JP2015018145A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

【課題】医療用などの半導体レーザに使用される小型化した光アイソレータを提供する。【解決手段】下記式（Ｉ）の酸化物を９９％以上含有する酸化物材料で構成され、波長６３３ｎｍ帯域のヴェルデ定数が０．９０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）以上のファラディ回転子２とファラディ回転子の外周に配置される中空マグネット７とで構成される光アイソレータで、ファラディ回転子が配置されるサンプル長Ｌ（ｃｍ）は下記式（１）の範囲内に、ファラディ回転子に印加される磁束密度Ｂ（Ｏｅ）は下記式（２）の範囲内にある６００−８００ｎｍ波長帯域用光アイソレータである。（ＴｂxＲ1-x）2Ｏ3（Ｉ）、上記式（Ｉ）中、ｘは０．５≰ｘ≰１．０であり、Ｒはスカンジウム、イットリウムと、Ｔｂ以外のランタノイド元素群から選択される少なくとも１種の元素を含む。０．６≰Ｌ≰１．１（１）、Ｂ≰０．５?１０４（２）【選択図】図１

Description

本発明は、産業用レーザの分野で医療・計測用途等に用いられる、６００ｎｍ−８００ｎｍの波長帯域において使用される光アイソレータに関する。

従来から、医療・光計測等の用途に使用される産業用レーザには、可視域の半導体レーザが使用され、近年、その波長用途も広くなっている。この半導体レーザは、一般に、その発光スペクトルが狭くて変換効率に優れるという特徴を持つが、その反面、反射光による戻り光に対して非常に敏感であり、光ファイバヘの結合端面や被測定物からの反射光が戻ると特性が不安定状態になるという問題がある。

そこで、半導体レーザの安定動作の為には、反射光が発光光源である発光素子へ戻るのを防止するために、発光光源と加工体との間に順方向の光を透過し逆方向の光を遮断する機能を有する光アイソレータ(an optical isolator)を配置して、光ファイバから発光光源へ反射して戻ってくる光を遮断することが不可欠となる。

ところで、この光アイソレータの機能を有するためには、４５°程度のファラディ回転角が必要となる。具体的には、光アイソレータに入射された光は、その偏光面をファラディ回転子により４５°回転されて各々角度調整された入出射偏光子を透過する。一方、戻り光は、ファラディ回転子の非相反性を利用して逆方向に偏光面を４５°回転され、入射偏光子と９０°の直行偏光面となって透過できなくなる。光アイソレータは、この現象を利用して光を単一方向にのみ透過させて、反射して戻ってくる光を阻止するのである。

そして、このような機能の光アイソレータは、ファラディ回転子と、ファラディ回転子の光入射側及び光出射側に配置された一対の偏光子と、ファラディ回転子の光透過方向（光軸方向）に磁界を印加するマグネットとの３つの主要部品から構成されている。この光アイソレータでは、光がファラディ回転子に入射するとファラディ回転子の中で偏光面が回転するという現象が生じる。この現象は、一般にファラディ効果と呼ばれるもので、偏光面が回転する角度をファラディ回転角と称し、その大きさθは、次式で表される。
θ＝Ｖ×Ｈ×Ｌ
ここで、Ｖはヴェルデ定数であり、ファラディ回転子の材料および測定波長で決まる定数である。また、Ｈは磁束密度であり、Ｌはファラディ回転子の長さ（＝サンプル長）である。

一定の大きさのヴェルデ定数Ｖを持つファラディ回転子で所望のファラディ回転角θを得ようとする場合、上記式から理解できるように、ファラディ回転子に印可する磁界Ｈが大きいほど回転子長Ｌを短くすることができる。一方、回転子長Ｌが長いほど磁束密度Ｈを小さくすることできるので、このような関係を利用すれば、光アイソレータ形状の小型化が可能となる。

また、光アイソレータの大きさを決める要因としては、磁界Ｈおよび回転子長Ｌに加えて、ファラディ回転子の材料および測定波長で決まるヴェルデ定数Ｖがあるから、光アイソレータを小型化するためには、ファラディ回転子を短くすることができる材料を開発することも必要なことである。

光アイソレータの小型化が可能な材料として、特許文献１には、酸化イッテルビウムを質量比換算で３０％以上含む酸化物が記載されている。この特許文献１の記載によれば、この酸化物を用いるとヴェルデ定数Ｖが０．０５０ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ以上で、ファラディ回転子の長さが５０ｍｍ以下になると共に、波長３２０−８００ｎｍの光の吸収がほとんど発生しないから、波長３２０−８００ｎｍで用いる光アイソレータの小型化が可能であるとされている。

