短波長光用ファラデー回転子及びそのファラデー回転子を備えた光アイソレータ
【課題】比較的短波長域の光源に用いられる光アイソレータのファラデー回転子の光吸収を低減することで、ファラデー回転子の温度上昇を抑え、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。
【解決手段】短波長光用ファラデー回転子を、ガーネット基板とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶で構成し、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の格子定数を12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定する。更に、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に入射する光の波長を1030nm以上かつ1090nm以下に設定し、ガーネット基板の片面又は両面にビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を設ける。又、ガーネット基板に換えて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光透過板を使用して短波長光用ファラデー回転子を形成する。
更に、その短波長光用ファラデー回転子を使用して光アイソレータを形成する。
【解決手段】短波長光用ファラデー回転子を、ガーネット基板とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶で構成し、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の格子定数を12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定する。更に、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に入射する光の波長を1030nm以上かつ1090nm以下に設定し、ガーネット基板の片面又は両面にビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を設ける。又、ガーネット基板に換えて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光透過板を使用して短波長光用ファラデー回転子を形成する。
更に、その短波長光用ファラデー回転子を使用して光アイソレータを形成する。
【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な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。光通信システムで用いられる近赤外波長（1310nm又は1550nm）用の光アイソレータでは、ファラデー回転子用の磁気光学素子として、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）などが使用されている。
【０００３】
このようなガーネット単結晶は、通常、非磁性のガーネット基板上にLPE（液相エピタキシャル）法で育成した単結晶膜である。光アイソレータでは、ガーネット単結晶膜をガーネット基板付きのまま使用する構成（例えば、特許文献１参照）と、研磨加工によってガーネット基板を取り去ってガーネット単結晶膜のみで使用する構成の二通りが考案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６６１６０（第３−５頁、第１図）
【０００５】
ガーネット基板付きガーネット単結晶膜を使用した光アイソレータ100の模式図を図２０に示す。この光アイソレータ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の片面に非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。
【０００６】
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、SGGG基板と称する格子定数が1.2490nm〜1.2515nmの非磁性ガーネットの中から適宜選択するのが最適である。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。
【０００７】
ところで最近、光センサ又は精密加工用の光源として、1030〜1090nm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。従って、近赤外波長域（1310nm又は1550nm）よりも短波長な、1000nm付近で使用可能な光アイソレータが必要となる。このような比較的短波長領域で損失の小さいファラデー回転子用の磁気光学素子としては、常磁性単結晶あるいは常磁性ガラスが存在する。だが、これらを用いると、磁気光学素子の厚みが10mm以上必要となり、光アイソレータが大型化してしまう。更に、常磁性体の磁気光学素子を磁気飽和させるためには巨大な磁石が必要になり、このことも光アイソレータの大型化を招いてしまう原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、近赤外波長用の場合と同様、磁気光学素子に鉄ガーネット等の単結晶膜を用いて光アイソレータの小型化を図ることが検討されている。光通信分野で用いられているビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は、単位長さあたりのファラデー回転係数が常磁性単結晶や常磁性ガラスに比べて著しく大きいため、光アイソレータを大幅に小型化することが可能である。
【０００９】
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等の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。従って前記光センサ又は精密加工用と云った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では、磁気光学素子のガーネット単結晶膜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膜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膜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。
【００１０】
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、比較的短波長域の光を出
射する光源に用いられる光アイソレータのファラデー回転子の光吸収を低減することで、ファラデー回転子の温度上昇を抑えて、光アイソレータの光学特性の劣化防止や信頼性の確保を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１記載の短波長光用ファラデー回転子は、
ガーネット基板とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は光を入射して、前記光の偏光面を回転させると共に、格子定数が12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定され、
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、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の使用環境は、λ＝1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記ガーネット基板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。
【００１２】
又、請求項２記載の短波長光用ファラデー回転子は、
光透過板とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
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、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は光を入射して、前記光の偏光面を回転させると共に、格子定数が12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定され、
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、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の使用環境は、λ＝1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記光透過板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。
【００１３】
更に、請求項３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から成り、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少なくとも片面に設けられていることを特徴とする請求項２記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１４】
更に、請求項４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１に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１５】
更に、請求項５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前記ガーネット基板の両面に設けられると共に、
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が45度であることを特徴とする請求項１又は４に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１６】
又、請求項６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前記光透過板の両面に設けられると共に、
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が45度であることを特徴とする請求項２又は３に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１７】
又、請求項７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が45度であることを特徴とする請求項１又は４に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１８】
