JP3376529B2 - 光アイソレータ - Google Patents
光アイソレータInfo
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- JP3376529B2 JP3376529B2 JP07173593A JP7173593A JP3376529B2 JP 3376529 B2 JP3376529 B2 JP 3376529B2 JP 07173593 A JP07173593 A JP 07173593A JP 7173593 A JP7173593 A JP 7173593A JP 3376529 B2 JP3376529 B2 JP 3376529B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光アイソレータの構成
に関し、特に、波長が０．６〜０．８μｍの可視光領域
で用いられる光アイソレータに関する。
に関し、特に、波長が０．６〜０．８μｍの可視光領域
で用いられる光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信網の発展並びに光を利用
する計測、分析機器類の普及に伴い、それらの光源とし
て用いられる半導体レーザの普及化が著しい。これらの
利用分野においては、多くの場合、レーザに高い動作安
定性が要求されるため、出射光すなわち順方向の光を通
し且つ反射戻り光すなわち逆方向の光を遮断する方向性
光素子である光アイソレータを利用するケースが少なく
ない。
する計測、分析機器類の普及に伴い、それらの光源とし
て用いられる半導体レーザの普及化が著しい。これらの
利用分野においては、多くの場合、レーザに高い動作安
定性が要求されるため、出射光すなわち順方向の光を通
し且つ反射戻り光すなわち逆方向の光を遮断する方向性
光素子である光アイソレータを利用するケースが少なく
ない。
【０００３】光アイソレータは、基本的には２枚の偏光
子の間にファラデー回転子を直列に配置し、光軸に平行
な磁界を印加するように構成されるが、そのファラデー
回転子には、使用する波長付近に材料固有の吸収帯を持
たないこと、及び弱い磁界あるいは短い光路長で容易に
偏波面を４５度回転できることが望まれる。ファラデー
回転子の光損失ＩＬは、次の数１により与えられる。
子の間にファラデー回転子を直列に配置し、光軸に平行
な磁界を印加するように構成されるが、そのファラデー
回転子には、使用する波長付近に材料固有の吸収帯を持
たないこと、及び弱い磁界あるいは短い光路長で容易に
偏波面を４５度回転できることが望まれる。ファラデー
回転子の光損失ＩＬは、次の数１により与えられる。
【０００４】
【数１】
【０００５】またファラデー回転子の偏波面回転角ＱF
は次の数２により与えられる。
は次の数２により与えられる。
【０００６】
【数２】
【０００７】従って、このファラデー回転子としては、
使用波長での光吸収係数αが小さい程、及びベルデ定数
Ｖが大きい程好ましいことになる。
使用波長での光吸収係数αが小さい程、及びベルデ定数
Ｖが大きい程好ましいことになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】近年、短波長にて発振
する半導体レーザが普及し、特に光計測分野において
は、光ビームを目で確認できる利点もあり、波長が０．
６〜０．８μｍ程度の可視光領域の光源が多く用いられ
るようになってきた。しかしながら、この光波長帯域に
おいてファラデー回転子として用いることのできる材料
としては、前記条件を十分に満足するものが無いのが実
状である。例えば、ベルデ定数の大きい強磁性ガーネッ
ト単結晶では、弱い磁界で４５度の回転が得られるもの
の、材料固有の吸収帯があるために光損失が大きく実用
には適さない。一方、使用波長近傍に吸収帯をもたない
常磁性ガラスでは、ベルデ定数が極めて小さいため長い
光路長と強い磁界すなわち大きな磁気回路を必要とし、
光アイソレータの大型化が不可避であった。
する半導体レーザが普及し、特に光計測分野において
は、光ビームを目で確認できる利点もあり、波長が０．
６〜０．８μｍ程度の可視光領域の光源が多く用いられ
るようになってきた。しかしながら、この光波長帯域に
おいてファラデー回転子として用いることのできる材料
としては、前記条件を十分に満足するものが無いのが実
状である。例えば、ベルデ定数の大きい強磁性ガーネッ
ト単結晶では、弱い磁界で４５度の回転が得られるもの
