JP2018189880A - Polarization member and optical isolator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、偏光部材及びそれを用いた光アイソレータに関する。 The present invention relates to a polarizing member and an optical isolator using the polarizing member.
光通信や光計測において、半導体レーザから出た光が、伝送路途中に設けられた部材表面で反射し、その反射光が半導体レーザに戻ってくると、レーザ発振が不安定になってしまう。この反射戻り光を遮断するために、偏光面を非相反で回転させるファラデー回転子を用いた光アイソレータが用いられる。 In optical communication or optical measurement, when the light emitted from the semiconductor laser is reflected on the surface of a member provided in the middle of the transmission path and the reflected light returns to the semiconductor laser, laser oscillation becomes unstable. In order to block the reflected return light, an optical isolator using a Faraday rotator that rotates the polarization plane non-reciprocally is used.
光アイソレータは、通常、ファラデー回転子と、その光透過方向の両側に配置される２枚の偏光子と、ファラデー回転子の周囲に配置され、透過光の進行方向に対して平行な磁界を印加する磁石等から構成される。 An optical isolator is usually placed around a Faraday rotator, two polarizers arranged on both sides of the light transmission direction, and a Faraday rotator, and applies a magnetic field parallel to the traveling direction of transmitted light. It consists of a magnet etc.
このような光アイソレータに入射した光は、第一偏光子によって直線偏光にされ、ファラデー回転子を透過する。入射直線偏光は、このファラデー回転子によって偏光面が４５°回転され、透過偏光面を鉛直から４５°傾けて配置された第二偏光子を通って出射する。戻り光はさまざまの偏光成分を持っているが、このうち鉛直から４５°傾いた偏光成分のみが第二偏光子を透過する。この偏光成分は、ファラデー回転子によって４５°の旋光を受けて、第一偏光子の透過偏光面から垂直に傾いた偏光となるため、第一偏光子を透過することができず、光源側には光が戻らない。 Light incident on such an optical isolator is linearly polarized by the first polarizer and passes through the Faraday rotator. The incident linearly polarized light is rotated by 45 ° by the Faraday rotator, and is emitted through a second polarizer arranged with the transmission polarization surface inclined by 45 ° from the vertical. The return light has various polarization components, but only the polarization component inclined 45 ° from the vertical is transmitted through the second polarizer. This polarization component receives 45 ° of rotation by the Faraday rotator and becomes polarized light that is tilted perpendicularly from the transmission polarization plane of the first polarizer. Does not return light.
光アイソレータにおいては、近年、光源となるレーザ光の高出力化に対応することが求められている。高出力レーザ光源に対応するための課題として、ファラデー回転子の光吸収による温度上昇が挙げられる。ファラデー回転子の温度が上昇すると、ファラデー回転角が変化し、光アイソレータの消光比等の特性が劣化してしまう。 In recent years, optical isolators are required to cope with high output of laser light serving as a light source. As a problem to cope with a high-power laser light source, there is an increase in temperature due to light absorption of the Faraday rotator. When the temperature of the Faraday rotator rises, the Faraday rotation angle changes, and characteristics such as the extinction ratio of the optical isolator deteriorate.
このような課題を解決するため、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１では、磁気光学結晶をガーネット基板で挟んだ構成を提案している。しかしながら、ガーネット基板の熱伝導率は十分ではなく、１００ｍＷを超える出力においては、ファラデー回転子の温度上昇を抑えることは難しい。
In order to solve such problems, various proposals have been made. For example,
また、特許文献２では、ファラデー回転子に高い熱伝導率を示すサファイア単結晶を接触させて放熱効果を高めている。しかしながら、サファイア単結晶は複屈折性結晶であるため、光の入射角度によっては消光比が劣化してしまうという問題がある。
Moreover, in
対して、特許文献３では、楔型複屈折結晶板とサファイア単結晶板の結晶軸の方向を一致させることで消光比の劣化を防いでいる。しかしながら、透明な結晶板の結晶軸を考慮しながらの製造工程は、非常に煩雑なものとなってしまう。
On the other hand, in
光アイソレータを構成する偏光子には、様々な形式のものが用いられる。光アイソレータに用いられる偏光子の一つとして、内部に金属微粒子を分散させたガラス偏光子が挙げられる。ガラス偏光子による偏光は、内部に分散された金属微粒子の伝導吸収に基づくものである。吸収したエネルギーは熱に変換されるため、レーザ光源の高出力化が進むにつれて、ファラデー回転子とともにガラス偏光子の発熱も問題となる。 Various types of polarizers constituting the optical isolator are used. As one of the polarizers used in the optical isolator, there is a glass polarizer in which metal fine particles are dispersed. Polarization by the glass polarizer is based on conduction absorption of metal fine particles dispersed inside. Since the absorbed energy is converted into heat, heat generation of the glass polarizer as well as the Faraday rotator becomes a problem as the output of the laser light source increases.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、高出力レーザ光源によるガラス偏光子の温度上昇を抑制できる偏光部材を提供することを目的とする。また、本発明は、消光比等の特性劣化が抑制され、製造も容易な光アイソレータを提供することも目的とする。 This invention is made | formed in view of the said problem, Comprising: It aims at providing the polarizing member which can suppress the temperature rise of the glass polarizer by a high output laser light source. It is another object of the present invention to provide an optical isolator in which deterioration of characteristics such as an extinction ratio is suppressed and manufacturing is easy.