又、請求項８記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記光透過板の片面に、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が45度であることを特徴とする請求項２又は３に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１９】
更に、請求項９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、もう一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。
【００２０】
更に、請求項１０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９の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２１】
又、請求項１１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９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】
又、請求項１２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９の何れかに記載の短波長高パワー用ファラデー回転子である。
【００２３】
更に、請求項１３記載の発明は、
請求項１乃至９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。
【００２４】
又、請求項１４記載の発明は、
請求項１０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。
【００２５】
更に、請求項１５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１３に記載の光アイソレータである。
【００２６】
更に、請求項１６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１５に記載の光アイソレータである。
【００２７】
又、請求項１７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１５に記載の光アイソレータである。
【００２８】
又、請求項１８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１５に記載の光アイソレータである。
【００２９】
更に、請求項１９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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータである。
【００３０】
又、請求項２０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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータである。
【００３１】
又、請求項２１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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータである。
【００３２】
更に、請求項２２記載の光アイソレータは、
前記光の伝搬方向に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１５乃至２１の何れかに記載の光アイソレータである。
【００３３】
更に、請求項２３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１５乃至２２の何れかに記載の光アイソレータである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の請求項１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抑制される。
【００３５】
又、ガーネット単結晶で吸収された光は、ガーネット単結晶内部で熱に変換されてガーネット基板へと拡散される。このようにガーネット単結晶にガーネット基板を設けることにより、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。よって、ガーネット単結晶の温度上昇が抑えられる。
【００３６】
本発明の請求項２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1030nm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抑制される。
【００３７】
又、ガーネット単結晶で吸収された光は、ガーネット単結晶内部で熱に変換されて光透過板へと拡散される。このようにガーネット単結晶に光透過板を設けることにより、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。よって、ガーネット単結晶の温度上昇が抑えられる。
【００３８】
更に、請求項３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図示しない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。
【００３９】
更に、請求項４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。
【００４０】
更に、請求項５乃至８記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、45度のファラデー回転角が生じる厚みを２個のガーネット単結晶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個当たりの厚さを薄くできるので、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抑えることも可能となる。
【００４１】
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。
【００４２】
更に、請求項７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。
【００４３】
更に、請求項９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できる。
【００４４】
更に、請求項１０乃至１２又は請求項１６乃至２１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。
【００４５】
又、請求項１３又は１４に記載の光アイソレータに依れば、請求項１乃至１２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。
【００４６】
更に、請求項１５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。
【００４７】
更に、請求項２２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。
【００４８】
更に、請求項２３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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
＜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。
【００５０】
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、平板状で非磁性のガーネ
ット基板３の片面に、平板状の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）が接する様に設けられることで構成される。ガーネット基板３の片面にはガーネット単結晶２の光学面2osが接している。
【００５１】
又、そのファラデー回転子１を使用した光アイソレータは、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を配置してすることで構成されている。
【００５２】
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非磁性の基板である。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し、その厚みt1は、直線偏光の光が入射された時、前記光の偏光面を45度回転させるように設定されている。
【００５３】
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、基板を回転させながら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。
【００５４】
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、ファラデー回転角45度を有する厚みまで研磨し、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の組成に特に制限は無い。
【００５５】
次に、ガーネット単結晶２を育成したガーネット基板３を、ダイサー等で等mm角に切断し、図１に示すようなガーネット単結晶２とガーネット基板３から構成される１〜２mm角のファラデー回転子１を得る。
【００５６】
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）。
【００５７】
なお、熱硬化性樹脂に換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。
【００５８】
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。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、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の磁界はガーネット単結晶２を磁気飽和させるために十分な磁界とする。永久磁石６を載置することにより、飽和磁界を板厚方向に沿ってガーネット単結晶２にかけ、厚みt1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。
【００５９】
又は、図２のようにファラデー回転子１を直接、冷却素子９に接続するのではなく、ファラデー回転子１をホルダーに保持しても良い。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。
【００６０】
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。
【００６１】
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）と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される。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。
