(57)【要約】【課題】光吸収が殆ど無いTbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶の厚みを、光吸収を抑えながらファラデー回転子に使用可能な程度まで薄くすることにより、近赤外波長域よりも比較的短波長域の光源に使用可能なファラデー回転子及び光アイソレータを実現する。【解決手段】常磁性ガーネット単結晶と、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含んで短波長光用ファラデー回転子を構成する。常磁性ガーネット単結晶はTbをホスト希土類元素とし、1030nm以上かつ1090nm以下の波長域の光に対して99%超の光透過率を有するものとする。常磁性ガーネット単結晶とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデー回転方向は同一方向に設定し、その回転角の合計を45度とする磁界を印加する。又、ファラデー回転子に入射する光の波長λは1030nm以上かつ1090nm以下に設定する。【選択図】  図１
2008158314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
短波長光用ファラデー回転子は、常磁性ガーネット単結晶と、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
前記常磁性ガーネット単結晶はTbをホスト希土類元素とすると共に、1030nm以上かつ1090nm以下の波長域の光に対して99%超の光透過率を有し、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は、入射される光の偏光面を回転させると共に、前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のそれぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見たときに同一方向に設定され、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデ
ー回転角の合計を45度と設定する磁界が、前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に入射される前記光の波長をλ(nm)とした時に、λは1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記常磁性ガーネット単結晶の少なくとも片面に、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が設けられることを特徴とする短波長光用ファラデー回転子。
【請求項２】
前記磁界が2000Oe以上かつ3000Oe以下に設定され、永久磁石によって前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加されることを特徴とする請求項１に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項３】
前記常磁性ガーネット単結晶は、化学式がTb3Ga5O12、Tb3Al5O12、又は、Tb3Sc2Ga3O12で示される組成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項４】
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の格子定数が、12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項５】
２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が設けられると共に、
２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶と前記常磁性ガーネット単結晶のそれぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見たときに同一方向に設定され、
更に、前記常磁性ガーネット単結晶と２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデー回転角の合計を45度と設定する磁界が、前記常磁性ガーネット単結晶と２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項６】
前記常磁性ガーネット単結晶の片面に、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が設けられて構成される前記短波長光用ファラデー回転子を２個、前記光の伝搬方向に配列し、
２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶と２個の前記常磁性ガーネット単結晶のそれぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見たときに同一方向に設定され、
更に、２個の前記常磁性ガーネット単結晶と２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデー回転角の合計を45度と設定する磁界が、２個の前記常磁性ガーネット単結晶と２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項７】
前記光の入射側に配列される前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が、もう１個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶よりも前記ファラデー回転角が小さく設定されることを特徴とする請求項５又は６に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項８】
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚みの合計が、１cm未満であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項９】
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の両面のうち、前記常磁性ガーネット単結晶が設けられる片面と反対側の片面に、Gd又はYをホスト希土類元素とする常磁性のガーネット基板が設けられると共に、
前記ガーネット基板が５W/m・K以上の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項１０】
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の両面のうち、前記常磁性ガーネット単結晶が設けられる片面と反対側の片面に、光透過板が設けられると共に、
前記光透過板は、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱伝導率の４倍以上の熱伝導率を有する材料で形成されることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項１１】
前記光透過板が単結晶で構成され、その単結晶の光学的等方軸が前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の光学面に対して垂直となるように、前記光透過板が前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の片面に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項１２】
前記ガーネット基板の厚みが１mm以上に設定されることを特徴とする請求項９に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項１３】
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に熱硬化性樹脂を塗布し、ペルチェ素子又はヒートシンクに前記短波長光用ファラデー回転子が接着されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項１４】
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金属層を成膜し、ペルチェ素子又はヒートシンクにハンダによって前記短波長光用ファラデー回転子が接合されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項１５】
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することによりペルチェ素子又はヒートシンクに前記短波長光用ファラデー回転子が圧着されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項１６】
請求項１乃至１２の何れかに記載の前記短波長光用ファラデー回転子の、前記光の入射側及び出射側に偏光子を配置してなる光アイソレータ。
【請求項１７】
請求項１３乃至１５の何れかに記載の前記短波長光用ファラデー回転子の、前記光の入射側及び出射側に偏光子を配置してなる光アイソレータ。
【請求項１８】
前記短波長光用ファラデー回転子及び前記偏光子の非光透過面である各側面が、熱伝導率15W/m・K以上の材料から形成されるホルダーによって保持されると共に、
前記ホルダーを介してペルチェ素子又はヒートシンクに前記ビスマス置換型希土類鉄ガーネットが接続されることを特徴とする請求項１６に記載の光アイソレータ。
【請求項１９】
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に熱硬化性樹脂を塗布し、前記ホルダーに前記短波長光用ファラデー回転子が接着されることを特徴とする請求項１８に記載の光アイソレータ。
【請求項２０】
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金属層を成膜し、前記ホルダーにハンダによって前記短波長光用ファラデー回転子が接合されることを特徴とする請求項１８に記載の光アイソレータ。
【請求項２１】
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することにより前記ホルダーに前記短波長光用ファラデー回転子が圧着されることを特徴とする請求項１８に記載の光アイソレータ。
【請求項２２】
前記ホルダーに熱硬化性樹脂を塗布し、前記ペルチェ素子又はヒートシンクに前記ホルダーが接着されることを特徴とする請求項１８乃至２１の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２３】
前記ホルダーに金属層を成膜し、前記ペルチェ素子又はヒートシンクにハンダによって前記ホルダーが接合されることを特徴とする請求項１８乃至２１の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２４】
前記ホルダーに金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することにより前記ペルチェ素子又はヒートシンクに前記ホルダーが圧着されることを特徴とする請求項１８乃至２１の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２５】
前記光の伝搬方向に対して垂直な方向における前記ホルダーの断面形状が、角形、凹形、平板形の何れかであることを特徴とする請求項１８乃至２４の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２６】
