JP2005107021A - 磁気光学光部品 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は透過型光サーキュレータ等の磁気光学光部品に関し、素子構成を簡素化でき小型化及び低価格化が可能な磁気光学光部品を提供することを目的とする。
【解決手段】光入出射ポートＰ１からの入射光Ｌ１１を光Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂに分離する複屈折板１１と、磁区Ａに入射した光Ｌ１２ａを光Ｌ１３ａとして出射し、磁区Ｂに入射した光Ｌ１２ｂを光Ｌ１３ａの偏光方位に平行な偏光方位を有する光Ｌ１３ｂとして出射するファラデー回転子２１と、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂを異常光として透過させる複屈折板１２と、磁区Ａに入射した光Ｌ１４ａを光Ｌ１５ａとして出射し、磁区Ｂに入射した光Ｌ１４ｂを光Ｌ１５ａの偏光方位に垂直な偏光方位を有する光Ｌ１５ｂとして出射するファラデー回転子２２と、光Ｌ１５ｂを常光として透過させ光Ｌ１５ａを異常光として透過させて、光Ｌ１６を光入出射ポートＰ２から出射させる複屈折板１３とを有するように構成する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、光通信システムに用いられる透過型光サーキュレータや透過型光アイソレータ等の磁気光学光部品に関する。

光通信システムに用いられる光部品の１つとして、光サーキュレータがある。光サーキュレータは、数多くの構成が知られている。図１１は、特許文献１に記載された代表的な構成の透過型光サーキュレータを示している。図１１に示すように、この透過型光サーキュレータは、複屈折板１１０、２枚の１／２波長板１１５、１１６からなる複合素子、ファラデー回転子１１３、複屈折板１１１、２枚の１／２波長板１１７、１１８からなる複合素子、ファラデー回転子１１４、及び複屈折板１１２を有している。また各ファラデー回転子１１３、１１４近傍には、ファラデー回転子１１３、１１４を磁化させる永久磁石（図示せず）がそれぞれ配置されている。図１１に示す構成では、３種類で９枚の光学素子（３枚の複屈折板１１０、１１１、１１２、２枚のファラデー回転子１１３、１１４、及び４枚の波長板１１５、１１６、１１７、１１８）が必要になり、光サーキュレータの素子構成が複雑になる。また、２枚の１／２波長板１１５、１１６（１１７、１１８）を貼り合わせるのが困難であるため、複合素子の作製は困難である。このため、光サーキュレータの小型化及び低価格化が困難になるという問題が生じている。

図１２は、特許文献１に記載された他の構成の光サーキュレータを示している。図１２に示すように、この透過型光サーキュレータは、複屈折板１２０、一対のファラデー回転子１２３、１２４、複屈折板１２１、一対のファラデー回転子１２５、１２６、及び複屈折板１２２を有している。また各ファラデー回転子１２３、１２４、１２５、１２６近傍には、ファラデー回転子１２３、１２４、１２５、１２６を磁化させる永久磁石（図示せず）がそれぞれ配置されている。図１２に示す光サーキュレータは、最も簡素な構成を有する透過型光サーキュレータの１つである。しかしこの構成でも２種類で７枚の光学素子（３枚の複屈折板１２０、１２１、１２２、及び４枚のファラデー回転子１２３、１２４、１２５、１２６）が必要になるため、光サーキュレータの小型化及び低価格化が困難になるという問題が生じている。

特許文献２には、光アイソレータを複数個使用した光サーキュレータの構成が開示されている。この光サーキュレータは、磁極が互いに逆向きになるように配置された２つの永久磁石と、両永久磁石に挟まれて２磁区構造が形成された１枚のファラデー回転子と、ファラデー回転子の前後に配置された偏光子及び検光子とを有している。この構成では、偏光子及び検光子を用いているため、偏光依存性が生じてしまうという問題がある。

特許文献３及び４には、他の構成の透過型光サーキュレータが記載されている。これらの透過型光サーキュレータは、図１２に示す構成と同様に、複屈折板、一対の第１のファラデー回転子、複屈折板、一対の第２のファラデー回転子、及び複屈折板がこの順に配置された構成を有している。一対の第１のファラデー回転子は、同一材料を用いて作製されて互いに逆方向に磁化され、光の進行方向に直交する面内に隣接配置されている。同様に、一対の第２のファラデー回転子は、同一材料を用いて作製されて互いに逆方向に磁化され、光の進行方向に直交する面内に隣接配置されている。これらの構成では、図１２に示す構成と同様に２種類で７枚の光学素子（３枚の複屈折板及び４枚のファラデー回転子）が必要になるため、光サーキュレータの小型化及び低価格化が困難になるという問題が生じている。
特許第２５３９５６３号公報 特開平１１−２５８５４９号公報 特開２０００−１０５３５３号公報 米国特許第６１１１６９５号明細書 特表２００３−５０９７２１号公報