【００６２】
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、熱硬化性樹脂に換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。
【００６３】
更に、光学素子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、熱硬化性樹脂に換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。
【００６４】
以上のようにして冷却素子９に接続されたガーネット単結晶２の使用環境は、入射する光の波長をλ(nm)とした時に、λ＝1030nm以上かつ1090nm以下の任意の波長条件に設定される。
【００６５】
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のガーネット単結晶２に入射して、その偏光面が45度回転される。その際、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る。ガーネット単結晶２の厚みt1は非常に薄型に形成されるため、この薄さと熱伝導率の悪さから、ガーネット単結晶２単体では十分に熱を拡散・放熱することは出来ない。
【００６６】
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。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。
【００６７】
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。
【００６８】
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t1：120μｍ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）。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の温度上昇が抑制される。
【００６９】
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2osがガーネット基板３と接しているので、光学面2os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２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。よって、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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に換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2os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。
【００７７】
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2os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。
【００７８】
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。
【００７９】
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2os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。
【００８０】
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2osに光透過板11を面接触させ、光学面2osと光透過板11とを接合固定することによって製作される。そ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できるので、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。
【００８１】
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2os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。
【００８２】
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、熱膨張係数の整合がとれない場合にはガーネット単結晶２の使用温度（約25度〜30度）に近い状態で接合する必要がある。このような接合方法としては、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がある。
【００８３】
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。
【００８４】
前述の光アイソレータ８の場合と同様、ガーネット単結晶２に光が入射するとガーネット単結晶２で光吸収により熱が発生する。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。
【００８５】
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2osが光透過板11と接しているので、光学面2os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。よって、ガーネット単結晶２の温度上昇が抑えられ、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。
【００８６】
＜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。
【００８７】
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、平板状で非磁性のガーネット基板３の両面に、１個ずつ計２個の平板状のガーネット単結晶2a、2b
が設けられることで構成される。ガーネット基板３の両面には、ガーネット単結晶2a、2bのそれぞれの光学面2os1、2os2が接する。
【００８８】
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を配置してすることで構成されている。
【００８９】
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非磁性の基板であり、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。
【００９０】
ガーネット単結晶2a、2bは、LPE法により前記ガーネット基板３の両面上に育成される。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の片面を浸し、基板を回転させながらLPE法によって前記{111}面上に、前記ガーネット単結晶2aを大気雰囲気中でエピタキシャル成長させて育成する。
【００９１】
同じように、前記ガーネット基板３のもう一方の片面を溶融液の液面に浸してガーネット単結晶2bをエピタキシャル成長させることで、ガーネット基板３の両面にガーネット単結晶2a、2bを育成する。このガーネット単結晶2a、2bを研磨し、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の合計の厚み（t3+t4）は、２個合わせて45度のファラデー回転角を有する厚みに設定する。それぞれのファラデー回転角を22.5度に正確に分け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。
【００９２】
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（矢印Ｐ方向）から見たときに同一方向となるように設定する。
【００９３】
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）。
【００９４】
又は、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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。それぞれのファラデー回転角は、例えばガーネット単結晶2aのファラデー回転角を18度又は21.6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27度又は23.4度に設定すれば良い。
【００９７】
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２個のガーネット単結晶2a、2b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。ガーネット単結晶2a、2bの厚みt3、t4は非常に薄型に形成されるため、この薄さと熱伝導率の悪さから、ガーネット単結晶2a、2b単体では十分に熱を拡散・放熱することは出来ない。
【００９８】
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。
【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2a、2bの光透過損失は、波長1064ｎｍの光が45度回転する厚み（t3+t4）：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。
【０１００】
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。
【０１０１】
更に、本来45度のファラデー回転角が生じる厚みを、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個当たりの厚さを薄くできるので、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の温度上昇を抑えることも可能となる。
【０１０２】
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できる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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に換えて光透過板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。
【０１０６】
このようなファラデー回転子は、ガーネット基板３上にガーネット単結晶2a、2bを育成した後、ガーネット基板３を研磨により除去し、光透過板11の両面にそれぞれのガーネット単結晶2a、2bの光学面2os1、2os2を面接触させ、光学面2os1、2os2と光透過板11とを接合固定することによって製作する。
