光隔離器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種600nm～800nm波長范圍用的小型化光隔離器，其適合于作為在醫(yī)療、光測量中使用的半導(dǎo)體激光器中的光隔離器。本發(fā)明是600nm～800nm波長范圍用的光隔離器，其特征在于，該光隔離器具備法拉第轉(zhuǎn)子和配置在該法拉第轉(zhuǎn)子外周的中空磁鐵，所述法拉第轉(zhuǎn)子由包含99％以上的下式(I)所示的氧化物的氧化物材料構(gòu)成，并且，在633nm波長的費(fèi)爾德常數(shù)為0.90min/(Oe·cm)以上，其中，配置法拉第轉(zhuǎn)子的樣品長L(cm)處于下述式(1)的范圍內(nèi)，對法拉第轉(zhuǎn)子施加的磁通密度B(Oe)處于下述式(2)的范圍內(nèi)。(TbxR1-x)2O3(I)在上式(I)中，x為0.5≦x≦1.0；R包含選自由鈧、釔和除Tb以外的鑭系元素組成的集合中的至少一種以上的元素。0.6≦L≦1.1(1)B≦0.5×104(2)。
【專利說明】光隔罔器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在工業(yè)激光領(lǐng)域中用于醫(yī)療、測量用途的、在600nm?800nm的波長范 圍使用的光隔離器。

【背景技術(shù)】
[0002] -直以來，對于用于醫(yī)療、測量等用途的工業(yè)激光，是使用可視光范圍的半導(dǎo)體激 光，近年來，該波長的用途也在不斷拓寬。關(guān)于這種半導(dǎo)體激光，一般來講，其具有發(fā)光光譜 窄且變換效率優(yōu)異的特點(diǎn)，但相反地，卻存在對于因反射光引起的回光非常敏感、當(dāng)來自于 對光纖的結(jié)合端面或被測物的反射光返回時，特性成為不穩(wěn)定狀態(tài)的問題。
[0003] 因此，為了防止反射光返回到作為發(fā)光光源的發(fā)光元件，以使半導(dǎo)體激光穩(wěn)定動 作，必須在發(fā)光光源與加工體之間配置光隔離器（an optical isolator),以阻斷從光纖向 發(fā)光光源反射而返回的光，所述光隔離器具有使順向的光透過而阻斷逆向的光的功能。
[0004] 然而，為了具有所述光隔離器的功能，需要45°左右的法拉第旋轉(zhuǎn)角。具體而言， 使入射至光隔離器的光的偏光面通過法拉第轉(zhuǎn)子而旋轉(zhuǎn)45°，以透過各自經(jīng)角度調(diào)整的入 出射偏光器。另一方面，利用法拉第轉(zhuǎn)子的非互易性，使回光的偏光面逆向地旋轉(zhuǎn)45°，成 為與入射偏光器成90°的垂直偏光面，從而無法透過。光隔離器正是利用這一現(xiàn)象使光僅 沿單方向透過，而阻止反射后返回的光。
[0005] 并且，這種光隔離器由如下三個主要部件構(gòu)成：法拉第轉(zhuǎn)子、配置于法拉第轉(zhuǎn)子的 光入射側(cè)及光出射側(cè)的一對偏光器、及向法拉第轉(zhuǎn)子的光透過方向（光軸方向）施加磁場 的磁鐵。在這種光隔離器中，當(dāng)光入射至法拉第轉(zhuǎn)子時，會產(chǎn)生偏光面在法拉第轉(zhuǎn)子中發(fā)生 旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象被稱為法拉第效應(yīng)，而將偏光面旋轉(zhuǎn)的角度稱為法拉第旋轉(zhuǎn)角，其大 小Θ以下式表示。
[0006] Θ = VXHXL
[0007] 此處，V是費(fèi)爾德常數(shù)，是由法拉第轉(zhuǎn)子的材料及測定波長決定的常數(shù)；Η是磁通 密度；L是法拉第轉(zhuǎn)子的長度（=樣品長度）。
[0008] 由上式可知，若在具備一定大小的費(fèi)爾德常數(shù)V的轉(zhuǎn)子中獲得所希望的法拉第旋 轉(zhuǎn)角，對法拉第轉(zhuǎn)子施加的磁場Η越大，則越能縮短轉(zhuǎn)子長度L。相反，轉(zhuǎn)子長度L越長，則 越能減小磁通密度Η。所以，利用這一關(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)光隔離器的小型化。
[0009] 另外，作為決定光隔離器大小的因素，因?yàn)槌舜艌靓Ъ稗D(zhuǎn)子長度L之外，還有由 法拉第轉(zhuǎn)子的材料和測定波長所決定的費(fèi)爾德常數(shù)V，故為了實(shí)現(xiàn)光隔離器小型化，需要開 發(fā)能夠縮短法拉第轉(zhuǎn)子的材料。
[0010] 作為能夠使使光隔離器小型化的材料，專利文獻(xiàn)1中記載了一種以質(zhì)量比換算含 有30%以上氧化釔的氧化物，根據(jù)該專利文獻(xiàn)1的記載，若使用該氧化物，費(fèi)爾德常數(shù)V為 0· 050min/0e · cm以上，法拉第轉(zhuǎn)子的長度為50mm以下，并且?guī)缀醪话l(fā)生對波長320nm? 800nm光的吸收，因此，指出能夠?qū)崿F(xiàn)在波長320nm?800nm中使用的光隔離器的小型化。
[0011] 但是，近年來，在使用半導(dǎo)體激光器的醫(yī)療、測量等領(lǐng)域，對于使用于600nm? 800nm波長范圍的光隔離器提出了更高的小型化要求，利用法拉第轉(zhuǎn)子的長度為50mm以下 的現(xiàn)有的氧化釔材料，已不能充分滿足這種要求，實(shí)際上正在尋求能夠?qū)崿F(xiàn)小型化為11mm 以下這種更短要求的材料。
[0012] 因此，一直以來，作為在600nm?800nm波長范圍使用的法拉第轉(zhuǎn)子的材料，公知 有TGG :鋱-鎵-石榴石（化學(xué)式：Tb3Ga5012)等。這種TGG在600nm?800nm波長范圍中 的費(fèi)爾德常數(shù)為〇. 27?0. 50min/0e · cm，是比較小的數(shù)值。即使是實(shí)際上使用的TGG結(jié) 晶，其費(fèi)爾德常數(shù)在波長633nm下為0. 46miiV(0e*cm)左右。在費(fèi)爾德常數(shù)為0. 46min/ (0e · cm)左右的情況下，為了發(fā)揮光隔離器的功能，必須增加光路的長度，因此存在光隔離 器形狀變大的問題。這里，1分（min)表示1/60度。
[0013] 另外，雖然也可以考慮使用含鉛玻璃，但該材料在600nm?800nm波長范圍中的費(fèi) 爾德常數(shù)比TGG更小，故不適合作為法拉第轉(zhuǎn)子的材料。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0015] 專利文獻(xiàn)
[0016] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利特開2011-150208號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 因此，本發(fā)明鑒于以上情況而完成，其目的在于，通過在600nm?800nm波長范圍 中組合法拉第效應(yīng)大的法拉第轉(zhuǎn)子和外形小的磁鐵，提供一種更小型化的光隔離器。
[0018] 于是，為了達(dá)到所述目的，本發(fā)明人進(jìn)行了深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在600nm? 800nm波長范圍，為了使法拉第轉(zhuǎn)子的長度為11mm以下，優(yōu)選費(fèi)爾德常數(shù)為0. 60min/0e ·αιι 以上，若小于該值，在所使用的磁場下的法拉第轉(zhuǎn)子的長度將會超過11mm，難于實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步 的小型化。因此，本發(fā)明人進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，作為在波長633mm下的費(fèi)爾德常數(shù)達(dá)到 0. 90min/0e · cm以上的材料，開發(fā)了以質(zhì)量比換算含有50%以上氧化試的氧化物材料，發(fā) 現(xiàn)當(dāng)將該材料用于法拉第轉(zhuǎn)子時，可將其長度縮短為11_以下。并且還發(fā)現(xiàn)，如果將這種 法拉第效應(yīng)大的所述氧化物材料與磁通密度大的中空磁鐵組合，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型化。 從而促成的了本發(fā)明的完成。
[0019] 本發(fā)明是一種600nm?800nm波長范圍用的光隔離器，該光隔離器由法拉第轉(zhuǎn)子 和配置在該法拉第轉(zhuǎn)子外周的中空磁鐵構(gòu)成，所述法拉第轉(zhuǎn)子由包含99%以上的下式（I) 所示的氧化物的氧化物材料組成，并且在633nm的波長的費(fèi)爾德常數(shù)為0. 90miiV(0e · cm) 以上，其特征在于，配置有法拉第轉(zhuǎn)子的長L(cm)處于下述式（1)的范圍內(nèi)，對所述法拉第 轉(zhuǎn)子施加的磁通密度B(0e)處于下述式（2)的范圍內(nèi)。
[0020] (Tb^J 2〇3 (I)
[0021] 在上式（I)中，X為0.5蘭X蘭1.0 ;R包含選自由鈧、釔和除Tb以外的鑭系元素 組成的集合中的至少一種以上的元素。
[0022] 0. 6 ^ L ^ 1. 1 (1)
[0023] B 芻 0.5X104 (2)
[0024] 并且，本發(fā)明的氧化物優(yōu)選單晶體或陶瓷，本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子優(yōu)選在其程度為 所述L(cm)內(nèi)時，具有l(wèi)dB以下的插入損耗和30dB以上的消光比，再者，本發(fā)明的中空磁 鐵優(yōu)選由釹-鐵-硼（NdFeB)系磁鐵構(gòu)成。
[0025] 發(fā)明的效果
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，能夠使光隔離器的進(jìn)一步的小型化成為可能，從而能夠增加嵌入光 隔離器的激光裝置內(nèi)的空間尺寸的自由度。另外，與現(xiàn)有的TGG法拉第轉(zhuǎn)子相比，能夠?qū)㈤L 度縮短為1/2左右，所以，通過這種尺寸的縮短，能夠減少吸收損耗，并能夠減少作為光隔 離器的重要特征的插入損耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是表示本發(fā)明的光隔離器的結(jié)構(gòu)例的截面示意圖。
[0028] 圖2是表示法拉第旋轉(zhuǎn)角為45度的磁通密度T(1040e)的大小相對于法拉第轉(zhuǎn)子 的樣品長L(0. 6cm?1.1cm)的關(guān)系的圖。
[0029] 圖3是用于算出實(shí)施例1中使用的磁鐵形狀的磁通密度模擬圖。圖中的Z[mm]表 示距光軸6上的中心的距離，樣品長L[cm]作為2XZ/10來算出?？v軸為氣隙磁通密度。
[0030] 圖4是用于算出比較例1中使用的磁鐵形狀的磁通密度模擬圖。圖中的Z[mm]表 示距光軸6上的中心的距離，樣品長L[cm]作為2XZ/10來算出?？v軸為氣隙磁通密度。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 以下，對本發(fā)明的一實(shí)施方式進(jìn)行說明，但本發(fā)明并非限定于該實(shí)施方式。
[0032] 本發(fā)明的光隔離器優(yōu)選用于600nm?800nm的波長范圍，這種激光器中也包括半 導(dǎo)體激光器。另外，也可以將本發(fā)明的光隔離器設(shè)計變更為所述以外的波長范圍的激光。圖 1是表示本發(fā)明的光隔離器的結(jié)構(gòu)例的截面示意圖，在圖1中，入射偏光器1、法拉第轉(zhuǎn)子2 及出射偏光器3依次配置在從左側(cè)的入射側(cè)朝向右側(cè)的出射側(cè)的光軸6上。并且，在入射 偵!|，入射偏光器1固定于偏光器底座4上，在出射側(cè)，出射偏光器固定于金屬底座5上。
[0033] 法拉第轉(zhuǎn)子2的形狀并無特別限定，可為三棱柱狀、四棱柱狀，但優(yōu)選為圓筒狀， 故以下以圓筒狀的法拉第轉(zhuǎn)子為例進(jìn)行說明。在該法拉第轉(zhuǎn)子2的外周配置有中空磁鐵7。 在法拉第轉(zhuǎn)子2為圓筒狀的情況下，中空磁鐵7優(yōu)選為中空圓筒狀，法拉第轉(zhuǎn)子2的中心軸 及中空磁鐵7的中空部的中心軸優(yōu)選為同軸。并且，優(yōu)選法拉第轉(zhuǎn)子2的外徑與中空磁鐵 7的中空部的內(nèi)徑大致相同，且在裝配光隔離器之后進(jìn)行調(diào)芯。通過如此配置，法拉第轉(zhuǎn)子 2被配置在中空磁鐵7的中心。
