JP4868311B2 - Faraday rotator for short wavelength light and optical isolator equipped with the Faraday rotator - Google Patents
Faraday rotator for short wavelength light and optical isolator equipped with the Faraday rotator Download PDFInfo
- Publication number
- JP4868311B2 JP4868311B2 JP2006347787A JP2006347787A JP4868311B2 JP 4868311 B2 JP4868311 B2 JP 4868311B2 JP 2006347787 A JP2006347787 A JP 2006347787A JP 2006347787 A JP2006347787 A JP 2006347787A JP 4868311 B2 JP4868311 B2 JP 4868311B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- garnet single
- faraday rotator
- light
- short wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
- G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/0009—Materials therefor
- G02F1/0036—Magneto-optical materials
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
Description
本発明は、短波長の光が入射した時に、光吸収による温度上昇を抑えることが可能であると共に薄型化が図られたファラデー回転子と、そのファラデー回転子を備えた光アイソレータに関する。 The present invention relates to a Faraday rotator that is capable of suppressing a temperature rise due to light absorption when short-wavelength light is incident and is thinned, and an optical isolator including the Faraday rotator.
光アイソレータは、一方向への光の通過を許容し、逆方向からの光の通過を阻止する非可逆性の光デバイスであり、例えば半導体レーザを光源とする光通信システムにおいて光信号が反射によって光源側に戻ることを防止するために用いられる。一般的にこのような光アイソレータは、ファラデー回転子と2個の偏光子及び永久磁石で構成される。光通信で一般的に用いられる近赤外波長域(1310nm〜1550nm)用の光アイソレータに使用されるファラデー回転子には、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶(以下、必要に応じて「ガーネット単結晶」)と云う)が用いられる。 An optical isolator is an irreversible optical device that allows light to pass in one direction and prevents light from passing in the opposite direction. For example, in an optical communication system using a semiconductor laser as a light source, an optical signal is reflected by reflection. Used to prevent returning to the light source side. In general, such an optical isolator includes a Faraday rotator, two polarizers, and a permanent magnet. Faraday rotators used for optical isolators in the near-infrared wavelength region (1310 nm to 1550 nm) commonly used in optical communications include bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals (hereinafter referred to as “garnet single crystals” ")") Is used.
更に光通信の発展に伴い、上記近赤外波長域の光信号を増幅する技術として、光ファイバ増幅器が注目されている。例えば1310nm帯の光信号に対しては1017nm帯励起による光ファイバ増幅器が用いられ、1550nm帯の光信号に対しては980nm帯励起による光ファイバ増幅器が用いられる。このために980nm帯及び1017nm帯用といった1000nm付近の光アイソレータが必要となる。 Furthermore, with the development of optical communication, optical fiber amplifiers are attracting attention as a technique for amplifying optical signals in the near infrared wavelength region. For example, an optical fiber amplifier using 1017 nm band pumping is used for an optical signal in the 1310 nm band, and an optical fiber amplifier pumping using 980 nm band is used for an optical signal in the 1550 nm band. For this purpose, an optical isolator near 1000 nm is required for the 980 nm band and the 1017 nm band.
或いは、光センサ又は精密加工用の光源として、1030nm〜1090nmの間の波長のレーザが用いられており、この光源への戻り光を防止するために、前記光源側にも光アイソレータの搭載が検討されている。 Alternatively, a laser with a wavelength between 1030 nm and 1090 nm is used as an optical sensor or a light source for precision processing, and in order to prevent return light to this light source, it is considered to install an optical isolator on the light source side. Has been.
前述のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は、単位長さあたりのヴェルデ定数が著しく大きいため、ファラデー回転子にビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を適用することにより、光アイソレータを大幅に小型化することが可能である。しかし、約12.50Å近辺の格子定数を有するビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶では、900nm付近にピークをもつFe3価の光吸収が1000nm以上まで広がりを有するため、1000nm付近の波長域では光吸収が大きくなる。従って、近赤外波長域よりも比較的短波長域の光源に対して使用される光アイソレータにビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を用いると、そのガーネット単結晶が光を吸収し易くなる。更に、吸収された光は熱に変換されてガーネット単結晶の光透過部分に大きな温度上昇を引き起こす。この温度上昇によってガーネット単結晶のファラデー回転角が変化して、光アイソレータの消光比劣化や熱的損傷による信頼性の低下と云った問題が発生する。 The aforementioned bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal has a remarkably large Verde constant per unit length. Therefore, by applying the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal to the Faraday rotator, the optical isolator can be significantly reduced in size. Is possible. However, in the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal having a lattice constant of about 12.50 mm, the absorption of Fe trivalent having a peak near 900 nm has spread to more than 1000 nm, so the light absorption is large in the wavelength region near 1000 nm. Become. Therefore, when a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal is used for an optical isolator used for a light source having a wavelength shorter than the near infrared wavelength region, the garnet single crystal is likely to absorb light. Furthermore, the absorbed light is converted into heat, which causes a large temperature rise in the light transmission part of the garnet single crystal. This temperature rise changes the Faraday rotation angle of the garnet single crystal, which causes problems such as deterioration of the extinction ratio of the optical isolator and deterioration of reliability due to thermal damage.
このような問題を解決するために、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の少なくとも片面に、常磁性のガーネット基板を設けたファラデー回転子並びにそのようなファラデー回転子を用いた光アイソレータが考案されている(例えば、特許文献1、2、3参照)。
In order to solve such problems, a Faraday rotator in which a paramagnetic garnet substrate is provided on at least one surface of a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal and an optical isolator using such a Faraday rotator have been devised. (For example, see
前述したガーネット基板付きガーネット単結晶を使用した光アイソレータの一例を図20に示す。図20の光アイソレータ100は、ファラデー回転子として、LPE法により製造されたビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜101(以下、「ガーネット単結晶膜101」と云う)を用いると共に、このガーネット単結晶膜101の片面に常磁性のガーネット基板102を残したものを、偏光子103ともう一方の偏光子104(検光子)の間に配置して構成されている。
An example of an optical isolator using the above-described garnet single crystal with a garnet substrate is shown in FIG. The
更に、ガーネット単結晶膜101のもう一方の面には、偏光子103を密着させている。ガーネット基板102としては、透過させる光の波長域でできるだけ透明であることが望ましく、特許文献1では、SGGG基板と称して市販されているGdをホスト希土類元素とする格子定数が1.2490nm〜1.2515nmの常磁性ガーネット[(GdCa)3(GaMgZr)5O12 ]を選択している(特許文献1の段落(0014)を参照)。このような格子定数1.2490nm〜1.2515nmのガーネット基板102で育成されるガーネット単結晶101の格子定数は、育成基板であるガーネット基板102の格子定数に依存するため、約12.49〜12.51Åの範囲で表される12.50Å近辺となる。
Further, a
又、特許文献2ではガーネット基板に、Gdをホスト希土類元素とするGd3Sc2Ga3O12を使用することが教示されており(特許文献2の段落(0020)を参照)、特許文献3ではガドリニウム・ガリウム・ガーネット(GGG)の使用が教示されている(特許文献3の(請求項1)を参照)。
上記特許文献1〜3は何れもガーネット単結晶で発生した熱を、ガーネット基板に伝導させてガーネット単結晶外部へと放熱することを基本的な技術思想としている。従って、ファラデー効果を有する磁気光学素子(上記特許文献1〜3では、ガーネット単結晶)で発生する熱量そのものを減少するということは考慮されていなかった。特許文献1〜3で教示されている、Gdをホスト希土類元素とする常磁性のガーネット基板は、ファラデー効果がほぼ皆無であるため、このガーネット基板をファラデー回転子として機能させることは事実上不可能であった。
The
そこで、ファラデー効果を有しつつも、光透過率が極めて高く光吸収が殆ど無いファラデー回転子として、Tbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶が種々考案されている(例えば、特許文献4、5参照)。 Thus, various paramagnetic garnet single crystals having Tb as a host rare earth element have been devised as Faraday rotators that have the Faraday effect but have very high light transmittance and little light absorption (for example, Patent Document 4). 5).
特許文献4には、Tbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶として、Tb3Ga5O12(以下、「TGG」と云う)単結晶で形成されたファラデー回転子を備えて構成された光アイソレータが教示されている。TGG単結晶は光透過率が99%超であるため順方向挿入損失と光吸収が極めて低い。従ってTGG単結晶をファラデー回転子として使用した場合、ファラデー回転子内部で発生する熱量そのものを減少させることが可能となる。
又、特許文献5の「背景技術」では、テルビウム・アルミニウム系常磁性ガーネット単結晶(Tb3Al5O12:以下、「TAG」)が教示されている。TAG単結晶は、ヴェルデ定数が他の常磁性ガーネット単結晶に比べて大きく、光の波長が500nm〜1400nmと広い範囲おいて十分に高い光透過率(99%超)が得られるため、光アイソレータにも好ましい単結晶材料である。
Further, “Background Art” of
しかしながら、Tbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶は、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に比べるとヴェルデ定数が非常に小さいため、厚みが非常に厚くなるという課題があった。特に、光アイソレータに前記常磁性ガーネット単結晶を使用すると、45度のファラデー回転角が必要となるため、ファラデー回転子の厚みが10mm(1cm)以上必要となり、光アイソレータが大型化してしまう。TAG単結晶は、常磁性ガーネット単結晶の中では最も大きいヴェルデ定数を有するが、大きいといっても波長633nmの光を透過した時のヴェルデ定数は、0.01deg/(Oe・cm)程度である。このような観点からファラデー回転子として実用的な大きさの常磁性ガーネット単結晶は未だ得られていないと結論付けられる。 However, the paramagnetic garnet single crystal having Tb as the host rare earth element has a problem that the thickness becomes very large because the Verde constant is much smaller than that of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal. In particular, when the paramagnetic garnet single crystal is used for an optical isolator, a Faraday rotation angle of 45 degrees is required. Therefore, the thickness of the Faraday rotator is required to be 10 mm (1 cm) or more, and the optical isolator becomes large. TAG single crystal has the largest Verde constant among paramagnetic garnet single crystals, but the Verde constant when transmitting light with a wavelength of 633 nm is about 0.01 deg / (Oe · cm) even though it is large. . From this point of view, it is concluded that a paramagnetic garnet single crystal having a practical size as a Faraday rotator has not yet been obtained.
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、光吸収が殆ど無いTbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶の厚みを、光吸収を抑えながらファラデー回転子に使用可能な程度まで薄くすることにより、近赤外波長域よりも比較的短波長域の光源に使用可能なファラデー回転子及び光アイソレータを実現することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to use the thickness of a paramagnetic garnet single crystal having almost no light absorption Tb as a host rare earth element for a Faraday rotator while suppressing light absorption. It is to realize a Faraday rotator and an optical isolator that can be used for a light source in a relatively short wavelength range than the near-infrared wavelength range by making it as thin as possible.
本発明の請求項1に記載の短波長光用ファラデー回転子は、常磁性ガーネット単結晶と、
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
前記常磁性ガーネット単結晶はTbをホスト希土類元素とすると共に、1030nm以上かつ1090nm以下の波長域の光に対して99%超の光透過率を有し、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は、入射さ
れる光の偏光面を回転させると共に、前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希
土類鉄ガーネット単結晶のそれぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見た
ときに同一方向に設定され、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデ
ー回転角の合計を45度と設定する磁界が、前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置
換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記磁界が2000Oe以上かつ3000Oe以下に設定され、永久磁石によって前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に入射され
る前記光の波長をλ(nm)とした時に、λは1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定
され、
前記常磁性ガーネット単結晶の少なくとも片面に、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶が設けられ、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚みの合
計が、1cm未満であり、
前記常磁性ガーネット単結晶の厚みが5mm以上であることを特徴とする短波長光用ファ
ラデー回転子である。
The Faraday rotator for short wavelength light according to
Including bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal,
The paramagnetic garnet single crystal has Tb as a host rare earth element, and has a light transmittance of more than 99% for light in a wavelength region of 1030 nm or more and 1090 nm or less,
The paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal rotate the plane of polarization of incident light, and the Faraday rotation directions of the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal, respectively. Are set in the same direction when viewed from the light propagation direction,
A magnetic field that sets the total Faraday rotation angle of the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal to 45 degrees is applied to the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal,
The magnetic field is set to 2000 Oe or more and 3000 Oe or less, applied to the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal by a permanent magnet,
When the wavelength of the light incident on the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal is λ (nm), λ is set to a wavelength condition of 1030 nm or more and 1090 nm or less,
The bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal is provided on at least one side of the paramagnetic garnet single crystal ,
The total thickness of the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal
The total is less than 1cm,
The Faraday rotator for short wavelength light, wherein the paramagnetic garnet single crystal has a thickness of 5 mm or more .