上記課題を解決するために、本発明では、光透過面に入射した光を偏光させる偏光部材であって、内部に金属微粒子が分散されたガラス偏光子と、該ガラス偏光子の光透過面に接合されたシリコン単結晶膜とを含んで構成されている偏光部材を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a polarizing member that polarizes light incident on a light transmission surface, the glass polarizer having metal fine particles dispersed therein, and the light transmission surface of the glass polarizer. Provided is a polarizing member including a bonded silicon single crystal film.
このような偏光部材であれば、熱伝導率の高いシリコン単結晶膜がガラス偏光子の光透過面上に設けられているため、高出力レーザ光源によるガラス偏光子の温度上昇を抑制できる。 With such a polarizing member, since the silicon single crystal film having high thermal conductivity is provided on the light transmission surface of the glass polarizer, the temperature rise of the glass polarizer due to the high-power laser light source can be suppressed.
またこのとき、前記ガラス偏光子は、平板形状であって、かつ該ガラス偏光子の向い合う二つの光透過面にそれぞれ一層ずつ前記シリコン単結晶膜が接合されているものであることが好ましい。 At this time, it is preferable that the glass polarizer has a flat plate shape and the silicon single crystal film is bonded to each of two light transmitting surfaces facing the glass polarizer.
このような構造を有する偏光部材であれば、より効果的に高出力レーザ光源によるガラス偏光子の温度上昇を抑制できる。 If it is a polarizing member which has such a structure, the temperature rise of the glass polarizer by a high output laser light source can be suppressed more effectively.
また、前記シリコン単結晶膜は、前記偏光部材を透過させる光の波長において光透過率が９８％以上のものであることが好ましい。 The silicon single crystal film preferably has a light transmittance of 98% or more at a wavelength of light transmitted through the polarizing member.
このような光透過率を有するシリコン単結晶膜を用いた偏光部材であれば、光アイソレータとして好適に用いることができる。 A polarizing member using a silicon single crystal film having such light transmittance can be suitably used as an optical isolator.
このとき、前記光の波長は、１１００ｎｍ以上６５００ｎｍ以下のものであることが好ましい。 At this time, the wavelength of the light is preferably 1100 nm or more and 6500 nm or less.
シリコン単結晶膜は波長１１００ｎｍ以上６５００ｎｍ以下の範囲で高い透過率を示すため、このような波長の光を使用する場合において、本発明の偏光部材を好適に用いることができる。 Since the silicon single crystal film shows high transmittance in the wavelength range of 1100 nm to 6500 nm, the polarizing member of the present invention can be suitably used when using light with such a wavelength.
また、本発明の偏光部材においては、前記ガラス偏光子の光透過面及び前記シリコン単結晶膜の光透過面の少なくとも一つの面上に、反射防止コーティングを有するものであることが好ましい。 The polarizing member of the present invention preferably has an antireflection coating on at least one of the light transmitting surface of the glass polarizer and the light transmitting surface of the silicon single crystal film.
このような構成を有する偏光部材であれば、偏光部材の表面や、ガラス偏光子とシリコン単結晶膜との界面における反射を防ぐことができる。 If it is a polarizing member which has such a structure, the reflection in the surface of a polarizing member and the interface of a glass polarizer and a silicon single crystal film can be prevented.
さらに、本発明は、光の透過方向に配置された前記偏光部材及びファラデー回転子を含み、更に前記ファラデー回転子に磁界を印加する磁石を含んで構成されていることを特徴とする光アイソレータを提供する。 Furthermore, the present invention provides an optical isolator comprising the polarizing member and the Faraday rotator arranged in the light transmission direction, and further including a magnet for applying a magnetic field to the Faraday rotator. provide.
このように、本発明の偏光部材を用いて光アイソレータを構成すれば、温度上昇による消光比等の特性劣化を抑制することができる。 As described above, when the optical isolator is configured using the polarizing member of the present invention, it is possible to suppress deterioration of characteristics such as an extinction ratio due to a temperature rise.
