JP2006243039A - Magneto-optic optical component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信システムに用いられる可変光アッテネータなどの磁気光学光部品に関する。 The present invention relates to a magneto-optical component such as a variable optical attenuator used in an optical communication system.
可変光アッテネータとして、印加磁界の強度によりファラデー回転角を変化させて光の減衰量を制御するいわゆる磁気光学型可変光アッテネータが知られている。磁気光学型可変光アッテネータは、機械的な可動部がないため信頼性が高く、また小型化し易いという利点を有している。磁気光学型可変光アッテネータは、磁気光学結晶と、磁気光学結晶に磁界を印加する電磁石とを有している。電磁石に流す電流量を変化させて磁気光学結晶に印加する磁界の強度を制御することにより、磁気光学結晶の磁化の強さを変化させてファラデー回転角を制御できるようになっている。 As a variable optical attenuator, a so-called magneto-optical variable optical attenuator is known that controls the attenuation of light by changing the Faraday rotation angle according to the intensity of an applied magnetic field. The magneto-optic variable optical attenuator has the advantage that it has high mechanical reliability and is easy to miniaturize because there is no mechanical moving part. The magneto-optic variable optical attenuator has a magneto-optic crystal and an electromagnet that applies a magnetic field to the magneto-optic crystal. By controlling the intensity of the magnetic field applied to the magneto-optic crystal by changing the amount of current flowing through the electromagnet, the Faraday rotation angle can be controlled by changing the magnetization intensity of the magneto-optic crystal.
特許文献1には、複数の第1の光ファイバと、第1の光ファイバの各々に対して光ビームにより光学的に結合される複数の第2の光ファイバと、各光ビームが通過するように設けられる磁気光学結晶と、磁気光学結晶に所定の磁場を印加する磁場印加ユニットとを備えた磁化回転方式の光アッテネータが開示されている。磁場印加ユニットは、磁気光学結晶の磁化を飽和させる1つの永久磁石と、磁気光学結晶の各部分における磁化の方向を回転させる複数の電磁石とを有している。磁気光学結晶の各部分における磁化の方向を回転させることによって磁化ベクトルの光ビームと平行な成分の大きさが変化し、各光ビームに任意のファラデー回転角を与えることができる。この光アッテネータでは、複数チャンネルに対して共通の磁気光学結晶が用いられているため、装置構成を簡略化できるようになっている。
In
しかしながら、特許文献1に開示された光アッテネータでは、飽和磁化の状態にある磁気光学結晶の磁化の方向を回転させるために、電磁石により強い磁場を印加する必要がある。このため、大型の電磁石を用いるか、あるいは電磁石のコイルに大電流を流す必要がある。したがって、光アッテネータの小型化及び低消費電力化が困難であるという問題が生じる。
However, in the optical attenuator disclosed in
本発明の目的は、小型で低消費電力の可変光アッテネータ等の磁気光学光部品を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a magneto-optic optical component such as a variable optical attenuator having a small size and low power consumption.
上記目的は、互いに調芯された2つの光導波部をそれぞれ備え、所定の並列方向に並列配置された複数の光導波部対と、前記複数の光導波部対の一方の前記光導波部からの光がそれぞれ透過する複数の光透過領域と、光入出射面に平行でない方向の磁化により構成される磁区Aと、前記磁区Aの磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成される磁区Bと、前記磁区A及び磁区Bの境界となる磁壁とを備え、前記磁区A及び磁区Bの少なくとも一方が前記複数の光透過領域のそれぞれ近傍に亘って連続して存在する磁気光学結晶と、前記磁気光学結晶に所定の磁界を印加する第1の磁界印加系と、前記複数の光導波部対に対応してそれぞれ配置され、前記磁気光学結晶に可変磁界を印加して前記複数の光透過領域近傍での前記磁壁の位置を前記並列方向にほぼ垂直な方向にそれぞれ可変とする複数の第2の磁界印加系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。 The above object includes two optical waveguide portions that are aligned with each other, and a plurality of optical waveguide pairs arranged in parallel in a predetermined parallel direction, and one optical waveguide portion of the plurality of optical waveguide portion pairs. A plurality of light transmitting regions through which each of the light passes, a magnetic domain A configured by magnetization in a direction not parallel to the light incident / exit surface, and a magnetic domain configured by magnetization in a direction opposite to the magnetization direction of the magnetic domain A B and a domain wall that becomes a boundary between the magnetic domain A and the magnetic domain B, and at least one of the magnetic domain A and the magnetic domain B continuously exists in the vicinity of each of the plurality of light transmission regions; A first magnetic field application system that applies a predetermined magnetic field to the magneto-optic crystal and a plurality of optical waveguide pairs are respectively disposed, and a variable magnetic field is applied to the magneto-optic crystal to transmit the plurality of light beams. The position of the domain wall in the vicinity of the region It is achieved by the magneto-optical device characterized by having a plurality of second magnetic field application system to variably in a direction substantially perpendicular to the parallel direction.
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記複数の光透過領域近傍の前記磁壁は、それぞれほぼ平面状であることを特徴とする。 In the magneto-optical component according to the present invention, each of the domain walls in the vicinity of the plurality of light transmission regions is substantially planar.
