JP2016051105A - ファラデー回転子、及び、それを用いた光アイソレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ファラデー回転角の調整をすることができるファラデー回転子、及び、それを用いた光アイソレータを提供することを目的とする。
【解決手段】 ファラデー回転子５は、ファラデー回転素子４と、ファラデー回転素子４に磁界を印加する一つ以上の磁石から成る磁石構造体１０と、磁石構造体１０の少なくとも一つの磁石をファラデー回転素子４を透過する光の光軸に垂直な方向に移動する位置調整部５１と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ファラデー回転子、及び、光アイソレータに関し、ファラデー回転角の調整をする場合に好適なものである。

レーザ装置は、加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。しかし、被加工体で反射した光が再びレーザ装置に入射する場合がある。この戻り光によりレーザ装置が破壊されることを防止するために、ファラデー回転子を有する光アイソレータが用いられる場合がある。光アイソレータは、光が順方向に進む場合と逆方向に進む場合とで損失が大きく異なる光デバイスである。

ファラデー回転子は、光が透過するファラデー回転素子と、ファラデー回転素子の光軸に沿って磁界を印加する磁石とを備える。このファラデー回転素子には、強磁性体或いはフェリ磁性体から成るものと、常磁性体から成るものとがある。強磁性体或いはフェリ磁性体から成るファラデー回転素子は波長が１１００ｎｍ以下の光に対する透過性が低下する傾向がある。このため、このような波長の光に対する光アイソレータには、一般的に常磁性体から成るファラデー回転素子を有するファラデー回転子が用いられる。

下記特許文献１には、常磁性体から成るファラデー回転素子を有するファラデー回転子が記載されている。このファラデー回転子は、筒状の磁石とファラデー回転素子とを備えている。磁石は、磁界が貫通孔の一方の開口から他方の開口に向かうように着磁されている。また、ファラデー回転素子は、当該貫通孔内に配置されている。このようなファラデー回転子は、光が貫通孔の一方の開口から他方の開口に向かうように配置されて使用される。

特許第５２３９４３１号公報

しかし、常磁性体を用いたファラデー回転素子は、温度依存性を有し、温度によってファラデー回転角が変化する傾向がある。また、ファラデー回転素子に外部から磁界を印加する手段として一般的に永久磁石が用いられるが、永久磁石も温度依存性を有する。常磁性体を用いたファラデー回転素子は磁気的に飽和しないために、永久磁石によりファラデー回転素子に磁界を印加する場合、永久磁石がファラデー回転素子に印加する磁界の変化によってもファラデー回転角が変化する。これらの原因により、常磁性体から成るファラデー回転素子を用いた光アイソレータは、アイソレーション性能に温度特性を有する傾向がある。従って、ある温度で、最適なアイソレーション性能を有している場合であっても、光アイソレータが置かれる環境温度の変化や自身の発熱等によりアイソレーション性能が低下する場合がある。また、ファラデー回転子やファラデー回転素子に磁界を印加する磁石の製造ばらつき等に起因して、ファラデー回転角にばらつきが生じ、同じ環境で用いられる複数の光アイソレータのアイソレーション性能が互いに異なる場合がある。

そこで、本発明は、ファラデー回転角の調整をすることができるファラデー回転子、及び、それを用いた光アイソレータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のファラデー回転子は、ファラデー回転素子と、前記ファラデー回転素子に磁界を印加する一つ以上の磁石から成る磁石構造体と、前記磁石構造体の少なくとも一つの磁石を前記ファラデー回転素子を透過する光の光軸に垂直な方向に移動する位置調整部と、を備えることを特徴とするものである。

このようなファラデー回転子によれば、ファラデー回転素子に磁界を印加する一つ以上の磁石を光の光軸に垂直な方向に移動する。この磁石の移動により、ファラデー回転素子に印加される磁界の強度が変化する。従って、この磁界の強度の変化により、ファラデー回転角を調整することができる。

例えば、使用環境の温度に合わせて所望のファラデー回転角となるように調整したり、製造ばらつきによるファラデー回転角のばらつきを当該調整により抑えたりすることができる。

また、前記磁石構造体は、前記光軸を囲んで配置される複数の磁石を有し、前記位置調整部は、前記複数の磁石の少なくとも一つを前記光軸に垂直な方向に移動することが好ましい。

さらに、前記位置調整部は、前記複数の磁石の二つ以上を個別に前記光軸に垂直な方向に移動することが好ましい。

位置調整部が、二つ以上の磁石を個別に移動することにより、二つ以上の磁石をそれぞれ移動することや、一つの磁石のみを移動することができる。二つ以上の磁石を移動することにより、磁石の移動量が小さい場合であっても、一つの磁石のみを移動させる場合と比べて、ファラデー回転角を大きく変動させることができる。一方、一つの磁石のみを移動することにより、ファラデー回転角の微調整ができる。

