JP2001209006A

JP2001209006A - 光アイソレータ

Info

Publication number: JP2001209006A
Application number: JP2000017260A
Authority: JP
Inventors: Tadakuni Sato; 忠邦佐藤
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】常磁性体をファラデー素子とする光アイソレ
ータにおいて、ファラデー素子に印加する磁界強度を高
め、小型で高性能な光アイソレータを提供すること。【解決手段】常磁性体をファラデー素子として使用す
る光アイソレータにおいて、該ファラデー素子を内包す
る円筒状永久磁石を鉄クロムコバルト磁石からなる光ア
イソレータ外筒内に装填することにより、小型で高い磁
界強度を得ている。又、ファラデー素子を内包する円筒
状永久磁石とファラデー素子の空隙部に平板状永久磁石
を装填することにより、小型で高い磁界強度を得てい
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、消光比）の高いこと、入射光の透過損失（挿入損
失）の少ないことが要求される。

【０００４】光アイソレータの典型的な構成の断面図を
図３に示す。ファラデー素子３３の両側に偏光素子３１
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、ファラデー素子の周囲に
は、この素子を一方向に磁化させるための円筒形の永久
磁石３４が配置されている。これらの光学素子及び磁石
等は、それぞれホルダ３２を介したり、永久磁石３４を
介したりして、接着剤や半田、レーザ溶接等により、筐
体３５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
素子に使用される磁石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。

【０００６】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。また、更なる高性能化（高ア
イソレーション化、低損失化など）も求められている。
小型化のためには、永久磁石を小型化する必要が生じ
る。一般に、永久磁石は、高性能かつ耐食性の観点か
ら、異方性Ｓm_２Ｃo_１７系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、内径部及び外
径部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
磁石はファラデー素子が強磁性体で、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置換型ガーネットを用いた
ファラデー素子は１.３ｋＯe 以下の磁界中で使用可能
となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、希土類
Ｂi置換型ガーネットを用いたファラデー素子は、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、光の透過は著しく減少する
（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材料を使用すること
になり、常磁性材料をファラデー素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。

【０００８】一方、光アイソレータの高性能化として
は、図３に示した構成よりも光学部品点数を増やして、
高アイソレーション化が図られるが、挿入損失は増加す
ることになる。これらは、図３の構成が１段型と呼ばれ
るのに対し、１.５段型、２段型と呼ばれている。この
ような多段型の場合においても、常磁性材料のファラデ
ー素子に対しては、印加する磁界強度を高くすることに
より、光アイソレータの小型化と挿入損失の低減が可能
になる。

【０００９】そこで、本発明は、常磁性体をファラデー
素子とする光アイソレータにおいて、ファラデー素子に
印加する磁界強度を高め、小型で高性能な光アイソレー
タを提供することを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、常磁性材料を
ファラデー素子として使用する場合において、該ファラ
デー素子に印加する磁界の強度と均一性を向上させるた
めに使用する磁石の構成に関するものであり、ファラデ
ー素子と該ファラデー素子を内包する円筒状磁石と該フ
ァラデー素子との空隙部に平板状永久磁石を装填するも
のであり、安価にして磁界の強度と均一性の向上が図ら
れる。

【００１１】また、光アイソレータの外筒に鉄クロムコ
バルト磁石を使用することにより、磁界の強度と均一性
の向上が図られる。

【００１２】即ち、本発明は、常磁性体をファラデー素
子として使用する光アイソレータにおいて、該ファラデ
ー素子を内包する円筒状永久磁石を鉄クロムコバルト磁
石からなる光アイソレータ外筒内に装填することによ
り、小型で高い磁界強度を得ている。

【００１３】また、本発明は、常磁性体をファラデー素
子として使用する光アイソレータにおいて、該ファラデ
ー素子を内包する円筒状永久磁石と該ファラデー素子の
空隙部に平板状永久磁石を装填することにより、小型で
高い磁界強度を得ている。

【００１４】

【作用】以下に、本発明の作用を説明する。

【００１５】本発明において、ファラデー素子とそれを
内包する円筒状磁石との空隙部に平板状磁石を装填する
のは、ファラデー素子近傍に磁石材料を配置することに
より、ファラデー素子に印加される磁束量を増大させ、
かつ磁石材料の充填量を増大することにより、高い印加
磁界が得られるからである。平板状磁石を装填するの
は、平板状磁石の方が加工が容易で、かつ所定位置への
装填が容易であり、比較的、安価となるからである。

【００１６】また、光アイソレータの外筒に鉄クロムコ
バルト磁石を使用するのは、機械的特性及び耐食性に優
れた磁石材料を外筒として使用することにより、ステン
レス鋼に遜色ない環境特性で、且つ高い印加磁界が得ら
れるからである。

【００１７】尚、本発明においては、ＣdＭnＨgＴe単結
晶をファラデー回転子として使用した例について詳述す
るが、これのみに限定されるものでなく、例えば、Ｃd
ＭnＴe、ＴＧＧ（テルビニウム・ガドリニウム・ガーネ
ット）、ＴＡＧ（テルビニウム・ガーネット）、常磁性
ガラス等、常磁性材料を永久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。