本発明の目的は、素子構成を簡素化でき、小型化及び低価格化が可能な磁気光学光部品を提供することにある。

上記目的は、第１の光入出射ポートから入射した光を常光成分の第１の光と異常光成分の第２の光とに分離して出射する第１の複屈折板と、磁化を一様に一方向にした第１の磁区と、前記第１の磁区とは逆方向に磁化を一様にした第２の磁区と、前記第１の磁区と前記第２の磁区との境界面である第１の磁壁とを備え、前記第１の磁区に入射した第１の光の偏光方位を所定の回転方向に４５°回転させて第３の光として出射し、前記第２の磁区に入射した第２の光の偏光方位を前記回転方向とは逆の回転方向に４５°回転させて前記第３の光の偏光方位に略平行な偏光方位を有する第４の光として出射する第１の磁気光学結晶と、前記第３及び第４の光を透過させる偏光子と、前記第１の磁区と略同方向に磁化を一様に一方向にした第３の磁区と、前記第３の磁区とは逆方向に磁化を一様にした第４の磁区と、前記第３の磁区と前記第４の磁区との境界面である第２の磁壁とを備え、前記第３の磁区に入射した第３の光の偏光方位を所定の回転方向に４５°回転させて第５の光として出射し、前記第４の磁区に入射した第４の光の偏光方位を前記回転方向とは逆の回転方向に４５°回転させて前記第５の光の偏光方位に略垂直な偏光方位を有する第６の光として出射する第２の磁気光学結晶と、前記第５及び第６の光のうち一方を常光として透過させ、他方を異常光として透過させて、前記第５及び第６の光を合波して第２の光入出射ポートから出射させる第２の複屈折板とを有することを特徴とする磁気光学光部品によって達成される。

上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１及び第２の磁壁は略直線状であることを特徴とする。

上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１及び第２の磁区並びに前記第１の磁壁は、光の進行方向に見て、前記第３及び第４の磁区並びに前記第２の磁壁にそれぞれ重なるように配置されていることを特徴とする。

上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１の複屈折板と前記第２の複屈折板の光学軸は、互いに平行に配置されていることを特徴とする。

上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１及び第２の磁気光学結晶に所定方向の磁界を印加して前記第１及び第３の磁区をそれぞれ形成する第１の磁界印加機構と、前記第１及び第２の磁気光学結晶に前記所定方向とは逆方向の磁界を印加して前記第２及び第４の磁区をそれぞれ形成する第２の磁界印加機構とをさらに有することを特徴とする。

上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１及び第２の磁気光学結晶は、高保磁力を有する材料で形成されていることを特徴とする。

上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１及び第２の磁気光学結晶に磁界を印加する磁界印加機構を有していないことを特徴とする。

上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１及び第２の磁気光学結晶は、前記第１及び第２の磁壁部分に形成された溝部を有していることを特徴とする。

上記本発明の磁気光学光部品であって、前記偏光子は第３の複屈折板であり、光アイソレータ、光サーキュレータ、もしくは光スイッチとして機能することを特徴とする。

上記本発明の磁気光学光部品であって、前記偏光子は偏光ガラスであり、光アイソレータとして機能することを特徴とする。

本発明によれば、素子構成を簡素化でき、小型化及び低価格化が可能な磁気光学光部品を実現できる。

本発明の一実施の形態による磁気光学光部品について図１乃至図１０を用いて説明する。図１及び図２は、本実施の形態による磁気光学光部品として透過型の光サーキュレータ１の構成を模式的に示している。図１及び図２では、光の進行方向にＺ軸をとり、Ｚ軸に直交する面内で互いに直交する２方向にＸ軸及びＹ軸をとっている。図１は光サーキュレータ１を−Ｙ方向に見た構成を示し、図２は光サーキュレータ１を＋Ｘ方向に見た構成を示している。