しかし、近年、半導体レーザが使用される医療・計測用途等の分野では、波長６００−８００ｎｍ帯域で用いられる光アイソレータのより一層の小型化が希求されており、ファラディ回転子の長さが５０ｍｍ以下の従来の酸化イッテルビウムの材料ではこの要望に応えるのに十分ではなく、より短い１１ｍｍ以下に小型化が可能な材料が求められているのが実情である。

そこで、従来から、波長６００ｎｍ−８００ｎｍの範囲で使用されるファラディ回転子の材料として、ＴＧＧ：テルビウム・ガリウム・ガーネット（化学式：Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）などが知られている。このＴＧＧの６００ｎｍ−８００ｎｍの波長帯域におけるヴェルデ定数は、０．２７−０．５０ｍｉｎ／Ｏｅ．ｃｍという小さい値であり、実際に使用されているＴＧＧ結晶でも、そのヴェルデ定数は、波長６３３ｎｍで０．４６ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）程度である。このようなヴェルデ定数が０．４６ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）程度では、光アイソレータの機能を発揮させるために光路長を長くしなければならないために、光アイソレータの形状が大きくなるという問題がある。なお、１分（ｍｉｎ）は１／６０度を表す。

また、鉛を含むガラスを使用することも考えられるが、この材料は、波長６００−８００ｎｍの範囲ではＴＧＧより更にヴェルデ定数が小さいために、ファラディ回転子の材料としては不適である。

特開２０１１−１５０２０８号

そこで、本発明は、このような実情に鑑みなされたものであり、波長６００−８００ｎｍの帯域において、ファラディ効果が大きいファラディ回転子と小さな外形のマグネットとを組み合わせることによって、より一層の小型の光アイソレータを提供することを目的とするものである。

そして、本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行ったところ、波長６００ｎｍ−８００ｎｍの帯域では、ファラディ回転子の長さを１１ｍｍ以下とするために、ヴェルデ定数が０．６０ｍｉｎ／Ｏｅ．ｃｍ以上であることが望ましく、それ以下の値では、使用する所定の磁界でのファラディ回転子の長さが１１ｍｍを越える長さとなり、光アイソレータをより小型化することは困難であることが判った。そのために、本発明者らは、さらに検討を行ったところ、波長６３３ｎｍでヴェルデ定数が０．９０ｍｉｎ／Ｏｅ．ｃｍ以上になる材料として、酸化テルビウムが質量比換算で５０％以上含む酸化物材料を開発し、この材料をファラディ回転子に用いるとその長さを１１ｍｍ以下まで短くできることを見出した。また、このようなファラディ効果が大きい上記酸化物材料と磁束密度の大きい中空マグネットを組み合わせればより一層の小型化が実現可能であることを知見し、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明は、下記式（Ｉ）で表される酸化物を９９％以上含有する酸化物材料で構成されると共に、波長６３３ｎｍ帯域におけるヴェルデ定数が０．９０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）以上のファラディ回転子と、該ファラディ回転子の外周に配置される中空マグネットとから構成される光アイソレータであって、前記ファラディ回転子が配置されるサンプル長Ｌ（ｃｍ）は、下記式（１）の範囲内にあり、前記ファラディ回転子に印加される磁束密度Ｂ（Ｏｅ）は、下記式（２）の範囲内にあることを特徴とする６００−８００ｎｍ波長帯域用光アイソレータである。
（Ｔｂ_xＲ_1-x）₂Ｏ₃ （Ｉ）
ここで、上記式（Ｉ）中、ｘは、０．５≦ｘ≦１．０であり、Ｒは、スカンジウム、イットリウムと、Ｔｂ以外のランタノイド元素群よりなる集合から選択される少なくとも１種の元素を含む。
０．６≦Ｌ≦１．１ （１）
Ｂ≦０．５×１０^４ （２）

また、本発明の酸化物は、単結晶又はセラミックスであるのが好ましく、本発明のファラディ回転子は、式（１）のサンプル長Ｌ（ｃｍ）において、１ｄＢ以下の挿入損失と３０ｄＢ以上の消光比を有するものである。さらに、本発明の中空マグネットは、ネオジム−鉄−ボロン（ＮｄＦｅＢ）系磁石からなることが好ましい。