【０１０７】
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個のガーネット単結晶２、２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。
【０１０８】
２個のガーネット単結晶２、２の合計の厚み（t3+t4）は、２個合わせて45度のファラデー回転角を有する厚みに設定する（図１７参照）。それぞれのファラデー回転角を22.5度に正確に分け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２、２の厚みt3とt4は必ずしも等厚である必要は無い。２個のガーネット単結晶２、２が非等厚なファラデー回転子を備えた光アイソレータを光学デバイスに搭載する際は、前述のように光源からの光の入射側に配列されるガーネット単結晶は薄く、出射側のガーネット単結晶はそれよりも厚くなるように配置することが望ましい。
【０１０９】
更に、光アイソレータを構成するときは、光源側にガーネット単結晶２、２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。
【０１１０】
このようなファラデー回転子の構成とすることにより、ガーネット基板３の両面にガーネット単結晶2a、2bを育成する必要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２、２で発生した熱の伝導経路を図１２のファラデー回転子に比べて２倍確保することができるため、放熱効率がより向上する。
【０１１１】
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に換えて光透過板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２、２の光学面2os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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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の放熱効率を向上させることが可能となる。
【０１１６】
又、ガーネット単結晶２、2a、2bは自己保磁型ガーネット単結晶に変更しても良い。このようなガーネット単結晶でファラデー回転子を構成すれば永久磁石が不要になり、ファラデー回転子や光アイソレータの小型化が図れる。
【０１１７】
＜実施例＞
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に設定された面方位｛111｝のガーネット基板を浸し、基板を回転させながらLPE法によって前記{111}面上に、ガーネット単結晶を大気雰囲気中でエピタキシャル成長させる。
【０１１８】
育成したガーネット単結晶の厚みは100μｍであった。又、育成されたガーネット単結晶の結晶格子定数は、ガーネット基板の格子定数と溶融液の組成に依存し、12.57Åであった。
【０１１９】
次に、ガーネット基板のもう一方の面を溶融液の液面に浸して、同様に100μｍの厚みまでガーネット単結晶をLPE法で育成させた。そのガーネット単結晶の格子定数も12.57Åであった。本実施例のガーネット単結晶の組成はGdBi2Fe5O12である。
【０１２０】
この格子定数を有するガーネット単結晶を、これを夫々約60μｍまで研削、研磨して、ガーネット結晶の飽和磁界300(Oe)を厚み方向に沿ってかけた時に、板厚方向を透過する波長1064nmの直線偏光が２個のガーネット単結晶を透過したときに45度回転するように形成した。
【０１２１】
更に、ガーネット単結晶の表面に波長1064nmに対するARコートを蒸着した。
【０１２２】
次に、ガーネット単結晶を育成したガーネット基板を、等mm角に切断し、ガーネット単結晶とガーネット基板から構成される１mm角のファラデー回転子を得た。
【０１２３】
このファラデー回転子を２個の偏光子と共に、熱硬化性樹脂の接着剤で、冷却能力10Ｗのペルチェ素子（冷却面８×５mm）に接着して、連続入力20Ｗで波長1064nmのYAGレーザ光を入射させ、光透過損失を測定した。
【０１２４】
その結果、ガーネット単結晶の光吸収ピーク波長は890nmになり、光透過損失は0.7dBでアイソレーションは30dB以上であった。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明のファラデー回転子及び光アイソレータを、光センサ等の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できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【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】
【０１２７】
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
【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な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。光通信システムで用いられる近赤外波長（1310nm又は1550nm）用の光アイソレータでは、ファラデー回転子用の磁気光学素子として、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）などが使用されている。
【０００３】
このようなガーネット単結晶は、通常、非磁性のガーネット基板上にLPE（液相エピタキシャル）法で育成した単結晶膜である。光アイソレータでは、ガーネット単結晶膜をガーネット基板付きのまま使用する構成（例えば、特許文献１参照）と、研磨加工によってガーネット基板を取り去ってガーネット単結晶膜のみで使用する構成の二通りが考案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−６６１６０（第３−５頁、第１図）
【０００５】
ガーネット基板付きガーネット単結晶膜を使用した光アイソレータ100の模式図を図２０に示す。この光アイソレータ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の片面に非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。
【０００６】
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、SGGG基板と称する格子定数が1.2490nm〜1.2515nmの非磁性ガーネットの中から適宜選択するのが最適である。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。
【０００７】
ところで最近、光センサ又は精密加工用の光源として、1030〜1090nm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。従って、近赤外波長域（1310nm又は1550nm）よりも短波長な、1000nm付近で使用可能な光アイソレータが必要となる。このような比較的短波長領域で損失の小さいファラデー回転子用の磁気光学素子としては、常磁性単結晶あるいは常磁性ガラスが存在する。だが、これらを用いると、磁気光学素子の厚みが10mm以上必要となり、光アイソレータが大型化してしまう。更に、常磁性体の磁気光学素子を磁気飽和させるためには巨大な磁石が必要になり、このことも光アイソレータの大型化を招いてしまう原因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、近赤外波長用の場合と同様、磁気光学素子に鉄ガーネット等の単結晶膜を用いて光アイソレータの小型化を図ることが検討されている。光通信分野で用いられているビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は、単位長さあたりのファラデー回転係数が常磁性単結晶や常磁性ガラスに比べて著しく大きいため、光アイソレータを大幅に小型化することが可能である。
【０００９】
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等の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。従って前記光センサ又は精密加工用と云った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では、磁気光学素子のガーネット単結晶膜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膜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膜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。
【００１０】
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、比較的短波長域の光を出
射する光源に用いられる光アイソレータのファラデー回転子の光吸収を低減することで、ファラデー回転子の温度上昇を抑えて、光アイソレータの光学特性の劣化防止や信頼性の確保を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１記載の短波長光用ファラデー回転子は、
ガーネット基板とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は光を入射して、前記光の偏光面を回転させると共に、格子定数が12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定され、
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、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の使用環境は、λ＝1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記ガーネット基板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。
【００１２】
又、請求項２記載の短波長光用ファラデー回転子は、
光透過板とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
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、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は光を入射して、前記光の偏光面を回転させると共に、格子定数が12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定され、