【００１８】また、偏光子及び検光子として、偏光ガラ
スを使用するのみに限定されるものでなく、例えば、ル
チル、ＹＶＯ_４等の複屈折素子を使用しても、常磁性材
を磁石にて磁化し、ファラデー回転させる原理であれ
ば、本発明の効果は発せられる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００２０】（実施の形態１）透過波長帯域が約０.９
μｍ以上のＣdＭnＨgＴe化合物単結晶を、光学面を有す
る様に厚さ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１.２
×１.２×２.５ｍｍの直方体状に切断して、ファラデー
素子として、図１に示すような光アイソレータを構成し
た。この図１において、１１は光アイソレータ外筒であ
り、φ４.０×φ３.４×４.０ｍｍの円筒状である。１
２は寸法がφ３.４×φ１.７×２.６ｍｍで、長さ方向
が磁化容易方向となる円筒状Ｓm_２Ｃｏ_１７系磁石であ
り、内径部に前記ＣdＭnＨgＴe化合物のファラデー回転
子１３を配置してある。

【００２１】このＳm_２Ｃｏ_１７系磁石の特性は、Ｂrが
約１１ｋＧ、_ＩＨcが約１０ｋＯeである。このファラデ
ー回転子１３の前後に、ホルダ１５を介して、偏光子
（偏光ガラス製）１４を配置して、光アイソレータを構
成している。

【００２２】次に、光アイソレータ外筒として、ＳＵＳ
３０４（通常の構成部材であり、比較例とする）、及び
鉄クロムコバルト磁石（Ｂr約１０ｋＧ、_ＩＨc約０.５
ｋＯe）を使用して、光アイソレータを作製し、印加磁
場、約３０ｋＯeで着磁した後、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。

【００２３】

【表１】

【００２４】光アイソレータ外筒に鉄クロムコバルト磁
石を使用することにより、光アイソレータ特性は著しく
向上している。

【００２５】（実施の形態２）実施の形態１の比較例と
同じく、光アイソレータ外筒をＳＵＳ３０４とし、寸法
も実施の形態１と等しくして、図２に示したように、円
筒状Ｓm_２Ｃo_１７系磁石２２とファラデー素子２３との
空隙部に、平板状磁石、幅０.７×高さ０.５×長さ２.
６ｍｍ（長手方向が磁化容易方向で、磁石特性は、Ｂr
約１１ｋＧ、_ＩＨ _Ｃ約１０ｋＯeである）を最多で４枚
装填して、光アイソレータを構成し、特性を測定した。
その結果を表２に示す。

【００２６】

【表２】

【００２７】円筒状磁石とファラデー素子との空隙部
に、平板状磁石を装填することにより、光アイソレータ
特性は明らかに向上している。

【００２８】（実施の形態３）光アイソレータ外筒の形
状がφ３.５×φ３.１×４.０ｍｍで、材質をＳＵＳ３
０４及び鉄クロムコバルト磁石とし、円筒状Ｓm_２Ｃo
_１７系磁石をφ３.１×φ１.７×２.６ｍｍとし、実施
の形態２と同様にして光アイソレータを構成し、特性を
測定した。その結果を表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】光アイソレータ外筒に鉄クロムコバルト磁
石を使用し、円筒状磁石とファラデー素子との空隙部に
平板状磁石を装填することにより、光アイソレータ特性
は明らかに向上し、光アイソレータ外径を低減できる。

【００３１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、常磁性体をファラデー素子とする小型で高性能な光
アイソレータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における光アイソレータ
の構成を示す断面図。

【図２】本発明の実施の形態２における光アイソレータ
の構成を示す断面図。光の進行方向と直交する面であ
り、光アイソレータの中央部を示している。

【図３】一般的な光アイソレータの構成を示す断面図。

【符号の説明】

１１光アイソレータ外筒１２永久磁石１３ファラデー素子１４偏光素子１５ホルダ２１光アイソレータ外筒２２円筒状永久磁石２３ファラデー素子２６平板状永久磁石３１偏光素子３２ホルダ３３ファラデー素子３４永久磁石３５筐体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】常磁性体をファラデー素子として使用す
る光アイソレータにおいて、該ファラデー素子を内包す
る円筒状永久磁石を鉄クロムコバルト磁石からなる光ア
イソレータ外筒内に装填することを特徴とする光アイソ
レータ。
【請求項２】常磁性体をファラデー素子として使用す
る光アイソレータにおいて、該ファラデー素子を内包す
る円筒状永久磁石と該ファラデー素子の空隙部に平板状
永久磁石を装填してなることを特徴とする光アイソレー
タ。
【請求項３】該ファラデー素子と円筒状永久磁石との
空隙部に平板状の磁石を装填してなることを特徴とする
請求項１記載の光アイソレータ。