JP2016024357A - Optical isolator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光アイソレータに関し、特に、光アイソレータの温度が変化する場合に好適なものである。 The present invention relates to an optical isolator, and is particularly suitable when the temperature of the optical isolator changes.
レーザ装置は、加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。しかし、加工対象物で反射した光が戻り光として再びレーザ装置に入射する場合がある。この戻り光によりレーザ装置が破壊することを防止するために、光アイソレータが用いられる場合がある。光アイソレータは、光が順方向に進む場合と逆方向に進む場合とで光の損失が大きく異なる光デバイスである。 Laser devices are used in various fields such as a processing field and a medical field. However, the light reflected by the object to be processed may enter the laser device again as return light. In order to prevent the laser device from being damaged by the return light, an optical isolator may be used. An optical isolator is an optical device in which the loss of light differs greatly depending on whether light travels in the forward direction or in the reverse direction.
しかし、光アイソレータのアイソレーションは、温度によって変化する特性を有している。従って、ある温度で、十分なアイソレーションを有している場合であっても、光アイソレータが置かれる環境温度の変化や自身の発熱等によりアイソレーションが低下する場合がある。この主な原因は、光アイソレータに用いられるファラデー回転子のファラデー回転角が温度によって変化することにある。 However, the isolation of the optical isolator has a characteristic that varies with temperature. Therefore, even when sufficient isolation is obtained at a certain temperature, the isolation may be reduced due to a change in the environmental temperature where the optical isolator is placed or due to its own heat generation. The main cause is that the Faraday rotation angle of the Faraday rotator used in the optical isolator varies with temperature.
下記特許文献1,2には、アイソレーションの温度依存性を抑制する光アイソレータが記載されている。この光アイソレータは、ファラデー回転子を光路に沿って挟む一対の偏光子のうち、光の出射側の偏光子を周囲温度に応じて回転させるというものである。特許文献1に記載の光アイソレータでは、回転させる偏光子の側面における互いに対向する2カ所にバイメタルが固定され、温度変化によるバイメタルのそりにより偏光子が回転する。このため偏光子は光路中心に回転する。また、特許文献2に記載の光アイソレータでは、回転させる偏光子の側面における1カ所にバイメタルが固定され、温度変化によるバイメタルのそりにより偏光子が光路に垂直に移動しながら回転する。
しかし、特許文献1に記載の光アイソレータのように、偏光子の側面2カ所にバイメタルを固定し、偏光子を回転させる構成にすると、構成が複雑となる。また、一般的に偏光子の光軸を変化させずに偏光子を回転させることは困難であり、偏光子の光軸が変化すると動作が不安定となる場合がある。同様に特許文献2に記載の光アイソレータは、偏光子が光路に垂直に移動しながら回転するため、偏光子を透過する光の位置が変化し、動作が不安定となる場合がある。
However, as in the optical isolator described in
そこで、本発明は、温度依存性が小さく安定して動作することができる光アイソレータを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical isolator that has a small temperature dependency and can be stably operated.
上記課題を解決するため、本発明は、一対の偏光子と、前記一対の偏光子の間に配置されるファラデー回転子と、前記ファラデー回転子に対して磁界を印加する磁気印加部と、を備える光アイソレータであって、前記ファラデー回転子に印加される前記磁界の強度は、前記ファラデー回転子の温度変化によるファラデー回転角の変化を抑制するように前記温度変化に応じて変化することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention includes a pair of polarizers, a Faraday rotator disposed between the pair of polarizers, and a magnetic application unit that applies a magnetic field to the Faraday rotator. The intensity of the magnetic field applied to the Faraday rotator varies according to the temperature change so as to suppress a change in Faraday rotation angle due to a temperature change of the Faraday rotator. It is what.
この光アイソレータでは、ファラデー回転子に印加される磁界をファラデー回転子の温度変化に伴い変化させることで、ファラデー回転角の温度依存性を抑制している。つまり、特許文献1,2のようにファラデー回転角が温度変化により変化した状態で、偏光子の回転によりアイソレーションの補償を行うのではなく、アイソレーションの温度変化の原因となるファラデー回転角の温度による変化そのものを抑制している。このため、偏光子を回転させなくても良く、素子の回転動作に伴う動作の不安定性が防止される。こうして、本発明の光アイソレータによれば、アイソレーションの温度依存性が小さく安定して動作することができる。
In this optical isolator, the temperature dependence of the Faraday rotation angle is suppressed by changing the magnetic field applied to the Faraday rotator with the temperature change of the Faraday rotator. In other words, in the state where the Faraday rotation angle is changed by a temperature change as in
また、前記ファラデー回転子と前記磁気印加部とを前記光路方向に沿って相対的に移動させる駆動部材をさらに備え、前記磁気印加部は、前記ファラデー回転子を伝搬する光の光路方向に沿って、強度が変化する磁界を印加し、前記駆動部材は、前記ファラデー回転子の温度変化によるファラデー回転角の変化を抑制するように前記温度変化に応じて前記ファラデー回転子と前記磁気印加部とを相対的に移動させることが好ましい。 The driving device further includes a driving member that relatively moves the Faraday rotator and the magnetic application unit along the optical path direction, and the magnetic application unit is configured along the optical path direction of light propagating through the Faraday rotator. Applying a magnetic field of varying intensity, and the driving member includes the Faraday rotator and the magnetic application unit according to the temperature change so as to suppress a change in Faraday rotation angle due to a temperature change of the Faraday rotator. It is preferable to move it relatively.
