JP2015125375A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

【課題】光計測や光センサ、光アンプ増幅用途の半導体レーザに使用される小型化した波長９８０ｎｍ帯用光アイソレータを提供する。【解決手段】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、波長９７０−９９０ｎｍのヴェルデ定数が０．３０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）以上のファラディ回転子と、この外周に配置される中空マグネットとから成る。前記ファラディ回転子が配置されるサンプル長Ｌ（ｃｍ）は、式（１）の範囲内にあり、印加される磁束密度Ｂ（Ｏｅ）は、式（２）の範囲内にある。（ＴｂxＲ1-x）2Ｏ3（Ｉ）。ここで、ｘは、０．５≰ｘ≰１．０であり、Ｒは、スカンジウム、イットリウム、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。０．６≰Ｌ≰１．０（１）。Ｂ≰１．５?１０４（２）。【選択図】図１

Description

本発明は、光計測や光センサ、光アンプ増幅用途の半導体レーザに使用される、波長９７０−９９０ｎｍの帯域（以下、波長９７０−９９０ｎｍの帯域を単に「波長９８０ｎｍ帯」と称することがある）において使用される光アイソレータに関する。

従来から、１．５５μｍ帯通信用レーザの光増幅にはＥＤＦＡ(Erbium doped fiber
amplifier)が使用され、その励起光源には波長１４８０ｎｍあるいは９８０ｎｍ帯の光源が使用されている。波長９８０ｎｍは１４８０ｎｍに比べその増幅効率が大きいことから、使用頻度が高まり実用化されている。また近年、１μｍ帯光アンプの利用によりその微弱信号を検出する光計測や光センサ、パルスレーザの増幅など通信以外の分野にも広がりつつあり、ここでも９８０ｎｍ帯半導体レーザの使用が広まっている。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。

これまで、波長９８０ｎｍ帯域用のファラディ回転子としては通信用光アイソレータに使用される、鉄系ガーネット(YIG)が検討されているが、その組成元素である鉄(Fe)の吸収が波長１μｍ以下で高まり、特に、９８０ｎｍおいては１ｄＢ以上の損失となるために、ファラディ回転子の材料としては不適である。

そこで、従来から、波長９８０ｎｍ帯で使用されるファラディ回転子の材料としては、その波長帯で吸収の少ないＴＧＧ：テルビウム・ガリウム・ガーネット（化学式：Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）などがよく知られている。このＴＧＧの９８０ｎｍの波長におけるヴェルデ定数は、０．１６ｍｉｎ／Ｏｅ．ｃｍという小さい値であることから、光アイソレータの機能を発揮させるためには、サンプル長が一般的に１１ｍｍ以上と長くしなければならない。これにより、使用するマグネット形状の影響で光アイソレータの形状が大きくなるという問題があった。なお、１分（ｍｉｎ）は１／６０度を表す。

また、特許文献１には、酸化テルビウムを５０％以上含む化学式（ＴｂxＲ1-x）₂Ｏ₃（但し、ｘは０．５≦ｘ≦１．０であり、Ｒはスカンジウム、イットリウム、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）の酸化物材料から成るファラディ回転子を用いた波長１μｍ帯用光アイソレータが記載されている。

しかしながら、この波長１μｍ帯用光アイソレータでは、小型化を実現するために、ファラディ回転子に与える印加磁束密度が最大となるように、その磁気回路がファラディ回転子の外周に配置される磁束密度の大きい第１の中空マグネットとこの第１の中空マグネットを光軸上で挟んで配置された第２及び第３の中空マグネットユニットとで構成されている。しかも、第２の中空マグネットの磁界極性と第３の中空マグネットの磁界極性が光軸法線方向において互いに反対となるように構成されているから、このようなマグネットユニットの構成では、最近、特に波長１μｍ帯より短い９８０ｎｍ帯半導体レーザの使用が広まっている中で、光アイソレータの一層の小型化に限界があるし、その製作に手間が掛かるという問題もある。

