(57)【要約】【課題】  ファラデー素子からの発熱を効率良く放熱する。【解決手段】  ファラデー素子である磁性ガーネット結晶膜１と、この磁性ガーネット結晶膜の両側にこれを挟むように装着されている第１及び第２の熱伝導板２，３とを備えており、第１の熱伝導板２は、ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）の基板からなり、第２の熱伝導板３は、下記の熱伝導部材（２）〜（９）から選択されるものであるが、第１の熱伝導部２と第２の熱伝導部３とは一方が下記熱伝導部材（１）であるとき、他方は下記熱伝導部材（２）〜（９）から選択されるものである。  （１）ＧＧＧ、（２）ＴｉＯ２、（３）Ａｌ２Ｏ３、（４）３Ｃ−ＳｉＣ、（５）４Ｈ−ＳｉＣ、（６）６Ｈ−ＳｉＣ、（７）ｈｅｘ．ＡＩＮ、（８）ｈｅｘ．ＧａＮ、（９）Ｃ【選択図】        図１
2006030442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー素子である磁気光学結晶膜と、この磁気光学結晶膜の両側にこれを挟むように装着されている第１及び第２の熱伝導部とを備えており、
上記第１及び第２の熱伝導部は、下記の熱伝導部材（１）〜（９）から選択されるものであり、
（１）ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）
（２）酸化チタン（ＴｉＯ２）
（３）サファイア（Ａｌ２Ｏ３）
（４）ポリタイプＳＩＣ（３Ｃ−ＳｉＣ）
（５）ポリタイプＳＩＣ（４Ｈ−ＳｉＣ）
（６）ポリタイプＳＩＣ（６Ｈ−ＳｉＣ）
（７）六方晶窒化アルミニウム（ｈｅｘ．ＡＩＮ）
（８）六方晶窒化ガリウム（ｈｅｘ．ＧａＮ）
（９）ダイヤモンド（Ｃ）
上記第１の熱伝導部と上記第２の熱伝導部とは一方が上記熱伝導部材（１）であるとき、他方は上記熱伝導部材（２）〜（９）から選択されるものである
ことを特徴とする光アイソレータの放熱構造。
【請求項２】
磁気光学結晶膜は磁性ガーネット結晶膜であり、第１の熱伝導部はガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）基板からなることを特徴とする請求項１記載の光アイソレータの放熱構造。
【請求項３】
磁気光学結晶膜は、ビームパワー密度≧１００Ｗ／ｃｍ２の条件において用いられるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光アイソレータの放熱構造。
【請求項４】
第１の熱伝導部及び第２の熱伝導部の磁気光学結晶膜側と反対側にそれぞれ第３の熱伝導部及び第４の熱伝導部を装着してあり、上記第１の熱伝導部と第２の熱伝導部とが素子放熱部の本体を構成しかつ上記第３の熱伝導部と第４の熱伝導部とで外部放熱部を構成しており、上記第３及び第４の熱伝導部はいずれも光路上に穴を開けてあると共に、放熱突部を突出してあり、上記第３及び第４の熱伝導部は熱伝導部材である銅、銀、金、カーボンの中から選択された板材で形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の光アイソレータの放熱構造。
【請求項５】
上記第３及び第４の熱伝導部を挟んで複屈折結晶を配置してあり、それぞれの複屈折結晶をカバー部で被覆し、上記カバー部に放熱突部を接続していることを特徴とする請求項４記載の光アイソレータの放熱構造。
【請求項６】
第１の熱伝導部及び第２の熱伝導部の磁気光学結晶膜側と反対側にそれぞれ第３の熱伝導部及び第４の熱伝導部を装着してあり、上記第１の熱伝導部と第２の熱伝導部とが素子放熱部の本体を構成すると共に、ダイヤモンド薄膜で形成されており、上記第３の熱伝導部と第４の熱伝導部とで外部放熱部を構成しかつ上記第３及び第４の熱伝導部はいずれも光路上に穴を開けてあると共に、放熱突部を突出してあり、上記第３及び第４の熱伝導部は熱伝導部材である銅、銀、金及びカーボンから選択された板材で形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の光アイソレータの放熱構造。
【請求項７】