図１及び図２に示すように、光サーキュレータ１は、−Ｚ方向に配置された２本の光ファイバ４１、４３と、＋Ｚ方向に配置された１本の光ファイバ４２とに接続されている。光ファイバ４１、４３は、互いにＸ方向に隣り合って配置されている。光ファイバ４１、４３の−Ｚ側の端部は、外部から光が入射し、又は外部に光を出射する光入出射ポートＰ１、Ｐ３になっている。また、光ファイバ４２の＋Ｚ側の端部は、光入出射ポートＰ２になっている。光ファイバ４１、４３の＋Ｚ方向には、光ファイバ４１、４３から出射した発散光を平行光に変換するレンズ５１、５３がそれぞれ配置されている。レンズ５１、５３の＋Ｚ方向には複屈折板１１、ファラデー回転子（磁気光学結晶）２１、複屈折板１２、ファラデー回転子２２、複屈折板１３がこの順に配置されている。複屈折板１１、１２、１３、及びファラデー回転子２１、２２は平行平板型の光学素子であり、ＸＹ面にほぼ平行な光入出射面を有している。複屈折板１３の＋Ｚ方向には、複屈折板１３から出射した平行光を収束光に変換して光ファイバ４２に入射させるレンズ５２が配置されている。

ファラデー回転子２１、２２は、例えば液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法により育成され、膜成長面に垂直な方向に磁化容易軸が現れる垂直磁化性を備えた磁性ガーネット単結晶膜で形成されている。ファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ方向には、永久磁石（磁界印加機構）６１（図１では図示せず）が配置され、−Ｙ方向には永久磁石６２（図１では図示せず）が配置されている。永久磁石６１、６２は互いに逆向きの磁極を有している。例えば、図２中の矢印で示すように、永久磁石６１の磁極の向きは＋Ｚ方向であり、永久磁石６２の磁極の向きは−Ｚ方向である。ファラデー回転子２１、２２のほぼ中央から＋Ｙ側の領域に印加される磁界は、永久磁石６１による−Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。一方、ファラデー回転子２１、２２のほぼ中央から−Ｙ側の領域に印加される磁界は、永久磁石６２による＋Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。双方の領域に印加する磁界の強さをファラデー回転子２１、２２の飽和磁界以上にすることにより、−Ｚ方向の磁界が印加されている領域には磁化を一様に一方向にした磁区Ａが形成され、＋Ｚ方向の磁界が印加されている領域には磁化を磁区Ａとは逆方向に一様にした磁区Ｂが形成される。磁区Ａと磁区Ｂとの間には、ＸＺ面にほぼ平行な境界面である磁壁Ｉが形成されている。本例での磁区Ａのファラデー回転角は、例えば＋Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°であり、磁区Ｂのファラデー回転角は、同様にして反時計回りに４５°である。ファラデー回転子２１、２２は非相反性を有しているので、ファラデー回転子２１、２２の２つの光入出射面のいずれから光が入射しても上記回転角の条件は保たれる。

このように互いに逆向きの磁極を有する永久磁石６１、６２を用い、ファラデー回転子２１、２２に対して所定の強さ及びその勾配を有する磁界を印加することによって、ファラデー回転子２１、２２にそれぞれ２磁区構造を形成できる。本例では、２つのファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ側の領域にそれぞれ磁区Ａが形成され、−Ｙ側の領域にそれぞれ磁区Ｂが形成されている。ファラデー回転子２１の磁区Ａ、Ｂ及び磁壁Ｉは、Ｚ方向に見ると、ファラデー回転子２２の磁区Ａ、Ｂ及び磁壁Ｉにそれぞれ重なるように配置されている。ファラデー回転子２１、２２に同一の磁区構造を形成しているため、共通の永久磁石６１、６２を用いて両ファラデー回転子２１、２２に磁界を印加できるようになっている。なお、永久磁石６１、６２に代えて、永久磁石より保磁力が小さく磁化を反転できる半硬質磁石を磁界印加機構として用いることももちろん可能である。

図３は、永久磁石６１、６２の形状及びファラデー回転子２１、２２に対する配置の例を示す斜視図である。図３では複屈折板１１、１２、１３の図示を省略している。図３に示すように、永久磁石６１、６２は共に直方体状の形状を有し、ファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ側及び−Ｙ側にそれぞれ配置されている。永久磁石６１、６２のＸ方向の高さはファラデー回転子２１、２２より高くなっている。

図４は、永久磁石６１、６２の形状及びファラデー回転子２１、２２に対する配置の他の例を示す斜視図である。図４に示すように、永久磁石６１、６２は、ファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ側及び−Ｙ側にそれぞれ配置されるとともに、ファラデー回転子２１、２２の−Ｘ側を覆うように配置されている。永久磁石６１、６２は、ファラデー回転子２１、２２の−Ｘ側で互いに接触している。

