光アイソレータ(optical isolator)は光を一方向だけ通過させ、逆方向には光を切断する光学素子である。
光源の不安定性および損傷の原因となる戻り光から光原を保護するために使用される。

光アイソレータの原理

光アイソレータは大きく分けて、入射光が直線偏光の場合に対応する「偏光依存型」と、入射光の偏光状態に依存しない「偏光無依存型」に分類される。

偏光依存型光アイソレータ(Polarization Dependent Isolator)

図1に偏光依存型光アイソレータの原理図を示す。透過軸が45°傾いた2つの偏光子の間にファラデー回転角が45°の素子を挿入した構造を持つ。

偏光依存型光アイソレータの原理

図1:偏光依存型光アイソレータの原理

光アイソレータは、磁界によって光の偏光状態が回転する磁気光学効果(ファラデー効果)を用いている。ファラデー回転子は直線偏光の偏光面を回転させる働きを持っており、通信用ではビスマス・鉄・ガーネット(BIG)、イットリウム・鉄・ガーネット(YIG)が使われている。図1のように磁界をかけると、順方向と逆方向で偏光面が逆方向に回転する(非相反性)。順方向では、入力光は偏光子Aにより直線偏光とされ、ファラデー回転子により+45°回転し、45°傾けた偏光子Bを透過できる。逆方向では-45°偏光面が回転するため、偏光子Aと直交してしまい、大きな損失を受ける。最初に通過する偏光子Aが既定する偏波方向の直線偏光しか通過できないことになり偏光方向に依存することから「偏光依存型」と呼ばれる。

偏光無依存型光アイソレータ(Polarization Independent Isolator)

偏光無依存型光アイソレータ(Polarization Independent Isolator またはPolarization Insensitive Isolator) は,偏光子の代わりに複屈折結晶製くさびによって偏光を常光(ordinary ray) と異常光(extraordinary ray) に分離する。その後、それぞれの光は図2 のような光路を辿り、最終的には1 つの光になる。

偏光無依存型光アイソレータの原理

図2:偏光無依存型光アイソレータの原理

しかし、逆方向の光の場合は最終的に1 つの光にはならない。通常、複屈折結晶の両端にはコリメータレンズと光ファイバーが存在するが,逆方向から来た光はコリメータレンズによって光ファイバーに結合されない。偏光無依存型光アイソレータは入射光の状態を問わず使用できるため汎用性の高いアイソレータである。

光アイソレータが必要なワケ

光源から出た光は、光コネクタや対象物、レンズなどの光学部品から反射されて光源に戻ってくる(この光を『戻り光』という)。この戻り光が光源の出力変動やノイズの原因となるばかりか、最悪の場合光源の破壊を引き起こします。特にファイバーレーザーの場合、ファイバーは高利得であるため、 戻り光はファイバー伝搬中に高いパワーに増幅される。その結果ファイバーレーザーの種光源やLD、光学系を回復不能なまでに損傷させてしまうので、アイソレータは重要になる。


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