また、本発明の光アイソレータにおいては、前記偏光部材と前記磁石が接触しているものとすることができる。 In the optical isolator of the present invention, the polarizing member and the magnet may be in contact with each other.
このような構成を有する光アイソレータであれば、ガラス偏光子から生じた熱を、シリコン単結晶膜及び磁石を通して効果的に放熱することができる。 With the optical isolator having such a configuration, heat generated from the glass polarizer can be effectively radiated through the silicon single crystal film and the magnet.
また、本発明の光アイソレータにおいては、前記偏光部材と前記磁石の間には、該磁石よりも高い熱伝導率を有する放熱部材が設けられ、前記偏光部材と前記放熱部材が接触し、かつ前記磁石と前記放熱部材が接触しているものとすることができる。 In the optical isolator of the present invention, a heat radiating member having higher thermal conductivity than the magnet is provided between the polarizing member and the magnet, the polarizing member and the heat radiating member are in contact with each other, and The magnet and the heat radiating member may be in contact with each other.
このような構成を有する光アイソレータであれば、より効果的にガラス偏光子から生じた熱を放熱することができる。 If it is an optical isolator which has such a structure, the heat generated from the glass polarizer can be radiated more effectively.
本発明のようなシリコン単結晶膜を有する偏光部材であれば、高出力レーザ光が透過した場合でもガラス偏光子の温度上昇を抑制することができる。また、この偏光部材を用いれば、温度上昇による消光比、逆方向挿入損失等の特性劣化の少ない光アイソレータを提供することができ、その製造も容易である。 If it is a polarizing member which has a silicon single crystal film like this invention, even when a high output laser beam permeate | transmits, the temperature rise of a glass polarizer can be suppressed. Further, if this polarizing member is used, an optical isolator with little characteristic deterioration such as extinction ratio and reverse insertion loss due to temperature rise can be provided, and its manufacture is easy.
本発明者は、ガラス偏光子の光透過面に熱伝導率の高いシリコン単結晶膜（１６８Ｗ／（ｍ・Ｋ））を接合させることによって、高出力レーザ光源によるガラス偏光子の温度上昇を抑制できることを見出した。また、このようにガラス偏光子とシリコン単結晶膜を含んで構成した偏光部材を用いて光アイソレータを構成すれば、ガラス偏光子の温度上昇による消光比等の特性劣化を抑制することができる。 The present inventor suppresses the temperature rise of the glass polarizer caused by the high-power laser light source by bonding a silicon single crystal film (168 W / (m · K)) having high thermal conductivity to the light transmitting surface of the glass polarizer. I found out that I can do it. In addition, if an optical isolator is configured using a polarizing member that includes a glass polarizer and a silicon single crystal film in this manner, it is possible to suppress deterioration in characteristics such as an extinction ratio due to a temperature rise of the glass polarizer.
即ち、本発明は、光透過面に入射した光を偏光させる偏光部材であって、内部に金属微粒子が分散されたガラス偏光子と、該ガラス偏光子の光透過面に接合されたシリコン単結晶膜とを含んで構成されている偏光部材である。 That is, the present invention is a polarizing member that polarizes light incident on a light transmission surface, a glass polarizer in which metal fine particles are dispersed, and a silicon single crystal bonded to the light transmission surface of the glass polarizer. The polarizing member is configured to include a film.