図５は、永久磁石６１、６２の形状及びファラデー回転子２１、２２に対する配置のさらに他の例を示す斜視図である。図５に示すように、永久磁石６１、６２は、ファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ側及び−Ｙ側にそれぞれ配置されるとともに、ファラデー回転子２１、２２の＋Ｘ側及び−Ｘ側を覆うように配置されている。永久磁石６１、６２は、ファラデー回転子２１、２２の＋Ｘ側及び−Ｘ側の双方で互いに接触している。図３乃至図５に示すように永久磁石６１、６２を配置することによって、両ファラデー回転子２１、２２に対して所定の強さ及びその勾配を有する磁界を印加でき、ファラデー回転子２１、２２にそれぞれ２磁区構造を形成できる。

図６は、複屈折板の光学軸について説明する図である。図６では、光の進行方向にＺ軸をとり、Ｚ軸に直交する面内で互いに直交する２方向にＸ軸及びＹ軸をとっている。図６（ａ）は、ある複屈折板１５を＋Ｚ方向に見た構成を示し、図６（ｂ）は複屈折板１５を＋Ｘ方向に見た構成を示している。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、複屈折板１５の光学軸ＯＡはＹＺ面に平行に配置されている。光学軸ＯＡのＸＺ面に対する角度は、＋Ｘ方向に見てＸ軸について時計回りに約４５°になっている。光入出射面（本例ではＸＹ面に平行）１５ａに垂直に入射した光は、常光と異常光とに分離して、光入出射面１５ｂから互いに異なる光路上に出射する。このとき、異常光は常光に対して例えば図６（ｂ）に示すように下方（−Ｙ方向）に軸ずれする。以下、図６（ａ）のように複屈折板を＋Ｚ方向に見た図では、＋Ｚ方向に入射した光の異常光が軸ずれする方向（本例では下方）を片矢印Ｃで表すことにする。なお、複屈折性結晶の光学特性により、図６（ｂ）に示す光学軸ＯＡの配置で図中上方（＋Ｙ方向）に軸ずれする複屈折板１５を用いてもよい。

図１及び図２に示す複屈折板１１の光学軸は、＋Ｚ方向に見てＹＺ面をＺ軸について反時計回りに４５°回転させた平面に平行になるように配置される。＋Ｚ方向に進む光入出射ポートＰ１、Ｐ３からの入射光が複屈折板１１に入射すると、常光と異常光とに分離して出射する。常光は軸ずれせずにファラデー回転子２１の磁区Ａに入射する。異常光は、−Ｘ方向及び−Ｙ方向の双方向に軸ずれし、ファラデー回転子２１の磁区Ｂに入射する。複屈折板１２の光学軸は、ＸＺ面に平行である。＋Ｚ方向に進む光が複屈折板１２に入射したときの異常光の軸ずれする方向は−Ｘ方向である。

複屈折板１３の光学軸は、複屈折板１１の光学軸に平行である。したがって、複屈折板１３に＋Ｚ方向に入射した光の異常光が軸ずれする方向は、複屈折板１１に＋Ｚ方向に入射した光の異常光の軸ずれする方向と同方向である。一方、−Ｚ方向に進む光入出射ポートＰ２からの入射光が複屈折板１３に入射すると、常光は軸ずれせずにファラデー回転子２２の磁区Ｂに入射し、異常光は上記の軸ずれ方向と逆方向に軸ずれしてファラデー回転子２２の磁区Ａに入射する。複屈折板１１、１３として、例えば同一の結晶から同一形状に切り出された同一仕様の素子が用いられている。複屈折板１１、１２、１３を構成する結晶としては、ルチル（ＴｉＯ_２）やイットリウム・バナデート（ＹＶＯ_４）等が用いられる。

ここで、ファラデー回転子２１、２２の磁区Ａと磁区Ｂとの境界面である磁壁Ｉについて説明する。図７は、ファラデー回転子２１、２２の磁区構造を示している。図７に示すように、ファラデー回転子２１、２２の磁壁Ｉは直線状（平面状）になっている。本例では、複屈折板１１、１３により分離した常光及び異常光のうち一方を磁区Ａに入射させ、他方を磁区Ｂに入射させる必要がある。図８（ａ）は直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子ＦＲ１を示し、図８（ｂ）は非直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子ＦＲ２を示している。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、磁区Ａに入射する一方の光Ｌ３１と磁区Ｂに入射する他方の光Ｌ３２との間の分離距離を比較すると、非直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子ＦＲ２の分離距離ｄ２は、直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子ＦＲ１の分離距離ｄ１より長くする必要がある。分離距離は複屈折板１１、１３の厚さに比例するため、分離距離を長くするためには複屈折板１１、１３の厚さを厚くする必要がある。また、複屈折板１１、１３の厚さが厚くなるとビーム径をより大きくする必要があり、これに伴いレンズ５１、５２、５３が大型化してしまう。したがって、光サーキュレータ１の小型化のためには、図７及び図８（ａ）に示すように磁壁Ｉを直線状にすることが望ましい。磁壁Ｉを直線状にするには、十分な大きさの勾配を有する磁界を印加する必要がある。例えば、磁界の勾配を徐々に変化させることにより、磁壁Ｉがほぼ直線状になる条件を見出すことができる。

