DE60038441T2

DE60038441T2 - Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60038441T2
Application number: DE2000638441
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Minato-ku Kawai; Hiromitsu Minato-ku Umezawa
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2020-06-06
Also published as: DE60038441D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Faraday-Drehwinkels eines Lichts, das durch einen Granat-Einkristall durchgelassen wird, durch Anlegen von äußeren Magnetfeldern aus mehr als einer (oder zumindest zwei) Richtung an einen Granat-Einkristall mit einem Faraday-Effekt und Variieren des synthetisierten Magnetfelds aus den mehr als einem gerichtet angelegten äußeren Magnetfeldern. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung und stellt diese bereit, die umfasst: eine dünne Grundschicht aus einem Granat-Einkristall, die den Faraday-Drehwinkel durch Variieren des synthetisierten Magnetfelds ändert, und in Kombination eine dünne Kompensationsschicht aus einem Granat-Einkristall, die einen im Wesentlichen festen Faraday-Drehwinkel hat, so dass eine wellenlängenvariable Komponente des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht mittels der dünnen Kompensationsschicht verringert wird. Die Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für optische Vorrichtung, wie etwa einen optischen Dämpfer, etc., nützlich.
Auf dem Gebiet eines optischen Kommunikationssystems war es notwendig, einen optischen Dämpfer zum Steuern der Lichtweiterleitung (das heißt einer durchgelassenen Lichtmenge) oder einen Polarisationsscrambler bereitzustellen, um die Polarisationsrichtung kontinuierlich oder zyklisch zu ändern. In diesen Vorrichtungen, wie etwa dem optischen Dämpfer und dem Polarisationsscrambler, ist eine Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung eingebaut. Die Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung ist derart aufgebaut, dass sie den Faraday-Drehwinkel von Licht ändert, das durch den Granat-Einkristall weitergeleitet wird, indem sie ein äußeres Magnetfeld aus zumindest zwei Richtungen an den Granat-Einkristall mit einem Faraday-Effekt anlegt und das synthetisierte oder zusammengesetzte Magnetfeld variiert.
1A und 1B zeigen ein typisches Beispiel einer optischen Vorrichtung, die eine Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung verwendet. 1A bezeichnet eine Gesamtstruktur eines optischen Dämpfers, und 1B ein Strukturmerkmal der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung. Wie dargestellt, sind ein Polarisator 10, eine Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung 12 und ein Analysator 14 der Reihe nach angeordnet. Ein einfallendes Licht aus einer Eingangsfaser 16 wird von einer Kollimatorlinse 18 zu parallelem Licht gemacht und durchläuft der Reihe nach den Polarisator 10, einen Granat-Einkristall 20 der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung und den Analysator 14 und wird dann von einer Kollimatorlinse 22 konvergiert und von einer Ausgangsfaser 24 gesammelt. Ein festes Magnetfeld, das parallel zu der Lichtrichtung ist, wird von Permanentmagneten 26, 28 an den Granat-Einkristall 20 angelegt, und ein variables Magnetfeld, das senkrecht zu der Lichtrichtung ist, wird mittels eines Elektromagneten 30 angelegt. Durch Ändern des synthetisierten Magnetfelds zum Ändern der Magnetisierungsrichtung des Granat-Einkristalls wird der Faraday-Drehwinkel geändert, so dass eine durch den Analysator 14 durchgehende Lichtmenge gesteuert wird.
Insbesondere sind der Polarisator und der Analysator ausgerichtet, so dass ein Winkel der polarisierten Oberfläche des durch sie hindurchgehenden Lichts auf 105 Grad eingestellt ist, und wenn das Magnetfeld des Elektromagneten null (0) ist, wird der Faraday-Drehwinkel des Granat-Einkristalls maximal, das heißt 96 Grad. Da die Polarisationsrichtung des Polarisators und des Analysators 105 Grad ist, wird eine Lichtmenge (eine Menge von ausfallendem Licht), das den Analysator durchläuft, aufgrund eines Abweichungswinkels verringert, wobei die Verringerung äußerst klein ist. Wenn der Faraday-Drehwinkel im Gegensatz dazu verringert wird, indem ein Magnetfeld von dem Elektromagneten angelegt wird, wird der Abweichungswinkel erhöht, um dadurch eine Größe der Dämpfung zu erhöhen (das heißt eine Menge des ausfallenden Lichts wird verringert). Wenn der Faraday-Drehwinkel 15 Grad ist, ist der Analysator in einem so genannten gekreuzten Nicol-Zustand relativ zu dem Polarisator, so dass die Größe der Dämpfung maximal wird.
In letzter Zeit gab es durch eine praktische Anwendung eines Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssystems eine industrielle Anforderung, dass die optische Vorrichtung eine geringere Wellenlängenabhängigkeit hat.
Folglich ist es auch erforderlich, dass die Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung ebenfalls eine geringere Wellenlängenabhängigkeit hat.
Wenn in dem vorstehend beschriebenen Beispiel des optischen Dämpfers ein Magnetfeld des Elektromagneten null (0) ist, gibt es keine wesentliche Änderung in der Lichtmenge (ausfallende Lichtmenge), die den Analysator durchläuft, selbst wenn es aufgrund einer Wellenlängenvariation mehr oder weniger Änderungen des Faraday-Drehwinkels gibt. Wenn von dem Elektromagneten ein magnetisches Feld angelegt wird, um einen Abweichungswinkel zu vergrößern, führt dies zu einer Zunahme der Dämpfung (das heißt einer Verringerung der Menge an ausfallendem Licht), und eine Größe der Dämpfung (dB) zu dieser Zeit wird durch die folgende Formel (Gleichung) dargestellt: D = –10·log(10( –ko/10) + sin2(Δθ))vorausgesetzt, dass:

ko:: Extinktionsverhältnis des Granat-Einkristalls; und
Δθ:: Abweichungswinkel von einem gekreuzten Nicol-Zustand

Aus der vorstehend beschriebenen Formel versteht sich, dass eine Größe der Dämpfung an der Position nahe dem gekreuzten Nicol-Zustand, in dem eine große Dämpfung erzielt wird und die äußerst winkelempfindlich ist, vom Quadrat einer Sinusfunktion des Abweichungswinkels abhängt. Mit anderen Worten besteht in dieser Region ein Problem, dass eine Dämpfung durch eine Änderung des Faraday-Drehwinkels aufgrund einer Wellenlängenvariation übermäßig variiert wird.
In Bezug auf den Faraday-Rotator, der einen konstanten Faraday-Drehwinkel verwendet, gab es viele Versuche und Vorschläge, um eine Wellenlängenabhängigkeit zu verringern, wie zum Beispiel in den (ungeprüften) japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 2-256 018 und Nr. 10-273 397 offenbart. Unter Bezug auf die Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung, die eine Variation oder Einstellung des Faraday-Drehwinkels erlaubt, gibt es jedoch keinen Versuch, die Wellenlängenabhängigkeit zu verringern, und daher war es in Bezug auf einen optischen Dämpfer für die Wellenlängenmultiplex-Kommunikation dringend erforderlich, dass eine Wellenlängenabhängigkeit in einer Region benachbart zu der Dämpfungsmenge, die insbesondere entsprechend den Verwendungszuständen und Bedingungen erforderlich ist, verringert wird.
EP-A-0 940 704 offenbart einen Faraday-Rotator, der fähig ist, die Temperaturabhängigkeit eines Faraday-Drehwinkels zu verringern, wodurch die Temperaturcharakteristik insbesondere in einer Einsatzumgebung verbessert wird, in der die Magnetisierungsrichtung variabel ist.
US-A-5 867 300 offenbart eine Polarisationsrotationseinheit und eine Ausgangseinheit, wobei die Polarisationsrotationseinheit die Polarisation des Lichtsignals dreht, um ein polarisationsgedrehtes Lichtsignal mit einer Polarisationskomponente in der ersten Richtung und einer Polarisationskomponente in einer zweiten Richtung, die im Wesentlichen 90 Grad in Bezug auf die erste Richtung ist, zu erzeugen.
US-A-5 965 287 offenbart ein magnetooptisches Elementmaterial, das aus einem magnetischen Granat-Einkristall gebildet ist, dessen Faraday-Drehwinkel eine kleine Temperaturabhängigkeit hat.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Wellenlängenabhängigkeit verringern kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine geringere Wellenlängenabhängigkeit und eine geringere Temperaturabhängigkeit hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung bereitgestellt, wie in den beigefügten Patentansprüchen definiert.