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、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の使用環境は、λ＝1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記光透過板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。
【００１３】
更に、請求項３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から成り、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少なくとも片面に設けられていることを特徴とする請求項２記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１４】
更に、請求項４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１に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１５】
更に、請求項５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前記ガーネット基板の両面に設けられると共に、
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が45度であることを特徴とする請求項１又は４に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１６】
又、請求項６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前記光透過板の両面に設けられると共に、
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が45度であることを特徴とする請求項２又は３に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１７】
又、請求項７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が45度であることを特徴とする請求項１又は４に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１８】
又、請求項８記載の短波長光用ファラデー回転子は、
前記光透過板の片面に、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が45度であることを特徴とする請求項２又は３に記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００１９】
更に、請求項９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、もう一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。
【００２０】
更に、請求項１０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９の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子である。
【００２１】
又、請求項１１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９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】
又、請求項１２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９の何れかに記載の短波長高パワー用ファラデー回転子である。
【００２３】
更に、請求項１３記載の発明は、
請求項１乃至９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。
【００２４】
又、請求項１４記載の発明は、
請求項１０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。
【００２５】
更に、請求項１５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１３に記載の光アイソレータである。
【００２６】
更に、請求項１６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１５に記載の光アイソレータである。
【００２７】
又、請求項１７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１５に記載の光アイソレータである。
【００２８】
又、請求項１８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１５に記載の光アイソレータである。
【００２９】
更に、請求項１９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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータである。
【００３０】
又、請求項２０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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータである。
【００３１】
又、請求項２１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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータである。
【００３２】
更に、請求項２２記載の光アイソレータは、
前記光の伝搬方向に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１５乃至２１の何れかに記載の光アイソレータである。
【００３３】
更に、請求項２３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１５乃至２２の何れかに記載の光アイソレータである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の請求項１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抑制される。
【００３５】
又、ガーネット単結晶で吸収された光は、ガーネット単結晶内部で熱に変換されてガーネット基板へと拡散される。このようにガーネット単結晶にガーネット基板を設けることにより、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。よって、ガーネット単結晶の温度上昇が抑えられる。
【００３６】
本発明の請求項２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1030nm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抑制される。
【００３７】
又、ガーネット単結晶で吸収された光は、ガーネット単結晶内部で熱に変換されて光透過板へと拡散される。このようにガーネット単結晶に光透過板を設けることにより、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。よって、ガーネット単結晶の温度上昇が抑えられる。
【００３８】
更に、請求項３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図示しない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。
【００３９】
更に、請求項４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。
【００４０】
更に、請求項５乃至８記載の短波長光用ファラデー回転子に依れば、45度のファラデー回転角が生じる厚みを２個のガーネット単結晶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個当たりの厚さを薄くできるので、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抑えることも可能となる。
【００４１】
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。
【００４２】
更に、請求項７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。
【００４３】
更に、請求項９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できる。
【００４４】
更に、請求項１０乃至１２又は請求項１６乃至２１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。
【００４５】
又、請求項１３又は１４に記載の光アイソレータに依れば、請求項１乃至１２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。
【００４６】
更に、請求項１５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。
【００４７】
更に、請求項２２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。
【００４８】
更に、請求項２３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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
＜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。
【００５０】
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、平板状で非磁性のガーネ
ット基板３の片面に、平板状の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）が接する様に設けられることで構成される。ガーネット基板３の片面にはガーネット単結晶２の光学面2osが接している。
【００５１】
又、そのファラデー回転子１を使用した光アイソレータは、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を配置してすることで構成されている。
【００５２】
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非磁性の基板である。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し、その厚みt1は、直線偏光の光が入射された時、前記光の偏光面を45度回転させるように設定されている。
【００５３】
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、基板を回転させながら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。
