることが行われてい
る。
【０００２】光アイソレータは、通常、偏光子、検光
子、ファラデー回転子およびファラデー回転子を磁気的
に飽和させるための永久磁石からなる。光アイソレータ
の中心的な機能を担うファラデー回転子には、主に液相
エピタキシャル（以下「LPE 」と記す。）法で育成され
る厚さが数十μｍから 450μｍ程度のビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶（以下「BIG 」と記す。）膜、例
えば (HoTbBi)3Fe5O12、(TbBi)3(FeAlGa)5O12 などが提
案されている。
子、ファラデー回転子およびファラデー回転子を磁気的
に飽和させるための永久磁石からなる。光アイソレータ
の中心的な機能を担うファラデー回転子には、主に液相
エピタキシャル（以下「LPE 」と記す。）法で育成され
る厚さが数十μｍから 450μｍ程度のビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶（以下「BIG 」と記す。）膜、例
えば (HoTbBi)3Fe5O12、(TbBi)3(FeAlGa)5O12 などが提
案されている。
【０００３】通常、LPE 法による BIGの育成は、以下の
ように行われる。まず、縦型管状炉からなるLPE装置の
中央に、貴金属製の坩堝を備えつける。そして、希土類
鉄ガーネット成分の酸化物、例えば、酸化第二鉄や希土
類酸化物と、酸化鉛、酸化ほう素および酸化ビスマスか
らなるフラックス成分とを坩堝に仕込む。そして 1,000
℃程度の高温でこれら酸化物を溶解させ、BIG 育成用の
融液とする。その後、融液温度を 800℃前後に降下させ
過飽和状態に保つ。次に、基板ホルダーに固定した非磁
性ガーネット基板を LPE炉上部から徐々に降下させ、融
液と接触させる。融液と接触した基板を回転させながら
基板下面にガーネット単結晶をエピタキシャル成長させ
る。所定の厚さに BIGを育成した後、基板を融液から数
センチ程度引き上げる。そして高速で基板を回転させ、
BIGに付着した融液の大部分を振り切った後、LPE 炉か
ら引き上げる。
ように行われる。まず、縦型管状炉からなるLPE装置の
中央に、貴金属製の坩堝を備えつける。そして、希土類
鉄ガーネット成分の酸化物、例えば、酸化第二鉄や希土
類酸化物と、酸化鉛、酸化ほう素および酸化ビスマスか
らなるフラックス成分とを坩堝に仕込む。そして 1,000
℃程度の高温でこれら酸化物を溶解させ、BIG 育成用の
融液とする。その後、融液温度を 800℃前後に降下させ
過飽和状態に保つ。次に、基板ホルダーに固定した非磁
性ガーネット基板を LPE炉上部から徐々に降下させ、融
液と接触させる。融液と接触した基板を回転させながら
基板下面にガーネット単結晶をエピタキシャル成長させ
る。所定の厚さに BIGを育成した後、基板を融液から数
センチ程度引き上げる。そして高速で基板を回転させ、
BIGに付着した融液の大部分を振り切った後、LPE 炉か
ら引き上げる。
【０００４】かくして得られた BIGは、研磨工程で基板
の除去と厚さの調整が行われる。基板を除くのは、ファ
ラデー回転子の厚さを薄くするためと、基板とBIG との
界面におけるフレネル反射を無くして、できるだけファ
ラデー回転子としての透過率を高めるためである。次い
で両面に真空蒸着法などの方法により反射防止膜が施さ
れ、最後に、ダイシングマシーンやスクライバーなどに
よって、ファラデー回転子として必要な大きさ、例えば
1.5mm×1.5mm 程度に細かく裁断される。
の除去と厚さの調整が行われる。基板を除くのは、ファ
ラデー回転子の厚さを薄くするためと、基板とBIG との
界面におけるフレネル反射を無くして、できるだけファ
ラデー回転子としての透過率を高めるためである。次い
で両面に真空蒸着法などの方法により反射防止膜が施さ
れ、最後に、ダイシングマシーンやスクライバーなどに
よって、ファラデー回転子として必要な大きさ、例えば
1.5mm×1.5mm 程度に細かく裁断される。
【０００５】
【従来技術の課題】BIG は、近赤外領域で優れた透明性
を有するが、波長域によっては光吸収が大きくなる。例
えば、Y3Ga5O12単結晶を用いたヤグ (略称「YAG 」) レ
ーザーの波長 1,064nmにおける挿入損失は、常温で 1dB
程度である（45度のファラデー回転子として）。BIG に
吸収された光のエネルギーは熱に変換され、BIG の温度
を上げる。
を有するが、波長域によっては光吸収が大きくなる。例
えば、Y3Ga5O12単結晶を用いたヤグ (略称「YAG 」) レ
ーザーの波長 1,064nmにおける挿入損失は、常温で 1dB
程度である（45度のファラデー回転子として）。BIG に
吸収された光のエネルギーは熱に変換され、BIG の温度
を上げる。
【０００６】レーザーパワーが 1mW以下と低い場合は、
BIG の温度上昇もわずかで特段問題は起きない。しか
し、上記ヤグレーザーやエルビウム・ドープ・ファイバ
・アンプ（略称「EDFA」）という光ファイバアンプで励
起された 1,550nm帯の光ファイバ通信用信号光などは、