本実施の形態では、プリズムや複合素子を用いず、５枚の平行平板型の光学素子（２枚のファラデー回転子２１、２２、及び３枚の複屈折板１１、１２、１３）を用いて２段型の透過型光サーキュレータ１を構成できる。また、ファラデー回転子２１、２２や複屈折板１１、１３として、それぞれ同一の結晶から切り出された同一仕様の素子を使用できる。このため、仕様としては３種の光学素子を用いて透過型光サーキュレータ１を構成できることになる。したがって本実施の形態によれば、光サーキュレータ１の素子構成が極めて簡素になり小型化及び低価格化が容易になる。
また、本実施の形態では、２つのファラデー回転子２１、２２に対して共通の永久磁石６１、６２を用いて磁界を印加している。このため、光サーキュレータ１の部品点数を削減でき、小型化及び低価格化が容易になる。

本実施の形態の光サーキュレータ１は永久磁石６１、６２を有しているが、保持力の比較的高い材料を用いてラッチングタイプのファラデー回転子２１、２２を作製して予め２磁区構造を形成することにより、永久磁石６１、６２を用いずに光サーキュレータ１を構成してもよい。この場合、例えば図３乃至図５に示すようにファラデー回転子２１、２２近傍に永久磁石６１、６２を配置して２磁区構造を形成した後、永久磁石６１、６２を取り去るようにする。また、ファラデー回転子２１、２２の２磁区構造を安定化させるために、特許文献５に記載されているように磁区Ａ、Ｂの境界部分に切欠きなどを形成してもよい。このように、保持力の高い材料を用いてファラデー回転子２１、２２を作製して磁区構造を形成することによって、永久磁石６１、６２が不要になり光サーキュレータ１を大幅に小型化できる。

実際に外部磁界無しで２磁区構造を実現した磁気光学結晶の磁区構造を図９に示す。厚さが０．３ｍｍの磁気光学結晶の磁壁となる部分に、幅０．０３ｍｍ、深さ０．１５ｍｍの溝部を形成した。磁区は溝部にピン止めされるので、溝部を挟んだ２磁区構造が外部磁界無しで実現できる。２磁区構造は、溝部の幅が広い程、深さが深い程、外部から加わる磁界に対して安定になる。しかし、幅が広いと図８で説明した分離距離を長くする必要があり、また深さが深すぎると結晶が割れやすくなるという問題もあるので、適切な溝の条件を決める必要がある。なお、この構造に外部から磁界が加わると磁区構造が変化する可能性があるので、外部から磁界が加わらないように、筐体の材質を磁性体にして磁気シールドしておくか、図３〜図５の例のように永久磁石を配置するのがよい。永久磁石を配置する場合でも、溝部を形成しておくと、小型な永久磁石により２磁区構造を安定化できるという利点がある。

光アイソレータの場合は、第１のファラデー回転子と第２のファラデー回転子の間に配置した複屈折板を、ある直線偏光成分のみを透過し、それと直交する直線偏光を吸収する偏光ガラスに置き換えてもよい。例えば、後に説明する図１０において複屈折板１２の光学軸と平行な直線偏光を透過する偏光ガラスを複屈折板１２の代わりに配置すればよい。
また、第１のファラデー回転子と第２のファラデー回転子の間には、複屈折板や偏光ガラスのような偏光子に加え、フィルタなどの光学素子を挿入して、フィルタ機能を付加してもよい。第１と第２のファラデー回転子の間において、第３と第４の光の偏光方位は略平行になっているので、特に偏光依存性を有する光学素子を挿入するのに適している。
説明では各素子に光を垂直入射させているが、各境界面からの反射光が元に戻るのを防止するため、実際には素子を入射光に対して斜めに配置するのが望ましい。

