JP2004177639A - Reflective variable magneto-optical device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変ファラデー回転子を用いて光量あるいは光路を制御する反射型の磁気光学光デバイスに関するものである。更に詳しく述べると本発明は、ミラー手段の直前の光路中に可変ファラデー回転子のファラデー素子が位置し、ロッド状磁心にコイルを巻装した電磁石を、その一方の端面がミラー手段の直後に位置するように配列し、電磁石によってミラー手段を越えてファラデー素子に可変磁界を印加するようにした反射型可変磁気光学デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平10−161076号公報
【0003】
光通信システムあるいは光計測システムなどにおいては、透過光量を制御するための光アッテネータ、あるいは光路切り換えや光のオン/オフ制御を行うための光スイッチなど各種の能動型光デバイスが必要となる。光アッテネータは、例えばファラデー回転角可変装置の入力側と出力側に偏光子と検光子を設置し、ファラデー素子に印加する磁界を可変することにより、検光子を透過する光量を制御する光デバイスである。また光スイッチは、入力ポートからの入力光を、異なる出力ポートの選択された任意の一つに出力するというような光路切り換え機能を有する光デバイスであり、1×2型(1入力・2出力)が最も基本的な形態である。
【0004】
これら光通信用の光デバイスとしては、偏波無依存性であること、信頼性が高いこと、光ファイバとの整合性が良好なことなどが肝要である。そのような要求を満たしうるものとして、例えば偏波面に応じて光路を制御する複屈折素子と偏波面の回転角を制御する可変ファラデー回転子などの各種光素子を組み合わせ配列した光素子群によって必要な光機能部とする構成がある。
【0005】
かつては、光素子群の一端側から光が入力し、光素子群を進行して、他端側から出力する透過型が一般的であった。しかし近年、光デバイスの小型化などの観点から、配列されている光素子群とミラー手段とを組み合わせ、一端側から入力する光が光素子群を進行して他端側のミラーに達し、該ミラーで反射した光が光素子群を逆行して一端側から出力し、光が光素子群を往復する間、光量の制御あるいは光路の切り換えを行う反射型の光デバイスが開発されている。例えば、特許文献1には、入力ファイバと出力ファイバを備えた2芯フェルールと、レンズと、楔形複屈折板と、磁気光学結晶(ファラデー素子)と、リフレクタとを配列し、ファラデー素子に磁界を印加することでファラデー回転角を変化させる構成が開示されている。
【0006】
これらの光デバイスにおいて、光量の制御あるいは光路の切り換えは、可変ファラデー回転子の電磁石への通電電流の制御によって行われる。そのために用いられている電磁石は、通常、C型ヨークにコイルを巻装した構造であり、光路中に挿入されているファラデー素子をそのギャップ部分で挟むように配置し、漏れ磁界により該ファラデー素子に必要な方向への可変磁界が印加できるように構成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような反射型の光デバイスは、反射光が光素子群を通過することで必要な機能をもたせることができるため、必要な部品点数を削減でき光軸方向の長さを大幅に短縮できる利点を有する。しかし、コイルを巻装したC型ヨークは、光路の障害とならないようにするために、配列されている光素子群の側方から取り付ける格好となる。そのために、光軸に対して直交する方向の寸法は、透過型も反射型も殆ど変わらず、小さくできないために全体としての小型化(小径化)は不十分であった。
【0008】
本発明の目的は、光軸方向の寸法のみならず、光軸に直交する方向の寸法も短縮でき、全体として大幅な小型化が可能な反射型可変磁気光学デバイスを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも複屈折素子と可変ファラデー回転子を有する光素子群とミラー手段を具備し、一端側から入力する光が光素子群を進行して他端側のミラー手段に達し、該ミラー手段で反射した光が光素子群を逆行して一端側から出力し、光が光素子群を往復する間、光量又は光路が制御される磁気光学デバイスにおいて、前記ミラー手段の直前の光路中に可変ファラデー回転子のファラデー素子が位置しミラー手段を介してファラデー素子に対向するように配列し、ロッド状磁心にコイルを巻装した電磁石を、その一方の端面がミラー手段の直後に位置するように配列し、該電磁石によってミラー手段を越えてファラデー素子に可変磁界を印加する反射型可変磁気光学デバイスである。
【0010】
このように可変ファラデー回転子のファラデー素子をミラー手段の直前に位置させると共に、該ミラー手段の直後に電磁石のロッド状磁心を配置した点に本発明の特徴がある。反射型の光デバイスでは、光はミラー手段で反射されるために該ミラー手段の背後には光は到達しない。つまりミラー手段の背後に非光学部品を配置しても光路の妨げとはならない。本発明は、この点に着目し、ミラー手段の背後に可変ファラデー回転子用の電磁石を設置すると共に、その構造を工夫して、従来のC型ヨークではなくロッド状磁心を採用することで、光デバイスの細径化を実現したものなのである。
【0011】
反射型可変磁気光学デバイスとしては、光素子群は、2芯ファイバフェルールと複屈折素子とレンズをその順序で配列し、2芯ファイバフェルールのファイバ端面とレンズの距離を該レンズの焦点距離にほぼ一致させる構造がある。可変ファラデー回転子によりファラデー回転角をほぼ0〜45度の範囲で可変することで、出力光量を制御する光アッテネータとして機能する。ここで可変ファラデー回転子は、ファラデー素子の外側に設けた一対の永久磁石と前記電磁石を備え、永久磁石によってファラデー素子の面に平行な方向に飽和磁界を印加し、電磁石によってファラデー素子の面に垂直な方向に可変磁界を印加する構成とするのがよい。
【0012】
反射型可変磁気光学デバイスとしては、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する偏波分離合成用複屈折素子と、異なる光路を通る偏波方向が直交関係にある光を平行関係にし平行関係にある光を直交関係にする偏波選択回転手段と、往路は常光のまま、復路では常光は異常光に異常光は常光に変換する常光−異常光変換手段と、偏波面を0度と45度のいずれかに切り換える偏波面切換制御手段とを具備し、該偏波面切換手段に22.5度固定ファラデー回転子と±22.5度可変ファラデー回転子を用いる構造がある。この反射型可変磁気光学デバイスは、可変ファラデー回転子による偏波面の切り換えによって、光路を制御する光スイッチとして機能する。