第３及び第４の熱伝導部を挟んで磁気光学結晶膜側と反対側にそれぞれ複屈折結晶を配置してあり、各複屈折結晶をカバー部で被覆し、上記カバー部に放熱突部を接続していることを特徴とする請求項６記載の光アイソレータの放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光アイソレータに用いられているファラデー回転子における光吸収に伴う温度上昇を抑制するための光アイソレータの放熱構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力のレーザーを用いる分析医療その他の技術分野では、光アイソレータのような偏光制御モジュールに対する高パワー対応が要請されている。特に、７３０ｎｍ〜８００ｎｍや１０００ｎｍ〜１２００ｎｍでは、偏光を回転させる機能を備えたファラデー回転子にガーネット結晶を用いた場合、ガーネット結晶の光吸収に伴う熱上昇の問題が発生する。この問題を解決するために例えば特開平７−２８１１２９号公報に記載の高パワー用光アイソレータが提案されている。この従来の高パワー用光アイソレータは、筒状の永久磁石の内部に、磁気光学結晶膜を透明なガーネット基板で挟んだ状態で装着して４５度ファラデー回転子とし、このファラデー回転子を第１の偏光子と第２の偏光子との間に配置した構成である（公報第５頁第７欄第２６行〜第３２行参照）。そして上記従来の高パワー用光アイソレータは、順方向の高パワーの入射光が磁気光学結晶膜を通過する際、磁気光学結晶膜の通過部分で光吸収により発熱し、発生した熱を磁気光学結晶膜を経て永久磁石へ放熱して、上記問題を解決するものである。
【特許文献１】特開平７−２８１１２９号公報
【特許文献２】特開平２−１０８０１８号公報
【特許文献３】特開昭６３−２２５２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の高パワー用光アイソレータの課題としては、熱放散の効率化である。効率的に熱を放散できれば、ファラデー素子（ガーネット結晶膜）の光吸収波長の特定の変化を抑制できると共に、熱吸収に伴う光学損失の増加と熱破壊を効果的に防止できる利点がある。
本発明の目的は、ファラデー素子からの発熱を効率良く放熱することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の特徴は、ファラデー素子である磁気光学結晶膜と、この磁気光学結晶膜の両側にこれを挟むように装着されている第１及び第２の熱伝導部とを備えており、上記第１及び第２の熱伝導部は、下記の熱伝導部材（１）〜（９）から選択されるものであるが、上記第１の熱伝導部と上記第２の熱伝導部とは一方が下記熱伝導部材（１）であるとき、他方は下記熱伝導部材（２）〜（９）から選択されるものであることにある。
（１）ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）
（２）酸化チタン（ＴｉＯ２）
（３）サファイア（Ａｌ２Ｏ３）
（４）ポリタイプＳＩＣ（３Ｃ−ＳｉＣ）
（５）ポリタイプＳＩＣ（４Ｈ−ＳｉＣ）
（６）ポリタイプＳＩＣ（６Ｈ−ＳｉＣ）
（７）六方晶窒化アルミニウム（ｈｅｘ．ＡＩＮ）
（８）六方晶窒化ガリウム（ｈｅｘ．ＧａＮ）
（９）ダイヤモンド（Ｃ）
本発明の第２の特徴は、上記第１の特徴を前提として、磁気光学結晶膜は磁性ガーネット結晶膜であり、第１の熱伝導部はガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）基板からなることにある。
本発明の第３の特徴は、上記第１の特徴又は第２の特徴を前提として、磁気光学結晶膜は、ビームパワー密度≧１００Ｗ／ｃｍ２の条件において用いられるものであることにある。
本発明の第４の特徴は、上記第１の特徴、第２の特徴又は第３の特徴を前提として、第１の熱伝導部及び第２の熱伝導部の磁気光学結晶膜側と反対側にそれぞれ第３の熱伝導部及び第４の熱伝導部を装着してあり、上記第１の熱伝導部と第２の熱伝導部とが素子放熱部の本体を構成しかつ上記第３の熱伝導部と第４の熱伝導部とで外部放熱部を構成しており、上記第３及び第４の熱伝導部はいずれも光路上に穴を開けてあると共に、放熱突部を突出してあり、上記第３及び第４の熱伝導部は熱伝導部材である銅、銀、金、カーボンの中から選択された板材で形成されていることにある。