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記複数の光透過領域近傍の前記磁壁は、前記並列方向と前記光の進行方向とを含む平面にそれぞれほぼ平行であることを特徴とする。 In the magneto-optical component according to the present invention, the domain walls in the vicinity of the plurality of light transmission regions are substantially parallel to a plane including the parallel direction and the light traveling direction.
本発明によれば、小型で低消費電力の可変光アッテネータ等の磁気光学光部品を実現できる。 According to the present invention, a magneto-optical component such as a variable optical attenuator with a small size and low power consumption can be realized.
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8を用いて説明する。まず、本実施の形態による磁気光学光部品の動作原理について図1乃至図3を用いて説明する。図1乃至図3は、磁気光学結晶であるファラデー回転子20にそれぞれ条件を変えて磁界を印加している状態を示している。図1(a)、図2(a)、及び図3(a)は、ファラデー回転子20を光入出射面に垂直な方向に見た状態を示している。ここで、光学では「光入射面」を入射光線と境界面の法線を含む面と定義する場合があるが、本明細書での「光入出射面」は、この定義ではなく、ファラデー回転子20(あるいは他の光学素子)において光が入射/出射する面のことを意味する。ファラデー回転子20の中央付近の2つの円でそれぞれ囲んだ図中上下方向に配列する2つの領域は、進行方向が同じ2つの光ビームが透過する光透過領域C1、C2である。例えば複屈折板等により分離されて互いに直交する偏光方位を有し、紙面手前から紙面後方に向かって進む2つの直線偏光の光は、ファラデー回転子20の光透過領域C1、C2にそれぞれ入射し、偏光方位を所定角度回転させられて紙面後方に射出する。ファラデー回転子20には、後述する永久磁石や電磁石等により、所定の分布の磁界が印加されている。
A magneto-optical component according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the operation principle of the magneto-optical component according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 1 to 3 show a state in which a magnetic field is applied to the Faraday
図1(b)、図2(b)、及び図3(b)は、図1(a)、図2(a)、及び図3(a)のそれぞれに示したD−D線で切断したファラデー回転子20の断面での磁区構造を模式的に示している。図1(c)、図2(c)、及び図3(c)は、光軸に平行な方向(ファラデー回転子20の光入出射面に垂直な方向)に印加される磁界の向きと強さを矢印の向きと長さで模式的に表している。図1(c)、図2(c)、及び図3(c)において、横方向はファラデー回転子20の断面の横方向の位置に対応し、縦方向は光軸に平行な方向を表している。
1 (b), FIG. 2 (b), and FIG. 3 (b) were cut along the DD line shown in FIG. 1 (a), FIG. 2 (a), and FIG. 3 (a), respectively. The magnetic domain structure in the cross section of the Faraday
さて、図1(a)〜(c)は、例えば所定の位置に配置された永久磁石だけでファラデー回転子20に磁界を印加している状態を示している。図1(c)に示すように、ファラデー回転子20の図中左側部分には、図中上向き(つまり、図1(a)において紙面後方に向かう方向)の磁界が印加されている。一方、ファラデー回転子20の右側部分には、図中下向き(つまり、図1(a)において紙面手前に向かう方向)の磁界が印加されている。ファラデー回転子20に印加される磁界成分は、光入出射面内の所定方向で単調に変化している。図1(b)のファラデー回転子20内の矢印で示すように、ファラデー回転子20内の磁化の向きは、ファラデー回転子20に印加される磁界の向きと同じになる。ファラデー回転子20内部では、上向きの磁界、つまり光の進行方向と同方向の磁界が支配的になる。飽和磁界以上の強さの磁界が印加された領域には、磁化を一様に一方向にした磁区が形成される。したがって、図1(b)に示すように、ファラデー回転子20内部では、磁化を一様に上向き(光の進行方向と同方向)にした磁区Aの領域の方が、磁化を一様に下向き(光の進行方向と逆方向)にした磁区Bの領域より支配的になる。これにより、図1(c)に示すように光入出射面に垂直方向の磁界が0となる位置Oにおいて、図1(a)、(b)に示すように磁区Aと磁区Bとの平面状の境界(以下、「磁壁I」という)が形成される。
FIGS. 1A to 1C show a state in which a magnetic field is applied to the Faraday
磁壁Iをほぼ平面状に維持するには、図1(c)、図2(c)、及び図3(c)に示した光入出射面に対する垂直方向磁界が0となる位置O近傍での磁界強度の勾配が、十分大きければよい。また、位置Oが光入射面内で直線状になるように一様な垂直方向磁界を印加することにより、磁壁Iを再現性良く安定して移動させることができる。これにより、磁区構造のヒステリシスが生じず、繰り返し再現性に優れた磁気光学光部品を実現できる。 In order to maintain the domain wall I in a substantially flat shape, the position near the position O where the perpendicular magnetic field with respect to the light incident / exit surface shown in FIGS. 1 (c), 2 (c), and 3 (c) becomes zero. It is sufficient that the gradient of the magnetic field strength is sufficiently large. Further, by applying a uniform vertical magnetic field so that the position O is linear in the light incident surface, the domain wall I can be stably moved with good reproducibility. As a result, a magneto-optical optical component having excellent reproducibility can be realized without causing hysteresis of the magnetic domain structure.