熱伝導性を有する材料から構成される充填材を、前記短波長光用ファラデー回転子及び前記ホルダーと接触するように充填したことを特徴とする請求項１８乃至２５の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２７】
前記短波長光用ファラデー回転子又は前記光アイソレータが、-10度以上かつ80度以下の温度条件で使用されることを特徴とする請求項１乃至２６の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子又は光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短波長の光が入射した時に、光吸収による温度上昇を抑えることが可能であると共に薄型化が図られたファラデー回転子と、そのファラデー回転子を備えた光アイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
光アイソレータは、一方向への光の通過を許容し、逆方向からの光の通過を阻止する非可逆性の光デバイスであり、例えば半導体レーザを光源とする光通信システムにおいて光信号が反射によって光源側に戻ることを防止するために用いられる。一般的にこのような光アイソレータは、ファラデー回転子と２個の偏光子及び永久磁石で構成される。光通信で一般的に用いられる近赤外波長域（1310nm〜1550nm）用の光アイソレータに使用されるファラデー回転子には、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶（以下、必要に応じて「ガーネット単結晶」）と云う）が用いられる。
【０００３】
更に光通信の発展に伴い、上記近赤外波長域の光信号を増幅する技術として、光ファイバ増幅器が注目されている。例えば1310nm帯の光信号に対しては1017nｍ帯励起による光ファイバ増幅器が用いられ、1550nm帯の光信号に対しては980nm帯励起による光ファイバ増幅器が用いられる。このために980nm帯及び1017nm帯用といった1000nm付近の光アイソレータが必要となる。
【０００４】
或いは、光センサ又は精密加工用の光源として、1030nm〜1090nmの間の波長のレーザが用いられており、この光源への戻り光を防止するために、前記光源側にも光アイソレータの搭載が検討されている。
【０００５】
前述のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は、単位長さあたりのヴェルデ定数が著しく大きいため、ファラデー回転子にビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を適用することにより、光アイソレータを大幅に小型化することが可能である。しかし、約12.50Å近辺の格子定数を有するビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶では、900nm付近にピークをもつFe3価の光吸収が1000nm以上まで広がりを有するため、1000nm付近の波長域では光吸収が大きくなる。従って、近赤外波長域よりも比較的短波長域の光源に対して使用される光アイソレータにビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を用いると、そのガーネット単結晶が光を吸収し易くなる。更に、吸収された光は熱に変換されてガーネット単結晶の光透過部分に大きな温度上昇を引き起こす。この温度上昇によってガーネット単結晶のファラデー回転角が変化して、光アイソレータの消光比劣化や熱的損傷による信頼性の低下と云った問題が発生する。
【０００６】
このような問題を解決するために、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の少なくとも片面に、常磁性のガーネット基板を設けたファラデー回転子並びにそのようなファラデー回転子を用いた光アイソレータが考案されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−６６１６０（第３−５頁、第１図）
【特許文献２】特許３４７２３３９（第４頁、第１図）
【特許文献３】特開２００６−３０４４２（第２−６頁、第２図）
【０００８】
前述したガーネット基板付きガーネット単結晶を使用した光アイソレータの一例を図２０に示す。図２０の光アイソレータ100は、ファラデー回転子として、LPE法により製造されたビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜101（以下、「ガーネット単結晶膜101」と云う）を用いると共に、このガーネット単結晶膜101の片面に常磁性のガーネット基板102を残したものを、偏光子103ともう一方の偏光子104（検光子）の間に配置して構成されている。
【０００９】
更に、ガーネット単結晶膜101のもう一方の面には、偏光子103を密着させている。ガーネット基板102としては、透過させる光の波長域でできるだけ透明であることが望ましく、特許文献１では、SGGG基板と称して市販されているGdをホスト希土類元素とする格子定数が1.2490nm〜1.2515nmの常磁性ガーネット[(GdCa)3(GaMgZr)5O12 ]を選択している（特許文献１の段落(0014)を参照）。このような格子定数1.2490nm〜1.2515nmのガーネット基板102で育成されるガーネット単結晶101の格子定数は、育成基板であるガーネット基板102の格子定数に依存するため、約12.49〜12.51Åの範囲で表される12.50Å近辺となる。
【００１０】
又、特許文献２ではガーネット基板に、Gdをホスト希土類元素とするGd3Sc2Ga3O12を使用することが教示されており（特許文献２の段落(0020)を参照）、特許文献３ではガドリニウム・ガリウム・ガーネット(GGG)の使用が教示されている（特許文献３の（請求項１）を参照）。
【００１１】
上記特許文献１〜３は何れもガーネット単結晶で発生した熱を、ガーネット基板に伝導させてガーネット単結晶外部へと放熱することを基本的な技術思想としている。従って、ファラデー効果を有する磁気光学素子（上記特許文献１〜３では、ガーネット単結晶）で発生する熱量そのものを減少するということは考慮されていなかった。特許文献１〜３で教示されている、Gdをホスト希土類元素とする常磁性のガーネット基板は、ファラデー効果がほぼ皆無であるため、このガーネット基板をファラデー回転子として機能させることは事実上不可能であった。
【００１２】
そこで、ファラデー効果を有しつつも、光透過率が極めて高く光吸収が殆ど無いファラデー回転子として、Tbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶が種々考案されている（例えば、特許文献４、５参照）。
【００１３】
【特許文献４】特開２００１−５１２３６（第２−４頁、第１図）
【特許文献５】ＷＯ２００４／２９３３９
【００１４】
特許文献４には、Tbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶として、Tb3Ga5O12（以下、「TGG」と云う）単結晶で形成されたファラデー回転子を備えて構成された光アイソレータが教示されている。TGG単結晶は光透過率が99％超であるため順方向挿入損失と光吸収が極めて低い。従ってTGG単結晶をファラデー回転子として使用した場合、ファラデー回転子内部で発生する熱量そのものを減少させることが可能となる。
【００１５】
又、特許文献５の「背景技術」では、テルビウム・アルミニウム系常磁性ガーネット単結晶（Tb3Al5O12：以下、「TAG」）が教示されている。TAG単結晶は、ヴェルデ定数が他の常磁性ガーネット単結晶に比べて大きく、光の波長が500nm〜1400nmと広い範囲おいて十分に高い光透過率（99%超）が得られるため、光アイソレータにも好ましい単結晶材料である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、Tbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶は、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に比べるとヴェルデ定数が非常に小さいため、厚みが非常に厚くなるという課題があった。特に、光アイソレータに前記常磁性ガーネット単結晶を使用すると、45度のファラデー回転角が必要となるため、ファラデー回転子の厚みが10mm（１cm）以上必要となり、光アイソレータが大型化してしまう。TAG単結晶は、常磁性ガーネット単結晶の中では最も大きいヴェルデ定数を有するが、大きいといっても波長633nmの光を透過した時のヴェルデ定数は、0.01deg/(Oe・cm)程度である。このような観点からファラデー回転子として実用的な大きさの常磁性ガーネット単結晶は未だ得られていないと結論付けられる。
【００１７】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、光吸収が殆ど無いTbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶の厚みを、光吸収を抑えながらファラデー回転子に使用可能な程度まで薄くすることにより、近赤外波長域よりも比較的短波長域の光源に使用可能なファラデー回転子及び光アイソレータを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の請求項１に記載の短波長光用ファラデー回転子は、常磁性ガーネット単結晶と、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
前記常磁性ガーネット単結晶はTbをホスト希土類元素とすると共に、1030nm以上かつ1090nm以下の波長域の光に対して99%超の光透過率を有し、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は、入射される光の偏光面を回転させると共に、前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のそれぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見たときに同一方向に設定され、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデ
ー回転角の合計を45度と設定する磁界が、前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加され、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に入射される前記光の波長をλ(nm)とした時に、λは1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記常磁性ガーネット単結晶の少なくとも片面に、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が設けられることを特徴とする短波長光用ファラデー回転子である。
【００１９】
更に請求項２に記載の短波長光用ファラデー回転子は、前記磁界が2000Oe以上かつ3000Oe以下に設定され、永久磁石によって前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加されることを特徴とする請求項１に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２０】