以下、本発明について図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
図１は、本発明の偏光部材の構成例を示す概略断面図である。図１（ａ）は、ガラス偏光子１の一つの光透過面にシリコン単結晶膜２を接合した例である。図１（ａ）に示した偏光部材１０１は、ガラス偏光子１と、ガラス偏光子１の光透過面に接合されたシリコン単結晶膜２を含んで構成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a polarizing member of the present invention. FIG. 1A shows an example in which a silicon
本発明において用いるガラス偏光子１は、金属微粒子を分散させたガラス偏光子であり、その偏光機構は金属微粒子内の伝導電子の共鳴吸収によるものである。このようなガラス偏光子１として、Ｃｏｒｎｉｎｇ社製Ｐｏｌａｒｃｏｒ、ＨＯＹＡ社製ＣＵＰＯ、ＣＯＤＩＸＸ社製ｃｏｌｏｒＰｏｌ等を用いることができる。
The
また、ガラス偏光子１は通常、平板形状である。図１（ｂ）に示したように、本発明では平板形状のガラス偏光子１の向い合う二つの光透過面に一層ずつシリコン単結晶膜２が接合している偏光部材１０２とすることが好ましい。このようにすれば、ガラス偏光子１の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
Moreover, the
このようなシリコン単結晶膜２は、使用する光の波長における光透過率が９８％以上となるようにすることが好ましい。例えば、シリコン単結晶膜２の膜厚を５ｍｍ以下とすれば、波長１５５０ｎｍの光において光透過率が９８％以上となる。
Such a silicon
また、シリコン単結晶膜２は、波長が１１００ｎｍ以上６５００ｎｍ以下の範囲の光において、光透過率が９８％以上となるものであることが好ましく、本発明の偏光部材１０１、１０２はこの波長範囲の光源に対して用いられることが好ましい。
The silicon
また、ガラス偏光子１とシリコン単結晶膜２との界面における反射を防ぐため反射防止（ＡＲ：Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティング層３が介在してもよい。この反射防止コーティング層（反射防止膜）３としては、通常用いられるものを用いることができ、例えば、酸化ケイ素と酸化タンタルとの組み合わせや酸化ケイ素と酸化チタンとの組み合わせ等を好適に用いることができる。この反射防止コーティング層３は、真空蒸着等の方法により形成することができる。このガラス偏光子１とシリコン単結晶膜２の間の反射防止コーティング層３は、対ガラス偏光子ＡＲコーティングとも、対シリコン単結晶ＡＲコーティングとも言うことができる。
Further, an anti-reflection (AR)
シリコン単結晶膜２を、ガラス偏光子１の光透過面に接合する方法は特に限定されないが、例えば、陽極接合、接着剤を用いて接合する方法、等によりシリコン単結晶膜２とガラス偏光子１を接合することができる。陽極接合等により無機的な接合状態とする方が、熱伝導性に優れるため好ましい。
The method for bonding the silicon
このようにガラス偏光子１の光透過面にシリコン単結晶膜２が接合された本発明の偏光部材１０１、１０２を用いて、光アイソレータを構成することができる。このような光アイソレータであれば、ガラス偏光子１の温度上昇による消光比等の特性劣化を抑制することができる。
Thus, an optical isolator can be configured using the
光アイソレータは、本発明の偏光部材１０１、１０２と、ファラデー回転子と、磁石を含んで構成する。光アイソレータの具体的な様態は特に限定されないが、例えば、以下のようにすることができる。
The optical isolator includes the
ファラデー回転子の光透過方向の両側に、本発明の偏光部材１０１、１０２を一つずつ配置する。磁石は、光の透過方向に対して平行な磁界を印加するように配置する。これらは、通常、筐体内に入れられデバイスとして製造される。その他、必要に応じて波長板、フィルタ、等の要素を追加してもよく、また、光アイソレータを含んだモジュールとしてもよい。
One
本発明の光アイソレータの構成の一例を図２に示した。図２の光アイソレータ２０１は、光の透過方向に配置された本発明の偏光部材１０１及びファラデー回転子４を含み、更にファラデー回転子４に磁界を印加する磁石５を含んで構成される。偏光部材１０１はガラス偏光子１とシリコン単結晶膜２からなり、反射防止コーティング層３を含んでいてもよい。また、偏光部材１０１とファラデー回転子４の空気と接する表面には、反射防止コーティング層（対空気ＡＲコーティング）６が施されていてもよい。
An example of the configuration of the optical isolator of the present invention is shown in FIG. The
ファラデー回転子４は、特に限定されないが、例えば、ビスマス置換希土類鉄ガーネット、Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２（ＹＩＧ）、Ｔｂ３Ｇａ５Ｏ１２（ＴＧＧ）、等を用いることができる。また、磁石５は、特に限定されないが、例えば、ＳｍＣｏ系磁石、ＮｄＦｅＢ系磁石、等を用いることができる。磁石５の形状は、中空形状であり、円筒形状であることが好ましい。このとき、所望の形状である一つの磁石を用いてもよいし、複数の磁石から所望の形状にしてもよい。
Although the