図1(a)〜(c)に示す状態では、光透過領域C1、C2が共に磁区Aの領域内に完全に包含される。また光透過領域C1と磁壁Iとの距離(光透過領域C1を透過する光ビームの中心位置と磁壁Iとの距離)と、光透過領域C2と磁壁Iとの距離(光透過領域C2を透過する光ビームの中心位置と磁壁Iとの距離)とはほぼ等しくなっている。ここで、光透過領域C1、C2が磁区A領域内にあるときのファラデー回転角を+θfs(飽和のファラデー回転角)とする。すなわち、紙面手前からファラデー回転子20に入射し、光透過領域C1、C2をそれぞれ透過した2つの直線偏光の光は、共に偏光方位を+θfsだけ回転させられて紙面後方に射出する。
In the state shown in FIGS. 1A to 1C, both the light transmission regions C1 and C2 are completely included in the region of the magnetic domain A. Further, the distance between the light transmission region C1 and the domain wall I (the distance between the center position of the light beam transmitted through the light transmission region C1 and the domain wall I) and the distance between the light transmission region C2 and the domain wall I (transmission through the light transmission region C2). The distance between the center position of the light beam and the domain wall I) is substantially equal. Here, the Faraday rotation angle when the light transmission regions C1 and C2 are in the magnetic domain A region is defined as + θfs (saturated Faraday rotation angle). That is, the two linearly polarized light beams that have entered the
図2(a)〜(c)は、電磁石のコイルに通電し、永久磁石による磁界に加えて光の進行方向と逆方向の磁界を印加した状態を示している。この状態では、図2(c)に示すように、位置Oが図の左方向に移動し、ファラデー回転子20のほぼ中央に位置する。これによりファラデー回転子20内部は左半分に図中上向き(光の進行方向と同方向)の磁界が印加され、右半分に下向き(光の進行方向と逆方向)の磁界が印加される状態となる。したがって、図2(b)に示すように、磁壁Iも図の左方向に移動してファラデー回転子20のほぼ中央に位置する。ファラデー回転子20には、磁化を一様に上向き(光の進行方向と同方向)にした磁区Aの領域と、磁化を一様に下向き(光の進行方向と逆方向)にした磁区Bの領域とが、中央の磁壁Iを境界として左右半々に形成される。これにより図2(a)に示すように、光透過領域C1、C2には、磁区Aの領域と磁区Bの領域とがほぼ半々に存在するようになり、両方の磁区が均等に含まれるためファラデー回転角θfは共に0°となる。すなわち、紙面手前からファラデー回転子20に入射し、光透過領域C1、C2をそれぞれ透過した2つの直線偏光の光は、偏光方位を回転させられずに紙面後方に射出する。
2A to 2C show a state in which a coil of an electromagnet is energized and a magnetic field in the direction opposite to the light traveling direction is applied in addition to the magnetic field generated by the permanent magnet. In this state, as shown in FIG. 2 (c), the position O moves to the left in the figure, and is located approximately at the center of the
図3(a)〜(c)は、電磁石のコイルにさらに大電流を流し、光の進行方向と逆方向の磁界をさらに印加した状態を示している。この状態では、図3(c)に示すように、位置Oがさらに図の左方向に移動する。これにより、ファラデー回転子20内部では図中下向き(光の進行方向と逆方向)の磁界が支配的になる。したがって、図3(b)に示すように、ファラデー回転子20には、磁化を一様に下向き(光の進行方向と逆方向)にした磁区Bの領域の方が、磁化を一様に上向き(光の進行方向と同方向)にした磁区Aの領域より支配的になる。これにより図3(a)に示すように、光透過領域C1、C2は、共に磁区Bの領域内に完全に包含される。光透過領域C1、C2が磁区Bの領域内にあるときのファラデー回転角は−θfsとなる。すなわち、紙面手前からファラデー回転子20に入射し、光透過領域C1、C2をそれぞれ透過した2つの直線偏光の光は、共に偏光方位を−θfsだけ回転させられて紙面後方に射出する。
FIGS. 3A to 3C show a state where a larger current is passed through the coil of the electromagnet and a magnetic field in the direction opposite to the light traveling direction is further applied. In this state, as shown in FIG. 3C, the position O further moves to the left in the drawing. Thereby, in the
このように、電磁石のコイルに流す電流を制御することによって、磁壁Iを移動させてファラデー回転子20の光透過領域C1、C2内の磁区構造を図1に示した状態と図2に示した状態との間、あるいは図1に示した状態と図3に示した状態との間で徐々に変化させることができる。これにより、光透過領域C1、C2でのファラデー回転角を連続的に変化させることができるようになっている。
Thus, by controlling the current flowing through the coil of the electromagnet, the magnetic domain structure in the light transmission regions C1 and C2 of the
光透過領域C1と磁壁Iとの距離、及び光透過領域C2と磁壁Iとの距離が互いに異なる場合、光透過領域C1、C2内の磁区構造が互いに異なってしまう場合がある。このため光透過領域C1、C2でのファラデー回転角が互いに異なってしまい、磁気光学光部品の偏波依存性が大きくなってしまうという問題がある。これに対し、図1乃至図3に示したように、光透過領域C1と磁壁Iとの距離、及び光透過領域C2と磁壁Iとの距離がほぼ等しい場合には、光透過領域C1、C2内の磁区構造はどの状態でもほぼ同一であり、光透過領域C1、C2をそれぞれ透過する2つの光ビームに対するファラデー回転角はどの状態でも同一であるため、磁気光学光部品の偏波無依存化を実現できる。 When the distance between the light transmission region C1 and the domain wall I and the distance between the light transmission region C2 and the domain wall I are different from each other, the magnetic domain structures in the light transmission regions C1 and C2 may be different from each other. For this reason, the Faraday rotation angles in the light transmission regions C1 and C2 are different from each other, and there is a problem that the polarization dependency of the magneto-optical component is increased. On the other hand, as shown in FIGS. 1 to 3, when the distance between the light transmission region C1 and the domain wall I and the distance between the light transmission region C2 and the domain wall I are substantially equal, the light transmission regions C1, C2 The magnetic domain structure is almost the same in any state, and the Faraday rotation angles for the two light beams respectively transmitted through the light transmission regions C1 and C2 are the same in any state. Can be realized.