しばしば数百mWを超えるようなパワーを有し、そのよう
な光が照射された部分の BIGの温度が無視できなくなる
ほど温度が上昇することがある。
BIG の温度上昇もわずかで特段問題は起きない。しか
し、上記ヤグレーザーやエルビウム・ドープ・ファイバ
・アンプ（略称「EDFA」）という光ファイバアンプで励
起された 1,550nm帯の光ファイバ通信用信号光などは、
しばしば数百mWを超えるようなパワーを有し、そのよう
な光が照射された部分の BIGの温度が無視できなくなる
ほど温度が上昇することがある。
【０００７】BIG の温度が上昇すると、いくつかの不都
合が生じる。まず、光アイソレータのアイソレーション
の低下である。すなわち、BIG の温度が上がると、BIG
のファラデー回転角の温度依存性によりファラデー回転
角が変化するので、アイソレーションが低下する。第２
は、挿入損失の上昇である。その理由は、BIG の光吸収
係数が温度の上昇とともに大きくなるからである。さら
に、放熱が不十分な場合は、BIG の温度が極度に上昇
し、反射防止膜が剥離するとか、BIG 自体が損傷を受け
る場合もある。したがって、非常に強いパワーを有する
レーザー光に対しては、BIG はファラデー回転子として
適用ができなかった。
合が生じる。まず、光アイソレータのアイソレーション
の低下である。すなわち、BIG の温度が上がると、BIG
のファラデー回転角の温度依存性によりファラデー回転
角が変化するので、アイソレーションが低下する。第２
は、挿入損失の上昇である。その理由は、BIG の光吸収
係数が温度の上昇とともに大きくなるからである。さら
に、放熱が不十分な場合は、BIG の温度が極度に上昇
し、反射防止膜が剥離するとか、BIG 自体が損傷を受け
る場合もある。したがって、非常に強いパワーを有する
レーザー光に対しては、BIG はファラデー回転子として
適用ができなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、非常に強
いパワーを有するレーザー光に対してもファラデー回転
子として適用しうる BIGを開発すべく鋭意検討した。そ
して、液相エピタキシャル法で基板に用いた非磁性ガー
ネット基板を残してファラデー回転子が、強いパワーを
有するレーザーにも使用できることを見出し、さらに鋭
意検討して本発明を完成させた。
いパワーを有するレーザー光に対してもファラデー回転
子として適用しうる BIGを開発すべく鋭意検討した。そ
して、液相エピタキシャル法で基板に用いた非磁性ガー
ネット基板を残してファラデー回転子が、強いパワーを
有するレーザーにも使用できることを見出し、さらに鋭
意検討して本発明を完成させた。
【０００９】すなわち、本発明は、ファラデー回転子が
吸収するレーザー光のエネルギーが、20ミリワット(mW)
以上である光学系において、ファラデー回転子が液相エ
ピタキシャル法により製造されたビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶膜であって、該ビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶膜の片面に非磁性ガーネット基板を残
してなることを特徴とする高エネルギーレーザー用ファ
ラデー回転子、並びに該高エネルギーレーザー用ファラ
デー回転子を用いた光アイソレータであって、高エネル
ギーレーザー側にビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶膜を配置するようにして組み立ててなる高エネルギー
レーザーに対応した光アイソレータである。
吸収するレーザー光のエネルギーが、20ミリワット(mW)
以上である光学系において、ファラデー回転子が液相エ
ピタキシャル法により製造されたビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶膜であって、該ビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶膜の片面に非磁性ガーネット基板を残
してなることを特徴とする高エネルギーレーザー用ファ
ラデー回転子、並びに該高エネルギーレーザー用ファラ
デー回転子を用いた光アイソレータであって、高エネル
ギーレーザー側にビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶膜を配置するようにして組み立ててなる高エネルギー
レーザーに対応した光アイソレータである。
【００１０】本発明において、該ファラデー回転子が吸
収するレーザー光のエネルギーが、好ましくは20mW〜60
0mW の範囲であれば、問題なく適用可能であり、該非磁
性ガーネット基板は、通常、厚さは、0.05〜1.2mm の範
囲、好ましくは 0.2〜0.8mmである。また、本発明の光
アイソレータにおいては、該ファラデー回転子に、偏光
子または検光子を密着配置して組み立てることにより、
熱伝導による熱除去量がより大きくできるので好まし
い。
収するレーザー光のエネルギーが、好ましくは20mW〜60
0mW の範囲であれば、問題なく適用可能であり、該非磁