更に請求項３に記載の短波長光用ファラデー回転子は、前記常磁性ガーネット単結晶が化学式Tb3Ga5O12、Tb3Al5O12、又は、Tb3Sc2Ga3O12で示される組成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２１】
更に請求項４に記載の短波長光用ファラデー回転子は、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の格子定数が、12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２２】
更に請求項５に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が設けられると共に、
２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶と前記常磁性ガーネット単結晶のそれぞれのファラデー回転方向は、前記光の伝搬方向から見たときに同一方向に設定され、
更に、前記常磁性ガーネット単結晶と２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデー回転角の合計を45度と設定する磁界が、前記常磁性ガーネット単結晶と２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２３】
又、請求項６に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記常磁性ガーネット単結晶の片面に、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が設けられて構成される前記短波長光用ファラデー回転子を２個、前記光の伝搬方向に配列し、
２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶と２個の前記常磁性ガーネット単結晶のそれぞれのファラデー回転方向が、前記光の伝搬方向から見たときに同一方向に設定され、
更に、２個の前記常磁性ガーネット単結晶と２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデー回転角の合計を45度と設定する磁界が、２個の前記常磁性ガーネット単結晶と２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２４】
更に請求項７に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記光の入射側に配列される前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が、もう１個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶よりも前記ファラデー回転角が小さく設定されることを特徴とする請求項５又は６に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２５】
更に請求項８に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記常磁性ガーネット単結晶と前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚みの合計が、１cm未満であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２６】
更に請求項９に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の両面のうち、前記常磁性ガーネット単結晶が設けられる片面と反対側の片面に、Gd又はYをホスト希土類元素とする常磁性のガーネット基板が設けられると共に、
前記ガーネット基板が５W/m・K以上の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２７】
又、請求項１０に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の両面のうち、前記常磁性ガーネット単結晶が設けられる片面と反対側の片面に、光透過板が設けられると共に、
前記光透過板は、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の熱伝導率の４倍以上の熱伝導率を有する材料で形成されることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２８】
更に請求項１１に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記光透過板が単結晶で構成され、その単結晶の光学的等方軸が前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の光学面に対して垂直となるように、前記光透過板が前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の片面に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２９】
更に請求項１２に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記ガーネット基板の厚みが１mm以上に設定されることを特徴とする請求項９に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００３０】
更に請求項１３に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に熱硬化性樹脂を塗布し、ペルチェ素子又はヒートシンクに前記短波長光用ファラデー回転子が接着されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００３１】
又、請求項１４に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金属層を成膜し、ペルチェ素子又はヒートシンクにハンダによって前記短波長光用ファラデー回転子が接合されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００３２】
又、請求項１５に記載の短波長光用ファラデー回転子は、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することによりペルチェ素子又はヒートシンクに前記短波長光用ファラデー回転子が圧着されることを特徴とする請求項１乃至１２の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００３３】
又、請求項１６に記載の発明は、
請求項１乃至１２の何れかに記載の前記短波長光用ファラデー回転子の、前記光の入射側及び出射側に偏光子を配置してなる光アイソレータである。
【００３４】
又、請求項１７に記載の発明は、
請求項１３乃至１５の何れかに記載の前記短波長光用ファラデー回転子の、前記光の入射側及び出射側に偏光子を配置してなる光アイソレータである。
【００３５】
更に、請求項１８に記載の光アイソレータは、
前記短波長光用ファラデー回転子及び前記偏光子の非光透過面である各側面が、熱伝導率15W/m・K以上の材料から形成されるホルダーによって保持されると共に、
前記ホルダーを介してペルチェ素子又はヒートシンクに前記ビスマス置換型希土類鉄ガーネットが接続されることを特徴とする請求項１６に記載の光アイソレータである。
【００３６】
更に、請求項１９に記載の光アイソレータは、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に熱硬化性樹脂を塗布し、前記ホルダーに前記短波長光用ファラデー回転子が接着されることを特徴とする請求項１８に記載の光アイソレータである。
【００３７】
又、請求項２０に記載の光アイソレータは、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金属層を成膜し、前記ホルダーにハンダによって前記短波長光用ファラデー回転子が接合されることを特徴とする請求項１８に記載の光アイソレータである。
【００３８】
又、請求項２１に記載の光アイソレータは、
非光透過面である前記短波長光用ファラデー回転子の側面に金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することにより前記ホルダーに前記短波長光用ファラデー回転子が圧着されることを特徴とする請求項１８に記載の光アイソレータである。
【００３９】
更に、請求項２２に記載の光アイソレータは、
前記ホルダーに熱硬化性樹脂を塗布し、前記ペルチェ素子又はヒートシンクに前記ホルダーが接着されることを特徴とする請求項１８乃至２１の何れかに記載の光アイソレータである。
【００４０】
又、請求項２３に記載の光アイソレータは、
前記ホルダーに金属層を成膜し、前記ペルチェ素子又はヒートシンクにハンダによって前記ホルダーが接合されることを特徴とする請求項１８乃至２１の何れかに記載の光アイソレータである。
【００４１】
又、請求項２４に記載の光アイソレータは、
前記ホルダーに金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することにより前記ペルチェ素子又はヒートシンクに前記ホルダーが圧着されることを特徴とする請求項１８乃至２１の何れかに記載の光アイソレータである。
【００４２】
更に、請求項２５に記載の光アイソレータは、
前記光の伝搬方向に対して垂直な方向における前記ホルダーの断面形状が、角形、凹形、平板形の何れかであることを特徴とする請求項１８乃至２４の何れかに記載の光アイソレータである。
【００４３】
更に、請求項２６に記載の光アイソレータは、
熱伝導性を有する材料から構成される充填材を、前記短波長光用ファラデー回転子及び前記ホルダーと接触するように充填したことを特徴とする請求項１８乃至２５の何れかに記載の光アイソレータである。
【００４４】
更に、請求項２７に記載の発明は、
前記短波長光用ファラデー回転子又は前記光アイソレータが、-10度以上かつ80度以下の温度条件で使用されることを特徴とする請求項１乃至２６の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子又は光アイソレータである。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の請求項１又は３に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、Tbをホスト希土類元素とし、光透過率が99%超の常磁性ガーネット単結晶を用いることにより、1030nm以上かつ1090nm以下の光に対する光吸収をほぼ皆無に抑えることが出来ると共に、
ヴェルデ定数が大きいビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を常磁性ガーネット単結晶に備えることにより、ヴェルデ定数が小さい常磁性ガーネット単結晶のファラデー回転角の、45度に対する不足回転角分を、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデー回転角によって補うことが可能となる。従って、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が有するファラデー回転角分だけ、常磁性ガーネット単結晶を薄型化することも可能となる。よって、近赤外波長域よりも比較的短波長で高パワーな、1030nm以上かつ1090nm以下の波長を有する光源に対しても使用可能なファラデー回転子を実現することが可能となる。
【００４６】