本発明によれば、光アイソレータのより一層の小型化を可能とすることができるので、光アイソレータを組み込むレーザ装置内の空間的寸法の自由度を大きくすることができる。また、従来のＴＧＧファラディ回転子対比で長さを１／２程度に短くすることができるので、この短尺化によって吸収損失を減少させ、光アイソレータの重要な特性である挿入損失を減少させることができる。

本発明の光アイソレータの構成例を示す断面模式図である。 ファラディ回転子のサンプル長Ｌ（０．６〜１．１ｃｍ）に対するファラディ回転角が４５度となる磁束密度Ｔ（１０^４Ｏｅ）の大きさとの関係を示した図である。 実施例１に使用するマグネット形状を算出するための磁束密度のシミュレーション図である。 比較例１に使用するマグネット形状を算出するための磁束密度のシミュレーション図である。

以下、本発明の一実施形態について説明するが、本発明はこの実施態様に限定されるものではない。

本発明のアイソレータは、６００〜８００ｎｍの波長帯域のレーザ光に使用されるのが好ましく、このレーザには、半導体レーザが含まれる。なお、本発明のアイソレータを上記以外の波長帯域のレーザ光に設計変更することもできる。図１は、本発明の光アイソレータの構成例を示す断面模式図である。図１では、入射偏光子１、ファラディ回転子２および出射偏光子３が左側の入射側から右側の出射側に向う光軸６上に順次配置されている。また、入射側では入射偏光子１が偏光子ホルダ４に固定され、出射側では出射偏光子３が金属ホルダ５に固定されている。

ファラディ回転子２の形状は特に限定されず、三角柱状、四角柱状でもよいが、円筒状であることが好ましいので、以下に、円筒状のファラディ回転子２を例に説明する。このファラディ回転子２の外周には、中空マグネット７が配置されている。ファラディ回転子２が円筒状の場合、中空マグネット７は中空円筒状であることが好ましく、ファラディ回転子２の中心軸及び中空マグネット７の中空部の中心軸は同軸であることが好ましい。また、ファラディ回転子２の外径と、中空マグネット７の中空部の内径はほぼ同じであり、光アイソレータを組み立てた後に調芯することが好ましい。そして、このような配置によってファラディ回転子２は中空マグネット７の中心に配置される。

次に、本発明の光アイソレータは、波長６３３ｎｍにおけるヴェルデ定数が０．９０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）以上のファラディ回転子を有するから、このファラディ回転子について説明する。

本発明のファラディ回転子は、波長６３３ｎｍでのヴェルデ定数が０．９０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）以上である酸化テルビウムが質量比換算で５０％以上含まれる酸化物材料で構成されるのが好ましい。具体的な材料としては、下記式（Ｉ）で表される酸化物を９９％以上含有するものであり、その他に焼結助剤を有する場合がある。
（Ｔｂ_xＲ_1-x）₂Ｏ₃ （Ｉ）
ここで、式（Ｉ）中、ｘは０．５≦ｘ≦１．１であり、Ｒは、Ｔｂ以外のランタノイド元素群よりなる集合から選択された少なくとも１つの元素を含むものである。そして、この酸化物の含有量は、９９．９重量％以上であることが好ましく、より好ましくは１００重量％である。
なお、このような酸化物単結晶をアイソレータのファラディ回転子として使用する場合には、切断後に研磨剤等により表面に鏡面仕上げを施すことが好ましい。研磨剤は特に限定されないが、例えばコロイダルシリカが挙げられる。

また、本発明では、ヴェルデ定数が０．９０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）以上であれば特に限定されないが、テルビウム酸化物の含有量１００％のヴェルデ定数が上限となる。ヴェルデ定数が０．９０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）未満であると、ファラディ回転角を４５°とするために必要なファラディ回転子の長さが長くなり、光アイソレータを小型化することが困難であるからである。このヴェルデ定数は、定法に従い測定すればよく、特に限定されない。具体的には、所定の厚さの酸化物を切り出して、鏡面研磨仕上げを行い、磁束密度の大きさが既知の永久磁石にファラディ回転子をセットし、測定条件２５±１０℃として大気中で波長６３３ｎｍにおけるヴェルデ定数を測定する。

本発明の（Ｔｂ_xＲ_1-x）₂Ｏ₃の具体的な組成例とヴェルデ定数を次の表１に示す。

本発明では、そのファラディ回転子が配置されるサンプル長Ｌ（ｃｍ）は、下記式（１）を満たすことが好ましい。
０．６≦Ｌ≦１．１ （１）
サンプル長が１．１ｃｍを超えると、アイソレータのより一層の小型化が難しくなるし、また、０．６ｃｍ未満であると、所望のファラディ回転角を得るための磁束密度の大きさが大きくなるために、やはりアイソレータのより一層の小型化が難しくなるからである。