更に請求項2に記載の短波長光用ファラデー回転子は、前記常磁性ガーネット単結晶が
化学式がTb3Ga5O12、Tb3Al5O12、又は、Tb3Sc2Ga3O12で示される組成を有することを特徴とする請求項1に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
Furthermore, in the Faraday rotator for short wavelength light according to
更に請求項3に記載の短波長光用ファラデー回転子は、前記ビスマス置換希土類鉄ガー
ネット単結晶の格子定数が、12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
Further Faraday rotator for short wavelength light according to
更に請求項4に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が設けられると共に、
2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶と前記常磁性ガーネット単結晶のそ
れぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見たときに同一方向に設定され、
更に、前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶のファラデー回転角の合計を45度と設定する磁界が、前記常磁性ガーネット単結晶と2
個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記磁界が2000Oe以上かつ3000Oe以下に設定され、永久磁石によって前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚
みの合計が、1cm未満であり、
前記常磁性ガーネット単結晶の厚みが5mm以上であることを特徴とする請求項1乃至3
の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
Furthermore, the Faraday rotator for short wavelength light according to
Two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals are provided;
The Faraday rotation directions of the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals and the paramagnetic garnet single crystal are set in the same direction when viewed from the light propagation direction,
Furthermore, a magnetic field that sets the total Faraday rotation angle of the paramagnetic garnet single crystal and the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals to 45 degrees is
Applied to the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal ,
The magnetic field is set to 2000 Oe or more and 3000 Oe or less, and is applied to the paramagnetic garnet single crystal and the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals by a permanent magnet;
Thickness of the paramagnetic garnet single crystal and the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals
The sum of the total is less than 1cm,
The Faraday rotator for short wavelength light according to any one of the above.
又、請求項5に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記常磁性ガーネット単結晶の片面に、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が
設けられて構成される前記短波長光用ファラデー回転子を2個、前記光の伝搬方向に配列
し、
2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶と2個の前記常磁性ガーネット単結
晶のそれぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見たときに同一方向に設定
され、
更に、2個の前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶のファラデー回転角の合計を45度と設定する磁界が、2個の前記常磁性ガーネッ
ト単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記磁界が2000Oe以上かつ3000Oe以下に設定され、永久磁石によって2個の前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
2個の前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶の厚みの合計が、1cm未満であり、
2個の前記常磁性ガーネット単結晶の厚みの合計が5mm以上であることを特徴とする請
求項1乃至3の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
Further, the Faraday rotator for short wavelength light according to
Two Faraday rotators for short-wavelength light configured by providing the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal on one side of the paramagnetic garnet single crystal, arranged in the light propagation direction,
The Faraday rotation directions of the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals and the two paramagnetic garnet single crystals are set in the same direction when viewed from the light propagation direction,
Furthermore, the magnetic field that sets the total Faraday rotation angle of the two paramagnetic garnet single crystals and the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals to 45 degrees includes two paramagnetic garnet single crystals and two Of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal ,
The magnetic field is set to 2000 Oe or more and 3000 Oe or less, and is applied to the two paramagnetic garnet single crystals and the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals by a permanent magnet;
Two single paramagnetic garnet single crystals and two single bismuth-substituted rare earth iron garnets
The total crystal thickness is less than 1 cm,
Two of the Faraday rotator for short wavelength light according to any one of
更に請求項6に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記光の入射側に配列される前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が、もう1個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶よりも前記ファラデー回転角が小さく設定されることを特徴とする請求項4又は5に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
Furthermore, the Faraday rotator for short wavelength light according to
更に請求項7に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の両面のうち、前記常磁性ガーネット単結
晶が設けられる片面と反対側の片面に、Gd又はYをホスト希土類元素とする常磁性のネット基板が設けられると共に、
前記ガーネット基板が5W/m・K以上の熱伝導率を有することを特徴とする請求項1乃至
6の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
Furthermore, the Faraday rotator for short wavelength light according to claim 7 is:
Among both surfaces of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal, a paramagnetic net substrate having Gd or Y as a host rare earth element is provided on one side opposite to the one side on which the paramagnetic garnet single crystal is provided,
The garnet substrate has a thermal conductivity of 5 W / m · K or more.
6. The Faraday rotator for short wavelength light according to any one of 6 .
又、請求項8に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の両面のうち、前記常磁性ガーネット単結
晶が設けられる片面と反対側の片面に、光透過板が設けられると共に、
前記光透過板は、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱伝導率の4倍以上の
熱伝導率を有する材料で形成されることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の短
波長光用ファラデー回転子である。
Further, the Faraday rotator for short wavelength light according to
Among both surfaces of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal, a light transmission plate is provided on one side opposite to the one side on which the paramagnetic garnet single crystal is provided,
The light transmitting plate is short according to any one of
更に請求項9に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記光透過板が単結晶で構成され、その単結晶の光学的等方軸が前記ビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶の光学面に対して垂直となるように、前記光透過板が前記ビスマス
置換希土類鉄ガーネット単結晶の片面に設けられていることを特徴とする請求項8に記載
の短波長光用ファラデー回転子である。
Furthermore, the Faraday rotator for short wavelength light according to
The light transmission plate is made of a single crystal, and the light transmission plate is made of the bismuth-substituted rare earth so that the optical isotropic axis of the single crystal is perpendicular to the optical surface of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal. 9. The Faraday rotator for short wavelength light according to
更に請求項10に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記ガーネット基板の厚みが1mm以上に設定されることを特徴とする請求項7に記載の
短波長光用ファラデー回転子である。
Furthermore, the Faraday rotator for short wavelength light according to
The Faraday rotator for short wavelength light according to claim 7 , wherein the thickness of the garnet substrate is set to 1 mm or more.
更に請求項11に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に熱硬化性樹脂を塗布し、ペ
ルチェ素子又はヒートシンクに前記短波長光用ファラデー回転子が接着されることを特徴
とする請求項1乃至10の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
Furthermore, the Faraday rotator for short wavelength light according to
2. The short wavelength light Faraday rotator is applied to a side surface of the short wavelength light Faraday rotator which is a non-light transmitting surface, and the short wavelength light Faraday rotator is bonded to a Peltier element or a heat sink. The Faraday rotator for short wavelength light according to any one of 1 to 10 .
又、請求項12に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金属層を成膜し、ペルチェ
素子又はヒートシンクにハンダによって前記短波長光用ファラデー回転子が接合されるこ
とを特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
The Faraday rotator for short wavelength light according to
The metal layer is formed on a side surface of the Faraday rotator for short wavelength light which is a non-light transmitting surface, and the Faraday rotator for short wavelength light is bonded to a Peltier element or a heat sink by soldering. The Faraday rotator for short wavelength light according to any one of 1 to 10 .
又、請求項13に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金の膜を設け、前記金の膜
を熱圧着することによりペルチェ素子又はヒートシンクに前記短波長光用ファラデー回転
子が圧着されることを特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の短波長光用ファラデ
ー回転子である。
Further, the Faraday rotator for short wavelength light according to
The Faraday rotator for short wavelength light, which is a non-light transmitting surface, is provided with a gold film on the side surface of the Faraday rotator for short wavelength light, and the Faraday rotator for short wavelength light is pressure bonded to the Peltier element or heat sink by thermocompression bonding. The Faraday rotator for short wavelength light according to any one of
又、請求項14に記載の発明は、
請求項1乃至10の何れかに記載の前記短波長光用ファラデー回転子の、前記光の入射
側及び出射側に偏光子を配置してなる光アイソレータである。
The invention as set forth in
11. An optical isolator comprising the polarizer on the light incident side and the light emitting side of the Faraday rotator for short wavelength light according to any one of
又、請求項15に記載の発明は、
請求項11乃至13の何れかに記載の前記短波長光用ファラデー回転子の、前記光の入
射側及び出射側に偏光子を配置してなる光アイソレータである。
The invention as set forth in
Of the Faraday rotator for short wavelength light according to any one of
更に、請求項16に記載の光アイソレータは、
前記短波長光用ファラデー回転子及び前記偏光子の非光透過面である各側面が、熱伝導
率15W/m・K以上の材料から形成されるホルダーによって保持されると共に、
前記ホルダーを介してペルチェ素子又はヒートシンクに前記ビスマス置換型希土類鉄ガ
ーネットが接続されることを特徴とする請求項14に記載の光アイソレータである。
Furthermore, the optical isolator according to
Each side surface which is a non-light transmitting surface of the Faraday rotator for short wavelength light and the polarizer is held by a holder formed of a material having a thermal conductivity of 15 W / mK or more,
The optical isolator according to
更に、請求項17に記載の光アイソレータは、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に熱硬化性樹脂を塗布し、前
記ホルダーに前記短波長光用ファラデー回転子が接着されることを特徴とする請求項16
に記載の光アイソレータである。
Furthermore, the optical isolator according to
Claim a thermosetting resin is applied to the side of the Faraday rotator for short wavelength light which is a non light transmitting surface, a Faraday rotator for the short wavelength light to said holder, characterized in that it is bonded 16
It is an optical isolator as described in above.
又、請求項18に記載の光アイソレータは、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金属層を成膜し、前記ホル
ダーにハンダによって前記短波長光用ファラデー回転子が接合されることを特徴とする請
求項16に記載の光アイソレータである。
An optical isolator according to
The metal layer is formed on the side surfaces of the Faraday rotator for short wavelength light which is a non light transmitting surface, to claim 16, characterized in that the Faraday rotator for the short wavelength light is joined by soldering to the holder It is an optical isolator of description.
又、請求項19に記載の光アイソレータは、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金の膜を設け、前記金の膜
を熱圧着することにより前記ホルダーに前記短波長光用ファラデー回転子が圧着されるこ
とを特徴とする請求項16に記載の光アイソレータである。
An optical isolator according to
The Faraday rotator for short wavelength light is provided on the side surface of the Faraday rotator for short wavelength light which is a non-light transmitting surface, and the Faraday rotator for short wavelength light is pressure bonded to the holder by thermocompression bonding the gold film. The optical isolator according to
更に、請求項20に記載の光アイソレータは、
前記ホルダーに熱硬化性樹脂を塗布し、前記ペルチェ素子又はヒートシンクに前記ホル
ダーが接着されることを特徴とする請求項16乃至19の何れかに記載の光アイソレータ
である。
Furthermore, the optical isolator according to
The thermosetting resin is applied to the holder, the holder to the Peltier element or heat sink is a light isolator according to any one of
又、請求項21に記載の光アイソレータは、
前記ホルダーに金属層を成膜し、前記ペルチェ素子又はヒートシンクにハンダによって
前記ホルダーが接合されることを特徴とする請求項16乃至19の何れかに記載の光アイ
ソレータである。
An optical isolator according to claim 21 is provided.
The metal layer is formed on the holder, an optical isolator according to any one of
又、請求項22に記載の光アイソレータは、
前記ホルダーに金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することにより前記ペルチェ素子又
はヒートシンクに前記ホルダーが圧着されることを特徴とする請求項16乃至19の何れ
かに記載の光アイソレータである。
The optical isolator according to claim 22 is an optical isolator.