更に、請求項２に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、2000Oe以上かつ3000Oe以下の磁界を常磁性ガーネット単結晶とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に印加することにより、常磁性ガーネット単結晶のファラデー回転角を更に大きくすることが可能となる。従って、常磁性ガーネット単結晶のファラデー回転角を増加させる分、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のファラデー回転角を減少させることが可能となるため、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚みをファラデー回転角の減少分だけ薄型化することが出来る。このようにして、光吸収が発生するビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の厚みを薄型化することにより、常磁性ガーネット単結晶を薄型化すると共にファラデー回転子全体の光吸収を更に抑えることが可能となる。又、磁界の上限値を3000Oeと設定することにより、永久磁石の大型化を防止することが可能となる。
【００４７】
更に、請求項４に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、ガーネット単結晶の格子定数を、12.56Å以上且つ12.58Å以下の範囲に設定することにより、光吸収に伴う光の透過損失がピークとなる波長帯域が、従来の約12.50Å近辺の格子定数を有するガーネット単結晶のピーク波長帯域に比べて、より短波長帯域へとシフトする。このシフトに伴い、波長1030以上かつ1090nm以下の帯域でのガーネット単結晶の光透過損失が低減されて、ガーネット単結晶での光吸収量も低減され、吸収光から変換される熱量が減少して、ガーネット単結晶の温度上昇が更に抑制される。
【００４８】
更に、請求項５乃至７に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、ガーネット単結晶を２個に分割して設けることにより、光吸収によって発生する熱量を分散させることが可能となる。更に、１個当たりのガーネット単結晶の厚さを薄く出来るので、１個当たりのガーネット単結晶での光吸収量が減少されて、それぞれのガーネット単結晶の温度上昇を更に抑えることも可能となる。
【００４９】
ガーネット単結晶を複数設ける場合、その個数は２個が最適である。その理由は、組み立て易さとコストを抑えるためであり、３個以上に設定すると光学素子数が過度に増加して、光学素子間の組み立てが困難になると共に、製造コストも上昇するためである。
【００５０】
更に、請求項６に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、製造工程の短縮と、放熱効率の向上が図れる。
【００５１】
更に、請求項７に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、光が最初に透過することで発熱量が比較的大きい入射側のガーネット単結晶を、出射側のガーネット単結晶より薄く設定している。このため、両方のガーネット単結晶で発生する熱量が等しくなり、入射側のガーネット単結晶での発熱量が低減される。これにより２個のガーネット単結晶の温度上昇値をほぼ等しくして、最適な熱分散を行うことが可能となるため、ガーネット単結晶全体としての温度上昇を最少とすることが出来る。
【００５２】
更に、請求項８に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、常磁性ガーネット単結晶を用いても前記ファラデー回転子の小型化が可能となる。
【００５３】
更に、請求項９に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、Gd又はYをホスト希土類元素とすると共に、５W/m・K以上と云う高熱伝導率を有するファラデー効果をほとんど有さない常磁性のガーネット基板を、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の片面に設けることが出来る。従って、高熱伝導率材料をガーネット単結晶に接続するという構造になるため、ガーネット単結晶の放熱効率を向上させることが可能となる。よってガーネット単結晶内部で光吸収により発生した熱が効率良く速やかにガーネット単結晶外部へと放熱されるため、ガーネット単結晶の温度上昇を更に抑えることが出来る。
【００５４】
又、請求項１０に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、高熱伝導率材料をガーネット単結晶に接続するという構造になるため、ガーネット単結晶の放熱効率を向上させることが可能となる。よってガーネット単結晶内部で光吸収により発生した熱が効率良く速やかにガーネット単結晶外部へと放熱されるため、ガーネット単結晶の温度上昇を更に抑えることが出来る。
【００５５】
更に、請求項１１に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、短波長光用ファラデー回転子に入射する光の入射角が小さい場合に、複屈折による影響を殆ど無視できるまでに小さく抑えることが可能となる。
【００５６】
更に、請求項１２に記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、ガーネット基板の厚みを１mm以上に設定しているので、熱の伝導体積が大型化され、ガーネット単結晶の放熱効率が向上する。
【００５７】
更に、請求項１３乃至１５又は請求項１９乃至２４に記載の短波長光用ファラデー回転子又は光アイソレータに依れば、ガーネット単結晶で発生した熱がガーネット単結晶外部へと伝導可能なように、熱硬化性樹脂、ハンダ、若しくは金の膜によって、ガーネット単結晶がホルダー又は冷却素子へと熱的に接続されているので、効率良く且つ速やかにガーネット単結晶を放熱することが可能となる。
【００５８】
又、請求項１６又は１７に記載の光アイソレータに依れば、請求項１乃至１５の何れかのファラデー回転子を備えることにより、光アイソレータの光学特性の劣化防止や信頼性を確保することが可能となる。更に、短波長帯域の光源を使用する光学デバイスや装置に適用可能な光アイソレータが実現化される。
【００５９】
更に、請求項１８に記載の光アイソレータに依れば、15W/m・K以上の熱伝導率を有する材料のホルダーを介してガーネット単結晶を冷却素子に接続したので、高熱伝導率材料でガーネット単結晶と冷却素子とを熱的に接続する構造とすることができ、ガーネット単結晶の放熱効率を向上することが可能となる。
【００６０】
更に、請求項２５に記載の光アイソレータに依れば、ホルダーの断面形状を、角形、凹形、又は平板形の何れかとすることにより、ホルダーの外形の一部に平面部を設けることで、冷却素子上への載置の容易化が図れる。又、平面部によってホルダーを冷却素子に面接触させるため、熱伝導面積の確保によるガーネット単結晶の速やかな放熱が可能となる。
【００６１】
更に、請求項２６に記載の光アイソレータに依れば、ガーネット単結晶で発生した熱がガーネット基板又は光透過板だけでなく充填材からも伝導されるので、ガーネット単結晶の放熱効率を更に向上させることが可能となる。
【００６２】
又、本発明の請求項２７に記載の短波長光用ファラデー回転子又は光アイソレータに依れば、短波長光用ファラデー回転子又は光アイソレータの使用温度条件を、-10度以上かつ80度以下の範囲に設定するので、常磁性ガーネット単結晶及びビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶のヴェルデ定数の安定化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る短波長光用ファラデー回転子１（以下、「ファラデー回転子１」と云う）と、そのファラデー回転子１を使用した光アイソレータ８の第１の実施の形態について、図１〜図６を用いて詳細に説明する。
【００６４】
図１に示すように、本実施形態に係るファラデー回転子１は、常磁性体のガーネット単
結晶20（以下、「常磁性ガーネット単結晶20」と云う）と、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶２（以下、必要に応じて「ガーネット単結晶２」と云う）と、ガーネット基板３とで構成される。常磁性ガーネット単結晶20、ガーネット単結晶２、及びガーネット基板３はいずれも平板状で四角形の外形に成形されている。ガーネット単結晶２は、常磁性ガーネット単結晶20の少なくとも片面と、常磁性のガーネット基板３の片面とに接する様に設けられる。常磁性ガーネット単結晶20の片面には、ガーネット単結晶２の一方の光学面os1が接しており、ガーネット単結晶２の両面のうち、その常磁性ガーネット単結晶20が設けられた片面と反対側の片面である、ガーネット単結晶２の光学面os2には、ガーネット基板３が設けられている。
【００６５】
又、そのファラデー回転子１を使用した光アイソレータ８は、図３に示すようにファラ
デー回転子１の、光の入射側及び出射側に、それぞれ１個ずつ計２個の偏光子４、５を配置することで構成されている。
【００６６】
ガーネット基板３は、12.56Å以上かつ12.58Å以下の範囲に設定された格子定数を有し、Gd又はYをホスト希土類元素とする組成で、５W/m・K以上の熱伝導率を有する常磁性基板である。Gd又はYをホスト希土類元素としているため、ガーネット基板３はファラデー効果を殆ど有さない常磁性体である。又、ガーネット単結晶２は、12.56Å以上かつ12.58Å以下の範囲に設定された格子定数を有する。
【００６７】
常磁性ガーネット単結晶20はTbをホスト希土類元素とする組成を有する常磁性体であり、外部から磁界を印加されることで、入射される光の偏光面を回転するファラデー効果を有する常磁性体である。更に、1030nm以上かつ1090nm以下の波長域の光に対して99%超の光透過率を有する材料で構成する。最適な材料としては、化学式がTb3Ga5O12、Tb3Al5O12、又は、Tb3Sc2Ga3O12で示される組成を有する、TGG単結晶や、TAG単結晶、又は、Tb3Sc2Ga3O12単結晶等が挙げられる。
【００６８】
この中でも、TAG単結晶は、常磁性体の単位長さ・単位磁界あたりのファラデー回転角の大きさを示すヴェルデ定数(deg/(Oe・cm))が他の常磁性ガーネット単結晶に比べて非常に大きい。よって、常磁性ガーネット単結晶20のサイズを小さくしても十分なファラデー回転角が得られるため、ファラデー回転子１及び光アイソレータ８の小型化を図ることが出来る。又、磁界を小さくすることが出来るため永久磁石６も小さくすることができ、光アイソレータ８の小型化だけではなく、他の電子部品への磁界の影響を最小限に防ぐことが可能となり、電子部品の機能の安定化をもたらす。
【００６９】
常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２は、共にファラデー効果を有する磁気光学素子であるため、入射される光の偏光面を回転させる。更に、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶３のそれぞれのファラデー回転方向は、図１(a)に示すように、光の伝搬方向（矢印Ｐ方向）から見たときに同一方向に設定される。
【００７０】
ガーネット単結晶２は、LPE法により前記ガーネット基板３の片面上に育成される。白金坩堝内で加熱溶融した融剤を加熱溶融して十分に撹拌し、均一に混合した溶融液を作製する。この溶融液の液面に、直径２〜３インチ、厚みt2が１mm以上に設定された面方位｛111｝の前記ガーネット基板３を浸し、ガーネット基板３を回転させながらLPE法によって前記{111}面上に、前記ガーネット単結晶２を大気雰囲気中でエピタキシャル成長させて育成する。