Die äußeren Magnetfelder werden im Allgemeinen aus zwei Richtungen, das heißt, der parallelen Richtung und der senkrechten Richtung relativ zu einer Lichtrichtung, angelegt, und in diesem Fall wird bevorzugt, dass das Magnetfeld, das parallel zu der Lichtrichtung ist, ein festes Magnetfeld ist, das von dem Permanentmagneten gebildet wird, der eine Magnetstärke hat, um zu ermöglichen, dass die dünne Grundschicht magnetisch gesättigt ist, während das senkrechte Magnetfeld ein von dem Elektromagneten variables Magnetfeld ist.
Die äußeren Magnetfelder werden immer aus den zwei oder mehr Richtungen an die dünne Grundschicht angelegt, während entsprechend wesentlichen magnetischen Eigenschaften der dünnen Kompensationsschicht eine Einstellung an der dünnen Kompensationsschicht relativ zu dem äußeren Magnetfeld vorgenommen wird. Wenn zum Beispiel eine magnetische Anisotropie der dünnen Kompensationsschicht parallel zu der Lichtrichtung groß ist, kann die dünne Kompensationsschicht ähnlich wie die dünne Grundschicht in der Position, in der sowohl das feste Magnetfeld als auch das variable Magnetfeld angelegt sind, angeordnet werden. Wenn eine magnetische Anisotropie der dünnen Kompensationsschicht parallel zu der Lichtrichtung im Gegensatz dazu klein ist, wird die dünne Kompensationsschicht an der Position angeordnet, wo ein festes Magnetfeld angelegt werden kann, aber schwer ein variables Magnetfeld angelegt werden kann. Die dünne Kompensationsschicht kann an der Position angeordnet werden, an der kein äußeres Magnetfeld angelegt wird, wenn die dünne Kompensationsschicht eine große magnetische Anisotropie parallel zu der Lichtrichtung und eine große Koerzitivkraft hat, so dass die Magnetisierungsrichtung parallel zu der Lichtrichtung ohne ein äußeres Magnetfeld ausgerichtet ist. In beiden Fällen müssen jedoch die dünne Grundschicht und die dünne Kompensationsschicht im Fall einer Anwendung in einem optischen Dämpfer zwischen dem Polarisator und dem Analysator eingefügt werden. Die Anzahl der dünnen Grundschichten und dünnen Kompensationsschichten, die verwendet werden sollen, kann wahlweise sein und nach Wunsch ausgewählt werden.
Eine Struktur, in der eine dünne Kompensationsschicht mit einer großen magnetischen Anisotropie parallel zu der Lichtrichtung verwendet wird, erlaubt eine leichte Montage, weil die dünne Grundschicht und die dünne Kompensationsschicht in einem synthetisierten Magnetfeld zusammen montiert werden, und daher eine Anforderung nach Miniaturisierung nicht gestört wird, selbst wenn der herkömmliche Permanentmagnet und der Elektromagnet verwendet werden wie sie sind. Eine vereinfachte Struktur des vorstehend beschriebenen Falls ist in 2 gezeigt. Eine dünne Grundschicht 46 und eine dünne Kompensationsschicht 48 sind in einem Magnetfeld parallel zu der Lichtrichtung von Permanentmagneten 40, 42 und einem Magnetfeld senkrecht zu der Lichtrichtung von dem Elektromagneten 44 montiert. Wenn ein Magnetfeld von dem Elektromagneten 44 null (0) ist, ist die Magnetisierungsrichtung der dünnen Grundschicht 46 und der dünnen Kompensationsschicht 48 identisch zu der Lichtrichtung (siehe 2A). Wenn ein Magnetfeld von dem Elektromagneten 44 angelegt wird, wird eine Magnetisierungsrichtung der dünnen Grundschicht 46 gedreht, aber eine Magnetisierungsrichtung der dünnen Kompensationsschicht 48 wird andererseits, wie in 2B gezeigt, nicht gedreht. Folglich wird in der vorliegenden Erfindung ein Faraday-Drehwinkel in einem vorbestimmten Bereich von der dünnen Grundschicht 46 geändert, und eine Wellenlängenabhängigkeit wird durch die dünne Kompensationsschicht 48 verringert.
Ein Beispiel einer physikalischen Beschaffenheit der dünnen Grundschicht und der dünnen Kompensationsschicht wird beschrieben, wie nachstehend dargelegt. Dies ist gleich wie die Ausführungsform 1, die sogleich beschrieben wird.
[Dünne Grundschicht]

Zusammensetzung: Tb_1,00Y_0,65Bi_1,35Fe_4,05Ga_0,95O₁₂
Faraday-Drehwinkel, wenn Magnetfeld eines Elektromagneten null ist: 96 Grad (das heißt 32 Grad × 3)
Wellenlängenänderungsverhältnis: –0,15%/nm

[Dünne Kompensationsschicht]

Zusammensetzung: Gd_1,00Y_0,75Bi_1,25Fe_4,00Ga_1,00O₁₂
Faraday-Drehwinkel, wenn Magnetfeld eines Elektromagneten null ist: –19,7 Grad
Wellenlängenänderungsverhältnis: +0,15%/nm

Die dünne Grundschicht und die dünne Kompensationsschicht wurden jeweils einzeln in das äußere Magnetfeld eingesetzt, und eine Magnetfeldabhängigkeit eines Elektromagnets wurde gemessen, um experimentelle Ergebnisse, wie in 3 gezeigt, zu erhalten. Eine dafür verwendete Wellenlänge war 1550 nm, und die Ergebnisse wurden bei einer festen Temperatur von 25°C erhalten. In Bezug auf die Grundschicht wird ein Faraday-Drehwinkel verringert, wenn das Magnetfeld eines Elektromagneten größer wird, aber ein Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht ist im Wesentlichen konstant. Der Grund dafür basiert vermutlich auf dem Zustand, dass eine Magnetisierungsrichtung der dünnen Kompensationsschicht in der Richtung des Lichts aufrecht erhalten wird, selbst wenn von dem Elektromagneten ein Magnetfeld angelegt wird.
4A, 4B und 4C, experimentelle Daten für die Messung einer Wellenlängenabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels, sind in Bezug auf einen Fall, in dem ausschließlich die dünne Grundschicht verwendet wird, und einen Fall, in dem sowohl die dünne Grundschicht als auch die dünne Kompensationsschicht zusammen verwendet werden, gezeigt. Wenn in 4A ein Magnetfeld eines Elektromagneten null (0) ist, zeigt der Fall, in dem die dünne Grundschicht und die dünne Kompensationsschicht kombiniert sind, dass eine Wellenlängenabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels ein wenig kleiner als der andere Fall ist, in dem ausschließlich die dünne Grundschicht verwendet wird. In 4B, die den Fall zeigt, dass ein Magnetfeld des Elektromagneten 40,1 kA/m ist, zeigt die Kombination der dünnen Grundschicht und der dünnen Kompensationsschicht, dass die Wellenlängenabhängigkeit beachtlich verringert ist, und in dem Fall, dass das Magnetfeld des Elektromagneten 74,5 kA/m ist, wie in 4C gezeigt, wird eine Wellenlängenabhängigkeit relativ zu einer Wellenlängenänderung äußerst klein und flach geformt gemacht.
Einige Gründe für die vorstehenden Daten in Bezug auf die Wellenlängenabhängigkeit liegen in dem Folgenden. Nämlich, wenn ein Magnetfeld des Elektromagneten null (0) ist, ist ein Absolutwert des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht 96 Grad, während der Wert (das heißt ein Absolutwert des Faraday-Drehwinkels) der dünnen Kompensationsschicht 19,7 Grad, das heißt etwa ein Fünftel (1/5) des Werts der dünnen Grundschicht, ist, und daher kann eine wellenlängenvariable Komponente der dünnen Grundschicht nur auf etwa ein Fünftel (1/5) verringert werden. Im Gegensatz dazu wird in einer Region, in der das Magnetfeld des Elektromagneten groß ist, ein Faraday- Drehwinkel der dünnen Grundschicht verringert, während der Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht unverändert ist, und daher wird eine Differenz der Absolutwerte der Faraday-Drehwinkel kleiner, so dass eine Kompensationswirkung einer wellenlängenvariablen Komponente größer wird. Wenn ein Magnetfeld des Elektromagneten 74,5 kA/m ist, sind Faraday-Drehwinkel im Wesentlichen äquivalent zueinander, und daher wird eine veränderte Wellenlängenkomponente vollständig ausgelöscht, so dass eine Wellenlängenabhängigkeit null (0) wird. In diesem Fall wird der gesamte Faraday-Drehwinkel, der die Summe der Faraday-Drehwinkel der dünnen Grundschicht und der dünnen Kompensationsschicht ist, ebenfalls null (0), aber da ein variabler Bereich des Faraday-Drehwinkels nicht beeinflusst wird, gibt es kein Problem mit der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung. Dies ist ziemlich anders als bei einem Faraday-Rotator des Typs mit einem festen Faraday-Drehwinkel. Da der Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht im Wesentlichen konstant ist, wird ein variabler Bereich des Faraday-Drehwinkels durch eine Differenz jeweils zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht bestimmt. Wenn folglich die dünne Kompensationsschicht hinzugefügt wird, werden sowohl der Maximalwert als auch der Minimalwert einfach erhöht oder verringert, wobei der variable Bereich unverändert ist.
