(57)【要約】 【課題】  ハイパワーのレーザ光に使用でき低損失の光アイソレータを提供すること。【解決手段】  中心軸方向に印加された磁界の方向に対応して光の偏波方向を回転させるファラデー回転子として、ＢＩＧ厚膜（ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶厚膜）１５、サファイア板１３、及び磁石１６が用いられ、そのファラデー回転子を挟むように一対のＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１４が配置され、それらを収納する筐体１１は熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の物質からなり、その側面には、ＰＢＳ１４によって光路を曲げられた光が通過できるように穴１２が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸方向に印加された磁界の方向に対応して光の偏波方向を回転させるファラデー回転子と、前記ファラデー回転子を挟んで対向した一対の偏光子と、筐体とを備える光アイソレータにおいて、前記偏光子は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）からなり、前記筐体は熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の物質からなり、前記筐体の側面には前記偏光ビームスプリッタによって光路を曲げられた光が通過する穴が形成されたことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項２】
請求項１記載の光アイソレータにおいて、前記筐体の材質が銅またはアルミニウムであることを特徴とする光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として映像機器や光計測器、光通信システムに用いられる光アイソレータに係り、ハイパワーの光源から出射した光が光学系装置中の光学素子の端面で反射して光源に戻るのを防ぐための非可逆相反部品として好適な光アイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光源等の光源から出射した光は各種光学素子や光ファイバに入射されるが、その入射光の一部は、各種光学素子や光ファイバの端面や内部で反射されたり散乱されたりする。そしてこの反射、散乱された光の内の一部は戻り光として前記光源に戻ろうとするが、この戻り光を防止するために光アイソレータが用いられる。従来、この種の光アイソレータは、２枚の偏光子の間に平板状のファラデー回転子を設置し、これら３つの部品を筒状の磁石内に部品ホルダを介して収納し、構成されていた。ここで、通常、ファラデー回転子は飽和磁界内において所定の波長の光の偏光面を４５°回転する厚みに設定され、また２つの偏光子はそれぞれの透過偏光方向が４５°回転方向にずれるように回転調整されている。レーザパワーが数百ｍＷと低い場合はファラデー回転子の温度上昇もわずかで特段問題は起きない。しかし、光ファイバアンプなどでは１Ｗレベルのパワーを必要とし、そのような光が照射された部分のファラデー回転子の温度上昇が無視できなくなることがあり、それがファラデー回転子の損失増加を招いていた。そこで、特許文献１に開示された「高エネルギーレーザ用ファラデー回転子」ではハイパワーレーザによる温度上昇を低減するために、ファラデー回転子であるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶厚膜（以下、ＢＩＧ厚膜と略す）の片面に液相エピタキシャル成長用の非磁性ガーネット基板（以下、ＬＰＥ基板と略す）を残すことにより、ＢＩＧ厚膜での放熱を促進し、温度の上昇を抑制し、透過損失の増大を防いでいる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−６６１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＢＩＧ厚膜（ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶厚膜）は、近赤外で優れた透明性を有するが、波長域によっては光吸収が大きくなる。たとえばＹＡＧレーザの波長（１０６４ｎｍ）での挿入損失は０．５ｄＢ程度である。ＢＩＧ厚膜に吸収された光のエネルギーは熱に変換されてＢＩＧ厚膜の温度を上げる。従来技術では、レーザパワーが数百ｍＷの場合にはＬＰＥ基板が放熱作用を示し問題ないが、加工機や映像用機器などではそのパワーは数Ｗレベルにも達し、放熱しきれない。また、光アイソレータを形成するホルダの熱伝導が悪いとそれも特性を劣化させる原因となる。一方、ハイパワー用の光アイソレータにおいて光吸収型の偏光子は高温になるため使用できず、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）のような光の方向を変える偏光子が必要となる。しかしながら、光の方向を変えても筐体にハイパワーの光が吸収されたのでは筐体の温度が上昇し、結局ＢＩＧ厚膜の発生熱を放出することができず、光アイソレータの機能が低下するという問題があった。
【０００５】