【００５４】
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、ファラデー回転角45度を有する厚みまで研磨し、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の組成に特に制限は無い。
【００５５】
次に、ガーネット単結晶２を育成したガーネット基板３を、ダイサー等で等mm角に切断し、図１に示すようなガーネット単結晶２とガーネット基板３から構成される１〜２mm角のファラデー回転子１を得る。
【００５６】
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）。
【００５７】
なお、熱硬化性樹脂に換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。
【００５８】
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。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、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の磁界はガーネット単結晶２を磁気飽和させるために十分な磁界とする。永久磁石６を載置することにより、飽和磁界を板厚方向に沿ってガーネット単結晶２にかけ、厚みt1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。
【００５９】
又は、図２のようにファラデー回転子１を直接、冷却素子９に接続するのではなく、ファラデー回転子１をホルダーに保持しても良い。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。
【００６０】
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。
【００６１】
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）と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される。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。
【００６２】
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、熱硬化性樹脂に換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。
【００６３】
更に、光学素子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、熱硬化性樹脂に換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。
【００６４】
以上のようにして冷却素子９に接続されたガーネット単結晶２の使用環境は、入射する光の波長をλ(nm)とした時に、λ＝1030nm以上かつ1090nm以下の任意の波長条件に設定される。
【００６５】
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のガーネット単結晶２に入射して、その偏光面が45度回転される。その際、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る。ガーネット単結晶２の厚みt1は非常に薄型に形成されるため、この薄さと熱伝導率の悪さから、ガーネット単結晶２単体では十分に熱を拡散・放熱することは出来ない。
【００６６】
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。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。
【００６７】
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。
【００６８】
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t1：120μｍ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）。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の温度上昇が抑制される。
【００６９】
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2osがガーネット基板３と接しているので、光学面2os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２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。よって、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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に換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2os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。
【００７７】
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2os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。
【００７８】
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。
【００７９】
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2os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。
【００８０】
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2osに光透過板11を面接触させ、光学面2osと光透過板11とを接合固定することによって製作される。そ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できるので、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。
【００８１】
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2os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。
【００８２】
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、熱膨張係数の整合がとれない場合にはガーネット単結晶２の使用温度（約25度〜30度）に近い状態で接合する必要がある。このような接合方法としては、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がある。
【００８３】
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。
【００８４】
前述の光アイソレータ８の場合と同様、ガーネット単結晶２に光が入射するとガーネット単結晶２で光吸収により熱が発生する。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。
【００８５】
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2osが光透過板11と接しているので、光学面2os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。よって、ガーネット単結晶２の温度上昇が抑えられ、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。
【００８６】
＜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。
【００８７】
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、平板状で非磁性のガーネット基板３の両面に、１個ずつ計２個の平板状のガーネット単結晶2a、2b
が設けられることで構成される。ガーネット基板３の両面には、ガーネット単結晶2a、2bのそれぞれの光学面2os1、2os2が接する。
【００８８】
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を配置してすることで構成されている。
【００８９】
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非磁性の基板であり、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。
【００９０】
ガーネット単結晶2a、2bは、LPE法により前記ガーネット基板３の両面上に育成される。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の片面を浸し、基板を回転させながらLPE法によって前記{111}面上に、前記ガーネット単結晶2aを大気雰囲気中でエピタキシャル成長させて育成する。
【００９１】
同じように、前記ガーネット基板３のもう一方の片面を溶融液の液面に浸してガーネット単結晶2bをエピタキシャル成長させることで、ガーネット基板３の両面にガーネット単結晶2a、2bを育成する。このガーネット単結晶2a、2bを研磨し、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の合計の厚み（t3+t4）は、２個合わせて45度のファラデー回転角を有する厚みに設定する。それぞれのファラデー回転角を22.5度に正確に分け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。
【００９２】
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（矢印Ｐ方向）から見たときに同一方向となるように設定する。
【００９３】
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）。
【００９４】
又は、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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。それぞれのファラデー回転角は、例えばガーネット単結晶2aのファラデー回転角を18度又は21.6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27度又は23.4度に設定すれば良い。
【００９７】
