CN110531466B - 法拉第旋光器和磁光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够稳定地得到45°的旋转角且进一步小型的法拉第旋光器和磁光学元件，该法拉第旋光器的特征在于，具有：磁路，其具有分别设置有供光通过的贯通孔的第一～第三磁铁体；法拉第元件，其配置于贯通孔内，且由光透射的顺磁性体构成，磁路沿前后方向在同轴上依次配置有第一～第三磁铁体，在将光通过贯通孔的方向设为光轴方向时，第一磁铁体在与光轴方向垂直的方向上以使贯通孔侧成为N极的方式被磁化，第二磁铁体在与光轴方向平行的方向上以使第一磁铁体侧成为N极的方式被磁化，第三磁铁体在与光轴方向垂直的方向上以使贯通孔侧成为S极的方式被磁化，法拉第元件在光轴方向上的长度比第二磁铁体在光轴方向上的长度短。
Description
技术领域
本发明涉及法拉第旋光器和磁光学元件。
背景技术
光隔离器为将光仅沿一个方向传播，并阻止反射返回的光的磁光学元件。光隔离器在用于光通信系统和激光加工系统等的激光振荡器中使用。
目前，光通信系统中使用的波长域主要为1300nm～1700nm，光隔离器中的法拉第旋光器的法拉第元件使用稀土铁石榴石。
另一方面，用于激光加工等的波长为比光通信带域短的波长，主要为1000nm左右。在该波长域中，由于上述稀土铁石榴石的光吸收大，因此，不能使用。因此，通常使用由顺磁性体结晶构成的法拉第元件，特别是众所周知的铽镓石榴石(TGG)。
为了作为光隔离器使用，需要法拉第旋转产生的旋转角(θ)为45°。该法拉第旋转角处于法拉第元件的长度(L)、费尔德常数(V)、与光轴平行的磁通密度(H)和下述式(1)的关系。
θ＝V·H·L式(1)
其中，费尔德常数(Verdet)为依存于材料的特性。因此，为了调节法拉第旋转角，需要使法拉第元件的长度、与施加于法拉第元件的光轴平行的磁通密度变化。特别是，因为近年来要求装置的小型化，所以通过不调节法拉第元件及磁铁的大小而改变磁铁的结构，实现施加于法拉第旋光器的磁通密度的提高。
例如，在下述的专利文献1中公开了具有由第一～第三磁铁构成的磁路和法拉第元件的法拉第旋光器。第一磁铁在与光轴垂直的方向且朝向光轴的方向上被磁化。第二磁铁在与光轴垂直的方向且远离光轴的方向上被磁化。在这些之间配置有第三磁铁。第三磁铁在与光轴平行的方向且从第二磁铁朝向第一磁铁的方向上被磁化。在该磁路中，将第一磁铁和第二磁铁在光轴方向上的长度设为L2，将第三磁铁在光轴方向上的长度设为L3时，L2/10≤L3≤L2的关系成立。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－229802号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
当由专利文献1所述的结构形成磁路时，在第一磁铁和第三磁铁的粘接部、第二磁铁和第三磁铁的粘接部附近形成有磁通密度最大的区域。另外，在与连结该两区域的第三磁铁同等的长度的内部空间形成有磁通密度大且稳定的区域。
然而，在专利文献1中，使用超过上述区域的大小的法拉第元件。这是因为TGG这样的顺磁性体结晶的费尔德常数小，因此，为了得到期望的法拉第旋转角，法拉第元件的长度也重要。然而，当使用比表示如上述那样稳定的磁通密度的区域大的元件时，在制作法拉第旋光器时，法拉第元件的位置偏移的情况下，施加于法拉第元件的磁通密度会产生偏置。其结果，存在法拉第旋转角的偏差显著，难以稳定地得到期望的法拉第旋转角的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的发明，其目的在于，提供能够稳定地得到45°的法拉第旋转角且进一步小型的法拉第旋光器和磁光学元件。
