365 nm～4550 nmの波長帯における狭帯域または広帯域のフリースペース型光アイソレータ(ファラデーアイソレータ)をご提供しております。光アイソレータは、高出力対応の製品もラインナップしております。また、650 nm～2010 nmの偏光無依存型および770 nm～2010 nmの偏光依存型のファイバーアイソレータをご用意しています。 標準品がお客様の用途に合わない場合は、カスタムアイソレータのサービスもご提供しておりますのでご相談ください。

固定狭帯域アイソレータ

このアイソレータは設計波長で偏光回転角が45°になるように設定されています。偏光子は調整不可で、設計波長でアイソレーションが最大になるように設計されています。波長が変わるにつれてアイソレーションは低下します。グラフは代表的な特性を示しています。

• 固定型回転子、固定型偏光子
• 偏光依存型
• 小型で低価格
• チューニングなし

可変狭帯域アイソレータ

アイソレータは設計波長で偏光回転角が45°になるように設定されています。使用する波長を変え るとファラデ回転角も変わるので、アイソレーションが低下します。再度最大アイソレーションを得るには、出射側偏光子を再度「曲線の中心」になるように回転させます。この回転は順方向での透過損失を招きます。この損失は、使用波長と設計波長間の差に従って大きくなります。

• 固定型回転子、可変型偏光子
• 偏光依存型
• 汎用アイソレータ

可変広帯域アイソレータ

アイソレ―タは設計波長で偏光回転角が45°になるように設定されています。アイソレータ上には チューニングリングがあり、内部の磁石に挿入されて いるファラデ回転子の長さを調整します。使用する波長を変えるとファラデ回転角も変わるので、アイソレーションが低下します。最大アイソレーションは、回転角が 45°になるようにチューニングリングを調節することによって得ることができます。

• 可変型回転子、固定型偏光子
• 偏光依存型
• チューニングが簡単
• 可変狭帯域アイソレータよりも広いチューニング範囲

固定広帯域アイソレータ

45° のファラデ回転子は45°結晶石英回転子と組み合わされて、出力光では合計で90°になります。この回転子の材料は2つとも波長に依存するので平坦なアイ ソレーションが得られます。このアイソレータは設計帯域幅で動作する場合は、チューニングや調整を行なう必要がありません。

• 固定型回転子、固定型偏光子
• 偏光依存型
• 最大のアイソレーションバンド幅
• チューニングが不要

タンデム型アイソレータ

タンデム型アイソレータは、中央の1つの偏光子を共有する2つの直列のファラデ回転子で構成されています。2つの回転子が互い相殺しあうため、出力光の最終的な回転は0°になります。当社のタンデム型設計では、狭帯域で固定型または可変型のアイソレータとなっています。

• 最大60 dBのアイソレーション
• 偏光依存型
• 当社製品の中でもっとも高いアイソレーション
• 固定型または可変型

光アイソレータのチュートリアル

機能
光アイソレータはパッシブ型の磁気光学デバイスで、1方向にしか光を透過しません。 アイソレータの後方(下流)で生じる後方反射や信号から光源を保護するために使われます。 後方反射によって、レーザ光源の損傷や、モードホップや振幅変調、周波数シフトが生じる場合があります。 高パワーの用途では、後方反射が、光学系を不安定にし、出力スパイクを発生させる可能性があります。

光アイソレータの1方向性は、ファラデ 効果により実現されます。 1842年にMichael Faradayは、光が磁場にさらされたガラス(または別の材質)を透過すると、偏光面が回転するということを発見しました。 回転の向きは光の伝播方向ではなく、磁場の方位によって決まります。したがって回転は非相反的です。 回転量Q はV x L x Hで表わされます。ここでV、L、Hはそれぞれ下記のように定義されます。

図1. ファラデーローテータの直線偏光への影響

ファラデ回転

Q = V x L x H

V:ベルデ定数。光学物質の特性で、分/ Oersted-cmで表わされる　

L: 光学物質を通過する光路の長さで、 cmで表わされる

H: エルステッド(Oersted)で表わされる磁場強度

光アイソレータは、入射側偏光子、マグネット付きファラデーローテータ、出射側偏光子から構成されます。 入射側偏光子は、直線偏光だけをファラデーローテータに透過するフィルタとして機能します ファラデ素子によって入射光の偏光面は45°回転させられて、その後に光はもう1つの直線偏光子から出射します。 そこで入射信号に対して出射光は45°回転していることになります。 逆方向では、ファラデ回転子は順方向においてと同じ方向に光の偏光面を回転し続けるので、光の偏光面は入射信号に対して 90°回転していることになります。 光の偏光面は、この時点で入射側偏光子の透過軸に対して垂直となり、光エネルギーは偏光子の種類によって反射または吸収されます。

図2. 偏光依存型ファイバーアイソレータ 逆方向に伝搬する光は、入力側偏光子によって遮断されます

偏光依存型アイソレータ

順方向モード
この例では、入力側偏光子の軸は垂直です( 図2では0°)。 レーザ光は偏光に関係なく、入射偏光子に入ると直線偏光に切り出されます。 その後、ファラデーローテータによって、ロッドは偏光面 (POP)を同じ方向に45°回転させます。 最終的に、光は軸45°の出射側偏光子から出力されます。 そのため、光は45°のPOPでアイソレータを離れます。

逆方向モード
アイソレータを逆方向に進む光は最初に出射側偏光子に入ります。出射側偏光子により、光を入射側偏光子に対して45°の直線偏光に切り出されます。 この光がファラデーローテータのロッドに入るとロッドは偏光面(POP)を同じ方向に45°回転させるので、入射側偏光子に対して全部で90°回転することになり、光の偏光面はこの時点で入射側偏光子の透過軸に対して垂直なので、光は偏光子によって反射または吸収されます。

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図3. 偏光無依存型ファイバーアイソレータ。 逆方向からの光は入力ポートには結合せず、筐体で散乱・吸収されます

偏光無依存型ファイバーアイソレータ

順方向モード
偏光無依存型ファイバーアイソレータでは、入射光は複屈折性結晶によって2つに分岐します(図3参照)。 分岐した2本の光は、ファラデーローテータと1/2波長板によって偏光回転され、2つ目の複屈折性結晶により再結合されます。

逆方向モード
後方反射光などの逆方向から入力する光は、2つ目の複屈折性結晶に入射し、2本のビームに分岐します。 逆方向に進行する光では1/2波長板による偏光回転はファラデーローテータによる偏光回転により相殺されます。2本の光はいずれも、入射側の複屈折性ビーム分離プリズムから出力後、入力ポートに結合されず、アイソレータ筐体の壁に当たり散乱・吸収されます。これによって、逆方向からの光は入力側ファイバに伝搬しません。

一般情報

損傷閾値
当社のアイソレータは、市場に出ている従来のアイソレータと比べて高い透過率とアイソレーションを持っています。 さらに、25年の実績と5つの米国特許に裏打ちされ、同じ開口数の他社製品よりも小型で高性能な製品が揃っています。可視域からYAGレーザ波長までのアイソレータには、ファラデーローテータ 結晶としてTGG (テルビウムガリウムガーネット)を使用しています。TGGは光学品質、ベルデ定数、高出力レーザ耐力において極めて優れています。 当社のTGGアイソレーターロッドは、1064nmにおいての損傷閾値は15nsパルス(1.5GW/cm²)で22.5J/cm²、CWレーザで 20kW/cm²という試験結果となっています。 しかしながら、ビームのホットスポットによって引き起こされるレーザーパワーによる損傷に関しては当社が保証できないことにご留意ください。

図4. アイソレータ IO-5-780-HP入射前と出射後のパルス分散測定値

磁石
アイソレータのサイズと性能を決定する時、磁石は主要な要素となります。 磁石のサイズは、磁場強度だけではなく機械的設計によっても左右されます。当社の磁石の多くは単品ではなく複数の部品を組み合わせたものです。 当社独自のモデリングシステムによって、サイズ、光路長、回転、磁場の均一性に影響を与える 多くのパラメータを最適化しています。 当社の米国特許4,856,878 には、複数のYAGレーザ用の大口径アイソレータで採用されている設計に関して説明されています。 これらのアイソレータのまわりには強力な磁場があるので、5cm以内に鉄や磁性体を近づけないようにしてください。

温度
磁石およびファラデーローテータは、温度に依存性があります。温度が上昇するにつれ、磁場強度とベルデ定数は減少します。 使用温度が室温との間に±10 °C以上差がある場合には、当社までご相談ください。

パルス分散
屈折率が1を超える材質内を、パルスが伝播するとパルス幅は拡がります。 この分散はパルス幅に反比例するため、超高速レーザではこの傾向が顕著になります。

τ: アイソレータ入射前のパルス幅

τ_(z): アイソレータ出射後のパルス幅

例:
t = 197 fs results in t_(z) = 306 fs  (右写真)
t = 120 fs results in t_(z) = 186 fs