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２個のガーネット単結晶2a、2b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。ガーネット単結晶2a、2bの厚みt3、t4は非常に薄型に形成されるため、この薄さと熱伝導率の悪さから、ガーネット単結晶2a、2b単体では十分に熱を拡散・放熱することは出来ない。
【００９８】
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。
【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2a、2bの光透過損失は、波長1064ｎｍの光が45度回転する厚み（t3+t4）：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。
【０１００】
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。
【０１０１】
更に、本来45度のファラデー回転角が生じる厚みを、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個当たりの厚さを薄くできるので、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の温度上昇を抑えることも可能となる。
【０１０２】
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できる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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に換えて光透過板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。
【０１０６】
このようなファラデー回転子は、ガーネット基板３上にガーネット単結晶2a、2bを育成した後、ガーネット基板３を研磨により除去し、光透過板11の両面にそれぞれのガーネット単結晶2a、2bの光学面2os1、2os2を面接触させ、光学面2os1、2os2と光透過板11とを接合固定することによって製作する。
【０１０７】
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個のガーネット単結晶２、２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。
【０１０８】
２個のガーネット単結晶２、２の合計の厚み（t3+t4）は、２個合わせて45度のファラデー回転角を有する厚みに設定する（図１７参照）。それぞれのファラデー回転角を22.5度に正確に分け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２、２の厚みt3とt4は必ずしも等厚である必要は無い。２個のガーネット単結晶２、２が非等厚なファラデー回転子を備えた光アイソレータを光学デバイスに搭載する際は、前述のように光源からの光の入射側に配列されるガーネット単結晶は薄く、出射側のガーネット単結晶はそれよりも厚くなるように配置することが望ましい。
【０１０９】
更に、光アイソレータを構成するときは、光源側にガーネット単結晶２、２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。
【０１１０】
このようなファラデー回転子の構成とすることにより、ガーネット基板３の両面にガーネット単結晶2a、2bを育成する必要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２、２で発生した熱の伝導経路を図１２のファラデー回転子に比べて２倍確保することができるため、放熱効率がより向上する。
【０１１１】
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に換えて光透過板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２、２の光学面2os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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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の放熱効率を向上させることが可能となる。
【０１１６】
又、ガーネット単結晶２、2a、2bは自己保磁型ガーネット単結晶に変更しても良い。このようなガーネット単結晶でファラデー回転子を構成すれば永久磁石が不要になり、ファラデー回転子や光アイソレータの小型化が図れる。
【０１１７】
＜実施例＞
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に設定された面方位｛111｝のガーネット基板を浸し、基板を回転させながらLPE法によって前記{111}面上に、ガーネット単結晶を大気雰囲気中でエピタキシャル成長させる。
【０１１８】
育成したガーネット単結晶の厚みは100μｍであった。又、育成されたガーネット単結晶の結晶格子定数は、ガーネット基板の格子定数と溶融液の組成に依存し、12.57Åであった。
【０１１９】
次に、ガーネット基板のもう一方の面を溶融液の液面に浸して、同様に100μｍの厚みまでガーネット単結晶をLPE法で育成させた。そのガーネット単結晶の格子定数も12.57Åであった。本実施例のガーネット単結晶の組成はGdBi2Fe5O12である。
【０１２０】
この格子定数を有するガーネット単結晶を、これを夫々約60μｍまで研削、研磨して、ガーネット結晶の飽和磁界300(Oe)を厚み方向に沿ってかけた時に、板厚方向を透過する波長1064nmの直線偏光が２個のガーネット単結晶を透過したときに45度回転するように形成した。
【０１２１】
更に、ガーネット単結晶の表面に波長1064nmに対するARコートを蒸着した。
【０１２２】
次に、ガーネット単結晶を育成したガーネット基板を、等mm角に切断し、ガーネット単結晶とガーネット基板から構成される１mm角のファラデー回転子を得た。
【０１２３】
このファラデー回転子を２個の偏光子と共に、熱硬化性樹脂の接着剤で、冷却能力10Ｗのペルチェ素子（冷却面８×５mm）に接着して、連続入力20Ｗで波長1064nmのYAGレーザ光を入射させ、光透過損失を測定した。
【０１２４】
その結果、ガーネット単結晶の光吸収ピーク波長は890nmになり、光透過損失は0.7dBでアイソレーションは30dB以上であった。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明のファラデー回転子及び光アイソレータを、光センサ等の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できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【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】
【０１２７】
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
【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、
ガーネット基板とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は光を入射して、前記光の偏光面を回転させると共に、格子定数が12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定され、
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、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の使用環境は、λ＝1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記ガーネット基板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】
短波長光用ファラデー回転子は、
光透過板とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
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、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は光を入射して、前記光の偏光面を回転させると共に、格子定数が12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定され、
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、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の使用環境は、λ＝1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記光透過板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３】
前記光透過板が単結晶から成り、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少なくとも片面に設けられていることを特徴とする請求項２記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項４】
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１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前記ガーネット基板の両面に設けられると共に、
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が45度であることを特徴とする請求項１又は４に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項６】
２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が前記光透過板の両面に設けられると共に、
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が45度であることを特徴とする請求項２又は３に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項７】
前記ガーネット基板の片面に、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が45度であることを特徴とする請求項１又は４に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項８】