図4は、本実施の形態による磁気光学光部品として、4つの透過型可変光アッテネータ2a〜2dがアレイ化された可変光アッテネータアレイ1の概略構成を示している。図4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4(a)は可変光アッテネータアレイ1を−X方向に見た構成を示し、図4(b)は可変光アッテネータアレイ1を+Y方向に見た構成を示している。図4(a)、(b)に示すように、可変光アッテネータアレイ1は、−Z側に配置されて外部からの光が入力される入力側レンズ付き光ファイバ(光導波部)31a〜31dと、+Z側に配置されて外部に光が出力される出力側レンズ付き光ファイバ(光導波部)32a〜32dとを備えた4組の光ファイバ対(光導波部対)(31a,32a)〜(31d,32d)を4つのチャンネルCH1〜CH4に対応して有している。4組の光ファイバ対(31a,32a)〜(31d,32d)は、±X方向に並列配置されている。入力側レンズ付き光ファイバ31a〜31dは、例えばシングルモード光ファイバ41の先端部に光ファイバ41と同軸のグレーデッドインデックス(GI)ファイバ42が融着された構成を有している。出力側レンズ付き光ファイバ32a〜32dは、入力側レンズ付き光ファイバ31a〜31dと同様の構成を有し、入力側レンズ付き光ファイバ31a〜31dに対してそれぞれ調芯されて接続されている。
FIG. 4 shows a schematic configuration of a variable
また可変光アッテネータアレイ1は、入力側レンズ付き光ファイバ31a〜31dと出力側レンズ付き光ファイバ32a〜32dとの間に、各チャンネルCH1〜CH4で共有される光学素子を有している。光学素子として、例えば1枚の複屈折板10、1枚の1/2波長板14、1枚のファラデー回転子20、及び1枚の複屈折板12が光の進行方向にこの順に並んで配置されている。複屈折板10、12は、入力側レンズ付き光ファイバ31a〜31d側からの光のうち常光成分を直進させ、異常光成分を例えば+X方向に所定の軸ずれ量だけ軸ずれさせるようになっている。1/2波長板14は、入射した光の偏光方位を所定方向に45°回転させるようになっている。ファラデー回転子20は、磁性ガーネット単結晶膜を用いて作製されている。磁性ガーネット単結晶膜は、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有している。ファラデー回転子20は、例えば膜成長面に平行であり磁化容易軸に垂直な光入出射面を有している。
The variable
さらに可変光アッテネータアレイ1は、光ファイバ対(31a,32a)〜(31d,32d)の組数(本例では4組)と同じ個数(4個)の電磁石(磁界印加系)51a〜51d(図4(b)では図示せず)を有している。電磁石51a〜51dは、光ファイバ対(31a,32a)〜(31d,32d)のそれぞれに対応して1つずつ配置されている。電磁石51a〜51dは、光ファイバ対(31a,32a)〜(31d,32d)にそれぞれ沿う方向に比較的長く延びるC字状のヨーク52a〜52dと、ヨーク52a〜52dに巻き回されたコイル53a〜53dとをそれぞれ備えている。ヨーク52a〜52dは、電磁軟鉄やパーマロイ等の材質を用いて作製されている。ヨーク52a〜52dの両端部は、例えばファラデー回転子20の−Y側端部を挟んで互いに対向している。コイル53a〜53dに流す電流をそれぞれ調整することによって、ファラデー回転子20には磁化容易軸に平行な±Z方向の可変磁界成分が印加されるようになっている。
Furthermore, the variable
またヨーク52a〜52dは、−Z方向に着磁された永久磁石54a〜54d(図4(a)では磁化の向きを矢印で示している)を一部に有している。永久磁石54a〜54dが設けられていることによって、コイル53a〜53dに通電していない状態においてもヨーク52a〜52dは磁化されている。これにより、ファラデー回転子20の−Y側の領域には、コイル53a〜53dに通電していない状態においても、磁化容易軸に平行な−Z方向の磁界成分(バイアス磁界)が飽和磁界以上の強さで印加されるようになっている。
The
ファラデー回転子20の+Y方向には、光ファイバ対(31a,32a)〜(31d,32d)の組数(4組)より少ない個数(例えば1個)の永久磁石(磁界印加系)55が配置されている。永久磁石55は、−Z方向に着磁されている。永久磁石55によってファラデー回転子20の+Y側の領域には、磁化容易軸に平行な+Z方向の磁界成分が飽和磁界以上の強さで印加されるようになっている。ここで、永久磁石54a〜54d、55としては、サマリウムコバルト系磁石、ネオジウム鉄ボロン系磁石、フェライト磁石、ボンド磁石、半硬質磁石等を用いることができる。
In the + Y direction of the
飽和磁界以上の強さの磁界が印加された領域には、磁化を一様に一方向にした磁区が形成されるため、ファラデー回転子20には2磁区構造が形成される。図5は、コイル53a〜53dに電流を流していない状態でのファラデー回転子20の一部(チャンネルCH1及びCH2)の磁区構造の例を示している。図5に示すように、永久磁石55により+Z方向の磁界が印加されるファラデー回転子20の+Y側の領域には、磁化容易軸に平行であって光入出射面に平行でない+Z方向の磁化により構成される磁区Aが形成される。一方、永久磁石54a〜54dをそれぞれ一部に含むヨーク52a〜52dにより−Z方向の磁界が印加されるファラデー回転子20の−Y側の領域には、磁区Aとは逆向きの−Z方向の磁化により構成される磁区Bが形成される。磁区Aと磁区Bとの境界には磁壁Iが形成される。磁壁Iは、大まかには光ファイバ対(31a,32a)〜(31d,32d)の並列方向と光の進行方向とを含む平面(XZ面)にほぼ平行に連続して延び、ヨーク52a〜52dの両端部に挟まれた各領域近傍で+Y側に凸になっている。ここで、ファラデー回転子20の磁区Aのファラデー回転角を+θfs(例えば+45°)とすると、磁区Bのファラデー回転角は−θfs(例えば−45°)となる。
In the region to which a magnetic field having a strength equal to or greater than the saturation magnetic field is applied, a magnetic domain in which the magnetization is uniformly set in one direction is formed. Therefore, the