【0013】
ミラー手段は、単体のミラーであってもよいが、可変ファラデー回転子のファラデー素子の背面に形成したミラー膜、あるいは電磁石のロッド状磁心の一方の端面を鏡面加工し形成したミラー膜でもよい。ミラー膜を用いると、ファラデー素子とロッド状磁心の間隔を最小にできるため磁気効率が向上する利点がある。
【0014】
複屈折素子としては、例えばルチル単結晶あるいはニオブ酸リチウムなどを用いる。またファラデー素子としては、例えば磁性ガーネット単結晶、特にLPE(液相エピタキシャル)法により育成したビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜が好適である。
【0015】
【発明の実施の形態】
反射型光スイッチの場合は、前記のように、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する偏波分離合成用複屈折素子と、異なる光路を通る偏波方向が直交関係にある光を平行関係にし平行関係にある光を直交関係にする偏波選択回転手段と、往路は常光のまま、復路では常光は異常光に異常光は常光に変換する常光−異常光変換手段と、偏波面を0度と45度のいずれかに切り換える偏波面切換制御手段とを具備している。
【0016】
ここで偏波分離合成用複屈折素子は、偏波分離合成用の単一の複屈折結晶でもよいが、偏波面を90度回転する直線位相子を挟んで光学軸が対称となるように2個の複屈折結晶を組み合わせた構成、あるいは偏波分離合成用の複屈折結晶と光路長補正用の複屈折結晶を組み合わせた構成などでもよい。
【0017】
偏波選択回転手段は、偏波面を90度回転する2枚の直線位相子からなり、それらは偏波面の回転が必要な光路に1枚の直線位相子が挿入され、偏波面の回転が不要な光路には直線位相子が挿入されないか、あるいは2枚の直線位相子が重なった状態で挿入されるような形状とする。
【0018】
常光−異常光変換手段は、2個の複屈折結晶の間に、45度固定ファラデー回転子と、偏波面を45度回転する直線位相子を挿入した構造とする。
【0019】
偏波面切換手段は、22.5度固定ファラデー回転子と±22.5度可変ファラデー回転子からなり、可変ファラデー回転子がミラー手段寄りに位置するように組み合わせる。
【0020】
【実施例】
図1は本発明に係る反射型可変磁気光学デバイス(可変光アッテネータ)の一実施例を示す説明図であり、部材の配列構造と各光素子の位置での偏波状態を示している。これは、2芯ファイバフェルール10と、複屈折素子12とレンズ14と、可変ファラデー回転子16と、ミラー18を、その順序で配列した磁気光学デバイスである。説明を分かり易くするため、光素子群の配列方向(光軸)をz軸とし、該z軸に直交する2方向をそれぞれx軸、y軸とする座標軸を設定する。また便宜的に、x方向を右方向(x軸を横軸)、y方向を上方向(y軸を縦軸)とする。
【0021】
2芯ファイバフェルール10の一端側には、入力ファイバ20と出力ファイバ22が接続されている。入力ファイバ20は中段右側に設けられ、出力ファイバ22は中段左側に設けられている。つまり、入力ファイバ20と出力ファイバ22は、y方向の位置は一致しているが、x方向ではずれて配置されている。
【0022】
複屈折素子12は、ルチルやニオブ酸リチウムなどの複屈折結晶からなる直方体であり、その光学軸はy−z面内にあり且つz軸から傾いた方向を向くように設定されている。この複屈折素子12は、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を上下に異なる光路の光に分離し、上下で異なる光路の光を同じ光路の光に合成する機能を果たすものである。
【0023】
レンズ14は、例えば均質の透明材料からなる平凸レンズであり、2芯ファイバフェルール10のファイバ端面とレンズ14との距離が該レンズ14の焦点距離にほぼ一致するように設定されている。従って、ファイバ端面からの出射光はレンズで平行光となり、逆に平行光はファイバ端面に集光することになる。
【0024】
可変ファラデー回転子16は、ミラー18の直前の光路中に挿入されているファラデー素子(磁気光学結晶:例えばBi置換希土類鉄ガーネットLPE膜等)24と、それに可変外部磁界を印加する磁界印加手段を備えている。磁界印加手段は、ファラデー素子24の外側にてy軸方向で対向するように配置した1対の永久磁石26a,26bと、ミラー18の直後に配置した電磁石28からなる。この電磁石28は、ロッド状磁心30にコイル32を巻装した構造であり、該ロッド状磁心30の一方の端面がミラー18に対向するように近接配置される。永久磁石26a,26bはファラデー素子18に対して面内方向(y軸方向)に飽和固定磁界を印加し、電磁石28はミラー18を越えてファラデー素子24に対して面に垂直な方向(z軸方向)に可変磁界を印加する。このようにして、永久磁石26a,26bによる固定磁界と電磁石28による可変磁界の合成磁界によって、入射光のファラデー回転角を0〜45度の範囲で自由に可変できるようになっている。
【0025】
次に、この可変光アッテネータの動作について簡単に説明する。入力ファイバ20から中段右側光路に入力する光は、複屈折素子12で常光は中段右側光路を直進し、異常光は+y方向(上向き)に屈折して上段右側光路を進行する。このように光が分離し、レンズ14で平行光となって進み、可変ファラデー回転子16のファラデー素子24を通過してミラー18に達する。
【0026】
(45度ファラデー回転時:減衰率≒0%)
往路では、分離光は可変ファラデー回転子16でそれぞれ光の偏波面が45度回転し、レンズ屈折作用によってミラー18の同じ位置に入射する。復路では、反射光は光路が上下左右で入れ替わると共に可変ファラデー回転子16でそれぞれ光の偏波面が更に45度回転し(従って、往路と復路で合計90度回転する)、レンズ14を通って集光され、複屈折素子12で常光は直進し、異常光は−y方向(下向き)に屈折して、光が合成される。合成した光は全て中段左側光路を通るため出力ファイバ22に結合する。従って、入力ファイバ20からの入力光は減衰することなく出力ファイバに出力する。
【0027】
(0度ファラデー回転時:減衰率≒100%)