性ガーネット基板は、通常、厚さは、0.05〜1.2mm の範
囲、好ましくは 0.2〜0.8mmである。また、本発明の光
アイソレータにおいては、該ファラデー回転子に、偏光
子または検光子を密着配置して組み立てることにより、
熱伝導による熱除去量がより大きくできるので好まし
い。
【００１１】以下、本発明を説明する。まず、従来の B
IG膜を用いた光アイソレータにおける発生した熱の伝播
ルートは、(1). BIG膜を伝わって逃げるルート、(2). B
IG膜に接触した空気からのルート、および(3).熱輻射と
なる。ところが、(2) のルートによる放熱は、気体の物
性からおよび実質的に密閉空間であることから極めて小
さい。また、(3) ルートも、実際の使用温度では極めて
小さい。従って、 BIG膜を伝わって逃げるルート１が主
体となる。さらに、本発明を説明する図１から明瞭なよ
うに、いずれの場合も、発生した熱は、光アイソレータ
の筐体を介して外部に逃がすこととなる。
IG膜を用いた光アイソレータにおける発生した熱の伝播
ルートは、(1). BIG膜を伝わって逃げるルート、(2). B
IG膜に接触した空気からのルート、および(3).熱輻射と
なる。ところが、(2) のルートによる放熱は、気体の物
性からおよび実質的に密閉空間であることから極めて小
さい。また、(3) ルートも、実際の使用温度では極めて
小さい。従って、 BIG膜を伝わって逃げるルート１が主
体となる。さらに、本発明を説明する図１から明瞭なよ
うに、いずれの場合も、発生した熱は、光アイソレータ
の筐体を介して外部に逃がすこととなる。
【００１２】この考えから、BIG 膜に直接接し、かつ、
筐体とも接触した物質が、最も効率よく放熱できると推
定される。ところで、BIG 膜に直接接触した物質として
は、液相エピタキシャル法で育成する際に用いる非磁性
ガーネット基板がある。また、光アイソレータとして組
み立てた場合に、光アイソレータとしての機能を実質的
に阻害することなくBIG 膜に接触させることが可能な物
質としては、偏光子、検光子がある。そして、これら
は、筐体にて固定して光アイソレータを構成する。
筐体とも接触した物質が、最も効率よく放熱できると推
定される。ところで、BIG 膜に直接接触した物質として
は、液相エピタキシャル法で育成する際に用いる非磁性
ガーネット基板がある。また、光アイソレータとして組
み立てた場合に、光アイソレータとしての機能を実質的
に阻害することなくBIG 膜に接触させることが可能な物
質としては、偏光子、検光子がある。そして、これら
は、筐体にて固定して光アイソレータを構成する。
【００１３】そこで、実際に基板を残したまま製造した
1,064nmのファラデー回転子を用いて、YAG レーザーを
照射したところ、基板を除去した通常のファラデー回転
子に比べて BIGの温度上昇は大幅に抑制されうることが
確認した。図１に、本発明の光アイソレータの模式図を
示した。図１において、高エネルギーレーザー(1) から
のレーザー光(2) は、光アイソレータに導入され、偏光
子(3) 、 BIG膜(4) 、非磁性基板(5) 、検光子(6) を通
過した後、光ファイバ等に導入される。図１において
は、 BIG膜4 は非磁性基板5 付きであり、また、偏光子
3 を密着させて組み立てることにより、発生した熱を非
磁性基板5 および偏光子3 を通じても放熱可能としたも
のである。
1,064nmのファラデー回転子を用いて、YAG レーザーを
照射したところ、基板を除去した通常のファラデー回転
子に比べて BIGの温度上昇は大幅に抑制されうることが
確認した。図１に、本発明の光アイソレータの模式図を
示した。図１において、高エネルギーレーザー(1) から
のレーザー光(2) は、光アイソレータに導入され、偏光
子(3) 、 BIG膜(4) 、非磁性基板(5) 、検光子(6) を通
過した後、光ファイバ等に導入される。図１において
は、 BIG膜4 は非磁性基板5 付きであり、また、偏光子
3 を密着させて組み立てることにより、発生した熱を非
磁性基板5 および偏光子3 を通じても放熱可能としたも
のである。
【００１４】本発明の非磁性ガーネット基板は対象とな
る波長域でできるだけ透明であることが望ましい。この
目的にかなう基板としては、SGGG基板と称して市販され
ている格子定数が1.2490nm〜1.2515nmの非磁性ガーネッ
ト〔(GdCa)3(GaMgZr)5O12 〕の中から適宜に選べば良
い。また、本発明の偏光子、検光子も対象となる波長域
でできるだけ透明であり、さらに、熱伝導率の大きいも
のが好ましい。この目的にかなうものとしては、ルチ
ル、ガラス偏光子が市販されており、必要とされる放熱
性を考慮して適宜選べば良い。
る波長域でできるだけ透明であることが望ましい。この
目的にかなう基板としては、SGGG基板と称して市販され
ている格子定数が1.2490nm〜1.2515nmの非磁性ガーネッ
ト〔(GdCa)3(GaMgZr)5O12 〕の中から適宜に選べば良
い。また、本発明の偏光子、検光子も対象となる波長域
でできるだけ透明であり、さらに、熱伝導率の大きいも
のが好ましい。この目的にかなうものとしては、ルチ