本発明のファラディ回転子は、前記式を満たすサンプル長Ｌ（ｃｍ）において、１ｄＢ以下の挿入損失と３０ｄＢ以上の消光比とを有することが好ましい。また、サンプル長Ｌが上記式を満たす範囲内であると、低損失かつ高アイソレーションの光学特性を有する光アイソレータを作製することが可能であるから好ましい。
なお、挿入損失及び消光比等の光学特性は、定法に従って、測定条件２５±１０℃として大気中で波長６３３ｎｍにおいて測定される。

また、本発明のファラディ回転子は、波長６３３ｎｍ、サンプル長Ｌｃｍが０．６≦Ｌ≦１．１の範囲での透過率（光の透過率）が８０％以上であることが好ましく、８２％以上であればより好ましく、８５％以上であればさらに好ましい。透過率は、より高い方が好ましいが、その上限は特に限定されず、１００％以下であればよい。

そして、このような透過率は、波長６３３ｎｍの光を厚さＬｃｍのファラディ回転子に透過させた時の光の強度によって測定される。具体的には、この透過率は、次の式で表される。
透過率＝Ｉ／Ｉｏ×１００
ここで、上記式中、Ｉは透過光強度（厚さＬｃｍの試料を透過した光の強度）であり、Ｉｏは入射光強度を表す。なお、得られる酸化物の透過率が均一ではなく、測定箇所によって透過率に変動がある場合には、任意の１０点の平均透過率をもってこの酸化物の透過率とする。

次に、本発明の光アイソレータに用いられる中空マグネット７について説明する。この中空マグネット７は、可能な限り小型な永久磁石とすることが好ましく、大きな磁場強度を得るためには、ネオジム−鉄−ボロン（ＮｄＦｅＢ）系磁石を使用し、これを炭素鋼筐体に搭載することが好ましい。中空マグネット７を炭素鋼筐体に収納すれば、中空マグネット７の周囲にヨーク（継鉄）材が構成されるために、中空マグネット７の持っている吸着力又は吸引力を増大させることができるからである。

本発明の中空マグネット７は、図１に示すように、中空マグネット７の磁界極性を光軸６方向とし、中空マグネット７外周にヨーク材として機能する炭素鋼等の金属ホルダ５を配置することが好ましい。このような構成とすることによって、ファラディ回転子２に与える印加磁束密度を最大とすることができる。

本発明の光アイソレータでは、その基本設計において、ファラディ回転子２の長さを短くすることが小型化のために重要なことであり、そのためにファラディ効果が大きいファラディ回転子２と磁束密度の大きい中空マグネット７材（磁石）とを組み合わせて用いることがより小型化を実現するために重要なことである。

また、光アイソレータに半導体レーザを用いる場合に問題となるハイパワー光によるファラディ回転子２の光損傷は、ファラディ回転子２の透過率とその長さＬで決まるため、この光損傷を少なくするためには、ファラディ回転子２の透過率が高く、また長さＬが短い方が好都合である。

さらに、本発明の光アイソレータでは、偏光依存型のガラス偏光子を２枚以上光学軸上に具備することが好ましく、この構成によって偏光依存の光アイソレータとすることができる。２枚以上の平板複屈折結晶及び１枚以上の４５度旋光子を光軸６上に具備することがより好ましいが、この構成によって偏光無依存のアイソレータとすることもできる。
そして、この場合、前記平板複屈折結晶の光学軸は、光軸６に対してほぼ４５°方向であり、厚みが１．０ｃｍ以上であることが好ましい。例えば、ルチル単結晶（ＴｉＯ_２）を使用した場合では、厚みの１／１０であるφ１．０ｍｍ、α−ＢＢＯ結晶（ＢａＢ_２Ｏ_４）を使用した場合では、厚みの１／３０程度であるφ０．３５ｍｍのビーム径にまで対応することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。
<実施例１>
実施例１では、図１に示す構成の６３３ｎｍ帯域の光アイソレータを製作した。入射偏光子１および出射偏光子３には、６３３ｎｍ帯域において高い透明性／消光比を有する吸収型のガラス偏光子を使用し、その光透過面に中心波長６３３ｎｍの反射防止膜を施すとともに、入射光路に光透過面の反射光が戻ることを回避するために、５度だけ傾き角度をもった偏光子ホルダ４の上に偏光子四隅底面を共に接着固定して、金属ホルダ５に挿入した。