往路では、分離光は可変ファラデー回転子16では偏波面は回転せず、レンズ屈折作用によってミラー18の同じ位置に入射する。復路では、反射光は光路が上下左右で入れ替わると共に可変ファラデー回転子16では偏波面は回転せず、レンズ14を通り、複屈折素子12で上段光路の常光は直進し、中段光路の異常光は−y方向(下向き)に屈折するため、光は上段左側光路と下段左側光路を通過するように更に分離され、出力ファイバ22には全く結合しない。
【0028】
(22.5度ファラデー回転時:減衰率≒50%)
ファラデー回転角が45度と0度の間の場合は次のようになる。代表的な例として中間の22.5度の場合を説明する。往路では、分離光は可変ファラデー回転子16でそれぞれ光の偏波面が22.5度回転し、レンズ屈折作用によってミラー18の同じ位置に入射する。復路では、反射光は光路が上下左右で入れ替わると共に可変ファラデー回転子16でそれぞれ光の偏波面が更に22.5度回転し(従って、往路と復路で合計45度回転する)、レンズ14を通って集光される。上段光路の光は、複屈折素子12で常光は直進し、異常光は−y方向(下向き)に屈折する。中段光路の光も、複屈折素子12で常光は直進し、異常光は−y方向(下向き)に屈折する。つまり、上段光路の異常光と中段光路の常光は合成され、残りの光は分離されたままとなる。従って、合成した中段左側光路の光だけが出力ファイバ22に結合し、残りの光(上段光路の常光と下段光路の異常光)は出力ファイバ22には結合しない。このようにして、入力ファイバ20からの入力光は、ファラデー回転角に応じて出力ファイバ22に結合することになり、結果的に出力ファイバへの出力が減衰することになる。
【0029】
このようにして、可変ファラデー回転子16のファラデー回転角を0度から45度の範囲で自由に可変することで、制御したファラデー回転角に応じて出力ファイバ22への光の結合割合が得られ、出力光量を制御できるのである。
【0030】
このように反射型の光デバイスでは、光はミラーで反射されるために、該ミラーの背後には光は到達せず、ミラーの背後に非光学部品を配置しても光路の妨げとはならない。本発明は、このことを利用して、ミラーの背後にロッド状磁心の電磁石を設置することで、光デバイスの細径化を実現しているのである。その構造の例を図2に示す。
【0031】
図2のAは、図1の実施例で示したものと同様であり、別個の部材であるミラー18をファラデー素子24とロッド状磁心30の間に設置した構造である。この構造は、最も単純であるが、ミラー18を挿入するためにファラデー素子24とロッド状磁心30との間隔を広げる必要があり、磁気効率が若干悪くなる。図2のBは、ファラデー素子24の背面にミラー膜34を形成した例である。ファラデー素子24を両面研磨した後、一方の面にミラー膜34を形成する加工を施す。この構成は、作業も比較的容易で最適である。図2のCは、ロッド状磁心30の一方の端面にミラー膜36を形成した例である。ロッド状磁心30の一方の端面を研磨した後、ミラー膜36を形成する加工を施す。ロッド状磁心の材質によっては、このような構成も可能である。図2のB及びCの例は、いずれもロッド状磁心30の一端面とファラデー素子24との間隔を最小にできるため、磁気効率的には極めて良好である。
【0032】
図2からも分かるように、本発明では、ロッド状磁心30にコイル32を巻き付ける構成のため、光素子群の外側に電磁石ヨークが大きく張り出すことが無くなり、十分に小径化できる。なお、ロッド状磁心30を用いることで、漏洩磁界が大きく広がり、他のデバイスへの影響が懸念されるが、磁気シールド材で取り囲むか、デバイスのケースを磁気シールド材で構成することで、そのような懸念は払拭できる。
【0033】
図3は、本発明に係る反射型可変磁気光学デバイス(光スイッチ)の他の実施例を示す説明図であり、部材の配列構造と各光素子の位置での偏波状態を示している。偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を分離し異なる光路の光を合成する偏波分離合成用複屈折素子40と、異なる光路を通る偏波方向が直交関係にある光を平行関係にし平行関係にある光を直交関係にする偏波選択回転手段42と、往路は常光のまま、復路では常光は異常光に異常光は常光に変換する常光−異常光変換手段44と、偏波面を0度と45度のいずれかに切り換える偏波面切換制御手段46と、ミラー48を、その順序で配列した磁気光学デバイスである。説明を分かり易くするため、光素子群の配列方向(入力光の進行方向)をz軸とし、該z軸に直交する2方向をそれぞれx軸、y軸とする座標軸を設定する。また便宜的に、x方向を右方向(x軸を横軸)、y方向を上方向(y軸を縦軸)とする。
【0034】
偏波分離合成用複屈折素子40は、ここではルチルやニオブ酸リチウムなどの複屈折結晶からなる単一の直方体であり、その光学軸はx−z面内にあり且つz軸から傾いた方向を向くように設定されている。この複屈折素子40は、偏波方向が直交関係にある同じ光路の光を異なる光路の光に分離し、異なる光路の光を同じ光路の光に合成する機能を果たすものである。従って、原理的には、このように単一の複屈折結晶で構成できる。
【0035】
偏波選択回転手段42は、偏波面を90度回転する2枚の1/2波長板50,52からなり、偏波面の回転が必要な光路に1枚の1/2波長板が挿入され、偏波面の回転が不要な光路には2枚の1/2波長板ともに挿入されないか、あるいは2枚の1/2波長板が重なった状態で挿入されるような構造とする(図4のA参照)。両1/2波長板50,52は、光学軸はx−y面内で且つx軸に対して45度同じ方向に傾いて設定される。これによって、偏波選択回転手段42は、異なる光路を通る偏波方向が直交関係にある光を平行関係にし平行関係にある光を直交関係にする機能を果たす。
【0036】
常光−異常光変換手段44は、2個の複屈折結晶54,56の間に、45度固定ファラデー回転子58と、偏波面を45度回転する1/2波長板60を挿入した構造とする。第1の複屈折結晶54及び第2の複屈折結晶56は、共に光学軸がy−z面内で且つy軸に傾いている同一構造であり、光学軸がy軸に対称となるように配置されている。1/2波長板60は、その光学軸がx−y面内で且つx軸に対して22.5度傾いた状態となっている。
【0037】
偏波面切換手段46は、22.5度固定ファラデー回転子62と±22.5度可変ファラデー回転子64からなり、可変ファラデー回転子64がミラー48寄りに位置するように組み合わせる。±22.5度可変ファラデー回転子64は、光路内に位置するファラデー素子66と、該ファラデー素子66に可変外部磁界を印加する電磁石68の組み合わせからなる。電磁石68は、ロッド状磁心70にコイル72を巻装した構造であってミラー48の背後に位置し、ミラー48を越えてファラデー素子66に可変外部磁界を印加するすようになっている。
