(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化され得る光サーキュレータ及びレーザ装置を提供する。【解決手段】外部からの光が入射する第１ポート３１、第２ポート３２及び第３ポート３３と、複屈折結晶によって構成される第１ビームディスプレーサ１１、第２ビームディスプレーサ１２及び第３ビームディスプレーサ１３と、第１ビームディスプレーサ１１及び第２ビームディスプレーサ１２の間に配置されるファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２とを備え、第１ポート３１から入射する光は第１ビームディスプレーサ１１、ファラデー回転子２１、偏光ローテータ２２及び第２ビームディスプレーサ１２を透過して第２ポート３２から射出され、第２ポート３２から入射する光は第２ビームディスプレーサ１２、ファラデー回転子２１、偏光ローテータ２２、第１ビームディスプレーサ１１、及び第３ビームディスプレーサ１３を透過して第３ポート３３から射出される光サーキュレータ１とする。【選択図】図２
2019179198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの光が入射する第１ポートと、
前記第１ポートからの光が入射する複屈折結晶によって構成される第１ビームディスプレーサと、
前記第１ビームディスプレーサの前記第１ポート側とは反対側に配置される複屈折結晶によって構成される第２ビームディスプレーサと、
前記第１ビームディスプレーサ及び前記第２ビームディスプレーサの間に配置されるファラデー回転子及び偏光ローテータと、
前記第２ビームディスプレーサの前記第１ビームディスプレーサ側とは反対側に設けられる第２ポートと、
前記第１ビームディスプレーサの前記第２ビームディスプレーサ側とは反対側に配置される複屈折結晶によって構成される第３ビームディスプレーサと、
前記第３ビームディスプレーサの前記第１ビームディスプレーサ側とは反対側に設けられる第３ポートと、
を備え、
前記第１ポートから前記第１ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、前記ファラデー回転子及び前記偏光ローテータにおいて偏光方向が回転され、互いに少なくとも一部重なるように前記第２ビームディスプレーサにおいて屈折して前記第２ポートから射出され、
前記第２ポートから前記第２ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、前記偏光ローテータ及び前記ファラデー回転子において偏光方向が回転され、前記第１ビームディスプレーサにおいて互いに更に引き離され、互いに少なくとも一部重なるように前記第３ビームディスプレーサにおいて屈折して前記第３ポートから射出される
ことを特徴とする光サーキュレータ。
【請求項２】
前記第２ポートから前記第２ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光が前記第１ビームディスプレーサを透過したときの互いの距離が、当該それぞれの偏光が前記第３ビームディスプレーサを透過したときに互いに近付けられる距離と実質的に等しい
ことを特徴とする請求項１に記載の光サーキュレータ。
【請求項３】
前記第１ビームディスプレーサの光学軸と前記第２ビームディスプレーサの光学軸とが平行であり、
前記第３ビームディスプレーサの光学軸と前記第１ビームディスプレーサの光学軸とは、前記第１ビームディスプレーサと前記第３ビームディスプレーサとの中間の平面に対して対称である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光サーキュレータ。
【請求項４】
前記第１ビームディスプレーサの厚さと前記第２ビームディスプレーサの厚さとの合計が、前記第３ビームディスプレーサの厚さと実質的に等しい
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光サーキュレータ。
【請求項５】
前記第１ビームディスプレーサの厚さと前記第２ビームディスプレーサの厚さとが互いに実質的に等しい
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光サーキュレータ。
【請求項６】
前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートの少なくとも１つがミラーを有する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光サーキュレータ。
【請求項７】
前記ミラーは、前記第１ビームディスプレーサ、前記第２ビームディスプレーサ、及び前記第３ビームディスプレーサの少なくとも１つと互いに隣り合って設けられ、
前記ミラーは、前記ミラーと互いに隣り合うビームディスプレーサを透過する少なくとも２つの偏光の光路の間に配置される
ことを特徴とする請求項６に記載の光サーキュレータ。
【請求項８】
前記第２ビームディスプレーサの前記第１ビームディスプレーサ側とは反対側に配置される複屈折結晶によって構成される第４ビームディスプレーサと、
前記第４ビームディスプレーサの前記第２ビームディスプレーサ側とは反対側に設けられる第４ポートと、
を更に備え、
前記第４ポートから前記第４ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、前記第２ビームディスプレーサに入射して互いに近付けられ、前記ファラデー回転子及び前記偏光ローテータにおいて偏光方向が回転され、前記第１ビームディスプレーサにおいて互いに少なくとも一部重なるように屈折して前記第１ポートから射出される
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光サーキュレータ。
【請求項９】
前記第３ポートから前記第３ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、前記第１ビームディスプレーサに入射して互いに近付けられ、前記ファラデー回転子及び前記偏光ローテータにおいて偏光方向が回転され、前記第２ビームディスプレーサにおいて互いに更に引き離され、前記第４ビームディスプレーサにおいて互いに少なくとも一部重なるように屈折して前記第４ポートから射出される
ことを特徴とする請求項８に記載の光サーキュレータ。
【請求項１０】
前記第４ポートから前記第４ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光が前記第４ビームディスプレーサを透過したときの互いの距離は、当該それぞれの偏光が前記第２ビームディスプレーサを透過したときに互いに近付けられる距離と、当該それぞれの偏光が前記第１ビームディスプレーサを透過したときに互いに近付けられる距離との合計に実質的に等しい
ことを特徴とする請求項８または９に記載の光サーキュレータ。
【請求項１１】
前記第４ビームディスプレーサの光学軸は、前記第３ビームディスプレーサの光学軸と平行である
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の光サーキュレータ。
【請求項１２】
前記第１ビームディスプレーサの厚さと前記第２ビームディスプレーサの厚さとの合計が、前記第４ビームディスプレーサの厚さと実質的に等しい
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の光サーキュレータ。
【請求項１３】
前記第４ポートがミラーを有する
ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の光サーキュレータ。
【請求項１４】
前記ミラーは、前記第４ビームディスプレーサに隣り合って設けられ、前記第４ビームディスプレーサを透過する少なくとも２つの偏光の光路の間に配置される
ことを特徴とする請求項１３に記載の光サーキュレータ。
【請求項１５】
請求項１から７のいずれか１項に記載の光サーキュレータと、
前記光サーキュレータの前記第１ポートに入射する光を出射する信号光源と、
前記第２ポートから出射する光を増幅し、増幅された当該光の少なくとも一部を前記第２ポートに入射する第１アンプと、
を備え、
前記光サーキュレータは、前記第１ポートから入射する光を前記第２ポートから出射し、前記第２ポートから入射する光を前記第３ポートから出射する
ことを特徴とするレーザ装置。
【請求項１６】
請求項８から１４のいずれか１項に記載の光サーキュレータと、
前記光サーキュレータの前記第１ポートに入射する光を出射する信号光源と、
前記第２ポートから出射する光を増幅し、増幅された当該光の少なくとも一部を前記第２ポート側に反射する第１アンプと、
前記第３ポートから出射する光を増幅し、増幅された当該光の少なくとも一部を前記第３ポート側に反射する第２アンプと、
を備え、
前記光サーキュレータは、前記第１ポートから入射する光を前記第２ポートから出射し、前記第２ポートから入射する光を前記第３ポートから出射し、前記第３ポートから入射する光を前記第４ポートから出射する
ことを特徴とするレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光サーキュレータ及びレーザ装置に関し、特に、小型化され得る光サーキュレータ及び当該光サーキュレータを備えるレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光サーキュレータは、光通信や光計測などの分野において用いられている。光サーキュレータは、一般的に３つまたは４つのポートを有する素子である。例えば、３つのポートを有する光サーキュレータでは、一般的に、第１ポートから入射した光が第２ポートから射出され、第２ポートから入射した光が第３ポートから射出されるように構成される。また、４つのポートを有する光サーキュレータでは、一般的に、第１ポートから入射した光が第２ポートから射出され、第２ポートから入射した光が第３ポートから射出され、第３ポートから入射した光が第４ポートから射出され、第４ポートから入射した光が第１ポートから射出されるように構成される。
【０００３】
下記特許文献１には、従来の光サーキュレータの例が記載されている。この光サーキュレータは、一対のキューブ型の偏光ビームスプリッタと、これらのキューブ型の偏光ビームスプリッタの間に配置されるファラデー回転子及び１／２波長板と、全反射ミラーとによって構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の従来の光サーキュレータでは、キューブ型の偏光ビームスプリッタが用いられる。しかし、キューブ型の偏光ビームスプリッタは、一般的に接着剤によって貼り合わせられた２つのプリズムによって構成されており、当該接着剤がキューブ型の偏光ビームスプリッタに入射した光を吸収して発熱する場合がある。
【０００６】
一方、接着剤を用いずに２つのプリズムを密着させてキューブ型の偏光ビームスプリッタを作製する場合は、キューブ型の偏光ビームスプリッタの機械的強度が低くなる傾向がある。このような接着剤を用いずに作製されるキューブ型の偏光ビームスプリッタにおいて、機械的強度を確保するためには、ある程度の大きさの２つのプリズムを密着させることが好ましい。しかし、偏光ビームスプリッタが大きくなれば、高価なファラデー回転子等も大きくする必要があり、光サーキュレータ自体が大型化する傾向がある。また、接着剤を用いずに作製されるキューブ型の偏光ビームスプリッタを小型化する場合は、上記のようにある程度の大きさの２つのプリズムを密着させた後にそれらのプリズムの周囲を削って小さくする必要がある。しかし、キューブ型の偏光ビームスプリッタの周囲を削ると、２つのプリズムの接合面のうち外周部が互いに剥がれ易い傾向がある。したがって、当該接合面において光が透過または反射するための領域を確保しつつキューブ型の偏光ビームスプリッタを小型化することが困難である。このように、従来の光サーキュレータを小型化することは困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、小型化され得る光サーキュレータ及びレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の光サーキュレータは、外部からの光が入射する第１ポートと、前記第１ポートからの光が入射する複屈折結晶によって構成される第１ビームディスプレーサと、前記第１ビームディスプレーサの前記第１ポート側とは反対側に配置される複屈折結晶によって構成される第２ビームディスプレーサと、前記第１ビームディスプレーサ及び前記第２ビームディスプレーサの間に配置されるファラデー回転子及び偏光ローテータと、前記第２ビームディスプレーサの前記第１ビームディスプレーサ側とは反対側に設けられる第２ポートと、前記第１ビームディスプレーサの前記第２ビームディスプレーサ側とは反対側に配置される複屈折結晶によって構成される第３ビームディスプレーサと、前記第３ビームディスプレーサの前記第１ビームディスプレーサ側とは反対側に設けられる第３ポートと、を備え、前記第１ポートから前記第１ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、前記ファラデー回転子及び前記偏光ローテータにおいて偏光方向が回転され、互いに少なくとも一部重なるように前記第２ビームディスプレーサにおいて屈折して前記第２ポートから射出され、前記第２ポートから前記第２ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、前記偏光ローテータ及び前記ファラデー回転子において偏光方向が回転され、前記第１ビームディスプレーサにおいて互いに更に引き離され、互いに少なくとも一部重なるように前記第３ビームディスプレーサにおいて屈折して前記第３ポートから射出されることを特徴とする。
【０００９】
上記光サーキュレータは、キューブ型の偏光ビームスプリッタを用いる必要がなく、複屈折結晶によって構成されるビームディスプレーサを用いている。このようなビームディスプレーサは小型化が容易であり、ビームディスプレーサの大きさに合わせてファラデー回転子等も小型化され得る。よって、上記光サーキュレータは、小型化され得る。さらに、上記光サーキュレータが備えるそれぞれのビームディスプレーサは接着剤を用いずに構成され得るため、それぞれのビームディスプレーサに入射する光による発熱が抑制され得る。よって、上記光サーキュレータは、高出力の光にも対応し得る。
【００１０】
また、前記第２ポートから前記第２ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光が前記第１ビームディスプレーサを透過したときの互いの距離が、当該それぞれの偏光が前記第３ビームディスプレーサを透過したときに近付けられる距離と実質的に等しいことが好ましい。
【００１１】
第２ビームディスプレーサ及び第１ビームディスプレーサにおいて互いに引き離される偏光同士の距離と、それらの偏光同士が第３ビームディスプレーサにおいて互いに近付けられる距離とが等しいことによって、それらの偏光同士が第３ビームディスプレーサにおいて互いに重ねられ易くなる。よって、第３ポートから出射する光のビーム径が小さくされ、第３ポートから光が出射し易くなり得る。
【００１２】
前記第１ビームディスプレーサの光学軸と前記第２ビームディスプレーサの光学軸とが平行であり、前記第３ビームディスプレーサの光学軸と前記第１ビームディスプレーサの光学軸とは、前記第１ビームディスプレーサと前記第３ビームディスプレーサとの中間の平面に対して対称であることが好ましい。
【００１３】
ビームディスプレーサを伝搬するそれぞれの偏光同士の距離の変化は、当該ビームディスプレーサの光学軸の向きに依存し得る。上記のようにそれぞれのビームディスプレーサの光学軸の向きが設定されることによって、第２ポートから入射して第２ビームディスプレーサ及び第１ビームディスプレーサにおいて互いに離されるそれぞれの偏光同士の距離と、第３ビームディスプレーサにおいてそれらの偏光同士が互いに近付けられる距離とを同じにし易くなる。よって、第２ポートから入射して第２ビームディスプレーサ及び第１ビームディスプレーサにおいて互いに引き離されるそれぞれの偏光が、第３ビームディスプレーサにおいて互いに重ねられ易くなる。したがって、第３ポートから出射する光のビーム径が小さくされ、第３ポートから光が出射し易くなり得る。
【００１４】
また、前記第１ビームディスプレーサの厚さと前記第２ビームディスプレーサの厚さとの合計が、前記第３ビームディスプレーサの厚さと実質的に等しいことが好ましい。
【００１５】
ビームディスプレーサを伝搬するそれぞれの偏光同士の距離の変化は、当該ビームディスプレーサの厚さにも依存し得る。上記のようにそれぞれのビームディスプレーサの厚さが選択されることによって、第２ポートから入射して第２ビームディスプレーサ及び第１ビームディスプレーサにおいて互いに離されるそれぞれの偏光同士の距離と、第３ビームディスプレーサにおいてそれらの偏光同士が互いに近付けられる距離とを同じにし易くなる。よって、第２ポートから入射して第２ビームディスプレーサ及び第１ビームディスプレーサにおいて互いに引き離されるそれぞれの偏光が、第３ビームディスプレーサにおいて互いに重ねられ易くなる。したがって、第３ポートから出射する光のビーム径が小さくされ、第３ポートから光が出射し易くなり得る。
【００１６】
また、前記第１ビームディスプレーサの厚さと前記第２ビームディスプレーサの厚さとが実質的に等しいことが好ましい。
【００１７】
第１ポートから入射して第１ビームディスプレーサにおいて互いに離されるそれぞれの偏光同士の距離と、第２ビームディスプレーサにおいてそれらの偏光同士が互いに近付けられる距離とを同じにし易くなる。よって、第１ポートから入射して第１ビームディスプレーサにおいて互いに引き離されるそれぞれの偏光が、第２ビームディスプレーサにおいて互いに重ねられ易くなる。また、このように第１ビームディスプレーサ及び第２ビームディスプレーサの厚さが選択されることによって、第１ビームディスプレーサと第２ビームディスプレーサとが同様のビームディスプレーサによって構成され得る。そのため、光サーキュレータの構成が簡易に成り得る。さらに、上記のように第１ビームディスプレーサの厚さと第２ビームディスプレーサの厚さとの合計が第３ビームディスプレーサの厚さと同じにされる場合は、第１ビームディスプレーサを構成するビームディスプレーサと同様のビームディスプレーサを２つ用いて第３ビームディスプレーサが構成され得る。すなわち、第１ビームディスプレーサ、第２ビームディスプレーサ、及び第３ビームディスプレーサが全て同様のビームディスプレーサによって構成され得る。従って、光サーキュレータの構成がより簡易に成り得る。ただし、第１ビームディスプレーサの厚さと第２ビームディスプレーサの厚さとの合計が第３ビームディスプレーサの厚さと同じにされる場合であっても、第３ビームディスプレーサが１つのビームディスプレーサで構成されてもよい。この場合、上記のように２つのビームディスプレーサによって第３ビームディスプレーサが構成される場合に比べて用いるビームディスプレーサの数を少なくすることができる。
【００１８】
また、前記第１ポート、前記第２ポート、及び前記第３ポートの少なくとも１つがミラーを有することが好ましい。
【００１９】
ミラーが用いられることによって、光を所望の位置に誘導し易くなり、光サーキュレータの設計自由度が向上し得る。
【００２０】
また、前記ミラーは、前記第１ビームディスプレーサ、前記第２ビームディスプレーサ、及び前記第３ビームディスプレーサの少なくとも１つと互いに隣り合って設けられ、前記ミラーは、前記ミラーと互いに隣り合うビームディスプレーサを透過する少なくとも２つの偏光の光路の間に配置されることが好ましい。
【００２１】
このようにミラーが配置されることによって、光サーキュレータ内に形成される余分なスペースを活かすことができ、光サーキュレータがより小型化され得る。
【００２２】
また、前記第２ビームディスプレーサの前記第１ビームディスプレーサ側とは反対側に配置される複屈折結晶によって構成される第４ビームディスプレーサと、前記第４ビームディスプレーサの前記第２ビームディスプレーサ側とは反対側に設けられる第４ポートと、を更に備え、前記第４ポートから前記第４ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、前記第２ビームディスプレーサに入射して互いに近付けられ、前記ファラデー回転子及び前記偏光ローテータにおいて偏光方向が回転され、前記第１ビームディスプレーサにおいて互いに少なくとも一部重なるように屈折して前記第１ポートから射出されることが好ましい。
【００２３】
光サーキュレータがこのような第４ポート及び第４ビームディスプレーサを備えることによって、第４ポートから入射する光が第１ポートから射出される４ポート型の光サーキュレータが得られる。
【００２４】
また、上記第４ポート及び第４ビームディスプレーサを備える光サーキュレータにおいて、前記第３ポートから前記第３ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、前記第１ビームディスプレーサに入射して互いに近付けられ、前記ファラデー回転子及び前記偏光ローテータにおいて偏光方向が回転され、前記第２ビームディスプレーサにおいて互いに更に引き離され、前記第４ビームディスプレーサにおいて互いに少なくとも一部重なるように屈折して前記第４ポートから射出されることが好ましい。
【００２５】
このように光サーキュレータが構成されることによって、第３ポートから入射する光が第４ポートから射出される４ポート型の光サーキュレータが得られる。
【００２６】
また、前記第４ポートから前記第４ビームディスプレーサに入射して互いに分けられるそれぞれの偏光が前記第４ビームディスプレーサを透過したときの互いの距離は、当該それぞれの偏光が前記第２ビームディスプレーサを透過したときに互いに近付けられる距離と、当該それぞれの偏光が前記第１ビームディスプレーサを透過したときに互いに近付けられる距離との合計に実質的に等しいことが好ましい。
【００２７】
第４ビームディスプレーサにおいて互いに引き離される偏光同士の距離と、それらの偏光同士が第２ビームディスプレーサ及び第１ビームディスプレーサにおいて互いに近付けられる距離とが等しいことによって、それらの偏光同士が互いに重ねられ易くなる。よって、第１ポートから出射する光のビーム径が小さくされ、第１ポートから光が出射し易くなり得る。
【００２８】
また、前記第４ビームディスプレーサの光学軸は、前記第３ビームディスプレーサの光学軸と平行であることが好ましい。
【００２９】
第３ポートから入射して第３ビームディスプレーサにおいて互いに引き離されるそれぞれの偏光は、ファラデー回転子及び偏光ローテータを透過して第４ビームディスプレーサに達する。そのため、第３ビームディスプレーサにおいて常光であった偏光は第４ビームディスプレーサにおいて異常光となり、第３ビームディスプレーサにおいて異常光であった偏光は第４ビームディスプレーサにおいて常光となり得る。すなわち、第３ビームディスプレーサにおいて互いに引き離される偏光は、第４ビームディスプレーサにおいて互いに近付けられる。また、上記の通り、ビームディスプレーサを伝搬するそれぞれの偏光同士の距離の変化は、当該ビームディスプレーサの光学軸の向きに依存し得る。第３ビームディスプレーサの光学軸と第４ビームディスプレーサの光学軸とが互いに平行であることによって、第３ビームディスプレーサにおいて互いに離されるそれぞれの偏光同士の距離と、第４ビームディスプレーサにおいてそれらの偏光同士が互いに近付けられる距離とを同じにし易くなる。よって、第３ポートから入射して第３ビームディスプレーサにおいて互いに引き離されるそれぞれの偏光が、第４ビームディスプレーサにおいて互いに重ねられ易くなる。したがって、第４ポートから出射する光のビーム径が小さくされ、第４ポートから光が出射し易くなり得る。
【００３０】
また、前記第１ビームディスプレーサの厚さと前記第２ビームディスプレーサの厚さとの合計が、前記第４ビームディスプレーサの厚さと実質的に等しいことが好ましい。
【００３１】
上記のように、ビームディスプレーサを伝搬するそれぞれの偏光同士の距離の変化は、当該ビームディスプレーサの厚さに依存し得る。そのため、上記のように第１ビームディスプレーサ、第２ビームディスプレーサ及び第４ビームディスプレーサの厚さが選択されることによって、第４ポートから入射して第４ビームディスプレーサにおいて互いに引き離されるそれぞれの偏光が、第２ビームディスプレーサ及び第１ビームディスプレーサを透過して互いに重ねられ易くなる。
【００３２】
また、前記第４ポートがミラーを有することが好ましい。
【００３３】
ミラーが用いられることによって、光を所望の位置に誘導し易くなり、光サーキュレータの設計自由度が向上し得る。
【００３４】
また、前記ミラーは、前記第４ビームディスプレーサに隣り合って設けられ、前記第４ビームディスプレーサを透過する少なくとも２つの偏光の光路の間に配置されることが好ましい。
【００３５】
このようにミラーが配置されることによって、光サーキュレータ内に形成される余分なスペースを活かすことができ、光サーキュレータがより小型化され得る。
【００３６】
また、上記課題を解決するための本発明のレーザ装置は、上記の第１から第３ポートを有する何れかの光サーキュレータと、前記光サーキュレータの前記第１ポートに入射する光を出射する信号光源と、前記第２ポートから出射する光を増幅し、増幅された当該光の少なくとも一部を前記第２ポートに入射する第１アンプと、を備え、前記光サーキュレータは、前記第１ポートから入射する光を前記第２ポートから出射し、前記第２ポートから入射する光を前記第３ポートから出射することを特徴とする。
【００３７】
このように、第１から第３ポートを有する上記本発明の光サーキュレータは、レーザ装置に適用され得る。なお、信号光とは、信号を含む光に限定されない。
【００３８】
また、上記課題を解決するための本発明のレーザ装置は、上記第１から第４ポートを有する光サーキュレータと、前記光サーキュレータの前記第１ポートに入射する光を出射する信号光源と、前記第２ポートから出射する光を増幅し、増幅された当該光の少なくとも一部を前記第２ポート側に反射する第１アンプと、前記第３ポートから出射する光を増幅し、増幅された当該光の少なくとも一部を前記第３ポート側に反射する第２アンプと、を備え、前記光サーキュレータは、前記第１ポートから入射する光を前記第２ポートから出射し、前記第２ポートから入射する光を前記第３ポートから出射し、前記第３ポートから入射する光を前記第４ポートから出射することを特徴とする。
【００３９】
このように、第１から第４ポートを有する上記本発明の光サーキュレータは、レーザ装置に適用され得る。
【発明の効果】
【００４０】
以上のように、本発明によれば、小型化され得る光サーキュレータ及びレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態のレーザ装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態の光サーキュレータにおける光学素子の配置と、第１ポートから入射する光の光路と、を示す図である。
【図３】図２に示す光サーキュレータの第２ポートから入射する光の光路を示す図である
【図４】図２に示す光サーキュレータの第３ポートから入射する光の光路を示す図である
【図５】本発明の第２実施形態のレーザ装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の光サーキュレータにおける光学素子の配置と、第１ポートから入射する光の光路と、を示す図である。
【図７】図６に示す光サーキュレータの第２ポートから入射する光の光路を示す図である
【図８】図６に示す光サーキュレータの第３ポートから入射する光の光路を示す図である
【図９】図６に示す光サーキュレータの第４ポートから入射する光の光路を示す図である
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明に係る光サーキュレータの実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のレーザ装置の構成を概略的に示す図である。図１に示す本実施形態のレーザ装置１００は、信号光源ＭＯ、第１実施形態の光サーキュレータ１、及び第１アンプＡＭ１を主な構成要素として備える。また、第１アンプＡＭ１は、第１コリメートレンズ３、光増幅用ガラス体４、ミラー５、第２コリメートレンズ６、励起光源７を主な構成要素として備える。
【００４４】
信号光源ＭＯは、光サーキュレータ１に入射する光を出射する光源である。信号光源ＭＯは、後述する光サーキュレータ１の第１ポート３１に入射する信号光を出射する。信号光源ＭＯは、例えば、レーザダイオードやファイバレーザ等からなる。信号光源ＭＯには信号光ファイバ５１の一端が接続される。信号光源ＭＯから出射する信号光は、信号光ファイバ５１の一端から他端まで主に信号光ファイバ５１のコアを伝搬する。
【００４５】
上記のように信号光ファイバ５１の一端には信号光源ＭＯが接続され、信号光ファイバ５１の他端には光サーキュレータ１が接続される。
【００４６】
図２は、本発明の第１実施形態の光サーキュレータにおける光学素子の配置を示す図である。図２に示すように、本実施形態の光サーキュレータ１は、筐体１０、第１ビームディスプレーサ１１、第２ビームディスプレーサ１２、第３ビームディスプレーサ１３、ファラデー回転子２１、偏光ローテータ２２、第１ポート３１、第２ポート３２、第３ポート３３を主な構成要素として備える。
【００４７】
第１ポート３１は、光サーキュレータ１の外部から第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射する光を導く部位である。本実施形態の第１ポート３１は、筐体１０に形成される第１開口３１ｈと第１ミラー３１ｍとを有する。第１開口３１ｈには、例えば不図示の光ファイバが接続される。本実施形態の第１ミラー３１ｍは全反射ミラーであり、第１開口３１ｈから筐体１０内に入射する光は、第１ミラー３１ｍによって全反射され、第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射する。
【００４８】
第１ビームディスプレーサ１１は、第１ポート３１からの光が一方の面に入射するように配置されており、平行平板型の複屈折結晶によって構成される。したがって、第１ポート３１から第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射する光は、スネルの法則に従う常光であるＳ偏光と、スネルの法則に従わない異常光であるＰ偏光と、に分けられる。本実施形態の第１ビームディスプレーサ１１では、第１ポート３１からの光は第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に対して垂直に入射する。第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射する光が第１ビームディスプレーサ１１において分離されて生じるそれぞれの偏光は、第１ビームディスプレーサ１１に入射する光の進行方向に平行になって第１ビームディスプレーサ１１の他方の面から出射する。
【００４９】
また、本実施形態の第１ビームディスプレーサ１１の光学軸ＯＡ１は、非偏光が第１ポート３１から第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に垂直に入射した場合に異常光が常光から最大限に分離し得る角度に設定される。また、常光が伝搬する方向における本実施形態の第１ビームディスプレーサ１１の厚さは、非偏光が第１ポート３１から第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射した場合に常光と異常光とが十分に離間して第１ビームディスプレーサ１１の他方の面から出射し得る厚さに設定される。例えば、本実施形態の第１ビームディスプレーサ１１の厚さは、非偏光が第１ポート３１から第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射した場合に常光と異常光との距離がそれらのビーム径の２倍以上となって第１ビームディスプレーサ１１の他方の面から出射し得る厚さに設定される。第１ビームディスプレーサ１１の光学軸ＯＡ１の向き及び第１ビームディスプレーサ１１の厚さの一方または両方が調整されることによって、第１ビームディスプレーサ１１において常光と異常光との距離が調整され得る。
【００５０】
ファラデー回転子２１は、第１ビームディスプレーサ１１及び第２ビームディスプレーサ１２の間に配置されている。第１ビームディスプレーサ１１側から本実施形態のファラデー回転子２１に入射する光は、当該光の進行方向に沿って見て偏光方向が時計回りに４５度回転して第２ビームディスプレーサ１２側に出射する。一方、第２ビームディスプレーサ１２側から本実施形態のファラデー回転子２１に入射する光は、当該光の進行方向に沿って見て偏光方向が反時計回りに４５度回転して第１ビームディスプレーサ１１側に出射する。
【００５１】
このようなファラデー回転子２１を構成する材料としては、例えば、テルビウム・ガリウム・ガーネット型単結晶（ＴＧＧ：Ｔｂ３Ｇａ５Ｏ１２）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＡＧ：Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２）、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＳＡＧ：Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２）、テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＳＬＡＧ：Ｔｂ３(Ｓｃ，Ｌｕ)２Ａｌ３Ｏ１２）などが挙げられる。
【００５２】
なお、ファラデー回転子２１の周囲には不図示の磁気印加部が設けられており、ファラデー回転子２１の第１ビームディスプレーサ１１側をＮ極、第２ビームディスプレーサ１２側をＳ極とした磁界が与えられる。当該磁気印加部によって形成される磁界に基づいてファラデー回転子２１が光の偏光方向を上記のように回転させる。磁気印加部としては、例えば、ネオジム磁石などの磁石が挙げられる。
【００５３】
偏光ローテータ２２は、第１ビームディスプレーサ１１及び第２ビームディスプレーサ１２の間に配置される。本実施形態の偏光ローテータ２２は、第１ビームディスプレーサ１１及び第２ビームディスプレーサ１２の間において、ファラデー回転子２１よりも第２ビームディスプレーサ１２側に配置される。第１ビームディスプレーサ１１側から本実施形態の偏光ローテータ２２に入射する光は、当該光の進行方向に沿って見て偏光方向が時計回りに４５度回転して第２ビームディスプレーサ１２側に出射する。一方、第２ビームディスプレーサ１２側から本実施形態の偏光ローテータ２２に入射する光は、当該光の進行方向に沿って見て偏光方向が時計回りに４５度回転して第１ビームディスプレーサ１１側に出射する。したがって、本実施形態の偏光ローテータ２２は、第１ビームディスプレーサ１１側から入射する光の偏光方向をファラデー回転子２１における回転方向と同一方向に４５度回転させて出射する。一方、本実施形態の偏光ローテータ２２は、第２ビームディスプレーサ１２側から入射する光の偏光方向をファラデー回転子２１における回転方向と逆方向に４５度回転させて出射する。このような本実施形態の偏光ローテータ２２として、例えば１／２波長板や水晶偏光軸ローテータが用いられる。
【００５４】
第２ビームディスプレーサ１２は、第１ビームディスプレーサ１１の第１ポート３１側とは反対側に配置されており、平行平板型の複屈折結晶によって構成される。本実施形態の第２ビームディスプレーサ１２は、第１ビームディスプレーサ１１と同様の構成であり、第１ビームディスプレーサ１１と平行に配置される。すなわち、本実施形態の第２ビームディスプレーサ１２の光学軸ＯＡ２は、第１ビームディスプレーサ１１の光学軸ＯＡ１と平行であり、本実施形態の第２ビームディスプレーサ１２の厚さは第１ビームディスプレーサ１１の厚さと同じである。第２ビームディスプレーサ１２の光学軸ＯＡ２の向き及び第２ビームディスプレーサ１２の厚さの一方または両方が調整されることによって、第２ビームディスプレーサ１２において常光と異常光との距離が調整され得る。
【００５５】
第２ポート３２は、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側に設けられる。本実施形態の第２ポート３２は、筐体１０に形成される開口である。第２ポート３２には、光ファイバ５２の一端が接続される。
【００５６】
第３ビームディスプレーサ１３は、第１ビームディスプレーサ１１の第２ビームディスプレーサ１２側とは反対側に配置されており、平行平板型の複屈折結晶によって構成される。本実施形態の第３ビームディスプレーサ１３は、第１ビームディスプレーサ１１と平行に配置される。また、本実施形態の第３ビームディスプレーサ１３の光学軸ＯＡ３と第１ビームディスプレーサ１１の光学軸ＯＡ１とは、第１ビームディスプレーサ１１と第３ビームディスプレーサ１３との中間の平面に対して対称である。また、本実施形態の第３ビームディスプレーサ１３の厚さは第１ビームディスプレーサ１１の厚さの２倍である。第３ビームディスプレーサ１３の光学軸ＯＡ３の向き及び第３ビームディスプレーサ１３の厚さの一方または両方が調整されることによって、第３ビームディスプレーサ１３において常光と異常光との距離が調整され得る。
【００５７】
第３ポート３３は、第３ビームディスプレーサ１３の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側に設けられる。本実施形態の第３ポート３３は、筐体１０に形成される開口である。第３ポート３３には、デリバリファイバ５３の一端が接続される。
【００５８】
図１に示す第１コリメートレンズ３は、光ファイバ５２の他端と光増幅用ガラス体４の一方の端面との間に配置される。光ファイバ５２の他端から出射する光は、第１コリメートレンズ３によってコリメートされ、光増幅用ガラス体４の一方の端面に入射する。すなわち、信号光源ＭＯから出射される信号光は、第１ポート３１から光サーキュレータ２に入射して第２ポート３２から出射し、光ファイバ５２及び第１コリメートレンズ３を介して光増幅用ガラス体４の一方の端面に入射する。
【００５９】
光増幅用ガラス体４には、励起光源７から出射される励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加されている。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等を挙げることができる。
【００６０】
本実施形態の光増幅用ガラス体４は、上記活性元素が添加された石英からなる円柱状のガラスロッドを含む。なお、本実施形態の光増幅用ガラス体４は、当該ガラスロッドの外周面の保護等を目的として、ガラスロッドの外周面を囲うガラスロッドより屈折率が低い樹脂または石英から成る被覆層を有していても良い。当該被覆層を構成する樹脂としては例えば紫外線硬化樹脂が挙げられ、当該被覆層を構成する石英としては例えばガラスロッドよりも屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英が挙げられる。
【００６１】
励起光源７は、ミラー５の光増幅用ガラス体４側とは反対側に設けられ、励起光を出射する。本実施形態の励起光源７は、複数のレーザダイオード７１から構成される。本実施形態では、レーザダイオード７１は、例えば、ＧａＡｓ系半導体を材料としたファブリペロー型半導体レーザであり中心波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源７のそれぞれのレーザダイオード７１は励起光ファイバ７２に接続されており、レーザダイオード７１から出射する励起光は励起光ファイバ７２を伝搬する。
【００６２】
それぞれの励起光ファイバ７２は、一端がレーザダイオード７１に接続され、他端が光コンバイナ７３の一端に接続される。また、光コンバイナ７３の他端には光ファイバ５４が接続される。したがって、励起光源７から出射される励起光は、励起光ファイバ７２及び光コンバイナ７３を介して光ファイバ５４の一端に入射する。
【００６３】
第２コリメートレンズ６は、光ファイバ５４の他端とミラー５との間に配置される。光ファイバ５４の他端から出射する励起光は、第２コリメートレンズ６によってコリメートされ、ミラー５に入射する。
【００６４】
ミラー５は、光増幅用ガラス体４の第２ポート３２側とは反対側において、光増幅用ガラス体４と励起光源７との間に設けられる。ミラー５は、励起光源７から出射される励起光の少なくとも一部を光増幅用ガラス体４側に透過する。すなわち、ミラー５は、光ファイバ５４の他端から出射される励起光の少なくとも一部を光増幅用ガラス体４側に透過する。また、ミラー５は、光増幅用ガラス体４で増幅された信号光の少なくとも一部を光増幅用ガラス体４側に反射する。このように、ミラー５は所定の波長の光を反射するとともに他の所定の波長の光を透過する。このような本実施形態のミラー５は、例えば誘電体多層膜からなる。
【００６５】
次に、本実施形態のレーザ装置１００の動作について説明する。
【００６６】
まず、励起光源７のそれぞれのレーザダイオード７１から励起光が出射される。この励起光は励起光ファイバ７２及び光コンバイナ７３を介して、光ファイバ５４のコアの一端に入射して、主に光ファイバ５４のコアを伝搬する。光ファイバ５４のコアの他端から出射する励起光は、第２コリメートレンズ６にコリメートされ、ミラー５を透過して光増幅用ガラス体４に入射し、光増幅用ガラス体４を伝搬する。光増幅用ガラス体４を伝搬する励起光は、光増幅用ガラス体４に添加されている活性元素を励起する。
【００６７】
一方、信号光源ＭＯからは信号光が出射される。この信号光は、信号光ファイバ５１を介して第１ポート３１から光サーキュレータ１に入射する。
【００６８】
図２には、第１ポート３１から光サーキュレータ１内に入射する光の進路が矢印で示されている。なお、図２及び以下の図において、Ｓ偏光の進路は一点鎖線で示され、Ｐ偏光の進路は破線で示される。また、図２及び以下の図において、光の偏光方向が円で囲った矢印で示される。ただし、理解の容易のため、偏光方向について、紙面垂直方向を左右方向に置き換えて示している。
【００６９】
図２に示すように、第１ポート３１から光サーキュレータ１内に入射する光は、第１開口３１ｈから光サーキュレータ１内に入射した後、第１ミラー３１ｍによって全反射され、第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射する。第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射した光は、第１ビームディスプレーサ１１において、互いに垂直な偏光の常光であるＳ偏光と異常光であるＰ偏光とに分けられる。第１ポート３１からの光は第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に対して垂直に入射し、常光は第１ビームディスプレーサ１１内を直進して透過し、第１ビームディスプレーサ１１の他方の面から出射する。一方、異常光は、第１ビームディスプレーサ１１内において常光から離れる方向に進んで透過し、進行方向が常光と平行になるように第１ビームディスプレーサ１１の他方の面から出射する。したがって、これら常光と異常光とは、互いの距離ｄ１が概ね一定のまま第２ビームディスプレーサ１２まで伝搬する。
【００７０】
第１ビームディスプレーサ１１を透過したそれぞれの偏光は、ファラデー回転子２１に入射する。ファラデー回転子２１では、上記のように偏光の偏光方向が当該偏光の進行方向に沿って見て時計回りに４５°回転する。また、ファラデー回転子２１を透過したそれぞれの偏光は、偏光ローテータ２２に入射する。偏光ローテータ２２では、偏光の偏光方向が上記のように更に当該偏光の進行方向に沿って見て時計回りに４５°回転する。したがって、第１ビームディスプレーサ１１においてＳ偏光であった偏光は、ファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２を透過することで偏光方向が９０°回転し、Ｐ偏光となって第２ビームディスプレーサ１２に入射する。また、第１ビームディスプレーサ１１においてＰ偏光であった偏光は、ファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２を透過することで偏光方向が９０°回転し、Ｓ偏光となって第２ビームディスプレーサ１２に入射する。
【００７１】
第２ビームディスプレーサ１２は、上記のように第１ビームディスプレーサ１１と同様の構成であり、第１ビームディスプレーサ１１に対して平行に配置される。したがって、第１ビームディスプレーサ１１において異常光であった偏光は、上記のようにファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２において偏光方向が回転されることによって、第２ビームディスプレーサ１２では常光となって直進して透過する。また、第１ビームディスプレーサ１１で常光であった偏光は、上記のようにファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２において偏光方向が回転されることによって、第２ビームディスプレーサ１２では異常光となって第１ビームディスプレーサ１１における異常光と同様に屈折して透過する。その結果、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側の面に入射するそれぞれの偏光は、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側の面において重なって出射する。
【００７２】
第２ビームディスプレーサ１２を透過して互いに重なったそれぞれの偏光は、第２ポート３２から光サーキュレータ１の外に出射する。以上のように、第１ポート３１から光サーキュレータ１内に入射する光は、第２ポート３２から光サーキュレータ１の外に出射する。
【００７３】
第２ポート３２から射出する信号光は、光ファイバ５２の一端から入射して他端から出射し、第１コリメートレンズ３によってコリメートされて光増幅用ガラス体４の一方の端面に入射する。光増幅用ガラス体４の一方の端面に入射する信号光は、光増幅用ガラス体４を他方の端面まで伝搬し、上記のように励起状態とされた活性元素の誘導放出により増幅される。このように光増幅用ガラス体４において増幅された信号光は、光増幅用ガラス体４の他方の端面から出射してミラー５によって光増幅用ガラス体４側に反射され、再び光増幅用ガラス体４の他方の端面から光増幅用ガラス体４に入射する。そして、上記のように増幅された信号光は光増幅用ガラス体４において更に増幅され、光増幅用ガラス体４の一方の端面から出射する。このように、第１アンプＡＭ１は、第２ポート３２から出射する光を増幅し、増幅された当該光の少なくとも一部を第２ポート３２側に反射する。
【００７４】
上記のように光増幅用ガラス体４で増幅されて光増幅用ガラス体４の一方の端面から出射する信号光は、第１コリメートレンズ３及び光ファイバ５２を介して第２ポート３２から光サーキュレータ１に入射する。
【００７５】
図３は、図２と同様に本実施形態の光サーキュレータ１における光学素子の配置を示し、第２ポート３２から光サーキュレータ１内に入射する光の光路を矢印で示している。
【００７６】
図３に示すように、第２ポート３２から光サーキュレータ１内に入射する光は、第２ポート３２から光サーキュレータ１内に入射した後、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側の面に入射する。このように第２ビームディスプレーサ１２に入射する光は、第２ビームディスプレーサ１２において常光であるＳ偏光と異常光であるＰ偏光とに分けられる。第２ポート３２からの光は第２ビームディスプレーサ１２の表面に対して垂直に入射し、常光は第２ビームディスプレーサ１２内を直進して透過し、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側の面から出射する。一方、異常光は、第２ビームディスプレーサ１２内において常光から離れる方向に進んで透過し、進行方向が常光と平行になるように第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側の面から出射する。したがって、これら常光と異常光とは、互いの距離ｄ２が概ね一定のまま第１ビームディスプレーサ１１まで伝搬する。なお、上記のように本実施形態の第１ビームディスプレーサ１１と第２ビームディスプレーサ１２とは同様の構成であり、この距離ｄ２は上記距離ｄ１と同じである。
【００７７】
第２ビームディスプレーサ１２を透過したそれぞれの偏光は、偏光ローテータ２２に入射する。偏光ローテータ２２では、上記のように偏光の偏光方向が当該偏光の進行方向に沿って見て時計回りに４５°回転する。また、偏光ローテータ２２を透過したそれぞれの偏光は、ファラデー回転子２１に入射する。ファラデー回転子２１では、偏光の偏光方向が上記のように当該偏光の進行方向に沿って見て反時計回りに４５°回転する。したがって、第２ビームディスプレーサ１２においてＳ偏光であった偏光は、偏光ローテータ２２及びファラデー回転子２１を透過することで偏光方向が元に戻ってＳ偏光となって第１ビームディスプレーサ１１に入射する。また、第２ビームディスプレーサ１２においてＰ偏光であった偏光も、偏光ローテータ２２及びファラデー回転子２１を透過することで偏光方向が元に戻ってＰ偏光となって第１ビームディスプレーサ１１に入射する。
【００７８】
第１ビームディスプレーサ１１は、上記のように第２ビームディスプレーサ１２と同様の構成であり、第２ビームディスプレーサ１２に対して平行に配置される。したがって、第２ビームディスプレーサ１２において常光であった光は第１ビームディスプレーサ１１においても常光となって直進して透過する。また、第２ビームディスプレーサ１２において異常光であった光は、第１ビームディスプレーサ１１でも異常光となって第２ビームディスプレーサ１２における異常光と同様に屈折して透過する。その結果、第１ビームディスプレーサ１１の第２ビームディスプレーサ１２側の面に入射するそれぞれの偏光は、第１ビームディスプレーサ１１の第２ビームディスプレーサ１２側とは反対側の面において、入射時よりも互いの距離ｄ３が大きくなって出射する。なお、上記のように本実施形態の第１ビームディスプレーサ１１と第２ビームディスプレーサ１２とは同様の構成であるため、この距離ｄ３は上記距離ｄ２の２倍になる。
【００７９】
第１ビームディスプレーサ１１を透過したそれぞれの偏光は、互いの距離ｄ３が概ね一定のまま第３ビームディスプレーサ１３まで伝搬し、第３ビームディスプレーサ１３の第１ビームディスプレーサ１１側の面に入射する。上記のように、本実施形態の第３ビームディスプレーサ１３の光学軸ＯＡ３と第１ビームディスプレーサ１１の光学軸ＯＡ１とは、第１ビームディスプレーサ１１と第３ビームディスプレーサ１３との中間の平面に対して対称である。そのため、第３ビームディスプレーサ１３における異常光の伝搬方向と第１ビームディスプレーサ１１における異常光の伝搬方向とは、第１ビームディスプレーサ１１と第３ビームディスプレーサ１３との中間の平面に対して対称である。従って、第３ビームディスプレーサ１３の第１ビームディスプレーサ１１側の面に入射する異常光は、常光に近付く方向に屈折して第３ビームディスプレーサ１３を透過する。また、本実施形態の第３ビームディスプレーサ１３の厚さは第１ビームディスプレーサ１１の厚さの２倍である。従って、常光と異常光とが第３ビームディスプレーサ１３を伝搬する間に互いに近付く距離は、第１ビームディスプレーサ１１及び第２ビームディスプレーサ１２において離れた距離ｄ３に等しくなる。その結果、第３ビームディスプレーサ１３の第１ビームディスプレーサ１１側の面に入射するそれぞれの偏光は、第３ビームディスプレーサ１３の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側の面において重なって出射する。
【００８０】
第３ビームディスプレーサ１３を透過して互いに重なったそれぞれの偏光は、第３ポート３３から光サーキュレータ１の外に出射する。以上のように、第２ポート３２から光サーキュレータ１内に入射する光は、第３ポート３３から光サーキュレータ１の外に出射する。
【００８１】
第３ポート３３から出射する光は、デリバリファイバ５３の一端に入射し、デリバリファイバ５３の他端から出射して加工対象物等に照射される。
【００８２】
なお、加工対象物の表面等に反射されてデリバリファイバ５３に戻ってくる戻り光の一部は、第３ポート３３から光サーキュレータ１に入射する場合がある。
【００８３】
図４は、図２と同様に本実施形態の光サーキュレータ１における光学素子の配置を示し、第３ポート３３から光サーキュレータ１内に入射する光の光路を矢印で示している。
【００８４】
図４に示すように、第３ポート３３から光サーキュレータ１内に入射する光は、第３ポート３３から光サーキュレータ１内に入射した後、第３ビームディスプレーサ１３の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側の面に入射する。このように第３ビームディスプレーサ１３に入射した光は、第３ビームディスプレーサ１３において常光であるＳ偏光と異常光であるＰ偏光とに分けられる。第３ポート３３からの光は第３ビームディスプレーサ１３の表面に対して垂直に入射し、常光は第３ビームディスプレーサ１３内を直進して透過し、第３ビームディスプレーサ１３の第１ビームディスプレーサ１１側の面から出射する。一方、異常光は、第３ビームディスプレーサ１３内において常光から離れる方向に進んで透過し、進行方向が常光と平行になるように第３ビームディスプレーサ１３の第１ビームディスプレーサ１１側の面から出射する。
【００８５】
第３ビームディスプレーサ１３を透過したそれぞれの偏光は、互いの距離ｄ４が概ね一定のまま第１ビームディスプレーサ１１まで伝搬し、第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射する。上記のように、本実施形態の第３ビームディスプレーサ１３の光学軸ＯＡ３と第１ビームディスプレーサ１１の光学軸ＯＡ１とは、第１ビームディスプレーサ１１と第３ビームディスプレーサ１３との中間の平面に対して対称である。そのため、第３ビームディスプレーサ１３における異常光の伝搬方向と第１ビームディスプレーサ１１における異常光の伝搬方向とは、第１ビームディスプレーサ１１と第３ビームディスプレーサ１３との中間の平面に対して対称である。従って、第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射する異常光は、常光に近付く方向に屈折して第１ビームディスプレーサ１１を透過する。また、本実施形態の第１ビームディスプレーサ１１の厚さは第３ビームディスプレーサ１３の厚さの１／２である。従って、異常光と常光とが第１ビームディスプレーサ１１を伝搬する間に互いに近付く距離は、第３ビームディスプレーサ１３において離れた距離ｄ４の半分である。その結果、第１ビームディスプレーサ１１の一方の面に入射するそれぞれの偏光は、距離ｄ４の半分である距離ｄ５だけ互いに離れたまま第１ビームディスプレーサ１１の他方の面から出射する。
【００８６】
第１ビームディスプレーサ１１を透過したそれぞれの偏光は、ファラデー回転子２１に入射する。ファラデー回転子２１では、上記のように偏光の偏光方向が当該偏光の進行方向に沿って見て時計回りに４５°回転する。また、ファラデー回転子２１を透過したそれぞれの偏光は、偏光ローテータ２２に入射する。偏光ローテータ２２では、偏光の偏光方向が上記のように更に当該偏光の進行方向に沿って見て時計回りに４５°回転する。したがって、第１ビームディスプレーサ１１においてＳ偏光であった偏光は、ファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２を透過することで偏光方向が９０°回転し、Ｐ偏光となって第２ビームディスプレーサ１２に入射する。また、第１ビームディスプレーサ１１においてＰ偏光であった偏光は、ファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２を透過することで偏光方向が９０°回転し、Ｓ偏光となって第２ビームディスプレーサ１２に入射する。
【００８７】
第２ビームディスプレーサ１２は、上記のように第１ビームディスプレーサ１１と同様の構成であり、第１ビームディスプレーサ１１に対して平行に配置される。したがって、第１ビームディスプレーサ１１において異常光であった光は、第２ビームディスプレーサ１２において常光となって直進して透過する。また、第１ビームディスプレーサ１１で常光であった光は、第２ビームディスプレーサ１２では異常光となって第１ビームディスプレーサ１１における異常光と同様に屈折して透過する。その結果、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側の面に入射するそれぞれの偏光は、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側の面において互いの距離がより大きくなって出射する。第２ビームディスプレーサ１２を透過した後のそれぞれの偏光の互いの距離ｄ６は、上記距離ｄ４と同じである。
【００８８】
互いに離れて第２ビームディスプレーサ１２を透過したそれぞれの偏光は、第２ポート３２へ到達せずに筐体１０の内面に照射される。なお、筐体１０の内面のうちこのようにして偏光が照射される部位には、光吸収部材が配置されることが好ましい。以上のように、第３ポート３３から光サーキュレータ１内に入射した光は、光サーキュレータ１の外に出射することが抑制される。したがって、戻り光が第３ポート３３から光サーキュレータ１内に入射したとしても、当該戻り光が信号光源ＭＯや励起光源７に達することが抑制され得る。
【００８９】
以上の説明のように、本実施形態の光サーキュレータ１は、外部からの光が入射する第１ポート３１、第２ポート３２及び第３ポート３３と、複屈折結晶によって構成される第１ビームディスプレーサ１１、第２ビームディスプレーサ１２及び第３ビームディスプレーサ１３と、第１ビームディスプレーサ１１及び第２ビームディスプレーサ１２の間に配置されるファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２と、を備える。また、第１ポート３１から第１ビームディスプレーサ１１に入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、ファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２において偏光方向が回転されて第２ビームディスプレーサ１２において互いに重なるように屈折し、第２ポート３２から出射する。さらに、第２ポート３２から第２ビームディスプレーサ１２に入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、偏光ローテータ２２及びファラデー回転子２１において偏光方向が回転されて第１ビームディスプレーサ１１において互いに更に引き離され、第３ビームディスプレーサ１３において互いに重なるように屈折し、第３ポート３３から出射する。
【００９０】
このように、本実施形態の光サーキュレータ１では、第１ポート３１から入射する光が第２ポート３２から出射し、第２ポート３２から入射する光が第３ポート３３から出射する。また、本実施形態の光サーキュレータ１は、キューブ型の偏光ビームスプリッタを用いる必要がなく、複屈折結晶によって構成されるビームディスプレーサを用いている。このようなビームディスプレーサは小型化が容易であり、ビームディスプレーサの大きさに合わせてファラデー回転子２１等も小型化され得る。よって、本実施形態の光サーキュレータ１は、製造コストが抑制され得るとともに小型化され得る。さらに、本実施形態の光サーキュレータ１が備えるそれぞれのビームディスプレーサは接着剤を用いずに構成され得るため、それぞれのビームディスプレーサに入射する光による発熱が抑制され得る。よって、本実施形態の光サーキュレータ１が備えるそれぞれのビームディスプレーサは、高出力の光にも対応し得る。なお、高出力の光とは、例えば、平均出力パワーもしくはエネルギーが３００Ｗ以上の光である。このように光サーキュレータ１が備えるそれぞれのビームディスプレーサが高出力の光に対応し得ることによって、光サーキュレータ１は、例えば、レーザ装置１００から出射するレーザ光のピークパワーが２ｋＷ以上、好ましくは７ｋＷ以上である場合にも適用され得る。したがって、光サーキュレータ１は、光をレーザ装置の外部に出力する加工用レーザ装置に適用され得る。また、例えばレーザ装置１００が外部に出射するレーザ光の波長は単一波長とされる。
【００９１】
また、本実施形態の光サーキュレータ１が備えるそれぞれのビームディスプレーサが上記のように高出力の光に対応することによって、それぞれのビームディスプレーサに入射する光のパワー密度を高めて当該光のビーム径を小さくすることができる。ビームディスプレーサに入射する光のビーム径が小さい程、当該ビームディスプレーサにおいて互いに分離される偏光同士の距離は小さくてよくなる。例えば、図４に示すように第３ポート３３から光サーキュレータ１に入射する光が第２ポート３２から光サーキュレータ１の外に出射することを抑制するためには、距離ｄ６が第２ビームディスプレーサ１２を透過するそれぞれの偏光のビーム径に対して十分に大きいことが好ましい。距離ｄ６を十分に大きくするためには、距離ｄ４，ｄ５がそれぞれのビームディスプレーサを透過する偏光のビーム径に対して十分に大きいことが好ましい。距離ｄ５は、例えば、第１ビームディスプレーサ１１を透過する偏光のビーム径の２倍以上であることが好ましい。このように、偏光同士の好ましい距離は、偏光のビーム径に依存する。よって、偏光のビーム径が小さい程、偏光同士の距離ｄ４，ｄ５，ｄ６は小さくてよくなり、ビームディスプレーサは小さくてよくなる。光サーキュレータ１が備えるそれぞれのビームディスプレーサが小型化されることによって、光サーキュレータ１がより小型化され得る。
【００９２】
また、本実施形態の光サーキュレータ１では、第１ビームディスプレーサ１１の厚さと第２ビームディスプレーサ１２の厚さとの合計が、第３ビームディスプレーサ１３の厚さと等しい。ビームディスプレーサを伝搬するそれぞれの偏光同士の距離の変化は、当該ビームディスプレーサの厚さに依存し得る。上記のようにそれぞれのビームディスプレーサの厚さが選択されることによって、第２ポート３２から入射して第２ビームディスプレーサ１２及び第１ビームディスプレーサ１１において互いに離されるそれぞれの偏光同士の距離と、第３ビームディスプレーサ１３においてそれらの偏光同士が互いに近付けられる距離とを同じにし易くなる。よって、第２ポート３２から入射して第２ビームディスプレーサ１２及び第１ビームディスプレーサ１１において互いに引き離されるそれぞれの偏光が、第３ビームディスプレーサ１３において互いに重ねられ易くなる。
【００９３】
また、本実施形態の光サーキュレータ１では、第２ポート３２から第２ビームディスプレーサ１２に入射して互いに分けられるそれぞれの偏光が第１ビームディスプレーサ１１を透過したときの互いの距離ｄ３が、当該それぞれの偏光が第３ビームディスプレーサ１３を透過したときに互いに近付けられる距離と等しい。第２ビームディスプレーサ１２及び第１ビームディスプレーサ１１において互いに引き離される偏光同士の距離ｄ３とそれらの偏光同士が第３ビームディスプレーサ１３において互いに近付けられる距離が等しいことによって、それらの偏光同士が第３ビームディスプレーサ１３において互いに重ねられ易くなる。したがって、第３ポート３３から出射する光のビーム径が小さくされ、第３ポート３３から光が出射し易くなり得る。
【００９４】
また、本実施形態の光サーキュレータ１では、第１ビームディスプレーサ１１の厚さと第２ビームディスプレーサ１２の厚さとが等しい。そのため、第１ポート３１から入射して第１ビームディスプレーサ１１において互いに離されるそれぞれの偏光同士の距離と、第２ビームディスプレーサ１２においてそれらの偏光同士が互いに近付けられる距離とを同じにし易くなる。よって、第１ポート３１から入射して第１ビームディスプレーサ１１において互いに引き離されるそれぞれの偏光が、第２ビームディスプレーサ１２において互いに重ねられ易くなる。また、このように第１ビームディスプレーサ１１及び第２ビームディスプレーサ１２の厚さが選択されることによって、第１ビームディスプレーサ１１と第２ビームディスプレーサ１２とが同様のビームディスプレーサによって構成され得る。そのため、光サーキュレータ１の構成が簡易に成り得る。さらに、上記のように第１ビームディスプレーサ１１の厚さと第２ビームディスプレーサ１２の厚さとの合計が第３ビームディスプレーサ１３の厚さと同じにされる場合は、第１ビームディスプレーサ１１を構成するビームディスプレーサと同様のビームディスプレーサを２つ用いて第３ビームディスプレーサ１３が構成され得る。すなわち、第１ビームディスプレーサ１１、第２ビームディスプレーサ１２、及び第３ビームディスプレーサ１３が全て同様のビームディスプレーサによって構成され得る。従って、光サーキュレータ１の構成がより簡易に成り得る。ただし、第１ビームディスプレーサ１１の厚さと第２ビームディスプレーサ１２の厚さとの合計が第３ビームディスプレーサ１３の厚さと同じにされる場合であっても、第３ビームディスプレーサ１３が１つのビームディスプレーサで構成されてもよい。この場合は、上記のように２つのビームディスプレーサによって第３ビームディスプレーサ１３が構成される場合に比べて用いるビームディスプレーサの数を少なくすることができる。
【００９５】
また、本実施形態の光サーキュレータ１では、第１ポート３１が第１ミラー３１ｍを有する。このように第１ポート３１、第２ポート３２、及び第３ポート３３の少なくとも１つがミラーを有することによって、光を所望の位置に誘導し易くなり、光サーキュレータ１の設計自由度が向上し得る。
【００９６】
また、第１ミラー３１ｍは、第１ビームディスプレーサ１１と互いに隣り合うように設けられ、第１ビームディスプレーサ１１を互いに離間して透過するそれぞれの偏光の光路で挟まれる位置に配置される。このように、いずれかのポートが有するミラーは、いずれかのビームディスプレーサと互いに隣り合って設けられ、当該ミラーと互いに隣り合うビームディスプレーサを互いに離間して透過するそれぞれの偏光の光路で挟まれる位置に配置されることが好ましい。このようにミラーが配置されることによって、光サーキュレータ１内に形成される余分なスペースを活かすことができ、光サーキュレータ１がより小型化され得る。
【００９７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００９８】
図５は、本発明の第２実施形態のレーザ装置の構成を概略的に示す図である。図５に示す本実施形態のレーザ装置２００は、信号光源ＭＯ、第２実施形態の光サーキュレータ２、第１アンプＡＭ１、第２アンプＡＭ２を主な構成要素として備える。光サーキュレータ２は、後述するように上記第１実施形態の光サーキュレータ１と構成が異なる。また、第２アンプＡＭ２は、配置以外は第１アンプＡＭ１と同様の構成とされる。
【００９９】
図６は、本発明の第２実施形態の光サーキュレータにおける光学素子の配置を示す図である。図６に示すように、本実施形態の光サーキュレータ２は、第４ビームディスプレーサ１４及び第４ポート３４を更に備え、第２ポート３２が第２ミラー３２ｍと第２開口３２ｈとを有する点において、第１実施形態の光サーキュレータ１と異なる。
【０１００】
第４ビームディスプレーサ１４は、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側に配置されており、平行平板型の複屈折結晶によって構成される。本実施形態の第４ビームディスプレーサ１４は、第３ビームディスプレーサ１３と同様の構成であり、第３ビームディスプレーサ１３と平行に配置される。すなわち、本実施形態の第４ビームディスプレーサ１４の光学軸ＯＡ４は、第３ビームディスプレーサ１３の光学軸ＯＡ３と平行であり、本実施形態の第４ビームディスプレーサ１４の厚さは第３ビームディスプレーサ１３の厚さと同じである。すなわち、第１ビームディスプレーサ１１の厚さと第２ビームディスプレーサ１２の厚さとの合計が、第４ビームディスプレーサ１４の厚さと等しい。このような第４ビームディスプレーサ１４の光学軸ＯＡ４及び第４ビームディスプレーサ１４の厚さの一方または両方が調整されることによって、第４ビームディスプレーサ１４において常光と異常光との距離が調整され得る。
【０１０１】
第４ポート３４は、第４ビームディスプレーサ１４の第２ビームディスプレーサ１２側とは反対側に設けられる。本実施形態の第４ポート３４は、筐体１０に形成される開口である。第４ポート３４には、デリバリファイバ５３の一端が接続される。
【０１０２】
本実施形態の第２ポート３２は、筐体１０に形成される第２開口３２ｈと第２ミラー３２ｍとを有する。第２開口３２ｈには、光ファイバ５２の一端が接続される。本実施形態の第２ミラー３２ｍは全反射ミラーであり、第２開口３２ｈから筐体１０内に入射する光は、第２ミラー３２ｍによって全反射され、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側の面に入射する。
【０１０３】
また、本実施形態の第３ポート３３には、光ファイバ５５の一端が接続される。光ファイバ５５は、光ファイバ５２と同様の構造の光ファイバである。
【０１０４】
次に、本実施形態のレーザ装置２００の動作について説明する。
【０１０５】
まず、上記第１実施形態のレーザ装置１００と同様に、第１アンプＡＭ１の励起光源７のそれぞれのレーザダイオード７１から励起光が出射され、当該励起光は、第１アンプＡＭ１の光増幅用ガラス体４を伝搬して当該光増幅用ガラス体４に添加されている活性元素を励起する。また、第２アンプＡＭ２の励起光源７のそれぞれのレーザダイオード７１からも励起光が出射され、当該励起光は、第２アンプＡＭ２の光増幅用ガラス体４を伝搬して当該光増幅用ガラス体４に添加されている活性元素を励起する。
【０１０６】
一方、信号光源ＭＯからは信号光が出射され、当該信号光は、信号光ファイバ５１を介して第１ポート３１から光サーキュレータ１に入射する。
【０１０７】
図６は、光サーキュレータ２において第１ポート３１から光サーキュレータ２内に入射する光の光路を矢印で示している。
【０１０８】
図６に示すように、第１ポート３１から光サーキュレータ２内に入射する光の進路は、第２ビームディスプレーサ１２を透過するまでは上記第１実施形態の光サーキュレータ１と同様である。第２ビームディスプレーサ１２を透過して互いに重なったそれぞれの偏光は、第２ミラー３２ｍによって全反射され、第２開口３２ｈから光サーキュレータ２の外に出射する。以上のように、第１ポート３１から光サーキュレータ１内に入射する光は、第２ポート３２から光サーキュレータ２の外に出射する。
【０１０９】
第２ポート３２から射出する信号光は、上記第１実施形態のレーザ装置１００と同様に、光増幅用ガラス体４を伝搬して増幅され、第２ポート３２から再び光サーキュレータ２に入射する。
【０１１０】
図７は、図６と同様に本実施形態の光サーキュレータ２における光学素子の配置を示し、第２ポート３２から光サーキュレータ２内に入射する光の光路を矢印で示している。
【０１１１】
図７に示すように、第２ポート３２から光サーキュレータ２内に入射する光は、第２開口３２ｈから光サーキュレータ２内に入射した後、第２ミラー３２ｍによって全反射され、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側の面に入射する。その後の光の進路は、上記第１実施形態の光サーキュレータ１において第２ポート３２からの光が第２ビームディスプレーサ１２に入射した後と同様である。以上のように、第２ポート３２から光サーキュレータ２内に入射する光は、第３ポート３３から光サーキュレータ２の外に出射する。
【０１１２】
第３ポート３３から射出する光は、光ファイバ５５の一端から入射して他端から出射し、第２アンプＡＭ２に入射する。第２アンプＡＭ２は、第１アンプＡＭ１と同様に、入射する光を増幅し、増幅された当該光の少なくとも一部を当該光が入射した側に反射する。すなわち、第２アンプＡＭ２は、第３ポート３３から出射する光を増幅し、増幅された当該光の少なくとも一部を第３ポート３３側に反射する。このように第２アンプＡＭ２で反射された光は、第３ポート３３から再び光サーキュレータ２に入射する。
【０１１３】
図８は、図６と同様に本実施形態の光サーキュレータ２における光学素子の配置を示し、第３ポート３３から光サーキュレータ２内に入射する光の光路を矢印で示している。
【０１１４】
図８に示すように、第３ポート３３から光サーキュレータ２内に入射する光の進路は、第２ビームディスプレーサ１２を透過するまでは上記第１実施形態の光サーキュレータ１と同様である。第２ビームディスプレーサ１２を透過したそれぞれの偏光は、互いの距離ｄ６が概ね一定のまま第４ビームディスプレーサ１４まで伝搬し、第４ビームディスプレーサ１４の第２ビームディスプレーサ１２側の面に入射する。また、第４ビームディスプレーサ１４は、上記のように第３ビームディスプレーサ１３と同様の構成であり、第３ビームディスプレーサ１３に対して平行に配置される。したがって、第３ビームディスプレーサ１３において異常光であった光は、第４ビームディスプレーサ１４において常光となって直進して透過する。また、第３ビームディスプレーサ１３で常光であった光は、第４ビームディスプレーサ１４では異常光となって第３ビームディスプレーサ１３における異常光と同様に屈折して透過する。その結果、第４ビームディスプレーサ１４の一方の面に入射するそれぞれの偏光は、第４ビームディスプレーサ１４の他方の面において重なって出射する。
【０１１５】
第４ビームディスプレーサ１４を透過して互いに重なったそれぞれの偏光は、第４ポート３４から光サーキュレータ２の外に出射する。以上のように、第３ポート３３から光サーキュレータ２内に入射する光は、第４ポート３４から光サーキュレータ２の外に出射する。
【０１１６】
第４ポート３４から出射する光は、デリバリファイバ５３の一端に入射し、デリバリファイバ５３の他端から出射して加工対象物等に照射される。
【０１１７】
なお、加工対象物の表面等に反射されてデリバリファイバ５３に戻ってくる戻り光の一部は、第４ポート３４から光サーキュレータ２に入射する場合がある。
【０１１８】
図９は、図６と同様に本実施形態の光サーキュレータ２における光学素子の配置を示し、第４ポート３４から光サーキュレータ２内に入射する光の光路を矢印で示している。
【０１１９】
図９に示すように、第４ポート３４から光サーキュレータ２内に入射する光は、第４ポート３４から光サーキュレータ２内に入射した後、第４ビームディスプレーサ１４の第２ビームディスプレーサ１２側とは反対側の面に入射する。このように第４ビームディスプレーサ１４に入射した光は、第４ビームディスプレーサ１４において常光であるＳ偏光と異常光であるＰ偏光とに分けられる。第４ポート３４からの光は第４ビームディスプレーサ１４の第２ビームディスプレーサ１２側とは反対側の面に対して垂直に入射し、常光は第４ビームディスプレーサ１４内を直進して透過し、第４ビームディスプレーサ１４の第２ビームディスプレーサ１２側の面から出射する。一方、異常光は、第４ビームディスプレーサ１４内において常光から離れる方向に進んで透過し、進行方向が常光と平行になるように第４ビームディスプレーサ１４の第２ビームディスプレーサ１２側の面から出射する。
【０１２０】
第４ビームディスプレーサ１４を透過したそれぞれの偏光は、互いの距離ｄ７が概ね一定のまま第２ビームディスプレーサ１２まで伝搬し、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側の面に入射する。本実施形態の第２ビームディスプレーサ１２の光学軸ＯＡ２と第４ビームディスプレーサ１４の光学軸ＯＡ４とは、第２ビームディスプレーサ１２と第４ビームディスプレーサ１４との中間の平面に対して対称である。そのため、第２ビームディスプレーサ１２における異常光の伝搬方向と第４ビームディスプレーサ１４における異常光の伝搬方向とは、第２ビームディスプレーサ１２と第４ビームディスプレーサ１４との中間の平面に対して対称である。従って、第４ビームディスプレーサ１４側から第２ビームディスプレーサ１２に入射する異常光は、常光に近付く方向に屈折して第２ビームディスプレーサ１２を透過する。また、本実施形態の第２ビームディスプレーサ１２の厚さは第４ビームディスプレーサ１４の厚さの１／２である。従って、異常光と常光とが第２ビームディスプレーサ１２を伝搬する間に互いに近付く距離は、第４ビームディスプレーサ１４においてそれぞれの偏光が互いに離れた距離ｄ７の半分である。その結果、第２ビームディスプレーサ１２の第１ビームディスプレーサ１１側とは反対側の面に入射するそれぞれの偏光は、距離ｄ７の半分である距離ｄ８だけ互いに離れたまま第１ビームディスプレーサ１１側の面から出射する。
【０１２１】
第２ビームディスプレーサ１２を透過したそれぞれの偏光は、偏光ローテータ２２に入射する。偏光ローテータ２２では、上記のように偏光の偏光方向が当該偏光の進行方向に沿って見て時計回りに４５°回転する。また、偏光ローテータ２２を透過したそれぞれの偏光は、ファラデー回転子２１に入射する。ファラデー回転子２１では、上記のように偏光の偏光方向が当該偏光の進行方向に沿って見て反時計回りに４５°回転する。したがって、第２ビームディスプレーサ１２においてＳ偏光であった偏光は、偏光ローテータ２２及びファラデー回転子２１を透過することで偏光方向が元に戻ってＳ偏光となって第１ビームディスプレーサ１１に入射する。また、第２ビームディスプレーサ１２においてＰ偏光であった偏光も、偏光ローテータ２２及びファラデー回転子２１を透過することで偏光方向が元に戻ってＰ偏光となって第１ビームディスプレーサ１１に入射する。
【０１２２】
第１ビームディスプレーサ１１は、上記のように第２ビームディスプレーサ１２と同様の構成であり、第２ビームディスプレーサ１２に対して平行に配置される。したがって、第２ビームディスプレーサ１２において常光であった光は第１ビームディスプレーサ１１においても常光となって直進して透過する。また、第２ビームディスプレーサ１２で異常光であった光は、第１ビームディスプレーサ１１でも異常光となって第２ビームディスプレーサ１２における異常光と同様に屈折して透過する。その結果、第１ビームディスプレーサ１１の第２ビームディスプレーサ１２側の面に入射するそれぞれの偏光は、第１ビームディスプレーサ１１の第２ビームディスプレーサ１２側とは反対側の面において、入射時よりも互いの距離が小さくなって出射する。なお、本実施形態の第１ビームディスプレーサ１１の厚さと第２ビームディスプレーサ１２の厚さとの合計は、第４ビームディスプレーサ１４の厚さと同じである。そのため、第４ビームディスプレーサ１４においてそれぞれの偏光が離れた距離ｄ７と、第２ビームディスプレーサ１２を伝搬する間にそれぞれの偏光が互いに近付く距離及び第１ビームディスプレーサ１１を伝搬する間にそれぞれの偏光が互いに近付く距離の合計は同じである。従って、第１ビームディスプレーサ１１の第２ビームディスプレーサ１２側の面に入射するそれぞれの偏光は、第１ビームディスプレーサ１１の第２ビームディスプレーサ１２側とは反対側の面において重なって出射する。
【０１２３】
第１ビームディスプレーサ１１を透過して互いに重なったそれぞれの偏光は、第１ミラー３１ｍで全反射され、第１開口３１ｈから光サーキュレータ２の外に出射する。以上のように、第４ポート３４から光サーキュレータ２内に入射する光は、第１ポート３１から光サーキュレータ２の外に出射する。
【０１２４】
上記のように第１ポート３１から光サーキュレータ２の外に出射する光が信号光源ＭＯに入射することを抑制する観点から、信号光源ＭＯと光サーキュレータ２の第１ポート３１との間には、不図示のアイソレータを配置することが好ましい。
【０１２５】
以上の説明のように、本実施形態のレーザ装置２００では、信号光源ＭＯが出射する信号光は、第１アンプＡＭ１の光増幅用ガラス体４において増幅された後に第２アンプＡＭ２の光増幅用ガラス体４において更に増幅される。
【０１２６】
また、本実施形態の光サーキュレータ２は、外部からの光が入射する第４ポート３４と、第４ポート３４から光サーキュレータ２内に入射した光が入射する複屈折結晶によって構成される第４ビームディスプレーサ１４と、を備える。また、本実施形態の光サーキュレータ２では、第４ポート３４から第４ビームディスプレーサ１４に入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、第２ビームディスプレーサ１２に入射して互いに近付けられ、ファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２において偏光方向が回転され、第１ビームディスプレーサ１１において互いに重なるように屈折して第１ポート３１から射出される。光サーキュレータ２が上記のような第４ポート３４及び第４ビームディスプレーサ１４を備えることによって、第４ポート３４から入射する光が第１ポート３１から射出される４ポート型の光サーキュレータ２が得られる。
【０１２７】
また、本実施形態の光サーキュレータ２において、第３ポート３３から第３ビームディスプレーサ１３に入射して互いに分けられるそれぞれの偏光は、第１ビームディスプレーサ１１に入射して互いに近付けられ、ファラデー回転子２１及び偏光ローテータ２２において偏光方向が回転され、第２ビームディスプレーサ１２において互いに更に引き離され、第４ビームディスプレーサ１４において互いに少なくとも一部重なるように屈折して第４ポート３４から射出される。このように光サーキュレータ２が構成されることによって、上記のように、第３ポート３３から入射する光が第４ポート３４から射出される４ポート型の光サーキュレータ２が得られる。
【０１２８】
また、本実施形態の光サーキュレータ２では、第４ポート３４から第４ビームディスプレーサ１４に入射して互いに分けられるそれぞれの偏光が第４ビームディスプレーサ１４を透過したときの互いの距離ｄ７は、当該それぞれの偏光が第２ビームディスプレーサ１２を透過したときに互いに近付けられる距離と、当該それぞれの偏光が第１ビームディスプレーサ１１を透過したときに互いに近付けられる距離との合計に等しい。第４ビームディスプレーサ１４において互いに引き離される偏光同士の距離ｄ７と、それらの偏光同士が第２ビームディスプレーサ１２及び第１ビームディスプレーサ１１において互いに近付けられる距離とが等しいことによって、それらの偏光同士が互いに重ねられ易くなる。よって、第１ポート３１から出射する光のビーム径が小さくされ、第１ポート３１から光が出射し易くなり得る。
【０１２９】
また、本実施形態の光サーキュレータ２では、第１ビームディスプレーサ１１の厚さと第２ビームディスプレーサ１２の厚さとの合計が、第４ビームディスプレーサ１４の厚さと等しい。上記のように、ビームディスプレーサを伝搬するそれぞれの偏光同士の距離の変化は、当該ビームディスプレーサの厚さに依存し得る。そのため、上記のように第１ビームディスプレーサ１１、第２ビームディスプレーサ１２及び第４ビームディスプレーサ１４の厚さが選択されることによって、第４ポート３４から入射して第４ビームディスプレーサ１４において互いに引き離されるそれぞれの偏光が、第２ビームディスプレーサ１２及び第１ビームディスプレーサ１１を透過して互いに重ねられ易くなる。
【０１３０】
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【０１３１】
例えば、第１ビームディスプレーサ１１、第２ビームディスプレーサ１２、第３ビームディスプレーサ１３及び第４ビームディスプレーサ１４のそれぞれの光学軸の向き及び厚さは、上記第１実施形態及び第２実施形態の説明において例示した形態に限定されない。例えば、上記第１実施形態において、第１ポート３１から第１ビームディスプレーサ１１に入射して互いに分けられるそれぞれの偏光が第２ビームディスプレーサ１２において互いに少なくとも一部重なる範囲において、第１ビームディスプレーサ１１及び第２ビームディスプレーサ１２の光学軸の向き及び厚さが適宜調整され得る。また、第３ビームディスプレーサ１３の光学軸の向き及び厚さは、第２ポート３２から第２ビームディスプレーサ１２に入射して互いに分けられて第１ビームディスプレーサ１１において互いに更に引き離されるそれぞれの偏光が第３ビームディスプレーサ１３において互いに少なくとも一部重なる範囲で適宜調整され得る。また、上記第２実施形態において、第４ビームディスプレーサ１４の光学軸の向き及び厚さは、第４ポート３４から第４ビームディスプレーサ１４に入射して互いに分けられるそれぞれの偏光が第２ビームディスプレーサ１２及び第１ビームディスプレーサ１１を透過して互いに少なくとも一部重なる範囲で適宜調整され得る。
【０１３２】
また、上記実施形態では、それぞれのビームディスプレーサが平行平板型の複屈折結晶によって構成される例を挙げて説明した。しかし、それぞれのビームディスプレーサの形状はこれに限定されない。例えば、それぞれのビームディスプレーサの断面形状は、楔形等の入射面と出射面とが互いに非平行な形状であってもよく、長方形以外の平行四辺形であってもよい。
【０１３３】
また、上記実施形態では、それぞれのビームディスプレーサに入射する光は当該ビームディスプレーサの表面に対して垂直に入射する例を挙げて説明した。しかし、それぞれのビームディスプレーサの表面に対して非垂直に光が入射してもよい。例えば、ビームディスプレーサから出射する光の反射を抑制する等の観点から、敢えて所定の角度でビームディスプレーサに光が入射するように、それぞれのビームディスプレーサの形状または配置が上記実施形態と異なっていてもよい。
【０１３４】
また、ミラーの位置は特に限定されない。したがって、第１ポート３１、第２ポート３２、第３ポート３３及び第４ポート３４のいずれのポートがミラーを有していてもよい。ただし、ミラーが設けられる場合、ミラーは、第１ビームディスプレーサ１１、第２ビームディスプレーサ１２、第３ビームディスプレーサ１３及び第４ビームディスプレーサ１４の少なくとも１つと互いに隣り合って設けられることが好ましい。また、ミラーは、当該ミラーと互いに隣り合うビームディスプレーサを透過する少なくとも２つの偏光の光路の間に配置されることが好ましい。なお、ミラーは設けられなくてもよい。ポートがミラーを有しない場合、ポートに光ファイバ等を設け、当該光ファイバによってビームディスプレーサまで光が導かれてもよい。例えば、第１ポート３１が第１ミラー３１ｍを有しない場合、信号光源ＭＯが出射する光を第１開口３１ｈから第１ビームディスプレーサ１１の一方の面まで導く光ファイバを第１ポート３１が有することが好ましい。この場合、第１開口３１ｈから入射する光は当該光ファイバを伝搬して第１ビームディスプレーサ１１の一方の面まで導かれる。
【０１３５】
また、上記実施形態では、光サーキュレータのポートが有するミラーが全反射ミラーである例を挙げて説明した。しかし、光サーキュレータのポートがミラーを有する場合、当該ミラーは、入射する光の一部を反射すると共に他の一部を透過する部分反射ミラーであってもよい。例えば、光サーキュレータのポートが有するミラーは、入射した光を０．１％程度透過する部分反射ミラーとされる。このように光サーキュレータのポートが部分反射ミラーを有する場合、当該部分反射ミラーを透過する光を観測することによって、光サーキュレータに入射する光のパワーを間接的に観測することができる。例えば上記第１実施形態の第１ミラー３１ｍが部分反射ミラーとされる場合、第１開口３１ｈから光サーキュレータ１入射した光の一部は、第１ミラー３１ｍを透過する。このように第１ミラー３１ｍを透過した光は、第１ミラー３１ｍを挟んで第１開口３１ｈとは反対側の筐体１０の内面に導波される。このようにして第１ミラー３１ｍを透過した光が達する位置に、受光面を持つフォトダイオードなどを配置することによって、第１開口３１ｈから光サーキュレータ１に入射する光のパワーを間接的に観測することができる。
【０１３６】
また、上記実施形態では、励起光が信号光とは反対側から光増幅用ガラス体４に入射する例を挙げて説明した。しかし、励起光が信号光と同じ側から光増幅用ガラス体４に入射するように励起光源が構成されてもよい。
【０１３７】
また、上記実施形態では、第１アンプＡＭ１と第２アンプＡＭ２とが同様の構成である例を挙げて説明したが、第１アンプＡＭ１と第２アンプＡＭ２とは互いに異なる構成であってもよい。また、上記実施形態では、第１アンプＡＭ１及び第２アンプＡＭ２がミラー５で信号光が反射される構成で説明したが、反射型でなくともよい。
【０１３８】
なお、本発明の光サーキュレータは、上記実施形態で示した使用例に限定されず、例えば反射光モニタ、発振波長ロック、ガイド光合波などにも用いられる。また、本発明の光サーキュレータがレーザ装置に用いられる場合、当該レーザ装置は、ＭＯＰＡ型のファイバレーザ装置に限定されず、例えばＣＷ（連続発振）型やＣＯ２（炭酸ガス）レーザ、ＹＡＧレーザ等の他のレーザ装置であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
以上説明したように、本発明によれば、小型化され得る光サーキュレータが提供され、高出力用途のファイバレーザ装置、光通信、光計測などの分野において用いられる。
【符号の説明】
【０１４０】
１，２・・・光サーキュレータ
１０・・・筐体
１１・・・第１ビームディスプレーサ
１２・・・第２ビームディスプレーサ
１３・・・第３ビームディスプレーサ
１４・・・第４ビームディスプレーサ
２１・・・ファラデー回転子
２２・・・偏光ローテータ
３１・・・第１ポート
３１ｈ・・・第１開口
３１ｍ・・・第１ミラー
３２・・・第２ポート
３２ｈ・・・第２開口
３２ｍ・・・第２ミラー
３３・・・第３ポート
３４・・・第４ポート
１００，２００・・・レーザ装置
ＭＯ・・・信号光源
ＡＭ１・・・第１アンプ
ＡＭ２・・・第２アンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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