特許第５２７６６４０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９８０ｎｍ帯において、ファラディ効果が大きいファラディ回転子と製作が容易で小さな外形の中空マグネットとを組み合わせるだけで、第２、第３の中空マグネットを用いることなくより一層の小型化が可能な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９７０−９９０ｎｍでは、ファラディ回転子の長さを１０ｍｍ以下とするために、ヴェルデ定数が０．３０ｍｉｎ／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以上となり、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。また、本発明者らは、さらに検討を行ったところ、波長９７０ｎｍ、９８０ｎｍおよび９９０ｎｍでヴェルデ定数が０．３０ｍｉｎ／Ｏｅ．ｃｍ以上になる材料として、酸化テルビウムを質量比換算で５０％以上含む酸化物材料が適していること、このようなファラディ効果が大きい酸化物材料をファラディ回転子に用いるとその長さを１０ｍｍ以下まで短くできると共に、製作が容易で磁束密度の大きい中空マグネットとを組み合わせるだけで、従来のような第２、第３の中空マグネットを用いることなく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９７０−９９０ｎｍにおけるヴェルデ定数が０．３０ｍｉｎ／（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９７０−９９０ｎｍ波長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、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。
０．６≦Ｌ≦１．０ （１）
Ｂ≦１．５×１０^４ （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、製作が容易な中空マグネットユニットを用いるだけで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、ヴェルデ定数が０．３０ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）以上のファラディ回転子を用いることで従来の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（０．６〜１．０ｃｍ）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および比較例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、波長９８０ｎｍ帯のレーザ光に使用されることが好ましく、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、製作が容易な中空マグネット７が配置されているだけであり、従来の第２、第３の中空マグネットは配置されていない。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９８０ｎｍ帯におけるヴェルデ定数が０．３０ｍｉｎ／（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９８０ｎｍ帯でのヴェルデ定数が０．３０ｍｉｎ／（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はスカンジウム、イットリウム、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０．３０ｍｉｎ／（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０．３０ｍｉｎ／（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９８０ｎｍ帯におけるヴェルデ定数を測定する。

表１に、波長９８０ｎｍ帯における（Ｔｂ_xＲ_1-x）₂Ｏ₃の具体的な組成例とヴェルデ定数の値を示す。最小のヴェルデ定数は、各々波長９９０ｎｍで計測された値であり、最大のヴェルデ定数は、各々波長９７０ｎｍで計測された値である。

さらに、本発明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≦１．０ （１）
光路長が１．０ｃｍ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９８０ｎｍ帯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９７０ｎｍから９９０ｎｍ、サンプル長Ｌｃｍが０．６≦Ｌ≦１．０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９８０ｎｍ帯の光を厚さ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φ０．３ｍｍ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９８０ｎｍ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、９８０ｎｍ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９８０ｎｍ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９８０ｎｍ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９８０ｎｍにおいてヴェルデ定数が０．３６ｍｉｎ／（Ｏｅ・ｃｍ）以上となるテルビウム／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した。また、このファラディ回転子２の光路長Ｌを０．７ｃｍ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、ファラディ回転子２の具体的な材料としては、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９８０ｎｍにおいて測定したところ、挿入損失０．１ｄＢ、消光比４２ｄＢ、ヴェルデ定数０．３６ｍｉｎ／（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０．７０ｃｍ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０．６〜１．０ｃｍ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）との関係を示している。

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０．７０ｃｍであり、ファラディ回転子２のヴェルデ定数は０．３６ｍｉｎ／（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１０，７００［Ｏｅ］（＝１．０７［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０．３０ｍｉｎ／（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、１．５×１０^４［Ｏｅ］（＝１．５０［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≦１．５×１０^４ （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、マグネット内径をφ０．４ｃｍとし、外径（ｃｍ）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。

この図３の結果によれば、実施例１の光路長Ｌが０．７０ｃｍ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φ１．８ｃｍ、長さ３．２ｃｍ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９８０ｎｍにおいて光アイソレータを組み立てたところ、挿入損失０．２[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

次に、比較例１について説明する。比較例１では、ＴＧＧ単結晶（ヴェルデ定数０．１６ｍｉｎ／（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０．７ｃｍにおいて必要とする磁束密度は、約２４，１００［Ｏｅ］（＝２．４１［Ｔ］）となることが判る。この磁束密度はあまりに大きく、これを満たすマグネット形状の寸法は現実的でないことから、サンプル長を２倍の１．４ｃｍとし、必要とする磁束密度を上記値の半分である、約１２，０００［Ｏｅ］（＝２．４［Ｔ］）を満たす形状のマグネット形状を、上記段落（０００５）の関係式θ＝Ｖ×Ｈ×Ｌより算出した。この磁束密度分布のシミュレーション結果を図３に示す。

この図３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φ３．２ｃｍ、長さ４．０ｃｍ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。

以上の結果について実施例１と比較例１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７５％のサイズダウンができることが確認された。なお、体積比の計算は、比較例、実施例双方のマグネット外径、長さより算出した

したがって、本発明の光アイソレータによれば、波長９８０ｎｍ帯において、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９７０−９９０ｎｍにおけるヴェルデ定数が０．３０ｍｉｎ／（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９７０−９９０ｎｍ波長用光アイソレータ。
   （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、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。
   ０．６≦Ｌ≦１．０ （１）
   Ｂ≦１．５×１０^４ （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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