【0038】
次に、この光スイッチの動作について説明する。偏波面の回転方向は、時計回りを正方向とする。入力→出力1とするには、電磁石68のコイル72に通電することで±22.5度可変ファラデー回転子64によって偏波面を−22.5度回転するように外部磁界を印加し、入力→出力2とするには、電磁石68への通電電流を切り換えて±22.5度可変ファラデー回転子64によって偏波面を+22.5度回転するように外部磁界を印加する。
【0039】
(入力→出力1)
中段左側の入力ポートからの入力光は、偏波分離合成用複屈折素子40で常光は直進し異常光はx方向(右方向)に屈折するため、左右の光路に分離する。偏波選択回転手段42では、左側光路の光が1/2波長板50を通過して偏波面が90度回転し、右側光路の光は両1/2波長板50,52をバイパスするため、左右両光路の光の偏波面はx軸に平行になって互いに平行な関係となる。これらの光は、常光−異常光変換手段44の第1の複屈折結晶54に対しては常光となるためそのまま直進し、45度固定ファラデー回転子58で+45度回転し、1/2波長板60で−45度回転して元に戻り、第2の複屈折結晶56に対しては常光となるためそのまま直進する。偏波面切換制御手段46の22.5度固定ファラデー回転子62で偏波面が+22.5度回転し、±22.5度可変ファラデー回転子64で−22.5度回転するため元に戻り、ミラー48で反射する。
【0040】
ミラー48での反射光は、偏波面切換制御手段46の±22.5度可変ファラデー回転子64で偏波面が−22.5度回転し、22.5度固定ファラデー回転子62で+22.5度回転するため元に戻る。これらの光は、常光−異常光変換手段44の第2の複屈折結晶56に対しては常光となるためそのまま直進し、1/2波長板60で+45度回転し、45度固定ファラデー回転子58で更に+45度回転するため、第1の複屈折結晶54に対しては異常光となるためy方向に(上向きに)屈折し上段光路を進行する。そして、偏波選択回転手段42では、右上光路の光は1/2波長板52を通過することで偏波面が90度回転し、左上の光路の光は、両1/2波長板52,50を通過するために偏波面は変化せず、左右両光路の光の偏波面は互いに直交の関係となる。これらの光は偏波分離合成用複屈折素子40で常光は直進し異常光は−y方向に屈折するため、上段左側光路に合成され、出力ポート1から出力する。
【0041】
(入力→出力2)
中段左側の入力ポートからの入力光は、偏波分離合成用複屈折素子40で常光は直進し異常光はx方向に屈折するため、左右の光路に分離する。偏波選択回転手段42では、左側光路の光の偏波面が90度回転し、左右両光路の光の偏波面はx軸に平行になって互いに平行な関係となる。これらの光は、常光−異常光変換手段44の第1の複屈折結晶54に対しては常光となるためそのまま直進し、45度固定ファラデー回転子58で+45度回転し、1/2波長板60で−45度回転して元に戻り、第2の複屈折結晶56に対しては常光となるためそのまま直進する。偏波面切換制御手段46の22.5度固定ファラデー回転子62で偏波面が+22.5度回転し、±22.5度可変ファラデー回転子64で更に+22.5度回転するため合計+45度回転してミラー48に達し反射する。
【0042】
ミラー48での反射光は、偏波面切換制御手段46の±22.5度可変ファラデー回転子64で偏波面が+22.5度回転し、22.5度固定ファラデー回転子62で更に+22.5度回転するため合計で+45度更に回転する。これらの光は、常光−異常光変換手段44の第2の複屈折結晶56に対しては異常光となるため−y方向に(下向きに)屈折して下段光路を進行する。1/2波長板60で+45度回転し、45度固定ファラデー回転子58で更に+45度回転するため、第1の複屈折結晶54に対しては常光となるためそのまま下段光路を進行する。そして偏波選択回転手段42では、左下光路の光の偏波面が90度回転し、左右両光路の光の偏波面は互いに直交の関係となる。これらの光は偏波分離合成用複屈折素子40で常光は直進し異常光は−y方向(下向き)に屈折するため、下段左側光路に合成され、出力ポート2から出力する。
【0043】
この実施例でも、可変ファラデー回転子64は、ミラー48の直前にファラデー素子66を配置できるように全体の光素子の構成を工夫し、ミラー48の背後にロッド状磁心70にコイル72を巻装した構造の電磁石68を配置している。この光スイッチにおいても、図2に示すような各種のミラー手段(例えばミラー膜構造)をそのまま用いることができる。
【0044】
偏波選択回転手段は、図4のAに示すように、偏波面を90度回転する2枚の1/2波長板50,52からなり、それらは偏波面の回転が必要な光路に1枚の1/2波長板が挿入され、偏波面の回転が不要な光路には2枚の1/2波長板ともに挿入されないか、あるいは2枚の1/2波長板が重なった状態で挿入されるような構造としている。それに代えて、図4のBに示すように、偏波面を90度回転する2枚の1/2波長板80,82からなり、それらは偏波面の回転が必要な光路に1枚の1/2波長板が挿入され、偏波面の回転が不要な光路には1/2波長板が挿入されない構造としてもよい。
【0045】
偏波分離合成用複屈折素子は、前記のように原理的には偏波分離合成用の単一の複屈折結晶40で構成できる。しかし、図5のAに示すように、偏波面を90度回転する直線位相子(光学軸がx軸に対して45度傾いている1/2波長板84)を挟んで光学軸が対称となるように2個の複屈折結晶86,88を組み合わせた(y−z面内でz軸に対して傾いている同一の2個の複屈折結晶を対向配置した)構成、あるいは図5のBに示すように、偏波分離合成用の複屈折結晶40と光路長補正用の複屈折結晶90(光学軸がy軸に平行)を組み合わせた構成などでもよい。このような構成とすると、部品点数は増えるが、分離した光の光路長を揃えて偏波モード分散を補償することができる。
【0046】
【発明の効果】
本発明は上記のように、可変ファラデー回転子のファラデー素子をミラー手段の直前に配置し、その電磁石はロッド状磁心にコイルを巻装した構造として前記ミラー手段の直後に配置した反射型可変磁気光学デバイスであるから、光軸方向の寸法を短縮できることは無論のこと、反射型の特性を活かしてファラデー素子に外部可変磁界を印加する電磁石を光路を妨げずに光軸に沿って配置でき、大幅な小型化、特に小径化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る反射型可変磁気光学デバイス(可変光アッテネータ)の一実施例を示す説明図。
【図2】ミラー手段の例を示す説明図。