複屈折板10により分離されたチャンネルCH1の2つの光がファラデー回転子20内をそれぞれ透過する2つの光透過領域C1、C2(Cch1)の近傍では、ヨーク52a(永久磁石54a)によって−Z方向の磁界が支配的になっている。すなわち磁壁Iは各光透過領域C1、C2(Cch1)よりも+Y側にあり、各光透過領域C1、C2(Cch1)のそれぞれほぼ全域は磁区Bの領域に包含される。また、チャンネルCH2の2つの光がファラデー回転子20内をそれぞれ透過する2つの光透過領域C1、C2(Cch2)の近傍では、ヨーク52b(永久磁石54b)によって−Z方向の磁界が支配的になっている。すなわち磁壁Iは各光透過領域C1、C2(Cch2)よりも+Y側にあり、各光透過領域C1、C2(Cch2)のそれぞれほぼ全域は磁区Bの領域に包含される。磁区A及び磁区Bは、複数チャンネル(図5ではチャンネルCH1、CH2)の光透過領域Cch1、Cch2のそれぞれ近傍に亘って連続して存在している。磁壁Iは、光透過領域C1、C2の近傍ではそれぞれほぼ平面状であり、XZ面にほぼ平行になっている。また、同一の入力側レンズ付き光ファイバから出射した光の光透過領域C1、C2においては、光透過領域C1と磁壁Iとの距離(光透過領域C1を透過する光ビームの中心位置と磁壁Iとの距離)と、光透過領域C2と磁壁Iとの距離(光透過領域C2を透過する光ビームの中心位置と磁壁Iとの距離)とがほぼ等しくなっている。
In the vicinity of the two light transmission regions C1 and C2 (Cch1) through which the two lights of the channel CH1 separated by the
ヨーク52a〜52dの磁化を減少させる方向の電流をコイル53a〜53dに流し、ファラデー回転子20の−Y側の領域に印加される−Z方向の磁界の強度を弱めることによって、磁壁Iが−Y方向に移動して磁区Bの領域が減少する。図5では、コイル53a、53bにそれぞれ所定の電流を流すことにより、各光透過領域C1、C2よりも−Y側に移動した磁壁I’を破線で示している。この状態では、各光透過領域C1、C2のそれぞれほぼ全域が磁区Aの領域に包含される。コイル53a〜53dに流す電流をそれぞれ調整することによって、光透過領域C1、C2近傍の磁壁Iの位置は、チャンネルCH1〜CH4毎に独立して、光ファイバ対(31a,32a)〜(31d,32d)の並列方向にほぼ垂直な±Y方向に可変となっている。これにより、光透過領域C1、C2内の磁区構造をチャンネルCH1〜CH4毎に独立して調整できるようになっている。
By causing a current in the direction of decreasing the magnetization of the
図6は、ファラデー回転子20の磁区構造の他の例を示している。図6に示すように、ファラデー回転子20に印加される磁界の分布によっては、一方の磁区(磁区A)だけが複数チャンネルの光透過領域Cch1、Cch2のそれぞれ近傍に亘って連続して存在し、他方の磁区(磁区B)がチャンネル毎に独立に形成される場合もある。このとき磁壁Iはチャンネル毎に分離される。このような場合であっても、コイル53a〜53dに流す電流をそれぞれ調整することによって、光透過領域C1、C2近傍の磁壁Iの位置はチャンネルCH1〜CH4毎に独立して±Y方向に可変となり、光透過領域C1、C2内の磁区構造をチャンネルCH1〜CH4毎に独立して調整できるようになっている。
FIG. 6 shows another example of the magnetic domain structure of the
次に、本実施の形態による可変光アッテネータアレイ1の動作について説明する。図7及び図8は、可変光アッテネータアレイ1のうち可変光アッテネータ2aの動作の一例を示している。図7(a)、(b)は、光透過領域が磁区Bの領域に完全に包含された第1の状態を示している。第1の状態は、例えばコイル53aに電流を流していない状態である。図7(a)、(b)に示すように、入力側レンズ付き光ファイバ31aの光射出端から射出した光は、光L1として複屈折板10に入射する。図7(b)では、複屈折板10の光学軸の向きを両矢印で示している。複屈折板10に入射した光L1は、常光L2aと異常光L2bとに分離する。すなわち常光成分の光L2aは複屈折板10を直進し、異常光成分の光L2bは複屈折板10で+X方向に所定の軸ずれ量だけ軸ずれする。複屈折板10から出射した2つの光L2a、L2bは、1/2波長板14に入射して偏光方位を所定方向に45°回転させられて1/2波長板14から出射する。
Next, the operation of the variable
1/2波長板14から出射した2つの光L2a、L2bは、ファラデー回転子20に入射する。ここで、複屈折板10を常光として透過した光L2aがファラデー回転子20を透過する光透過領域と、複屈折板10を異常光として透過した光L2bがファラデー回転子20を透過する光透過領域とは、共に磁区Bの領域に包含されている。このため、ファラデー回転子20に入射した2つの光L2a、L2bは、共に偏光方位を所定方向にさらに45°回転させられてファラデー回転子20から出射する。すなわち、光L2a、L2bは、1/2波長板14及びファラデー回転子20を透過することにより偏光方位が共に90°回転する。ファラデー回転子20から出射した2つの光L2a、L2bは、複屈折板12に入射する。複屈折板12の光学軸の方向は複屈折板10の光学軸の方向と同じであるため、複屈折板10を常光として透過して偏光方位が90°回転した光L2aは複屈折板12を異常光として透過し、複屈折板10を異常光として透過して偏光方位が90°回転した光L2bは複屈折板12を常光として透過することになる。したがって、光L2aは複屈折板12で+X方向に所定の軸ずれ量だけ軸ずれし、光L2bは複屈折板12を直進する。複屈折板10での軸ずれ量と複屈折板12での軸ずれ量とは等しいため、2つの光L2a、L2bは合波して光L3として複屈折板12から出射する。光L3は、出力側レンズ付き光ファイバ32aの光入射端に結合して外部に出力される。第1の状態で外部から入力側レンズ付き光ファイバ31aに入力された光は、偏光に依存せずに全て出力側レンズ付き光ファイバ32aから外部に出力されることになる。したがって、第1の状態では光の減衰量は最小(ほぼ0)になる。
The two lights L2a and L2b emitted from the half-
図8は、光透過領域が完全に磁区Aの領域に包含された第2の状態を示している。第2の状態は、例えばコイル53aに所定の電流を流している状態である。図8に示すように、外部から入力されて入力側レンズ付き光ファイバ31aの光射出端から射出した光は、光L4として複屈折板10に入射する。複屈折板10に入射した光L4は、常光L5aと異常光L5bとに分離して複屈折板10から出射する。すなわち常光成分の光L5aは複屈折板10を直進し、異常光成分の光L5bは複屈折板10で+X方向に所定の軸ずれ量だけ軸ずれする。複屈折板10から出射した2つの光L5a、L5bは、1/2波長板14に入射して偏光方位を所定方向に45°回転させられて1/2波長板14から出射する。
FIG. 8 shows a second state in which the light transmission region is completely included in the region of the magnetic domain A. The second state is a state in which a predetermined current is passed through the
1/2波長板14から出射した2つの光L5a、L5bは、ファラデー回転子20に入射する。ここで、複屈折板10を常光として透過した光L5aがファラデー回転子20を透過する光透過領域と、複屈折板10を異常光として透過して軸ずれした光L5bがファラデー回転子20を透過する光透過領域とは、共に磁区Aの領域に包含されている。このため、ファラデー回転子20に入射した2つの光L5a、L5bは、共に偏光方位を逆方向に45°回転させられてファラデー回転子20から出射する。すなわち、光L5a、L5bは、結果的に偏光方位を回転させられずに1/2波長板14及びファラデー回転子20を透過する。ファラデー回転子20から出射した2つの光L5a、L5bは、複屈折板12に入射する。複屈折板12の光学軸の方向は複屈折板10の光学軸の方向と同じであるため、複屈折板10を常光として透過した光L5aは複屈折板12も常光として透過し、複屈折板10を異常光として透過した光L5bは複屈折板12も異常光として透過することになる。したがって、光L5aは複屈折板12を直進し、光L5bは複屈折板12で再び+X方向に所定の軸ずれ量だけ軸ずれする。このため、2つの光L5a、L5bは合波せずに複屈折板12から異なる光路上に出射する。これらの光L5a、L5bは、出力側レンズ付き光ファイバ32aの光入射端に結合せず、外部には出力されない。第2の状態で外部から入力側レンズ付き光ファイバ31aに入力された光は、偏光に依存せず出力側レンズ付き光ファイバ32aから全く出力されないことになる。したがって、第2の状態では光の減衰量は最大になる。
The two lights L5a and L5b emitted from the half-
本実施の形態のような磁壁移動方式では、ファラデー回転子20の磁化の方向が一様でなく面内方向で光学特性が異なるため、偏波依存性を小さくするのは困難とも考えられる。しかし、本実施の形態では複屈折板10での軸ずれ方向は+X方向であり、磁壁IはXZ面に平行である。また図7(a)に示すように、磁壁Iに垂直なYZ面に射影した2つの光L2a、L2bの光路は一致している。図示していないが、第2の状態における2つの光L5a、L5bを同様にYZ面に射影しても2つの光路は一致している。複屈折板10での軸ずれ方向と磁壁Iとは平行であるため、分離された2つの光L2a、L2b(L5a、L5b)はファラデー回転子20の同一の磁区を通り、同一の光学効果を受けるようになっている。したがって、本実施の形態によれば偏波依存性の小さい可変光アッテネータを実現できる。
In the domain wall motion system as in the present embodiment, the direction of magnetization of the
このように可変光アッテネータ2aは、第1の状態では光の減衰量がほぼ0になり、第2の状態では光の減衰量が最大になる。電磁石51aのコイル53aに流す電流を制御して磁壁Iを±Y方向に移動させ、光透過領域内の磁区構造を第1の状態と第2の状態との間で徐々に変化させることによって光の減衰量を連続的に変化させることができる。本実施の形態では、分離された2つの光L2a、L2b(L5a、L5b)がファラデー回転子20を透過する2つの光透過領域近傍の磁壁Iは平面状であり、2つの光透過領域は磁壁Iとの距離が互いにほぼ等しいため、どの状態においても2つの光透過領域は互いにほぼ同一の磁区構造を有している。このため、2つの光L2a、L2b(L5a、L5b)は、同一の光学効果を受けるようになっている。したがって、本実施の形態によれば偏波依存性の小さい可変光アッテネータを実現できる。なお、コイル53aに流す電流を変化させたときに2つの光透過領域の磁区構造がほぼ一様に変化するようにすれば、磁壁Iは平面状でなく曲面状であってもよい。実際に可変光アッテネータアレイ1を作製する際には、例えば、可変光アッテネータ2aに対するヨーク52aの位置をそれぞれXY面内で調整し、偏波依存性の最も小さい位置でヨーク52aを固定すればよい。また本実施の形態では、光L2aと光L2bの光路長が等しくなっているので、偏波モード分散も極めて小さい。なお、他の可変光アッテネータ2b〜2dの動作は可変光アッテネータ2aの動作と同様であるので説明を省略する。
As described above, the variable
なお、上記の説明では、コイル53aに電流を流していない状態を第1の状態としたが、これに限らず、コイル53aに電流を流していない状態を第2の状態としてもよいし、各光透過領域に磁区Aと磁区Bとがほぼ半分ずつ存在する第3の状態(ファラデー回転角θfが0°)としてもよい。例えば、コイル53aに電流を流していない状態を第3の状態とした場合には、正負の電流を流すことにより、第1及び第2の状態にできる。この場合には、第1及び第2の状態における電流の絶対値の最大値を半分にできるので、消費電力を1/4に低減できる。また、電流を流していない状態を第2の状態とした場合には、上記の説明とは逆向きの電流を流すことにより第1の状態にできる。ただし、ヨーク52aは永久磁石54aにより磁化されているため、ヨーク52aの磁化が増大する方向に電流を流すとヨーク52aの磁化が飽和し易いという問題がある。そのため、上記の説明のようにヨーク52aの磁化を減少させる方向に電流を流した方が可変幅を広く確保できるという利点がある。
In the above description, the state in which no current is passed through the
本実施の形態では、磁化を一様に回転させる磁化回転方式ではなく、磁壁Iを移動させることによって光透過領域C1、C2内の磁区構造を変化させる磁壁移動方式が用いられている。このため、小型の電磁石51a〜51dを用いることができ、又は、コイル53a〜53dに流す電流を小さくできる。したがって本実施の形態によれば、小型で低消費電力の可変光アッテネータアレイ1を実現できる。また、一般に可変光アッテネータの応答速度は電磁石のインダクタンスにより制限されている。本実施の形態では、電磁石51a〜51dを小型化できるためインダクタンスを低減でき、応答速度の高速化も実現できる。
In the present embodiment, a domain wall movement method is used in which the domain structure in the light transmission regions C1 and C2 is changed by moving the domain wall I instead of the magnetization rotation method in which the magnetization is uniformly rotated. For this reason, the
さらに本実施の形態では、4つの可変光アッテネータを単に組み合わせた構成と比較すると、永久磁石55及び光学素子(複屈折板10、12、1/2波長板14、ファラデー回転子20)を可変光アッテネータ2a〜2dで共有できる。このため部品点数を削減でき、可変光アッテネータアレイ1の小型化及び低価格化が実現できる。また、全ての光学素子を共有することにより、入力側レンズ付き光ファイバ31a〜31dと出力側レンズ付き光ファイバ32a〜32dとの光軸合わせも一体で行うことができるので、可変光アッテネータアレイ1の組立ても簡略化できる。
Furthermore, in the present embodiment, the
ここで、本願出願人による日本国特許出願(特願2004−15851号及び特願2004−161413号)では、ファラデー回転子の多磁区構造を利用した可変光アッテネータアレイが提案されている。上記特許出願で提案された可変光アッテネータアレイでは、複数の可変光アッテネータの並列方向と光の進行方向とを含む平面にほぼ垂直な複数の磁壁が、各可変光アッテネータに対応して形成されている。しかしながら、上記特許出願で提案された可変光アッテネータアレイでは比較的多数の永久磁石や光学素子が必要になるため、小型化及び低価格化が困難になる場合が生じ得る。これに対して本実施の形態による可変光アッテネータアレイ1は、上記特許出願で提案された可変光アッテネータアレイと比較して永久磁石や光学素子の個数が少ないため、小型化及び低価格化が容易に実現できる。
Here, a variable optical attenuator array using a multi-domain structure of a Faraday rotator has been proposed in Japanese patent applications (Japanese Patent Application Nos. 2004-15851 and 2004-161413) filed by the present applicant. In the variable optical attenuator array proposed in the above patent application, a plurality of domain walls substantially perpendicular to a plane including the parallel direction of the plurality of variable optical attenuators and the light traveling direction are formed corresponding to each variable optical attenuator. Yes. However, since the variable optical attenuator array proposed in the above patent application requires a relatively large number of permanent magnets and optical elements, it may be difficult to reduce the size and the cost. On the other hand, the variable
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、GIファイバ42を備えたレンズ付き光ファイバ31a〜31d、32a〜32dを光導波部の例に挙げたが、本発明はこれに限らず、光ファイバとレンズとを別に設けてもよいし、光ファイバに代えて光導波路を用いることもできる。また、光ファイバの先端部に球レンズが融着されたレンズ付き光ファイバ等を用いることもできる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, in the above-described embodiment, the optical fibers with a
1 可変光アッテネータアレイ
2a〜2d 可変光アッテネータ
10、12 複屈折板
14 1/2波長板
20 ファラデー回転子
31a〜31d 入力側レンズ付き光ファイバ
32a〜32d 出力側レンズ付き光ファイバ
41 シングルモード光ファイバ
42 GIファイバ
51a〜51d 電磁石
52a〜52d ヨーク
53a〜53d コイル
54a〜54d、55 永久磁石
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記複数の光導波部対の一方の前記光導波部からの光がそれぞれ透過する複数の光透過領域と、光入出射面に平行でない方向の磁化により構成される磁区Aと、前記磁区Aの磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成される磁区Bと、前記磁区A及び磁区Bの境界となる磁壁とを備え、前記磁区A及び磁区Bの少なくとも一方が前記複数の光透過領域のそれぞれ近傍に亘って連続して存在する磁気光学結晶と、
前記磁気光学結晶に所定の磁界を印加する第1の磁界印加系と、
前記複数の光導波部対に対応してそれぞれ配置され、前記磁気光学結晶に可変磁界を印加して前記複数の光透過領域近傍での前記磁壁の位置を前記並列方向にほぼ垂直な方向にそれぞれ可変とする複数の第2の磁界印加系と
を有することを特徴とする磁気光学光部品。 A plurality of optical waveguide pairs each provided with two optical waveguides aligned with each other and arranged in parallel in a predetermined parallel direction;
A plurality of light transmission regions through which light from one of the plurality of optical waveguide portions is transmitted, a magnetic domain A configured by magnetization in a direction not parallel to the light incident / exit surface, and the magnetic domain A A magnetic domain B formed by magnetization in a direction opposite to the magnetization direction, and a domain wall that is a boundary between the magnetic domain A and the magnetic domain B, wherein at least one of the magnetic domain A and the magnetic domain B is a plurality of light transmission regions. A magneto-optic crystal that continuously exists in the vicinity of each, and
A first magnetic field application system for applying a predetermined magnetic field to the magneto-optical crystal;
The magnetic wall is disposed corresponding to the plurality of optical waveguide pairs, and a variable magnetic field is applied to the magneto-optic crystal to position the domain walls in the vicinity of the plurality of light transmission regions in a direction substantially perpendicular to the parallel direction. And a plurality of second magnetic field application systems that are variable.
前記複数の光透過領域近傍の前記磁壁は、それぞれほぼ平面状であること
を特徴とする磁気光学光部品。 The magneto-optic optical component according to claim 1,
The magneto-optical component according to claim 1, wherein the domain walls in the vicinity of the plurality of light transmission regions are each substantially planar.
前記複数の光透過領域近傍の前記磁壁は、前記並列方向と前記光の進行方向とを含む平面にそれぞれほぼ平行であること
を特徴とする磁気光学光部品。 The magneto-optic optical component according to claim 2,
The magneto-optical component according to claim 1, wherein the domain walls in the vicinity of the plurality of light transmission regions are substantially parallel to a plane including the parallel direction and the traveling direction of the light.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005054881A JP2006243039A (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Magneto-optic optical component |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005054881A JP2006243039A (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Magneto-optic optical component |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006243039A true JP2006243039A (en) | 2006-09-14 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005054881A Withdrawn JP2006243039A (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Magneto-optic optical component |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006243039A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022107431A1 (en) * | 2020-11-19 | 2022-05-27 | シチズンファインデバイス株式会社 | Magnetic field sensor head and method for manufacturing same |
-
2005
- 2005-02-28 JP JP2005054881A patent/JP2006243039A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022107431A1 (en) * | 2020-11-19 | 2022-05-27 | シチズンファインデバイス株式会社 | Magnetic field sensor head and method for manufacturing same |
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Legal Events
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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