次に、本実施の形態による磁気光学光部品の動作について図１０を用いて説明する。図１０は、光サーキュレータ１を構成する各光学素子を通過する光の偏光状態を＋Ｚ方向に見た図である。図１０（ａ）、（ｌ）は、図１に示す複屈折板１１の−Ｚ側の光入出射面Ｚ１での光の偏光状態を示し、図１０（ｂ）、（ｋ）は複屈折板１１の＋Ｚ側の光入出射面Ｚ２での光の偏光状態を示している。図１０（ｃ）、（ｊ）は複屈折板１２の−Ｚ側の光入出射面Ｚ３での光の偏光状態を示し、図１０（ｄ）、（ｉ）は複屈折板１２の＋Ｚ側の光入出射面Ｚ４での光の偏光状態を示している。図１０（ｅ）、（ｈ）は複屈折板１３の−Ｚ側の光入出射面Ｚ５での光の偏光状態を示し、図１０（ｆ）、（ｇ）は複屈折板１３の＋Ｚ側の光入出射面Ｚ６での光の偏光状態を示している。なお、図１０では、理解を容易にするために、複屈折板１１、ファラデー回転子２１、複屈折板１２、ファラデー回転子２２、及び複屈折板１３を＋Ｚ方向に見た状態も模式的に図示している。

まず、図１０（ａ）〜（ｆ）を用いて、図１及び図２で実線で示す光線のように光入出射ポートＰ１から入射して光入出射ポートＰ２から外部に出射する光について説明する。図１０（ａ）に示すように、光入出射ポートＰ１から入射した光Ｌ１１は、複屈折板（第１の複屈折板）１１に入射する。複屈折板１１に入射した光Ｌ１１は、図１０（ｂ）に示すように、常光Ｌ１２ａと異常光Ｌ１２ｂとに分離して複屈折板１１から出射する。次いで、常光成分の光Ｌ１２ａはファラデー回転子（第１の磁気光学結晶）２１の磁区Ａ（第１の磁区）に入射し、異常光成分の光Ｌ１２ｂはファラデー回転子２１の磁区Ｂ（第２の磁区）に入射する。ファラデー回転子２１の磁区Ａのファラデー回転角は例えば＋Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°であり、磁区Ｂのファラデー回転角は例えば＋Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°である。図１０（ｃ）に示すように、光Ｌ１２ａは偏光方位が＋Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°回転した光Ｌ１３ａとしてファラデー回転子２１から出射し、光Ｌ１２ｂは偏光方位が反時計回りに４５°回転した光Ｌ１３ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂの偏光方位は互いに平行になり、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板（第３の複屈折板）１２の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面（ＸＺ面）に共に平行になる。

次いで、図１０（ｄ）に示すように、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂは複屈折板１２の一方の表面に入射して共に異常光となり、それぞれ−Ｘ方向に軸ずれして複屈折板１２の他方の表面から光Ｌ１４ａ、Ｌ１４ｂとして出射する。次に、光Ｌ１４ａはファラデー回転子（第２の磁気光学結晶）２２の磁区Ａ（第３の磁区）に入射し、光Ｌ１４ｂはファラデー回転子２２の磁区Ｂ（第４の磁区）に入射する。ファラデー回転子２２の磁区Ａのファラデー回転角は例えば＋Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°であり、磁区Ｂのファラデー回転角は例えば＋Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°である。図１０（ｅ）に示すように、光１４ａは＋Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°回転した光Ｌ１５ａとしてファラデー回転子２２から出射し、光Ｌ１４ｂは偏光方位が反時計回りに４５°回転した光Ｌ１５ｂとしてファラデー回転子２２から出射する。光Ｌ１５ａの偏光方位と光Ｌ１５ｂの偏光方位は、互いにほぼ垂直になっている。光Ｌ１５ａは複屈折板（第２の複屈折板）１３に入射して異常光となり、光Ｌ１５ｂは複屈折板１３に入射して常光となる。図１０（ｆ）に示すように、光Ｌ１５ａは軸ずれして光Ｌ１５ｂと合波し、光Ｌ１６として複屈折板１３から出射する。光Ｌ１６は、光入出射ポートＰ２に入射して外部に出射する。光入出射ポートＰ１に入射した光は、偏光に依存せずに全て光入出射ポートＰ２から出射することになる。