また、前記複数の磁石は前記ファラデー回転素子を囲んで配置されると共に前記光軸の方向に沿って互いに同一方向に磁化されていることが好ましい。

ファラデー回転素子を囲み光軸の方向に沿って磁化される磁石を移動することにより、他の場所に配置される磁石や他の方向に磁化される磁石を移動させる場合よりも、ファラデー回転素子に印加される磁界を効果的に変化させることができる。従って、ファラデー回転角を効果的に調整することができる。

また、前記磁石構造体は、前記光軸及び前記ファラデー回転子を囲んで配置されると共に前記光軸の方向に沿って磁化される第１磁石構造体と、前記光軸の方向に沿って前記第１磁石構造体と並んで配置される第２磁石構造体とを有し、前記第２磁石構造体は、前記光軸に垂直な方向に磁化される前記複数の磁石から成り、前記位置調整部は、前記第２磁石構造体の前記複数の磁石の少なくとも一つを前記光軸に垂直な方向に移動することが好ましい。

光軸に垂直に磁化される磁石の移動は、光軸の方向に沿って磁化される磁石の移動よりもファラデー回転素子に印加される磁界の変動の影響が小さい。従って、光軸に垂直に磁化される磁石を移動することにより、光軸の方向に沿って磁化される磁石を移動する場合よりもファラデー回転角の微調整を行うことができる。

この場合、前記第１磁石構造体は、前記光軸の方向に沿って互いに同一方向に磁化される前記複数の磁石から成り、前記位置調整部は、さらに前記第１磁石構造体の前記複数の磁石の少なくとも一つを前記光軸に垂直な方向に移動することが好ましい。

光軸の方向に沿って磁化される第１磁石構造体の磁石の移動は、光軸に垂直に磁化される第２磁石構造体の磁石の移動よりも、ファラデー回転素子に印加される磁界の変動の影響が大きい。従って、第１磁石構造体の磁石の移動によりファラデー回転角の大きな調整を行うことができ、第２磁石構造体の磁石の移動によりファラデー回転角の微細な調整を行うことができる。これら二つの調整ができることにより、より多様なファラデー回転角の調整を行うことができる。

更にこの場合、前記磁石構造体は、前記光軸の方向に沿って前記第１磁石構造体と並んで前記第２磁石構造体側と反対側に配置される第３磁石構造体を更に有し、前記第３磁石構造体は、前記第２磁石構造体の前記複数の磁石の磁化の方向と逆側の方向に磁化される前記複数の磁石から成り、前記位置調整部は、さらに前記第３磁石構造体の前記複数の磁石の少なくとも一つを前記光軸に垂直な方向に移動することが好ましい。

ファラデー回転素子の光軸に沿った前後方向において、ファラデー回転素子に印加される磁界を調整することで、ファラデー回転素子に印加される磁場の前後側におけるバランスをとることができる。

また、前記複数の磁石は互いに反発するように磁化されており、前記位置調整部は、前記複数の磁石が互いに近づく方向に磁石を付勢ことで、前記複数の磁石の少なくとも一つを前記光軸側に移動することが好ましい。

このような構成により、位置調整部は、移動する磁石を光軸から離れる方向に付勢する手段を省略することができる。従って、位置調整部の構成を簡易にすることができる。

また、本発明の光アイソレータは、上記いずれかの構成のファラデー回転子と、前記ファラデー回転素子を前記光軸の方向に挟む一対の偏光子と、を備えることを特徴とするものである。

上記のファラデー回転子によればファラデー回転角を調整することができる。従って、これを用いた光アイソレータは、光のアイソレーション性能を調整することができる。

以上のように、本発明によれば、ファラデー回転角の調整をすることができるファラデー回転子、及び、それを用いた光アイソレータが提供される。

本発明の第１実施形態に係る光アイソレータを示す断面図である。 図１のＶ_１−Ｖ_１線におけるファラデー回転子を示す断面図である。 図１のＶ_２−Ｖ_２線におけるファラデー回転子を示す断面図である。 図１のＶ_３−Ｖ_３線におけるファラデー回転子を示す断面図である。 磁石構造体内部における磁束密度の様子を示す図である。 第１磁石構造体の全ての磁石の移動する場合における磁石構造体内部の磁束密度の変化の様子を示す図である。 第１磁石構造体の全ての磁石を移動する場合における磁石の移動量とファラデー回転角の変化との関係を示す図である。 第１磁石構造体の全ての磁石を移動する場合における磁石の移動量と光アイソレータの順方向の光に対する逆方向の光の光量比の変化の様子を示す図である。 第１磁石構造体の一つの磁石の移動による磁石構造体内部の磁束密度の変化の様子と、第１磁石構造体の全ての磁石の移動による磁石構造体内部の磁束密度の変化の様子とを示す図である。 本発明の第２実施形態に係るファラデー回転子を示す断面図である。