【図3】本発明に係る反射型可変磁気光学デバイス(光スイッチ)の他の実施例を示す説明図。
【図4】その偏波選択回転手段の例を示す説明図。
【図5】その偏波分離合成用複屈折素子の例を示す説明図。
【符号の説明】
10 2芯ファイバフェルール
12 複屈折素子
14 レンズ
16 可変ファラデー回転子
18 ミラー
20 入力ファイバ
22 出力ファイバ
24 ファラデー素子
26a,26b 永久磁石
28 電磁石
30 ロッド状磁心
32 コイル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflection-type magneto-optical device that controls a light amount or an optical path using a variable Faraday rotator. More specifically, in the present invention, the Faraday element of the variable Faraday rotator is located in the optical path immediately before the mirror means, and an electromagnet in which a coil is wound around a rod-shaped magnetic core has one end face located immediately after the mirror means. The present invention relates to a reflection-type variable magneto-optical device in which a variable magnetic field is applied to a Faraday element beyond an mirror by an electromagnet.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-10-161076
[0003]
In an optical communication system or an optical measurement system, various active optical devices such as an optical attenuator for controlling the amount of transmitted light or an optical switch for switching an optical path and controlling light on / off are required. An optical attenuator is, for example, an optical device that installs a polarizer and an analyzer on an input side and an output side of a Faraday rotation angle varying device, and controls a light amount transmitted through the analyzer by changing a magnetic field applied to the Faraday element. is there. The optical switch is an optical device having an optical path switching function of outputting input light from an input port to an arbitrary selected one of different output ports, and is a 1 × 2 type (1 input / 2 output). ) Is the most basic form.
[0004]
It is important for these optical devices for optical communication to be polarization-independent, have high reliability, and have good matching with an optical fiber. Such a requirement can be satisfied, for example, by an optical element group in which various optical elements such as a birefringent element that controls the optical path according to the polarization plane and a variable Faraday rotator that controls the rotation angle of the polarization plane are arranged. There is a configuration in which the optical function unit is used.
[0005]
In the past, a transmission type in which light is input from one end of an optical element group, travels through the optical element group, and is output from the other end has been common. However, in recent years, from the viewpoint of miniaturization of the optical device and the like, the arrayed optical element group and the mirror unit are combined, and light input from one end travels through the optical element group and reaches the mirror on the other end. Reflection type optical devices have been developed in which light reflected by a mirror travels backward through the optical element group and is output from one end, and while the light reciprocates through the optical element group, controls the amount of light or switches the optical path. For example, in