【００７１】
育成されたガーネット単結晶２の格子定数は、ガーネット基板３の格子定数と溶融液の組成に依存するため、前記のように12.56Å以上且つ12.58Å以下の範囲に設定される。この格子定数を有するガーネット単結晶２を所定の厚みまで研磨し、表面に波長1030nm以上1090nm以下の任意の帯域に対するARコートを蒸着する。育成するガーネット単結晶２の組成の一例としてはGdBi2Fe5O12が挙げられる。
【００７２】
常磁性ガーネット単結晶20は、公知のマイクロ引き下げ法（μ-PD法）や、チョクラルスキー法（Czochralski：Cz）等で製造すれば良い。具体的には、マイクロ引き下げ法では、Ptからなる坩堝の底部に開口部を設け、坩堝の開口部に坩堝の外側から種結晶を設置する。別途坩堝に入れられた多結晶体を加熱溶融させて種結晶と多結晶体とを接合させ、種結晶を外側から引き下げることにより常磁性ガーネット単結晶20を育成する。
【００７３】
また、チョクラルスキー法の場合は、出発原料（TAG単結晶の場合は、Tb4O7及びAl2O3）の仮焼混合粉末をIr製坩堝中に充填し、高周波誘導加熱により溶融する。この溶融液に種結晶を接触させ十分になじませた後、種結晶を一定速度で回転させながら引き上げることにより、常磁性ガーネット単結晶20を育成する。
【００７４】
或いは、フラックス法を用いても良い。フラックス法の場合、PbF2等の溶媒に、出発原料（TAG単結晶の場合は、Tb4O7及びAl2O3）を溶質として溶かし込んだ溶液を準備し、この溶液に種結晶を入れて徐冷することによりバルク型の常磁性ガーネット単結晶20を得る。
【００７５】
育成された常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２の接合方法としては、光学用エポキシ接着剤による接着が挙げられる。光学用エポキシ接着剤を使用すると接着時の温度を100度以下の低温に設定することが出来るので、接着時にファラデー回転子１内部で発生する応力歪みを抑制するという点において顕著な効果が現れる。
【００７６】
又は、光学用エポキシ接着剤に代えて常温真空接合（超高真空中で接合面をイオンビームなどで活性化させ、貼り合わせた後、加圧して接合する方法）、フッ酸接合（フッ酸溶液で密着接合する方法）、低融点ガラスによるガラス接合などで接合しても良い。
【００７７】
常磁性ガーネット単結晶の、ガーネット単結晶２との接合面には、フレネル反射を抑制するためARコートを施す。ARコートの膜構成は接合する基板の材料や接合方法によって異なるため、条件にあわせて最適なARコートを設計する必要がある。なお、フレネル反射による損失が無視でき、かつ反射光の影響を除けるのであれば、ARコートは成膜しなくても良い。
【００７８】
次に、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２及びガーネット基板３の一体物を、ダイサー等で等mm角に切断し、図１(b)に示すような常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２及びガーネット基板３から構成される、１〜２mm角のファラデー回転子１を得る。
【００７９】
このようにして得られたファラデー回転子１の、非光透過面である側面に熱硬化性樹脂の接着剤を塗布し、ペルチェ素子又はヒートシンク９（以下、まとめて冷却素子９と記す）にファラデー回転子１を接着する（図２参照）。
【００８０】
なお、熱硬化性樹脂に代えてハンダや金の膜を用いても良い。ハンダを用いる場合は、前記側面に真空蒸着によりCr、Pt、Auの三層から成る金属層を成膜し、冷却素子９にハンダ（例えばAu/Snハンダ）によってファラデー回転子１を接合する。又、金の膜を用いる場合は、前記側面に金（Au）を成膜して設け、前記金の膜を熱圧着することにより冷却素子９にファラデー回転子１を圧着させる。
【００８１】
図３(d)より、ファラデー回転子１と共に光アイソレータ８を構成する偏光子４、５は、二色性を有する異方性ガラスから形成されており、特定の偏光成分は透過させるが、それと直交する偏光成分は光吸収・遮断させるものである。偏光子４、５は熱硬化性樹脂やハンダによって冷却素子９に固定すれば良い。
【００８２】
更に、光アイソレータ用光学素子10（偏光子４、５とファラデー回転子１）の三辺の側面を覆うように、図４(d)及び図５(d)に示すようにコの字形をした永久磁石６を、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２の近傍に設置する。永久磁石６はSm-Co系又はNe-Fe-B系が最適である。永久磁石６の磁界の大きさは、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２に磁界を印加した際、各々のファラデー回転角の合計が45度と設定されるような大きさとする。
【００８３】
本発明に係るファラデー回転子及び光アイソレータでは、ファラデー回転角の所定値は45度である。従って磁界が大きければ大きいほど、常磁性ガーネット単結晶20のファラデー回転角を大きくすることが出来る。常磁性ガーネット単結晶20のファラデー回転角が増加する分、ガーネット単結晶２のファラデー回転角を減少させることが可能となるため、ガーネット単結晶２の厚みをそのファラデー回転角の減少分だけ薄型化することも出来る。更に、常磁性ガーネット単結晶20の厚みt5も薄くすることが可能となる。ガーネット単結晶２の厚みt1が減少する分、ガーネット単結晶２での光吸収量も減少されるため、ファラデー回転子１全体の光吸収を更に抑えることが可能となる。
【００８４】
以上のような効果が得られる磁界の大きさとしては、2000Oe以上に設定されることが望ましい。しかしながら、永久磁石６の大型化を防止するためには3000Oe以下の設定が好ましい。
【００８５】
永久磁石６を載置することにより、磁界を板厚方向に沿って常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２に印加し、厚みt1及びt5方向を透過する波長1030nm以上かつ109
0nm以下の任意の波長の直線偏光が45度回転するようにした。このようにして、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶３のファラデー回転角の合計が45度に設定される。それぞれのファラデー回転角は、例えば常磁性ガーネット単結晶20のファラデー回転角を20度、一方のガーネット単結晶２のファラデー回転角を25度に設定すれば良い。
【００８６】
又、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２のそれぞれの厚みt5及びt1の合計は、ファラデー回転子１の小型化の点を考慮すると、１cm未満に設定することが望ましい。しかしながら、常磁性ガーネット単結晶20のヴェルデ定数は非常に小さい。本発明の目的は「Tbをホスト希土類元素とする常磁性ガーネット単結晶の厚みを、光吸収を抑えながらファラデー回転子に使用可能な程度まで薄くすること」である。従って、光吸収により熱を発生するガーネット単結晶２の厚みt1を、ファラデー回転角を稼ぐために厚くすることは出来るだけ避けたい。従って、厚みt5と厚みt1の合計を１cm未満に設定すると共に、常磁性ガーネット単結晶20でなるべくファラデー回転角を稼ぐために、前記厚みt5は５mm以上に設定することが望ましい。
【００８７】
ファラデー回転子１と冷却素子９との接続は、図２のようにファラデー回転子１を冷却素子９に直接接続するだけでなく、ファラデー回転子１をホルダーに保持して、そのホルダーを介して冷却素子９に接続しても良い。図３(a)〜(c)に示すように、光アイソレータ８を構成する偏光子４、５及びファラデー回転子１を、ホルダー（7a又は7b）内部に収納又はホルダー7c上に載置する。偏光子４、５及びファラデー回転子１の非光透過面である各側面が、ホルダー7a〜7cによって保持される。ホルダー7a〜7cは銅、SUS、アルミニウムと云った熱伝導率が15W/m・K以上の材料から形成される。
【００８８】
更に、光アイソレータ用光学素子10（偏光子４、５とファラデー回転子１）の三辺の側面を覆うように、図４(a)〜(c)に示すコの字形をした永久磁石６を、ガーネット単結晶２の近傍に設置する。次に、ホルダー7a〜7cを図５(a)〜(c)に示すように、冷却素子９上に載置することによって、ホルダー7a〜7cを介して冷却素子９にガーネット単結晶２が接続される。
【００８９】
ホルダー7a〜7cの形状は、図３(a)〜(c)に示すように光の伝搬方向（矢印Ｐ方向）に対して垂直な方向における断面形状が、角形（図３(a)参照）、凹形（図３(b)参照）、平板形（図３(c)参照）の何れかとなるように成形する。光アイソレータ８を構成するときは、図示しない光源側に常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２を配置する。このような配置にすれば、ガーネット単結晶２とガーネット基板３との界面での反射光は、更にガーネット単結晶２と常磁性ガーネット単結晶20によりファラデー回転を受ける。従って、光アイソレータ８からのいわゆる戻り光と同様に扱えるため、光アイソレータ８のアイソレーション低下を招かない。逆に、ガーネット基板３を光源側に配置すると、反射光が、ファラデー回転を受けずにそのまま光源に戻り、アイソレーションが低下する。
【００９０】
ホルダー7a〜7cでファラデー回転子１を保持する際は、ファラデー回転子１の非光透過面である側面に熱硬化性樹脂の接着剤を塗布し、ホルダー7a〜7cにファラデー回転子１を接着する。なお、熱硬化性樹脂に代えてハンダや金の膜を用いても良い。ハンダを用いる場合は、前記側面に金属層を成膜し、前記ホルダー7a〜7cにハンダによってファラデー回転子１を接合する。金の膜を用いる場合は、前記側面に金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することにより前記ホルダー7a〜7cにファラデー回転子１を圧着する。偏光子４、５は熱硬化性樹脂やハンダによってホルダー7a〜7cに固定すれば良い。
【００９１】
更に、光学素子10を保持したホルダー7a〜7cの一面に熱硬化性樹脂を塗布し、図５(a)〜(c)に示すように冷却素子９にホルダー7a〜7cを接着する。なお、熱硬化性樹脂に代えてハンダや金の膜を用いても良い。ハンダを用いる場合は、前記一面に金属層を成膜し、冷却素子９にハンダによってホルダー7a〜7cを接合する。金の膜を用いる場合は、前記一面に金の膜を設け、前記金の膜を熱圧着することにより前記冷却素子９にホルダー7a〜7cを圧着する。
【００９２】
以上のようにして冷却素子９に接続された常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２の使用環境は、入射される光の波長をλ(nm)とした時に、λが1030nm以上かつ1090nm以下の任意の波長条件となるように設定される。
【００９３】
次に、光アイソレータ８の光学的な動作について図５を用いて説明する。光アイソレータ８に矢印Ｉ方向に沿って1030nm以上1090nm以下の任意の波長の光が入射されると、まず偏光子４に光が入射される。ここで入射した光の偏光方向は、偏光子４の偏光方向に合致する偏光成分のみに限定される。偏光子４を透過した光（直線偏光）は、次にファラデー回転子１の常磁性ガーネット単結晶20及びガーネット単結晶２に順に入射して、その偏光面が合計で45度回転される。
【００９４】
常磁性ガーネット単結晶20はTbをホスト希土類元素とすると共に、光透過率が99%超なので、1030nm以上かつ1090nm以下の光に対する光吸収をほぼ皆無に抑えることが可能である。従って、常磁性ガーネット単結晶20内部で光吸収に伴う熱は殆ど発生しない。