In der augenblicklichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll die Beschreibung „Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht ist im Wesentlichen konstant" bedeuten, dass der Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht als im Wesentlichen konstant relativ zu einem variablen Bereich des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht erachtet werden kann. Insbesondere ist der variable Bereich eines Faraday-Drehwinkels der dünnen Kompensationsschicht relativ zu dem variablen Bereich eines Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht 5% oder weniger und bevorzugt 3% oder weniger. Selbstverständlich ist es am besten, dass der vorstehend beschriebene variable Bereich 1% oder weniger ist. Obwohl eine Wellenlängenabhängigkeit verringert werden kann, selbst wenn ein Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht variiert wird, wird ein variabler Bereich eines Faraday- Gesamtdrehwinkels aus der Summe desjenigen der dünnen Grundschicht und der dünnen Kompensationsschicht schmaler, und, wenn versucht wird, den verschmälerten Bereich zu verbreitern, muss die dünne Grundschicht dicker ausgebildet werden, oder die Anzahl der dünnen Grundschichten, die verwendet werden soll, muss erhöht werden, oder in anderen Alternativen muss ein Magnetfeld des Elektromagneten vergrößert werden, aber diese werden nicht empfohlen.
Vorausgesetzt, dass ein Maximalwert eines Absolutwerts eines Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht Fa_max ist, und ein Absolutwert eines Faraday-Drehwinkels der dünnen Kompensationsschicht Fb ist, ist eine Ungleichung Fa_max > Fb erfüllt. Insbesondere, wenn ein Minimalwert des Absolutwerts eines Faraday-Drehwinkels der Grundschicht Fa_min ist, ist erwünscht, dass eine Ungleichung Fa_max > Fb > Fa_min erzielt wird. Dies wird es ermöglichen, eine Wellenlängenabhängigkeit eines optionalen Faraday-Drehwinkels in der Mitte zwischen Fa_max und Fa_min zu minimieren. Im Übrigen kann der Absolutwert Fb eines Faraday-Drehwinkels der dünnen Kompensationsschicht auf einen optionalen Wert eingestellt werden, indem die Dicke der dünnen Kompensationsschicht angepasst wird.
Durch das Hinzufügen der dünnen Kompensationsschicht, wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, eine Wellenlängenabhängigkeit zu verringern. Insbesondere ist es ziemlich nützlich, dass eine Wellenlängenabhängigkeit in einem Bereich eines großen Magnetfelds eines Elektromagnets, das auf dem Gebiet eines optischen Dämpfers erforderlich ist, in einem großen Maß verringert werden kann. Zu diesem Zweck ist es ausreichend, dass ein Absolutwert Fb des Faraday-Drehwinkels der dünnen Kompensationsschicht benachbart zu einem Minimalwert Fa_min eines Absolutwerts eines Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht eingestellt wird.
Die dünne Grundschicht ist bevorzugt aus dem Material gefertigt, das aus einem Material mit einer Zusammensetzung ausgewählt ist, die durch (RBi)₃(FeM)₅O₁₂ dargestellt ist. Die dünne Kompensationsschicht ist bevorzugt aus dem Material mit einer Zusammensetzung gefertigt, die zum Beispiel durch R₃Fe₅O₁₂ oder (RBi)₃(FeM)₅O₁₂ dargestellt ist, welches eine Kompensationstemperatur hat, die höher als eine maximale (höchste) Anwendungstemperatur ist. Hier stellt "R" ein oder mehrere chemische Element(e) dar, die aus seltenen Erden-Elementen einschließlich Yttrium (Y) ausgewählt sind, und "M" stellt ein oder mehrere Element(e) dar, die durch Eisen substituiert werden können. Diese dünnen Schichten können mit einem LPE-(Flüssigphasenepitaxie-)Verfahren wirksam ausgebildet werden. Hier stellt die Kompensationstemperatur, auf die vorstehend Bezug genommen wird, eine Temperatur dar, bei der das magnetische Moment des Materials umgekehrt wird, und in einem phänomenologischen Sinn wird ein Vorzeichen des Faraday-Drehwinkels an einem Grenzpunkt dieser „Kompensations"-Temperatur umgekehrt.
In der vorliegenden Erfindung wird eine andere Struktur bereitgestellt, in der sowohl eine Wellenlängenabhängigkeit als auch eine Temperaturabhängigkeit verringert werden, indem ein Verschiebungsweg eines synthetisierten Magnetfeldvektors eines an die dünne Grundschicht angelegten äußeren Magnetfelds bestimmt wird. Ebenso wird in diesem Fall neben der dünnen Grundschicht aus einem Granat-Einkristall, die eine Änderung eines Faraday-Drehwinkels durch die Variation des synthetisierten (zusammengesetzten) Magnetfelds erlaubt, die dünne Kompensationsschicht aus einem Granat-Einkristall, die einen konstanten Faraday-Drehwinkel hat, bereitgestellt. Es sollte jedoch bemerkt werden, dass die dünnen Grund- und Kompensationsschichten derart ausgewählt werden, dass die Vorzeichen eines Wellenlängenkoeffizienten und eines Temperaturkoeffizienten der dünnen Grundschicht sich von den Vorzeichen eines Wellenlängenkoeffizienten und eines Temperaturkoeffizienten der dünnen Kompensationsschicht unterscheiden. Sowohl die dünne Grundschicht als auch die dünne Kompensationsschicht sind derart ausgebildet, dass sie auf der (111)-Ebene poliert sind und dass Licht in der <111>-Richtung, die senkrecht zu der (111)-Ebene ist, weitergeleitet wird. Ferner sind sie derart ausgebildet, dass ein Verschiebungsweg des Synthesevektors der äußeren Magnetfelder innerhalb eines fächerförmigen Bereichs eines stereografischen Projektionsdiagramms de Granat-Einkristalls ist, wobei die (111)-Ebene als die Mitte des Diagramms genommen wird, wobei der fächerförmige Bereich von zwei Linien umgeben ist, welche einen Punkt, der die in der Mitte des stereografischen Projektionsdiagramms positionierte (111)-Ebene angibt, mit zwei Positionen verbindet, die 5 Grad nach rechts und links von einem Punkt entfernt sind, der eine der Kristallebenen anzeigt, die äquivalent zu der (110)-Ebene sind, die auf dem äußersten Umfangskreis des stereografischen Projektionsdiagramms, das heißt einem Bereich des schraffierten Abschnitts in 5, positioniert ist. Hier stellen die Kristallebenen, die der (110)-Ebene auf dem äußersten Umfang äquivalent sind, (-101)-, (-110)-, (01-1)-, (10-1)-, (1-10)- und (0-11)-Ebenen dar. (In der Darstellung zur Bezeichnung von vorstehend beschriebenen Kristallisationsoberflächen werden Minuszeichen anstelle von Querstrichen verwendet, die im Allgemeinen für die Negativindizes verwendet werden.)
In dem stereografischen Projektionsdiagramm von 5 stellen benachbarte konzentrische Kreise Oberflächen dar, die sich um 10 Winkelgrade voneinander unterschieden, und die benachbarten Linien in der Radialrichtung stellen die Oberflächen dar, die sich um 10 Winkelgrade voneinander unterscheiden. Folglich kann eine optionale Oberfläche des Granat-Einkristalls als ein Punkt in dem stereografischen Projektionsdiagramm gezeigt werden. Ein Magnetfeld in die Vertikalrichtung auf der Zeichenpapieroberfläche von 5 wird von einem Permanentmagneten an die dünne Grundschicht angelegt, und ein Magnetfeld wird von dem Elektromagneten von einer Mitte der Kreise in der Zeichnung in die Richtung radial nach außen angelegt.
Es wäre am besten, dass ein Verschiebungsweg des zusammengesetzten oder Synthesevektors des äußeren Magnetfelds, das an die dünne Grundschicht angelegt wird, eine Linie ist, die verbindet zwischen einer mittleren (111)-Ebene in dem stereografischen Projektionsdiagramm zum Zentrieren einer (111)-Ebene des Granat-Einkristalls und einer Ebene, die äquivalent zu der (110)-Ebene auf dem äußersten Kreis ist. In dieser Hinsicht wird die Anordnung in dem Bereich der schraffierten Fächerform in 5 angesichts von Herstellungsfehlern in der Lage sein, die Verschlechterung von Eigenschaften zumindest solange auf ein Minimum zu beschränken, wie sie in dem schraffierten, fächerförmigen Bereich angeordnet wird.
Eine Wellenlängen- und Temperaturabhängigkeit in der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung wird durch die folgende Gleichheit dargestellt: θF(λ, T) = θFmax(λ, T) × cos α(T)
In der vorstehend dargelegten Gleichung ist θFmax ein Faraday-Drehwinkel durch den Faraday-Effekt und hat eine Wellenlängen- und Temperaturabhängigkeit. Wie in 6 dargestellt, stellt Alpha (α) einen Winkel zwischen einer Magnetisierungsrichtung des Granat-Einkristalls und einer Lichtrichtung dar und wird abhängig von der magnetischen Anisotropie bestimmt und hat eine Temperaturabhängigkeit. Aus der vorstehend beschriebenen Gleichheit ist es ausreichend, die Wellenlängenabhängigkeit von θFmax zu verringern, um die Wellenlängenabhängigkeit von θF zu verringern. Im Gegensatz dazu ist die Temperaturabhängigkeit von θF sowohl durch die Temperaturabhängigkeit von θFmax als auch die Temperaturabhängigkeit von (α) bestimmt, und folglich müssen zum Zwecke der Verringerung der Temperaturabhängigkeit von θF sich beide aufheben oder müssen so bestimmt werden, dass sie näher an null sind. In der Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung müssen sowohl die Temperaturabhängigkeit von θFmax als auch die Temperaturabhängigkeit von (α) näher an null (0) gebracht werden.
Mit anderen Worten kann eine Temperaturabhängigkeit von θFmax durch die Kombination der dünnen Grundschicht und der dünnen Kompensationsschicht verringert werden, wobei die letztere ein anderes Vorzeichen des Temperaturkoeffizienten als den der dünnen Grundschicht hat. Ferner wird die Richtung eines äußeren Magnetfelds, das an die dünne Grundschicht angelegt wird, derart bestimmt, dass sie sich innerhalb des vorstehend spezifizierten Bereichs befindet, ein Beitrag der Anisotropie wird verringert, so dass eine Temperaturabhängigkeit von (α) verringert werden kann. Da eine leichte Achse (das heißt eine Achse leichter Magnetisierung) und eine harte Achse, die Faktoren für die magnetische Anisotropie sind, vorhanden sind, wobei eine Linie, die eine Mittel-(111)-Ebene eines stereografischen Projektionsdiagramms und eine (110)-Ebene des äußersten Umfangs verbindet, eine Symmetrieachse ist, werden daher ihre Einflüsse auf der Linie aufgehoben und benachbart zu der Linie verringert, und folglich kann die Temperaturabhängigkeit von Alpha (α) verringert werden. Neben dem Vorstehenden unterscheiden sich die Vorzeichen der Wellenlängenkoeffizienten in der vorliegenden Erfindung voneinander, und daher kann die Wellenlängenabhängigkeit verringert werden. Wenn das äußere Magnetfeld innerhalb des vorstehend spezifizierten Bereichs bestimmt wird, wird der Term von Alpha (α) verringert, so dass die Temperaturabhängigkeit hauptsächlich durch θFmax beigetragen wird. In diesem Fall kann die Temperaturabhängigkeit von θF verringert werden, indem die Temperaturabhängigkeit von θFmax verringert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A und 1B zeigen eine Grundstruktur eines Dämpfers als eine optische Vorrichtung, wobei 1A eine Gesamtstruktur des Dämpfers zeigt und 1B eine Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung zeigt.
2A und 2B sind Diagramm, die die Struktur der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und ihren Betrieb zeigen.
3 ist ein Diagramm, das die Magnetfeldabhängigkeit einer dünnen Grundschicht und einer dünnen Kompensationsschicht gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4A, 4B und 4C sind Diagramme, die jeweils eine Wellenlängenabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels in der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
5 ist ein stereografischer Projektionsgrundriss, der eine (111)-Ebene eines Granat-Einkristalls in einer Mitte zeigt.
6A und 6B sind Diagramme, die die Beziehung zwischen der Lichtrichtung und der Magnetisierungsrichtung der dünnen Grundschicht zeigen.
7A und 7B sind Diagramme, die eine Struktur und einen Betrieb eines Dämpfers eines polarisationsunabhängigen Typs zeigen.
8A, 8B, 8C und 8D sind Diagramme, die einen Herstellungsschritt einer dünnen Grundschicht zeigen und eine Endform und ihren Azimut zeigen.
9A und 9B sind Diagramme, die einen Azimut der dünnen Grundschicht zeigen.
10 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Dämpfung von dem Magnetfeld eines Elektromagneten in der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
11A und 11B sind Diagramme die die Wellenlängenabhängigkeit einer Dämpfungsgröße in der Ausführungsform 1 und dem Vergleichsbeispiel 1 zeigen.
12A und 12B sind Diagramme die die Temperaturabhängigkeit eines Faraday-Drehwinkels in der Ausführungsform 1 und dem Vergleichsbeispiel 1 zeigen.
13A und 13B sind Diagramme die die Temperaturabhängigkeit einer Dämpfungsgröße in der Ausführungsform 1 und dem Vergleichsbeispiel 1 zeigen.
14 ist ein Diagramm, das die Magnetfeldabhängigkeit der dünnen Grundschicht und der dünnen Kompensationsschicht in dem Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
15A, 15B und 15C sind Diagramme, die die Wellenlängenabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels in der Ausführungsform 2 der Erfindung zeigen.
16 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Dämpfungsgröße von dem Magnetfeld des Elektromagneten in dem Beispiel 2 der Erfindung zeigt.
17 ist ein Diagramm, das die Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfungsgröße in dem Beispiel 2 zeigt.
18A und 18B sind Diagramme, die Wellenlängencharakteristiken des Faraday-Drehwinkels in der Ausführungsform 3 der Erfindung und des Vergleichsbeispiels 3 zeigen.
19A und 19B sind Diagramme, die Wellenlängencharakteristiken der Dämpfungsgröße in der Ausführungsform 3 der Erfindung und des Vergleichsbeispiels 3 zeigen.
20A und 20B sind Diagramme, die Temperaturcharakteristiken des Faraday-Drehwinkels in der Ausführungsform 3 der Erfindung und des Vergleichsbeispiels 3 zeigen.
21A und 21B sind Diagramme, die Temperaturcharakteristiken der Dämpfung in dem Beispiel 3 der Erfindung und dem Vergleichsbeispiel 3 zeigen.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Die Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in optischen Vorrichtungen, zum Beispiel einem optischen Dämpfer, einem Polarisationsscrambler, montiert. In dem optischen Dämpfer sind vor und hinter der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung ein Polarisator und ein Analysator bereitgestellt. Der Polarisator und der Analysator können unter dem Prinzipaspekt durch kombinierte Polarisationsprismen ersetzt werden, aber es wäre praktischer, einen keilförmigen doppelbrechenden Kristall zu verwenden, um eine Struktur vom polarisationsunabhängigen Typ zu bilden, für die ein Beispiel in 7A und 7B gezeigt ist.
Wie in 7A und 7B gezeigt, sind ein Polarisator 54, der aus einem keilförmigen doppelbrechenden Kristall (zum Beispiel aus Rutil) gefertigt ist, eine Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung 55 und ein Analysator 56 aus einem keilförmigen doppelbrechenden Kristall (zum Beispiel aus Rutil) in dieser Reihenfolge auf der optischen Achse zwischen einer Eingangsfaser mit einer Kollimatorlinse 50 und einer Ausgangsfaser 53 mit einer Kollimatorlinse 51 angeordnet. Die Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung 55 hat, wie in 7B gezeigt, eine dünne Grundschicht 57, eine dünne Kompensationsschicht 58, Permanentmagnete 59, 59, die von zwei verschiedenen Stellen, die voneinander um 90 Winkelgrade beabstandet sind, Magnetfelder anlegen, und einen Elektromagneten 60. In Bezug auf die dünne Grundschicht 57 wird ihre Magnetisierungsrichtung durch eine Variation eines synthetisierten (zusammengesetzten) Magnetfelds sowohl eines festen Magnetfelds des Permanentmagneten 59 als auch eines variablen Magnetfelds des Elektromagneten 60 variiert, und durch die variierte Magnetisierungsrichtung wird ein Faraday-Drehwinkel geändert.
Zum Beispiel in dem Fall, in dem der Polarisator 54 und der Analysator 56 derart ausgerichtet sind, dass die optischen Achsen dieser doppelbrechenden Kristalle parallel zueinander angeordnet sind, wird ein Betrieb wie folgt verlaufen. Ein aus der Eingangsfaser 52 ausgehendes Licht wird von der Kollimatorlinse 50 in parallele Strahlen geformt und wird in einen ordentlichen Strahl "o" und einen außerordentlichen Strahl "e" geteilt, und der ordentliche Strahl o und der außerordentliche Strahl e haben Polarisationsrichtungen, die aufeinander senkrecht sind. Die Polarisationsrichtung jedes der Strahle wird zur Zeit des Durchlaufens der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung entsprechend einer Stärke der Magnetisierung in die Richtung parallel zu der optischen Achse gedreht und dann in einen ordentlichen Strahl o1, einen außerordentlichen Strahl e1, einen ordentlichen Strahl o2 und einen außerordentlichen Strahl e2 geteilt. Der ordentliche Strahl o1 und der außerordentliche Strahl e2 sind parallel zueinander und, wie durch durchgezogene Linien dargestellt, durch die Kollimatorlinse 51 mit der Ausgangsfaser 53 gekoppelt, und der außerordentliche Strahl e1 und der ordentliche Strahl o2, die von dem Analysator 56 ausgehen, sind nicht parallel zueinander, sondern nach außen gespreizt, so dass die ordentlichen und außerordentlichen Strahle e1, o2, wie durch gestrichelte Linien dargestellt, nicht gemeinsam gesammelt werden, nachdem sie die Kollimatorlinse 51 durchlaufen.
Wenn ein von einem Elektromagneten 60 angelegtes Magnetfeld null ist, ist der Faraday-Drehwinkel 90 Grad (das heißt, eine Magnetisierung ist parallel zu einer optischen Achse), ein aus dem Polarisator 54 ausgehender ordentlicher Strahl o wird von dem Analysator 16 als ein außerordentlicher Strahl e1 abgeleitet, und der aus dem Polarisator 54 austretende außerordentliche Strahl e wird von dem Analysator als ein ordentlicher Strahl o2 abgeleitet, und daher werden die Strahle selbst nach dem Durchlaufen der Kollimatorlinse nicht zusammen gesammelt. Wenn im Gegensatz dazu ein von dem Elektromagneten angelegtes Magnetfeld ausreichend groß ist, nähert sich der Faraday-Drehwinkel dem Wert null (0), der ordentliche Strahl o von dem Polarisator 54 wird als ein ordentlicher Strahl o2 von dem Analysator 16 ohne wesentliche Änderung abgeleitet, und der außerordentliche Strahl e von dem Polarisator 54 wird ohne wesentliche Änderung als ein außerordentlicher Strahl e2 von dem Analysator 16 abgeleitet. Folglich sind die beiden Strahle parallel zueinander und werden mittels der Kollimatorlinse 51 vollständig von der Ausgangsfaser 53 aufgenommen. Folglich wird die Magnetisierung der dünnen Grundschicht 57 entsprechend einer Magnetfeldstärke des Magnetfelds von dem Elektromagneten 60 gedreht, so dass der Faraday-Drehwinkel in dem Bereich von etwa 90 Grad bis etwa null (0) Grad verändert wird, und durch diese Änderung wird ein von der Ausgangsfaser 53 gesammeltes Lichtvolumen verschieden, so dass sie erfolgreich als ein optischer Dämpfer dient.
Von einem Gesichtspunkt einer dem Elektromagneten hinzugefügten Energie wird ein Faraday-Drehwinkel auf 90 Grad oder mehr eingestellt, wenn die Magnetisierung der dünnen Grundschicht in die Lichtrichtung gerichtet ist und sie in einem Winkel von weniger als 90 Grad variiert wird. Wenn die Magnetisierung zum Beispiel in die Lichtrichtung gerichtet ist, wird der Faraday-Drehwinkel 96 Grad und wird um 15 Grad verringert, indem ein Magnetfeld des Elektromagneten angelegt wird. Wenn in diesem Fall ein Winkel der optischen Achse beider doppelbrechender Kristalle sowohl als einem Polarisator als auch einem Analysator auf 105 Grad eingestellt wird, wird ein so genannter gekreuzter Nicol-Zustand erzeugt, wenn der Faraday-Drehwinkel 15 Grad ist, so dass eine große Dämpfungsgröße erzielt werden kann. Auf diese Art ist eine Betriebsweise dieses Falls ähnlich der des vorstehend erwähnten Beispiels.
Ausführungsform 1:
1) Herstellung der dünnen Grundschicht:
Ein Herstellungsschritt der dünnen Grundschicht ist in 8A und 8B gezeigt. Zuerst wird eine Schmelze aus PbO-B₂O₃-Bi₂O₃ hergestellt, und durch das LPE-(Flüssigphasenepitaxie-)Verfahren wird ein Bi-substituierter Seltener-Erden-Eisen-Granat-Einkristall 72 (mit einer dünnen LPE-Schicht, einer Zusammensetzung von Tb_1,00Y_0,65Bi_1,35Fe_4,05Ga_0,95O₁₂ und einer Schichtdicke von 450 μm) wachsen gelassen auf einer (111)-ausgerichteten Ebene eines nicht magnetischen Granatsubstrats 70 mit einer Gitterkonstanten von 12,496 Å und einer Zusammensetzung von (GaGd)₃(MgZrGa)₅O₁₂ und einem Durchmesser von 3 Inch und einer Dicke von 1170 μm (8A). Das Substrat ist mit zwei großen und flachen Ebenen (das heißt flachen Abschnitten zum Zwecke der Ausrichtung) versehen, und die größere flache Ebene ist die (-110)-Ebene, und die kleinere flache Ebene ist die (11-2)-Ebene. Die auf diese Weise erhaltene dünne LPE-Schicht wird in 7,6 mm × 5,0 mm geschnitten, wobei die Schnittlinie in 8B als gestrichelte Linie gezeigt ist, und der Entfernung des Substrats durch Polieren unterzogen, und die sich ergebende dünne LPE-Schicht wird acht (8) Stunden lang in einer Atmosphäre auf 1100°C erhitzt. Ein Hauptgrund für das Anwenden der Wärmebehandlung, wie vorstehend, ist, die uniaxiale magnetische Anisotropie der dünnen LPE-Schicht zu verringern, wobei die dünne LPE-Schicht, wie gewachsen, aufgrund der Wachstumsinduktion eine große uniaxiale magnetische Anisotropie hat. Die dünne LPE-Schicht wird erneut in eine rechteckige Platte (7,6 mm × 5,0 mm × 0,33 mm) poliert, wobei die Oberfläche hochglanzpoliert wird, und eine dünne Antireflexschicht wird auf die (111)-Ebene sowohl der vorderen als auch der hinteren Ebenen beschichtet (8C). Dann wird sie auf die Größe von 1,0 mm × 1,2 mm × 0,33 mm geschnitten, wobei die Schnittlinie durch gestrichelte Linien in 8C gezeigt ist, und in dem abschließenden Schritt wird eine Schnittecke zwischen der (111)-Ebene und der (-1,12)-Ebene leicht eingeritzt, um eine Richtungsmarkierung bereitzustellen (8D). Die auf diese Weise gebildete dünne Grundschicht 74 hat einen Faraday-Drehwinkel von 32 Grad, wenn die Magnetisierungsrichtung parallel zu der Lichtrichtung angeordnet wird.
2) Herstellung der dünnen Kompensationsschicht
Zuerst wird eine Schmelze aus PbO-B₂O₃-Bi₂O₃ hergestellt, und durch das LPE-(Flüssigphasenepitaxie-)Verfahren wird ein Bi-substituierter Seltener-Erden-Eisen-Granat-Einkristall 72 (mit einer dünnen LPE-Schicht, einer Zusammensetzung von Gd_1,00Y_0,75Bi_1,25Fe_4,00Ga_1,00O₁₂ und einer Schichtdicke von 350 μm) wachsen gelassen auf einer (111)-Ebene eines nicht magnetischen Granatsubstrats mit einer Gitterkonstanten von 12,496 Å und einer Zusammensetzung von (GaGd)₃(MgZrGa)₅O₁₂ und einem Durchmesser von 3 Inch und einer Dicke von 1170 μm. Die auf diese Weise erhaltene dünne LPE-Schicht wird in 7,6 mm × 7,6 mm geschnitten und der Entfernung des Substrats durch Polieren unterzogen. Die dünne LPE-Schicht wird erneut in eine rechteckige Platte (7,6 mm × 7,6 mm × 0,22 mm) poliert, wobei die Oberfläche hochglanzpoliert wird, und eine dünne Antireflexschicht wird auf die (111)-Ebene sowohl der vorderen als auch der hinteren Ebenen beschichtet. Dann wird sie auf die Größe von 1,0 mm × 1,2 mm × 0,22 mm geschnitten. Die dünne Schicht wird mit Hilfe eines Vibrationsmagnetometers (VSM) der Temperaturabhängigkeitsmessung der Sättigungsmagnetisierung unterzogen, um eine Kompensationstemperatur von 136°C zu erhalten. Es wurde herausgefunden, dass eine Drehrichtung des Faraday-Drehwinkels unter der Temperatur von 136°C entgegengesetzt zu der Richtung der dünnen Grundschicht ist. Wenn die Magnetisierungsrichtung ferner parallel zu der Lichtrichtung gerichtet ist, ist der Faraday-Drehwinkel –19,7 Grad.