The optical isolator according to any one of
更に、請求項23に記載の光アイソレータは、
前記光の伝搬方向に対して垂直な方向における前記ホルダーの断面形状が、角形、凹形、平板形の何れかであることを特徴とする請求項16乃至22の何れかに記載の光アイソレータである。
Furthermore, the optical isolator according to claim 23 ,
Cross-sectional shape of the holder in the direction perpendicular to the propagation direction of the light, rectangular, concave, in the optical isolator according to any one of
更に、請求項24に記載の光アイソレータは、
熱伝導性を有する材料から構成される充填材を、前記短波長光用ファラデー回転子及び
前記ホルダーと接触するように充填したことを特徴とする請求項16乃至23の何れかに
記載の光アイソレータである。
The optical isolator according to claim 24 , further comprising:
The optical isolator according to any one of
更に、請求項25に記載の発明は、
前記短波長光用ファラデー回転子又は前記光アイソレータが、-10度以上かつ80度以下
の温度条件で使用されることを特徴とする請求項1乃至24の何れかに記載の短波長光用
ファラデー回転子又は光アイソレータである。
Furthermore, the invention according to claim 25 provides
25. The Faraday for short wavelength light according to any one of
本発明の請求項1又は2に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、Tbをホスト希土類元素とし、光透過率が99%超の常磁性ガーネット単結晶を用いることにより、1030nm以上かつ1090nm以下の光に対する光吸収をほぼ皆無に抑えることが出来ると共に、
ヴェルデ定数が大きいビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を常磁性ガーネット単結晶に備えることにより、ヴェルデ定数が小さい常磁性ガーネット単結晶のファラデー回転角の、45度に対する不足回転角分を、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデー回転角によって補うことが可能となる。従って、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が有するファラデー回転角分だけ、常磁性ガーネット単結晶を薄型化することも可能となる。よって、近赤外波長域よりも比較的短波長で高パワーな、1030nm以上かつ1090nm以下の波長を有する光源に対しても使用可能なファラデー回転子を実現することが可能となる。
更に、2000Oe以上かつ3000Oe以下の磁界を常磁性ガーネット単結晶とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加することにより、常磁性ガーネット単結晶のファラデー回転角を更に大きくすることが可能となる。従って、常磁性ガーネット単結晶のファラデー回転角を増加させる分、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデー回転角を減少させることが可能となるため、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚みをファラデー回転角の減少分だけ薄型化することが出来る。このようにして、光吸収が発生するビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚みを薄型化することにより、常磁性ガーネット単結晶を薄型化すると共にファラデー回転子全体の光吸収を更に抑えることが可能となる。又、磁界の上限値を3000Oeと設定することにより、永久磁石の大型化を防止することが可能となる。
更に、常磁性ガーネット単結晶を用いても前記ファラデー回転子の小型化が可能となる。
According to the Faraday rotator for short-wavelength light according to
By providing a paramagnetic garnet single crystal with a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal with a large Verde constant, the insufficient rotation angle of the Faraday rotation angle of the paramagnetic garnet single crystal with a small Verde constant relative to 45 degrees is reduced. It can be compensated by the Faraday rotation angle of the garnet single crystal. Therefore, the paramagnetic garnet single crystal can be made thinner by the Faraday rotation angle of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal. Therefore, it is possible to realize a Faraday rotator that can be used for a light source having a wavelength of 1030 nm or more and 1090 nm or less that has a relatively short wavelength and a high power in the near infrared wavelength region.
Furthermore, it is possible to further increase the Faraday rotation angle of the paramagnetic garnet single crystal by applying a magnetic field of 2000 Oe or more and 3000 Oe or less to the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal. Therefore, the Faraday rotation angle of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal can be decreased by the amount of increase in the Faraday rotation angle of the paramagnetic garnet single crystal. The thickness can be reduced by the amount of decrease. In this way, by reducing the thickness of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal where light absorption occurs, it is possible to reduce the thickness of the paramagnetic garnet single crystal and further suppress the light absorption of the entire Faraday rotator. Become. Further, by setting the upper limit value of the magnetic field to 3000 Oe, it is possible to prevent the permanent magnet from becoming large.
Further, the Faraday rotator can be downsized even if a paramagnetic garnet single crystal is used.
更に、請求項3に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、ガーネット単結晶の格子定数を、12.56Å以上且つ12.58Å以下の範囲に設定することにより、光吸収に伴う光の透過損失がピークとなる波長帯域が、従来の約12.50Å近辺の格子定数を有するガーネット単結晶のピーク波長帯域に比べて、より短波長帯域へとシフトする。このシフトに伴い、波長1030以上かつ1090nm以下の帯域でのガーネット単結晶の光透過損失が低減されて、ガーネット単結晶での光吸収量も低減され、吸収光から変換される熱量が減少して、ガーネット単結晶の温度上昇が更に抑制される。
Furthermore, according to the Faraday rotator for short-wavelength light according to
更に、請求項4乃至6に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、ガーネット単結晶を2個に分割して設けることにより、光吸収によって発生する熱量を分散させることが可能となる。更に、1個当たりのガーネット単結晶の厚さを薄く出来るので、1個当たりのガーネット単結晶での光吸収量が減少されて、それぞれのガーネット単結晶の温度上昇を更に抑えることも可能となる。
Furthermore, according to the Faraday rotator for short wavelength light according to
ガーネット単結晶を複数設ける場合、その個数は2個が最適である。その理由は、組み立て易さとコストを抑えるためであり、3個以上に設定すると光学素子数が過度に増加して、光学素子間の組み立てが困難になると共に、製造コストも上昇するためである。 When a plurality of garnet single crystals are provided, the optimum number is two. The reason for this is to reduce the ease of assembly and cost, and if it is set to 3 or more, the number of optical elements increases excessively, making it difficult to assemble between optical elements and increasing the manufacturing cost.
更に、請求項5に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、製造工程の短縮と、放熱効率の向上が図れる。
Furthermore, according to the Faraday rotator for short wavelength light according to
更に、請求項6に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、光が最初に透過することで発熱量が比較的大きい入射側のガーネット単結晶を、出射側のガーネット単結晶より薄く設定している。このため、両方のガーネット単結晶で発生する熱量が等しくなり、入射側のガーネット単結晶での発熱量が低減される。これにより2個のガーネット単結晶の温度上昇値をほぼ等しくして、最適な熱分散を行うことが可能となるため、ガーネット単結晶全体としての温度上昇を最少とすることが出来る。
Furthermore, according to the Faraday rotator for short wavelength light according to
更に、請求項7に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、Gd又はYをホスト希土類元素とすると共に、5W/m・K以上と云う高熱伝導率を有するファラデー効果をほとんど有さない常磁性のガーネット基板を、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の片面に設けることが出来る。従って、高熱伝導率材料をガーネット単結晶に接続するという構造になるため、ガーネット単結晶の放熱効率を向上させることが可能となる。よってガーネット単結晶内部で光吸収により発生した熱が効率良く速やかにガーネット単結晶外部へと放熱されるため、ガーネット単結晶の温度上昇を更に抑えることが出来る。
Further, according to the Faraday rotator for short wavelength light according to claim 7 , Gd or Y is used as a host rare earth element and almost has a Faraday effect having a high thermal conductivity of 5 W / m · K or more. A non-paramagnetic garnet substrate can be provided on one side of a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal. Accordingly, since the high thermal conductivity material is connected to the garnet single crystal, the heat dissipation efficiency of the garnet single crystal can be improved. Therefore, since heat generated by light absorption inside the garnet single crystal is efficiently and quickly radiated to the outside of the garnet single crystal, the temperature increase of the garnet single crystal can be further suppressed.
又、請求項8に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、高熱伝導率材料をガーネット単結晶に接続するという構造になるため、ガーネット単結晶の放熱効率を向上させることが可能となる。よってガーネット単結晶内部で光吸収により発生した熱が効率良く速やかにガーネット単結晶外部へと放熱されるため、ガーネット単結晶の温度上昇を更に抑えることが出来る。
In addition, according to the Faraday rotator for short wavelength light according to
更に、請求項9に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、短波長光用ファラデー回転子に入射する光の入射角が小さい場合に、複屈折による影響を殆ど無視できるまでに小さく抑えることが可能となる。
Furthermore, according to the Faraday rotator for short-wavelength light according to
更に、請求項10に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、ガーネット基板の厚みを1mm以上に設定しているので、熱の伝導体積が大型化され、ガーネット単結晶の放熱効率が向上する。
Furthermore, according to the Faraday rotator for short wavelength light according to
更に、請求項11乃至13又は請求項17乃至22に記載の短波長光用ファラデー回転子又は光アイソレータに依れば、ガーネット単結晶で発生した熱がガーネット単結晶外部へと伝導可能なように、熱硬化性樹脂、ハンダ、若しくは金の膜によって、ガーネット単結晶がホルダー又は冷却素子へと熱的に接続されているので、効率良く且つ速やかにガーネット単結晶を放熱することが可能となる。
Furthermore, according to the Faraday rotator for short wavelength light or the optical isolator according to
又、請求項14又は15に記載の光アイソレータに依れば、請求項1乃至13の何れかのファラデー回転子を備えることにより、光アイソレータの光学特性の劣化防止や信頼性を確保することが可能となる。更に、短波長帯域の光源を使用する光学デバイスや装置に適用可能な光アイソレータが実現化される。
In addition, according to the optical isolator according to claim 14 or 15 , by providing the Faraday rotator according to any one of
更に、請求項16に記載の光アイソレータに依れば、15W/m・K以上の熱伝導率を有する材料のホルダーを介してガーネット単結晶を冷却素子に接続したので、高熱伝導率材料でガーネット単結晶と冷却素子とを熱的に接続する構造とすることができ、ガーネット単結晶の放熱効率を向上することが可能となる。
Furthermore, according to the optical isolator according to
更に、請求項23に記載の光アイソレータに依れば、ホルダーの断面形状を、角形、凹形、又は平板形の何れかとすることにより、ホルダーの外形の一部に平面部を設けることで、冷却素子上への載置の容易化が図れる。又、平面部によってホルダーを冷却素子に面接触させるため、熱伝導面積の確保によるガーネット単結晶の速やかな放熱が可能となる。
Furthermore, according to the optical isolator according to claim 23 , by providing the holder with a plane portion in a part of the outer shape of the holder by making the cross-sectional shape of the holder either square, concave, or flat plate, The mounting on the cooling element can be facilitated. Further, since the holder is brought into surface contact with the cooling element by the flat portion, it is possible to quickly dissipate the garnet single crystal by securing a heat conduction area.
更に、請求項24に記載の光アイソレータに依れば、ガーネット単結晶で発生した熱がガーネット基板又は光透過板だけでなく充填材からも伝導されるので、ガーネット単結晶の放熱効率を更に向上させることが可能となる。
Furthermore, according to the optical isolator according to claim 24 , since the heat generated in the garnet single crystal is conducted not only from the garnet substrate or the light transmission plate but also from the filler, the heat dissipation efficiency of the garnet single crystal is further improved. It becomes possible to make it.
又、本発明の請求項25に記載の短波長光用ファラデー回転子又は光アイソレータに依れば、短波長光用ファラデー回転子又は光アイソレータの使用温度条件を、-10度以上かつ80度以下の範囲に設定するので、常磁性ガーネット単結晶及びビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のヴェルデ定数の安定化を図ることが可能となる。 Further, according to the Faraday rotator or optical isolator for short wavelength light according to claim 25 of the present invention, the operating temperature condition of the Faraday rotator or optical isolator for short wavelength light is -10 degrees or more and 80 degrees or less. Therefore, the Verde constant of the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal can be stabilized.