このような磁気印加部としては、例えば、永久磁石を挙げることができる。従って、永久磁石とファラデー回転子とを相対的に動かすことで、電磁石を用いずともファラデー回転子に印加する磁界の強度を調整することができる。このように電磁石を用いないことにより、光アイソレータの製造に要するコストを低減することができる。 As such a magnetic application part, a permanent magnet can be mentioned, for example. Therefore, by relatively moving the permanent magnet and the Faraday rotator, the strength of the magnetic field applied to the Faraday rotator can be adjusted without using an electromagnet. Thus, by not using an electromagnet, the cost required for manufacturing an optical isolator can be reduced.
前記磁気印加部は位置が固定され、前記駆動部材は、前記ファラデー回転子を移動させることとしても良い。 The position of the magnetic application unit may be fixed, and the driving member may move the Faraday rotator.
ファラデー回転子は、一般的に磁石と比べて質量が小さい。従って、ファラデー回転子を移動させることで、容易にファラデー回転子と前記磁気印加部との相対的な移動を行うことができる。なお、この場合であっても素子を回転させる動作を伴わないため、光アイソレータの動作が不安定となることが抑制できる。 A Faraday rotator generally has a smaller mass than a magnet. Accordingly, by moving the Faraday rotator, the Faraday rotator can be easily moved relative to the magnetic application unit. Even in this case, since the operation of rotating the element is not involved, it is possible to suppress the operation of the optical isolator from becoming unstable.
このようにファラデー回転子を動かす場合には、前記ファラデー回転子が固定される固定部材を更に備え、前記駆動部材は、前記固定部材を移動させることが好ましい。 When the Faraday rotator is moved in this manner, it is preferable that the Faraday rotator further includes a fixing member to which the Faraday rotator is fixed, and the driving member moves the fixing member.
従って、固定部材を介してファラデー回転子を動かすことで、駆動部から応力がかかるとしても、当該応力は固定部材に付与されファラデー回転子に応力が付与されることを抑制することができる。このため応力によるアイソレーションの劣化等を抑制することができる。 Therefore, even if stress is applied from the drive unit by moving the Faraday rotator via the fixed member, the stress can be applied to the fixed member and the stress applied to the Faraday rotator can be suppressed. For this reason, it is possible to suppress degradation of isolation caused by stress.
前記固定部材には前記一対の偏光子が前記ファラデー回転子と共に固定されることが好ましい。 It is preferable that the pair of polarizers are fixed to the fixing member together with the Faraday rotator.
ファラデー回転子と共にそれぞれの偏光子が移動することで、偏光子とファラデー回転子との相対的位置が変化しない。従って、光学的特性が変化することを抑制することができる。 The relative positions of the polarizer and the Faraday rotator do not change because each polarizer moves together with the Faraday rotator. Therefore, changes in optical characteristics can be suppressed.
或いは、前記ファラデー回転子は位置が固定され、前記駆動部材は、前記磁気印加部を移動させることが好ましい。 Alternatively, the Faraday rotator is preferably fixed in position, and the driving member moves the magnetic application unit.
磁石を移動させることで、光が伝搬する素子の移動が不要となる。このため光路が安定し、光アイソレータの動作が不安定となることが抑制できる。 By moving the magnet, it is not necessary to move the element through which light propagates. For this reason, it is possible to suppress the optical path from becoming unstable and the operation of the optical isolator from becoming unstable.
また、前記駆動部材は、一端の位置が固定されたバイメタルであり、前記前記温度変化による前記バイメタルの他端の変位により、前記ファラデー回転子と前記磁気印加部とが相対的に移動することが好ましい。 The driving member may be a bimetal whose one end is fixed, and the Faraday rotator and the magnetic application unit may move relatively by displacement of the other end of the bimetal due to the temperature change. preferable.
バイメタルは、簡単な構成で温度変化による変異量が大きい。このため安定してファラデー回転子と磁気印加部とを相対的に移動させることができる。 Bimetal has a simple structure and a large amount of variation due to temperature changes. For this reason, the Faraday rotator and the magnetic application unit can be moved relatively stably.
前記磁気印加部は電磁石から成り、前記電磁石に電圧を印加する電圧印加部を更に備え、前記電圧印加部は前記温度変化に応じて前記電圧を変化することが好ましい。 It is preferable that the magnetic application unit includes an electromagnet, further includes a voltage application unit that applies a voltage to the electromagnet, and the voltage application unit changes the voltage according to the temperature change.