【００９５】
なお、常磁性ガーネット単結晶20はヴェルデ定数が小さいので、常磁性ガーネット単結晶20単体だけでアイソレータ機能として必要な45度のファラデー回転角を得ようとすると、厚みt5が１cm 以上になってしまう。ファラデー回転子１では、常磁性ガーネット単結晶20とは別に、ヴェルデ定数が大きいガーネット単結晶２を備えることにより、この45度に対する不足回転角分をガーネット単結晶２のファラデー回転角によって補うことが可能となる。従って、ガーネット単結晶２が有するファラデー回転角の分だけ、常磁性ガーネット単結晶を薄型化することが可能となる。よって、近赤外波長域よりも比較的短波長で高パワーな、1030nm以上かつ1090nm以下の波長を有する光源に対しても使用可能なファラデー回転子１を実現することが可能となる。
【００９６】
常磁性ガーネット単結晶20は光透過率が99%超であるため殆ど光吸収を起こさないが、ガーネット単結晶２の光透過部分では光吸収が発生し、入射光の一部が吸収される。しかしながら、前記のようにガーネット単結晶２の格子定数は、12.56Å以上且つ12.58Å以下の範囲に設定されている。従って図６に示すように、光吸収に伴う光の透過損失がピークとなる波長帯域が、従来の約12.50Å近辺（12.49〜12.51Å）の格子定数を有するガーネット単結晶のピーク波長帯域に比べて、より短波長帯域へとシフトされる。約12.50Å近辺の格子定数を有する従来のガーネット単結晶の光吸収ピーク波長が、900nm付近であったのに対し、本実施形態のガーネット単結晶２の光吸収ピーク波長は、格子定数の増大に伴い約890nm付近へとシフトする。
【００９７】
図６では、従来の約12.50Å近辺（12.49〜12.51Å）の格子定数を有するガーネット単結晶の波長−光透過損失特性を曲線A-1で表し、本実施形態に係る12.56Å以上かつ12.58Å以下の格子定数を有するガーネット単結晶２の波長−光透過損失特性を曲線A-2で表す。なお、光吸収ピーク波長のシフト効果は、12.51超から12.55Å以下の格子定数を有するガーネット単結晶では確認されなかった。以上により、ガーネット単結晶２の格子定数の下限を12.56Åに限定した。
【００９８】
ガーネット単結晶２の格子定数の上限を12.58Åに限定した理由は、12.58Å超の格子定数を有するガーネット単結晶２を育成するには、1030nm以上1090nm以下の波長帯域で光吸収を発生するネオジム(Nd)を含有する組成のガーネット基板を使用しなければならず、光吸収を発生しない組成のガーネット基板での育成限界が12.58Åであるためである。
【００９９】
このシフトに伴い、波長1030nm以上かつ1090nm以下の帯域でのガーネット単結晶２の光透過損失は、波長1064ｎｍの光が45度回転する厚み120μｍの場合で1.0dBから0.7dBへと低減される（図６では代表例として1064nmの場合を示している）。このように光吸収ピーク波長のシフトに伴って光透過損失が減少することにより、ガーネット単結晶２での光吸収量も低減され、吸収光から変換される熱量が減少するため、ガーネット単結晶２の温度上昇が更に抑制される。
【０１００】
又、ガーネット単結晶２で吸収された光は、ガーネット単結晶２内部で熱に変換される。しかしながらガーネット単結晶２は、その光学面os2がガーネット基板３と接しているので、光学面os2から熱がガーネット基板３へと、立体的に且つ放射状に拡散する。ガーネット基板３へと伝導された熱は、冷却素子９へと伝えられて放熱される。
【０１０１】
Gd又はYをホスト希土類元素とすると共に、５W/m・K以上と云う高熱伝導率を有するファラデー効果をほとんど有さない常磁性のガーネット基板３を、ガーネット単結晶２の片面に設けることにより、高熱伝導率材料をガーネット単結晶２に接続させることが出来る。従って、ガーネット単結晶２の放熱効率を向上させることが可能となる。よって、ガーネット単結晶２内部で光吸収により発生した熱が効率良く速やかにガーネット単結晶２外部へと放熱されるので、ガーネット単結晶２の温度上昇が抑えられ、光アイソレータ８の光学特性の劣化防止や信頼性を確保することが可能となる。更に、短波長帯域の光源を使用する光学デバイスや装置に適用可能な光アイソレータ８が実現化される。
【０１０２】
更に、ガーネット基板３の厚みt2を１mm以上に設定しているので、熱の伝導体積が大型化され、ガーネット単結晶２の放熱効率が向上する。
【０１０３】
更に、ガーネット単結晶２で発生した熱が冷却素子９へと伝導可能なように、熱硬化性樹脂、ハンダ、若しくは金の膜によって、ガーネット単結晶２が冷却素子９へと熱的に接続されているので、効率良く且つ速やかにガーネット単結晶２を放熱することが可能となる。
【０１０４】
又、15W/m・K以上の熱伝導率を有する材料でホルダー7a〜7cを形成し、そのホルダー7a〜7cを介してガーネット単結晶２を冷却素子９に接続した。よって高熱伝導率材料でガーネット単結晶２と冷却素子９とを熱的に接続する構造とすることができ、ガーネット単結晶２の放熱効率を向上することが可能となる。
【０１０５】
更に、ホルダー7a〜7cの断面形状を、角形、凹形、又は平板形の何れかとすることにより、ホルダー7a〜7cの外形の一部に平面部を設けることで、冷却素子９上への載置の容易化が図れると共に、平面部によってホルダー7a〜7cを冷却素子９に面接触させるため、熱伝導面積の確保によるガーネット単結晶２の速やかな放熱が可能となる。
【０１０６】
最後に、偏光子５に光が入射されるが、順方向（矢印Ｉ方向）では偏光子４を透過した
光の偏光方向は、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶２を介して、偏光子５の偏光方向と一致するように調整されるため、偏光子５で吸収される偏光成分はほとんど無く、光が通過されていく。
【０１０７】
反射などによる戻り光があった場合、偏光子５によって直線偏光に変換された後、ガーネット単結晶２及び常磁性ガーネット単結晶20によって45度偏光面が回転される。しかし、ガーネット単結晶２及び常磁性ガーネット単結晶20は非可逆性の光学素子なので、回転された偏光面の偏光方向は、偏光子４の偏光方向とは90度異なり、戻り光は偏光子４を通過できない。
【０１０８】
前記ファラデー回転子１及び光アイソレータ８は、-10度以上かつ80度以下の範囲内の温度条件で使用することが、常磁性ガーネット単結晶20及びガーネット単結晶２のヴェルデ定数の安定化を図れるという点で好ましい。
【０１０９】
なお、以上で説明したファラデー回転子１及び光アイソレータ８では、ガーネット基板
３に代えて光透過板を使用しても良い。図７(a)と(b)及び図８〜図１０に示すように、平板状の光透過板11の片面に、ガーネット単結晶２の光学面os2が接する様に設けることにより別形態のファラデー回転子12が構成される。即ち、ガーネット単結晶２の両面のうち、常磁性ガーネット単結晶20が設けられる片面と反対側の片面に、光透過板11が設けられることになる。
【０１１０】
光透過板11は、高熱伝導率を有する材料から構成されるものであり、更に、ガーネット単結晶２の光学面os2に面接触されて設けられるので、光学的に光透過性で光吸収がほとんど無いことが条件である。光透過板11はガーネット単結晶２で発生した熱を速やかに伝導して放熱させる作用を目的として設けられるため、その熱伝導率はガーネット単結晶２の熱伝導率に比べて少なくとも４倍以上大きくなければならない。    
【０１１１】
ガーネット単結晶２はビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶で構成されているため、熱伝導率は約2.1W/m・K（25度）である。そのガーネット単結晶２よりも４倍以上大きな熱伝導率を有し、更に光透過性で透明な材料としては、サファイア単結晶（42W/m・K（25度））・ZnSe単結晶（18W/m・K（25度））などが挙げられる。光透過板11を設ける目的は、短波長帯域（1030nm〜1090nm）の光の入射に伴って発生するガーネット単結晶２の熱の放熱を効率良く行うことなので、透過可能な波長帯域を1030nm以上かつ1090nm以下に限定する必要がある。従って、サファイア単結晶（光透過波長域0.17μｍ〜6.5μｍ）のように、1030nm〜1090nmの波長帯域の光が透過可能な材料を光透過板11に用いることが最適である。
【０１１２】
光透過板11にサファイア単結晶のような光学的に異方性を示す単結晶を用いる場合、特にファラデー回転子と云った偏光を扱う光学素子に使用する場合には、偏光状態に対する注意が必要である。具体的には、前記光学面os2に対して前記サファイア単結晶の光学的等方軸（一例として、Ｃ軸とする）が垂直になるように設定して、光透過板11をガーネット単結晶２に接触・接合する。このような接合によって、ファラデー回転子12に入射する図示しない光の入射角が小さい場合のみ、複屈折による影響を殆ど無視できるまでに小さく抑えることが可能となる。
【０１１３】
このようなファラデー回転子12は、ガーネット基板上にガーネット単結晶２を育成した後、ガーネット基板を研磨により除去し、光学面os2に光透過板11を面接触させ、光学面os2と光透過板11とを接合固定すると共に、もう一方の光学面os1に常磁性ガーネット単結晶20を接合固定することによって製作される。
【０１１４】
ガーネット単結晶２と光透過板11との接合方法としては、光学用エポキシ接着剤による接着が挙げられる。光学用エポキシ接着剤を使用すると接着時の温度を100度以下の低温に設定することが出来るので、接着時にファラデー回転子12内部で発生する応力歪みを抑制するという点において顕著な効果が現れる。
【０１１５】
以上のようにガーネット単結晶２と光透過板11とを接合することによって、単に光透過板11を前記光学面os2に接触させるだけの場合に比べ、より速やかにガーネット単結晶２で発生した熱を光透過板11に伝導させて拡散・放熱させることが可能となるため、ガーネット単結晶２の温度上昇をより効果的に抑えることが出来る。
【０１１６】
その他の接合方法としては、両者（ガーネット単結晶２と光透過板11）の熱膨張係数が近ければ熱拡散接合など高温での接合も可能であるが、常温真空接合（超高真空中で接合面をイオンビームなどで活性化させ、貼り合わせた後、加圧して接合する方法）、フッ酸接合（フッ酸溶液で密着接合する方法）、低融点ガラスによるガラス接合などで行っても良い。
【０１１７】
又、ガーネット単結晶２や光透過板11のような屈折率が異なる材料同士を接合する場合、その接合面では屈折率差によるフレネル反射が起こるため、ARコートをガーネット単結晶２に施すことでフレネル反射を抑える。ARコートの膜構成は接合する基板の材料や接合方法によって異なるため、条件にあわせて最適なARコートを設計する必要がある。なお、フレネル反射による損失が無視でき、かつ反射光の影響を除けるのであれば、ARコートは成膜しなくても良い。
【０１１８】
前述の光アイソレータ８の場合と同様、常磁性ガーネット単結晶20は光透過率が99%超であるため殆ど光吸収を起こさないが、ガーネット単結晶２の光透過部分で光吸収が発生し、入射光の一部が吸収されて熱が発生する。しかしながら、前述のようにガーネット単結晶２の光吸収ピーク波長のシフトに伴い、吸収光から変換される熱量が減少するため、ガーネット単結晶２の温度上昇が抑制される。
【０１１９】
又、ガーネット単結晶２で吸収された光は、ガーネット単結晶２内部で熱に変換されるが、ガーネット単結晶２は、その光学面os2が光透過板11と接しているので、高熱伝導率材料がガーネット単結晶２に接続するという構造になっており、ガーネット単結晶２の放熱効率が向上する。従って、光学面os2から熱が光透過板11へと、立体的に且つ放射状に拡散され冷却素子で放熱されるので、ガーネット単結晶２の温度上昇が更に抑えられ、図１１に示す光アイソレータ13の光学特性の劣化防止や信頼性を確保することが可能となる。更に、短波長帯域の光源を使用する光学デバイスや装置に適用可能な光アイソレータ13が実現化される。
【０１２０】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係るファラデー回転子と、そのファラデー回転子を使用した光アイソレータの第２の実施の形態について、図１２〜図１６を用いて詳細に説明する。なお、第１の実施の形態と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明は省略又は簡略化して記述する。
【０１２１】
第２の実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる点は、ガーネット単結晶を２個設け
た点である。図１２に示すように、本実施形態に係るファラデー回転子14は、計２個の平板状で四角形状のガーネット単結晶2a、2bが、ガーネット基板３の両面に設けられることで構成されている。常磁性ガーネット単結晶20の片面には、ガーネット単結晶2aの光学面os1が接し、ガーネット基板３の片面には、ガーネット単結晶2bの光学面os3が接する。更に、一方のガーネット単結晶2aの他方の光学面os2は、ガーネット基板３と接合されている。
【０１２２】
又、そのファラデー回転子14を使用した光アイソレータは、図１４に示すようにファラデー回転子14の、光の入射側及び出射側に、それぞれ１個ずつ計２個の偏光子４、５を配置することで構成されている。常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2a、2bのそれぞれのファラデー回転方向は、図１２(a)に示すように、光の伝搬方向（矢印Ｐ方向）から見たときに同一方向に設定される。
【０１２３】
ガーネット基板３は、12.56Å以上かつ12.58Å以下の範囲に設定された格子定数を有する常磁性の基板であり、ガーネット単結晶2a、2bは、12.56Å以上かつ12.58Å以下の範囲に設定された格子定数を有する。
【０１２４】
ガーネット単結晶2a、2bは、LPE法により２つのガーネット基板の面上にそれぞれ育成された後、一つのガーネット基板は研磨により除去され、光学面os1に常磁性ガーネット単結晶20が面接触されて接合固定される。次に、もう一つのガーネット基板はガーネット単結晶2bに付いたまま残され、そのガーネット基板の片面と、ガーネット単結晶2aの一方の光学面os2とが接合固定されることによって、ファラデー回転子14が製作される。
【０１２５】
次に、ガーネット単結晶2a、2bの製造方法を更に詳述する。第１の実施の形態と同様、白金坩堝内で加熱溶融した融剤を加熱溶融して十分に撹拌し、均一に混合した溶融液を作製する。この溶融液の液面に、直径２〜３インチ、厚みt2が１mm以上に設定された面方位｛111｝の、２つの前記ガーネット基板３を浸し、ガーネット基板３を回転させながらLPE法によって前記{111}面上に、前記ガーネット単結晶2a又は2bを大気雰囲気中でエピタキシャル成長させて育成する。
【０１２６】
このガーネット単結晶2a、2bを所定の厚みまで研磨し、表面に波長1030nm以上1090nm以下の任意の波長帯域に対するARコートを蒸着する。育成するガーネット単結晶2a、2bの組成に特に制限は無い。２個のガーネット単結晶2a、2bのそれぞれのファラデー回転角を均一に設定することが困難な場合、若干ファラデー回転角に偏りが生じても構わない。従って、２個のガーネット単結晶2a、2bの厚みt3とt4は必ずしも等厚である必要は無い。このガーネット単結晶2a、2b、常磁性ガーネット単結晶20、及びガーネット基板３を等mm角に切断して、図１２に示すような２個のガーネット単結晶2a、2bと１個の常磁性ガーネット単結晶20及びガーネット基板３から構成される１〜２mm角のファラデー回転子14を得る。
【０１２７】
このようにして得られたファラデー回転子14を、熱硬化性樹脂の接着剤、ハンダ、金の膜などによって冷却素子９に固定する（図１３、図１４(d)、図１５(d）、図１６(d)参照）。
【０１２８】
或いは、ファラデー回転子14を直接、冷却素子９に接続するのではなく、図１４(a)〜(c)のようにファラデー回転子14をホルダーに保持しても良い。図１４(a)〜(c)に示すように、光アイソレータ15を構成する偏光子４、５及びファラデー回転子14を、ホルダー7a又は7b内部に収納、或いはホルダー7c上に載置する。次に、そのホルダー7a〜7cを図１６(a)〜(c)に示すように、冷却素子９上に載置することによって、ホルダー7a〜7cを介して冷却素子９にガーネット単結晶2a、2bが接続される。
【０１２９】
ホルダー7a〜7cでファラデー回転子14を保持する際は、ファラデー回転子14を、熱硬化性樹脂の接着剤、ハンダ、金の膜などによってホルダー7a〜7cに固定する。更に、図１５(a)〜(c)に示すような光アイソレータ用光学素子16（偏光子４、５及びファラデー回転子14）を保持したホルダー7a〜7cを、熱硬化性樹脂の接着剤、ハンダ、金の膜などによって冷却素子９に固定する。
【０１３０】
２個のガーネット単結晶2a、2bの厚みが等厚ではないファラデー回転子14を備えた光アイソレータ15を光センサなどの光学デバイスに搭載する際は、図示しない光源からの光の入射側に配列されるガーネット単結晶2aは薄く、出射側のガーネット単結晶2bはそれよりも厚くなるように配置する。即ち、光の入射側に配列するガーネット単結晶2aのファラデー回転角を、もう一個のガーネット単結晶2bのファラデー回転角よりも小さく設定する。
【０１３１】
永久磁石６の磁界の大きさは、常磁性ガーネット単結晶20とガーネット単結晶2a及び2bに磁界を印加した際、各々のファラデー回転角の合計が45度と設定されるような大きさとする。それぞれのファラデー回転角は、例えば常磁性ガーネット単結晶20のファラデー回転角を20度、ガーネット単結晶2aのファラデー回転角を８度、もう一方のガーネット単結晶2bのファラデー回転角を17度に設定すれば良い。
【０１３２】
次に、図１６を参照して光アイソレータ15の光学的な動作について説明する。光アイソレータ15に矢印Ｉ方向に沿って1030nm以上1090nm以下の任意の波長の光が入射されると、まず偏光子４に光が入射されて直線偏光に変換され、次にファラデー回転子14の常磁性ガーネット単結晶20及び２個のガーネット単結晶2a、2bに順に入射されて、その偏光面が合計で45度回転される。その際、ガーネット単結晶2a、2bの光透過部分で光吸収が発生し、入射光の一部が吸収される。
【０１３３】
しかしながら、前記のようにガーネット単結晶2a、2bの格子定数は、12.56Å以上且つ12.58Å以下の範囲に設定されている。従って図６に示すように、光吸収に伴う光の透過損失がピークとなる波長帯域が、従来の約12.50Å近辺の格子定数を有するガーネット単結晶のピーク波長帯域に比べて、より短波長帯域へとシフトされる。約12.50Å近辺の格子定数を有する従来のガーネット単結晶の光吸収ピーク波長が、900nm付近であったのに対し、本実施形態のガーネット単結晶2a、2bの光吸収ピーク波長は、格子定数の増大に伴い約890nm付近へとシフトする。
【０１３４】
このシフトに伴い、波長1030nm以上かつ1090nm以下の帯域でのガーネット単結晶2a、2bの光透過損失は、波長1064ｎｍの光を45度回転する厚み120μｍの場合で1.0dBから0.7dBへと低減される。光透過損失が減少することにより、ガーネット単結晶2a、2bでの光吸収量も低減され、吸収光から変換される熱量が減少するため、ガーネット単結晶2a、2bの温度上昇が抑制される。
【０１３５】
又、ガーネット単結晶2a、2bで吸収された光は、ガーネット単結晶2a、2b内部で熱に変換される。しかしながらガーネット単結晶2a、2bは、その光学面がガーネット基板３と接しているので、光学面os2及びos3から熱がガーネット基板３へと、立体的に且つ放射状に拡散する。ガーネット基板３へと伝導された熱は、冷却素子９へと伝えられて放熱される。このようにガーネット単結晶2a、2bにガーネット基板３を設けることにより、ガーネット単結晶2a、2b内部で光吸収により発生した熱が効率良く速やかにガーネット単結晶2a、2b外部へと放熱される。よって、ガーネット単結晶2a、2bの温度上昇が抑えられ、光アイソレータ15の光学特性の劣化防止や信頼性を確保することが可能となる。更に、短波長帯域の光源を使用する光学デバイスや装置に適用可能な光アイソレータ15が実現化される。
【０１３６】
更に、第１の実施の形態において、１つのガーネット単結晶２で受け持っていたファラデー回転角が生じる厚みt1を、２個のガーネット単結晶2a、2bに分割することにより、光吸収によって発生する熱量を分散させることが可能となる。更に、１個当たりの厚さt3又はt4を前記t1よりも薄く出来るので、１個当たりのガーネット単結晶2a又は2bでの光吸収量が減少されて、それぞれのガーネット単結晶2a、2bの温度上昇を更に抑えることも可能となる。
【０１３７】
２個のガーネット単結晶2a、2bのうち、光が最初に透過する入射側のガーネット単結晶2aでの発熱量は、出射側のガーネット単結晶2bの発熱量よりも大きくなる。しかし、入射側のガーネット単結晶2aを、出射側のガーネット単結晶2bより薄くして、両方のガーネット単結晶2a、2bで発生する熱量を等しくすることで、入射側のガーネット単結晶2aでの発熱量が低減される。これにより２個のガーネット単結晶2a、2bの温度上昇値をほぼ等しくして、最適な熱分散を行うことが可能となるため、ガーネット単結晶全体としての温度上昇を最少とすることが出来る。
【０１３８】
ガーネット単結晶を複数設ける場合、その個数は２個が最適である。その理由は、組み立て易さとコストを抑えるためであり、３個以上に設定すると光学素子数が過度に増加することにより、光学素子間の組み立てが困難になると共に、製造コストも上昇するためである。
【０１３９】
最後に、光は偏光子５を通過していく。又、戻り光があった場合、前述の光アイソレー
タ８の動作により、戻り光は偏光子４を通過しない。
【０１４０】
なお、以上で説明したファラデー回転子14及び光アイソレータ15では、ガーネット基
板３に代えて光透過板11を使用することで、平板状の光透過板11の両面に、ガーネット単結晶2a、2bの光学面os2、os3が接する様に設けて別形態のファラデー回転子を構成しても良い。
【０１４１】
このようなファラデー回転子は、２つのガーネット基板３の面上にガーネット単結晶2a、2bをそれぞれ育成した後、ガーネット基板３を２つとも研磨により除去し、光透過板11の両面にそれぞれガーネット単結晶2a、2bの光学面os12、os3を面接触させ、更に光学面os1と常磁性ガーネット単結晶20とを接合固定することによって製作する。
【０１４２】
又、２個のガーネット単結晶の設置は、図１７及び図１８に示すように、図１の構造のファラデー回転子１を２個、光の伝搬方向（矢印Ｐ方向）に配列して新たにファラデー回転子17を構成することで実現しても良い。２個の常磁性ガーネット単結晶20a、20bと２個のガーネット単結晶2a、2bのそれぞれのファラデー回転方向は、光の伝搬方向から見たときに同一方向となるように設定する。
【０１４３】
図示しない永久磁石６の磁界の大きさは、２個の常磁性ガーネット単結晶20a及び20bと、２個のガーネット単結晶2a及び2bに磁界を印加した際、各々のファラデー回転角の合計が45度と設定されるような大きさとする。それぞれのファラデー回転角は、例えば常磁性ガーネット単結晶20aと20bのファラデー回転角をそれぞれ10度ずつ、ガーネット単結晶2aのファラデー回転角を８度、もう一方のガーネット単結晶2bのファラデー回転角を17度に設定すれば良い。従って、２つの常磁性ガーネット単結晶20a及び20bの厚さは均一な厚さt6となる。なお不均一でも構わない。
【０１４４】
更に、光アイソレータを構成するときは、光源側に常磁性ガーネット単結晶20a、20bとガーネット単結晶2a、2bを配置し、光源側の反対側にガーネット基板３、３を配置することが、前述の通り光アイソレータのアイソレーションの低下が防止されるという点で望ましい。
【０１４５】
このようなファラデー回転子17の構成とすることにより、ガーネット基板３の研磨除去工程が解消されるため、製造工程が短縮される。又、ガーネット基板３、３を２個設けることにより、ガーネット単結晶2a、2bで発生した熱の伝導経路を図１２のファラデー回転子14に比べて２倍確保することが出来るため、放熱効率がより向上する。
【０１４６】
なお、図１７及び図１８で説明したファラデー回転子17及び光アイソレータでは、ガーネット基板３、３に代えて光透過板11、11を使用することで、光透過板11、11の片面にガーネット単結晶2a、2bの光学面os2が接する様に設けて、更に別形態のファラデー回転子を構成しても良い。
【０１４７】
なお、本発明の光アイソレータは一例として、図１９に示すようにファラデー回転子１及びホルダー7cと接触するように、光アイソレータ用光学素子（偏光子４、５及びファラデー回転子１）と永久磁石６との間に形成される空隙部に充填材18を充填するように変更しても良い。
【０１４８】
充填材18は熱伝導性を有する材料で構成し、熱伝導樹脂、熱伝導接着剤・低融点合金など固化する充填材や、放熱用シリコーンペーストのように固化しない充填材など、良好な熱伝導性を有する材料が好適である。
【０１４９】
このような光アイソレータ19に矢印Ｉ方向に沿って1030nm以上1090nm以下の任意の波長の光が入射されると、前述のようにガーネット単結晶２の光透過部分で光吸収による熱が発生し、その熱はガーネット基板３からホルダー7cを経て、図示しない冷却素子９へと伝えられて放熱される。光アイソレータ19ではこの放熱経路に加えて、ファラデー回転子１及びホルダー7cと接触する充填材18が熱を伝導するため、ガーネット単結晶２の熱は充填材18からも伝導されて冷却素子９から放熱される。
【０１５０】
従って、ガーネット単結晶２で発生した熱が、ガーネット基板３だけでなく充填材18からも冷却素子９へと伝導されるので、前記各実施の形態の光アイソレータに比べて、ガーネット単結晶２の放熱効率を更に向上させることが可能となる。
【０１５１】
又、常磁性ガーネット基板20、20a、20bを、ガーネット単結晶２、2a、2bの育成基板として用いても良い。この場合、常磁性ガーネット単結晶としては、格子定数12.5235ÅのTb3Sc2Ga3O12単結晶が、Tbをホスト希土類元素とし1030nm以上かつ1090nm以下の波長域の光に対して99%超の光透過率を有する常磁性ガーネット単結晶の中では最も大きな格子定数を有するため、最適である。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明のファラデー回転子及び光アイソレータを、パッシブ光学デバイスに利用するこ
とにより、反射による光源への戻り光を防止することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るファラデー回転子の斜視図。
【図２】図１のファラデー回転子を冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。
【図３】(a) 角形ホルダー内に図１のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(b) 凹形ホルダー内に図１のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(c) 平板形ホルダー内に図１のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(d) 冷却素子上に図１のファラデー回転子及び偏光子を載置する組み立て斜視図。
【図４】(a) 図３(a)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。(b) 図３(b)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。(c) 図３(c)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。(d) 図３(d)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。
【図５】(a) 図４(a)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。(b) 図４(b)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。(c) 図４(c)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。(d) 図４(d)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。
【図６】ガーネット単結晶の格子定数別ごとの、波長−光透過損失グラフ。
【図７】(a) 第１の実施形態の別形態であるファラデー回転子の組み立て斜視図。(b) 同図(a)の組み立てが完了したファラデー回転子を示す斜視図。
【図８】図７(b)のファラデー回転子を冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。
【図９】(a) 角形ホルダー内に図７(b)のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(b) 凹形ホルダー内に図７(b)のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(c) 平板形ホルダー内に図７(b)のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(d) 冷却素子上に図７(b)のファラデー回転子及び偏光子を載置する組み立て斜視図。
【図１０】(a) 図９(a)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。(b) 図９(b)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。(c) 図９(c)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。(d) 図９(d)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。
【図１１】(a) 図１０(a)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。(b) 図１０(b)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。(c) 図１０(c)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。(d) 図１０(d)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るファラデー回転子の斜視図。
【図１３】図１２のファラデー回転子を冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。
【図１４】(a) 角形ホルダー内に図１２のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(b) 凹形ホルダー内に図１２のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(c) 平板形ホルダー内に図１２のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(d) 冷却素子上に図１２のファラデー回転子及び偏光子を載置する組み立て斜視図。
【図１５】(a) 図１４(a)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。(b) 図１４(b)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。(c) 図１４(c)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。(d) 図１４(d)の光アイソレータ用光学素子に永久磁石を搭載する組み立て斜視図。
【図１６】(a) 図１５(a)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。(b) 図１５(b)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。(c) 図１５(c)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。(d) 図１５(d)の光アイソレータを冷却素子上に載置した状態を示す斜視図。
【図１７】第２の実施形態の別形態であるファラデー回転子の斜視図。
【図１８】(a) 角形ホルダー内に図１７のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(b) 凹形ホルダー内に図１７のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(c) 平板形ホルダー内に図１７のファラデー回転子及び偏光子を搭載する組み立て斜視図。(d) 冷却素子上に図１７のファラデー回転子及び偏光子を載置する組み立て斜視図。
【図１９】本発明の別形態の光アイソレータを示す斜視図。
【図２０】従来の光アイソレータの構成を示す模式図。
【符号の説明】
【０１５４】
１、12、14、17  ファラデー回転子
２、2a、2b      ガーネット単結晶
３              ガーネット基板
４、５          偏光子
６              永久磁石
7a、7b、7c      ホルダー
８、13、15、19  光アイソレータ
９              ペルチェ素子又はヒートシンク
10、16          光アイソレータ用光学素子
11              光透過板
18              充填材
20、20a、20b    常磁性ガーネット単結晶
【図１】
2008158314.tif 000003
【図２】
2008158314.tif 000004
【図３】
2008158314.tif 000005
【図４】
2008158314.tif 000006
【図５】
2008158314.tif 000007
【図６】
2008158314.tif 000008
【図７】
2008158314.tif 000009
【図８】
2008158314.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008158314.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2008158314.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2008158314.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2008158314.tif 000018
【図１７】
2008158314.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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