の、材料固有の吸収帯があるために光損失が大きく実用
には適さない。一方、使用波長近傍に吸収帯をもたない
常磁性ガラスでは、ベルデ定数が極めて小さいため長い
光路長と強い磁界すなわち大きな磁気回路を必要とし、
光アイソレータの大型化が不可避であった。
【０００９】ところで、前述のように、光アイソレータ
は、その構成要素が光軸上に直列配置された構成をと
り、その外観形状は、多くの場合図２に示されるよう
に、光軸Ｏを中心とする円柱形であり、ファラデー回転
子１を励磁するための磁気回路は、光軸Ｏと平行な方向
に磁化された円筒形マグネット３からなっている。従っ
て、そのケース４の径方向（光軸Ｏに直交する方向）の
大きさを決定する要素は、ファラデー回転子１で光の偏
波面を４５度回転させるのに必要な磁界Ｈを発生させる
磁気回路、すなわち円筒形マグネット３の外径である。
一方、光アイソレータのケース４の長さ方向（光軸Ｏに
平行な方向）の大きさは、その構成光学要素、すなわ
ち、一対の偏光子２，２’（又は偏光子と検光子）と、
ファラデー回転子１との各々の光路長及び各構成要素間
の間隙の大きさの総和によって決定される。従って、そ
の性能を低下させること無く光アイソレータを小型化す
るためには、ベルデ定数が大きくかつその使用波長近傍
に吸収帯をもたないファラデー回転子と、小さな外径で
も強い磁性を発生できる磁気回路が必要となる。
は、その構成要素が光軸上に直列配置された構成をと
り、その外観形状は、多くの場合図２に示されるよう
に、光軸Ｏを中心とする円柱形であり、ファラデー回転
子１を励磁するための磁気回路は、光軸Ｏと平行な方向
に磁化された円筒形マグネット３からなっている。従っ
て、そのケース４の径方向（光軸Ｏに直交する方向）の
大きさを決定する要素は、ファラデー回転子１で光の偏
波面を４５度回転させるのに必要な磁界Ｈを発生させる
磁気回路、すなわち円筒形マグネット３の外径である。
一方、光アイソレータのケース４の長さ方向（光軸Ｏに
平行な方向）の大きさは、その構成光学要素、すなわ
ち、一対の偏光子２，２’（又は偏光子と検光子）と、
ファラデー回転子１との各々の光路長及び各構成要素間
の間隙の大きさの総和によって決定される。従って、そ
の性能を低下させること無く光アイソレータを小型化す
るためには、ベルデ定数が大きくかつその使用波長近傍
に吸収帯をもたないファラデー回転子と、小さな外径で
も強い磁性を発生できる磁気回路が必要となる。
【００１０】本発明の課題は、光アイソレータ、特に可
視光領域で使用される光アイソレータのファラデー回転
子励磁気回路を小型化でき、使用波長近傍に吸収帯が無
くかつベルデ定数が大きい材料をファラデー回転子とし
て用いることにより、光損失特性に優れた小型の光アイ
ソレータを提供することにある。
視光領域で使用される光アイソレータのファラデー回転
子励磁気回路を小型化でき、使用波長近傍に吸収帯が無
くかつベルデ定数が大きい材料をファラデー回転子とし
て用いることにより、光損失特性に優れた小型の光アイ
ソレータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、偏光
子、ファラデー回転子及びファラデー回転子励磁気回路
からなる光アイソレータであって、上記ファラデー回転
子励磁気回路が、同心直列に配置された略同一形状で磁
化方向の異なる２つのラジアル配向円筒形マグネットか
らなることを特徴とする光アイソレータが得られる。
子、ファラデー回転子及びファラデー回転子励磁気回路
からなる光アイソレータであって、上記ファラデー回転
子励磁気回路が、同心直列に配置された略同一形状で磁
化方向の異なる２つのラジアル配向円筒形マグネットか
らなることを特徴とする光アイソレータが得られる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図によって詳細に説
明する。
明する。
【００１３】本発明の光アイソレータにおいてファラデ
ー回転子として用いられるＣｄ1-XＭｎX Ｔｅ単結晶
は、ｘが０．１〜０．５の範囲にあるもであればよく、
ｘが０．０１以下の素子ではベルデ定数が小さく実用に
適さず、また、ｘが０．５を越える素子では材料固有の
吸収帯がピンキングされるために実用に適さず本発明の
目的にそぐわない。また、本発明において用いられるラ
ジアル配向円筒形マグネットとしては、磁気エネルギー
積ＢＨｍａｘの大きなものが望まれ、その好ましい素材
としては、ＳｍＣｏ系マグネット及びＮｄＦｅＢ系マグ
ネットを挙げることができる。