電圧印加部の電圧変化により電磁石がファラデー回転子に印加する磁界の強度を変化させることができる。この場合、ファラデー回転子及び磁気印加部の少なくとも一方の位置を変化させる必要がない。このように移動させる部位がないため、優れた耐久性を有する光アイソレータとすることができる。 The intensity of the magnetic field applied by the electromagnet to the Faraday rotator can be changed by changing the voltage of the voltage application unit. In this case, it is not necessary to change the position of at least one of the Faraday rotator and the magnetic application unit. Since there is no portion to be moved in this way, an optical isolator having excellent durability can be obtained.
以上のように、本発明によれば、温度依存性が小さく安定して動作することができる光アイソレータが提供される。 As described above, according to the present invention, there is provided an optical isolator having a small temperature dependency and capable of operating stably.
以下、本発明に係る光アイソレータの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an optical isolator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る光アイソレータを示す図である。図1に示すように本実施形態の光アイソレータ1は、筐体10と、チューブ20と、第1ビームシフト板31と、ファラデー回転子32と、偏光ローテータ33と、第2ビームシフト板34と、磁気印加部40と、駆動部50とを主な構成として備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an optical isolator according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
筐体10は、互いに対向する一対の面を有する外形であり、例えば、外見が直方体や円柱の形状をしている。また、筐体10の上記一対の面のそれぞれには、光が透過可能な開口が形成されており、一方が光の入射口11とされ、他方が光の出射口12とされる。この開口は、例えば、筐体10がアルミニウムで形成されている場合にガラスであったり、物理的に何も配置されない空孔であったりする。
The
筐体10の内側面には、入射口11を取り囲むチューブ支持部16と、出射口12を取り囲むチューブ支持部17とが設けられている。更に筐体10の内側面には、入射口11が形成される面及び出射口12が形成される面と直交する面に駆動部固定部18が設けられている。
On the inner side surface of the
磁気印加部40は、本実施形態では円筒形の形状の永久磁石から構成されている。従って、磁気印加部40は、貫通孔内及び貫通孔の近傍において、概ね、それぞれの光学素子が並んでいる方向に磁場をかける。この磁場の強度は、磁気印加部40の貫通孔内の中心が最も大きい。磁気印加部40、不図示の手段により筐体10に固定されており、このお状態でチューブ20が貫通孔内に挿入されている。
In the present embodiment, the
チューブ20は、円筒形の形状をしており、切り欠き部28が形成されている。また、チューブ20には、チューブ20の一方側の端部に位置して長手方向に垂直な平面状の部位である入射側面部26と、チューブ20の他方側の端部に位置して長手方向に垂直な平面状の部位である出射側面部27とが、チューブ20の貫通孔を塞ぐように接続されている。また、入射側面部26には光が透過可能な開口である入射口21が形成されおり、出射側面部27には、光が透過可能な開口である出射口22が形成されている。
The
チューブ20は、上記のように磁気印加部40の貫通穴に挿通された状態で、入射口21と筐体10の入射口11とが重なり、出射口22と筐体10の出射口22とが重なるようにして、それぞれのチューブ支持部16,17に支持されている。この状態で、チューブ20は、長手方向に移動可能とされる。
In the state where the
チューブ20の貫通孔内には、第1ビームシフト板31と、ファラデー回転子32と、偏光ローテータ33と、第2ビームシフト板34とが固定されている。つまりチューブ20は、光路上に配置され光のアイソレーションに必要な光学素子を固定する固定部材と解することができる。
A first
第1ビームシフト板31は、チューブ20の貫通孔内における入射側面部26に隣接する位置に配置されている。第1ビームシフト板31は、複屈折素子であり、ランダム偏光が入射する場合に、光が互いに偏光が90度異なる常光と異常光とに分離する。このように第1ビームシフト板は光の偏光を用いる素子であり、偏光子と呼ばれる。
The first
第1ビームシフト板31を構成する材料としては、イットリウム・オルトバナデート(YVO4)、カルサイト(CaCO3)、ルチル(TIO2)等を挙げることができる。
Examples of the material constituting the first
ファラデー回転子32は、チューブ20の貫通孔内における第1ビームシフト板31と隣接する位置に配置されている。具体的には、本実施形態では、ファラデー回転子32は、設計上定められる設定温度でファラデー回転子32の中心CFが、磁気印加部40の貫通孔の軸方向の中心CMよりも入射側面部26側に偏在して配置されている。なお、図1では、貫通孔の軸方向の中心CMを当該軸方向に垂直な線で示している。ファラデー回転子32は、入射する光の偏光方向を+45度回転させて出射する。
The