ル、ガラス偏光子が市販されており、必要とされる放熱
性を考慮して適宜選べば良い。
【００１５】本発明の実施対象となる条件は、ファラデ
ー回転子が吸収するレーザー光のパワー：Ｐ(mW)で規定
される。具体的にはＰが20mW以上で越える条件下で、本
発明を適用するのが好ましい。特に、Ｐが30mW〜600mW
の条件下では、本発明からなる BIGはより一層有効であ
る。Ｐが20mw未満では、BIG の温度上昇はわずかであり
本発明をあえて適用するには及ばない。また、Ｐが600m
W を超えると本発明を適用してもなお放熱が不十分であ
り、温度上昇により光吸収が増加してさらに温度上昇す
るという悪循環になる。
ー回転子が吸収するレーザー光のパワー：Ｐ(mW)で規定
される。具体的にはＰが20mW以上で越える条件下で、本
発明を適用するのが好ましい。特に、Ｐが30mW〜600mW
の条件下では、本発明からなる BIGはより一層有効であ
る。Ｐが20mw未満では、BIG の温度上昇はわずかであり
本発明をあえて適用するには及ばない。また、Ｐが600m
W を超えると本発明を適用してもなお放熱が不十分であ
り、温度上昇により光吸収が増加してさらに温度上昇す
るという悪循環になる。
【００１６】本発明を実施してファラデー回転子を製造
する際、基板が非常に厚いとか、基板表面が汚れている
というような特別の理由が無いがきり、基板は無研磨、
すなわち、出来るだけ厚い状態が好ましい。基板を研磨
する場合でも、少なくとも50μｍ以上は残しておくこと
が好ましい。なぜならば、基板が厚いほど放熱の効果が
大きく、逆に基板が50μｍ以下になると、放熱の効果が
薄れるからである。さらに好ましくは 200μｍ以上であ
る。しかし 1.2mmを超えてさらに基板を厚くしてもそれ
ほど放熱の効果が大きくなるわけではないので、特に理
由が無い限り基板の厚さは 1.2mm以下が好ましい。さら
に好ましくは 800μｍ以下である。
する際、基板が非常に厚いとか、基板表面が汚れている
というような特別の理由が無いがきり、基板は無研磨、
すなわち、出来るだけ厚い状態が好ましい。基板を研磨
する場合でも、少なくとも50μｍ以上は残しておくこと
が好ましい。なぜならば、基板が厚いほど放熱の効果が
大きく、逆に基板が50μｍ以下になると、放熱の効果が
薄れるからである。さらに好ましくは 200μｍ以上であ
る。しかし 1.2mmを超えてさらに基板を厚くしてもそれ
ほど放熱の効果が大きくなるわけではないので、特に理
由が無い限り基板の厚さは 1.2mm以下が好ましい。さら
に好ましくは 800μｍ以下である。
【００１７】本発明の BIGとしては、その組成に特に制
限は無く、下記一般式(1) で示される BIGに広く適用可
能である。しかし、一般式(1) においてビスマス置換量
ｘはできるだけ大きいことが望ましい。ｘが大きいほど
ファラデー回転子としての厚さが薄くなり、それだけ挿
入損失が小さくなるからである。ｘの値は、0.8 以上が
好ましく、さらに 1.1以上がより好ましい。 R3-xBix Fe5-yMy O12 (1) ただし、R はY 、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、D
y、Ho、Er、Tm、Yb、Luの群から選ばれる少なくとも一
種であり、M は、Ga、Sc、Al、Inの群から選ばれる少な
くとも一種で、 0.5≦ｘ≦2 、０≦ｙ≦1.2 の範囲であ
る。
限は無く、下記一般式(1) で示される BIGに広く適用可
能である。しかし、一般式(1) においてビスマス置換量
ｘはできるだけ大きいことが望ましい。ｘが大きいほど
ファラデー回転子としての厚さが薄くなり、それだけ挿
入損失が小さくなるからである。ｘの値は、0.8 以上が
好ましく、さらに 1.1以上がより好ましい。 R3-xBix Fe5-yMy O12 (1) ただし、R はY 、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、D
y、Ho、Er、Tm、Yb、Luの群から選ばれる少なくとも一
種であり、M は、Ga、Sc、Al、Inの群から選ばれる少な
くとも一種で、 0.5≦ｘ≦2 、０≦ｙ≦1.2 の範囲であ
る。
【００１８】本発明の BIG膜を用いて光アイソレータを
構成するときは、光源側に BIGを配置する。光源側に B
IGを配置すれば、 BIGと基板との界面での反射光（約1.
4%)は、さらに、 BIGによりファラデー回転を受けるの
で、外側光アイソレータの外側からのいわゆる戻り光と
同様に扱え、光アイソレータとしてのアイソレーション
が低下を招かない。逆に、基板を光源側とすると、反射
光が、そのまま光源に戻ることになり、光アイソレータ
としてのアイソレーションが低下する。また、Ｐが大き
い場合には、温度上昇による吸収損失が過大となり、使
用不能となる場合が生じる。この場合、アイソレーショ
ンの低下を招くが、非磁性基板付きの BIG膜を２枚以上
を、ファラデー回転角が合計で４５度となるように用い
ることもできる。
構成するときは、光源側に BIGを配置する。光源側に B
IGを配置すれば、 BIGと基板との界面での反射光（約1.