ー回転子として用いられるＣｄ1-XＭｎX Ｔｅ単結晶
は、ｘが０．１〜０．５の範囲にあるもであればよく、
ｘが０．０１以下の素子ではベルデ定数が小さく実用に
適さず、また、ｘが０．５を越える素子では材料固有の
吸収帯がピンキングされるために実用に適さず本発明の
目的にそぐわない。また、本発明において用いられるラ
ジアル配向円筒形マグネットとしては、磁気エネルギー
積ＢＨｍａｘの大きなものが望まれ、その好ましい素材
としては、ＳｍＣｏ系マグネット及びＮｄＦｅＢ系マグ
ネットを挙げることができる。
【００１４】本発明による光アイソレータは、そのファ
ラデー回転子励磁気回路が、図１に示すように、同心直
列に配置された略同一形状で互いに磁化方向の異なる２
つのラジアル配向の円筒形マグネット５，６で構成され
ている。すなわち、一方の円筒形マグネット５は外周側
がＮ極をなし、他方の円筒形マグネット６は内周側がＮ
極をなすように、それぞれ磁化方向を違えて同心直列に
配置されている。
ラデー回転子励磁気回路が、図１に示すように、同心直
列に配置された略同一形状で互いに磁化方向の異なる２
つのラジアル配向の円筒形マグネット５，６で構成され
ている。すなわち、一方の円筒形マグネット５は外周側
がＮ極をなし、他方の円筒形マグネット６は内周側がＮ
極をなすように、それぞれ磁化方向を違えて同心直列に
配置されている。
【００１５】これにより、本発明は、先ず第１に、この
ファラデー回転子励磁気回路の漏洩磁束の効率的利用が
可能となるとともに、光軸と垂直な方向の磁界均一性が
向上する。この効果は、各円筒形マグネット５，６の外
周側に、軟磁性材料からなる１つの円筒形ヨーク（本実
施例では、ケース４の円筒形ホルダ４ａに相当）を同心
内接させて配置することにより一段と向上する。従っ
て、この円筒形マグネット５，６を使用して光アイソレ
ータにおけるファラデー回転子励磁気回路を構成するこ
とにより、従来の光軸方向磁化型マグネット７を使用し
た場合（図３）に比較して、所望の磁界強度を得るため
の磁気回路をより小さな外径に構成することが可能とな
る。
ファラデー回転子励磁気回路の漏洩磁束の効率的利用が
可能となるとともに、光軸と垂直な方向の磁界均一性が
向上する。この効果は、各円筒形マグネット５，６の外
周側に、軟磁性材料からなる１つの円筒形ヨーク（本実
施例では、ケース４の円筒形ホルダ４ａに相当）を同心
内接させて配置することにより一段と向上する。従っ
て、この円筒形マグネット５，６を使用して光アイソレ
ータにおけるファラデー回転子励磁気回路を構成するこ
とにより、従来の光軸方向磁化型マグネット７を使用し
た場合（図３）に比較して、所望の磁界強度を得るため
の磁気回路をより小さな外径に構成することが可能とな
る。
【００１６】第２に、本発明は、ファラデー回転子１と
して、ベルデ定数の大きなＣｄ1-XＭｎX Ｔｅ単結晶
（ｘ＝０．１〜０．５）の素子を用いているので、従来
の代表的な素子材料である常磁性ガラスに比べて、光路
長（素子の厚さ）を略一桁下に短くすることができる。
これにより、図１の各端部ホルダ４ｂ，４ｃからなる光
アイソレータのケース４の長さ方向（光軸Ｏに平行な方
向）の大きさ、すなわち、一対の偏光子（又は偏光子と
検光子）２，２’と、ファラデー回転子１との各々の光
路長及び各構成要素間の間隙の大きさの総和を短く構成
することが可能となる。
して、ベルデ定数の大きなＣｄ1-XＭｎX Ｔｅ単結晶
（ｘ＝０．１〜０．５）の素子を用いているので、従来
の代表的な素子材料である常磁性ガラスに比べて、光路
長（素子の厚さ）を略一桁下に短くすることができる。
これにより、図１の各端部ホルダ４ｂ，４ｃからなる光
アイソレータのケース４の長さ方向（光軸Ｏに平行な方
向）の大きさ、すなわち、一対の偏光子（又は偏光子と
検光子）２，２’と、ファラデー回転子１との各々の光
路長及び各構成要素間の間隙の大きさの総和を短く構成
することが可能となる。
【００１７】従って、本発明によれば、これらの効果に
より、外径が小さく且つ長さの短い、小型の可視光領域
用の光アイソレータが得られる。
より、外径が小さく且つ長さの短い、小型の可視光領域
用の光アイソレータが得られる。
【００１８】本発明の第１の実施例として、次の表１に
示す構成要素により、図１に示す断面構造を有する評価
用光アイソレータを作成した。なお、後述の光学特性評
価のため、偏光子（又は検光子）２’は、回転自在とな
るように構成した。
示す構成要素により、図１に示す断面構造を有する評価
用光アイソレータを作成した。なお、後述の光学特性評
価のため、偏光子（又は検光子）２’は、回転自在とな
るように構成した。
【００１９】
【表１】
【００２０】また、本発明の第２の実施例として、第１
の実施例の光アイソレータの構成要素のうち、円筒形ホ
ルダ４ａのみを軟磁性体である軟鉄材（ＳＳ４１材）に
替えて、第１の実施例と同様な構成の評価用光アイソレ
ータを作成した。
の実施例の光アイソレータの構成要素のうち、円筒形ホ
ルダ４ａのみを軟磁性体である軟鉄材（ＳＳ４１材）に
替えて、第１の実施例と同様な構成の評価用光アイソレ
ータを作成した。
【００２１】更に、本発明の各実施例に対する比較例と
して、次の表２に示す構成要素により、図３に示す従来
の断面構造を有し、かつ第１の実施例の試料と同一の外
径及び長さの形状を有する評価用光アイソレータを作成
した。
して、次の表２に示す構成要素により、図３に示す従来
の断面構造を有し、かつ第１の実施例の試料と同一の外
径及び長さの形状を有する評価用光アイソレータを作成
した。
【００２２】
【表２】
【００２３】以上の試料に関し、２つの偏光子２，２’
間の偏光面の角度差（ファラデー回転角）及び挿入損失
を測定した結果、次の表３に示すような測定結果を得
た。ここで、光源としては、波長６３３ｎｍのＨｅＮｅ
レーザを用いた。
間の偏光面の角度差（ファラデー回転角）及び挿入損失
を測定した結果、次の表３に示すような測定結果を得
た。ここで、光源としては、波長６３３ｎｍのＨｅＮｅ
レーザを用いた。
【００２４】
【表３】
【００２５】この表３から判るように、本発明の光アイ
ソレータにおいては、同一の寸法形状を有する従来の光
アイソレータに比べて、大きなファラデー回転角と従来
と略同等の挿入損失特性を示している。従って、この結
果より、本発明の光アイソレータでは、所望のファラデ
ー回転角（すなわち４５度）を従来例より小型な形状で
得られることが容易に類推できる。
ソレータにおいては、同一の寸法形状を有する従来の光
アイソレータに比べて、大きなファラデー回転角と従来
と略同等の挿入損失特性を示している。従って、この結
果より、本発明の光アイソレータでは、所望のファラデ
ー回転角（すなわち４５度）を従来例より小型な形状で
得られることが容易に類推できる。
【００２６】なお、ここでは、Ｃｄ1-X ＭｎX Ｔｅ単結
晶素子以外のファラデー素子、すなわちガーネット圧膜
あるいは常磁性ガラスについての比較例を省いたが、前
者の一例であるＧｄＢｉ系ガーネット厚膜では、偏波面
の４５度回転時にその挿入損失が約３ｄＢとなり実用に
適さず、また、後者の一例である鉛ガラスでは、偏波面
を４５度回転させるのに約４Ｃｍの光路長が必要であ
り、その大きさの点で実用的でない。
晶素子以外のファラデー素子、すなわちガーネット圧膜
あるいは常磁性ガラスについての比較例を省いたが、前
者の一例であるＧｄＢｉ系ガーネット厚膜では、偏波面
の４５度回転時にその挿入損失が約３ｄＢとなり実用に
適さず、また、後者の一例である鉛ガラスでは、偏波面
を４５度回転させるのに約４Ｃｍの光路長が必要であ
り、その大きさの点で実用的でない。
【００２７】上述のように、本発明によれば、可視光領
域で使用される光アイソレータを、その性能を低下させ
ること無く小型化することができる。また、本発明の光
アイソレータにおいては、図１に示すように、円筒形マ
グネット５，６の内部にファラデー回転子１を固定する
必要が必ずしもないので、このファラデー回転子１を固
定するための接着しろによる光有効径の減少が無く、同
じ内径の磁気回路で比較すると、この光有効径を大きく
確保でき、また、ファラデー回転子１の大きさが円筒形
マグネット５，６の内径に制限されないので、例えばフ
ァラデー回転子として多角形の断面形状の素子を用いて
もその光有効径を低下させることがなく、ファラデー回
転子の加工の自由度が向上される。なお、０．６〜０．
８μｍ以外の波長領域において使用される光アイソレー
タの場合にも、本発明の構成によりその小型化が可能と
なる。
域で使用される光アイソレータを、その性能を低下させ
ること無く小型化することができる。また、本発明の光
アイソレータにおいては、図１に示すように、円筒形マ
グネット５，６の内部にファラデー回転子１を固定する
必要が必ずしもないので、このファラデー回転子１を固
定するための接着しろによる光有効径の減少が無く、同
じ内径の磁気回路で比較すると、この光有効径を大きく
確保でき、また、ファラデー回転子１の大きさが円筒形
マグネット５，６の内径に制限されないので、例えばフ
ァラデー回転子として多角形の断面形状の素子を用いて
もその光有効径を低下させることがなく、ファラデー回
転子の加工の自由度が向上される。なお、０．６〜０．
８μｍ以外の波長領域において使用される光アイソレー
タの場合にも、本発明の構成によりその小型化が可能と
なる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、性能を低下させること
無く光アイソレータを小型化できる。
無く光アイソレータを小型化できる。
【図１】本発明の光アイソレータの一実施例の構成を示
す概略図である。
す概略図である。
【図２】従来の一般的な光アイソレータの構成を示す概
略図である。
略図である。
【図３】本発明の比較例としての従来の光アイソレータ
の構成を示す概略図である。
の構成を示す概略図である。
１ ファラデー回転子
２ 偏光子
２’ 偏光子又は検光子
４ ケース
４ａ 円筒形ホルダ
４ｂ，４ｃ 端部ホルダ
５，６ 円筒形マグネット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 27/28
Claims (3)
- 【請求項１】偏光子、ファラデー回転子及びファラデー
回転子励磁気回路からなる光アイソレータであって、上
記ファラデー回転子励磁気回路が、同心直列に配置され
た略同一形状で磁化方向の異なる２つのラジアル配向円
筒形マグネットからなることを特徴とする光アイソレー
タ。 - 【請求項２】上記の同心直列に配置された２つのラジア
ル配向円筒形マグネットを、軟磁性材料からなる１つの
円筒形ヨークに同心内接させて配置してなる請求項１記
載の光アイソレータ。 - 【請求項３】 上記ファラデー回転子が、Ｃｄ１−ｘＭ
ｎｘＴｅ単結晶（ｘ＝０．１〜０．５）の素子からなる
請求項１又は請求項２記載の光アイソレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07173593A JP3376529B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 光アイソレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07173593A JP3376529B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 光アイソレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281885A JPH06281885A (ja) | 1994-10-07 |
| JP3376529B2 true JP3376529B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=13469081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07173593A Expired - Fee Related JP3376529B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 光アイソレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3376529B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| 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 |
| JP2007333899A (ja) * | 2006-06-13 | 2007-12-27 | Murata Mfg Co Ltd | 磁気光学デバイスおよび光アイソレータ |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP07173593A patent/JP3376529B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06281885A (ja) | 1994-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20021106 |
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