用于解决问题的技术方案
本发明的法拉第旋光器的特征在于，具有：磁路，其具有分别设置有供光通过的贯通孔的第一～第三磁铁体；法拉第元件，其配置于贯通孔内，且由光透射的顺磁性体构成，磁路沿前后方向在同轴上依次配置有第一～第三磁铁体，在将光通过磁路的贯通孔的方向设为光轴方向时，第一磁铁体在与光轴方向垂直的方向上以使贯通孔侧成为N极方式被磁化，第二磁铁体在与光轴方向平行的方向上以使第一磁铁体侧成为N极的方式被磁化，第三磁铁体在与光轴方向垂直的方向上以使贯通孔侧成为S极的方式被磁化，法拉第元件在光轴方向上的长度比第二磁铁体在光轴方向上的长度短。根据上述这样的结构，在第一磁铁体和第二磁铁体的粘接部、第二磁铁体和第三磁铁体的粘接部附近形成有磁通密度最大的区域。而且，所配置的法拉第元件的长度比第二磁铁体在光轴方向上的长度短，从而法拉第元件整体进入磁通密度稳定的区域。因此，在组装时，法拉第元件的位置难以偏移，并能够抑制法拉第旋转角的变动。
在本发明的法拉第旋光器中，优选顺磁性体为玻璃材料。
在本发明的法拉第旋光器中，优选玻璃材料含有选自Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm中的至少1种稀土元素。特别优选含有Tb。
在本发明的法拉第旋光器中，优选玻璃材料以摩尔％的氧化物换算含有多于40％的Tb2O3，Tb3+相对于全部Tb的比例以摩尔％计为55％以上。这种玻璃材料的费尔德常数为0.2min/Oe·cm以上，因为比现有的TGG的费尔德常数(0.13min/Oe·cm)大，所以容易制作更小型的法拉第元件。
在本发明的法拉第旋光器中，优选法拉第元件的长度相对于第二磁铁体在光轴方向上的长度为0.5倍以上、0.99倍以下。
本发明的法拉第旋光器中，优选磁路中的贯通孔的截面积为100mm2以下。通过将贯通孔的截面积设为100mm2以下，磁通密度容易变大，因此容易小型化。
本发明的磁光学元件的特征在于，具有：所述法拉第旋光器和配置于法拉第旋光器的磁路的光轴方向上的一端的第一光学零件以及配置于另一端的第二光学零件，通过磁路的贯通孔的光通过第一光学零件以及第二光学零件。
在本发明的磁光学元件中，第一光学零件以及第二光学零件可以为偏振镜。
发明效果
根据本发明，可以提供能够稳定地得到45°的法拉第旋转角且进一步小型的法拉第旋光器和磁光学元件。
附图说明
图1是表示本发明的法拉第旋光器的结构的一例的示意截面图。
图2是表示本发明的第一磁铁体的结构的一例的图。
图3是表示本发明的第二磁铁体的结构的一例的图。
图4是表示本发明的第三磁铁体的结构的一例的图。
图5是表示本发明的磁光学元件的结构的一例的示意截面图。
附图标记的说明
1…法拉第旋光器
2…磁路
2a…贯通孔
11…第一磁铁体
12…第二磁铁体
13…第三磁铁体
14…法拉第元件
20…磁光学元件
25…第一光学零件
26…第二光学零件
具体实施方式
以下，对优选的实施方式进行说明。但是，以下的实施方式只是例示，本发明不限定于以下的实施方式。另外，在各附图中，实际上具有相同功能的部件有时用相同符号进行参照。
(法拉第旋光器)
图1是表示本发明的法拉第旋光器的结构的一例的示意截面图。此外，图1中的N和S的字母表示磁极。在后述的其它附图中也是同样。
法拉第旋光器1是用于光隔离器、光循环器等磁光学元件的装置。法拉第旋光器1具有设置有供光通过的贯通孔2a的磁路2和配置于上述贯通孔2a内的法拉第元件14。法拉第元件14由透射光的顺磁性体构成。
磁路2具有分别设置有贯通孔的第一磁铁体11、第二磁铁体12和第三磁铁体13。磁路2沿前后方向在同轴上依次配置有第一磁铁体11、第二磁铁体12和第三磁铁体13。此外，同轴上配置是指从光轴方向看时，以各磁铁体的中央附近重叠的方式配置。在本实施方式中，通过将第一磁铁体11、第二磁铁体12和第三磁铁体13的贯通孔连结，构成磁路2的贯通孔2a。
在磁路2中，第一磁铁体11和第三磁铁体13在与光轴方向垂直的方向上被磁化，且磁化方向相互对置。具体而言，第一磁铁体11在与光轴方向垂直的方向上以使贯通孔侧成为N极的方式被磁化。第三磁铁体13在与光轴方向垂直的方向上以使贯通孔侧成为S极的方式被磁化。第二磁铁体12在与光轴方向平行的方向上以使第一磁铁体11侧成为N极的方式被磁化。
可以使光从第一磁铁体11侧射入法拉第旋光器1，也可以从第三磁铁体13侧射入。
本发明的法拉第旋光器1的特征在于：所配置的法拉第元件14在光轴方向上的长度比上述第二磁铁体12在光轴方向上的长度短。此外，以下，有时将在光轴方向上的长度简单地记载为长度。
法拉第元件14的长度相对于第二磁铁体12的长度优选为0.5倍以上、0.99倍以下，更优选为0.7倍以上、0.95倍以下，特别优选为0.8倍以上、0.9倍以下。当形成图1那样的磁路时，在第一磁铁体11和第二磁铁体12的粘接部以及第二磁铁体12和第三磁铁体13的粘接部附近形成有磁通密度最大的区域。因此，通过所配置的法拉第元件14的长度比第二磁铁体的长度短，法拉第元件14整体进入磁通密度大的区域。因此，即使在组装时法拉第元件14的位置偏移，也能够抑制法拉第旋转角的变动。另外，由于能够有效地向法拉第元件14整体施加磁场，所以即使利用短的法拉第元件、或小的磁铁体也能够得到大的法拉第旋转角，法拉第旋光器1和使用其的磁光学元件的进一步小型化成为可能。此外，以下，有时将法拉第旋转角记载为旋转角。
磁路2的贯通孔2a的截面积优选为100mm2以下。当贯通孔2a的截面积过大时，不能得到充分的磁通密度，当过小时，难以将法拉第元件14配置在贯通孔2a内。贯通孔2a的截面积优选为3mm2～80mm2、4mm2～70mm2、5mm2～60mm2，特别优选为7mm2～50mm2。
磁路2的贯通孔2a的截面形状没有特别限定，可以为矩形、圆形。从组装容易的方面考虑，优选矩形，从赋予均匀的磁场的方面考虑，优选圆形。法拉第元件14的截面形状和磁路2的贯通孔2a的截面形状未必一致，但从赋予均匀的磁场的观点考虑，优选一致。
图2是表示第一磁铁体的结构的一例的图。图3是表示第二磁铁体的结构的一例的图。图4是表示第三磁铁体的结构的一例的图。
组合4个磁铁片构成图2所示的第一磁铁体11。此外，构成第一磁铁体11的磁铁片的个数不限定于上述。例如，也可以组合6个或8个等的磁铁片构成第一磁铁体11。通过组合多个磁铁片构成第一磁铁体11，能够有效地增大磁场。但是，第一磁铁体11也可以由单体磁铁构成。
图3所示的第二磁铁体12由1个单体磁铁构成。此外，也可以组合2个以上的磁铁片构成第二磁铁体12。
与第一磁铁体11相同，组合4个磁铁片构成图4所示的第三磁铁体13。此外，也可以组合6个或8个等的磁铁片构成第三磁铁体13，也可以由单体磁铁构成。
本发明的第一磁铁体11、第二磁铁体12和第三磁铁体13由永久磁铁构成。作为上述永久磁铁，特别优选稀土磁铁，其中优选将钐－钴(Sm－Co)作为主成分的磁铁、将钕－铁－硼(Nd－Fe－B)作为主成分的磁铁。
本发明的法拉第元件14能够使用顺磁性体。其中优选使用玻璃材料。由玻璃材料构成的法拉第元件由于单结晶材料的缺陷等引起的费尔德常数的变动和消光比的降低少，来自粘接剂的应力的影响也少，因此，能够保持稳定的费尔德常数和高的消光比。此外，法拉第元件14也可以使用玻璃材料以外的顺磁性体。
用于本发明的法拉第元件14的玻璃材料优选含有选自Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm中的至少1种稀土元素。特别优选含有Tb。
用于本发明的法拉第元件14的玻璃材料以摩尔％的氧化物换算优选含有多于40％的Tb2O3，优选为45％以上、48％以上、49％以上，特别优选为50％以上。这样，通过增加Tb2O3的含量，容易得到良好的法拉第效果。此外，在玻璃中，Tb以3价、4价的状态存在，但在本说明书中将它们全部以Tb2O3表示。
在本发明的玻璃材料中，Tb3+相对于全部Tb的比例以摩尔％计优选为55％以上，优选为60％以上、70％以上、80％以上、90％以上，特别优选为95％以上。当Tb3+相对于全部Tb的比例过少时，波长300nm～1100nm时的光透射率容易降低。
另外，在本发明的法拉第元件14中能够含有下述的成分。此外，在以下的各成分的含量的说明中，只要没有特别说明，“％”是指“摩尔％”。
SiO2是成为玻璃骨架，且扩大玻璃化范围的成分。但是，由于不会有助于费尔德常数的提高，因此，当其含量过多时，难以得到充分的法拉第效果。因此，SiO2的含量优选为0％～50％，特别优选为1％～35％。
B2O3是成为玻璃骨架，且扩大玻璃化范围的成分。但是，由于B2O3不会有助于费尔德常数的提高，因此，当其含量过多时难以得到充分的法拉第效果。因此，B2O3的含量优选为0％～50％，特别优选为1％～40％。
P2O5是成为玻璃骨架，且扩大玻璃化范围的成分。但是，由于P2O5不会有助于费尔德常数的提高，因此，当其含量过多时，难以得到充分的法拉第效果。因此，P2O5的含量优选为0％～50％，特别优选为1％～40％。
Al2O3是提高玻璃形成能力的成分。但是，由于Al2O3不会有助于费尔德常数的提高，因此，当其含量过多时难以得到充分的法拉第效果。因此，Al2O3的含量优选为0％～50％，特别优选为0％～30％。
La2O3、Gd2O3、Y2O3具有使玻璃化稳定的效果。但是，当其含量过多时，反而难以玻璃化。因此，La2O3、Gd2O3、Y2O3的含量分别优选为10％以下，特别优选为5％以下。
Dy2O3、Eu2O3、Ce2O3使玻璃化稳定，并且还有助于费尔德常数的提高。但是，当其含量过多时，反而难以玻璃化。因此，Dy2O3、Eu2O3、Ce2O3的含量分别优选为15％以下，特别优选为10％以下。此外，存在于玻璃中的Dy、Eu、Ce以3价、4价的状态存在，但在本说明书中，将它们全部分别以Dy2O3、Eu2O3、Ce2O3表示。
MgO、CaO、SrO、BaO具有使玻璃化稳定，并且提高化学耐久性的效果。但是，由于不会有助于费尔德常数的提高，因此，当其含量过多时，难以得到充分的法拉第效果。因此，这些成分的含量分别优选为0％～10％，特别优选为0％～5％。
GeO2为提高玻璃形成能力的成分。但是，由于GeO2不会有助于费尔德常数的提高，因此，当其含量过多时，难以得到充分的法拉第效果。因此，GeO2的含量优选为0％～15％、0％～10％，特别优选为0％～9％。