Wie in 9A gezeigt, sind drei dünne Grundschichten 74 angeordnet, wobei ihre Richtungen derart zugeordnet sind, dass eine (-1-12)-Ebene der Seite einer vordersten dünnen Grundschicht mit einer ausgeschnittenen Ecke auf der Seite der S-Polarität eines Elektromagneten positioniert ist und die (-1-12)-Ebenen der Seite der anderen zwei dünnen Grundschichten jeweils eine ausgeschnittene Ecke auf der Seite der N-Polarität des Elektromagneten positioniert haben. Angrenzend an die dünnen Grundschichten ist eine dünne Kompensationsschicht angeordnet. In Bezug sowohl auf die dünne Grundschicht als auch die dünne Kompensationsschicht fällt das Licht im Wesentlichen senkrecht zu der (111)-Ebene ein.
Da der gewachsene Granat-Einkristall eine Dicke von 450 μm hat, die durch die notwendige Verarbeitung weiter verringert wird, und ein Faraday-Drehwinkel pro Einkristall klein ist, werden, wie dargestellt, drei dünne Grundschichten verwendet. Gegenwärtig hat das Wachsen eines Granat-Einkristalls durch das LPE-Verfahren eine gewisse Schwierigkeit und ein Problem, so dass Defekte und/oder Risse ausgebildet werden, wenn eine Dicke 500 μm übersteigt. Wenn es jedoch durch die zukünftige Entwicklung einer Kristallwachstumstechnik möglich wird, einen Granat-Einkristall mit einer Dicke, die 500 μm übersteigt, erfolgreich wachsen zu lassen, so dass eine Dicke eines verarbeiteten Granat-Einkristalls erhöht wird, um einen Faraday-Drehwinkel zu erhöhen, kann die Anzahl der vorstehend beschriebenen drei dünnen Grundschichten auf zwei oder weniger verkleinert werden.
An den vorderen und hinteren Positionen der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung, an denen die dünne Grundschicht und die dünne Kompensationsschicht angeordnet sind, sind ein Polarisator und ein Analysator bereitgestellt, und in diesem Zustand wird die Faraday-Drehwinkelabhängigkeit zur Zeit eines gewissen Magnetfelds des Elektromagneten unter Verwendung eines Rotator-Analysator-Polarimeters gemessen. Das Ergebnis der Messung ist in 4A bis 4C gezeigt, die zeigen, dass die Wellenlängenabhängigkeit verringert wurde.
In dem nächsten Schritt wird ein Winkel zwischen dem Polarisator und dem Analysator auf 85,3 Grad, und in diesem Zustand die Wellenlängenabhängigkeit einer Dämpfung (Menge an durchgelassenem Licht) festgelegt. Dies ist im Grunde identisch zu einer Struktur des optischen Dämpfers. In erster Linie wurde eine Dämpfung relativ zu einem Magnetfeld durch eine Wellenlänge von 1550 nm erzielt (10). Dann wurde aus 10 ein Magnetfeld erhalten, bei dem die Dämpfung 0, 5, 10, 20 dB wird, und das Magnetfeld des Elektromagneten wurde auf diese Magnetfelder festgelegt, und eine Änderung der Dämpfung wurde zu der Zeit, als die Wellenlänge verändert war, gemessen. Ergebnisse sind in 11A und 11B gezeigt. Zu Vergleichszwecken wurde eine ähnliche Messung der Dämpfung in Bezug auf eine Vorrichtung gemacht, die nur die dünne Grundschicht ohne eine dünne Kompensationsschicht hat, und ein Winkelmaß zwischen dem Polarisator und dem Analysator ist auf 105 Grad eingestellt, wie in 11B gezeigt. Wie aus 10 zu sehen, versteht sich, dass ein gewöhnlicher Betrieb des optischen Dämpfers ebenso erzielt werden kann, wenn die Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung in der Ausführungsform 1 verwendet wird. Außerdem wird aus dem Vergleich zwischen 11A und 11B zu schätzen gewusst, dass eine Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung verringert werden kann, wenn die Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung in der Ausführungsform 1 der Erfindung verwendet wird.
In der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist der Faraday-Drehwinkel der drei dünnen Grundschichten 96 Grad, wenn das Magnetfeld des Elektromagneten null ist, und er ist 19,7 Grad, wenn das Magnetfeld des Elektromagneten angelegt ist und die Dämpfung 20 dB ist. Im Gegensatz dazu ist ein Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht –19,7 Grad, wenn das Magnetfeld von dem Elektromagneten null ist, und –19,4 Grad, wenn ein Magnetfeld des Elektromagneten angelegt ist, und die Dämpfung 20 dB ist. Folglich ist eine Änderung des Faraday-Drehwinkels der dünnen Kompensationsschicht relativ zu einem variablen Bereich des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht so äußerst klein wie etwa 0,4%, und ein Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht ist konstant.
Wie aus der Messung offensichtlich ist, offenbarte die Kombination zwischen der dünnen Grundschicht und der dünnen Kompensationsschicht in der Ausführungsform 1 nicht nur, dass eine Wellenlängenabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels, wie vorstehend beschrieben, verringert werden konnte, sondern auch, dass eine Temperaturabhängigkeit ebenfalls verringert werden konnte. Eine Änderungsrate der dünnen Grundschicht bei der Temperatur von 0–60°C ist –0,22%/°C auf der Basis eines Faraday-Drehwinkels bei 25°C, und eine Änderungsrate der dünnen Kompensationsschicht bei der Temperatur von 0–60°C ist +0,25%/°C auf der Basis eines Faraday-Drehwinkels bei 25°C.
An den vorderen und hinteren Abschnitten der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung sind ein Polarisator und ein Analysator angeordnet, und eine Temperaturcharakteristik des Faraday-Drehwinkels wurde unter Verwendung einer Lichtquelle von 1550 nm unter Verwendung eines Rotator-Analysator-Polarimeters bei einer gewissen Magnetfeldstärke des Elektromagneten gemessen. Ein Messergebnis ist in 12A gezeigt. Zum Vergleich wurde eine Messung des Faraday-Drehwinkels in Bezug auf eine Vorrichtung gemacht, die nur eine dünne Grundschicht hat, wobei die dünne Kompensationsschicht weggelassen wurde, und Ergebnisse des Vergleichsbeispiels sind in 12B gezeigt.
Dann wurde eine Temperaturcharakteristik der Dämpfung gemessen, wobei der Winkel zwischen dem Polarisator und dem Analysator auf 85,3 Grad eingestellt war. Diese ist im Grunde identisch mit der Struktur eines optischen Dämpfers. Messergebnisse sind in 13A gezeigt. Zum Vergleich wurde eine Messung in Bezug auf eine Vorrichtung gemacht, die nur die dünne Grundschicht hat, wobei die dünne Kompensationsschicht weggelassen wurde und wobei der Winkel zwischen dem Polarisator und dem Analysator auf 105 Grad eingestellt wurde, und Messergebnisse sind in 13B gezeigt.
Aus den vorstehend beschriebenen Messergebnissen wird erwartet, dass die Kombination zwischen der dünnen Grundschicht und der dünnen Kompensationsschicht die Temperaturabhängigkeit sowohl in Bezug auf den Faraday-Drehwinkel als auch die Dämpfung verringert.
Wie in 9B gezeigt, wurde eine Messung in Bezug auf die Vorrichtung gemacht, in der drei dünne Grundschichten 74 so positioniert sind, dass ihr Azimut derart ausgerichtet ist, dass die (-1-12)-Ebenen der ausgeschnittenen Ecken auf der Seite der N-Polarität des Elektromagneten angeordnet sind. Die Messung offenbarte, dass die Kombination zwischen der dünnen Grundschicht und der dünnen Kompensationsschicht eine Temperaturcharakteristik relativ zu dem Fall, in dem keine dünne Kompensationsschicht verwendet wurde, verbessert, wenngleich diese Verbesserung nicht so hoch war wie das Niveau der Temperaturcharakteristik der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 der Erfindung. Mit anderen Worten verbesserte die Verwendung der dünnen Kompensationsschicht wirksam eine Temperaturcharakteristik ungeachtet eines Wegs eines angelegten Magnetfelds relativ zu dem Azimut der dünnen Grundschicht.
Ausführungsform 2
Die als eine dünne Kompensationsschicht in der Ausführungsform 1 wachsen gelassene LPE-Schicht (das heißt eine dünne Schicht, bei der das Substrat durch Polieren entfernt wird) wurde zwei Stunden lang in einer Atmosphäre bei 1100°C wärmebehandelt, woraufhin die gleiche Behandlung wie in der Ausführungsform 1 folgte, um die Struktur 1,2 × 1,2 × 0,11 mm fertig zu stellen. Die dünne Kompensationsschicht in dieser Ausführungsform hatte einen Faraday-Drehwinkel von 10 Grad, wenn eine Magnetisierungsrichtung parallel in Bezug auf die Lichtrichtung ausgerichtet wurde. Unter Verwendung der dünnen Kompensationsschicht wurden die elektromagnetische Feldabhängigkeit und Wellenlängenabhängigkeit eines Faraday-Drehwinkels und der Dämpfung ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 der Erfindung gemessen. Ein Winkel zwischen dem Polarisator und dem Analysator zum Messzeitpunkt der Dämpfung war 95 Grad. Die in dieser Ausführungsform (Ausführungsform 2) verwendeten Bedingungen waren die gleichen wie die der Ausführungsform 1, abgesehen von der dünnen Kompensationsschicht und dem Winkel zwischen dem Polarisator und dem Analysator. Messergebnisse sind in 14 bis 17 gezeigt.
14 zeigt eine elektromagnetische Feldabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels sowohl der dünnen Grundschicht als auch der dünnen Kompensationsschicht. Wenn ein Magnetfeld des Elektromagneten größer wird, zeigt sich, dass ein Absolutwert des Faraday-Drehwinkels der dünnen Kompensationsschicht ein wenig geringer geändert wird. Es würde überlegt, dass die Änderung davon durch eine kleine Neigung der Magnetisierungsrichtung der dünnen Kompensationsschicht relativ zu der Lichtrichtung verursacht wird. Die Größe der Änderung ist jedoch hinreichend klein. Der Faraday-Drehwinkel der drei dünnen Grundschichten ist 96 Grad, wenn ein Magnetfeld des Elektromagneten null ist, und 19,7 Grad, wenn das elektromagnetische Feld angelegt wird, wobei die Dämpfung 20 dB ist. Im Gegensatz dazu ist ein Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht –10 Grad, wenn das elektromagnetische Feld null ist, und –7,8 Grad, wenn das elektromagnetische Feld angelegt wird und die Dämpfung 20 dB ist. Folglich ist eine Änderung des Faraday-Drehwinkels der dünnen Kompensationsschicht relativ zu einem variablen Bereich des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht etwa 2,7%, und der Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht ist im Wesentlichen konstant.
15A bis 15C zeigen die Wellenlängenabhängigkeit eines Faraday-Drehwinkels. Zu Vergleichszwecken ist ein Fall mit einer dünnen Grundschicht offenbart. Es ist aus dem Vorstehenden zu erkennen, dass die Wellenlängenabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels durch die Kombination mit der dünnen Kombinationsschicht kleiner gemacht wird. 16 zeigt die elektromagnetische Feldabhängigkeit der Dämpfung, wobei, wenn das elektromagnetische Feld größer wird, die Dämpfung ebenfalls größer wird, und es ist aus diesem Diagramm zu sehen, dass die Vorrichtung normal als ein optischer Dämpfer arbeit wird. 17 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit der Dämpfung. Im Vergleich mit 11B zeigt sich, dass die Wellenlängenabhängigkeit verringert ist. Folglich gibt es einen Effekt der Wellenlängenabhängigkeit, selbst wenn der Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht nicht fest ist, sondern mehr oder weniger variiert.
Ausführungsform 3
In dieser Ausführungsform wurden die gleiche dünne Grundschicht und Kompensationsschicht wie die der Ausführungsform 1 verwendet. Die Unterschiede zu der Ausführungsform 1 sind eine Anordnungsweise der dünnen Grundschichten und eine Anlegerichtung eines Magnetfelds durch den Elektromagneten. Wie in 9B gezeigt, sind drei dünne Grundschichten so angeordnet, dass ihr Azimut derart ausgerichtet ist, dass die (-110)-Ebenen sich auf der Seite der N-Polarität befinden. Zum Vergleich ist eine Vorrichtung, die nur eine dünne Grundschicht und keine Kompensationsschicht hat, hergestellt. Licht geht senkrecht zu den (111)-Ebenen der dünnen Grundschichten und der Kompensationsschicht, und ein Verschiebungsweg des Synthesemagnetfeldvektors, der an die dünne Grundschicht angelegt wird, wird derart eingestellt, dass er sich auf einer Linie befindet, die sich zwischen einer mittleren (111)-Ebene in einem stereografischen Projektionsdiagramm mit einer Granat-Einkristall-(111)-Ebene und einer (1-10)-Ebene auf einem äußersten Umfang erstreckt. In diesem Zustand wurde eine Messung in Bezug auf den Faraday-Drehwinkel, die Wellenlänge und die Temperaturcharakteristik der Dämpfung gemacht. 18A und 18B zeigen eine Wellenlängencharakteristik des Faraday-Drehwinkels, 19A und 19B zeigen eine Wellenlängencharakteristik der Dämpfung, 20A und 20B zeigen eine Temperaturcharakteristik des Faraday-Drehwinkels, und 21A und 21B zeigen eine Temperaturcharakteristik der Dämpfung. 18A, 19A, 20A und 21A stellen die Ausführungsform 3 dar, in der die dünne Kompensationsschicht kombiniert ist, und 18B, 19B, 20B und 21B zeigen die Vergleichsbeispiele, in denen nur die dünne Grundschicht verwendet wurde. Diese Messergebnisse zeigen, dass sowohl die Wellenlängenabhängigkeit als auch die Temperaturabhängigkeit verringert sind.
In jeder der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die dünne Kompensationsschicht aus Materialien gefertigt, die eine hohe Kompensationstemperatur von 136°C haben, so dass ein Vorzeichen des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht entgegengesetzt zu dem Vorzeichen ihrer Wellenlängenabhängigkeit ist. Neben dem Vorstehenden kann ein Seltene-Erden-Eisen-Granat-Einkristall ohne Substitution von Wismut (BI), wie etwa Y₃Fe₅O₁₂, Tb₃Fe₅O₁₂, etc. mit ähnlichen Ergebnissen verwendet werden, weil ein Einkristall wie vorstehend verschiedene Vorzeichen des Faraday-Drehwinkels und des Wellenlängenkoeffizienten relativ zu den Vorzeichen eines Einkristalls hat, der eine Substitution von Wismut von etwa 0,3 oder mehr hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung neben der dünnen Grundschicht aus einem Granat-Einkristall mit einem variablen Faraday-Drehwinkel, der entsprechend einem äußeren angelegten Magnetfeld geändert wird, eine dünne Kompensationsschicht aus einem Granat-Einkristall, die einen im Wesentlichen konstanten Faraday-Drehwinkel hat. In der vorliegenden Erfindung sind die dünne Grundschicht und die dünne Kompensationsschicht aus Materialien gefertigt, so dass ein Vorzeichen eines Wellenlängenkoeffizienten des Faraday-Drehwinkels für die dünne Grundschicht sich von einem Vorzeichen eines Wellenlängenkoeffizienten des Faraday-Drehwinkels für die dünne Kompensationsschicht unterscheidet. Dies erlaubt, durch die Kombination mit der dünnen Kompensationsschicht einen wellenlängenvariablen Teil des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht zu verringern, so dass eine Wellenlängenabhängigkeit der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung wesentlich verringert werden kann. Daher ist die vorliegende Erfindung wünschenswerterweise auf verschiedene Arten von optischen Vorrichtungen, die die Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung verwenden, insbesondere für ein Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssystem, anwendbar.
Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung eine Dicke der dünnen Kompensationsschicht variiert wird, um den Faraday-Drehwinkel zu ändern, kann die Wellenlängenabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels im Wesentlichen zu null gemacht werden, wenn ein Absolutwert des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht gleich einem Absolutwert des Faraday-Drehwinkels der dünnen Kompensationsschicht ist. Daher besteht eine große Konstruktionsfreiheit, um einen gewünschten Faraday-Drehwinkel zu bestimmen, bei dem die Wellenlängenabhängigkeit zu null gemacht wird. Mit anderen Worten, wenn der Faraday-Drehwinkel der dünnen Kompensationsschicht zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht positioniert ist, kann eine Wellenlängenabhängigkeit bei einem ausgewählten oder vorbestimmten Faraday-Drehwinkel zu null gemacht werden. Insbesondere wenn die vorliegende Erfindung auf einen optischen Dämpfer angewendet wird, können beachtliche Vorteile erzielt werden, da die Wellenlängenabhängigkeit in dem Bereich verringert wird, in dem die Dämpfung groß und empfindlich für die Wellenlängenabhängigkeit ist.
Wenn ferner die dünne Grundschicht und die dünne Kompensationsschicht derart ausgebildet werden, dass die Vorzeichnen sowohl des Wellenlängenkoeffizienten als auch des Temperaturkoeffizienten der dünnen Grundschicht sich von denen der dünnen Kompensationsschicht unterscheiden, können ein wellenlängenvariabler Teil und ein temperaturvariabler Teil des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht durch das Hinzufügen der dünnen Kompensationsschicht verringert werden, so dass sowohl die Wellenlängenabhängigkeit als auch die Temperaturabhängigkeit der Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung verringert werden können.
Außerdem kann durch Bestimmen einer Durchgangsrichtung von Licht und eines Verschiebungswegs eines Synthesevektors eines äußeren Magnetfelds, das an die dünne Grundschicht angelegt wird, ein wellenlängenvariabler Teil und ein temperaturvariabler Teil des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht verringert werden, indem die dünne Kompensationsschicht hinzugefügt wird.

Claims

Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung, die ein Faraday-Element (46, 48) und Einrichtungen (40, 42, 44) zum Anlegen von mindestens zwei äußeren Magnetfeldern aus verschiedenen Richtungen an zumindest einen Teil des Faraday-Elements (46, 48) umfasst, wobei das zusammengesetzte Gesamtmagnetfeld variabel ist, so dass der Faraday-Drehwinkel, den Licht erfährt, welches das Faraday-Element (46, 48) durchlaufen hat, steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Faraday-Element (46, 48) umfasst: eine dünne Grundschicht (46) aus einem Granat-Einkristall, die geeignet ist, einen Faraday-Drehwinkel, der sich entsprechend der Änderung des zusammengesetzten Gesamtmagnetfelds ändert, zu zeigen, und eine dünne Kompensationsschicht (48) aus einem weiteren Granat-Einkristall, die geeignet ist, unabhängig von dem zusammengesetzten Gesamtmagnetfeld einen konstanten Faraday-Drehwinkel zu zeigen, wobei das Vorzeichen des Koeffizienten, der die Wellenlängenabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht (46) beschreibt, entgegengesetzt zu dem der dünnen Kompensationsschicht (48) ist, so dass die Wellenlängenabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht (46) zumindest teilweise durch die dünne Kompensationsschicht (48) kompensiert wird.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Vorzeichen des Koeffizienten, der die Temperaturabhängigkeit des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht (46) beschreibt, entgegengesetzt zu dem der dünnen Kompensationsschicht (48) ist, wobei: sowohl die dünne Grundschicht (48) als auch die dünne Kompensationsschicht (48) auf einer (111)-Ebene geschliffen sind, so dass Licht entlang der <111>-Richtung senkrecht zu der (111)-Ebene weitergeleitet werden kann; ein Verschiebungsweg eines Synthesevektors aus den äußeren Magnetfelder innerhalb eines fächerförmigen Bereichs eines stereografischen Projektionsdiagramms der Granat-Einkristalle ist, wobei die (111)-Ebene als die Mitte dieses Diagramms genommen wird, wobei der fächerförmige Bereich von zwei Linien umgeben ist, welche einen Punkt, der die in der Mitte des stereografischen Projektionsdiagramms positionierte (111)-Ebene angibt, mit zwei Positionen verbindet, die 5 Grad nach rechts und links von einem Punkt entfernt sind, der eine der Kristallebenen anzeigt, die äquivalent zu der (110)-Ebene sind, die auf dem äußersten Umfangskreis des stereografischen Projektionsdiagramms positioniert ist, so dass ein wellenlängenvariabler Teil und ein temperaturvariabler Teil des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht (46) zumindest teilweise von der dünnen Kompensationsschicht (48) kompensiert werden.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei unter der Voraussetzung, dass der Maximalwert des Absolutwerts des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht (46) Fa_max ist und der Absolutwert des Faraday-Drehwinkels der dünnen Kompensationsschicht (48) Fb ist, die Ungleichung Fa_max > Fb erfüllt ist.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei unter der Voraussetzung, dass der Minimalwert des Absolutwerts des Faraday-Drehwinkels der dünnen Grundschicht (46) Fa_min ist, die Ungleichung Fa_max > Fb > Fa_min erfüllt ist.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Magnetfelder parallel und orthogonal relativ zu der <111>-Richtung senkrecht zu der (111)-Ebene der dünnen Grund- und Kompensationsschichten (46, 48) angelegt werden, wobei die <111>-Richtung die Ausbreitungsrichtung von Licht durch die Vorrichtung definiert.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das Magnetfeld parallel zu der Lichtrichtung ein durch einen Permanentmagneten (40, 42) angelegtes stationäres Magnetfeld ist und das Magnetfeld senkrecht zu der Lichtrichtung ein durch einen Elektromagneten (44) angelegtes variables Magnetfeld ist.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Magnetfelder aus den zwei Richtungen sowohl an die dünne Grundschicht (46) als auch die dünne Kompensationsschicht (48) angelegt werden.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Magnetfelder aus den zwei Richtungen nur an die dünne Grundschicht (46) angelegt werden und durch einen Permanentmagneten (44) nur ein stationäres Magnetfeld parallel zu der Lichtrichtung an die dünne Kompensationsschicht (48) angelegt wird.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Magnetfelder aus den zwei Richtungen nur an die dünne Grundschicht (46) angelegt werden und kein äußeres Magnetfeld an die dünne Kompensationsschicht (48) angelegt wird.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die dünne Grundschicht (46) aus einem Material mit einer kleinen magnetischen Anisotropie parallel zu der Lichtrichtung gefertigt ist, und die dünne Kompensationsschicht (48) aus einem Material mit einer großen magnetischen Anisotropie parallel zu der Lichtrichtung gefertigt ist, und die dünne Grundschicht (46) und die dünne Kompensationsschicht (48) derart ausgerichtet sind, dass sie dem äußeren Magnetfeld aus mindestens zwei Richtungen ausgesetzt sind.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die dünne Grundschicht (46) aus einem Material gefertigt ist, das aus Materialien ausgewählt ist, die eine durch (RBi)₃(FeM)₅O₁₂ dargestellte Zusammensetzung haben, und die dünne Kompensationsschicht (48) aus einem Material gefertigt ist, das aus Materialien ausgewählt ist, die eine durch R₃Fe₅O₁₂ oder (RBi)₃(FeM)₅O₁₂ dargestellte Zusammensetzung mit einer Kompensationstemperatur haben, die höher als eine maximale (höchste) Anwendungstemperatur ist, wobei: R ein oder mehrere chemische Elemente darstellt, die aus seltenen Erden-Elementen einschließlich Yttrium (Y) ausgewählt sind, und M ein oder mehrere Elemente darstellt, die durch Eisen substituierbar sind, wobei die Kompensationstemperatur die Temperatur darstellt, bei der das magnetische Moment des Materials umgekehrt wird.
Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die dünne Grundschicht (46) eine Zusammensetzung hat aus: Tb_1,00Y_0,65Bi_1,35Fe_4,05Ga_0,95O₁₂ mit einer 8 Stunden langen Wärmebehandlung bei 1100°C in einer Atmosphäre, und die dünne Kompensationsschicht (48) eine Zusammensetzung hat aus: Gd_1,00Y_0,75Bi_1,25Fe_4,00Ga_1,00O₁₂ ohne Wärmebehandlung, und wobei von einem Permanentmagneten (40, 42) ein Magnetfeld von 16,7 kN/m parallel zu der Lichtrichtung an die dünne Grundschicht (46) und die dünne Kompensationsschicht (48) angelegt wird und von einem Elektromagneten (44) ein variables Magnetfeld senkrecht zu der Lichtrichtung an die dünne Grundschicht (46) und die dünne Kompensationsschicht (48) angelegt wird.
Optischer Dämpfer, der einen Polarisator (54), einen Analysator (56) und eine zwischen dem Polarisator (54) und dem Analysator (56) angeordnete Faraday-Drehwinkel-Änderungsvorrichtung (55) gemäß Anspruch 1 umfasst.