本発明の光アイソレータの構成の別の一例を図４に示した。図４の光アイソレータ２０３は、図２の構成例と同様に、光の透過方向に配置された本発明の偏光部材１０１及びファラデー回転子４を含み、更にファラデー回転子４に磁界を印加する磁石５を含んで構成される。図４の構成例では、偏光部材１０１とファラデー回転子４はエポキシ接着剤等の接着剤８により接合されている。接着剤８と偏光部材１０１の界面、及び接着剤８とファラデー回転子４の界面には対エポキシＡＲコーティング等の接着剤８に対する反射防止コーティング（対接着剤ＡＲコーティング）９が施されていてもよい。また、偏光部材１０１の空気と接する表面には、対空気ＡＲコーティング６が施されていてもよい。
Another example of the configuration of the optical isolator of the present invention is shown in FIG. The
また、図２及び図４に示しているように、光アイソレータ２０１、２０３において、偏光部材１０１と磁石５は接触していることが好ましい。このように構成することにより、ガラス偏光子１から生じた熱を、シリコン単結晶膜２及び磁石５を通して効果的に放熱することができる。
2 and 4, in the
本発明の光アイソレータの構成の別の一例を図３に示した。図３の光アイソレータ２０２は、図２の構成例と同様に、光の透過方向に配置された本発明の偏光部材１０１及びファラデー回転子４を含み、更にファラデー回転子４に磁界を印加する磁石５を含んで構成される。更に、図３の構成例では、偏光部材１０１と磁石５の間には、磁石５よりも高い熱伝導率を有する放熱部材７が設けられ、偏光部材１０１と放熱部材７が接触し、かつ磁石５と放熱部材７が接触している。このように、偏光部材１０１と磁石５の間には、磁石５よりも高い熱伝導率を有する放熱部材７が設けられ、偏光部材１０１と放熱部材７が接触し、かつ磁石５と放熱部材７が接触していることが好ましい。このように構成することにより、より効果的にガラス偏光子１から生じた熱を放熱することができる。
Another example of the configuration of the optical isolator of the present invention is shown in FIG. The
本発明の光アイソレータの構成の別の一例を図５に示した。この構成例では、偏光部材として、図１（ｂ）に示したガラス偏光子１の向い合う二つの光透過面のそれぞれにシリコン単結晶膜２を形成したもの（偏光部材１０２）を用いている。図５の光アイソレータ２０４は、図２の構成と同様に、光の透過方向に配置された本発明の偏光部材１０２及びファラデー回転子４を含み、更にファラデー回転子４に磁界を印加する磁石５を含んで構成される。偏光部材１０２と磁石５の間には、図３の構成例と同様に、磁石５よりも高い熱伝導率を有する放熱部材７が設けられ、偏光部材１０２と放熱部材７が接触し、かつ磁石５と放熱部材７が接触している。図５の構成例では、偏光部材１０２とファラデー回転子４はエポキシ接着剤等の接着剤８により接合されている例を示した。接着剤８と偏光部材１０２の界面、及び接着剤８とファラデー回転子４の界面には対エポキシＡＲコーティング等の接着剤８に対する反射防止コーティング（対接着剤ＡＲコーティング）９が施されていてもよい。また、偏光部材１０２の空気と接する表面には、対空気ＡＲコーティング６が施されていてもよい。
Another example of the configuration of the optical isolator of the present invention is shown in FIG. In this configuration example, a polarizing member in which the silicon
放熱部材７は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４３０）、炭素鋼、アルミニウム、真鍮、銅、アルミナ等を用いることができ、熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料を用いることが好ましい。
For the
以下、実施例及び比較例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
〈実施例１〉
以下のように、図１（ａ）に示した構造を有する偏光部材１０１を作製し、図２に示した光アイソレータ２０１を作製した。まず、波長１５５０ｎｍの透過光に対して、２５℃で偏光面を４５°回転させるように調整した（ＴｂＥｕ）２Ｂｉ１Ｆｅ４．８Ｇａ０．２Ｏ１２から成るファラデー回転子４を準備した。このファラデー回転子４の二つの光透過面には、対空気ＡＲコーティング６を施した。
<Example 1>
The
ガラス偏光子１（Ｃｏｒｎｉｎｇ社製Ｐｏｌａｒｃｏｒ）の光透過面のうち一面に、陽極接合法によってシリコン単結晶膜２を接合した。シリコン単結晶膜２のガラス偏光子１に接合する面には、対ガラス偏光子ＡＲコーティング３を施した。このようにして作製した、図１（ａ）に示した構造の偏光部材１０１の空気と接する光透過面には、対空気ＡＲコーティング６を施した（図２参照）。このシリコン単結晶膜１の膜厚は、０．１５ｍｍであり、波長１５５０ｎｍにおける光透過率は９９．４％であった。このようにして作製した偏光部材１０１を二つ準備した。
A silicon
次に、ファラデー回転子４の両側に、シリコン単結晶膜２が外側になるように、上記の偏光部材１０１を一つずつ配置し、これらを円筒状のＳｍＣｏ系製磁石５の内部に光が透過するように配置した。このとき、偏光部材１０１と磁石５は接触して配置した。これらを金属製筐体内に入れ、開口径が１０ｍｍの光アイソレータ２０１を完成させた（図２参照）。
Next, the
作製した光アイソレータ２０１について、５００ｍＷのＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーザ偏光を入射させて、挿入損失及び消光比の評価を行った。
About the produced