本発明の第５の特徴は、上記第４の特徴を前提として、上記第３及び第４の熱伝導部を挟んで複屈折結晶を配置してあり、それぞれの複屈折結晶をカバー部で被覆し、上記カバー部に放熱突部を接続していることにある。
本発明の第６の特徴は、上記第１の特徴、第２の特徴又は第３の特徴を前提として、第１の熱伝導部及び第２の熱伝導部の磁気光学結晶膜側と反対側にそれぞれ第３の熱伝導部及び第４の熱伝導部を装着してあり、上記第１の熱伝導部と第２の熱伝導部とが素子放熱部の本体を構成すると共に、ダイヤモンド薄膜で形成されており、上記第３の熱伝導部と第４の熱伝導部とで外部放熱部を構成しかつ上記第３及び第４の熱伝導部はいずれも光路上に穴を開けてあると共に、放熱突部を突出してあり、上記第３及び第４の熱伝導部は熱伝導部材である銅、銀、金及びカーボンから選択された板材で形成されていることにある。
本発明の第７の特徴は、上記第６の特徴を前提として、第３及び第４の熱伝導部を挟んで磁気光学結晶膜側と反対側にそれぞれ複屈折結晶を配置してあり、各複屈折結晶をカバー部で被覆し、上記カバー部に放熱突部を接続していることにある。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、素子放熱部を設けることにより、ファラデー素子からの発熱を効率的に放熱することができ、温度上昇を抑制することができる。
本発明によれば、素子放熱部の他に外部放熱部を設けるものにあっては、ファラデー素子からの発熱をより一層効率的に放熱することができ、熱伝導率の効率的な向上が図られ温度上昇を抑制することができ、安定した光学特性を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１及び図２を参照して本発明の光アイソレータＡ１の放熱構造について説明する。
図１に示す光アイソレータＡ１は、磁気光学結晶膜である磁性ガーネット結晶膜１、第１及び第２の熱伝導部である第１及び第２の熱伝導板２，３、第１及び第２のレンズ４ａ，４ｂ、第１、第２、第３及び第４の複屈折結晶板５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ及び磁石６を具備している。
光アイソレータＡ１に入射するビームＢにおけるビームパワー密度は１００Ｗ／ｃｍ２以上に設定されている。光アイソレータＡ１における各光学素子は、順方向のビームＢの光路に沿って配置されており、図１では、左側から右側に向けて第１のレンズ４ａ、第１及び第２の複屈折結晶板５ａ，５ｂ、第２の熱伝導板３、磁性ガーネット結晶膜１、第１の熱伝導板２、第３及び第４の複屈折結晶板５ｃ，５ｄ及び第２のレンズ４ｂの順に配列されている。
【０００７】
図２に示すように、磁性ガーネット結晶膜１の一方（図右方）の片側に第１の熱伝導板２を、他方の片側に第２の熱伝導板３をそれぞれ装着してある。
第１の熱伝導板２及び第２の熱伝導板３は下記の熱伝導部材（１）〜（９）から適宜選択される。ただし、第１の熱伝導板２と第２の熱伝導板３とは一方が下記熱伝導部材（１）であるとき、他方は下記熱伝導部材（２）〜（９）から選択されるものにある。
（１）ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）
（２）酸化チタン（ＴｉＯ２）
（３）サファイア（Ａｌ２Ｏ３）
（４）ポリタイプＳＩＣ（３Ｃ−ＳｉＣ）
（５）ポリタイプＳＩＣ（４Ｈ−ＳｉＣ）
（６）ポリタイプＳＩＣ（６Ｈ−ＳｉＣ）
（７）六方晶窒化アルミニウム（ｈｅｘ．ＡＩＮ）
（８）六方晶窒化ガリウム（ｈｅｘ．ＧａＮ）
（９）ダイヤモンド（Ｃ）
第１の熱伝導板２の熱伝導部材として、（１）ガドリニウム・ガリウム・ガーネット（以下「ＧＧＧ」という。）を選択した場合には、第２の熱伝導板３の熱伝導部材としては、上記（２）酸化チタン（ＴｉＯ２）〜（９）ダイヤモンド（Ｃ）の中からいずれかを選択する。
また第１の熱伝導板２の熱伝導部材として、上記（２）酸化チタン（ＴｉＯ２）〜（９）ダイヤモンド（Ｃ）の中からいずれかを選択した場合には、第２の熱伝導板３の熱伝導材も、上記（１）ＧＧＧ〜（９）ダイヤモンド（Ｃ）の中からいずれかを選択する。
第１及び第２の熱伝導板２，３は、それぞれ磁性ガーネット結晶膜１との境界面に光吸収のない状態で光学接着、圧着などの装着手段によって貼り付けるものである。
磁性ガーネット結晶膜１と第１及び第２の熱伝導板２，３とは、筒状の磁石６内に配置されており、上記磁性ガーネット結晶膜はファラデー素子である。
第１及び第２の熱伝導板２，３と磁石６とが素子放熱部７を構成しており、磁性ガーネット結晶膜１を挟んでいる第１及び第２の熱伝導板２，３が素子放熱部の本体を構成している。
【０００８】
光アイソレータＡ１において、順方向のビームＢは第１のレンズ４ａから入射し、入射光は第１及び第２の複屈折結晶板５ａ，５ｂを経て第２の熱伝導板３、磁性ガーネット結晶膜１及び第１の熱伝導板２を通過し、磁性ガーネット結晶膜１は通過する光を吸収する際、発熱し、発生した熱は磁石６へ放散されるが、この磁石の方向のみならず、第１の熱伝導板２及び第２の熱伝導板３にも導びかれるから、放熱方向が磁石側、第１の熱伝導板側及び第２の熱伝導板側であり、結局全体として三方向に熱放散される。
図１に示す放熱構造では、磁性ガーネット結晶膜１を挟む第１及び第２の熱伝導板２，３がいずれもＧＧＧ基板を使用した場合と比較して、熱伝導率はかなり高められ、放熱効率が向上する。
【０００９】
図３〜図５を参照して本発明の光アイソレータＡ２の放熱構造について説明する。
光アイソレータＡ２の構成は光アイソレータＡ１のそれと実質的に同一であるが、放熱構造に関しては光アイソレータＡ１のそれとは相違しているので、相違している構成部分について説明する。
なお、光アイソレータＡ２は光アイソレータＡ１と共通している部分（共通する放熱構造の部分も含む。）の説明を省略すると共に、その符号を光アイソレータＡ１の符号をそのまま使用している。
光アイソレータＡ２の放熱構造の特徴は、素子放熱部７とは別に外部に熱を効率良く放熱するための外部放熱部８を設けている点にある。
外部放熱部８について説明すると、図４及び図５に示すように第１及び第２の熱伝導板２，３の外側に第３及び第４の熱伝導部である第３及び第４の熱伝導板９，１０を設けてある。第３及び第４の熱伝導板９，１０の熱伝導部材としては、銅、銀、金、カーボンなどから選択する。第３及び第４の熱伝導板９，１０は第１及び第２の熱伝導板２，３の片側に装着されており、中央部にビームＢの通路である光路上に穴９１，１０１を開けてあり、上部に放熱突部９２，１０２を水平方向に突出してある。各放熱突部９２，１０２は図３に示すように互いに反対方向に伸び、その先端部が第１及び第４の複屈折結晶板５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを被覆しているカバー部１１に接続されている（図３）。
【００１０】
光アイソレータＡ２において、順方向のビームＢは第１のレンズ４ａから入射し、入射光は第１及び第２の複屈折結晶板５ａ，５ｂを経て第４の熱伝導板１０、第２の熱伝導板３、磁性ガーネット結晶膜１、第１の熱伝導板２及び第３の熱伝導板９を通過し、磁性ガーネット結晶膜１は通過する光を吸収する際、発熱し、発生した熱は磁石６のみならず、第１及び第２の熱伝導板２，３を経て第３及び第４の熱伝導板９，１０へ放散され、さらに熱が放熱突部９２，１０２を介してカバー部１１へ導かれ、しかも各放熱突部が冷却素子として機能が発揮されるから、効率の良い放熱が可能となる。発生した熱は磁石６に及ぶものの、第３及び第４の熱伝導板９，１０へも導かれるので、光アイソレータＡ１と比較して熱による磁石の磁力の減衰を抑制することが可能となる。
【００１１】
図３〜図５に示す放熱構造では、磁性ガーネット結晶膜１からの熱を第１及び第２の熱伝導板２，３と、そして第３及び第４の熱伝導板９，１０を介して放熱を図るために、熱容量と放熱面積を大きく確保することができ、磁石６を回避した放熱構造を採用することが可能となり、図１に示す本発明の光アイソレータＡ１の放熱構造と比較して、熱による磁石６の機能低下の防止及び放熱を効率的・効果的に行える。