[0034] 本發(fā)明的光隔離器具有波長633nm處的費(fèi)爾德常數(shù)為0. 90miiV(0e · cm)以上的 法拉第轉(zhuǎn)子。接下來對該法拉第轉(zhuǎn)子進(jìn)行說明。
[0035] 本發(fā)明的法拉第轉(zhuǎn)子優(yōu)選由以質(zhì)量比換算包含50%以上氧化鋱的氧化物材料構(gòu) 成，所述氧化鋱在波長633nm處的費(fèi)爾德常數(shù)為0. 90miiV(0e*cm)以上。作為具體的材料， 可以是包含99%以上的下式（I)所示的氧化物的材料，此外，有時還包含燒結(jié)助劑。
[0036] (Tb^J 2〇3 (I)
[0037] 此處，在式（I)中，X為0.5蘭X蘭1.0 ;R包含選自由除Tb以外的鑭系元素組成 的集合中的至少一種以上的元素。并且，該氧化物的含量優(yōu)選99. 9重量％以上，更優(yōu)選100 重量％。
[0038] 另外，在將這種氧化物結(jié)晶用作光隔離器的法拉第轉(zhuǎn)子時，優(yōu)選切斷之后通過研 磨劑等對表面實(shí)施鏡面拋光處理。對于研磨劑沒有特別的限定，可以列舉例如膠體二氧化 硅。
[0039] 再者，在本發(fā)明中，雖然費(fèi)爾德常數(shù)只要在0. gOminAOe ·cm)以上即可，并無特別 限定，但以氧化鋱含量100%的費(fèi)爾德常數(shù)為上限。這是因?yàn)?，若費(fèi)爾德常數(shù)小于0.90min/ (Oe · cm)，為使法拉第旋轉(zhuǎn)角為45°所需要的法拉第轉(zhuǎn)子的長度變長，光隔離器的小型化 變得困難。這種費(fèi)爾德常數(shù)可以按照傳統(tǒng)的方法進(jìn)行測定，沒有特別限定。具體而言，即， 切出規(guī)定厚度的氧化物，進(jìn)行鏡面研磨拋光處理，將法拉第轉(zhuǎn)子設(shè)置在已知磁通密度大小 的永久磁鐵上，將測定條件設(shè)定為25±10°，在大氣中測定波長為633nm處的費(fèi)爾德常數(shù)。
[0040] 下表1中給出了本發(fā)明的OXUA的具體組成例和費(fèi)爾德常數(shù)。
[0041] 表 1
[0042]

【權(quán)利要求】
1. 一種600nm?800nm波長范圍用的光隔離器，該光隔離器由法拉第轉(zhuǎn)子和配置在該 法拉第轉(zhuǎn)子外周的中空磁鐵構(gòu)成，所述法拉第轉(zhuǎn)子由包含99%以上的下式（I)所示的氧化 物的氧化物材料組成，并且，在633nm波長的費(fèi)爾德常數(shù)為0. 90miiV(0e ·cm)以上，其特征 在于，配置有法拉第轉(zhuǎn)子的長L(cm)處于下述式（1)的范圍內(nèi)，對所述法拉第轉(zhuǎn)子施加的磁 通密度B(Oe)處于下述式（2)的范圍內(nèi)， (TbUA (I) 在上式⑴中，X為0.5蘭X蘭1.0 ;R包含選自由鈧、釔和除Tb以外的鑭系元素組成 的群組中的至少一種以上的元素。 0. 6 ^ L ^ 1. 1 (1) B 蘭 0.5X104 (2)
2. 如權(quán)利要求1所述的光隔離器，其特征在于，所述氧化物為單晶體或陶瓷。
3. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的光隔離器，其特征在于，所述法拉第轉(zhuǎn)子在樣品長 為所述L(cm)時，具有l(wèi)dB以下的插入損耗和30dB以上的消光比。
4. 如權(quán)利要求1?3中任一項所述的光隔離器，其特征在于，所述中空磁鐵包含 釹-鐵-硼（NdFeB)系磁鐵。
【文檔編號】G02F1/09GK104280901SQ201410332275
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】矢作晃, 渡邊聰明, 牧川新二 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社