前記光透過板の片面に、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が45度であることを特徴とする請求項２又は３に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項９】
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、もう一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】
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９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】
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９の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項１２】
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９の何れかに記載の短波長高パワー用ファラデー回転子。
【請求項１３】
請求項１乃至９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１４】
請求項１０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１５】
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１３に記載の光アイソレータ。
【請求項１６】
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１５に記載の光アイソレータ。
【請求項１７】
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１５に記載の光アイソレータ。
【請求項１８】
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１５に記載の光アイソレータ。
【請求項１９】
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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２０】
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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２１】
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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２２】
前記光の伝搬方向に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１５乃至２１の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２３】
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１５乃至２２の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項１】
短波長光用ファラデー回転子は、
ガーネット基板とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は光を入射して、前記光の偏光面を回転させると共に、格子定数が12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定され、
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、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の使用環境は、λ＝1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記ガーネット基板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】
短波長光用ファラデー回転子は、
光透過板とビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を含み、
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、
前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶は光を入射して、前記光の偏光面を回転させると共に、格子定数が12.56Å以上かつ12.58Å以下に設定され、
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、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の使用環境は、λ＝1030nm以上かつ1090nm以下の波長条件に設定され、
前記光透過板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３】
前記光透過板が単結晶から成り、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少なくとも片面に設けられていることを特徴とする請求項２記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項４】
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１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前記ガーネット基板の両面に設けられると共に、
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が45度であることを特徴とする請求項１又は４に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項６】
２個の前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が前記光透過板の両面に設けられると共に、
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が45度であることを特徴とする請求項２又は３に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項７】
前記ガーネット基板の片面に、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が45度であることを特徴とする請求項１又は４に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項８】
前記光透過板の片面に、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が45度であることを特徴とする請求項２又は３に記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項９】
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、もう一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】
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９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】
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９の何れかに記載の短波長光用ファラデー回転子。
【請求項１２】
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９の何れかに記載の短波長高パワー用ファラデー回転子。
【請求項１３】
請求項１乃至９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１４】
請求項１０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１５】
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１３に記載の光アイソレータ。
【請求項１６】
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１５に記載の光アイソレータ。
【請求項１７】
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１５に記載の光アイソレータ。
【請求項１８】
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１５に記載の光アイソレータ。
【請求項１９】
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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２０】
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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２１】
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１５乃至１８の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２２】
前記光の伝搬方向に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１５乃至２１の何れかに記載の光アイソレータ。
【請求項２３】
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１５乃至２２の何れかに記載の光アイソレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００８−１３４５９５（Ｐ２００８−１３４５９５Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７９３５４（Ｐ２００７−１７９３５４）
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００２４０４７７）並木精密宝石株式会社 (210)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００２４０４７７）並木精密宝石株式会社 (210)
【Ｆターム（参考）】
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