<第1の実施の形態>
以下、本発明に係る短波長光用ファラデー回転子1(以下、「ファラデー回転子1」と云う)と、そのファラデー回転子1を使用した光アイソレータ8の第1の実施の形態について、図1〜図6を用いて詳細に説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a short wavelength light Faraday rotator 1 (hereinafter referred to as “
図1に示すように、本実施形態に係るファラデー回転子1は、常磁性体のガーネット単
結晶20(以下、「常磁性ガーネット単結晶20」と云う)と、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶2(以下、必要に応じて「ガーネット単結晶2」と云う)と、ガーネット基板3とで構成される。常磁性ガーネット単結晶20、ガーネット単結晶2、及びガーネット基板3はいずれも平板状で四角形の外形に成形されている。ガーネット単結晶2は、常磁性ガーネット単結晶20の少なくとも片面と、常磁性のガーネット基板3の片面とに接する様に設けられる。常磁性ガーネット単結晶20の片面には、ガーネット単結晶2の一方の光学面os1が接しており、ガーネット単結晶2の両面のうち、その常磁性ガーネット単結晶20が設けられた片面と反対側の片面である、ガーネット単結晶2の光学面os2には、ガーネット基板3が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
又、そのファラデー回転子1を使用した光アイソレータ8は、図3に示すようにファラ
デー回転子1の、光の入射側及び出射側に、それぞれ1個ずつ計2個の偏光子4、5を配置することで構成されている。
The
ガーネット基板3は、12.56Å以上かつ12.58Å以下の範囲に設定された格子定数を有し、Gd又はYをホスト希土類元素とする組成で、5W/m・K以上の熱伝導率を有する常磁性基板である。Gd又はYをホスト希土類元素としているため、ガーネット基板3はファラデー効果を殆ど有さない常磁性体である。又、ガーネット単結晶2は、12.56Å以上かつ12.58Å以下の範囲に設定された格子定数を有する。
The
常磁性ガーネット単結晶20はTbをホスト希土類元素とする組成を有する常磁性体であり、外部から磁界を印加されることで、入射される光の偏光面を回転するファラデー効果を有する常磁性体である。更に、1030nm以上かつ1090nm以下の波長域の光に対して99%超の光透過率を有する材料で構成する。最適な材料としては、化学式がTb3Ga5O12、Tb3Al5O12、又は、Tb3Sc2Ga3O12で示される組成を有する、TGG単結晶や、TAG単結晶、又は、Tb3Sc2Ga3O12単結晶等が挙げられる。
Paramagnetic garnet
この中でも、TAG単結晶は、常磁性体の単位長さ・単位磁界あたりのファラデー回転角の大きさを示すヴェルデ定数(deg/(Oe・cm))が他の常磁性ガーネット単結晶に比べて非常に大きい。よって、常磁性ガーネット単結晶20のサイズを小さくしても十分なファラデー回転角が得られるため、ファラデー回転子1及び光アイソレータ8の小型化を図ることが出来る。又、磁界を小さくすることが出来るため永久磁石6も小さくすることができ、光アイソレータ8の小型化だけではなく、他の電子部品への磁界の影響を最小限に防ぐことが可能となり、電子部品の機能の安定化をもたらす。
Among them, the TAG single crystal has a Verde constant (deg / (Oecm)) that indicates the Faraday rotation angle per unit length and magnetic field of the paramagnetic material compared to other paramagnetic garnet single crystals. Very big. Therefore, since a sufficient Faraday rotation angle can be obtained even if the size of the paramagnetic garnet
常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2は、共にファラデー効果を有する磁気光学素子であるため、入射される光の偏光面を回転させる。更に、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶3のそれぞれのファラデー回転方向は、図1(a)に示すように、光の伝搬方向(矢印P方向)から見たときに同一方向に設定される。
Since the paramagnetic garnet
ガーネット単結晶2は、LPE法により前記ガーネット基板3の片面上に育成される。白金坩堝内で加熱溶融した融剤を加熱溶融して十分に撹拌し、均一に混合した溶融液を作製する。この溶融液の液面に、直径2〜3インチ、厚みt2が1mm以上に設定された面方位{111}の前記ガーネット基板3を浸し、ガーネット基板3を回転させながらLPE法によって前記{111}面上に、前記ガーネット単結晶2を大気雰囲気中でエピタキシャル成長させて育成する。
The garnet
育成されたガーネット単結晶2の格子定数は、ガーネット基板3の格子定数と溶融液の組成に依存するため、前記のように12.56Å以上且つ12.58Å以下の範囲に設定される。この格子定数を有するガーネット単結晶2を所定の厚みまで研磨し、表面に波長1030nm以上1090nm以下の任意の帯域に対するARコートを蒸着する。育成するガーネット単結晶2の組成の一例としてはGdBi2Fe5O12が挙げられる。
Since the grown garnet
常磁性ガーネット単結晶20は、公知のマイクロ引き下げ法(μ-PD法)や、チョクラルスキー法(Czochralski:Cz)等で製造すれば良い。具体的には、マイクロ引き下げ法では、Ptからなる坩堝の底部に開口部を設け、坩堝の開口部に坩堝の外側から種結晶を設置する。別途坩堝に入れられた多結晶体を加熱溶融させて種結晶と多結晶体とを接合させ、種結晶を外側から引き下げることにより常磁性ガーネット単結晶20を育成する。
The paramagnetic garnet
また、チョクラルスキー法の場合は、出発原料(TAG単結晶の場合は、Tb4O7及びAl2O3)の仮焼混合粉末をIr製坩堝中に充填し、高周波誘導加熱により溶融する。この溶融液に種結晶を接触させ十分になじませた後、種結晶を一定速度で回転させながら引き上げることにより、常磁性ガーネット単結晶20を育成する。
In the case of the Czochralski method, a calcined mixed powder of starting materials (Tb 4 O 7 and Al 2 O 3 in the case of a TAG single crystal) is filled in an Ir crucible and melted by high frequency induction heating. . The seed crystal is brought into contact with the melt and sufficiently blended, and then the paramagnetic garnet
或いは、フラックス法を用いても良い。フラックス法の場合、PbF2等の溶媒に、出発原料(TAG単結晶の場合は、Tb4O7及びAl2O3)を溶質として溶かし込んだ溶液を準備し、この溶液に種結晶を入れて徐冷することによりバルク型の常磁性ガーネット単結晶20を得る。
Alternatively, a flux method may be used. In the case of the flux method, prepare a solution in which starting materials (Tb 4 O 7 and Al 2 O 3 in the case of TAG single crystal) are dissolved as a solute in a solvent such as PbF 2 and put seed crystals into this solution The bulk-type paramagnetic garnet
育成された常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2の接合方法としては、光学用エポキシ接着剤による接着が挙げられる。光学用エポキシ接着剤を使用すると接着時の温度を100度以下の低温に設定することが出来るので、接着時にファラデー回転子1内部で発生する応力歪みを抑制するという点において顕著な効果が現れる。
As a joining method of the grown paramagnetic garnet
又は、光学用エポキシ接着剤に代えて常温真空接合(超高真空中で接合面をイオンビームなどで活性化させ、貼り合わせた後、加圧して接合する方法)、フッ酸接合(フッ酸溶液で密着接合する方法)、低融点ガラスによるガラス接合などで接合しても良い。 Or, instead of optical epoxy adhesive, room temperature vacuum bonding (method of activating the bonding surface with an ion beam etc. in ultra-high vacuum, bonding them together, pressurizing and bonding), hydrofluoric acid bonding (hydrofluoric acid solution) May be joined by glass joining using a low melting point glass.
常磁性ガーネット単結晶の、ガーネット単結晶2との接合面には、フレネル反射を抑制するためARコートを施す。ARコートの膜構成は接合する基板の材料や接合方法によって異なるため、条件にあわせて最適なARコートを設計する必要がある。なお、フレネル反射による損失が無視でき、かつ反射光の影響を除けるのであれば、ARコートは成膜しなくても良い。
The AR coating is applied to the bonding surface of the paramagnetic garnet single crystal to the garnet
次に、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2及びガーネット基板3の一体物を、ダイサー等で等mm角に切断し、図1(b)に示すような常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2及びガーネット基板3から構成される、1〜2mm角のファラデー回転子1を得る。
Next, the single body of the paramagnetic garnet
このようにして得られたファラデー回転子1の、非光透過面である側面に熱硬化性樹脂の接着剤を塗布し、ペルチェ素子又はヒートシンク9(以下、まとめて冷却素子9と記す)にファラデー回転子1を接着する(図2参照)。
The
なお、熱硬化性樹脂に代えてハンダや金の膜を用いても良い。ハンダを用いる場合は、前記側面に真空蒸着によりCr、Pt、Auの三層から成る金属層を成膜し、冷却素子9にハンダ(例えばAu/Snハンダ)によってファラデー回転子1を接合する。又、金の膜を用いる場合は、前記側面に金(Au)を成膜して設け、前記金の膜を熱圧着することにより冷却素子9にファラデー回転子1を圧着させる。
A solder or gold film may be used instead of the thermosetting resin. When solder is used, a metal layer composed of three layers of Cr, Pt, and Au is formed on the side surface by vacuum deposition, and the
図3(d)より、ファラデー回転子1と共に光アイソレータ8を構成する偏光子4、5は、二色性を有する異方性ガラスから形成されており、特定の偏光成分は透過させるが、それと直交する偏光成分は光吸収・遮断させるものである。偏光子4、5は熱硬化性樹脂やハンダによって冷却素子9に固定すれば良い。
As shown in FIG. 3 (d), the
更に、光アイソレータ用光学素子10(偏光子4、5とファラデー回転子1)の三辺の側面を覆うように、図4(d)及び図5(d)に示すようにコの字形をした永久磁石6を、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2の近傍に設置する。永久磁石6はSm-Co系又はNe-Fe-B系が最適である。永久磁石6の磁界の大きさは、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2に磁界を印加した際、各々のファラデー回転角の合計が45度と設定されるような大きさとする。
Furthermore, a U-shape was formed as shown in FIGS. 4D and 5D so as to cover the side surfaces of the three sides of the
本発明に係るファラデー回転子及び光アイソレータでは、ファラデー回転角の所定値は45度である。従って磁界が大きければ大きいほど、常磁性ガーネット単結晶20のファラデー回転角を大きくすることが出来る。常磁性ガーネット単結晶20のファラデー回転角が増加する分、ガーネット単結晶2のファラデー回転角を減少させることが可能となるため、ガーネット単結晶2の厚みをそのファラデー回転角の減少分だけ薄型化することも出来る。更に、常磁性ガーネット単結晶20の厚みt5も薄くすることが可能となる。ガーネット単結晶2の厚みt1が減少する分、ガーネット単結晶2での光吸収量も減少されるため、ファラデー回転子1全体の光吸収を更に抑えることが可能となる。
In the Faraday rotator and optical isolator according to the present invention, the predetermined value of the Faraday rotation angle is 45 degrees. Therefore, the greater the magnetic field, the greater the Faraday rotation angle of the paramagnetic garnet
以上のような効果が得られる磁界の大きさとしては、2000Oe以上に設定されることが望ましい。しかしながら、永久磁石6の大型化を防止するためには3000Oe以下の設定が好ましい。
The magnitude of the magnetic field that can provide the above effects is desirably set to 2000 Oe or more. However, in order to prevent the
永久磁石6を載置することにより、磁界を板厚方向に沿って常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2に印加し、厚みt1及びt5方向を透過する波長1030nm以上かつ109
0nm以下の任意の波長の直線偏光が45度回転するようにした。このようにして、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶3のファラデー回転角の合計が45度に設定される。それぞれのファラデー回転角は、例えば常磁性ガーネット単結晶20のファラデー回転角を20度、一方のガーネット単結晶2のファラデー回転角を25度に設定すれば良い。
By placing the
Linearly polarized light with an arbitrary wavelength of 0 nm or less was rotated 45 degrees. In this way, the total Faraday rotation angle of the paramagnetic garnet
又、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2のそれぞれの厚みt5及びt1の合計は、ファラデー回転子1の小型化の点を考慮すると、1cm未満に設定することが望ましい。しかしながら、常磁性ガーネット単結晶20のヴェルデ定数は非常に小さい。本発明の目的は「Tbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶の厚みを、光吸収を抑えながらファラデー回転子に使用可能な程度まで薄くすること」である。従って、光吸収により熱を発生するガーネット単結晶2の厚みt1を、ファラデー回転角を稼ぐために厚くすることは出来るだけ避けたい。従って、厚みt5と厚みt1の合計を1cm未満に設定すると共に、常磁性ガーネット単結晶20でなるべくファラデー回転角を稼ぐために、前記厚みt5は5mm以上に設定することが望ましい。
Further, the total thickness t5 and t1 of the paramagnetic garnet
ファラデー回転子1と冷却素子9との接続は、図2のようにファラデー回転子1を冷却素子9に直接接続するだけでなく、ファラデー回転子1をホルダーに保持して、そのホルダーを介して冷却素子9に接続しても良い。図3(a)〜(c)に示すように、光アイソレータ8を構成する偏光子4、5及びファラデー回転子1を、ホルダー(7a又は7b)内部に収納又はホルダー7c上に載置する。偏光子4、5及びファラデー回転子1の非光透過面である各側面が、ホルダー7a〜7cによって保持される。ホルダー7a〜7cは銅、SUS、アルミニウムと云った熱伝導率が15W/m・K以上の材料から形成される。
The
更に、光アイソレータ用光学素子10(偏光子4、5とファラデー回転子1)の三辺の側面を覆うように、図4(a)〜(c)に示すコの字形をした永久磁石6を、ガーネット単結晶2の近傍に設置する。次に、ホルダー7a〜7cを図5(a)〜(c)に示すように、冷却素子9上に載置することによって、ホルダー7a〜7cを介して冷却素子9にガーネット単結晶2が接続される。
Furthermore, a U-shaped
ホルダー7a〜7cの形状は、図3(a)〜(c)に示すように光の伝搬方向(矢印P方向)に対して垂直な方向における断面形状が、角形(図3(a)参照)、凹形(図3(b)参照)、平板形(図3(c)参照)の何れかとなるように成形する。光アイソレータ8を構成するときは、図示しない光源側に常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2を配置する。このような配置にすれば、ガーネット単結晶2とガーネット基板3との界面での反射光は、更にガーネット単結晶2と常磁性ガーネット単結晶20によりファラデー回転を受ける。従って、光アイソレータ8からのいわゆる戻り光と同様に扱えるため、光アイソレータ8のアイソレーション低下を招かない。逆に、ガーネット基板3を光源側に配置すると、反射光が、ファラデー回転を受けずにそのまま光源に戻り、アイソレーションが低下する。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the
ホルダー7a〜7cでファラデー回転子1を保持する際は、ファラデー回転子1の非光透過面である側面に熱硬化性樹脂の接着剤を塗布し、ホルダー7a〜7cにファラデー回転子1を接着する。なお、熱硬化性樹脂に代えてハンダや金の膜を用いても良い。ハンダを用いる場合は、前記側面に金属層を成膜し、前記ホルダー7a〜7cにハンダによってファラデー回転子1を接合する。金の膜を用いる場合は、前記側面に金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することにより前記ホルダー7a〜7cにファラデー回転子1を圧着する。偏光子4、5は熱硬化性樹脂やハンダによってホルダー7a〜7cに固定すれば良い。
When the
更に、光学素子10を保持したホルダー7a〜7cの一面に熱硬化性樹脂を塗布し、図5(a)〜(c)に示すように冷却素子9にホルダー7a〜7cを接着する。なお、熱硬化性樹脂に代えてハンダや金の膜を用いても良い。ハンダを用いる場合は、前記一面に金属層を成膜し、冷却素子9にハンダによってホルダー7a〜7cを接合する。金の膜を用いる場合は、前記一面に金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することにより前記冷却素子9にホルダー7a〜7cを圧着する。
Further, a thermosetting resin is applied to one surface of the
以上のようにして冷却素子9に接続された常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2の使用環境は、入射される光の波長をλ(nm)とした時に、λが1030nm以上かつ1090nm以下の任意の波長条件となるように設定される。
The usage environment of the paramagnetic garnet
次に、光アイソレータ8の光学的な動作について図5を用いて説明する。光アイソレータ8に矢印I方向に沿って1030nm以上1090nm以下の任意の波長の光が入射されると、まず偏光子4に光が入射される。ここで入射した光の偏光方向は、偏光子4の偏光方向に合致する偏光成分のみに限定される。偏光子4を透過した光(直線偏光)は、次にファラデー回転子1の常磁性ガーネット単結晶20及びガーネット単結晶2に順に入射して、その偏光面が合計で45度回転される。
Next, the optical operation of the
常磁性ガーネット単結晶20はTbをホスト希土類元素とすると共に、光透過率が99%超なので、1030nm以上かつ1090nm以下の光に対する光吸収をほぼ皆無に抑えることが可能である。従って、常磁性ガーネット単結晶20内部で光吸収に伴う熱は殆ど発生しない。
Since the paramagnetic garnet
なお、常磁性ガーネット単結晶20はヴェルデ定数が小さいので、常磁性ガーネット単結晶20単体だけでアイソレータ機能として必要な45度のファラデー回転角を得ようとすると、厚みt5が1cm 以上になってしまう。ファラデー回転子1では、常磁性ガーネット単結晶20とは別に、ヴェルデ定数が大きいガーネット単結晶2を備えることにより、この45度に対する不足回転角分をガーネット単結晶2のファラデー回転角によって補うことが可能となる。従って、ガーネット単結晶2が有するファラデー回転角の分だけ、常磁性ガーネット単結晶を薄型化することが可能となる。よって、近赤外波長域よりも比較的短波長で高パワーな、1030nm以上かつ1090nm以下の波長を有する光源に対しても使用可能なファラデー回転子1を実現することが可能となる。
Since the paramagnetic garnet
常磁性ガーネット単結晶20は光透過率が99%超であるため殆ど光吸収を起こさないが、ガーネット単結晶2の光透過部分では光吸収が発生し、入射光の一部が吸収される。しかしながら、前記のようにガーネット単結晶2の格子定数は、12.56Å以上且つ12.58Å以下の範囲に設定されている。従って図6に示すように、光吸収に伴う光の透過損失がピークとなる波長帯域が、従来の約12.50Å近辺(12.49〜12.51Å)の格子定数を有するガーネット単結晶のピーク波長帯域に比べて、より短波長帯域へとシフトされる。約12.50Å近辺の格子定数を有する従来のガーネット単結晶の光吸収ピーク波長が、900nm付近であったのに対し、本実施形態のガーネット単結晶2の光吸収ピーク波長は、格子定数の増大に伴い約890nm付近へとシフトする。
Although the paramagnetic garnet
図6では、従来の約12.50Å近辺(12.49〜12.51Å)の格子定数を有するガーネット単結晶の波長−光透過損失特性を曲線A-1で表し、本実施形態に係る12.56Å以上かつ12.58Å以下の格子定数を有するガーネット単結晶2の波長−光透過損失特性を曲線A-2で表す。なお、光吸収ピーク波長のシフト効果は、12.51超から12.55Å以下の格子定数を有するガーネット単結晶では確認されなかった。以上により、ガーネット単結晶2の格子定数の下限を12.56Åに限定した。
In FIG. 6, the wavelength-light transmission loss characteristic of a conventional garnet single crystal having a lattice constant of about 12.50 mm (12.49-12.51 mm) is represented by a curve A-1, which is 12.56 mm or more and 12.58 mm according to the present embodiment. The wavelength-light transmission loss characteristic of the garnet
ガーネット単結晶2の格子定数の上限を12.58Åに限定した理由は、12.58Å超の格子定数を有するガーネット単結晶2を育成するには、1030nm以上1090nm以下の波長帯域で光吸収を発生するネオジム(Nd)を含有する組成のガーネット基板を使用しなければならず、光吸収を発生しない組成のガーネット基板での育成限界が12.58Åであるためである。
The reason why the upper limit of the lattice constant of the garnet
このシフトに伴い、波長1030nm以上かつ1090nm以下の帯域でのガーネット単結晶2の光透過損失は、波長1064nmの光が45度回転する厚み120μmの場合で1.0dBから0.7dBへと低減される(図6では代表例として1064nmの場合を示している)。このように光吸収ピーク波長のシフトに伴って光透過損失が減少することにより、ガーネット単結晶2での光吸収量も低減され、吸収光から変換される熱量が減少するため、ガーネット単結晶2の温度上昇が更に抑制される。
Along with this shift, the light transmission loss of the garnet
又、ガーネット単結晶2で吸収された光は、ガーネット単結晶2内部で熱に変換される。しかしながらガーネット単結晶2は、その光学面os2がガーネット基板3と接しているので、光学面os2から熱がガーネット基板3へと、立体的に且つ放射状に拡散する。ガーネット基板3へと伝導された熱は、冷却素子9へと伝えられて放熱される。
The light absorbed by the garnet
Gd又はYをホスト希土類元素とすると共に、5W/m・K以上と云う高熱伝導率を有するファラデー効果をほとんど有さない常磁性のガーネット基板3を、ガーネット単結晶2の片面に設けることにより、高熱伝導率材料をガーネット単結晶2に接続させることが出来る。従って、ガーネット単結晶2の放熱効率を向上させることが可能となる。よって、ガーネット単結晶2内部で光吸収により発生した熱が効率良く速やかにガーネット単結晶2外部へと放熱されるので、ガーネット単結晶2の温度上昇が抑えられ、光アイソレータ8の光学特性の劣化防止や信頼性を確保することが可能となる。更に、短波長帯域の光源を使用する光学デバイスや装置に適用可能な光アイソレータ8が実現化される。
By providing Gd or Y as a host rare earth element and providing a
更に、ガーネット基板3の厚みt2を1mm以上に設定しているので、熱の伝導体積が大型化され、ガーネット単結晶2の放熱効率が向上する。
Furthermore, since the thickness t2 of the
更に、ガーネット単結晶2で発生した熱が冷却素子9へと伝導可能なように、熱硬化性樹脂、ハンダ、若しくは金の膜によって、ガーネット単結晶2が冷却素子9へと熱的に接続されているので、効率良く且つ速やかにガーネット単結晶2を放熱することが可能となる。
Furthermore, the garnet
又、15W/m・K以上の熱伝導率を有する材料でホルダー7a〜7cを形成し、そのホルダー7a〜7cを介してガーネット単結晶2を冷却素子9に接続した。よって高熱伝導率材料でガーネット単結晶2と冷却素子9とを熱的に接続する構造とすることができ、ガーネット単結晶2の放熱効率を向上することが可能となる。
Further,
更に、ホルダー7a〜7cの断面形状を、角形、凹形、又は平板形の何れかとすることにより、ホルダー7a〜7cの外形の一部に平面部を設けることで、冷却素子9上への載置の容易化が図れると共に、平面部によってホルダー7a〜7cを冷却素子9に面接触させるため、熱伝導面積の確保によるガーネット単結晶2の速やかな放熱が可能となる。
Further, the
最後に、偏光子5に光が入射されるが、順方向(矢印I方向)では偏光子4を透過した
光の偏光方向は、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2を介して、偏光子5の偏光方向と一致するように調整されるため、偏光子5で吸収される偏光成分はほとんど無く、光が通過されていく。
Finally, light is incident on the
反射などによる戻り光があった場合、偏光子5によって直線偏光に変換された後、ガーネット単結晶2及び常磁性ガーネット単結晶20によって45度偏光面が回転される。しかし、ガーネット単結晶2及び常磁性ガーネット単結晶20は非可逆性の光学素子なので、回転された偏光面の偏光方向は、偏光子4の偏光方向とは90度異なり、戻り光は偏光子4を通過できない。
When there is return light due to reflection or the like, the light is converted into linearly polarized light by the
前記ファラデー回転子1及び光アイソレータ8は、-10度以上かつ80度以下の範囲内の温度条件で使用することが、常磁性ガーネット単結晶20及びガーネット単結晶2のヴェルデ定数の安定化を図れるという点で好ましい。
When the
なお、以上で説明したファラデー回転子1及び光アイソレータ8では、ガーネット基板
3に代えて光透過板を使用しても良い。図7(a)と(b)及び図8〜図10に示すように、平板状の光透過板11の片面に、ガーネット単結晶2の光学面os2が接する様に設けることにより別形態のファラデー回転子12が構成される。即ち、ガーネット単結晶2の両面のうち、常磁性ガーネット単結晶20が設けられる片面と反対側の片面に、光透過板11が設けられることになる。
In the
光透過板11は、高熱伝導率を有する材料から構成されるものであり、更に、ガーネット単結晶2の光学面os2に面接触されて設けられるので、光学的に光透過性で光吸収がほとんど無いことが条件である。光透過板11はガーネット単結晶2で発生した熱を速やかに伝導して放熱させる作用を目的として設けられるため、その熱伝導率はガーネット単結晶2の熱伝導率に比べて少なくとも4倍以上大きくなければならない。
The
ガーネット単結晶2はビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶で構成されているため、熱伝導率は約2.1W/m・K(25度)である。そのガーネット単結晶2よりも4倍以上大きな熱伝導率を有し、更に光透過性で透明な材料としては、サファイア単結晶(42W/m・K(25度))・ZnSe単結晶(18W/m・K(25度))などが挙げられる。光透過板11を設ける目的は、短波長帯域(1030nm〜1090nm)の光の入射に伴って発生するガーネット単結晶2の熱の放熱を効率良く行うことなので、透過可能な波長帯域を1030nm以上かつ1090nm以下に限定する必要がある。従って、サファイア単結晶(光透過波長域0.17μm〜6.5μm)のように、1030nm〜1090nmの波長帯域の光が透過可能な材料を光透過板11に用いることが最適である。
Since the garnet
光透過板11にサファイア単結晶のような光学的に異方性を示す単結晶を用いる場合、特にファラデー回転子と云った偏光を扱う光学素子に使用する場合には、偏光状態に対する注意が必要である。具体的には、前記光学面os2に対して前記サファイア単結晶の光学的等方軸(一例として、C軸とする)が垂直になるように設定して、光透過板11をガーネット単結晶2に接触・接合する。このような接合によって、ファラデー回転子12に入射する図示しない光の入射角が小さい場合のみ、複屈折による影響を殆ど無視できるまでに小さく抑えることが可能となる。
When using optically anisotropic single crystal such as sapphire single crystal for the
このようなファラデー回転子12は、ガーネット基板上にガーネット単結晶2を育成した後、ガーネット基板を研磨により除去し、光学面os2に光透過板11を面接触させ、光学面os2と光透過板11とを接合固定すると共に、もう一方の光学面os1に常磁性ガーネット単結晶20を接合固定することによって製作される。
In such a
ガーネット単結晶2と光透過板11との接合方法としては、光学用エポキシ接着剤による接着が挙げられる。光学用エポキシ接着剤を使用すると接着時の温度を100度以下の低温に設定することが出来るので、接着時にファラデー回転子12内部で発生する応力歪みを抑制するという点において顕著な効果が現れる。
As a method for joining the garnet
以上のようにガーネット単結晶2と光透過板11とを接合することによって、単に光透過板11を前記光学面os2に接触させるだけの場合に比べ、より速やかにガーネット単結晶2で発生した熱を光透過板11に伝導させて拡散・放熱させることが可能となるため、ガーネット単結晶2の温度上昇をより効果的に抑えることが出来る。
By joining the garnet
その他の接合方法としては、両者(ガーネット単結晶2と光透過板11)の熱膨張係数が近ければ熱拡散接合など高温での接合も可能であるが、常温真空接合(超高真空中で接合面をイオンビームなどで活性化させ、貼り合わせた後、加圧して接合する方法)、フッ酸接合(フッ酸溶液で密着接合する方法)、低融点ガラスによるガラス接合などで行っても良い。
As other joining methods, if the thermal expansion coefficients of both (the garnet
又、ガーネット単結晶2や光透過板11のような屈折率が異なる材料同士を接合する場合、その接合面では屈折率差によるフレネル反射が起こるため、ARコートをガーネット単結晶2に施すことでフレネル反射を抑える。ARコートの膜構成は接合する基板の材料や接合方法によって異なるため、条件にあわせて最適なARコートを設計する必要がある。なお、フレネル反射による損失が無視でき、かつ反射光の影響を除けるのであれば、ARコートは成膜しなくても良い。
Also, when materials with different refractive indexes such as garnet
前述の光アイソレータ8の場合と同様、常磁性ガーネット単結晶20は光透過率が99%超であるため殆ど光吸収を起こさないが、ガーネット単結晶2の光透過部分で光吸収が発生し、入射光の一部が吸収されて熱が発生する。しかしながら、前述のようにガーネット単結晶2の光吸収ピーク波長のシフトに伴い、吸収光から変換される熱量が減少するため、ガーネット単結晶2の温度上昇が抑制される。
As in the case of the
又、ガーネット単結晶2で吸収された光は、ガーネット単結晶2内部で熱に変換されるが、ガーネット単結晶2は、その光学面os2が光透過板11と接しているので、高熱伝導率材料がガーネット単結晶2に接続するという構造になっており、ガーネット単結晶2の放熱効率が向上する。従って、光学面os2から熱が光透過板11へと、立体的に且つ放射状に拡散され冷却素子で放熱されるので、ガーネット単結晶2の温度上昇が更に抑えられ、図11に示す光アイソレータ13の光学特性の劣化防止や信頼性を確保することが可能となる。更に、短波長帯域の光源を使用する光学デバイスや装置に適用可能な光アイソレータ13が実現化される。
The light absorbed by the garnet
<第2の実施の形態>
次に、本発明に係るファラデー回転子と、そのファラデー回転子を使用した光アイソレータの第2の実施の形態について、図12〜図16を用いて詳細に説明する。なお、第1の実施の形態と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明は省略又は簡略化して記述する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the Faraday rotator according to the present invention and an optical isolator using the Faraday rotator will be described in detail with reference to FIGS. In addition, the same number is attached | subjected to the same location as 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted or simplified and described.
第2の実施の形態が前記第1の実施の形態と異なる点は、ガーネット単結晶を2個設け
た点である。図12に示すように、本実施形態に係るファラデー回転子14は、計2個の平板状で四角形状のガーネット単結晶2a、2bが、ガーネット基板3の両面に設けられることで構成されている。常磁性ガーネット単結晶20の片面には、ガーネット単結晶2aの光学面os1が接し、ガーネット基板3の片面には、ガーネット単結晶2bの光学面os3が接する。更に、一方のガーネット単結晶2aの他方の光学面os2は、ガーネット基板3と接合されている。
The second embodiment is different from the first embodiment in that two garnet single crystals are provided. As shown in FIG. 12, the
又、そのファラデー回転子14を使用した光アイソレータは、図14に示すようにファラデー回転子14の、光の入射側及び出射側に、それぞれ1個ずつ計2個の偏光子4、5を配置することで構成されている。常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2a、2bのそれぞれのファラデー回転方向は、図12(a)に示すように、光の伝搬方向(矢印P方向)から見たときに同一方向に設定される。
Further, as shown in FIG. 14, the optical isolator using the
ガーネット基板3は、12.56Å以上かつ12.58Å以下の範囲に設定された格子定数を有する常磁性の基板であり、ガーネット単結晶2a、2bは、12.56Å以上かつ12.58Å以下の範囲に設定された格子定数を有する。
The
ガーネット単結晶2a、2bは、LPE法により2つのガーネット基板の面上にそれぞれ育成された後、一つのガーネット基板は研磨により除去され、光学面os1に常磁性ガーネット単結晶20が面接触されて接合固定される。次に、もう一つのガーネット基板はガーネット単結晶2bに付いたまま残され、そのガーネット基板の片面と、ガーネット単結晶2aの一方の光学面os2とが接合固定されることによって、ファラデー回転子14が製作される。
After the garnet
次に、ガーネット単結晶2a、2bの製造方法を更に詳述する。第1の実施の形態と同様、白金坩堝内で加熱溶融した融剤を加熱溶融して十分に撹拌し、均一に混合した溶融液を作製する。この溶融液の液面に、直径2〜3インチ、厚みt2が1mm以上に設定された面方位{111}の、2つの前記ガーネット基板3を浸し、ガーネット基板3を回転させながらLPE法によって前記{111}面上に、前記ガーネット単結晶2a又は2bを大気雰囲気中でエピタキシャル成長させて育成する。
Next, a method for producing the garnet
このガーネット単結晶2a、2bを所定の厚みまで研磨し、表面に波長1030nm以上1090nm以下の任意の波長帯域に対するARコートを蒸着する。育成するガーネット単結晶2a、2bの組成に特に制限は無い。2個のガーネット単結晶2a、2bのそれぞれのファラデー回転角を均一に設定することが困難な場合、若干ファラデー回転角に偏りが生じても構わない。従って、2個のガーネット単結晶2a、2bの厚みt3とt4は必ずしも等厚である必要は無い。このガーネット単結晶2a、2b、常磁性ガーネット単結晶20、及びガーネット基板3を等mm角に切断して、図12に示すような2個のガーネット単結晶2a、2bと1個の常磁性ガーネット単結晶20及びガーネット基板3から構成される1〜2mm角のファラデー回転子14を得る。
The garnet
このようにして得られたファラデー回転子14を、熱硬化性樹脂の接着剤、ハンダ、金の膜などによって冷却素子9に固定する(図13、図14(d)、図15(d)、図16(d)参照)。
The
或いは、ファラデー回転子14を直接、冷却素子9に接続するのではなく、図14(a)〜(c)のようにファラデー回転子14をホルダーに保持しても良い。図14(a)〜(c)に示すように、光アイソレータ15を構成する偏光子4、5及びファラデー回転子14を、ホルダー7a又は7b内部に収納、或いはホルダー7c上に載置する。次に、そのホルダー7a〜7cを図16(a)〜(c)に示すように、冷却素子9上に載置することによって、ホルダー7a〜7cを介して冷却素子9にガーネット単結晶2a、2bが接続される。
Alternatively, instead of directly connecting the
ホルダー7a〜7cでファラデー回転子14を保持する際は、ファラデー回転子14を、熱硬化性樹脂の接着剤、ハンダ、金の膜などによってホルダー7a〜7cに固定する。更に、図15(a)〜(c)に示すような光アイソレータ用光学素子16(偏光子4、5及びファラデー回転子14)を保持したホルダー7a〜7cを、熱硬化性樹脂の接着剤、ハンダ、金の膜などによって冷却素子9に固定する。
When the
2個のガーネット単結晶2a、2bの厚みが等厚ではないファラデー回転子14を備えた光アイソレータ15を光センサなどの光学デバイスに搭載する際は、図示しない光源からの光の入射側に配列されるガーネット単結晶2aは薄く、出射側のガーネット単結晶2bはそれよりも厚くなるように配置する。即ち、光の入射側に配列するガーネット単結晶2aのファラデー回転角を、もう一個のガーネット単結晶2bのファラデー回転角よりも小さく設定する。
When the
永久磁石6の磁界の大きさは、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2a及び2bに磁界を印加した際、各々のファラデー回転角の合計が45度と設定されるような大きさとする。それぞれのファラデー回転角は、例えば常磁性ガーネット単結晶20のファラデー回転角を20度、ガーネット単結晶2aのファラデー回転角を8度、もう一方のガーネット単結晶2bのファラデー回転角を17度に設定すれば良い。
The magnitude of the magnetic field of the
次に、図16を参照して光アイソレータ15の光学的な動作について説明する。光アイソレータ15に矢印I方向に沿って1030nm以上1090nm以下の任意の波長の光が入射されると、まず偏光子4に光が入射されて直線偏光に変換され、次にファラデー回転子14の常磁性ガーネット単結晶20及び2個のガーネット単結晶2a、2bに順に入射されて、その偏光面が合計で45度回転される。その際、ガーネット単結晶2a、2bの光透過部分で光吸収が発生し、入射光の一部が吸収される。
Next, the optical operation of the
しかしながら、前記のようにガーネット単結晶2a、2bの格子定数は、12.56Å以上且つ12.58Å以下の範囲に設定されている。従って図6に示すように、光吸収に伴う光の透過損失がピークとなる波長帯域が、従来の約12.50Å近辺の格子定数を有するガーネット単結晶のピーク波長帯域に比べて、より短波長帯域へとシフトされる。約12.50Å近辺の格子定数を有する従来のガーネット単結晶の光吸収ピーク波長が、900nm付近であったのに対し、本実施形態のガーネット単結晶2a、2bの光吸収ピーク波長は、格子定数の増大に伴い約890nm付近へとシフトする。
However, as described above, the lattice constants of the garnet
このシフトに伴い、波長1030nm以上かつ1090nm以下の帯域でのガーネット単結晶2a、2bの光透過損失は、波長1064nmの光を45度回転する厚み120μmの場合で1.0dBから0.7dBへと低減される。光透過損失が減少することにより、ガーネット単結晶2a、2bでの光吸収量も低減され、吸収光から変換される熱量が減少するため、ガーネット単結晶2a、2bの温度上昇が抑制される。
Along with this shift, the light transmission loss of the garnet
又、ガーネット単結晶2a、2bで吸収された光は、ガーネット単結晶2a、2b内部で熱に変換される。しかしながらガーネット単結晶2a、2bは、その光学面がガーネット基板3と接しているので、光学面os2及びos3から熱がガーネット基板3へと、立体的に且つ放射状に拡散する。ガーネット基板3へと伝導された熱は、冷却素子9へと伝えられて放熱される。このようにガーネット単結晶2a、2bにガーネット基板3を設けることにより、ガーネット単結晶2a、2b内部で光吸収により発生した熱が効率良く速やかにガーネット単結晶2a、2b外部へと放熱される。よって、ガーネット単結晶2a、2bの温度上昇が抑えられ、光アイソレータ15の光学特性の劣化防止や信頼性を確保することが可能となる。更に、短波長帯域の光源を使用する光学デバイスや装置に適用可能な光アイソレータ15が実現化される。
The light absorbed by the garnet
更に、第1の実施の形態において、1つのガーネット単結晶2で受け持っていたファラデー回転角が生じる厚みt1を、2個のガーネット単結晶2a、2bに分割することにより、光吸収によって発生する熱量を分散させることが可能となる。更に、1個当たりの厚さt3又はt4を前記t1よりも薄く出来るので、1個当たりのガーネット単結晶2a又は2bでの光吸収量が減少されて、それぞれのガーネット単結晶2a、2bの温度上昇を更に抑えることも可能となる。
Furthermore, in the first embodiment, the amount of heat generated by light absorption is obtained by dividing the thickness t1 generated by the Faraday rotation angle, which was handled by one garnet
2個のガーネット単結晶2a、2bのうち、光が最初に透過する入射側のガーネット単結晶2aでの発熱量は、出射側のガーネット単結晶2bの発熱量よりも大きくなる。しかし、入射側のガーネット単結晶2aを、出射側のガーネット単結晶2bより薄くして、両方のガーネット単結晶2a、2bで発生する熱量を等しくすることで、入射側のガーネット単結晶2aでの発熱量が低減される。これにより2個のガーネット単結晶2a、2bの温度上昇値をほぼ等しくして、最適な熱分散を行うことが可能となるため、ガーネット単結晶全体としての温度上昇を最少とすることが出来る。
Of the two garnet
ガーネット単結晶を複数設ける場合、その個数は2個が最適である。その理由は、組み立て易さとコストを抑えるためであり、3個以上に設定すると光学素子数が過度に増加することにより、光学素子間の組み立てが困難になると共に、製造コストも上昇するためである。 When a plurality of garnet single crystals are provided, the optimum number is two. The reason for this is to reduce the ease of assembly and cost, and if it is set to 3 or more, the number of optical elements increases excessively, which makes it difficult to assemble between optical elements and increases the manufacturing cost. .
最後に、光は偏光子5を通過していく。又、戻り光があった場合、前述の光アイソレー
タ8の動作により、戻り光は偏光子4を通過しない。
Finally, the light passes through the
なお、以上で説明したファラデー回転子14及び光アイソレータ15では、ガーネット基
板3に代えて光透過板11を使用することで、平板状の光透過板11の両面に、ガーネット単結晶2a、2bの光学面os2、os3が接する様に設けて別形態のファラデー回転子を構成しても良い。
In the
このようなファラデー回転子は、2つのガーネット基板3の面上にガーネット単結晶2a、2bをそれぞれ育成した後、ガーネット基板3を2つとも研磨により除去し、光透過板11の両面にそれぞれガーネット単結晶2a、2bの光学面os12、os3を面接触させ、更に光学面os1と常磁性ガーネット単結晶20とを接合固定することによって製作する。
In such a Faraday rotator, after growing the garnet
又、2個のガーネット単結晶の設置は、図17及び図18に示すように、図1の構造のファラデー回転子1を2個、光の伝搬方向(矢印P方向)に配列して新たにファラデー回転子17を構成することで実現しても良い。2個の常磁性ガーネット単結晶20a、20bと2個のガーネット単結晶2a、2bのそれぞれのファラデー回転方向は、光の伝搬方向から見たときに同一方向となるように設定する。
In addition, as shown in FIGS. 17 and 18, two garnet single crystals are newly installed by arranging two
図示しない永久磁石6の磁界の大きさは、2個の常磁性ガーネット単結晶20a及び20bと、2個のガーネット単結晶2a及び2bに磁界を印加した際、各々のファラデー回転角の合計が45度と設定されるような大きさとする。それぞれのファラデー回転角は、例えば常磁性ガーネット単結晶20aと20bのファラデー回転角をそれぞれ10度ずつ、ガーネット単結晶2aのファラデー回転角を8度、もう一方のガーネット単結晶2bのファラデー回転角を17度に設定すれば良い。従って、2つの常磁性ガーネット単結晶20a及び20bの厚さは均一な厚さt6となる。なお不均一でも構わない。
The magnitude of the magnetic field of the permanent magnet 6 (not shown) is such that when a magnetic field is applied to the two paramagnetic garnet
更に、光アイソレータを構成するときは、光源側に常磁性ガーネット単結晶20a、20bとガーネット単結晶2a、2bを配置し、光源側の反対側にガーネット基板3、3を配置することが、前述の通り光アイソレータのアイソレーションの低下が防止されるという点で望ましい。
Furthermore, when configuring an optical isolator, the paramagnetic garnet
このようなファラデー回転子17の構成とすることにより、ガーネット基板3の研磨除去工程が解消されるため、製造工程が短縮される。又、ガーネット基板3、3を2個設けることにより、ガーネット単結晶2a、2bで発生した熱の伝導経路を図12のファラデー回転子14に比べて2倍確保することが出来るため、放熱効率がより向上する。
By adopting such a configuration of the
なお、図17及び図18で説明したファラデー回転子17及び光アイソレータでは、ガーネット基板3、3に代えて光透過板11、11を使用することで、光透過板11、11の片面にガーネット単結晶2a、2bの光学面os2が接する様に設けて、更に別形態のファラデー回転子を構成しても良い。
In the
なお、本発明の光アイソレータは一例として、図19に示すようにファラデー回転子1及びホルダー7cと接触するように、光アイソレータ用光学素子(偏光子4、5及びファラデー回転子1)と永久磁石6との間に形成される空隙部に充填材18を充填するように変更しても良い。
As an example, the optical isolator of the present invention is an optical isolator optical element (
充填材18は熱伝導性を有する材料で構成し、熱伝導樹脂、熱伝導接着剤・低融点合金など固化する充填材や、放熱用シリコーンペーストのように固化しない充填材など、良好な熱伝導性を有する材料が好適である。
このような光アイソレータ19に矢印I方向に沿って1030nm以上1090nm以下の任意の波長の光が入射されると、前述のようにガーネット単結晶2の光透過部分で光吸収による熱が発生し、その熱はガーネット基板3からホルダー7cを経て、図示しない冷却素子9へと伝えられて放熱される。光アイソレータ19ではこの放熱経路に加えて、ファラデー回転子1及びホルダー7cと接触する充填材18が熱を伝導するため、ガーネット単結晶2の熱は充填材18からも伝導されて冷却素子9から放熱される。
When light having an arbitrary wavelength of 1030 nm or more and 1090 nm or less enters the
従って、ガーネット単結晶2で発生した熱が、ガーネット基板3だけでなく充填材18からも冷却素子9へと伝導されるので、前記各実施の形態の光アイソレータに比べて、ガーネット単結晶2の放熱効率を更に向上させることが可能となる。
Accordingly, the heat generated in the garnet
又、常磁性ガーネット基板20、20a、20bを、ガーネット単結晶2、2a、2bの育成基板として用いても良い。この場合、常磁性ガーネット単結晶としては、格子定数12.5235ÅのTb3Sc2Ga3O12単結晶が、Tbをホスト希土類元素とし1030nm以上かつ1090nm以下の波長域の光に対して99%超の光透過率を有する常磁性ガーネット単結晶の中では最も大きな格子定数を有するため、最適である。
本発明のファラデー回転子及び光アイソレータを、パッシブ光学デバイスに利用するこ
とにより、反射による光源への戻り光を防止することが出来る。
By using the Faraday rotator and the optical isolator of the present invention for a passive optical device, it is possible to prevent return light to the light source due to reflection.
1、12、14、17 ファラデー回転子
2、2a、2b ガーネット単結晶
3 ガーネット基板
4、5 偏光子
6 永久磁石
7a、7b、7c ホルダー
8、13、15、19 光アイソレータ
9 ペルチェ素子又はヒートシンク
10、16 光アイソレータ用光学素子
11 光透過板
18 充填材
20、20a、20b 常磁性ガーネット単結晶
1, 12, 14, 17
7a, 7b,
10, 16 Optical elements for optical isolators
11 Light transmission plate
18 Filler
20, 20a, 20b Paramagnetic garnet single crystal
Claims (25)
ーネット単結晶を含み、
前記常磁性ガーネット単結晶はTbをホスト希土類元素とすると共に、1030nm以上かつ1090nm以下の波長域の光に対して99%超の光透過率を有し、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は、入射さ
れる光の偏光面を回転させると共に、前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希
土類鉄ガーネット単結晶のそれぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見た
ときに同一方向に設定され、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデ
ー回転角の合計を45度と設定する磁界が、前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置
換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記磁界が2000Oe以上かつ3000Oe以下に設定され、永久磁石によって前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に入射され
る前記光の波長をλ(nm)とした時に、λは1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記常磁性ガーネット単結晶の少なくとも片面に、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶が設けられ、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚みの合
計が、1cm未満であり、
前記常磁性ガーネット単結晶の厚みが5mm以上であることを特徴とする短波長光用ファ
ラデー回転子。 The Faraday rotator for short wavelength light includes a paramagnetic garnet single crystal and a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal,
The paramagnetic garnet single crystal has Tb as a host rare earth element, and has a light transmittance of more than 99% for light in a wavelength region of 1030 nm or more and 1090 nm or less,
The paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal rotate the plane of polarization of incident light, and the Faraday rotation directions of the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal, respectively. Are set in the same direction when viewed from the light propagation direction,
A magnetic field that sets the total Faraday rotation angle of the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal to 45 degrees is applied to the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal,
The magnetic field is set to 2000 Oe or more and 3000 Oe or less, applied to the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal by a permanent magnet,
When the wavelength of the light incident on the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal is λ (nm), λ is set to a wavelength condition of 1030 nm or more and 1090 nm or less,
The bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal is provided on at least one side of the paramagnetic garnet single crystal ,
The total thickness of the paramagnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal
The total is less than 1cm,
A Faraday rotator for short wavelength light, wherein the thickness of the paramagnetic garnet single crystal is 5 mm or more .
下に設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載の短波長光用ファラデー回転子。 The bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal in lattice constant, a Faraday rotator for short wavelength light according to claim 1 or 2, characterized in that it is set below 12.56Å more and 12.58A.
2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶と前記常磁性ガーネット単結晶のそ
れぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見たときに同一方向に設定され、
更に、前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶のファラデー回転角の合計を45度と設定する磁界が、前記常磁性ガーネット単結晶と2
個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記磁界が2000Oe以上かつ3000Oe以下に設定され、永久磁石によって前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚
みの合計が、1cm未満であり、
前記常磁性ガーネット単結晶の厚みが5mm以上であることを特徴とする請求項1乃至3
の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。 Two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals are provided;
The Faraday rotation directions of the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals and the paramagnetic garnet single crystal are set in the same direction when viewed from the light propagation direction,
Furthermore, a magnetic field that sets the total Faraday rotation angle of the paramagnetic garnet single crystal and the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals to 45 degrees is
Applied to the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal ,
The magnetic field is set to 2000 Oe or more and 3000 Oe or less, and is applied to the paramagnetic garnet single crystal and the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals by a permanent magnet;
Thickness of the paramagnetic garnet single crystal and the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals
The sum of the total is less than 1cm,
Claims 1 to 3, wherein the thickness of the paramagnetic garnet single crystal is not less than 5mm
The Faraday rotator for short wavelength light according to any one of the above.
設けられて構成される前記短波長光用ファラデー回転子を2個、前記光の伝搬方向に配列
し、
2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶と2個の前記常磁性ガーネット単結
晶のそれぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見たときに同一方向に設定
され、
更に、2個の前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶のファラデー回転角の合計を45度と設定する磁界が、2個の前記常磁性ガーネッ
ト単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記磁界が2000Oe以上かつ3000Oe以下に設定され、永久磁石によって2個の前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
2個の前記常磁性ガーネット単結晶と2個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶の厚みの合計が、1cm未満であり、
2個の前記常磁性ガーネット単結晶の厚みの合計が5mm以上であることを特徴とする請
求項1乃至3の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。 Two Faraday rotators for short-wavelength light configured by providing the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal on one side of the paramagnetic garnet single crystal, arranged in the light propagation direction,
The Faraday rotation directions of the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals and the two paramagnetic garnet single crystals are set in the same direction when viewed from the light propagation direction,
Furthermore, the magnetic field that sets the total Faraday rotation angle of the two paramagnetic garnet single crystals and the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals to 45 degrees includes two paramagnetic garnet single crystals and two Of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal ,
The magnetic field is set to 2000 Oe or more and 3000 Oe or less, and is applied to the two paramagnetic garnet single crystals and the two bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystals by a permanent magnet;
Two single paramagnetic garnet single crystals and two single bismuth-substituted rare earth iron garnets
The total crystal thickness is less than 1 cm,
Two of the Faraday rotator for short wavelength light according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the total thickness of the paramagnetic garnet single crystal is not less than 5 mm.
の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶よりも前記ファラデー回転角が小さく設定
されることを特徴とする請求項4又は5に記載の短波長光用ファラデー回転子。 Claim 4 wherein the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal which is arranged on the incident side of the light, characterized in that said Faraday rotation angle than the other one of said bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal is smaller Or the Faraday rotator for short wavelength light of 5 .
晶が設けられる片面と反対側の片面に、Gd又はYをホスト希土類元素とする常磁性のガー
ネット基板が設けられると共に、
前記ガーネット基板が5W/m・K以上の熱伝導率を有することを特徴とする請求項1乃至
6の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。 Among both surfaces of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal, a paramagnetic garnet substrate having Gd or Y as a host rare earth element is provided on one side opposite to the one side on which the paramagnetic garnet single crystal is provided,
The garnet substrate has a thermal conductivity of 5 W / m · K or more.
The Faraday rotator for short wavelength light according to any one of 6 .
晶が設けられる片面と反対側の片面に、光透過板が設けられると共に、
前記光透過板は、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱伝導率の4倍以上の
熱伝導率を有する材料で形成されることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の短
波長光用ファラデー回転子。 Among both surfaces of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal, a light transmission plate is provided on one side opposite to the one side on which the paramagnetic garnet single crystal is provided,
The light transmitting plate is short according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is formed of a material having more than four times the thermal conductivity of the thermal conductivity of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal Faraday rotator for wavelength light.
類鉄ガーネット単結晶の光学面に対して垂直となるように、前記光透過板が前記ビスマス
置換希土類鉄ガーネット単結晶の片面に設けられていることを特徴とする請求項8に記載
の短波長光用ファラデー回転子。 The light transmission plate is made of a single crystal, and the light transmission plate is made of the bismuth-substituted rare earth so that the optical isotropic axis of the single crystal is perpendicular to the optical surface of the bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal. The Faraday rotator for short wavelength light according to claim 8 , wherein the Faraday rotator for short wavelength light is provided on one side of an iron garnet single crystal.
短波長光用ファラデー回転子。 The Faraday rotator for short wavelength light according to claim 7 , wherein the thickness of the garnet substrate is set to 1 mm or more.
ルチェ素子又はヒートシンクに前記短波長光用ファラデー回転子が接着されることを特徴
とする請求項1乃至10の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。 2. The short wavelength light Faraday rotator is applied to a side surface of the short wavelength light Faraday rotator which is a non-light transmitting surface, and the short wavelength light Faraday rotator is bonded to a Peltier element or a heat sink. The Faraday rotator for short wavelength light according to any one of 1 to 10 .
素子又はヒートシンクにハンダによって前記短波長光用ファラデー回転子が接合されるこ
とを特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。 The metal layer is formed on a side surface of the Faraday rotator for short wavelength light which is a non-light transmitting surface, and the Faraday rotator for short wavelength light is bonded to a Peltier element or a heat sink by soldering. The Faraday rotator for short wavelength light according to any one of 1 to 10 .
を熱圧着することによりペルチェ素子又はヒートシンクに前記短波長光用ファラデー回転
子が圧着されることを特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の短波長光用ファラデ
ー回転子。 The Faraday rotator for short wavelength light, which is a non-light transmitting surface, is provided with a gold film on the side surface of the Faraday rotator for short wavelength light, and the Faraday rotator for short wavelength light is pressure bonded to the Peltier element or heat sink by thermocompression bonding. The Faraday rotator for short wavelength light according to any one of claims 1 to 10 .
側及び出射側に偏光子を配置してなる光アイソレータ。 11. An optical isolator comprising the polarizer on the light incident side and the light emitting side of the Faraday rotator for short wavelength light according to any one of claims 1 to 10 .
射側及び出射側に偏光子を配置してなる光アイソレータ。 14. An optical isolator comprising the polarizer on the light incident side and the light emitting side of the Faraday rotator for short wavelength light according to any one of claims 11 to 13 .
率15W/m・K以上の材料から形成されるホルダーによって保持されると共に、
前記ホルダーを介してペルチェ素子又はヒートシンクに前記ビスマス置換型希土類鉄ガ
ーネットが接続されることを特徴とする請求項14に記載の光アイソレータ。 Each side surface which is a non-light transmitting surface of the Faraday rotator for short wavelength light and the polarizer is held by a holder formed of a material having a thermal conductivity of 15 W / mK or more,
The optical isolator according to claim 14 , wherein the bismuth-substituted rare earth iron garnet is connected to a Peltier element or a heat sink via the holder.
記ホルダーに前記短波長光用ファラデー回転子が接着されることを特徴とする請求項16
に記載の光アイソレータ。 Claim a thermosetting resin is applied to the side of the Faraday rotator for short wavelength light which is a non light transmitting surface, a Faraday rotator for the short wavelength light to said holder, characterized in that it is bonded 16
The optical isolator according to 1.
ダーにハンダによって前記短波長光用ファラデー回転子が接合されることを特徴とする請
求項16に記載の光アイソレータ。 The metal layer is formed on the side surfaces of the Faraday rotator for short wavelength light which is a non light transmitting surface, to claim 16, characterized in that the Faraday rotator for the short wavelength light is joined by soldering to the holder The optical isolator described.
を熱圧着することにより前記ホルダーに前記短波長光用ファラデー回転子が圧着されるこ
とを特徴とする請求項16に記載の光アイソレータ。 The Faraday rotator for short wavelength light is provided on the side surface of the Faraday rotator for short wavelength light which is a non-light transmitting surface, and the Faraday rotator for short wavelength light is pressure bonded to the holder by thermocompression bonding the gold film. The optical isolator according to claim 16 .
ダーが接着されることを特徴とする請求項16乃至19の何れかに記載の光アイソレータ。 The thermosetting resin is applied to the holder, the optical isolator according to any one of claims 16 to 19, wherein the holder to the Peltier element or heat sink is characterized in that it is bonded.
前記ホルダーが接合されることを特徴とする請求項16乃至19の何れかに記載の光アイ
ソレータ。 The metal layer is formed on the holder, the optical isolator according to any one of claims 16 to 19, wherein the holder by soldering to the Peltier element or heat sink is characterized in that it is joined.
はヒートシンクに前記ホルダーが圧着されることを特徴とする請求項16乃至19の何れ
かに記載の光アイソレータ。 The optical isolator according to any one of claims 16 to 19 , wherein a gold film is provided on the holder, and the gold film is thermocompression bonded so that the holder is pressure bonded to the Peltier element or the heat sink.
平板形の何れかであることを特徴とする請求項16乃至22の何れかに記載の光アイソレ
ータ。 A cross-sectional shape of the holder in a direction perpendicular to the light propagation direction is square, concave,
The optical isolator according to any one of claims 16 to 22 , wherein the optical isolator is a flat plate.
前記ホルダーと接触するように充填したことを特徴とする請求項16乃至23の何れかに
記載の光アイソレータ。 The optical isolator according to any one of claims 16 to 23 , wherein a filler made of a material having thermal conductivity is filled in contact with the Faraday rotator for short wavelength light and the holder. .
の温度条件で使用されることを特徴とする請求項1乃至24の何れかに記載の短波長光用
ファラデー回転子又は光アイソレータ。 25. The Faraday for short wavelength light according to any one of claims 1 to 24 , wherein the Faraday rotator for short wavelength light or the optical isolator is used under a temperature condition of -10 degrees or more and 80 degrees or less. Rotor or optical isolator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006347787A JP4868311B2 (en) | 2006-12-25 | 2006-12-25 | Faraday rotator for short wavelength light and optical isolator equipped with the Faraday rotator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006347787A JP4868311B2 (en) | 2006-12-25 | 2006-12-25 | Faraday rotator for short wavelength light and optical isolator equipped with the Faraday rotator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008158314A JP2008158314A (en) | 2008-07-10 |
JP4868311B2 true JP4868311B2 (en) | 2012-02-01 |
Family
ID=39659272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006347787A Expired - Fee Related JP4868311B2 (en) | 2006-12-25 | 2006-12-25 | Faraday rotator for short wavelength light and optical isolator equipped with the Faraday rotator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4868311B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5697209B2 (en) * | 2011-06-09 | 2015-04-08 | Fdk株式会社 | Paramagnetic garnet single crystal and method for producing the same |
JP2017049559A (en) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | 住友金属鉱山株式会社 | Faraday rotator |
CN116323517A (en) * | 2020-10-20 | 2023-06-23 | 株式会社全球实验室 | Tb-containing rare earth-aluminum garnet ceramic and method for producing same |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02103484A (en) * | 1988-10-13 | 1990-04-16 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Magnetic field detecting device |
JP2822257B2 (en) * | 1990-02-20 | 1998-11-11 | キヤノン株式会社 | Electric field modulation type magneto-optical device and driving method thereof, optical modulator, optical modulation method, optical isolator and adjustment method thereof |
JP2681869B2 (en) * | 1993-11-11 | 1997-11-26 | 株式会社トーキン | Magneto-optical element |
JP3472339B2 (en) * | 1994-04-06 | 2003-12-02 | Fdk株式会社 | Optical isolator for high power |
JPH08290997A (en) * | 1995-04-18 | 1996-11-05 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | Bismuth-substituted rare earth metal iron garnet single crystal |
JP2002082309A (en) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Tokin Corp | Optical isolator |
JP2002196282A (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-12 | Nec Tokin Corp | Optical isolator |
JP2005025138A (en) * | 2003-07-04 | 2005-01-27 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | Short wavelength, high power optical isolator |
-
2006
- 2006-12-25 JP JP2006347787A patent/JP4868311B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008158314A (en) | 2008-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1688782B1 (en) | Faraday rotator for high output lasers | |
JPH0769523B2 (en) | Magneto-optical isolator device | |
JP4797733B2 (en) | Polarization-independent optical isolator for high-power lasers | |
JP2008134595A (en) | Faraday rotator for short wavelength light and optical isolator provided with faraday rotator | |
JP4868311B2 (en) | Faraday rotator for short wavelength light and optical isolator equipped with the Faraday rotator | |
JP7063694B2 (en) | Faraday rotator manufacturing method | |
JP2010134066A (en) | Faraday rotator and faraday rotator unit | |
WO2012073670A1 (en) | Bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film and optical isolator | |
JP2010224520A (en) | Optical isolator | |
JP5578049B2 (en) | Bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film and optical isolator | |
JP2005043853A (en) | Optical part and optical isolator provided with it | |
JP5991491B2 (en) | Faraday rotator | |
JP2006292799A (en) | Method for manufacturing faraday rotator and optical isolator into which with the rotator built | |
JP6860264B2 (en) | Faraday rotator and its manufacturing method, optical isolator, optical transmission device | |
JP6894865B2 (en) | Method for manufacturing garnet-type crystals | |
JP2000241765A (en) | Faraday rotator and optical isolator | |
JP2000249983A (en) | Production of optical non-reciprocal device | |
JP2005025138A (en) | Short wavelength, high power optical isolator | |
JP4399731B2 (en) | Faraday rotator for high power laser | |
JP4286024B2 (en) | Magnetic garnet material, Faraday rotator, optical device, method for producing bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal film, and crucible | |
JP6713949B2 (en) | Polarizing member and optical isolator | |
JP2003257737A (en) | Method for magnetization | |
JP2006267434A (en) | Optical isolator and manufacturing method thereof | |
JP5459245B2 (en) | Bismuth-substituted rare earth iron garnet crystal film and optical isolator | |
EP0408250B1 (en) | Apparatus comprising a magneto-optic isolator utilizing a garnet layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100601 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100607 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100805 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100830 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111104 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141125 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141125 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |