(57)【要約】【課題】吸収型ガラス偏光子から成る第一偏光子と第二偏光子が光学接着剤を介しファラデー回転子に接着された積層構造を有しかつ吸収型ガラス偏光子の発熱に伴う接着剤の劣化が防止された光アイソレータ素子と光アイソレータを提供すること。【解決手段】ファラデー回転子３と第一偏光子１並びに第二偏光子２を備え、これ等偏光子が偏光子本体10、20の両面に吸収層11、12、13、14を有する吸収型ガラス偏光子で構成され、かつ光学用接着剤41、42を介しファラデー回転子と第一偏光子並びにファラデー回転子と第二偏光子が貼り合わされた光アイソレータ素子であって、順方向入射側に配置される第一偏光子における接着剤側の吸収層が除去されて第一偏光子の偏光子本体10とファラデー回転子３が光学用接着剤41を介し貼り合わされていることを特徴とする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー回転子とこの両側に配置される第一偏光子並びに第二偏光子を備え、第一偏光子と第二偏光子が偏光子本体両面に吸収層を有する吸収型ガラス偏光子により構成されると共に、光学用接着剤を介しファラデー回転子と第一偏光子並びにファラデー回転子と第二偏光子が貼り合わされた光アイソレータ素子において、
順方向入射側に配置される第一偏光子における光学用接着剤側の吸収層が除去されて第一偏光子の偏光子本体とファラデー回転子が光学用接着剤を介し貼り合わされていることを特徴とする光アイソレータ素子。
【請求項２】
光アイソレータ素子とこの光アイソレータ素子のファラデー回転子を飽和磁化させる永久磁石がホルダーに固定された光アイソレータにおいて、
上記光アイソレータ素子が請求項１に記載の光アイソレータ素子で構成されていることを特徴とする光アイソレータ。
【請求項３】
請求項１に記載の光アイソレータ素子における第一偏光子の主面（但し、光透過領域を除く）若しくは外周部に熱電伝導係数が偏光子より大きい金属材を取り付け、かつ、この金属材を上記ホルダーに接触させて第一偏光子に放熱機能を具備させたことを特徴とする請求項２に記載の光アイソレータ。
【請求項４】
請求項１に記載の光アイソレータ素子における第二偏光子の主面（但し、光透過領域を除く）若しくは外周部に熱電伝導係数が偏光子より大きい金属材を取り付け、かつ、この金属材を上記ホルダーに接触させて第二偏光子に放熱機能を具備させたことを特徴とする請求項３に記載の光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファラデー回転子と第一偏光子並びに第二偏光子を備え、光学用接着剤を介しファラデー回転子と第一偏光子並びにファラデー回転子と第二偏光子が貼り合わされた光アイソレータ素子とこの光アイソレータ素子が組み込まれた光アイソレータに係り、特に、偏光子本体両面に吸収層を有する吸収型ガラス偏光子により第一偏光子と第二偏光子が構成された光アイソレータ素子と光アイソレータの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光アイソレータは、高速長距離伝送用レーザー光源に用いられるもので、レーザー光源から出た光が、光ファイバに導かれる順方向の損失が０．５ｄＢ以下と小さく、光ファイバからレーザー光源に導かれる逆方向の損失が４０ｄＢ以上と大きい特徴を持っている。
【０００３】
また、エルビウムドープファイバーアンプ（ＥＤＦＡ）の励起光源であるポンプレーザーでは、光源のパワーを安定化させると共に、強い戻り光で半導体レーザー素子が破損することを防ぐ必要もあり、光アイソレータが必要となる。特に、戻り光を半導体レーザー素子の近傍に戻さないことが肝要なポンプレーザー用の光アイソレータにおいては、吸収型光アイソレータが必須となる。
【０００４】
この吸収型光アイソレータは、偏光子本体両面に吸収層を有する吸収型ガラス偏光子を用いて製造されるが、吸収型ガラス偏光子の光パワーを吸収する上記吸収層は、偏光子本体表面に形成された数十μｍ程度の薄い領域で構成されているため、高密度の光パワーが照射されると、小さな領域の吸収層で大きなパワーを吸収することになることから、局所的に数百℃に達するような発熱が起こることとなる。発熱が吸収型ガラス偏光子のガラス転移点を超えるような場合、偏光子自体の機能を保持することができない。現在市販されている通信デバイス用の吸収型ガラス偏光子はガラス転移温度が５００℃程度である。このため、局所温度が５００℃を超えるような条件では、上記吸収型光アイソレータは機能を失うこととなる。
【０００５】
局所温度が５００℃以下であれば、耐熱性が問題となる次の部材は、ＡＲコートや偏光子を固定するために用いられている材料である。そして、偏光子やファラデー回転子が光アイソレータに組み込まれる場合に適用される一般的なＡＲコート材料の耐熱温度は、４５０℃程度である。
【０００６】
このような温度域で耐性が要求されるため、従来の光アイソレータにおいては、偏光子やファラデー回転子をそれぞれ離した状態で配置し、かつ、偏光子やファラデー回転子の主面（光透過領域を除く）若しくは側面に金属皮膜を形成すると共に、金属皮膜が形成された偏光子やファラデー回転子等の光学素子を、半田を介し金属ホルダーに接合させて放熱機能を具備させる方法が採られていた（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００７】
一方、通信用の光アイソレータにおいても、有機系接着剤が適用された場合のアウトガスの問題や信頼性の観点から半田を用いた上述の組み立て方法を採用しているが、通信用半導体レーザーが広く普及し、かつ、低価格化が要請される中、特許文献３に記載された良質な光学用接着剤の開発がなされ、また、使用方法の改善等が図られたため、近年においては、有機系の光学用接着剤を利用し、偏光子やファラデー回転子等の光学素子が積層（ラミネート）された構造（光アイソレータ素子）が主流となっており、光学素子を金属ホルダーに固定する場合も、上記半田に代って有機系接着剤が主流となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２９９５７４７号公報（図１ａ参照）
【特許文献２】特許第２８４１２１０号公報（図１ｂ参照）
【特許文献３】特許第４３００７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、偏光子やファラデー回転子等の光学素子を積層（ラミネート）させた構造が主流になってはいるが、出力の大きなレーザーや吸収型ガラス偏光子が適用された吸収型光アイソレータにおいては依然として発熱の問題が存在し、特に、ファラデー回転子と吸収型ガラス偏光子を貼り合わせる光学用接着剤が局所的に熱せられた場合、接着剤が変質したり気泡を生ずることがあり、ラミネート構造を有する光アイソレータの適用は現実的には困難であった。
【００１０】
しかし、高出力用途であっても大幅なコストダウンが要請される中、ラミネート型の組み立て方法で、出力耐性を最大化する方策が求められている。
【００１１】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、吸収型ガラス偏光子で構成された第一偏光子並びに第二偏光子とファラデー回転子を備え、光学用接着剤を介しファラデー回転子と第一偏光子並びにファラデー回転子と第二偏光子が貼り合わされたラミネート構造を有すると共に、上述した発熱に伴う問題が解消された光アイソレータ素子を提供し、合わせてこの光アイソレータ素子が組み込まれた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】
【００１２】
そこで、上記問題を解決するため本発明者が光学素子の構造と発熱との関係を詳細に解析した結果、順方向入射側に配置される偏光子に関して、光学用接着剤側の吸収層が除去された吸収型ガラス偏光子を適用した場合、発熱に伴う上記問題が解消されることを発見するに至った。本発明はこのような技術的発見により完成されている。
【００１３】
すなわち、請求項１に係る発明は、
ファラデー回転子とこの両側に配置される第一偏光子並びに第二偏光子を備え、第一偏光子と第二偏光子が偏光子本体両面に吸収層を有する吸収型ガラス偏光子により構成されると共に、光学用接着剤を介しファラデー回転子と第一偏光子並びにファラデー回転子と第二偏光子が貼り合わされた光アイソレータ素子において、
順方向入射側に配置される第一偏光子における光学用接着剤側の吸収層が除去されて第一偏光子の偏光子本体とファラデー回転子が光学用接着剤を介し貼り合わされていることを特徴とするものである。
【００１４】
次に、請求項２に係る発明は、
光アイソレータ素子とこの光アイソレータ素子のファラデー回転子を飽和磁化させる永久磁石がホルダーに固定された光アイソレータにおいて、
上記光アイソレータ素子が請求項１に記載の光アイソレータ素子で構成されていることを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
請求項２に記載の光アイソレータにおいて、
請求項１に記載の光アイソレータ素子における第一偏光子の主面（但し、光透過領域を除く）若しくは外周部に熱電伝導係数が偏光子より大きい金属材を取り付け、かつ、この金属材を上記ホルダーに接触させて第一偏光子に放熱機能を具備させたことを特徴とし、
また、請求項４に係る発明は、
請求項３に記載の光アイソレータにおいて、
請求項１に記載の光アイソレータ素子における第二偏光子の主面（但し、光透過領域を除く）若しくは外周部に熱電伝導係数が偏光子より大きい金属材を取り付け、かつ、この金属材を上記ホルダーに接触させて第二偏光子に放熱機能を具備させたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る光アイソレータ素子および光アイソレータは、
順方向入射側に配置される第一偏光子における光学用接着剤側の吸収層が除去されて第一偏光子の偏光子本体とファラデー回転子が光学用接着剤を介し貼り合わされた構造になっている。
【００１６】
そして、順方向出射側に配置される第二偏光子（吸収型ガラス偏光子）により戻り光の一部若しくは全部が吸収される場合、戻り光が入射される側に位置する吸収層（外側吸収層）により戻り光の大半が吸収されて、光学用接着剤側に位置する吸収層（内側吸収層）による吸収が極めて少ないため、第二偏光子とファラデー回転子とを貼り合わせる光学用接着剤が高温に晒されることがない。
【００１７】
また、順方向入射側に配置される第一偏光子（吸収型ガラス偏光子）により戻り光の一部若しくは全部が吸収される場合、上記戻り光が入射される側に位置する吸収層（内側吸収層）は除去されており、戻り光が出射される側に位置する吸収層（外側吸収層）により上記戻り光の全部が吸収されることになるため、第一偏光子とファラデー回転子とを貼り合わせる光学用接着剤も高温に晒されることがない。
【００１８】
そして、吸収型ガラス偏光子で構成された第一偏光子並びに第二偏光子とファラデー回転子が適用され、光学用接着剤を介しファラデー回転子と第一偏光子並びにファラデー回転子と第二偏光子が貼り合わされたラミネート構造を有する本発明に係る光アイソレータ素子および光アイソレータによれば、第二偏光子とファラデー回転子とを貼り合わせる光学用接着剤が高温に晒されることがなく、かつ、第一偏光子とファラデー回転子とを貼り合わせる光学用接着剤も高温に晒されることがないため、光学用接着剤が変質したり気泡が生ずる等の発熱に伴う上記問題を解消させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】吸収型ガラス偏光子の構成と作用を示す説明図。
【図２】図２（Ａ）は吸収型ガラス偏光子が組み込まれた吸収型光アイソレータにおける主要部の構造と作用を示す説明図、図２（Ｂ）は吸収型ガラス偏光子における吸収層の発熱状態を示す説明図。
【図３】図３（Ａ）は順方向入射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）をホルダーに接触させた吸収型光アイソレータにおける各吸収層の発熱が平衡状態となったときの温度分布を示す説明図、図３（Ｂ）は吸収型光アイソレータの中心軸上位置と平衡状態となったときの温度との関係を示すグラフ図。
【図４】図４（Ａ）は戻り光の偏光状態が、順方向出射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）の透過軸と一致する場合における吸収型光アイソレータの作用を示す説明図、図４（Ｂ）は上記吸収型光アイソレータの中心軸上位置と温度との関係を示すグラフ図。
【図５】戻り光の偏光状態が、順方向出射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）の透過軸に対し４５度傾いている場合における吸収型光アイソレータの中心軸上位置と温度との関係を示すグラフ図。
【図６】戻り光の偏光状態が、順方向出射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）の透過軸に対し９０度傾いている場合における吸収型光アイソレータの中心軸上位置と温度との関係を示すグラフ図。
【図７】図７（Ａ）は偏光子本体両面に吸収層（還元層）を有する吸収型ガラス偏光子の概略斜視図、図７（Ｂ）は一方の吸収層（還元層）が除去された吸収型ガラス偏光子の概略斜視図。
【図８】順方向入射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１における光学用接着剤４１側の吸収層（還元層）が除去されて第一偏光子１の偏光子本体１０とファラデー回転子３が光学用接着剤４１を介し貼り合わされた実施の形態に係る吸収型光アイソレータの要部を示す説明図。
【図９】実施の形態に係る吸収型光アイソレータの中心軸上位置と温度との関係（但し、戻り光の偏光状態が第二偏光子の透過軸と一致する、すなわち戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が平行の場合）を示すグラフ図。
【図１０】実施例１に係る吸収型光アイソレータの要部を示す説明図。
【図１１】従来型吸収型光アイソレータの要部を示す説明図。
【図１２】吸収型光アイソレータの挿入損失とアイソレーションを測定する光学系の概略説明図。
【図１３】従来型吸収型光アイソレータにおける各部位［順方向入射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）入射面、第一偏光子における樹脂（光学用接着剤）入射側、ファラデー回転子（ＦＲ）中心、順方向出射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）における樹脂（光学用接着剤）出射側、第二偏光子出射面］の温度と、戻り光パワーとの関係（但し、戻り光の偏光状態が、第二偏光子の透過軸と一致する、すなわち戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が平行の場合）を示すグラフ図。
【図１４】実施例１に係る吸収型光アイソレータにおける各部位［第一偏光子入射面、第一偏光子における樹脂（光学用接着剤）入射側、ファラデー回転子（ＦＲ）中心、第二偏光子における樹脂（光学用接着剤）出射側、第二偏光子出射面］の温度と、戻り光パワーとの関係（但し、戻り光の偏光状態が、第二偏光子の透過軸と一致する、すなわち戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が平行の場合）を示すグラフ図。
【図１５】実施例１に係る吸収型光アイソレータにおける各部位［第一偏光子入射面、第一偏光子における樹脂（光学用接着剤）入射側、ファラデー回転子（ＦＲ）中心、第二偏光子における樹脂（光学用接着剤）出射側、第二偏光子出射面］の温度と、戻り光パワーとの関係（但し、戻り光の偏光状態が、第二偏光子の透過軸に対し９０度傾いている、すなわち戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が９０度で交わる場合）を示すグラフ図。
【図１６】実施例２に係る吸収型光アイソレータの要部を示す説明図。
【図１７】実施例２に係る吸収型光アイソレータにおける各部位［第一偏光子入射面、第一偏光子における樹脂（光学用接着剤）入射側、ファラデー回転子（ＦＲ）中心、第二偏光子における樹脂（光学用接着剤）出射側、第二偏光子出射面］の温度と、戻り光パワーとの関係（但し、戻り光の偏光状態が、第二偏光子の透過軸に対し９０度傾いている、すなわち戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が９０度で交わる場合）を示すグラフ図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
（１）吸収型ガラス偏光子
本発明において適用される吸収型ガラス偏光子の構成とその機能について説明する。
【００２２】
図１はおおむね垂直方向に振動する電界成分を持つ偏光を透過させる吸収型ガラス偏光子である。この吸収型ガラス偏光子は、金属粒子を水平方向に延伸して製造されたものである。吸収型ガラス偏光子の原材料は銀や銅等金属のハロゲン化物を分散させたガラスであり、溶融ガラスの延伸工程で金属の微粒子は水平方向に引き伸ばされる。延伸工程の後、還元処理を行うと、ガラス材の表面付近に細長い金属が分散した状態になる。高密度の針状微小金属の層（還元層）が、金属粒子の長手方向、図１では水平方向に振動する電界成分を持つ偏光を非常に高い効率で吸収する。これは、金属材料表面に励起されるプラズモン共鳴によるもので、吸収効率の偏光依存性は針状微小金属の形状からもたらされるものである。
【００２３】
偏光子の機能として高い消光比が要求させるのは当然であるが、通信用の偏光子に関しては、透過損失が小さいことも重要である。すなわち、偏光子の透過軸に沿った電界振動を有する（図１では垂直偏波）光線に対して損失が小さいことが求められる。還元層（すなわち、吸収層）の厚さが厚くなる程、透過軸方向の吸収が増大するため、偏光子の製造は必要十分な還元層（吸収層）の厚さに制御されている。現在入手可能な吸収型ガラス偏光子を観察すると、吸収層（還元層）は最大５０μｍ程度である。吸収層（還元層）は図１に示すように一枚の偏光子の裏表両面（すなわち、図１に示した非還元層で構成される偏光子本体両面）に形成される。つまり、通常の吸収型ガラス偏光子は、表裏二面に機能層を有するものである。従って、偏光子の特性を測定すると、表裏二面の偏光消光比および損失を評価することになる。現在、一般的に使用されている吸収型ガラス偏光子では、透過軸方向の偏光に関して０．１ｄＢ以下の損失、吸収軸方向の偏光軸に関して６０ｄＢ以上の損失が得られるものとなっている。
【００２４】
（２）吸収型光アイソレータ
上述の吸収型ガラス偏光子を用いて組み立てられた吸収型光アイソレータの構造（但し、構成部品である永久磁石とホルダーは省略している）について図２（Ａ）に示す。
【００２５】
２枚の吸収型ガラス偏光子１、２とファラデー回転子３は、光学用接着剤４１、４２により貼り合わされて光アイソレータ素子を構成し、上述した吸収層（還元層）１１、１２、２１、２２は各偏光子本体１０、２０の両面に形成されている。
【００２６】
このような光学素子に高いパワーの光線を入力すると、吸収型ガラス偏光子の吸収層（還元層）が発熱することとなる。但し、図２（Ａ）には、順方向に光線を入射したときの様子を示している。つまり、順方向入射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１を透過する光線、順方向出射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２を透過する光線の何れも、偏波方向は偏光子の透過軸に一致している状態である。このような状態のとき、発熱は、吸収層（還元層）の損失、つまり、透過軸成分の僅かな吸収によって引き起こされるものである。入射偏光が、順方向入射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１の透過軸に一致し、ファラデー回転子３のファラデー回転角が正確に偏光方向を４５度回転し、順方向出射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２の透過軸が正確に４５度に調整されている場合に限り、吸収・発熱は最低限に抑制される。
【００２７】
吸収型ガラス偏光子における一面の透過軸偏波に対する損失は０．０５ｄＢ（入射パワーの１％）程度であるので、１Ｗ当たり１０ｍＷが吸収されることになる。１３１０ｎｍから１６００ｎｍ程度の波長域において、ファラデー回転子の損失も０．１ｄＢ程度であり、１Ｗ当たり２％程度の吸収が発熱源となるが、これは厚み方向全体に分布するものである。更に、光学用接着剤の損失も有限な値を持つが、通常使用されるエポキシ樹脂は同波長域において高い透過率を有し、それ自体の吸収・発熱は無視し得るものである。従って、単位体積当たりの発熱量を図示（光透過領域に灰色濃淡で示す）すれば、図２（Ｂ）に示すように吸収型ガラス偏光子の吸収層（還元層）１１、１２、２１、２２が最大値を示し、ファラデー回転子３が厚み方向全体で穏やかに分布するものである。
【００２８】
このような発熱状態にある光学素子に光照射を継続すると、やがて温度が平衡状態に到達する。図３（Ａ）は、一例として順方向入射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１の主面（光透過領域は除く）を金属ホルダーに接着固定して冷却機能を具備させた吸収型光アイソレータの温度分布（光透過領域に灰色濃淡で表した分布）を示している。図３（Ｂ）のグラフ図は、透過光の中心軸上の温度分布をプロットしたもので、吸収型ガラス偏光子の吸収層（還元層）に従って、４箇所のピークが確認される。尚、ここで、吸収型ガラス偏光子の厚さは各々０．２ｍｍ、ファラデー回転子の厚みは０．４５ｍｍ、光学用接着層の厚さは０．０１ｍｍとした。
【００２９】
順方向における照射の状態が、図３（Ｂ）に示すようにピーク温度で５５℃程度ということであれば、貼り合わせに用いる光学用接着剤に要求される耐熱温度は６０℃程度で良い。この程度の温度、つまり、通常の二液性エポキシ樹脂の硬化温度程度の環境であれば、樹脂の変質は全く問題ない。
【００３０】
しかしながら、光アイソレータは、逆方向の光線（戻り光）が半導体レーザーに戻ることを防止する光学部品である。光アイソレータが正常に動作している状態で、戻り光は、順方向入射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１か、順方向出射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２の何れかで完全に吸収されなければならない。そして、吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１と吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２の何れの偏光子がどれだけの戻り光パワーを吸収するかは戻り光の偏光状態に依存する。
【００３１】
（2-1）戻り光の偏光状態が、第二偏光子の透過軸と一致する場合（すなわち、戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が平行の場合）
戻り光の偏光状態が、順方向出射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２の透過軸と一致する場合を図４（Ａ）に示した。この場合、戻り光は、吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２における二つの吸収層（還元層）２１、２２をそれぞれ１％の損失で透過する。透過光線の偏光方位はファラデー回転子３で進行方向に見て反時計周りに４５度回転し、順方向入射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１の透過軸と直交する。正確に反時計回り４５度の回転が起こっていれば、吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１の透過軸に対する角度は９０度となり、ほぼ１００％の戻り光パワーが吸吸されることになる。図４（Ｂ）のグラフ図では、順方向入射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１の光学用接着剤４１側に位置する吸収層（還元層）１２が大きな発熱源となり、高い温度に到達している様子が示されている。この場合、光学用接着剤の温度が局所的に２６０℃に到達することとなる。
【００３２】
（2-2）戻り光の偏光状態が、第二偏光子の透過軸に対し４５度傾いている場合（すなわち、戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が４５度で交わる場合）
戻り光の偏光軸が、順方向出射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２の透過軸と４５度で交わる場合は、戻り光パワーの５０％が上記吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２で吸収され、残る５０％が順方向入射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１で吸収されることとなる。この場合、順方向出射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２における吸収層（外側吸収層）２１の表面温度が最大となり、次のピークが、順方向入射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１における光学用接着剤４１側の吸収層（内側吸収層）１２となる（図５のグラフ図参照）。
【００３３】
（2-3）戻り光の偏光状態が、第二偏光子の透過軸に対し９０度傾いている場合（すなわち、戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が９０度で交わる場合）
戻り光の偏光軸が、順方向出射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２の透過軸と９０度で交わる場合は、戻り光パワーの１００％が上記吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２で吸収され、第二偏光子２の温度が非常に高くなる。この例では４６０℃に達している（図６のグラフ図参照）。
【００３４】
（2-4）吸収型ガラス偏光子の耐熱性
以上の熱解析の結果は、順方向入射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１の主面（光透過領域は除く）を金属ホルダーに接着固定して冷却機能を具備させた吸収型光アイソレータにおいて求められてものである。従って、この吸収型光アイソレータは、順方向入射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１の周辺部において排熱される構造である。構造が変わり、放熱部分が変われば温度分布は変化するが、どのような構造をとっても、光パワーは、それぞれの偏光子の最初に光が入射する面側の吸収層（還元層）で吸収・発熱を引き起こす。
【００３５】
偏光子の耐熱性を調べたところ、５００℃では３０分程度で機能を失い、偏光消光比は３ｄＢ以下に劣化することが分かった。４７０℃では１０００時間経過後でも偏光消光比は劣化せず、吸収型ガラス偏光子の耐熱温度は４７０℃であることが分かった。
【００３６】
（2-5）光学用接着剤の耐熱性
光学用接着剤であるエポキシ接着剤の耐熱性を確認するため、大気雰囲気中でエポキシ接着剤を加熱したところ、３００℃において３０分程度で顕著な着色が確認された。比較のため、ガラス板に挟んだエポキシ接着剤を同じ温度で加熱したところ、着色は顕著に緩和されたが、気泡の発生が確認された。
【００３７】
これより、光学用接着剤であるエポキシ接着剤の耐熱温度は明らかに３００℃より下であることが確認され、また、ガラス板間の樹脂に気泡が発生しない上限温度は２５０℃、すなわち、吸収型ガラス偏光子における吸収層の光学用接着剤側温度の上限は２５０℃であった。
【００３８】
（2-6）戻り光に対して最も脆弱な部分
上記熱解析の結果と実験結果から、戻り光に対して最も脆弱な部分は、順方向入射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１のファラデー回転子３に隣接する接着面ということになる。
【００３９】
すなわち、順方向出射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）２においては戻り光の偏光状態によって第二偏光子２の吸収層（外側吸収層）２１は吸収型ガラス偏光子の耐熱温度に近い４６０℃になる場合があるが、吸収層（外側吸収層）２１は空気側に位置するため空冷等により冷却することができ、かつ、第二偏光子２の吸収層（内側吸収層）２２は戻り光の偏光状態に拘らず高温になることがない。しかし、順方向入射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）１の吸収層（内側吸収層）１２は戻り光の偏光状態によって２６０℃程度になる場合があり、かつ、空冷等による冷却も困難であることから戻り光に対し最も脆弱な部分となる。ここに接しているエポキシ接着剤の耐熱温度を超えることになるため、最も脆弱な部分となる。
【００４０】
（2-7）脆弱な部分の発熱を抑制する方法
そして、脆弱な部分の発熱を抑制するためには、上記第一偏光子１における光学用接着剤４１側の吸収層（内側吸収層）１２を除去する方法が最も効果的である。
【００４１】
そこで、図７（Ａ）に示す従来の吸収型ガラス偏光子に関し、図７（Ｂ）に示すように片側の吸収層（還元層）を除去した偏光子を試作し、図８に示すような光アイソレータ素子を組み立てた。
【００４２】
すなわち、図８に示すように、ファラデー回転子３とこの両側に配置される第一偏光子１並びに第二偏光子２を備え、第一偏光子１と第二偏光子２が偏光子本体１０、２０両面に吸収層１１、１２、２１、２２を有する吸収型ガラス偏光子により構成されると共に、光学用接着剤４１、４２を介しファラデー回転子３と第一偏光子１並びにファラデー回転子３と第二偏光子２が貼り合わされた光アイソレータ素子であって、
順方向入射側に配置される第一偏光子１における光学用接着剤４１側の吸収層（内側吸収層）１２が除去されて、図８に示すように第一偏光子１の偏光子本体１０とファラデー回転子３が光学用接着剤４１を介し貼り合わされて成るものである。
【００４３】
この光アイソレータ素子が組み込まれた吸収型光アイソレータの温度分布を計算すると、図９に示すように偏光子本体１０とファラデー回転子３間に介在する光学用接着剤４１の温度は、最高で１０５℃（図９の中心軸上位置０．２０ｍｍ部位の温度）であり従来型の光アイソレータ［図４（Ｂ）の中心軸上位置０．２０ｍｍ部位の温度２６０℃参照］より１５５℃低下していることが確認される。
【００４４】
そして、従来の光アイソレータと、図８に示された光アイソレータ（但し、構成部品である永久磁石とホルダーは図示せず）に高出力戻り光を入射させ、パワー耐力を比較したところ、図８に示された光アイソレータに顕著な優位性が確認された。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【００４６】
［実施例１］
（１）吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）
吸収型ガラス偏光子はＨＯＹＡ社製商品名「ＣＵＰＯ」を用いた。
【００４７】
偏光子側面を観察すると、表面から４０μｍの領域に着色が見られ、これが還元層（吸収層）であることは容易に判別できる。
【００４８】
そこで、面積１１×１１ｍｍ2で、第一偏光子用０度入射（偏光透過軸が偏光子の辺と平行なもの）の大面積吸収型ガラス偏光子の片面を５０μｍ研磨し、還元層（吸収層）を取り除いた。研磨前における大面積吸収型ガラス偏光子の厚さは２００μｍであり、研磨後は１５０μｍとした。尚、ビーム径（光線の太さ）は、２００μｍとした。偏光子厚さとビーム径に関しては、ビーム径を偏光子厚さの±３０％以内が好適である。
【００４９】
片側の還元層（吸収層）が取り除かれた研磨済みの大面積吸収型ガラス偏光子についてその偏光消光比を測定したところ、５０ｄＢ以上の値を保持していることが確認できた。吸収型ガラス偏光子を用いて光アイソレータを組み立てた場合、要求されるアイソレーションは最大３５ｄＢ程度であるので、上記偏光子の消光比は特性上十分である。
【００５０】
（２）吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）
また、面積１１×１１ｍｍ2で、第二偏光子用４５度入射（偏光透過軸が偏光子の辺に対し４５度傾斜するもの）の大面積吸収型ガラス偏光子（還元層の研磨処理は施されていない）における片面に対空気ＡＲコートを施した。
【００５１】
（３）ファラデー回転子
ファラデー回転子はグラノプト社製商品名「ＧＴＤ」を用いた。すなわち、波長１４８０ｎｍ、２５℃において４５度のファラデー回転角が得られる厚さ４００μｍの大面積ファラデー回転子を用い、その両面には、対接着剤ＡＲコートを施した。
【００５２】
（４）実施例１に係る光アイソレータ素子と吸収型光アイソレータ
上記第一偏光子用０度入射大面積吸収型ガラス偏光子の未研磨面（すなわち還元層）には、対空気ＡＲコートを施した。
【００５３】
そして、上記大面積ファラデー回転子を中央にして、第一偏光子用０度入射大面積吸収型ガラス偏光子の研磨面（すなわち還元層が除去された研磨面）と大面積ファラデー回転子、および、第二偏光子用４５度入射大面積吸収型ガラス偏光子の未コート面（対空気ＡＲコートが施されていない面）と上記大面積ファラデー回転子をエポキシ接着剤（光学用接着剤）で接着した。接着層の厚さは５μｍ程度で、総厚は７５０μｍとなった。
【００５４】
積層された（すなわち、第一偏光子用０度入射大面積吸収型ガラス偏光子の研磨面／エポキシ接着剤／大面積ファラデー回転子／エポキシ接着剤／第二偏光子用４５度入射大面積吸収型ガラス偏光子の未コート面の積層構造を有する）大面積光アイソレータ素子をダイシングソーで面積１×１ｍｍ2の寸法にカットし、かつ、得られたチップ状光アイソレータ素子の第一偏光子用０度入射吸収型ガラス偏光子面をホルダー５０（図１０参照）に接着して、図１０に示す実施例１に係る吸収型光アイソレータを製造した。
【００５５】
ここで、ホルダー５０はＳＵＳ３０４で構成し、磁石６０はＳｍＣｏを用いた。また、吸収型光アイソレータの形状は、ホルダー部外径φ３ｍｍ、全長２．７ｍｍとした。
【００５６】
（５）従来型の吸収型光アイソレータ
実施例１に係る光アイソレータとの比較のため、還元層の研磨処理がなされていない第一偏光子用０度入射吸収型ガラス偏光子を用い、実施例１と同様の試料を作成した。
【００５７】
作成した従来型の吸収型光アイソレータを図１１に示す。還元層の研磨処理がなされていない第一偏光子用０度入射吸収型ガラス偏光子を用いた以外は、実施例１に係る吸収型光アイソレータと同一とした。
【００５８】
（６）挿入損失とアイソレーションの測定
実施例１に係る吸収型光アイソレータと従来型の吸収型光アイソレータについてその挿入損失を測定したところ、どちらも０．２ｄＢ±０．０５ｄＢであった。
【００５９】
また、アイソレーションを測定すると、どちらも３５ｄＢ以上と良好であった。測定温度は室温２５℃、測定波長は１４８０ｎｍとした。
【００６０】
尚、測定光源は、波長が１４８０ｎｍ、偏波保持光ファイバ付のモジュールを使用した。従って、光ファイバ端から出射する偏光は直線偏光である。
【００６１】
図１２に示すように光ファイバ端から出射した光線を対物レンズで集光し、レンズから１５ｃｍの位置にビームウェストを作る様に調整した。集光ビームは直線偏光となっているが、更に消光比を高めるため、レンズと光アイソレータの間に偏光子を置いた。
【００６２】
上記挿入損失の測定は、図１２に示す光アイソレータの光進行方向を右向きとし、順方向入射側偏光子の透過軸と測定光線の偏光方向を一致させて行った。
【００６３】
また、アイソレーションの測定は、図１２に示す光アイソレータの光進行方向を逆転させて左向きとし、光アイソレータの出射側偏光子の透過軸を測定光の偏光方向と一致させて行った。ここで、測定パワーは５ｍＷとした。
【００６４】
従って、挿入損失の測定時は、５ｍＷの損失０．２ｄＢ（４．５％）が熱源になっている。つまり、０．２２ｍＷが熱源となっている。
【００６５】
一方、アイソレーションの測定は、５ｍＷの損失３５ｄＢ（１００％）、すなわち、ほぼ５ｍＷが熱源となっている。
【００６６】
５ｍＷ吸収時における温度上昇を実測することは困難であるが、ファラデー回転子は、温度が上昇すると回転角が低下する性質を持っている。そして、ファラデー回転角の温度係数は「−０．０４５度／℃」であり、１０℃温度が上昇すれば「−０．４５度」ファラデー回転角が低下することが分かっている。
【００６７】
このことから、ファラデー回転子の温度が２０℃以上上昇すると、アイソレーションが３５ｄＢ以下になる。従って、安定に３５ｄＢのアイソレーションが確認できることは、チップの温度上昇が２０℃以内に収まっていることを裏付けるものである。
【００６８】
（７）入射光パワーの依存性
次に、実施例１に係る吸収型光アイソレータと従来型の吸収型光アイソレータについて、挿入損失の入射光パワーの依存性を測定した。
【００６９】
パワー５ｍＷで測定した挿入損失は０．２ｄＢであったが、この挿入損失は、５００ｍＷ入射までほとんど変動しなかった。つまり、２２ｍＷの吸収では挿入損失が変化するほどの温度変動は生じないことが分かった。
【００７０】
光アイソレータを正しい使用方法で使えば、挿入損失は０．２ｄＢ程度であり、光パワーに起因する発熱が大きな問題になることは無い。
【００７１】
しかし、逆方向の光（すなわち戻り光）の光エネルギー（パワー）は全て吸収型光アイソレータで吸収することになる。
【００７２】
そして、従来型の吸収型光アイソレータおよび実施例１に係る吸収型光アイソレータにおいても、光アイソレータ全体で吸収する光エネルギー（パワー）は同じであるが、光アイソレータを構成する素子内部の温度分布を考慮すると大きな相違がある。
【００７３】
図１３は、従来型吸収型光アイソレータを構成する素子の各部位［順方向入射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）入射面、第一偏光子における樹脂（光学用接着剤）入射側、ファラデー回転子（ＦＲ）中心、順方向出射側に配置された吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）における樹脂（光学用接着剤）出射側、第二偏光子出射面］の温度と、戻り光パワーとの関係をシミュレートした結果を示すグラフ図である。
【００７４】
尚、戻り光の偏光状態が、順方向出射側に配置される第二偏光子の透過軸と一致、すなわち、戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が平行の場合（順方向入射側に配置される第一偏光子の接着側界面にとって最悪の場合）を条件としている。
【００７５】
この場合、上述したように第一偏光子における樹脂（光学用接着剤）入射側の温度が最も高く、戻り光のパワーが１４０ｍＷの条件で２６０℃（図１３の「三角印」参照）に達している。
【００７６】
ところが、実施例１に係る吸収型光アイソレータでは、戻り光のパワーが１４０ｍＷの条件において、第一偏光子における樹脂（光学用接着剤）入射側の温度は１００℃（図１４の「三角印」参照）に留まり、従来型の吸収型光アイソレータに対して１６０℃の改善が見られる（図１４参照）。
【００７７】
計算結果を確認するために、試作した光アイソレータを逆方向に配置し、１５０ｍＷの光線を３０分間照射した後、観察したところ、従来型の吸収型光アイソレータでは、順方向入射側に配置された第一偏光子とファラデー回転子との界面における光学用接着剤の光線照射箇所に気泡が発生しているのが見られた。
【００７８】
他方、実施例１に係る吸収型光アイソレータにおいては、順方向入射側に配置された第一偏光子とファラデー回転子との界面における光学用接着剤層が均一な状態を保っていることが確認できた。
【００７９】
但し、偏光方向は、順方向出射側に配置された第二偏光子の透過軸に合わせ、順方向入射側に配置された第一偏光子が、ほぼ１００％の光パワーを吸収するように設定した。
【００８０】
つまり、光学用接着剤にとって最も厳しい条件下で行った実験結果であり、このことから、ラミネート型光アイソレータの適用可能な戻り光パワーを実施例１の吸収型光アイソレータは大きく改善するものであることが確認された。
【００８１】
上記計算結果と実験結果から、実施例１に係る吸収型光アイソレータは、ハイパワーの戻り光に対し最も耐熱性の低い光学用接着剤の温度上昇を抑制できることに加え、副次的にではあるが、順方向入射側に配置される吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）の発熱部（すなわち、還元層である吸収層）を最表面にすることで、排熱性能を向上させる効果も認められる。
【００８２】
図１３のグラフ図（戻り光の偏光状態が第二偏光子の透過軸に合わせた条件での「従来型吸収型光アイソレータ」における発熱の戻り光依存性を示し、ほぼ１００％の光パワーを第一偏光子が吸収する場合）と、図１４のグラフ図（戻り光の偏光状態が第二偏光子の透過軸に合わせた条件での「実施例１に係る吸収型光アイソレータ」における発熱の戻り光依存性を示し、ほぼ１００％の光パワーを第一偏光子が吸収する場合）を比較すると、一見、図１４のグラフ図では順方向入射側に配置される第一偏光子における空気側の温度上昇が顕著で、実施例１に係る吸収型光アイソレータでは、偏光子を損傷する危険性が高まっているように思われる。
【００８３】
しかし、戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が９０度で交わることを条件とした戻り光の偏光状態では、ほぼ１００％の光パワーを第二偏光子が吸収することになるため、順方向出射側に配置される吸収型ガラス偏光子（すなわち上記第二偏光子）の表面温度が更に高くなると考えられる。戻り光のパワーのほとんど１００％が第二偏光子の最表面で吸収されるのに加えて、図１０と図１１に示すように熱伝導で排熱される面が、入射側になっていることがその理由である。
【００８４】
（８）吸収型ガラス偏光子の耐熱温度
そこで、吸収型ガラス偏光子の耐熱温度を測定した。
【００８５】
保持温度を変えて、偏光子の挿入損失と偏光消光比の変化を見た。初期状態では偏光子の偏光消光比は５０ｄＢ以上であるが、５００℃で３０分放置した後に測定したところ、５ｄＢまで劣化した。保持温度を変えて、同じような測定を一定時間おきに行い、保持温度における偏光子寿命を測定した結果、４７０℃以下では、長期に亘り４０ｄＢ以上の十分な偏光消光比を保持するものであることが分かった。
【００８６】
戻り光の偏光状態を不定とすると、第二偏光子にとって最悪の偏光状態は、上述したように出射側偏光子の透過軸と直交した偏光（戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が９０度で交わる偏光状態）である。
【００８７】
戻り光の偏光状態が、戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が９０度で交わる条件での「実施例１に係る吸収型光アイソレータ」における発熱の戻り光パワー依存性を計算した結果を図１５に示す。
【００８８】
吸収型ガラス偏光子の耐熱温度を４７０℃とすると、図１５のグラフ図（第二偏光子出射面の温度が４７０℃以下である場合の逆方向パワー値１４０ｍＷ参照）から、戻り光の上限が１４０ｍＷに制約されることになる。
【００８９】
従来型の吸収型光アイソレータでは、戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が９０度で交わる場合、戻り光は第二偏光子の吸収層（外側吸収層）に吸収されるため光学用接着剤の温度は高温にならないが、戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が平行の場合、上述したように光学用接着剤の温度は２６０℃［図４（Ｂ）のグラフ図および図１３の「三角印」参照］に到達することがあり、気泡を生ずる等のリスクが大きくなる。
【００９０】
他方、実施例１に係る吸収型光アイソレータでは、戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が９０度で交わる場合は、図１５のグラフ図に示されるように光学用接着剤の温度（図１５グラフ図の逆方向パワー値１４０ｍＷに対応した三角印で示す樹脂入射側温度の値８０℃と丸印で示す樹脂出射温度の値１７０℃参照）は樹脂入射側で８０℃、樹脂出射側で１７０℃に留まり問題とはならない。また、戻り光の偏光軸と第二偏光子の透過軸が平行の場合も、図１４のグラフ図に示されるように光学用接着剤の温度（図１４グラフ図の逆方向パワー値１４０ｍＷに対応した三角印で示す樹脂入射側温度の値１００℃と丸印で示す樹脂出射温度の値７０℃参照）は樹脂入射側で１００℃、樹脂出射側で７０℃に留まり問題とはならない。
【００９１】
更に、順方向出射側に配置された第二偏光子の温度は、４６０℃で問題とはならない。
【００９２】
つまり、戻り光の偏光状態が不定である場、従来型の吸収型光アイソレータでは、接着層の温度の上限が戻り光パワーの上限を決定するものであるが、実施例１に係る吸収型光アイソレータでは、順方向出射側に配置される偏光子（第二偏光子）の最表面温度が戻り光パワーの上限を決定するものであることが分かる。
【００９３】
［実施例２］
実施例１の考察から、順方向出射側に配置される偏光子（第二偏光子）の最表面温度が戻り光パワーの上限を決定しているため、図１６に示すように第二偏光子２に金属材７０を取り付け、順方向入射側に配置される第一偏光子１と同等の排熱（放熱機能）が行われるような構造を有する実施例２に係る吸収型光アイソレータを製造した。
【００９４】
実施例２に係る吸収型光アイソレータによれば、第二偏光子２の放熱機能により第二偏光子の温度を更に５０℃、つまり４１０℃まで温度を低下させることができた（図１７のグラフ図における逆方向パワー値１４０ｍＷに対応した直線で示す第二偏光子出射面の温度４１０℃参照）。
【００９５】
従って、戻り光パワーの上限を更に拡大できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明に係る光アイソレータ素子と光アイソレータによれば、吸収型ガラス偏光子から成る第一偏光子と第二偏光子が光学接着剤を介しファラデー回転子に接着されたラミネート（積層）構造を有するにも拘らず吸収型ガラス偏光子の発熱に伴う接着剤の劣化を防止することが可能となる。このため、高速長距離伝送用レーザー光源やエルビウムドープファイバーアンプ（ＥＤＦＡ）の励起光源に、低価格化が図られた光アイソレータ素子と光アイソレータとして組み込まれて使用される産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００９７】
１  吸収型ガラス偏光子（第一偏光子）
２  吸収型ガラス偏光子（第二偏光子）
３  ファラデー回転子
１０  偏光子本体
１１  吸収層（還元層）
１２  吸収層（還元層）
２０  偏光子本体
２１  吸収層（還元層）
２２  吸収層（還元層）
４１  光学用接着剤
４２  光学用接着剤
５０  ホルダー
６０  磁石
７０  金属材
【図１】
2015125374.tif 000003
【図２】
2015125374.tif 000004
【図３】
2015125374.tif 000005
【図４】
2015125374.tif 000006
【図５】
2015125374.tif 000007
【図６】
2015125374.tif 000008
【図７】
2015125374.tif 000009
【図８】
2015125374.tif 000010
【図９】
2015125374.tif 000011
【図１０】
2015125374.tif 000012
【図１１】
2015125374.tif 000013
【図１２】
2015125374.tif 000014
【図１３】
2015125374.tif 000015
【図１４】
2015125374.tif 000016
【図１５】
2015125374.tif 000017
【図１６】
2015125374.tif 000018
【図１７】
2015125374.tif 000019