4%)は、さらに、 BIGによりファラデー回転を受けるの
で、外側光アイソレータの外側からのいわゆる戻り光と
同様に扱え、光アイソレータとしてのアイソレーション
が低下を招かない。逆に、基板を光源側とすると、反射
光が、そのまま光源に戻ることになり、光アイソレータ
としてのアイソレーションが低下する。また、Ｐが大き
い場合には、温度上昇による吸収損失が過大となり、使
用不能となる場合が生じる。この場合、アイソレーショ
ンの低下を招くが、非磁性基板付きの BIG膜を２枚以上
を、ファラデー回転角が合計で４５度となるように用い
ることもできる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を実施例によって、具体的に説
明するが、例示によって具体的に説明するものであっ
て、本発明の実施態様や発明の範囲を限定するものとし
ては意図されていない。
明するが、例示によって具体的に説明するものであっ
て、本発明の実施態様や発明の範囲を限定するものとし
ては意図されていない。
【００２０】実施例１ 通常の液相エピタキシャル法にしたがい、厚さ 151μｍ
の (HoTbBi)3Fe5O12（以下「BIG-1 」と記す）を以下の
ようしして作製した。容量 3,000ml(ミリリットル)の白金製ル
ツボに、酸化鉛(PbO, 4N) 6,000g、酸化ビスマス(Bi
2O3, 4N) 6,960g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 918g、酸化
硼素(B2O3, 5N)252g、酸化テルビウム(Tb2O3, 3N) 41.0
g 、酸化ホルミウム(Ho2O3, 3N) 54.0gを仕込んだ。こ
れを精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1,000
℃に加熱溶融して十分に攪拌して均一に混合してビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。
の (HoTbBi)3Fe5O12（以下「BIG-1 」と記す）を以下の
ようしして作製した。容量 3,000ml(ミリリットル)の白金製ル
ツボに、酸化鉛(PbO, 4N) 6,000g、酸化ビスマス(Bi
2O3, 4N) 6,960g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 918g、酸化
硼素(B2O3, 5N)252g、酸化テルビウム(Tb2O3, 3N) 41.0
g 、酸化ホルミウム(Ho2O3, 3N) 54.0gを仕込んだ。こ
れを精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1,000
℃に加熱溶融して十分に攪拌して均一に混合してビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。
【００２１】ここに得られた融液の温度を飽和温度以下
の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、
厚さが 500μｍで、格子定数が1.2497nm±0.0002nmの３
インチ（111)ガーネット単結晶［(GdCa)3(GaMgZr)
5O12 ］基板の片面を接触させ、基板を回転させながら
エピタキシャル成長を行った。結晶成長後、LPE 炉から
引き上げるに際しては、先に本発明者らが開発したとこ
ろの、未研磨状態でも BIG膜がファラデー回転子として
使用可能ならしめる方法（特願平9-115721）に従って行
った。すなわち、BIG 膜を LPE炉内で300rpmで回転さ
せ、付着融液を振り切り、その後 400℃に設定した徐冷
炉に素早く収納し、徐例炉温度を60℃まで冷却してか
ら、BIG 膜を取り出した。
の温度まで低下させて後、融液表面に、常法に従って、
厚さが 500μｍで、格子定数が1.2497nm±0.0002nmの３
インチ（111)ガーネット単結晶［(GdCa)3(GaMgZr)
5O12 ］基板の片面を接触させ、基板を回転させながら
エピタキシャル成長を行った。結晶成長後、LPE 炉から
引き上げるに際しては、先に本発明者らが開発したとこ
ろの、未研磨状態でも BIG膜がファラデー回転子として
使用可能ならしめる方法（特願平9-115721）に従って行
った。すなわち、BIG 膜を LPE炉内で300rpmで回転さ
せ、付着融液を振り切り、その後 400℃に設定した徐冷
炉に素早く収納し、徐例炉温度を60℃まで冷却してか
ら、BIG 膜を取り出した。
【００２２】BIG-1 に残存している融液成分を塩酸水溶
液で溶解したのち、３インチの大きさの BIG-1をすべて
10.5mm×10.5mmに分割し、28枚の定形品を得た（以下
「BIG-1 分割品」と記す。) 。BIG-1 の膜厚さは 146μ
ｍであった。ついで、中心波長を 1,064nmとして、基板
側および BIG側にそれぞれ反射防止膜をコートし、1,06
4nm 用のファラデー回転子を製造した。波長 1,064nmに
おけるファラデー回転角は45.7度、挿入損失は 0.85dB
であった。
液で溶解したのち、３インチの大きさの BIG-1をすべて
10.5mm×10.5mmに分割し、28枚の定形品を得た（以下
「BIG-1 分割品」と記す。) 。BIG-1 の膜厚さは 146μ
ｍであった。ついで、中心波長を 1,064nmとして、基板
側および BIG側にそれぞれ反射防止膜をコートし、1,06
4nm 用のファラデー回転子を製造した。波長 1,064nmに
おけるファラデー回転角は45.7度、挿入損失は 0.85dB
であった。
【００２３】28枚の BIG-1分割品のうち、任意の１枚を
切断して 5mm×5mm(以下「BIGF-1」と記す。) とし、YA
G レーザ光に対する BIGの温度（℃）と挿入損失(dB)と
の関係を調べた。測定系の模式図を図２に示した。図２
中、10：発振波長 1,064nmのヤグレーザー（連続光）、
11：レンズ、12：アルミニウム製の加熱ブロック、13：
熱電対、14：BIGF-1、15：円筒形のSm-Co永久磁石、1
6：加熱用ヒーターおよび17：光検出器である。ただ
し、1064nmのレーザーのパワーは 0.2mW、ビーム直径(1
/e2 として)1mmとした。加熱ブロック12は二つ割りにな
っており、さらに中心に光を通すための直径 3mmの穴が
あいている。
切断して 5mm×5mm(以下「BIGF-1」と記す。) とし、YA
G レーザ光に対する BIGの温度（℃）と挿入損失(dB)と