ファラデー回転子32を構成する材料としては、テルビウム・ガリウム・ガーネット型単結晶(TGG:Tb3Ga5O12)、テルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶(TAG:Tb3Al5O12)、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶(TSAG:Tb3Sc2Al3O12)等を挙げることができる。
Examples of the material constituting the
偏光ローテータ33は、チューブ20の貫通孔内におけるファラデー回転子32と隣接する位置に配置されている。偏光ローテータ33は、入射口11側から入射する光の偏光方向を+45度回転させて出射し、出射口12側から入射する光の偏光方向を−45度回転させて出射する。
The
偏光ローテータ33を構成する材料としては、水晶等を挙げることができる。
Examples of the material constituting the
第2ビームシフト板34は、チューブ20の貫通孔内における偏光ローテータ33に隣接する位置に配置されている。また第2ビームシフト板34の偏光ローテータ33側と反対側は出射側面部27と隣接している。第2ビームシフト板31は、第1ビームシフト板31と同様の素子とされる。従って、第2ビームシフト板も偏光子と呼ばれる。
The second
駆動部50は、本実施形態ではバイメタルから構成される。バイメタルは熱膨張係数の異なる2つの金属が積層された板状部材であり、温度上昇に伴い、熱膨張係数の小さな部材側にそる性質がある。本実施形態では、駆動部50であるバイメタルの熱膨張係数が大きな金属側が入射側面部26側を向き、熱膨張係数が小さな金属側が出射側面部27側を向いて配置され、バイメタルの一端が駆動部固定部18に固定されている。従って、バイメタルの他端は、温度上昇に伴い入射側面部26側から出射側面部27側に移動する。また、バイメタルの他端は、チューブ20の切り欠き28に嵌合されている。上記のようにチューブ20は、チューブ支持部16,17に支持された状態で長手方向に移動可能なため、バイメタルの他端の移動に伴い移動する。
The
次に図1に示す光アイソレータ1の光学的な動作について説明する。
Next, the optical operation of the
図2は、光を出射する様子を示す図であり、図3は、反射光の透過が抑制される様子を示す図である。なお、図2、図3は、チューブ20の切り欠き28、筐体10、磁気印加部40及び駆動部50を省略している。また、図2,図3では、常光の伝搬の様子を実線で示し、常光とは偏光方向が90度異なる異常光の伝搬の様子を破線で示す。また、常光の偏光方向を実線両矢印で形式的に示し、異常光の偏光方向を破線両矢印で形式的に示す。
FIG. 2 is a diagram showing how light is emitted, and FIG. 3 is a diagram showing how transmission of reflected light is suppressed. 2 and 3, the
図2に示すように、ランダム偏光が筐体10の入射口11を介して入射口21から入射する。それぞれの光は第1ビームシフト板31で互いに異なる方向に屈折して、第1ビームシフト板31の互いに異なる位置から出射する。出射したそれぞれの光は、ファラデー回転子32に入射して、偏光方向が+45度回転してファラデー回転子32から出射する。ファラデー回転子32から出射したそれぞれの光は、偏光ローテータ33に入射して、偏光方向が更に+45度回転する。偏光ローテータ33から出射したそれぞれの光は、第2ビームシフト板34に入射する。それぞれの光は、第2ビームシフト板34で互いに異なる方向に屈折して、第2ビームシフト板34の同じ位置から出射する。これは、次の理由による。すなわち、第1ビームシフト板31において、例えば、常光が特定方向に屈折し、異常光が常光と異なる他の特定方向に屈折したとする。偏光ローテータ33から出射したそれぞれの光は、偏光方向が第1ビームシフト板31に入射する状態から+90度ずつ回転した状態となる。従って、第1ビームシフト板31と同じ構成の第2ビームシフト板では、異常光が第1ビームシフト板31で常光が屈折した特定方向に屈折し、常光が第1ビームシフト板31で異常光が屈折した他の特定方向に屈折する。こうして、図2に示すように常光と異常光とが第2ビームシフト板34の同じ場所から出射する。第2ビームシフト板34のから出射したそれぞれの光は、出射口22から出射し、筐体10の出射口12から出射する。
As shown in FIG. 2, random polarized light enters from the
光が筐体10の出射口12を介して出射口22から入射する場合がある。このような場合としては、例えば、光アイソレータ1がファイバレーザ装置に配置され、ファイバレーザ装置から出射する光が被加工体等で反射して、再びファイバレーザ装置に入射する例を挙げることができる。図3に示すように出射口22から入射するランダム偏光は、第2ビームシフト板34で互いに異なる方向に屈折して、第2ビームシフト板34の互いに異なる位置から出射する。第2ビームシフト板34を出射したそれぞれの光は、偏光ローテータ33で−45度回転される。偏光ローテータ33から出射したそれぞれの光は、ファラデー回転子32に入射して、偏光方向が+45度回転してファラデー回転子32から出射する。つまり、第1ビームシフト板31で分離した2つの光の偏光状態は、第2ビームシフト板34における偏光方向と同じになる。従って、ファラデー回転子32から出射したそれぞれの光は、第1ビームシフト板31において、第2ビームシフト板34と同様に屈折する。このため、それぞれの光は第1ビームシフト板31の同じ場所から出射することができず、さらに、図3に示すように入射口21から出射することができない。こうして光がアイソレーションされる。
Light may enter from the
次に光アイソレータのアイソレーションの温度依存性とその抑制について説明する。 Next, the temperature dependence and suppression of the isolation of the optical isolator will be described.