また、ファラディ回転子２は、中空マグネット７の中空部中心に位置するようにし、かつマグネットによる磁界分布の最大となるような位置に固定した。入射光路順に配置された入射偏光子１および出射偏光子３は、ファラディ回転子２透過後に回転される偏光角度４５度に合わせて最大のアイソレーション特性となるようにその光学軸の調整を行って、偏光子ホルダ４と金属ホルダ５の外周接合部をレーザ溶接固定した。なお、ファラディ回転子２の光透過面には、中心波長６３３ｎｍの反射防止膜（図示せず）が施されている。

このようなファラディ回転子の材料としては、波長６３３ｎｍ帯域においてヴェルデ定数が０．９０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）以上となる、Ｒがスカンジウム、イットリウムと、Ｔｂ以外のランタノイド元素群よりなる集合から選択される少なくとも１種の元素の酸化物、具体的には、上記表１に示す組成のテルビウム／スカンジウム、テルビウム／イットリウム、テルビウム／ルテチウム酸化物を使用することができる。また、このファラディ回転子２のサンプル長Ｌを０．８ｃｍとし、このファラディ回転子２の外周には、ネオジム−鉄−ボロン（ＮｄＦｅＢ）系マグネットからなる中空マグネット７を配置し、その外側には炭素鋼筐体を配置した。

実施例１のファラディ回転子２の詳細についてさらに説明すると、実施例１では、ファラディ回転子２の具体的な材料として、テルビウム酸化物を６０重量％含むテルビウム／スカンジウム酸化物のセラミックスを用いた。このセラミックスの光学特性を波長６３３ｎｍ帯域において測定したところ、挿入損失０．２ｄＢ、消光比４０ｄＢ、ヴェルデ定数１．０２ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）であった。なお、このときに測定したサンプルの形状は、外径φ０．３ｃｍ、長さ０．８０ｃｍの円筒形状であった。

図２には、実施例１で使用するテルビウム酸化物を６０重量％含むテルビウム／スカンジウム酸化物とテルビウム酸化物を５０重量％含むテルビウム／スカンジウム酸化物のセラミックスのサンプル長を０．６〜１．１ｃｍの範囲で０．０５ｃｍずつ変化させた場合に、ファラディ回転角が４５度となるときの磁束密度Ｔ（１０^４Ｏｅ）とサンプル長Ｌ（ｃｍ）との関係と、比較例１のＴｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２の磁束密度Ｔ（１０^４Ｏｅ）とサンプル長Ｌ（ｃｍ）との関係をそれぞれ示している。なお、図２には、Ｒがスカンジウムの場合の結果を図示しているが、Ｒがイットリウムやルテチウムの場合でも同様の結果を得ることができる。

そして、実施例１のファラディ回転子２の場合、そのサンプル長Ｌは０．８０ｃｍであり、ファラディ回転子２のヴェルデ定数は１．０２ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）であるから、この場合のファラディ回転角が４５度となるような磁束密度を図２の関係から算出すると、その磁束密度は、約３，３００［Ｏｅ］（＝０．３３［Ｔ］）であることが判る。

また、本発明では、ヴェルデ定数の下限値が０．９０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）であり、このときのファラディ回転子２に用いられる材料は、少なくとも酸化テルビウムが質量比換算で５０％含まれる酸化物である。そして、そのサンプル長Ｌの下限値は０．６ｃｍであるから、この酸化物の磁束密度は、図２の関係から算出すると、サンプル長Ｌ０．６ｃｍの場合、０．５×１０^４［Ｏｅ］（＝０．５０［Ｔ］）の値が上限となることが判る。
したがって、本発明で用いられるマグネットは、光アイソレータのより一層の小型化のためには、その磁束密度Ｂ（Ｏｅ）が下記式（２）を満たすことが好ましい。
Ｂ≦０．５×１０^４ （２）

次に、実施例１の磁束密度を満足するマグネット形状について説明すると、このマグネットの形状は、以下のような磁場解析により求めた。すなわち、磁場解析手法としては有限要素法（ＪＭＡＧ−Ｄｅｓｉｇｎｅｒ）を選択し、マグネット材質としては信越化学工業（株）製ネオジム−鉄−ボロン（ＮｄＦｅＢ）マグネットを、また金属ホルダ５の材質としては炭素鋼をそれぞれ選択した。また、マグネット外径をφ２．５ｃｍとし、長さ（ＭＴ）をパラメータとして得られる磁束密度分布のシミュレーションした結果を図３に示す。
なお、このシミュレーションでは、使用する磁石の形状や性能パラメータ（磁束密度、保持力）を入力し有限要素法で解析して行った。