の関係を調べた。測定系の模式図を図２に示した。図２
中、10：発振波長 1,064nmのヤグレーザー（連続光）、
11：レンズ、12：アルミニウム製の加熱ブロック、13：
熱電対、14：BIGF-1、15：円筒形のSm-Co永久磁石、1
6：加熱用ヒーターおよび17：光検出器である。ただ
し、1064nmのレーザーのパワーは 0.2mW、ビーム直径(1
/e2 として)1mmとした。加熱ブロック12は二つ割りにな
っており、さらに中心に光を通すための直径 3mmの穴が
あいている。
【００２４】まず、BIGF-1を磁気的に飽和させるため円
筒形の Sm-Co磁石中心に挿入した。そして、加熱ブロッ
ク12を取り付け、1,064nm のヤグレーザーを照射しなが
ら挿入損失とBIGF-1の温度との関係を調べた。表１に、
YAG レーザ光に対する BIGの温度（℃）と挿入損失(dB)
との関係を示した。
筒形の Sm-Co磁石中心に挿入した。そして、加熱ブロッ
ク12を取り付け、1,064nm のヤグレーザーを照射しなが
ら挿入損失とBIGF-1の温度との関係を調べた。表１に、
YAG レーザ光に対する BIGの温度（℃）と挿入損失(dB)
との関係を示した。
【００２５】
【表１】温度 (℃) 25 50 75 100 125 150 175 200 250 300 挿入損失(dB) 0.84 0.89 1.02 1.16 1.46 1.79 2.3 2.9 4.3 5.9
【００２６】つぎに、図２において、加熱ブロック12を
取り外した他は同様として、レーザーパワーを強めなが
ら、挿入損失を測定した。結果を図３（白丸）に示し
た。表１の温度と挿入損失の関係から換算すると、500m
W におけるBIGF-1の温度は75℃、800mW におけるBIGF-1
の温度は 105℃まで上昇したと結論された。また、BIGF
-1のファラデー回転角は温度１℃当たり 0.06 度変化す
るので、室温（25℃）で光アイソレータを組み立てたと
すると、500mW におけるアイソレーションは27dB、800m
W におけるアイソレーションは22dBとなる。なお、使用
するレーザーパワーとして特定の値を用いる場合には、
外気温度にもよるが熱平衡温度の範囲がほぼ決定される
ので、該熱平衡温度の範囲の中心において、アイソレー
ションが最大となるように BIG膜の厚さを設定できる。
取り外した他は同様として、レーザーパワーを強めなが
ら、挿入損失を測定した。結果を図３（白丸）に示し
た。表１の温度と挿入損失の関係から換算すると、500m
W におけるBIGF-1の温度は75℃、800mW におけるBIGF-1
の温度は 105℃まで上昇したと結論された。また、BIGF
-1のファラデー回転角は温度１℃当たり 0.06 度変化す
るので、室温（25℃）で光アイソレータを組み立てたと
すると、500mW におけるアイソレーションは27dB、800m
W におけるアイソレーションは22dBとなる。なお、使用
するレーザーパワーとして特定の値を用いる場合には、
外気温度にもよるが熱平衡温度の範囲がほぼ決定される
ので、該熱平衡温度の範囲の中心において、アイソレー
ションが最大となるように BIG膜の厚さを設定できる。
【００２７】レーザー光のビーム直径を 1mmから 0.8mm
に調整して同様の実験を行なった。その結果を上記の表
１の温度と挿入損失の関係から換算すると、500mW にお
けるBIGF-1の温度は80℃、800mW におけるBIGF-1の温度
は 110℃まで上昇したと結論された。また、ビーム直径
を 1.2mmに調整して同様の実験を行なった結果、表１の
温度と挿入損失の関係から換算すると、500mW における
BIG-1Fの温度は65℃、800mWにおけるBIGF-1の温度は 10
0℃まで上昇したと結論された。
に調整して同様の実験を行なった。その結果を上記の表
１の温度と挿入損失の関係から換算すると、500mW にお
けるBIGF-1の温度は80℃、800mW におけるBIGF-1の温度
は 110℃まで上昇したと結論された。また、ビーム直径
を 1.2mmに調整して同様の実験を行なった結果、表１の
温度と挿入損失の関係から換算すると、500mW における
BIG-1Fの温度は65℃、800mWにおけるBIGF-1の温度は 10
0℃まで上昇したと結論された。
【００２８】実施例２ 実施例１で製造した BIG-1分割品の残りから任意の１枚
を選択し、基板側だけ研磨して、基板の厚さ 250μｍと
した。レーザー光のビーム直径は 1.0mmΦとした他は、
全て実施例１と同様にした。その結果、挿入損失と温度
との関係から、500mW で温度は 105℃、 800mWで温度は
135℃まで上昇したと結論された。
を選択し、基板側だけ研磨して、基板の厚さ 250μｍと
した。レーザー光のビーム直径は 1.0mmΦとした他は、
全て実施例１と同様にした。その結果、挿入損失と温度
との関係から、500mW で温度は 105℃、 800mWで温度は
135℃まで上昇したと結論された。
【００２９】実施例３ 実施例１で製造した BIG-1分割品の残りうち任意の１枚
を選択し、基板側だけを研磨して基板の厚さを 100μｍ
とした。レーザー光のビーム直径は 1.0mmΦとした他
は、全て実施例１と同様にした。その結果、挿入損失と
温度との関係から、500mW で温度は 140℃、 800mWで温
度は 180℃まで上昇したと結論された。
を選択し、基板側だけを研磨して基板の厚さを 100μｍ
とした。レーザー光のビーム直径は 1.0mmΦとした他
は、全て実施例１と同様にした。その結果、挿入損失と
温度との関係から、500mW で温度は 140℃、 800mWで温
度は 180℃まで上昇したと結論された。
【００３０】比較例１ 実施例１で製造した BIG-1分割品の残りから任意の１枚
を選択し、基板側だけを研磨し、さらにわずかに基板側
の BIGを研磨して、あとは全く実施例１と同様にして両
面にARコートを施し、さらに 5mm×5mm に切断して厚さ
が 142μｍの1064nm用ファラデー回転子 (以下「BIGF-C
1 」と記す。) を製造した。BIGF-C1 の 1,064nmにおけ
るファラデー回転角は44.1度、挿入損失は0.82dBであっ
た。この BIGF-C1を用いる他は、実施例１と同様にし
て、挿入損失と温度の関係を、レーザー光のビーム直径
は 1.0mmとして調べた。次に、実施例と同様にして、レ
ーザー光強度と損失の関係を調べた結果を図３に示した
（黒丸）。挿入損失と温度との関係から、400mW におけ