図4は、一般的なファラデー回転子の温度変化とファラデー回転角との関係の一例を示す図である。図4に示すように、光アイソレータに備えられているファラデー回転子は、ファラデー回転角に温度依存性を有する。すなわち、設計上の設定温度では、ファラデー回転子は上記のように光の偏光方向を+45度回転させるが、ファラデー回転子に温度変化が生じるとファラデー回転角が変化する。一般的なファラデー回転子は、設定温度よりも高くなるとファラデー回転角が小さくなる。この場合、例えば、反射光が光アイソレータに入射する場合に、常光と異常光との間の偏光方向を有する光がファラデー回転子32から第1ビームシフト板31に入射することになる。そうすると、第1ビームシフト板で設計通りの屈折がなされず、図3において点線で示すように、一部の光が入射口21から出射する場合がある。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a relationship between a temperature change of a general Faraday rotator and a Faraday rotation angle. As shown in FIG. 4, the Faraday rotator provided in the optical isolator has temperature dependence on the Faraday rotation angle. That is, at the design set temperature, the Faraday rotator rotates the polarization direction of light by +45 degrees as described above, but when the temperature change occurs in the Faraday rotator, the Faraday rotation angle changes. In a general Faraday rotator, the Faraday rotation angle decreases when the temperature is higher than a set temperature. In this case, for example, when reflected light enters the optical isolator, light having a polarization direction between normal light and abnormal light enters the first
図5は、一般的な光アイソレータのアイソレーションの温度依存性を示す図である。上記のように温度変化に伴いファラデー回転角が変化することにより、図5に示すように一般的な光アイソレータはアイソレーションに温度依存性を有する。すなわち設定温度から温度が上昇しても下降してもアイソレーションは悪化する傾向がある。 FIG. 5 is a diagram showing the temperature dependence of the isolation of a general optical isolator. As described above, when the Faraday rotation angle changes with temperature change, a general optical isolator has temperature dependency in isolation as shown in FIG. That is, the isolation tends to deteriorate as the temperature rises or falls from the set temperature.
そこで本実施形態の光アイソレータは、以下に説明するようにアイソレーションの温度依存性が抑制される。 Therefore, in the optical isolator of this embodiment, the temperature dependence of isolation is suppressed as described below.
図6は、図1の光アイソレータ1における磁気印加部40の中心からファラデー回転子32の中心位置までの距離とファラデー回転角との設定温度における関係を示す図である。ファラデー回転子32のファラデー回転角は、印加される磁界の強度により変化する。本実施形態の光アイソレータ1では、ファラデー回転子32全体に印加される磁界の強度が最も大きくなる磁気印加部40の中心にファラデー回転子32の中心が位置する状態では、ファラデー回転角が約53度となる。図5から明らかなように本実施形態の光アイソレータ1では、設定温度においてファラデー回転角の大きさが45度となるには、ファラデー回転子32の中心が磁気印加部40の中心から約3.5mmずれた位置となる状態とされる。このため、上記のように、ファラデー回転子32は、設定温度でファラデー回転子32の中心が、磁気印加部40の中心よりも入射側面部26側に偏在して配置されており、設定温度では、この偏在の大きさが約3.5mmとされる。こうして、光アイソレータ1のファラデー回転子32は、設定温度で入射する光の偏光方向を+45度回転させる。
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the distance from the center of the
図7は、光アイソレータ1の温度変化による動作の様子を示す図である。光アイソレータ1が、例えば、ファイバレーザ装置等の部品として使用される場合、ファイバレーザ装置の使用によるファイバレーザ装置内の温度上昇に伴い、光アイソレータ1の温度が上昇する場合がある。この場合、ファラデー回転子32の温度が上昇し、ファラデー回転角の温度依存性により、上記のようにファラデー回転角が小さくなる。しかし、図7に示すように、光アイソレータ1の駆動部50であるバイメタルの他端が、上記のように温度上昇に伴い入射側面部26側から出射側面部27側に移動する。この移動に伴い、チューブ20と共にファラデー回転子32の中心は、磁気印加部40の中心に向かって移動する。このファラデー回転子32の移動に伴い、ファラデー回転子32に印加される磁界の強さが強くなりファラデー回転角が大きくなる。このファラデー回転子32の温度上昇によるファラデー回転角の低下と、ファラデー回転子32に印加される磁界の強さの増加によるファラデー回転角の増加とが互いに相殺し合うことで、ファラデー回転子32のファラデー回転角の温度依存性が抑制される。