[0006]
In these optical devices, the control of the light amount or the switching of the optical path is performed by controlling the current supplied to the electromagnet of the variable Faraday rotator. The electromagnet used for this purpose usually has a structure in which a coil is wound around a C-type yoke, and the Faraday element inserted in the optical path is arranged so as to be sandwiched between the gaps. In such a manner that a variable magnetic field can be applied in a necessary direction.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Such a reflection type optical device has the advantage that the required function can be provided by passing the reflected light through the optical element group, so that the required number of components can be reduced and the length in the optical axis direction can be greatly reduced. Having. However, the C-type yoke around which the coil is wound is suitable for mounting from the side of the arranged optical element group in order not to hinder the optical path. Therefore, the size in the direction orthogonal to the optical axis is almost the same for the transmission type and the reflection type, and cannot be reduced. Therefore, the overall size (small diameter) is insufficient.
[0008]
An object of the present invention is to provide a reflective variable magneto-optical device that can reduce not only the dimension in the optical axis direction but also the dimension in the direction perpendicular to the optical axis, and can greatly reduce the size as a whole.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention comprises an optical element group having at least a birefringent element and a variable Faraday rotator and a mirror means, and light input from one end travels through the optical element group to reach the mirror means on the other end side, and the mirror means In the magneto-optical device in which the amount of light or the optical path is controlled while the light reciprocatingly travels through the optical element group and is output from one end side while the light reciprocates through the optical element group, the light reflected by the means is located in the optical path immediately before the mirror means. An electromagnet in which the Faraday element of the variable Faraday rotator is arranged so as to face the Faraday element via the mirror means, and a coil is wound around a rod-shaped core, one end face of which is located immediately after the mirror means. And a reflective variable magneto-optical device that applies a variable magnetic field to the Faraday element beyond the mirror means by the electromagnet.