レーザ光を入射させた際の初期の順方向挿入損失は０．１５ｄＢ、逆方向挿入損失は４５．２ｄＢ、光アイソレータ２０１の消光比は４８．０ｄＢであった。その後、逆方向から順方向出射側偏光部材の透過偏光方向に合せて１時間連続でレーザ光を入射させた。一時間後の順方向挿入損失は０．１５ｄＢ、逆方向挿入損失は４１．３ｄＢ、光アイソレータ２０１の消光比は４７．５ｄＢであった。
When the laser beam was incident, the initial forward insertion loss was 0.15 dB, the reverse insertion loss was 45.2 dB, and the extinction ratio of the
〈実施例２〉
実施例２では、図３に示すように、実施例１で用いたのと同様の偏光部材１０１と磁石５の間に円筒形状の銅製放熱部材７を設けて光アイソレータ２０２を作製した。このとき、偏光部材１０１と放熱部材７が接触し、かつ磁石５と放熱部材７も接触するようにした。放熱部材７の熱伝導率は３７１Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、磁石５の熱伝導率は２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。それ以外は、実施例１と同様に光アイソレータ２０２を作製し、挿入損失及び消光比の評価を行った（図３参照）。
<Example 2>
In Example 2, as shown in FIG. 3, an
レーザ光を入射させた際の初期の順方向挿入損失は０．１５ｄＢ、逆方向挿入損失は４５．２ｄＢ、光アイソレータ２０２の消光比は４８．０ｄＢであった。その後、逆方向から１時間連続でレーザ光を入射させた。１時間後の順方向挿入損失は０．１５ｄＢ、逆方向挿入損失は４２．８ｄＢ、光アイソレータ２０２の消光比は４８．０ｄＢであった。
When the laser beam was incident, the initial forward insertion loss was 0.15 dB, the reverse insertion loss was 45.2 dB, and the extinction ratio of the
〈実施例３〉
実施例３では、図４に示したように、実施例１で用いたのと同様の偏光部材１０１とファラデー回転子４とを、エポキシ接着剤８を介して密着固定した。このとき、ファラデー回転子４の二つの光透過面には、対エポキシＡＲコーティング９を、シリコン単結晶膜２のガラス偏光子１に接する面には対ガラス偏光子ＡＲコーティング３を、外側になる面には対空気ＡＲコーティング６を施した。また、ガラス偏光子１のファラデー回転子４に接合した面には対エポキシＡＲコーティング９を施した。これらを円筒状のＮｄＦｅＢ系製磁石５の内部に光が透過するように配置した。これらを金属製筐体内に入れ、開口径が１ｍｍの光アイソレータ２０３を完成させた（図４参照）。
<Example 3>
In Example 3, as shown in FIG. 4, the same
作製した光アイソレータ２０３について、５００ｍＷのＣＷレーザ偏光を入射させて、挿入損失及び消光比の評価を行った。
About the produced
レーザ光を入射させた際の初期の順方向挿入損失は０．１７ｄＢ、逆方向挿入損失は４３．０ｄＢ、光アイソレータ２０３の消光比は４７．５ｄＢであった。その後、逆方向から順方向出射側偏光部材の透過偏光方向に合せて３０分間連続でレーザ光を入射させた。３０分後の順方向挿入損失は０．１８ｄＢ、逆方向挿入損失は３９．０ｄＢ、光アイソレータ２０３の消光比は４６．８ｄＢであった。
When the laser beam was incident, the initial forward insertion loss was 0.17 dB, the reverse insertion loss was 43.0 dB, and the extinction ratio of the
〈実施例４〉
実施例４では、以下のように、図１（ｂ）に示した構造を有する偏光部材１０２を作製し、図４に示した光アイソレータ２０４を作製した。まず、実施例１で用いたのと同様のガラス偏光子１の向い合う二つの光透過面にそれぞれ一層ずつシリコン単結晶膜２を接合した。これにより図１（ｂ）に示した偏光部材１０２を作製した。シリコン単結晶膜２のガラス偏光子１に接合する面には、対ガラス偏光子ＡＲコーティング３を、もう一方の面には対エポキシＡＲコーティング９を施した（図５参照）。このシリコン単結晶膜２の膜厚は、０．１５ｍｍであり、波長１５５０ｎｍにおける光透過率は９９．４％である。このようにして作製した偏光部材１０２を二つ準備した。
<Example 4>
In Example 4, the polarizing
次に、ファラデー回転子４の両側に、対空気ＡＲコーティング６を施したシリコン単結晶膜２が外側になるように偏光部材１０２を一つずつエポキシ接着剤８を介して密着固定し、これらを円筒形状のアルミナ製放熱部材７の内部に光が透過するように配置した。ファラデー回転子４の二つの光透過面には、対エポキシＡＲコーティング９を施した。放熱部材７の熱伝導率は３２Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。放熱部材７の周囲には円筒状のＮｄＦｅＢ系製磁石５を配置した。このＮｄＦｅＢ系製磁石５の熱伝導率は９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、放熱部材７の方が熱伝導率が高い。このとき、偏光部材１０２と放熱部材７が接触し、かつ磁石５と放熱部材７も接触するようにした。これらを金属製筐体内に入れ、開口径が１ｍｍの光アイソレータ２０４を完成させた（図５参照）。
Next, the
作製した光アイソレータ２０４について、５００ｍＷのＣＷレーザ偏光を入射させて、挿入損失及び消光比の評価を行った。
About the produced
レーザ光を入射させた際の初期の順方向挿入損失は０．１７ｄＢ、逆方向挿入損失は４３．５ｄＢ、光アイソレータ２０４の消光比は４７．８ｄＢであった。その後、逆方向から１時間連続でレーザ光を入射させた。１時間後の順方向挿入損失は０．１７ｄＢ、逆方向挿入損失は４１．５ｄＢ、光アイソレータ２０４の消光比は４６．８ｄＢであった。