次に、図１０（ｇ）〜（ｌ）を用いて、図１及び図２で破線で示す光線のように光入出射ポートＰ２から入射して光入出射ポートＰ３から外部に出射する光について説明する。図１０（ｇ）に示すように、光入出射ポートＰ２から入射した光Ｌ２１は、複屈折板（第１の複屈折板）１３に入射する。複屈折板１３に入射した光Ｌ２１は、図１０（ｈ）に示すように、常光Ｌ２２ａと異常光Ｌ２２ｂとに分離して複屈折板１３から出射する。次いで、常光成分の光Ｌ２２ａはファラデー回転子（第１の磁気光学結晶）２２の磁区Ｂ（第１の磁区）に入射し、異常光成分の光Ｌ２２ｂはファラデー回転子２２の磁区Ａ（第２の磁区）に入射する。ファラデー回転子２２の磁区Ａのファラデー回転角は＋Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°であり、磁区Ｂのファラデー回転角は＋Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°である。図１０（ｉ）に示すように、光Ｌ２２ａは偏光方位が＋Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°回転した光Ｌ２３ａとしてファラデー回転子２２から出射し、光Ｌ２２ｂは偏光方位が時計回りに４５°回転した光Ｌ２３ｂとしてファラデー回転子２２から出射する。これにより、光Ｌ２３ａ、Ｌ２３ｂの偏光方位は互いに平行になり、光Ｌ２３ａ、Ｌ２３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板（第３の複屈折板）１２の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面（ＸＺ面）に共に垂直になる。

次いで、図１０（ｊ）に示すように、光Ｌ２３ａ、Ｌ２３ｂは複屈折板１２の一方の表面に入射して共に常光となり、軸ずれせずに複屈折板１２の他方の表面から光Ｌ２４ａ、Ｌ２４ｂとして出射する。次に、光Ｌ２４ａはファラデー回転子（第２の磁気光学結晶）２１の磁区Ｂ（第３の磁区）に入射し、光Ｌ２４ｂはファラデー回転子２１の磁区Ａ（第４の磁区）に入射する。ファラデー回転子２１の磁区Ａのファラデー回転角は＋Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°であり、磁区Ｂのファラデー回転角は＋Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°である。図１０（ｋ）に示すように、光２４ａは＋Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°回転した光Ｌ２５ａとしてファラデー回転子２１から出射し、光Ｌ２４ｂは偏光方位が時計回りに４５°回転した光Ｌ２５ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。光Ｌ２５ａの偏光方位と光Ｌ２５ｂの偏光方位は、互いにほぼ垂直になっている。光Ｌ２５ａは複屈折板（第２の複屈折板）１１に入射して異常光となり、光Ｌ２５ｂは複屈折板１１に入射して常光となる。図１０（ｌ）に示すように、光Ｌ２５ａは軸ずれして光Ｌ２５ｂと合波し、光Ｌ２６として複屈折板１１から出射する。光Ｌ２６は、光入出射ポートＰ３に入射して外部に出射する。光入出射ポートＰ２に入射した光は、偏光に依存せずに全て光入出射ポートＰ３から出射することになる。

このように、本実施の形態による光サーキュレータ１では、光入出射ポートＰ１からの入力光は光入出射ポートＰ２から出力し、光入出射ポートＰ２からの入力光は光入出射ポートＰ３から出力するようになっている。

本実施の形態では、互いに同一の光学特性を有する複屈折板１１、１３のうち一方を常光として通過した光は他方を異常光として通過し、逆に複屈折板１１、１３のうち一方を異常光として通過した光は他方を常光として通過する。また、第１のファラデー回転子２１又は２２を通過した後、第２のファラデー回転子２２又は２１に入射するまでの間は、分離した２つの光の偏光方位は同一になっている。したがって、本実施の形態による光サーキュレータ１では、２つの偏光成分の光路長が等しいため、偏波モード分散（ＰＭＤ；Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）値がゼロになる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では光入出射ポートを３つ設けているが、本発明はこれに限らず、光入出射ポートを４つ以上設けることももちろん可能である。

また、上記実施の形態では磁気光学光部品として光サーキュレータ１を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、光アイソレータにも適用できる。光アイソレータに適用する場合には、光入出射ポートＰ３を設けず、光入出射ポートＰ１、Ｐ２のみを設けるようにすればよい。本発明を適用した光アイソレータではＰＭＤ値をゼロにすることができるとともに、２段型の構成となっており高アイソレーション特性が得られる。さらに本発明は、ファラデー回転子２１、２２の磁化を反転させる機構を付加することにより光スイッチにも適用できる。