[0010]
The feature of the present invention lies in that the Faraday element of the variable Faraday rotator is located immediately before the mirror means and the rod-shaped core of the electromagnet is arranged immediately after the mirror means. In a reflection type optical device, light does not reach behind the mirror means because the light is reflected by the mirror means. In other words, disposing the non-optical component behind the mirror means does not hinder the optical path. Focusing on this point, the present invention installs an electromagnet for the variable Faraday rotator behind the mirror means, devises its structure, and adopts a rod-shaped core instead of the conventional C-type yoke. This is because the diameter of the optical device has been reduced.
[0011]
As a reflective variable magneto-optical device, the optical element group includes a two-core fiber ferrule, a birefringent element, and a lens arranged in that order, and the distance between the fiber end face of the two-core fiber ferrule and the lens is substantially equal to the focal length of the lens. There is a structure to match. The variable Faraday rotator functions as an optical attenuator for controlling the amount of output light by varying the Faraday rotation angle in a range of approximately 0 to 45 degrees. Here, the variable Faraday rotator includes a pair of permanent magnets and the electromagnet provided outside the Faraday element, applies a saturation magnetic field by the permanent magnet in a direction parallel to the plane of the Faraday element, and applies a magnetic field to the surface of the Faraday element by the electromagnet. It is preferable to apply a variable magnetic field in a vertical direction.
[0012]
As a reflection-type variable magneto-optical device, a polarization splitting / combining birefringent element that separates light beams in the same optical path having orthogonal polarization directions and combines light beams in different optical paths, and a polarization direction passing through different optical paths is orthogonal. Polarization selective rotation means to make the related light parallel and make the parallel light orthogonal, and ordinary light to extraordinary light conversion to convert ordinary light to extraordinary light in the return path and ordinary light to extraordinary light in the return path Means, and a polarization plane switching control means for switching the polarization plane between 0 degree and 45 degrees, wherein the polarization plane switching means comprises a 22.5 degree fixed Faraday rotator and a ± 22.5 degree variable Faraday rotator. There is a structure using. This reflective variable magneto-optical device functions as an optical switch that controls the optical path by switching the polarization plane by a variable Faraday rotator.
[0013]
The mirror means may be a single mirror, or may be a mirror film formed on the back surface of the Faraday element of the variable Faraday rotator, or a mirror film formed by mirror-finishing one end face of a rod-shaped magnetic core of an electromagnet. The use of the mirror film has the advantage of improving the magnetic efficiency because the distance between the Faraday element and the rod-shaped magnetic core can be minimized.
[0014]
As the birefringent element, for example, rutile single crystal or lithium niobate is used. As the Faraday element, for example, a magnetic garnet single crystal, particularly a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal film grown by the LPE (liquid phase epitaxial) method is suitable.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the case of a reflection type optical switch, as described above, a polarization splitting / combining birefringent element that separates lights in the same optical path having orthogonal polarization directions and combines lights in different optical paths, and a polarization passing through different optical paths. Polarization selective rotation means for converting light whose wave direction is orthogonal to parallel and making light parallel to the orthogonal relationship orthogonal, and ordinary light on the forward path while converting ordinary light to extraordinary light on the return path. An extraordinary light conversion means, and a polarization plane switching control means for switching the plane of polarization between 0 degree and 45 degrees.
[0016]
Here, the birefringent element for polarization separation / combination may be a single birefringent crystal for polarization separation / combination, but the birefringent element may be symmetrical with respect to the optical axis with a linear phase shifter rotating the polarization plane by 90 degrees. A configuration in which two birefringent crystals are combined, or a configuration in which a birefringent crystal for polarization separation / synthesis and a birefringent crystal for optical path length correction are combined may be used.
[0017]
The polarization selecting / rotating means is composed of two linear phase shifters for rotating the plane of polarization by 90 degrees, and one linear phase shifter is inserted in an optical path requiring rotation of the plane of polarization, so that rotation of the plane of polarization is not required. The shape is such that no linear phase shifter is inserted in the optical path, or two linear phase shifters are inserted in an overlapping state.
[0018]
The ordinary light-extraordinary light conversion means has a structure in which a 45-degree fixed Faraday rotator and a linear phase shifter that rotates the polarization plane by 45 degrees are inserted between two birefringent crystals.
[0019]
The polarization plane switching means includes a 22.5-degree fixed Faraday rotator and a ± 22.5-degree variable Faraday rotator, and is combined so that the variable Faraday rotator is located closer to the mirror means.