When the laser beam was incident, the initial forward insertion loss was 0.17 dB, the reverse insertion loss was 43.5 dB, and the extinction ratio of the
〈比較例１〉
偏光部材として、シリコン単結晶膜を設けていないガラス偏光子を用いた以外は、実施例１と同様に光アイソレータを作製し、挿入損失及び消光比の評価を行った。なお、ガラス偏光子の二つの透過面には対空気ＡＲコーティングが施されているものを用いた。
<Comparative example 1>
An optical isolator was produced in the same manner as in Example 1 except that a glass polarizer without a silicon single crystal film was used as the polarizing member, and the insertion loss and the extinction ratio were evaluated. In addition, the thing to which anti-air AR coating was given to the two transmissive surfaces of a glass polarizer was used.
レーザ光を入射させた際の初期の順方向挿入損失は０．１５ｄＢ、逆方向挿入損失は４５．０ｄＢ、光アイソレータの消光比は４７．８ｄＢであった。その後、１時間連続でレーザ光を入射させた。１時間後の順方向挿入損失は１．０４ｄＢ、逆方向挿入損失は１５．０ｄＢ、光アイソレータの消光比は２３．０ｄＢであった。ガラス偏光子の金属微粒子が熱によって楕円形から円形に変形し、消光比が低下したと考えられる。 When the laser beam was incident, the initial forward insertion loss was 0.15 dB, the reverse insertion loss was 45.0 dB, and the extinction ratio of the optical isolator was 47.8 dB. Thereafter, laser light was incident continuously for 1 hour. The forward insertion loss after 1 hour was 1.04 dB, the backward insertion loss was 15.0 dB, and the extinction ratio of the optical isolator was 23.0 dB. It is considered that the metal fine particles of the glass polarizer were deformed from an ellipse to a circle by heat, and the extinction ratio was lowered.
〈比較例２〉
偏光部材として、シリコン単結晶膜を設けていないガラス偏光子を用いた以外は、実施例３と同様に光アイソレータを作製し、挿入損失及び消光比の評価を行った。なお、ガラス偏光子のファラデー回転子側の面には対エポキシＡＲコーティングが、外側になる面には対空気ＡＲコーティングが施されているものを用いた。
<Comparative example 2>
An optical isolator was produced in the same manner as in Example 3 except that a glass polarizer without a silicon single crystal film was used as the polarizing member, and the insertion loss and the extinction ratio were evaluated. In addition, the surface to the Faraday rotator side of the glass polarizer was coated with an anti-epoxy AR coating, and the outer surface was coated with an anti-air AR coating.
レーザ光を入射させた際の初期の順方向挿入損失は０．１５ｄＢ、逆方向挿入損失は４４．０ｄＢ、光アイソレータの消光比は４８．２ｄＢであった。その後、逆方向から３０分間連続でレーザ光を入射させた。３０分後、順方向入射側偏光部材とファラデー回転子との間のエポキシ接着剤が破壊され、ガラス偏光子も損傷した。 When the laser beam was incident, the initial forward insertion loss was 0.15 dB, the reverse insertion loss was 44.0 dB, and the extinction ratio of the optical isolator was 48.2 dB. Thereafter, laser light was incident continuously for 30 minutes from the reverse direction. After 30 minutes, the epoxy adhesive between the forward incident side polarizing member and the Faraday rotator was broken, and the glass polarizer was also damaged.