この状況において、本発明の課題はハイパワーのレーザ光に使用できる低損失の光アイソレータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は１Ｗを越える強いパワーのレーザ光に対しても適用できる光アイソレータを鋭意検討した。そして、熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の物質を筐体として使用すること、および偏光子にＰＢＳを用い、それにより分離され方向を変えたハイパワーの偏光が筐体に直接あたらないように穴を開けた構造により、低ロスでハイパワーレーザに適用できる光アイソレータを完成させた。
【０００７】
従来のＬＰＥ基板付きＢＩＧ厚膜を用いた光アイソレータにおける発生熱の伝播ルートには、（１）ＢＩＧ厚膜膜を伝わって逃げるルート、（２）ＢＩＧ厚膜に接触した空気からのルート、（３）ＢＩＧ厚膜からＬＰＥ基板を伝わって筐体または空気に逃げるルートがある。これらのルートのうち、（３）が最も効果的であるがレーザパワーが１Ｗを超えると放熱しきれず損失が上昇する。そこで本発明者は銅などの熱伝導率が高い物質を筐体とし、偏光子にＰＢＳを用い、ＰＢＳで分離された光は筐体の穴から外へ放出されることにより発熱を抑制し放熱を促進して、ハイパワーに耐える光アイソレータを完成させた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光アイソレータは、熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の物質を筐体として使用すること、および偏光子にＰＢＳを用い、分離して方向を変えたハイパワーの偏光が筐体に直接あたらないように穴を開けた構造を有することで、たとえば、５Ｗのハイパワーレーザにも挿入損失は０．８ｄＢ以下であり、低ロスでハイパワーのレーザ光に使用できる光アイソレータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態の光アイソレータを示し、図１（ａ）はその前半部の断面図、図１（ｂ）はその後半部の断面図、図１（ｃ）は外観斜視図であり、１１は筐体、１２は筐体側面の穴、１３はサファイア板、１４はＰＢＳ、１５はＢＩＧ厚膜、１６は磁石、１７は連結材である。
【００１０】
筐体１１には熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の物質を用いると共に、その側面には、ＰＢＳ１４によって光路を曲げられた光が通過できるように穴１２が開けられている。この構造によって、ＢＩＧ厚膜で発生した熱を筐体１１の外表面に導き、さらに空気中に放散する。また、ＰＢＳ１４によって曲げられた偏光成分が筐体１１に吸収されて発熱することを防止する。ところで、筐体１１として熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の物質を用いると、パワー５Ｗのレーザ光に対して、挿入損失が１ｄＢ以上になり、実用性がない。実際に用いる材質としては、銅、アルミニウムがあるが、それらの合金を用いても、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であればよい。
【実施例】
【００１１】
（実施例１）本実施例１の光アイソレータは実施の形態で説明した光アイソレータと同じ構造を有するので、図１に基づいて説明する。ファラデー回転子には、ＢＩＧ厚膜（ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶厚膜）１５を使用し、その入射面および出射面にサファイア板１３を密着させた。このときサファイア板１３は厚さ０．４ｍｍで、切断角度はｃ軸に対し０°とした。各界面にはＡＲコートを施した。また、磁石１６の円筒内に、連結材１７を介して、サファイア板１３で挟んだＢＩＧ厚膜１５を保持することによって、中心軸方向に印加された磁界の方向に対応して光の偏波方向を回転させるファラデー回転子とした。偏光子にはＰＢＳ１４を用いこれも空気に接する面にはＡＲコートを施した。筐体１１は熱伝導の良い銅材を用い、ＰＢＳにより分離した偏光は光アイソレータの外に放出されるような穴１２を設置した。
【００１２】
（実施例２）本実施例２の光アイソレータの構造は実施の形態で説明した図１の構造と同様である。ただし、筐体１１にアルミニウム材を用い、他は実施例１と同様にして光アイソレータを作製した。
【００１３】
（比較例）本比較例の光アイソレータについては、図１を基にして、それと異なる部分を中心に説明する。筐体１１の材質をステンレス鋼とし、筐体１１に光を放出する穴を開けない構造とし、ＬＰＥ基板付きのＢＩＧ厚膜をファラデー回転子に用いて光アイソレータを作製した。
【００１４】
上記の実施例１、２及び比較例の光アイソレータについて、挿入損失のレーザパワー依存性を図２に示す。実施例１、２では、レーザパワー５Ｗにおいて、挿入損失は０．８ｄＢ以下であり、１Ｗ以上のハイパワーレーザに対しても低損失で使用できる光アイソレータとなっていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態の光アイソレータを示し、図１（ａ）はその前半部の断面図、図１（ｂ）はその後半部の断面図、図１（ｃ）は外観斜視図。
【図２】本発明の実施例１、２及び比較例の光アイソレータにおける、挿入損失のレーザパワー依存性を示す図。
【符号の説明】
【００１６】
１１    筐体
１２    穴
１３    サファイア板
１４    ＰＢＳ
１５    ＢＩＧ厚膜
１６    磁石
１７    連結材
【図１】
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【図２】
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