るBIGF-C1 の温度は 300℃まで上昇したと結論された。
を選択し、基板側だけを研磨し、さらにわずかに基板側
の BIGを研磨して、あとは全く実施例１と同様にして両
面にARコートを施し、さらに 5mm×5mm に切断して厚さ
が 142μｍの1064nm用ファラデー回転子 (以下「BIGF-C
1 」と記す。) を製造した。BIGF-C1 の 1,064nmにおけ
るファラデー回転角は44.1度、挿入損失は0.82dBであっ
た。この BIGF-C1を用いる他は、実施例１と同様にし
て、挿入損失と温度の関係を、レーザー光のビーム直径
は 1.0mmとして調べた。次に、実施例と同様にして、レ
ーザー光強度と損失の関係を調べた結果を図３に示した
（黒丸）。挿入損失と温度との関係から、400mW におけ
るBIGF-C1 の温度は 300℃まで上昇したと結論された。
【００３１】
【発明の効果】通常、ヤグレーザーなどのパワーの大き
いレーザー光をビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
膜に照射すると、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶膜がレーザー光の一部を吸収してビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶膜の温度が上昇する。しかし、本発
明では、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜から
の放熱効果が大きく、温度上昇が大幅に抑制でき、結果
としてビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を用い
た光デバイスの特性の変化が少なくなる。
いレーザー光をビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
膜に照射すると、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶膜がレーザー光の一部を吸収してビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶膜の温度が上昇する。しかし、本発
明では、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜から
の放熱効果が大きく、温度上昇が大幅に抑制でき、結果
としてビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を用い
た光デバイスの特性の変化が少なくなる。
【図１】本発明の光アイソレータの構成の模式図であ
る。
る。
【図２】BIG の温度と損失の関係を調べるための、光学
系と加熱装置を示す模式図である。
系と加熱装置を示す模式図である。
【図３】BIG に照射したヤグレーザ光のパワーと BIGの
損失との関係を示すための模式図である。
損失との関係を示すための模式図である。
１：高エネルギーレーザー光源、 ２：レーザー光、
３：偏光子、４：BIG 膜、 ５：非磁性基板、 ６：検
光子、10：ヤグレーザー光源、 11：レンズ、12：アル
ミニウム製の加熱ブロック、 13：熱電対、 14：BIGF
-1、15： Sm-Co永久磁石、 16：加熱用ヒーター、 1
7：光検出器
３：偏光子、４：BIG 膜、 ５：非磁性基板、 ６：検
光子、10：ヤグレーザー光源、 11：レンズ、12：アル
ミニウム製の加熱ブロック、 13：熱電対、 14：BIGF
-1、15： Sm-Co永久磁石、 16：加熱用ヒーター、 1
7：光検出器
Claims (5)
- 【請求項１】 ファラデー回転子が吸収するレーザー光
のエネルギーが、20ミリワット(mW)以上である光学系に
おいて、該ファラデー回転子として、液相エピタキシャ
ル法により製造されたビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶膜を用い、かつ、該ビスマス置換希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜が片面に非磁性ガーネット基板を残してな
るものであることを特徴とする高エネルギーレーザー用
ファラデー回転子。 - 【請求項２】 該ファラデー回転子が吸収するレーザー
光のエネルギーが、20mW〜600mW の範囲である請求項１
記載の高エネルギーレーザー用ファラデー回転子。 - 【請求項３】 該非磁性ガーネット基板の厚さが 0.2〜
0.8mm である請求項１記載の高エネルギーレーザー用フ
ァラデー回転子。 - 【請求項４】 請求項１記載の高エネルギーレーザー用
ファラデー回転子を用いた光アイソレータであって、高
エネルギーレーザー側にビスマス置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜を配置するようにして組み立ててなる高エネ
ルギーレーザーに対応した光アイソレータ。 - 【請求項５】 該光アイソレータが、該レーザー側か
ら、偏光子、ファラデー回転子、検光子の順で、かつ、
該ファラデー回転子に、偏光子または検光子を密着配置
して組み立ててなるものである請求項４記載の光アイソ
レータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10230688A JP2000066160A (ja) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | 高エネルギーレーザー用ファラデー回転子 |
| US09/370,926 US6411641B1 (en) | 1998-08-17 | 1999-08-10 | Faraday rotator for use with high energy lasers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10230688A JP2000066160A (ja) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | 高エネルギーレーザー用ファラデー回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000066160A true JP2000066160A (ja) | 2000-03-03 |
Family
ID=16911762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10230688A Pending JP2000066160A (ja) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | 高エネルギーレーザー用ファラデー回転子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6411641B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000066160A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004361757A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Nec Tokin Corp | 光アイソレータ |
| EP1688782A1 (en) | 2005-02-07 | 2006-08-09 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Faraday rotator for high output lasers |
| WO2012073670A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| WO2012073671A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| WO2015037332A1 (ja) | 2013-09-10 | 2015-03-19 | 住友金属鉱山株式会社 | ファラデー回転子 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3753920B2 (ja) * | 2000-03-22 | 2006-03-08 | Ｔｄｋ株式会社 | 磁性ガーネット単結晶膜及びその製造方法、及びそれを用いたファラデー回転子 |
| US7515780B2 (en) * | 2006-10-25 | 2009-04-07 | Alcatel-Lucent Usa Inc. | System and method for fabricating an optical isolator |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1144744A (ja) * | 1997-07-29 | 1999-02-16 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 反射型光磁界センサ |
-
1998
- 1998-08-17 JP JP10230688A patent/JP2000066160A/ja active Pending
-
1999
- 1999-08-10 US US09/370,926 patent/US6411641B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004361757A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Nec Tokin Corp | 光アイソレータ |
| EP1688782A1 (en) | 2005-02-07 | 2006-08-09 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Faraday rotator for high output lasers |
| JP2006215491A (ja) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | 高出力レーザー用ファラデー回転子 |
| US7259913B2 (en) | 2005-02-07 | 2007-08-21 | Sumitomo Metal Mining Co. Ltd. | Faraday rotator for high output lasers |
| JP4600660B2 (ja) * | 2005-02-07 | 2010-12-15 | 住友金属鉱山株式会社 | 高出力レーザー用ファラデー回転子 |
| WO2012073670A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| WO2012073671A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| US9303333B2 (en) | 2010-11-29 | 2016-04-05 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Bismuth-substituted rare-earth iron garnet crystal film and optical isolator |
| US9322111B2 (en) | 2010-11-29 | 2016-04-26 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Bismuth-substituted rare-earth iron garnet crystal film and optical isolator |
| WO2015037332A1 (ja) | 2013-09-10 | 2015-03-19 | 住友金属鉱山株式会社 | ファラデー回転子 |
| EP3045957A4 (en) * | 2013-09-10 | 2017-04-19 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Faraday rotator |
| US9885890B2 (en) | 2013-09-10 | 2018-02-06 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Faraday rotator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6411641B1 (en) | 2002-06-25 |
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| Date | Code | Title | Description |
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