因みに、例えば素子放熱部７の本体を構成している第１及び第２の熱伝導板２，３が１ｍｍ角の光学素子であって、φ１．２ｍｍの光路を確保した場合、熱伝導面積は約０．０１１２ｃｍ２となり、熱伝導面積は大幅に拡大される。
図３に示す放熱構造において、熱の効率的な放散によって、温度上昇が抑制されて、光学特性の劣化・熱破壊の防止に有効である。
【００１２】
図６を参照して本発明の光アイソレータＡ２におけるさらに他の放熱構造について説明する。
図示する放熱構造の特徴は素子放熱部１２にあり、第１及び第２の熱伝導板２，３にダイヤモンドを用い、そのダイヤモンド薄膜を磁性ガーネット結晶膜１の両側面に蒸着などの方法によって形成している点にあり、その他の構成は光アイソレータＡ２の放熱構造と同一である。
なお、図６に示す放熱構造は図３に示す光アイソレータＡ２の放熱構造と共通している部分の説明を省略すると共に、その符号を光アイソレータＡ２の符号（図３及び図４）をそのまま使用している。
【００１３】
図６に示す放熱構造では、第１及び第２の熱伝導板２，３にダイヤモンド薄膜を使用しているので、第１及び第２の熱伝導板としてＧＧＧなどの結晶材料などを使用しているものと比較して、薄型化及び構造の簡素化が可能となる。
図６に示す放熱構造においても、熱上昇が抑制され、安定した光学特性が得られる。
【００１４】
図３及び図６に示す各放熱構造において、第３及び第４の熱伝導板９，１０の放熱突部９２，１０２は第３及び第４の熱伝導板の本体の上部の中央部から上方に延伸させているが本体と同一幅であっても良く、また熱伝導面積を拡大するために例えばフィンを設けたり、波形状にするなど適宜の工夫を施すようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光アイソレータを示す構成図である。
【図２】図１における光アイソレータの放熱構造における素子放熱部の本体を示す拡大正面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光アイソレータを示す構成図である。
【図４】図３における光アイソレータの放熱構造における素子放熱部の本体及び外部放熱部を示す拡大正面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】光アイソレータにおける他の実施の形態に係る放熱構造の素子放熱部の本体及び外部放熱部を示す拡大正面図である。
【符号の説明】
【００１６】
Ａ１，Ａ２        光アイソレータ
Ｂ                ビーム
１                磁性ガーネット結晶膜（磁気光学結晶膜）
２                第１の熱伝導板（第１の熱伝導部）
３                第２の熱伝導板（第２の熱伝導部）
５ａ              第１の複屈折結晶板（複屈折結晶）
５ｂ              第２の複屈折結晶板（複屈折結晶）
５ｃ              第３の複屈折結晶板（複屈折結晶）
５ｄ              第４の複屈折結晶板（複屈折結晶）
６                磁石
７                素子放熱部
８                外部放熱部
９                第３の熱伝導板（第３の熱伝導部）
９１              穴
９２              放熱突部
１０              第４の熱伝導板（第４の熱伝導部）
１０１            穴
１０２            放熱突部
１１              カバー部
１２              素子放熱部
【図１】
2006030442.tif 000003
【図２】
2006030442.tif 000004
【図３】
2006030442.tif 000005
【図４】
2006030442.tif 000006
【図５】
2006030442.tif 000007
【図６】
2006030442.tif 000008