JP2000305056A

JP2000305056A - 相反部品

Info

Publication number: JP2000305056A
Application number: JP11116627A
Authority: JP
Inventors: Tadakuni Sato; 忠邦佐藤
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】小型、軽量で、低価格の相反部品を提供する
こと。【解決手段】ファラデー回転子の前後に偏光子及び検
光子を組み合わせて、光学素子２とする。この光学素子
２を、円筒状のＳｒフェライト系プラスチック磁石１の
内径部に装着する。電磁石を使用して磁界を印加してプ
ラスチック磁石を磁化方向Ｈに着磁する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムや
光計測器等に用いられる光学部品に関し、特に、光源か
ら出射した光が光学系の中の光学素子の端面で反射し、
光源に戻るのを防ぐための、光アイソレータ、光サーキ
ュレータ等の非可逆部品である相反部品に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】光源からの出射光を光学系を用いて伝達
しようとするとき、光学系中の光学素子の端面で反射し
た光は光源に戻ってくる。例えば、光通信においては光
源のレーザから出射した光は、結合レンズによって収束
され、光ファイバの端面に集められる。大部分の光は、
光ファイバ中に入りその中を伝搬するが、一部の光は、
ファイバ端面で反射されて光源のレーザに戻る。レーザ
中に戻った光は、一般に位相も偏光方向もレーザ中の光
とは異なり、これによってレーザ発振が乱され、レーザ
光のノイズとなったり、最悪の場合は発振が停止する。

【０００３】このような戻り光を遮断し、ノイズを防ぐ
ため、光アイソレータが用いられる。また、同様な機能
を有するものとして光サーキュレータがある。光アイソ
レータでは、戻り光の遮断特性（アイソレーション、消
光比）の高いこと、入射光の透過損失（挿入損失）の小
さいことが要求される。

【０００４】従来の光アイソレータの典型的な構成の断
面図を図６に示す。図６に示すように、ファラデー回転
子３の両側に偏光素子６を配置して入射光側を偏光子と
し、出射光側を検光子として機能させている。また、フ
ァラデー回転子３の周囲には、この素子を一方向に磁化
させるための筒形の永久磁石４が配設されている。これ
らの光学素子及び磁石等はそれぞれホルダ７を介した
り、磁石を介したりして、接着剤や半田、レーザ溶接等
により、筐体５に固定されているのが通常である。

【０００５】これら部材の中で、永久磁石は、ファラデ
ー回転子に使用される磁性材料を一方向に十分に磁化さ
せるだけの磁界強度を有する必要がある。ファラデー回
転子に使用されている市販のガーネット膜の多くは、飽
和磁化が高く、そのため、高性能な永久磁石が必要とな
り、高価な希土類磁石を使用するのが通例である。その
一方で、現在、光アイソレータ等の部品においては、よ
り一層の小型化、軽量化、低価格化が求められている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、小
型、軽量で、低価格の相反部品を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ファラデー回
転子、偏光子、及び検光子を組み合わせた光学素子と、
前記ファラデー回転子を磁化するために磁界を供するプ
ラスチック磁石とから構成される相反部品である。

【０００８】また、本発明は、前記相反部品において、
前記プラスチック磁石の形状が円筒状である相反部品で
ある。

【０００９】また、本発明は、前記相反部品において、
前記プラスチック磁石の形状が角枠状である相反部品で
ある。

【００１０】また、本発明は、前記相反部品において、
前記プラスチック磁石の形状が凹状である相反部品であ
る。

【００１１】また、本発明は、前記相反部品において、
前記プラスチック磁石が等方性プラスチック磁石である
相反部品である。

【００１２】また、本発明は、前記相反部品において、
前記プラスチック磁石が異方性プラスチック磁石である
相反部品である。

【００１３】また、本発明は、前記相反部品において、
前記ファラデー回転子がＧｄＢｉ系またはＴｂＢｉ系ガ
ーネットである相反部品である。

【００１４】また、本発明は、前記相反部品において、
前記プラスチック磁石の底面積Ｓと厚さｔの比（Ｓ）
^１／２／ｔが５.５以下（０を含まず）である相反部品
である。

【００１５】また、本発明は、前記相反部品において、
前記プラスチック磁石内空隙部に発生する最大磁場Ｈｍ
と、前記ガーネット厚膜の飽和磁化４πＭｓとの比Ｈｍ
／４πＭｓが０.７Ｏｅ／Ｇ以上である相反部品であ
る。

【００１６】即ち、本発明は、従来のような光アイソレ
ータの構造に対して、磁界印加用永久磁石にプラスチッ
ク磁石を使用し、その材質、形状及びファラデー回転子
として使用されるＢｉ系ガーネット厚膜とその特性を特
定することにより、小形化、軽量化、低価格化を図った
ことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明は、ＬＰＥ法（液相エピタ
キシャル成長法）によりガーネット育成基板上にＦｅの
一部をＡｌ、Ｇａで置換したＧｄＢｉ系ガーネット膜及
びＴｂＢｉ系ガーネット膜をファラデー回転子として使
用するものである。これらのガーネット膜は、厚膜方向
に磁化容易性を有しており、より低い磁場で磁化が飽和
しやすい特性を有する。また、ＧｄＢｉ系ガーネット及
びＴｂＢｉ系ガーネットは、他の希土類ガーネットに比
べ、飽和磁化（４πＭｓ）が著しく低い値を有し、また
Ｆｅの一部をＡｌ、Ｇａで置換することにより、さらに
４πＭｓの低減（５００Ｇ以下）が図られ、ファラデー
回転子の磁化を飽和するための印加磁場が低減できる。
したがって、低い特性の磁界印加用永久磁石の使用が可
能となり、低価格化が実現できる。ファラデー回転子の
４πＭｓが５００Ｇ以下であれば、高価な異方性希土類
焼結磁石を使用しなくても、著しい体積の増加をさせず
に安価な磁石を使用して、ガーネットの磁化に要する印
加磁場を容易に達成することができる。

【００１８】本発明においては、磁界印加用磁石として
プラスチック磁石を使用している。プラスチック磁石
は、磁石粉末と樹脂を混合して成形して得られるもので
あり、必要形状が精度よく得られる。したがって、焼結
磁石等のような機械加工が省略できるという利点があ
る。ナイロン、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルフィド）等
の熱可塑性樹脂を使用して射出成形する方法は、複雑な
形状に有用であり、また、押出成形によって製造する方
法は、磁気特性の向上に有用である。なお、ＰＰＳを使
用した磁石は耐熱性に優れている。また、エポキシ等の
熱硬化性樹脂を使用して圧縮成形によって製造する方法
は、樹脂量の低減が図られるので、磁石特性の向上に有
用である。また、磁界を印加しながら成形することによ
り、磁石粉末を配向することができるので異方性磁石と
することができる。磁場を印加しないで成形した場合
は、等方性磁石となる。異方性磁石は、異方性化した方
向には磁石特性が著しく向上するので、使用する磁石を
小型化できる利点があるが、等方性成形に比べて形状が
制限されることになる。

【００１９】プラスチック磁石に使用される磁石粉末
は、Ｂａフェライト磁石やＳｒフェライト磁石等のフェ
ライト磁石粉末、Ｓｍ_２Ｃｏ_１７系磁石やＳｍＣｏ_５系
磁石等のＳｍＣｏ系磁石粉末、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ系磁石
等のＮｄＦｅＢ系磁石粉末がある。フェライト磁石粉末
は、酸化物であるので化学的に安定であり、原料費が安
く、製造も容易である。一方、ＳｍＣｏ系磁石粉末やＮ
ｄＦｅＢ系磁石粉末は、高い磁石材料特性が得られるも
のの、希土類金属を主成分として含有しているので、フ
ェライト磁石粉末に比べ、原料費が高く、酸化により特
性が劣化したり、製造方法が複雑となる。

【００２０】本発明においては、光学素子を磁石内空隙
部に内包するように構成し、これらの部材をステンレス
等の筐体内に配置して光アイソレータを構成した形態で
も適用可能である。

【００２１】また、プラスチック磁石の形状としては、
円筒状は粉末の充填が良好となるので、寸法精度を高く
できるという長所がある。角枠状、凹状では、表面実装
用部品として自動装着が極めて容易となる。加えて、凹
状磁石の場合は、光学素子の磁石内空隙部への装着が著
しく容易となる利点がある。

