[發(fā)明專利]光隔離器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410332275.5
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號(hào): CN104280901B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 矢作晃;渡邊聰明;牧川新二
• 申請（專利權(quán)）人: 信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): G02F1/09
• 分類號(hào): G02F1/09
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11280
• 代理人: 王勇,王博

技術(shù)領(lǐng)域

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)

一直以來，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(shí)，特性成為不穩(wěn)定狀態(tài)的問題。

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(dòng)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。

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。

并且，這種光隔離器由如下三個(gè)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(shí)，會(huì)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。

θ＝V×H×L

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)；H是磁通密度；L是法拉第轉(zhuǎn)子的長度(＝樣品長度)。

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H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H。所以，利用這一關(guān)系能夠?qū)崿F(xiàn)光隔離器的小型化。

另外，作為決定光隔離器大小的因素，因?yàn)槌舜艌鯤及轉(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。

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/Oe·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。

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。

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：Tb₃Ga₅O₁₂)等。這種TGG在600nm～800nm波長范圍中的費(fèi)爾德常數(shù)為0.27～0.50min/Oe·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0.46min/(Oe·cm)左右。在費(fèi)爾德常數(shù)為0.46min/(Oe·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。

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。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開2011-150208號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

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。