〈比較例３〉
比較例３では、偏光部材のシリコン単結晶膜の代わりにサファイアを用いた。それ以外は、実施例１と同様に光アイソレータを作製し、挿入損失及び消光比の評価を行った。
<Comparative Example 3>
In Comparative Example 3, sapphire was used instead of the silicon single crystal film of the polarizing member. Other than that, the optical isolator was produced similarly to Example 1, and the insertion loss and the extinction ratio were evaluated.
レーザ光を入射させた際の初期の順方向挿入損失は１．０４ｄＢ、逆方向挿入損失は２１．０ｄＢ、光アイソレータの消光比は２３．５ｄＢであった。サファイアの複屈折性の影響によって、消光比、順方向挿入損失、逆方向挿入損失の何れの値も悪くなっている。その後、１時間連続でレーザ光を入射させた。１時間後の順方向挿入損失は１．０４ｄＢ、逆方向挿入損失は２０．８ｄＢ、光アイソレータの消光比は２３．５ｄＢであった。 When laser light was incident, the initial forward insertion loss was 1.04 dB, the reverse insertion loss was 21.0 dB, and the extinction ratio of the optical isolator was 23.5 dB. Due to the influence of birefringence of sapphire, all of the extinction ratio, forward insertion loss, and reverse insertion loss are deteriorated. Thereafter, laser light was incident continuously for 1 hour. The forward insertion loss after 1 hour was 1.04 dB, the backward insertion loss was 20.8 dB, and the extinction ratio of the optical isolator was 23.5 dB.
以上の実施例のように、本発明の偏光部材を用いた光アイソレータであれば、５００ｍＷのＣＷレーザ偏光を入射させても消光比、順方向挿入損失、及び逆方向挿入損失の値は良好なものであった。さらに、実施例１、２、４では１時間、実施例３では３０分逆方向からレーザを射出した後でも、消光比、順方向挿入損失、及び逆方向挿入損失の値は良好なものであった。本発明の偏光部材を用いていない比較例１〜３では、ガラス偏光子の発熱により消光比が悪化したり、エポキシ接着剤が破壊されたり、長時間使用することは困難であった。また、本発明の偏光部材のシリコン単結晶膜の代わりにサファイアを用いた比較例３では、サファイアの複屈折性の影響によって、消光比、順方向挿入損失、逆方向挿入損失の何れの値も悪くなっていた。 As in the above embodiments, the optical isolator using the polarizing member of the present invention has good extinction ratio, forward insertion loss, and reverse insertion loss even when 500 mW CW laser polarized light is incident. It was a thing. Furthermore, the values of the extinction ratio, the forward insertion loss, and the backward insertion loss were good even after the laser was emitted from the reverse direction for 1 hour in Examples 1, 2, and 4 and 30 minutes in Example 3. It was. In Comparative Examples 1 to 3 in which the polarizing member of the present invention was not used, the extinction ratio deteriorated due to the heat generated by the glass polarizer, the epoxy adhesive was destroyed, and it was difficult to use for a long time. Further, in Comparative Example 3 using sapphire instead of the silicon single crystal film of the polarizing member of the present invention, all values of extinction ratio, forward insertion loss, and reverse insertion loss are caused by the influence of birefringence of sapphire. It was getting worse.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
１…ガラス偏光子、 ２…シリコン単結晶膜、
３…反射防止コーティング層（対ガラス偏光子（対シリコン単結晶）ＡＲコーティング）、
４…ファラデー回転子、 ５…磁石、
６…反射防止コーティング層（対空気ＡＲコーティング）、 ７…放熱部材、
８…接着剤、 ９…反射防止コーティング層（対接着剤ＡＲコーティング）、
１０１、１０２…偏光部材、
２０１、２０２、２０３、２０４…光アイソレータ。
1 ... glass polarizer, 2 ... silicon single crystal film,
3 ... Antireflection coating layer (for glass polarizer (vs. silicon single crystal) AR coating),
4 ... Faraday rotator, 5 ... Magnet,
6 ... Antireflection coating layer (air AR coating), 7 ... Heat dissipation member,
8 ... Adhesive, 9 ... Anti-reflective coating layer (for adhesive AR coating),
101, 102 ... polarizing member,
201, 202, 203, 204... Optical isolators.
Claims (8)
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| JP2017093842A JP6713949B2 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Polarizing member and optical isolator |
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| JP2017093842A JP6713949B2 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Polarizing member and optical isolator |
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-
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