以下、本発明に係るファラデー回転子及びそれを用いた光アイソレータの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光アイソレータを示す断面図である。図１に示すように本実施形態の光アイソレータ１は、外部ケース２と、一対の偏光子３ａ，３ｂと、ファラデー回転子５とを備える。すなわち本実施形態の光アイソレータ１は、偏波依存型の光アイソレータとされる。

外部ケース２は、互いに対向する前面部２ａと後面部２ｂと、前面部２ａと後面部２ｂとの間の側面部２ｃとから成る。前面部２ａには光が入射するための入射口２Ｈ_ｉｎが形成されており、後面部２ｂには光が出射するための出射口２Ｈ_ｏｕｔが形成されている。入射口２Ｈ_ｉｎや出射口２Ｈ_ｏｕｔは、例えば、外部ケース２がアルミニウムや樹脂で形成されている場合にガラスや透明樹脂であったり、物理的に何も配置されない空孔であったりする。また、側面部２ｃには、後述するアイソレーション性能の調整を行うための調整用孔２Ｈ_ｓが形成されている。調整用孔２Ｈ_ｓは、入射口２Ｈ_ｉｎと出射口２Ｈ_ｏｕｔとを結ぶ線に対して、直交する面において互いに９０度異なるように四つ形成されている。

外部ケース２の内側には、入射口２Ｈ_ｉｎと重なるようにして第１偏光子３ａが前面部２ａと隣り合って配置されており、また、出射口２Ｈ_ｏｕｔと重なるようにして第２偏光子３ｂが後面部２ｂと隣り合って配置されている。本実施形態でのそれぞれの偏光子３ａ，３ｂは、特定方向の偏光のみを透過させる偏光板から成り、第１偏光子３ａと第２偏光子３ｂとは、偏光方向が互いに所定の回転方向に４５度異なる構成とされる。従って、第１偏光子３ａを透過する光は、偏波面が上記所定の回転方向に４５度回転した状態で第２偏光子３ｂに入射すれば、第２偏光子３ｂを透過することができる。

さらに第１偏光子３ａと第２偏光子３ｂとの間には、ファラデー回転子５が配置されている。ファラデー回転子５は、ファラデー回転素子４と、第１磁石構造体１０と、第２磁石構造体２０と、第３磁石構造体３０と、内部ケース４０と、複数のねじ５１から成る位置調整部とを主な構成として備える。

内部ケース４０は、互いに対向する前面部４０ａと後面部４０ｂと、前面部４０ａと後面部４０ｂとの間の円筒状の形状の側面部４０ｃとから成る。内部ケース４０は、アルミニウムや樹脂等の非磁性体から成る。前面部４０ａには光が入射するための入射口４０Ｈ_ｉｎが形成されており、後面部４０ｂには光が出射するための出射口４０Ｈ_ｏｕｔが形成されている。入射口４０Ｈ_ｉｎや出射口４０Ｈ_ｏｕｔは、例えば、外部ケースの入射口２Ｈ_ｉｎや出射口２Ｈ_ｏｕｔと同じ構成とされる。また、側面部４０ｃには、後述するアイソレーション性能の調整を行うための調整用孔４１Ｈが形成されている。調整用孔４１Ｈは、入射口４０Ｈ_ｉｎと出射口４０Ｈ_ｏｕｔとを結ぶ線に対して、直交する面において互いに９０度異なるように四つ形成されている。そして、内部ケース４０が外部ケース２内に配置された状態で、外部ケース２の入射口２Ｈ_ｉｎと内部ケースの入射口４０Ｈ_ｉｎとが重なりあい、外部ケース２の出射口２Ｈ_ｏｕｔと内部ケースの出射口４０Ｈ_ｏｕｔとが重なりあい、さらに、外部ケース２のそれぞれの調整用孔２Ｈ_ｓと内部ケースのそれぞれの調整用孔４１Ｈとが重なり合う。

ファラデー回転素子４は、入射口４０Ｈ_ｉｎと出射口４０Ｈ_ｏｕｔとを結ぶ線と重なるように配置されている。ファラデー回転素子４は、入射する光の偏光方向を所定角度回転させて出射し、当該所定角度が４５度となるように設計される。本実施形態では、ファラデー回転素子４は常磁性体のファラデー結晶から成る。

このようなファラデー結晶を構成する常磁性体としては、テルビウム・ガリウム・ガーネット型単結晶（ＴＧＧ：Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＡＧ：Ｔｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＳＡＧ：Ｔｂ_３Ｓｃ_２Ａｌ_３Ｏ_１２）、イットリウム・鉄・ガーネット型単結晶（ＹＩＧ（Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２)、テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＳＬＡＧ：