JP2001066550A - 光アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常磁性材料をファラデー回転子として使用す
る光アイソレータの小型化と低コスト化を図ること。 【解決手段】 常磁性材料をファラデー回転子として使
用する場合において、該ファラデー回転子に磁界を印加
する磁石の断面形状を外周部は円形状で、内周部は角形
とし、該内周部に該ファラデー回転子を装填することに
より、小型の光アイソレータを実現している。また、角
形の溝を有する角棒状の磁石に研削と切断と接着を施す
ことによって、あるいは角棒状の磁石と角形の溝を有す
る角棒状の磁石に研削と切断と接着を施すことによっ
て、分割された構成要素を接着してなる磁界印加用磁石
が作製され、磁石加工費用の低減が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として光通信シ
ステムや光計測器に用いられる光部品に係り、特に、干
渉性の高い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、その光源に戻ることを防ぐのに好適な
光アイソレータに関する。

【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、光学系の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
は光ファイバの中に入り、その中を伝搬するが、一部の
光は結合レンズと光ファイバ端面で反射されて、光源の
レーザに戻る。レーザに戻った光は一般に位相がレーザ
中の光とは異なり、これによってレーザ発振が乱され、
ノイズ発生の原因となる。

【０００３】このようなノイズを防ぐために、戻り光を
遮断する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、逆方
向損失）の高いこと、入射光の透過損失（挿入損）の少
ないことが要求される。

【０００４】そのアイソレータの典型的な構成の断面図
を図３に示す。ファラデー回転子３の両側に偏光素子１
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、ファラデー回転子の周囲
には、この素子を一方向に磁化させるための円筒形の磁
石４が配置されている。これらの光学素子はホルダ２や
磁石４を介し、また磁石４は直接に、接着剤、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、磁石４はファラデー回
転子３に使用される磁性材料を一方向に磁化させるだけ
の磁界強度を有する必要がある。現在、光アイソレータ
は一層の小型化、低価格化が求められている。小型化の
ためには、磁石を小型化する必要が生じる。一般に、磁
石は高性能かつ耐食性の観点から、異方性Ｓｍ_２Ｃｏ
_１７系の焼結磁石が使用されていた。この磁石材料は硬
くて脆いことから、内部形状及び外形を砥石にて研削加
工して、リング形状として使用することで、比較的廉価
な磁石を提供できる。この形状の磁石はファラデー回転
子が強磁性体で、かつ比較的低い印加磁界（約１ｋＯe
以下）で磁化が飽和に達する場合に有用となる。例え
ば、希土類Ｂｉ置換型ガーネットのファラデー回転子
は、１.３ｋＯｅ以下の磁界中で使用可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、希土類
Ｂｉ置換型ガーネットのファラデー回転子においては、
波長が約１.１μｍ以下では、主成分であり、強磁性に
寄与する鉄イオンの存在により、光の透過が著しく減少
する（殆ど透過しない。） 従って、波長が約１.１μｍ
以下の領域では、鉄を含有しない光学結晶を使用するこ
とになり、常磁性材料をファラデー回転子として使用す
ることになる。この常磁性材料は、印加する磁界の強さ
に比例して磁化量が変化するものであり、より強い磁界
を使用することにより、高いファラデー回転が得られ
る。従って、素子の小型化、光アイソレータの小型化に
は、より強い磁界が必要となる。

【０００７】本発明においては、常磁性材料をファラデ
ー回転子として使用する光アイソレータの小型化と低コ
スト化を図ることを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、常磁性材料を
ファラデー回転子として使用する場合において、該ファ
ラデー回転子に印加する磁界強度を向上させるために使
用する磁石の形状を変化させるものであり、この磁石の
断面形状を外周部は円形状で、内周部は角形とし、該内
周部に該ファラデー回転子を装填することにより、小型
の光アイソレータを実現している。

【０００９】また、角形の溝を有する角棒状の磁石に研
削と切断と接着を施すことによって、あるいは角棒状の
磁石と角形の溝を有する角棒状の磁石に研削と切断と接
着を施すことによって、分割された構成要素を接着して
なる磁界印加用磁石が作製され、磁石加工費用の低減が
図られる。

【００１０】さらに、外周部が円形状で内周部が角形の
断面形状を有する磁界印加用磁石において、断面の円形
状の面積Ｓ_φに対する断面内部の角形の面積Ｓ_σの比Ｓ
_σ／Ｓ_φを０.０３〜０.２０の範囲とすることにより、
光アイソレータ特性が良好となる。

【００１１】

【作用】本発明において、磁界印加用磁石の断面形状を
外周部は円形状で内周部は角形とするのは、外周部を円
形状とすることにより、光アイソレータ筐体と類似形状
にし、空間の無駄を排除し、小型化を図るためである。
一方、内周部を角形とするのは、内周部をファラデー回
転子と近似した形状とすることにより、磁石から発生し
た磁束を高密度でファラデー回転子に印加することがで
きるので、ファラデー回転角が増大し、ファラデー回転
子の小型化、磁石の小型化、光アイソレータ特性の向上
等が実現できるからである。ところで、ファラデー回転
子は高価な材料であるので、素子を効率よく作製するた
めに、角形に切断加工される。

【００１２】本発明において、外周部が円形状で内周部
が角形の断面形状を有する磁石を角形の溝を有する角棒
状の磁石を基にして、加工にて作製するのは、加工の容
易性を選択することにより、磁石価格の低減を図るもの
である。高い磁石特性を有するＳｍ_２Ｃｏ_１７系磁石や
ＮｄＦｅＢ系磁石は、硬くて脆い材質である。そのた
め、砥石を使用した研削や切削などの加工法が有効とな
る。従って、溝入れ加工や外形研磨などの回転を利用し
た加工は比較的容易に実現できる。一方、内部に角穴を
形成する加工は極めて困難となる。厳密には、製造工程
としては、殆ど不可能である。

【００１３】そこで、本発明では、比較的加工が容易で
ある角形の溝を有する角棒状の磁石から出発して、外形
を円形状に研磨して、複数の磁石部材で、外周部が円形
状で内周部が角形の断面形状を有する磁石またはそれと
疑似の形状の磁石を形成することにより、著しく加工費
用が低減できるものである。ちなみに、本発明の磁石加
工法によれば、加工費用は円筒形磁石に比べ、約１／
５、一体物の外周部が円形状で内周部が角形の断面形状
を有する磁石に比べ、約１／２０となる。また磁石の構
成を分割とすることにより、光学素子を溝部に装填した
後、残る磁石部材を接着する工法を選択すると、素子の
組立が著しく容易になる利点もある。

【００１４】本発明における外周部が円形状で内周部が
角形の断面形状を有する磁石の円形状の面積Ｓ_φに対す
る断面内部の角形の面積Ｓ_σの比Ｓ_σ／Ｓ_φを０.０３
〜０.２０の範囲とするのは、０.２０以下で磁界強度の
増加が顕著となり、光アイソレータの特性が明らかに向
上するからであり、０.０３以下では小型光アイソレー
タの実現においては、光学素子の作製が困難となるから
である。

【００１５】

【実施例】以下に図面を参照して、実施例について説明
する。

【００１６】（実施例１）透過波長帯域が約０.９μｍ
以上のＣｄＭｎＨｇＴｅ化合物単結晶を、光学面を有す
るように厚さ２.５ｍｍに研磨した。次に、ＳｉＯ_２を
主体としてＡＲコート膜を形成した。これを形状が１.
５×１.５×２.５ｍｍの直方体に切断して、ファラデー
回転子とし、この結晶の両面に偏光ガラスを配置し、こ
れらを円筒形状磁石内に配置し、光アイソレータを構成
した。

【００１７】ここで使用した磁石の材質は、異方性Ｓｍ
_２Ｃｏ_１７系磁石であり、光の進行方向に平行な方向が
磁化容易方向となっており、残留磁化Ｂrが約１１ｋ
Ｇ、保磁力_ＩＨ_Ｃが約１０ｋＯeとなっている。ここで
使用した磁石の形状は、外径がφ３.６ｍｍで、内径が
φ１.７ｍｍで、長さが２.６ｍｍの円筒形状と、外径が
φ３.６ｍｍで、内径が１.３ｍｍ角で、長さが２.６ｍ
ｍの外周部が円形状で内周部が角形の２種類を使用して
いる。前者が一般的に使用されている形状であり、比較
例として用いた。

【００１８】次に、これらを印加磁界、約３０ｋＯeで
パルス着磁した後、波長０.９８μｍにおける光アイソ
レータ特性を測定した。その結果を表１に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】（実施例２）実施例１と同様にして、外周
部が円形状で内周部が角形の磁石の内部にＣｄＭｎＨｇ
Ｔｅ化合物単結晶を配置して光アイソレータを構成し、
特性を測定した。ここで使用した磁石は、図１に示した
ように、（１）角形の溝を有する磁石を組み合わせた
後、外側を円形状に研磨して、外周部が円形状で内周部
が角形の磁石とする工法、及び、図２に示したように、
（２）角形の溝を有する角棒状の磁石の外側を円形状に
研磨した後、外周部に近い溝の部分に角棒状磁石チップ
を装填し、擬似的な外周部が円形状で内周部が角形の磁
石とする工法、で作製した。

【００２１】これらの磁石は、外径がφ３.６ｍｍで、
内径が１.３ｍｍ角で、長さが２.６ｍｍの外周部が円形
状で内周部が角形の形状であり、内径１.３ｍｍ角の部
分に光学素子を配置した後、着磁し、アイソレータ特性
を測定した。その結果を表２に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２が示すように、外周部が円形状で内周
部が角形の磁石を、分割した磁石で構成しても、実施例
１の比較例（円筒形磁石）に比べ、アイソレータ特性が
向上している。なお、磁石の加工費用は一体の同形状の
磁石に比べ、約１／５と、著しく低コストとなった。

【００２４】（実施例３）実施例１及び２と同様にし
て、一体物及び２分割型の外周部が円形状で内周部が角
形の磁石を作製した。この磁石は外径をφ３.５ｍｍと
し、内径を１.０５ｍｍ角から１.６ｍｍ角まで変化さ
せ、長さを２.６ｍｍとした。また、この内部に挿入さ
れる光学素子の断面を１.０〜１.５ｍｍ角とし、アイソ
レータ特性を測定した。この磁石における断面の円形状
の面積をＳ_φとし、断面内部の角形の面積をＳ_σとし、
その比Ｓ_σ／Ｓ_φに対して、アイソレータ特性を測定し
た。

【００２５】その結果を図４に示す。図４（ａ）はアイ
ソレーションのＳ_σ／Ｓ_φへの依存性を示し、図４
（ｂ）は挿入損のＳ_σ／Ｓ_φへの依存性を示す。Ｓ_σ／
Ｓ_φが０.２０以下の領域において、アイソレーション
及び挿入損が明らかに良好となる。一方、光学素子の加
工精度を考慮すると、Ｓ_σ／Ｓ_φが０.０３以上が現実
的な領域となる。従って、Ｓ_σ／Ｓ_φは０.０３〜０.２
０の領域が工業上、有用な領域となる。

【００２６】尚、本実施例においては、ＣｄＭｎＨｇＴ
ｅ単結晶のみについて述べたが、これのみに限定される
ものでなく、例えば、ＣｄＭｎＴｅ、ＴＧＧ（テルビウ
ム・ガドリニウム・ガーネット）、ＴＡＧ（テルビウム
・ガドリニウム・ガーネット）、常磁性ガラス等、常磁
性材料を磁石で磁化して構成するものであれば、本発明
の効果は発せられるものである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、 本発明によれ
ば、常磁性材料をファラデー回転子として使用する光ア
イソレータにおいて、小型化と低コスト化を実現するこ
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例２における磁石の加工方法と光学素子の
装着方法を示す斜視図。角形の溝を有する角棒状の磁石
を組み合わせた後、外側を円形状に研磨して、その後、
磁石を剥離して光学素子とともに接着する手順を示す
図。

【図２】実施例２における磁石の加工方法と光学素子の
装着方法を示す斜視図。角形の溝を有する角棒状の磁石
の外側を円形状に研磨した後、溝に角棒状磁石チップと
光学素子を装填する手順を示す図。

【図３】一般的な光アイソレータの構成を示す断面図。

【図４】実施例３の磁石における断面の円形状の面積を
Ｓ_φとし、断面内部の角形の面積をＳ_σとしたとき、そ
の比Ｓ_σ／Ｓ_φと光アイソレータ特性（アイソレーショ
ン、挿入損）との関係を示す図。

【符号の説明】

１ 偏光素子 ２ ホルダ ３ ファラデー回転子 ４ 磁界印加用磁石 ５ 筐体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 常磁性体をファラデー回転子として使用
   する光アイソレータにおいて、該ファラデー回転子への
   磁界印加用磁石の断面形状を外周部は円形状で内周部は
   角形とし、該内周部に該ファラデー回転子を装填してな
   ることを特徴とする光アイソレータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光アイソレータの製造法
   であって、角形の溝を有する角棒状の磁石に研削と切断
   と接着を施すことによって、あるいは角棒状の磁石と角
   形の溝を有する角棒状の磁石に研削と切断と接着を施す
   ことによって、分割された構成要素を接着してなる磁界
   印加用磁石を作製することを特徴とする光アイソレータ
   の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の磁界印加用磁石におい
   て、断面の円形状の面積Ｓ_φに対する断面内部の角形の
   面積Ｓ_σの比Ｓ_σ／Ｓ_φを０.０３〜０.２０の範囲とす
   ることを特徴とする光アイソレータ。