本発明の一実施の形態による磁気光学光部品の構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施の形態による磁気光学光部品の構成を模式的に示す図である。 永久磁石６１、６２の形状及びファラデー回転子２１、２２に対する配置の例を示す斜視図である。 永久磁石６１、６２の形状及びファラデー回転子２１、２２に対する配置の他の例を示す斜視図である。 永久磁石６１、６２の形状及びファラデー回転子２１、２２に対する配置のさらに他の例を示す斜視図である。 複屈折板の光学軸について説明する図である。 ファラデー回転子２１、２２の磁区構造を示す図である。 直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子と非直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子とを比較して示す図である。 外部磁界無しで２磁区構造を実現した磁気光学結晶の磁区構造を示す図である。 光サーキュレータ１を構成する各光学素子を通過する光の偏光状態を＋Ｚ方向に見た図である。 従来の光サーキュレータの構成を示す図である。 従来の光サーキュレータの他の構成を示す図である。

符号の説明

１ 光サーキュレータ
１１、１２、１３、１５ 複屈折板
２１、２２、ＦＲ１、ＦＲ２ ファラデー回転子
４１、４２、４３ 光ファイバ
５１、５２、５３ レンズ
６１、６２ 永久磁石
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 光入出射ポート

Claims (10)

1. 第１の光入出射ポートから入射した光を常光成分の第１の光と異常光成分の第２の光とに分離して出射する第１の複屈折板と、
   磁化を一様に一方向にした第１の磁区と、前記第１の磁区とは逆方向に磁化を一様にした第２の磁区と、前記第１の磁区と前記第２の磁区との境界面である第１の磁壁とを備え、前記第１の磁区に入射した第１の光の偏光方位を所定の回転方向に４５°回転させて第３の光として出射し、前記第２の磁区に入射した第２の光の偏光方位を前記回転方向とは逆の回転方向に４５°回転させて前記第３の光の偏光方位に略平行な偏光方位を有する第４の光として出射する第１の磁気光学結晶と、
   前記第３及び第４の光を透過させる偏光子と、
   前記第１の磁区と略同方向に磁化を一様に一方向にした第３の磁区と、前記第３の磁区とは逆方向に磁化を一様にした第４の磁区と、前記第３の磁区と前記第４の磁区との境界面である第２の磁壁とを備え、前記第３の磁区に入射した第３の光の偏光方位を所定の回転方向に４５°回転させて第５の光として出射し、前記第４の磁区に入射した第４の光の偏光方位を前記回転方向とは逆の回転方向に４５°回転させて前記第５の光の偏光方位に略垂直な偏光方位を有する第６の光として出射する第２の磁気光学結晶と、
   前記第５及び第６の光のうち一方を常光として透過させ、他方を異常光として透過させて、前記第５及び第６の光を合波して第２の光入出射ポートから出射させる第２の複屈折板と
   を有することを特徴とする磁気光学光部品。
2. 請求項１記載の磁気光学光部品であって、
   前記第１及び第２の磁壁は略直線状であること
   を特徴とする磁気光学光部品。
3. 請求項１又は２に記載の磁気光学光部品であって、
   前記第１及び第２の磁区並びに前記第１の磁壁は、光の進行方向に見て、前記第３及び第４の磁区並びに前記第２の磁壁にそれぞれ重なるように配置されていること
   を特徴とする磁気光学光部品。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
   前記第１の複屈折板と前記第２の複屈折板の光学軸は、互いに平行に配置されていること
   を特徴とする磁気光学光部品。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
   前記第１及び第２の磁気光学結晶に所定方向の磁界を印加して前記第１及び第３の磁区をそれぞれ形成する第１の磁界印加機構と、
   前記第１及び第２の磁気光学結晶に前記所定方向とは逆方向の磁界を印加して前記第２及び第４の磁区をそれぞれ形成する第２の磁界印加機構とをさらに有すること
   を特徴とする磁気光学光部品。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
   前記第１及び第２の磁気光学結晶は、高保磁力を有する材料で形成されていること
   を特徴とする磁気光学光部品。
7. 請求項６記載の磁気光学光部品であって、
   前記第１及び第２の磁気光学結晶に磁界を印加する磁界印加機構を有していないこと
   を特徴とする磁気光学光部品。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
   前記第１及び第２の磁気光学結晶は、前記第１及び第２の磁壁部分に形成された溝部を有していること
   を特徴とする磁気光学光部品。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
   前記偏光子は第３の複屈折板であり、
   光アイソレータ、光サーキュレータ、もしくは光スイッチとして機能すること
   を特徴とする磁気光学光部品。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
    前記偏光子は偏光ガラスであり、
    光アイソレータとして機能すること
    を特徴とする磁気光学光部品。