[0020]
【Example】
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a reflection type variable magneto-optical device (variable optical attenuator) according to the present invention, showing an arrangement structure of members and a polarization state at the position of each optical element. This is a magneto-optical device in which a two-
[0021]
An
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
Next, the operation of the variable optical attenuator will be briefly described. The light input from the
[0026]
(During 45 degree Faraday rotation: attenuation rate ≒ 0%)
On the outward path, the polarization of the separated light is rotated by 45 degrees by the
[0027]
(At 0 degree Faraday rotation: attenuation rate ≒ 100%)
On the outward path, the polarization of the separated light does not rotate in the
[0028]
(During 22.5 degree Faraday rotation: attenuation rate ≒ 50%)
If the Faraday rotation angle is between 45 degrees and 0 degrees, then: A typical example of an intermediate case of 22.5 degrees will be described. On the outward path, the separated light is rotated by the
[0029]
In this way, by freely changing the Faraday rotation angle of the
[0030]
As described above, in the reflection type optical device, since light is reflected by the mirror, the light does not reach behind the mirror, and even if a non-optical component is arranged behind the mirror, it does not hinder the optical path. . According to the present invention, by utilizing this, an electromagnet having a rod-shaped magnetic core is installed behind the mirror, thereby realizing a smaller optical device. FIG. 2 shows an example of the structure.
[0031]
FIG. 2A is similar to that shown in the embodiment of FIG. 1, and has a structure in which the
[0032]
As can be seen from FIG. 2, in the present invention, since the
[0033]
FIG. 3 is an explanatory view showing another embodiment of the reflection type variable magneto-optical device (optical switch) according to the present invention, showing the arrangement of members and the polarization state at the position of each optical element. The polarization splitting / combining
[0034]
Here, the
[0035]
The polarization selecting / rotating
[0036]
The ordinary light-extraordinary light conversion means 44 has a structure in which a 45-degree fixed
[0037]
The polarization plane switching means 46 includes a 22.5-degree fixed Faraday rotator 62 and a ± 22.5-degree
[0038]
Next, the operation of the optical switch will be described. The clockwise rotation direction of the polarization plane is the positive direction. To change from input to
[0039]
(Input → output 1)
The input light from the input port on the left side of the middle stage is split into the left and right optical paths because the ordinary light goes straight and the extraordinary light is refracted in the x direction (right direction) by the polarization splitting / combining
[0040]
The reflected light from the
[0041]
(Input → Output 2)
The input light from the input port on the left side of the middle stage is split into the left and right optical paths because the ordinary light goes straight and the extraordinary light is refracted in the x direction by the polarization splitting / combining
[0042]
The reflected light from the
[0043]
In this embodiment as well, the
[0044]
The polarization selective rotation means, as shown in FIG. 4A, comprises two half-
[0045]
As described above, the polarization splitting / combining birefringent element can be composed of a single
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the Faraday element of the variable Faraday rotator is disposed immediately before the mirror means, and the electromagnet is a structure in which a coil is wound around a rod-shaped magnetic core, and the reflection type variable magnet is disposed immediately after the mirror means. Of course, since it is an optical device, it is possible to shorten the dimension in the optical axis direction, and it is possible to arrange an electromagnet that applies an external variable magnetic field to the Faraday element by utilizing the characteristics of the reflection type along the optical axis without obstructing the optical path, Substantial miniaturization, especially miniaturization, becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a reflective variable magneto-optical device (variable optical attenuator) according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a mirror unit.
FIG. 3 is an explanatory view showing another embodiment of the reflective variable magneto-optical device (optical switch) according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the polarization selection rotation means.
FIG. 5 is an explanatory view showing an example of the polarization splitting / combining birefringent element.
[Explanation of symbols]
10 Two-core fiber ferrule
12 Birefringent element
14 lenses
16 Variable Faraday rotator
18 mirror
20 Input fiber
22 Output fiber
24 Faraday element
26a, 26b permanent magnet
28 electromagnet
30 rod-shaped magnetic core
32 coils
Claims (6)
前記ミラー手段の直前の光路中に可変ファラデー回転子のファラデー素子が位置し、ロッド状磁心にコイルを巻装した電磁石を、その一方の端面がミラー手段の直後に位置しミラー手段を介してファラデー素子に対向するように配列し、該電磁石によってミラー手段を越えてファラデー素子に可変磁界を印加することを特徴とする反射型可変磁気光学デバイス。An optical element group having at least a birefringent element and a variable Faraday rotator; and mirror means. Light input from one end travels through the optical element group to reach the mirror means on the other end side and is reflected by the mirror means. In the magneto-optical device in which the amount of light or the optical path is controlled while the light that has traveled backward through the optical element group and is output from one end side and the light reciprocates through the optical element group,
The Faraday element of the variable Faraday rotator is located in the optical path immediately before the mirror means. A reflection-type variable magneto-optical device, which is arranged so as to face an element, and applies a variable magnetic field to the Faraday element beyond the mirror means by the electromagnet.
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