FIG. 7 is a diagram illustrating a behavior of the
図8は、本実施形態のファラデー回転角の温度依存性を示す図である。参考のため、図4で示した一般的なファラデー回転子のファラデー回転角の温度依存性を示す線を破線で示す。図8に示すように本実施形態のファラデー回転子32は、上記のように温度変化に伴い磁気印加部40と相対的に移動することで、ファラデー回転角の温度依存性が抑制される。また、光アイソレータ1の環境温度が設定温度より低くなるとファラデー回転角が大きくなるが、このときバイメタルが上記の温度上昇時とは逆側にそる。従って、磁気印加部40からファラデー回転子32に印加される磁界の強度が小さくなる。このため、温度低下する場合であっても、温度低下によるファラデー回転角の増加と、印加される磁界の強度の低下とが互いに相殺し合い、図8に示すように、ファラデー回転子32のファラデー回転角の温度依存性が抑制される。
FIG. 8 is a diagram showing the temperature dependence of the Faraday rotation angle of the present embodiment. For reference, a line indicating the temperature dependence of the Faraday rotation angle of the general Faraday rotator shown in FIG. 4 is indicated by a broken line. As shown in FIG. 8, the
図9は、光アイソレータ1のアイソレーションの温度依存性を示す図である。図9では、図4で示した一般的な光アイソレータのアイソレーションを破線で示す。図9で実線で示すように光アイソレータ1によれば、温度変化する場合であっても、アイソレーションが変化することが一般的な光アイソレータよりも抑制することができる。これは、上記のようにファラデー回転子32のファラデー回転角の温度依存性が抑制されるためである。
FIG. 9 is a diagram showing the temperature dependence of the isolation of the
ところで、図6から明らかなように本実施形態の光アイソレータ1では、ファラデー回転子32の中心の磁気印加部40の中心からのずれが1.5mm〜4.5mmであれば、当該ずれの量とファラデー回転角との関係を示す線が略直線となる。すなわち、当該ずれの量に範囲であればファラデー回転子の移動量とファラデー回転角とが一次の関係にある。また、駆動部50として一端が固定されたバイメタルが用いられている場合、バイメタルの他端の変位量はをD[mm]として、バイメタルの湾曲係数をk[K−1]として、変化する温度をΔT[K]として、バイメタルの変位可能な部分の長さをL[mm]として、バイメタルの厚さをt[mm]とすると、他端の変位量Dは、次の式(1)で示される。
このようにバイメタルによるファラデー回転子32の移動量が温度の変化量に対して一次の関係であり、上記のようにファラデー回転角がファラデー回転子の移動量に一次の関係となる範囲であれば、ファラデー回転角の変化の大きさが温度の変化量に対して一次の関係になる。従って、これらの光アイソレータの温度変化の範囲が、これらの関係となる範囲内であれば、光アイソレータの温度変化によるアイソレーションの変化をより正確に抑制することができる。
As described above, the amount of movement of the
以上説明したように本実施形態の光アイソレータ1によれば、ファラデー回転子32に印加される磁界を温度変化に伴い変化させることにより、ファラデー回転角の温度依存性を抑制している。このためアイソレーションの温度依存性が抑制できる。このため、偏光子である第1ビームシフト板31や第2ビームシフト板34を回転させる必要が無い。従って本発明の光アイソレータ1は安定して動作することができる。
As described above, according to the
また、本実施形態の光アイソレータ1では、温度変化に伴って、ファラデー回転子32と磁気印加部40とが相対的に移動され、この移動に伴いファラデー回転角の変化が抑制されている。このため、ファラデー回転子32に印加する磁界の変化を電磁石を用いずに行うことができ、磁気印加部として永久磁石を用いることができる。このため光アイソレータの製造に要するコストを低減することができる。
Further, in the
また、本実施形態の光アイソレータ1では、磁気印加部40の位置は固定され、駆動部50は、ファラデー回転子32を移動させている。ファラデー回転子は、一般的に磁石と比べて質量が小さいので、ファラデー回転子を移動させることで、容易にファラデー回転子32と磁気印加部40との相対的な移動を行うことができる。
In the
また、駆動部50は、チューブ20を移動させることでファラデー回転子32を移動させているため、駆動部50からファラデー回転子32に応力が付与されることを抑制することができる。このため応力によるアイソレーションの劣化等を抑制することができる。
Moreover, since the
そして、チューブ20には、一対の偏光子である第1ビームシフト板31、第2ビームシフト板34がファラデー回転子32と共に固定されているため、ファラデー回転子32の移動に伴い、第1ビームシフト板31及び第2ビームシフト板34とファラデー回転子32との相対的位置が変化しない。従って、ファラデー回転子32が移動しても、光アイソレータ1の光学的特性が変化することを抑制することができる。
Since the first
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図10を参照して詳細に説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In addition, about the component which is the same as that of 1st Embodiment, or equivalent, except the case where it demonstrates especially, the same referential mark is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図10は、本実施形態に係る光アイソレータを示す図である。図10に示すように本実施形態の光アイソレータ2では、チューブ20がチューブ支持部16,17に固定され、磁気印加部40が筐体に固定されずチューブ20の長手方向に沿って移動可能とされ、駆動部50の他端が磁気印加部40に固定される点が、第1実施形態の光アイソレータ1と主に異なる構成である。
FIG. 10 is a diagram illustrating the optical isolator according to the present embodiment. As shown in FIG. 10, in the
設定温度におけるファラデー回転子32と磁気印加部40との相対的位置は第1実施形態の光アイソレータ1におけるそれぞれの相対的位置と同じとされる。駆動部50を構成するバイメタルは、駆動固定部18に固定されていない側である他端が光アイソレータ2の温度が上昇すると光のチューブ20の出射側面部27側から入射側面部26側に移動する構成とされる。すなわち、駆動部50であるバイメタルの熱膨張係数が大きな金属側が出射側面部27側を向き、熱膨張係数が小さな金属側が入射側面部26側を向いて配置され、バイメタルの一端が駆動部固定部18に固定されている。
The relative positions of the
この光アイソレータ2では、環境温度が設定温度から上昇すると、磁気印加部40が入射側面部26側に移動することで、ファラデー回転子32と磁気印加部40との相対的位置が図7に示す第1実施形態の光アイソレータ1でのこれらの相対的位置と同様となる。従って、ファラデー回転子32の温度依存性によるファラデー回転角の変化と、ファラデー回転子に印加される磁界の変化によるファラデー回転角の変化とが互いに相殺し合い、光アイソレータ2はアイソレーションの温度依存性が抑制される。また、光アイソレータ2の環境温度が設定温度より低くなる場合、磁気印加部40が出射側面部27側に移動することで、温度低下によるファラデー回転角の増加と、印加される磁界の強度の低下とが互いに相殺し合い、光アイソレータ2のアイソレーションの温度依存性が抑制される。
In this
本実施形態の光アイソレータ2によれば、光を伝搬する素子の移動が不要となる。このため光路が安定し、光アイソレータ2の動作が不安定となることが抑制できる。
According to the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図11を参照して詳細に説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In addition, about the component which is the same as that of 1st Embodiment, or equivalent, except the case where it demonstrates especially, the same referential mark is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図11は、本実施形態に係る光アイソレータを示す図である。図11に示すように本実施形態の光アイソレータ3は、チューブ20がチューブ支持部16,17に固定され、磁気印加部40が電磁石とされ、駆動部50を備えず、温度センサ42及び電圧付与部45を備える点において、第1実施形態の光アイソレータ1と主に異なる。
FIG. 11 is a diagram showing an optical isolator according to this embodiment. As shown in FIG. 11, in the
電圧付与部45は、磁気印加部40に電圧を付与し、電磁石である磁気印加部40は電圧が与えられるとファラデー回転子に印加される磁界を発生する。
The
温度センサ42は、筐体10内の温度を検知して、当該温度に関する情報を電圧付与部45に入力する。電圧付与部45は、設定温度において、ファラデー回転角の大きさが45度となるようにファラデー回転子32に磁界が印加されるように、電磁石である磁気印加部40に所定の電圧を付与する。
The
このような光アイソレータ3では、筐体10内の温度が上昇する場合、電圧付与部45は、温度センサ42から温度に関する情報を受けて、ファラデー回転子32に印加される磁界の強度が大きくなるように、磁気印加部40に付与する電圧を大きくする。上記のように、ファラデー回転子32の温度が上昇すると、ファラデー回転角が小さくなる。従って、ファラデー回転子32の温度依存性によるファラデー回転角の低下と、電磁石からファラデー回転子に印加される磁界の強さの増加によるファラデー回転角の増加とが互いに相殺し合うことで、光アイソレータ3のアイソレーションの温度依存性が抑制される。また、光アイソレータ3の環境温度が設定温度より低くなると、電圧付与部45は、温度センサ42から温度に関する情報を受けて、ファラデー回転子32に印加される磁界の強度が小さくなるように、磁気印加部40に付与する電圧を小さくする。従って、温度低下によるファラデー回転角の増加と、電磁石から印加される磁界の強度の低下によるファラデー回転角の低下とが互いに相殺し合い、光アイソレータ3のアイソレーションの温度依存性が抑制される。
In such an
本実施形態の光アイソレータ3によれば、ファラデー回転子及び磁気印加部の位置を変化させる必要がない。このように移動させる部位がないため、優れた耐久性を有する光アイソレータとすることができる。また、光学素子が移動しないことにより、光路が安定し、光アイソレータ3の動作が不安定となることが抑制できる。
According to the
以上、本発明について、第1、第2実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention has been described above by taking the first and second embodiments as examples, but the present invention is not limited to these.
例えば、上記実施形態では、偏光子として第1,第2ビームシフト板31,34を用いた。しかし、例えば、偏光子として、特定方向に偏波した偏光のみを透過させる偏光板が用いられて、光アイソレータは、ファラデー回転子が一対の当該偏光板の間に配置される構成とされても良い。この場合、それぞれの偏光板は、一方の偏光板を透過する光と他方の偏光板を透過する光とが互いに90度異なる方向に偏波するよう配置される。
For example, in the said embodiment, the 1st, 2nd
また、第1実施形態や第2実施形態において、駆動部50としてバイメタルを用いた。しかし、本発明は、これに限らない。例えば、入射口21側と出射口22側とを結ぶ方向に熱膨張や熱収縮する部材を用いて、当該熱膨張や熱収縮によりチューブ20や磁気印加部40を移動させても良い。
In the first embodiment and the second embodiment, a bimetal is used as the
また、第1実施形態では、ファラデー回転子32を移動させるためにチューブ20を移動させた。しかし、本発明の光アイソレータは、例えば、チューブ20を備えず、ファラデー回転子32が駆動部50により直接移動される構成であっても良い。またファラデー回転子32がチューブに固定されてチューブごと移動される場合であっても、他の光学素子がチューブに固定されていなくても良い。
In the first embodiment, the
また、ファラデー回転子32のファラデー回転角が所定の回転角となる限りにおいて永久磁石や電磁石の形状はとくに限定されない。
Further, the shape of the permanent magnet or the electromagnet is not particularly limited as long as the Faraday rotation angle of the
以上説明したように、本発明によれば温度依存性が小さく安定して動作することができる光アイソレータを提供することができ、ファイバレーザ装置や光通信等の産業分野で利用することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical isolator having a small temperature dependency and capable of operating stably, and can be used in industrial fields such as fiber laser devices and optical communications.
1,2,3・・・光アイソレータ
10・・・筐体
11・・・入射口
12・・・出射口
16,17・・・チューブ支持部
18・・・駆動部固定部
20・・・チューブ
31・・・第1ビームシフト板
32・・・ファラデー回転子
33・・・偏光ローテータ
34・・・第2ビームシフト板
40・・・磁気印加部
42・・・温度センサ
45・・・電圧付与部
50・・・駆動部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
を備える光アイソレータであって、
前記ファラデー回転子に印加される前記磁界の強度は、前記ファラデー回転子の温度変化によるファラデー回転角の変化を抑制するように前記温度変化に応じて変化する
ことを特徴とする光アイソレータ。 A pair of polarizers, a Faraday rotator disposed between the pair of polarizers, and a magnetic application unit that applies a magnetic field to the Faraday rotator,
An optical isolator comprising:
The optical isolator, wherein the intensity of the magnetic field applied to the Faraday rotator changes according to the temperature change so as to suppress a change in Faraday rotation angle due to a temperature change of the Faraday rotator.
前記磁気印加部は、前記ファラデー回転子を伝搬する光の光路方向に沿って、強度が変化する磁界を印加し、
前記駆動部材は、前記ファラデー回転子の温度変化によるファラデー回転角の変化を抑制するように前記温度変化に応じて前記ファラデー回転子と前記磁気印加部とを相対的に移動させる
ことを特徴とする請求項1に記載の光アイソレータ。 A drive member that relatively moves the Faraday rotator and the magnetic application unit along the optical path direction;
The magnetic application unit applies a magnetic field whose intensity changes along the optical path direction of light propagating through the Faraday rotator,
The driving member relatively moves the Faraday rotator and the magnetic application unit according to the temperature change so as to suppress a change in Faraday rotation angle due to a temperature change of the Faraday rotator. The optical isolator according to claim 1.
前記駆動部材は、前記ファラデー回転子を移動させる
ことを特徴とする請求項2に記載の光アイソレータ。 The position of the magnetic application unit is fixed,
The optical isolator according to claim 2, wherein the driving member moves the Faraday rotator.
前記駆動部材は、前記固定部材を移動させる
ことを特徴とする請求項3に記載の光アイソレータ。 A fixing member to which the Faraday rotator is fixed;
The optical isolator according to claim 3, wherein the driving member moves the fixing member.
ことを特徴とする請求項4に記載の光アイソレータ。 The optical isolator according to claim 4, wherein the pair of polarizers are fixed to the fixing member together with the Faraday rotator.
前記駆動部材は、前記磁気印加部を移動させる
ことを特徴とする請求項2に記載の光アイソレータ。 The Faraday rotator is fixed in position,
The optical isolator according to claim 2, wherein the driving member moves the magnetic application unit.
前記前記温度変化による前記バイメタルの他端の変位により、前記ファラデー回転子と前記磁気印加部とが相対的に移動する
ことを特徴とする請求項3から6のいずれか1項に記載の光アイソレータ。 The drive member is a bimetal with one end fixed in position,
The optical isolator according to any one of claims 3 to 6, wherein the Faraday rotator and the magnetic application unit move relatively by displacement of the other end of the bimetal due to the temperature change. .
前記電磁石に電圧を印加する電圧印加部を更に備え、
前記電圧印加部は前記温度変化に応じて前記電圧を変化する
ことを特徴とする請求項1に記載の光アイソレータ。 The magnetic application unit is composed of an electromagnet,
A voltage application unit for applying a voltage to the electromagnet;
The optical isolator according to claim 1, wherein the voltage application unit changes the voltage according to the temperature change.
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