Ga2O3具有提高玻璃形成能力，扩大玻璃化范围的效果。但是，当其含量过多时，容易失透。另外，由于Ga2O3不会有助于费尔德常数的提高，因此，当其含量过多时，难以得到充分的法拉第效果。因此，Ga2O3的含量优选为0％～6％，特别优选为0％～5％。
氟具有提高玻璃形成能力，扩大玻璃化范围的效果。但是，当其含量过多时，在熔融中挥发，引起组成变动，有可能对玻璃化造成不良影响。另外，容易增加脉理。因此，氟的含量(F2换算)优选为0％～10％、0％～7％，特别优选为0％～5％。
作为还原剂，能够添加Sb2O3。但是，为了避免着色，或者考虑对环境的负荷，其含量优选为0.1％以下。
本发明的法拉第元件在波长300nm～1100nm的范围内表示良好的光透射性。具体而言，在波长1064nm、光路长1mm时的透射率优选为60％以上、70％以上，特别优选为80％以上。另外，在波长633nm、光路长1mm时的透射率优选为30％以上、50％以上、70％以上，特别优选为80％以上。另外，在波长533nm、光路长1mm时的透射率优选为30％以上、50％以上、70％以上，特别优选为80％以上。
本发明的法拉第元件14的截面形状没有特别限定，但为了具有均匀的法拉第效果，优选为圆状。法拉第元件14的直径优选为10mm以下、8mm以下、5mm以下、特别优选为3.5mm以下。当法拉第元件14的直径过大时，不能配置于磁路2的贯通孔2a内。或者，需要增大磁路，法拉第旋光器的小型化变得困难。法拉第元件14的直径的下限没有特别限定，但实际上为0.5mm以上。
本发明的法拉第元件14的长度优选为2mm～15mm、3mm～14mm、4mm～13mm、5mm～12mm、6mm～11mm。当法拉第元件14过短时，为了得到45°的旋转角，需要增大磁场，即需要增大磁路2，因此，难以将法拉第旋光器1小型化。另一方面，当法拉第元件14过长时，由于需要增长第二磁铁体12，因此，难以将法拉第旋光器1小型化。
本发明的法拉第旋光器1优选在波长350nm～1300nm中使用，特别优选在450nm～1200nm、500nm～1200nm、800nm～1100nm、900nm～1100nm的范围使用。
(磁光学元件)
图5是表示本发明的磁光学元件的结构的一例的示意截面图。
图5所示的磁光学元件20为光隔离器。光隔离器为遮断激光的反射返回光的装置。磁光学元件20具有图1所示的法拉第旋光器1和配置于磁路2的光轴方向上的一端的第一光学零件25以及配置于另一端的第二光学零件26。第一光学零件25以及第二光学零件26在本实施方式中为偏振镜。第二光学零件26的光透射轴相对于第一光学零件25的光透射轴倾斜45°。
射入磁光学元件20的光通过第一光学零件25成为直线偏光，射入法拉第元件14。射入的光由于法拉第元件14旋转45°，通过第二光学零件26。通过第二光学零件26的光的一部分成为反射返回光，以偏光面为45°的角度通过第二光学零件26。通过第二光学零件26的反射返回光由于法拉第元件14进一步旋转45°，相对于第一光学零件25的光透射轴成为90°的正交偏光面。因此，反射返回光不能透过第一光学零件25，被遮断。
本发明的磁光学元件20具有图1所示的本发明的法拉第旋光器1，因此，能够稳定地得到45°的法拉第旋转角，且能够小型化。
图5所示的磁光学元件20为光隔离器，但磁光学元件20也可以为光循环器。该情况下，第一光学零件25以及第二光学零件26只要为波长板或分光器即可。此外，磁光学元件20也可以为光隔离器和光循环器以外的磁光学元件。
＜实施例＞
以下，基于实施例对本发明进行说明，但本发明不限定于这些实施例。
在本实施例中，举出波长1064nm时的法拉第旋光器作为实施例，但本发明不限定于该波长。
(实施例1)
如下制造实施例1的法拉第元件。首先，将原料进行压制成型，并在700℃～1400℃下烧结6小时，从而制作玻璃原料块。本实施例的玻璃原料块以得到55Tb2O3－10Al2O3－35B2O3的玻璃组成的方式制作。
接着，使用乳钵将玻璃原料块粗粉碎成小片。使用所得到的玻璃原料块的小片，通过无容器悬浮法制作玻璃材料。此外，作为热源，使用100W CO2激光振荡器。另外，作为用于使玻璃原料块悬浮的气体，使用氮气体，以流量1L/分钟～30L/分钟进行供给。
对所得到的玻璃材料以800℃、在4％－H2/N2气氛中进行热处理10小时。
Tb3+相对于全部Tb的比例使用X射线光电子能谱分析装置(XPS)进行测定。具体而言，对所得到的玻璃材料，由使用XPS测定的各Tb离子的峰值强度比，计算出Tb3+相对于全部Tb的比例。其结果，Tb3+的比例为99％以上。
对所得到的玻璃材料测定费尔德常数。费尔德常数使用旋转检偏器法进行测定。具体而言，将所得到的玻璃材料研磨加工成1mm的厚度，并在10kOe的磁场中测定波长1064nm时的法拉第旋转角，计算费尔德常数。测定的费尔德常数为0.204min/Oe·cm～0.212min/Oe·cm。
接着，通过将所得到的玻璃切削、研磨等，得到直径Φ3mm、长度9.6mm的圆柱状的法拉第元件。消光比为42dB。此外，在实施例和比较例中，长度是指法拉第旋光器在光轴方向上的长度。
构成第一～第三磁铁体的永久磁铁使用Sm－Co磁铁。将第一～第三磁铁体的外径设为Φ32mm，将贯通孔的直径设为Φ4mm。将第一磁铁体的长度设为9.9mm，将第二磁铁体的长度设为10mm，将第三磁铁体的长度设为9.9mm。
将上述得到的法拉第元件与第一～第三磁铁体组合，制成法拉第旋光器。
(实施例2)
将第一磁铁体的长度设为20mm，将第二磁铁体的长度设为21mm，将第三磁铁体的长度设为20mm，将法拉第元件的长度设为14.9mm，除此以外，与实施例1同样制作法拉第旋光器。
(实施例3)
将第一磁铁体的长度设为13mm，将第二磁铁体的长度设为10mm，将第三磁铁体的长度设为13mm，将法拉第元件的长度设为9.3mm，除此以外，与实施例1同样制作法拉第旋光器。
(实施例4)
构成第一～第三磁铁体的永久磁铁使用Nd－Fe－B磁铁，将法拉第元件的长度设为9mm，除此以外，与实施例1同样制作法拉第旋光器。
(实施例5)
将第一磁铁体的长度设为10mm，将第二磁铁体的长度设为7mm，将第三磁铁体的长度设为10mm，将法拉第元件的长度设为6.3mm，除此以外，与实施例4同样制作法拉第旋光器。
(实施例6)
将第一磁铁体的长度设为20mm，将第二磁铁体的长度设为21mm，将第三磁铁体的长度设为20mm，将法拉第元件的长度设为12mm，除此以外，与实施例4同样制作法拉第旋光器。
(比较例1)
将法拉第元件的长度设为16mm，除此以外，与实施例1同样制作法拉第旋光器。
(比较例2)
法拉第元件使用通过切克劳斯基法制作的TGG单结晶，除此以外，与比较例1同样制作法拉第旋光器。此外，测定法拉第元件的费尔德常数，为0.125min/Oe·cm～0.134min/Oe·cm。
(比较例3)
构成第一～第三磁铁体的永久磁铁使用Nd－Fe－B磁铁，除此以外，与比较例2同样制作法拉第旋光器。
旋转角的偏差通过制作各法拉第旋光器各10个并进行测定而求出。将测定旋转角的偏差而得到的结果示于下述的表1。此外，在表1中，将第一磁铁体的长度设为a，将第二磁铁体的长度设为b，将第三磁铁体的长度设为c，将法拉第元件的长度设为L，将波长1064nm时的费尔德常数设为V。
[表1]
在实施例1～实施例6中，旋转角的偏差为±0.6°以内，能够得到角度偏差少的法拉第旋光器。
在比较例1中，旋转角的偏差为±1.1°，比实施例1～实施例6的偏差大。
比较例2的旋转角的偏差为±1.8，比较例3的旋转角的偏差为±1.9°。这样，在比较例2和比较例3中，旋转角偏差大。这是由于组合法拉第元件和第一～第三磁铁体时的法拉第元件的位置偏移和TGG单结晶的费尔德常数的偏差导致的。
此外，比较例2和比较例3与实施例1和实施例4的第一～第三磁铁体的大小相同，但由于费尔德常数小，不能达到45°的旋转角。另一方面，实施例1和实施例4的旋转角达到45°。
Claims (8)
1.一种法拉第旋光器，其特征在于，具有：
磁路，其具有分别设置有供光通过的贯通孔的第一磁铁体、第二磁铁体和第三磁铁体；和
法拉第元件，其配置于所述贯通孔内，且由光透射的顺磁性体构成，
所述磁路沿前后方向在同轴上依次配置有所述第一磁铁体、所述第二磁铁体和所述第三磁铁体，
在将光通过所述磁路的所述贯通孔的方向设为光轴方向时，所述第一磁铁体在与所述光轴方向垂直的方向上以使所述贯通孔侧成为N极的方式被磁化，
所述第二磁铁体在与所述光轴方向平行的方向上以使所述第一磁铁体侧成为N极的方式被磁化，
所述第三磁铁体在与所述光轴方向垂直的方向上以使所述贯通孔侧成为S极的方式被磁化，
所述法拉第元件在所述光轴方向上的长度相对于所述第二磁铁体在所述光轴方向上的长度为0.5倍以上、0.99倍以下，
所述法拉第元件的长度为9mm～14.9mm，
所述法拉第元件的费尔德常数为0.204min/Oe·cm～0.212min/Oe·cm。
2.如权利要求1所述的法拉第旋光器，其特征在于：
所述顺磁性体为玻璃材料。
3.如权利要求2所述的法拉第旋光器，其特征在于：
所述玻璃材料含有选自Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm中的至少1种稀土元素。
4.如权利要求3所述的法拉第旋光器，其特征在于：
所述玻璃材料含有Tb。
5.如权利要求2所述的法拉第旋光器，其特征在于：
所述玻璃材料以摩尔％的氧化物换算含有多于40％的Tb2O3，Tb3+相对于全部Tb的比例以摩尔％计为55％以上。
6.如权利要求1或2所述的法拉第旋光器，其特征在于：
所述磁路中的所述贯通孔的截面积为100mm2以下。
7.一种磁光学元件，其具有：
权利要求1～6中任一项所述的法拉第旋光器；和
配置于所述法拉第旋光器的所述磁路的所述光轴方向上的一端的第一光学零件以及配置于另一端的第二光学零件，
通过所述磁路的所述贯通孔的光通过所述第一光学零件以及所述第二光学零件。
8.如权利要求7所述的磁光学元件，其特征在于：
所述第一光学零件以及所述第二光学零件为偏振镜。
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|---|---|---|---|---|
| JP2012068598A (ja) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Fdk Corp | ファラデー回転子、および光アイソレーター |
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