この図３の結果によれば、実施例１の光路長Ｌが０．８０ｃｍの場合の磁束密度分布を示すマグネット形状は、内径φ０．４ｃｍ、外径φ２．５ｃｍ、長さ１．５ｃｍになることが判った。ここで、図中のＺ[mm]は、光軸６上中心からの距離を示し、サンプル長Ｌ[cm]は、２×Ｚ／１０として算出する。

そして、波長６３３ｎｍ帯域において光アイソレータを組み立てたところ、挿入損失０．３[ｄＢ]、アイソレーション４２[ｄＢ]の光学特性を有する光アイソレータを作製することができた。

<比較例１>
比較例１では、組成がＴｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２の単結晶（ヴェルデ定数０．４５ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ））をファラディ回転子とした光アイソレータを作製した。そして、このＴＧＧ単結晶に印可する磁束密度を算出すると、サンプル長１．５ｃｍにおいて必要とする磁束密度は、関係式θ＝Ｖ×Ｈ×Ｌから、約４，０００［Ｏｅ］（＝０．４［Ｔ］）となることが判る。そこで、実施例１と同様にマグネット形状を算出するために、外径をφ３.５ｃｍとし、長さ（ＭＴ）をパラメータとして得られる磁束密度分布のシミュレーションした結果を図４に示す。

この図４の結果によれば、比較例１における磁束密度を満足するマグネット形状は、内径φ０．４ｃｍ、外径φ３．５ｃｍ、長さ２．０ｃｍになることが判った。ここで、図中のＺ[mm]は光軸６上中心からの距離を示し、サンプル長Ｌ[cm]は２×Ｚ／１０として算出する。

以上の結果に基づいて、マグネット外径と長さから体積を算出して、実施例１と比較例１のものを比較すると、実施例１では、比較例１のＴＧＧの光アイソレータに比べて、体積比で６０％のサイズダウンができることが確認された。

また、ヴェルデ定数には波長依存性があるために、長波長になると定数が小さくなることが一般的に知られているから、６００〜８００ｎｍ帯域における上限波長の８００ｎｍ帯域においてもそのヴェルデ定数を評価したところ、比較例１のＴＧＧでは、０．２８ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）であり、これに対して、実施例１では、０．６２ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）であるから、８００ｎｍの長波長の場合でも、２倍以上の性能を有していることが確認された。
したがって、本発明の光アイソレータは、６００〜８００ｎｍ帯域において、低損失で高アイソレーションの特性を持ちながら、かつ十分に小型化された光アイソレータとして実用化が可能であることが確認された。

１ 入射偏光子
２ ファラディ回転子
３ 出射偏光子
４ 偏光子ホルダ
５ 金属ホルダ
６ 光軸
７ 中空マグネット

Claims (4)

1. 下記式（Ｉ）で表される酸化物を９９％以上含有する酸化物材料で構成されると共に、波長６３３ｎｍ帯域におけるヴェルデ定数が０．９０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）以上のファラディ回転子と、該ファラディ回転子の外周に配置される中空マグネットとから構成される光アイソレータであって、前記ファラディ回転子が配置されるサンプル長Ｌ（ｃｍ）は、下記式（１）の範囲内にあり、前記ファラディ回転子に印加される磁束密度Ｂ（Ｏｅ）は、下記式（２）の範囲内にあることを特徴とする６００−８００ｎｍ波長帯域用光アイソレータ。
   （Ｔｂ_xＲ_1-x）₂Ｏ₃ （Ｉ）
   ここで、上記式（Ｉ）中、ｘは、０．５≦ｘ≦１．０であり、Ｒは、スカンジウム、イットリウムと、Ｔｂ以外のランタノイド元素群よりなる集合から選択される少なくとも１種の元素を含む。
   ０．６≦Ｌ≦１．１ （１）
   Ｂ≦０．５×１０^４ （２）
2. 前記酸化物は、単結晶又はセラミックスであることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
3. 前記ファラディ回転子は、前記サンプル長Ｌ（ｃｍ）において、１ｄＢ以下の挿入損失と３０ｄＢ以上の消光比を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光アイソレータ。
4. 前記中空マグネットは、ネオジム−鉄−ボロン（ＮｄＦｅＢ）系磁石からなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光アイソレータ。
   
   

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