【００２２】また、本発明においては、プラスチック磁
石の磁化方向に直交する面積を底面積Ｓとし、磁化方向
の長さを厚さｔとし、その比（Ｓ）^１／２／ｔを５.５
以下とするものである。ここで、０は磁石が存在しない
意味となるので含まない。部品として、実質的には０.
２以上の領域となる。５.５を越えると、光アイソレー
タのアイソレーションが著しく劣化する。５.５以下で
は、磁石により発生する磁界強度と均質性が良好な状態
となるなるため、高いアイソレーションを示す。

【００２３】また、本発明においては、プラスチック磁
石内空隙部に発生する最大磁場Ｈｍと、このガーネット
の４πＭｓとの比Ｈｍ／４πＭｓが０.７Ｏｅ／Ｇ以上
とするものである。０.７Ｏｅ／Ｇ未満になるとアイソ
レーションが著しく劣化する。０.７以上では、ガーネ
ット膜の磁気モーメントの整列が向上し、高いアイソレ
ーションを示す。

【００２４】また、本発明においては、偏光子としてガ
ラス偏光子に限定されるものではなく、例えば、ルチ
ル、ＹＶＯ_４等のような複屈折材料を用いてもよく、ガ
ーネット結晶のファラデー回転作用を利用するものであ
れば、本発明の範囲となる。

【００２５】また、磁界印加用磁石も単一成形体に限定
するものではなく、複数を組み合わせて構成してもよ
い。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２７】（実施例１）高純度の酸化ガドリニウム
（Ｇｄ_２Ｏ_３）、酸化テルビウム（Ｔｂ_２Ｏ_３）、酸化
第二鉄（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化ガリウム（Ｇａ
_２Ｏ_３）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ビス
マス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、酸化鉛（ＰｂＯ）及び酸化ホウ素
（Ｂ_２Ｏ_３）の粉末を原料として使用し、ＰｂＯ−Ｂｉ
_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系をフラックスとして、ＬＰＥ法にて
ＮＧＧ基板（格子定数１２.５０９４オングストロー
ム）上に主成分比がＧｄ_１．９Ｂｉ_１．１Ｆｅ_４．３Ａ
ｌ_０．４Ｇａ_０ _．３Ｏ_１２近傍のＧｄＢｉガーネット膜
を、また、ＳＧＧＧ基板（格子定数１２.４９６オング
ストローム）上に、主成分比がＴｂ_２．０Ｂｉ_１．０Ｆ
ｅ_４．１Ａｌ_０．４Ｇａ_０．５Ｏ_１２近傍のＴｂＢｉ系
ガーネット膜を約６００μｍの厚さに育成した。なお、
これらのガーネット膜は少量（各３ｗｔ％）のＢ_２Ｏ_３
及びＰｂＯを含有していた。

【００２８】次に、基板を除去した後、ガーネット膜を
５０％の酸素雰囲気中、１０５０℃で熱処理した。これ
らの試料について、振動型磁力計を用いて、ガーネット
膜の磁気特性を測定した。４πＭｓは、１００〜１５０
Ｇであり、膜厚方向に磁化容易性を示していた。

【００２９】これらのガーネット膜の波長１.５５μｍ
におけるファラデー回転能は、約１０００ｄｅｇ／ｃｍ
であった。

【００３０】次に、これらのガーネット膜のファラデー
回転角が波長１.５５μｍで約４５ｄｅｇとなるように
調整した（膜厚約４５０μｍ）。これらのガーネット膜
にＡＲコート処理した。その後、切断加工して辺長が
１.３ｍｍの四辺形平板状ファラデー回転子として使用
し、その前後に偏光子及び検光子として辺長が１.３ｍ
ｍの四辺形平板状ガラス偏光子を偏光面が４５ｄｅｇと
なるように配置して光学素子を組み合わせた。

【００３１】次に、図１に示すように、この光学素子２
を、外径４ｍｍ、内径２ｍｍで、高さ２ｍｍの円筒状の
Ｓｒフェライト系プラスチック磁石１の内径部に装着し
た後、電磁石を使用して約１０ｋＯｅの磁界を印加して
プラスチック磁石を高さ方向に着磁して、光アイソレー
タとした。

【００３２】なお、ここで使用したＳｒフェライト系プ
ラスチック磁石は、ナイロンを使用して射出成形した高
さ方向に磁気異方性を有する成形体であり、残留磁化
（Ｂｒ）は約２５００Ｇ、保磁力（ｉＨｃ）は約３００
０Ｏｅであった。

【００３３】これらの波長１.５５μｍにおけるアイソ
レータ特性を測定したところ、ガーネット膜の種類によ
る違いはみられず、アイソレーションは約４５ｄＢ、挿
入損失が約０.２ｄＢの良好な特性であった。

【００３４】（実施例２）実施例１と同様にして、プラ
スチック磁石の材質を表１のように変化させ、着磁磁界
を約５０ｋＯｅとして光アイソレータを構成して、これ
らのアイソレータ特性を評価した。その結果を表１に示
す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１のすべてのアイソレータにおいて、良
好なアイソレータ特性を示していた。

【００３７】（実施例３）図２に示すように、実施例１
で作製した偏光子／ファラデー回転子／検光子の光学素
子２を、角枠状のＳｒフェライト系プラスチック磁石１
１（外寸２.５ｍｍ、内寸１.５ｍｍ、異方性厚さ方向の
厚さ２ｍｍ）の内部に配置し、アイソレータ特性を測定
した。

【００３８】ガーネット膜の種類（ＧｄＢｉ系、ＴｂＢ
ｉ系）によらず、アイソレーションは約４５ｄＢ、挿入
損失が約０.２ｄＢの良好な特性であった。

【００３９】（実施例４）図３に示すように、実施例１
で作製した偏光子／ファラデー回転子／検光子の光学素
子２を、凹状のＳｒフェライト系プラスチック磁石２１
（外寸２.５ｍｍ、幅１.５ｍｍ、深さ１.８ｍｍの溝を
有し、異方性厚さ方向の厚さが２ｍｍ）の溝底部に配置
し、アイソレータ特性を測定した。

【００４０】ガーネット膜の種類（ＧｄＢｉ系、ＴｂＢ
ｉ系）によらず、アイソレーションは約４５ｄＢ、挿入
損失が約０.２ｄＢの良好な特性であった。

【００４１】（実施例５）実施例１、実施例３、及び実
施例４と同様にして、円筒状の等方性フェライト系プラ
スチック磁石（外径４ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ２ｍ
ｍ）、角枠状の等方性フェライト系プラスチック磁石
（外寸３.５ｍｍ、内寸１.５ｍｍ、厚さ２ｍｍ）、凹状
の等方性フェライト系プラスチック磁石（外寸３.５ｍ
ｍ、幅１.５ｍｍ、深さ２.５ｍｍの溝を有し、厚さが２
ｍｍ）の内部に、偏光子／ファラデー回転子／検光子の
光学素子を配置し、アイソレータ特性を測定した。な
お、ここで使用した等方性フェライト系プラスチック磁
石は、エポキシ樹脂を使用した圧縮成形により作製した
ものであり、Ｂｒが約１５００Ｇ、ｉＨｃが約２５００
Ｏｅであった。

【００４２】ガーネット膜の種類（ＧｄＢｉ系、ＴｂＢ
ｉ系）、フェライト磁石の材質及び形状によらず、アイ
ソレーションは約４５ｄＢ、挿入損失が約０.２ｄＢの
良好な特性であった。

【００４３】（実施例６）実施例５と同様にして、形状
の異なる異方性プラスチック磁石を使用して、底面積を
Ｓ、厚さをｔとして、それらの比（Ｓ）^１／２／ｔとア
イソレーションの関係を調べた。なお、光学素子の外寸
は、０.７〜１.５ｍｍであり、プラスチック磁石の外寸
は、２.０〜５.０ｍｍ、厚さは、１.０〜７.０ｍｍであ
り、（Ｓ） ^１／２／ｔは０.３、０.８、１.６、２.５、
３.４、４.３、５.０、５.５、６.０である。

【００４４】その結果を図４に示す。図４において、
（Ｓ）^１／２／ｔが５.５を越えると、アイソレーショ
ンが急激に低下している。したがって、（Ｓ）^１／２／
ｔは５.５以下とすることが有用となる。

【００４５】（実施例７）実施例６と同様にして、プラ
スチック磁石内空隙部に発生する最大磁場Ｈｍと、ガー
ネット膜の４πＭｓとの比Ｈｍ／４πＭｓとアイソレー
ションの関係を求めた。ここで使用したガーネット膜
は、ＧｄＢｉ系ガーネットであり、メルト組成を変化さ
せ、４πＭｓが３０〜５００Ｇでファラデー回転能（波
長１.５５μｍ）が８００〜１２００ｄｅｇ／ｃｍとな
っているＨｍ／４πＭｓは、０.４〜２.５（Ｏｅ／Ｇ）
の範囲となっていた。

【００４６】アイソレーションとＨｍ／４πＭｓの関係
を図５に示す。図５において、Ｈｍ／４πＭｓが０.７
Ｏｅ／Ｇ未満では、アイソレーションが急激に低下して
いる。したがって、Ｈｍ／４πＭｓを０.７以上とする
ことが有用となる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型、軽量で、低価格の相反部品を提供することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円筒状のＳｒフェライト系プラスチッ
ク磁石を使用した光アイソレータの構成を示す斜視図。

【図２】本発明の角枠状のＳｒフェライト系プラスチッ
ク磁石を使用した光アイソレータの構成を示す斜視図。

【図３】本発明の凹状のＳｒフェライト系プラスチック
磁石を使用した光アイソレータの構成を示す斜視図。

【図４】実施例６におけるプラスチック磁石の底面積Ｓ
と厚さｔの比（Ｓ）^１／２／ｔとアイソレーションの関
係を示す図。

【図５】実施例７におけるプラスチック磁石内空隙部に
発生する最大磁場Ｈｍとガーネット膜の飽和磁化４πＭ
ｓとの比Ｈｍ／４πＭｓとアイソレーションの関係を示
す図。

【図６】従来の光アイソレータの構成を示す断面図。

【符号の説明】

１円筒状のＳrフェライト系プラスチック磁石２光学素子３ファラデー回転子４永久磁石５筐体６偏光素子７ホルダ１１角枠状のＳｒフェライト系プラスチック磁石２１凹状のＳrフェライト系プラスチック磁石Ｈ磁化方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ファラデー回転子、偏光子、及び検光子
を組み合わせた光学素子と、前記ファラデー回転子を磁
化するために磁界を供するプラスチック磁石とから構成
されることを特徴とする相反部品。
【請求項２】請求項１記載の相反部品において、前記
プラスチック磁石は、形状が円筒状であることを特徴と
する相反部品。
【請求項３】請求項１記載の相反部品において、前記
プラスチック磁石は、形状が角枠状であることを特徴と
する相反部品。
【請求項４】請求項１記載の相反部品において、前記
プラスチック磁石は、形状が凹状であることを特徴とす
る相反部品。
【請求項５】請求項２〜４のいずれかに記載の相反部
品において、前記プラスチック磁石は、等方性プラスチ
ック磁石であることを特徴とする相反部品。
【請求項６】請求項２〜４のいずれかに記載の相反部
品において、前記プラスチック磁石は、異方性プラスチ
ック磁石であることを特徴とする相反部品。
【請求項７】請求項５または６記載の相反部品におい
て、前記ファラデー回転子は、ＧｄＢｉ系またはＴｂＢ
ｉ系ガーネットであることを特徴とする相反部品。
【請求項８】請求項７記載の相反部品において、前記
プラスチック磁石の底面積Ｓと厚さｔの比（Ｓ）^１／２
／ｔは、５.５以下（０を含まず）であることを特徴と
する相反部品。
【請求項９】請求項８記載の相反部品において、前記
プラスチック磁石内空隙部に発生する最大磁場Ｈｍと、
前記ガーネット厚膜の飽和磁化４πＭｓとの比Ｈｍ／４
πＭｓは、０.７Ｏｅ／Ｇ以上であることを特徴とする
相反部品。