JP7474725B2 - 光アイソレータ - Google Patents
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Description
θ=V×H×L
上記式中、Vは、ベルデ定数で、ファラディ回転子の材料及び測定波長で決まる定数であり、Hは磁界強度であり、Lはファラディ回転子の長さ(光路長)である。この式から分かるように、ある一定の大きさのベルデ定数を持つ回転子において、所望のファラディ回転角を得ようとすると、ファラディ回転子に印加する磁界が大きいほど回転子長を短くすることができ、回転子長が長いほど磁束密度を小さくすることできる。
前記ファラディ回転子の外周に配置される中空マグネットと
を具備し、
前記ファラディ回転子に印加される磁束密度B(T)が下記式(1)の範囲内にあり、
前記ファラディ回転子が配置される光路長L(cm)が下記式(2)の範囲内にあることを特徴とする400~470nm波長帯域用光アイソレータを提供する。
B≦0.40 (1)
0.26≦L≦0.50 (2)
(TbxR1-x)2O3 (I)
(ここで、上記式(I)中、xは、0.5≦x≦1.0であり、Rは、テルビウム以外のランタノイド元素、スカンジウム及びイットリウムよりなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む。)
前記偏光子の各々は、0.5dB以下の挿入損失と30dB以上の消光比とを示す偏光ビームスプリッターであることが好ましい。
前記ファラディ回転子の外周に配置される中空マグネットと
を具備し、
前記ファラディ回転子に印加される磁束密度B(T)が下記式(1)の範囲内にあり、
前記ファラディ回転子が配置される光路長L(cm)が下記式(2)の範囲内にあることを特徴とする400~470nm波長帯域用光アイソレータである。
B≦0.40 (1)
0.26≦L≦0.50 (2)
なお、当業者は、本発明のアイソレータを上記以外の波長帯域のレーザ光に設計変更することができる。
図1に示す光アイソレータ10において、入射偏光子1、ファラディ回転子2、及び出射偏光子3が、左側の入射側から右側の出射側に向う光軸6上に、順次配置されている。
具体的には、所定の厚さの酸化物を切り出し、鏡面研磨仕上げを行い、磁束密度の大きさが既知の永久磁石にファラディ回転子をセットし、波長400~470nmにおけるベルデ定数を測定する。また、測定温度は25±10℃とし、大気中で測定を行う。
0.26≦L≦0.50 (2)
光路長(サンプル長ということもできる)が0.50cmを超えると、アイソレータの小型化が難しくなり、0.26cm未満であると所望のファラディ回転角を得るための磁束密度の大きさが大きくなり、やはり光アイソレータの小型化が難しくなる。
(TbxR1-x)2O3 (I)
上記の酸化物の含有量は、99質量%以上であることがより好ましく、99.9質量%以上であることが更に好ましく、100質量%であることが特に好ましい。
なお、焼結助剤としては、シリコン、マグネシウム、カルシウムの各酸化物のなかからいずれか一種類以上を選定することが好ましい。
単結晶の作製においては、安定に結晶化させる目的で、アルカリ土類金属の酸化物(例えば、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム)をドーピングしてもよい。
透過率=I/Io×100
(上記式中、Iは透過光強度(厚さLcmの試料を透過した光の強度)、Ioは入射光強度を表す。)
中空マグネットは、可能な限り小型な永久磁石とすることが好ましく、かつ磁石材質として、フェライト磁石或いはサマリウム-コバルト磁石よりも大きな磁束密度を有するネオジム-鉄-ボロン(NdFeB)系磁石を選択することが好ましい。さらに本中空マグネットをステンレス筐体に収納し、筐体周囲の同ステンレス部材とレーザ溶接にて一体化することにより、固定強度が強固で、より小型化されたレーザモジュールを構成することができる。
図1に示す構成の460nm帯光アイソレータを製作した。
入射偏光子1及び出射偏光子3としては460nmにおいて高い透明性/消光比を有する、偏光ビームスプリッタ(PBS)を使用し、その光透過面に中心波長460nmの反射防止膜を施した。更に、入射光路に光透過面の反射光が戻ることを回避するため、4°だけ傾き角度をもった偏光子ホルダ4の上に偏光子1及び3の四隅底面を共に接着固定した。偏光子1及び3を接着固定した偏光子ホルダ4を、金属ホルダ5に挿入した。
実施例2では、ファラディ回転子2として、波長460nmにおいてベルデ定数が840Rad/T・mとなる、(Tb0.6R0.4)2O3酸化物(R=Y(イットリウム))を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の光アイソレータ10を作製した。
比較例1としてTGG単結晶(ベルデ定数380Rad/T・m)をファラディ回転子とした光アイソレータを作製した。このTGG単結晶に印加する磁束密度を算出すると、図3のように、光路長0.5cmにおいて必要とする磁束密度は約0.41[T]となることがわかる。実施例1と同様にマグネット形状を算出するため、外径を2.5cmとし、長さ(MT)をパラメータとして得られる磁束密度分布のシミュレーション結果を図4に示す。この結果、比較例1における磁束密度を満足するマグネット形状は、外径2.5cm、内径0.4cm、長さ1.0cmになることが判った。ここで図4中の位置Z[mm]は、図1の光軸6上の中心からの距離を示し、光路長[cm]は2×Z/10と算出する。
Claims (5)
- 波長400nm~470nmにおけるベルデ定数が750Rad/T・m以上のファラディ回転子であって、下記式(I)で表される酸化物を95%以上含有するファラディ回転子と、
前記ファラディ回転子の外周に配置される中空マグネットと
を具備し、
前記ファラディ回転子に印加される磁束密度B(T)が下記式(1)の範囲内にあり、
前記ファラディ回転子が配置される光路長L(cm)が下記式(2)の範囲内にあることを特徴とする400~470nm波長帯域用光アイソレータ。
(Tb x R 1-x ) 2 O 3 (I)
(ここで、上記式(I)中、xは、0.5≦x≦1.0であり、Rは、テルビウム以外のランタノイド元素、スカンジウム及びイットリウムよりなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む。)
B≦0.40 (1)
0.26≦L≦0.50 (2) - 前記酸化物が単結晶であることを特徴とする請求項1に記載の光アイソレータ。
- 前記酸化物がセラミックスであることを特徴とする請求項1に記載の光アイソレータ。
- 前記ファラディ回転子が、前記式(2)を満たす光路長L(cm)において、1dB以下の挿入損失と30dB以上の消光比とを示すものであることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の光アイソレータ。
- 前記ファラディ回転子を光軸に沿って間に挟むように配置された一対の偏光子を更に具備し、
前記偏光子の各々は、0.5dB以下の挿入損失と30dB以上の消光比とを示す偏光ビームスプリッターであることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の光アイソレータ。
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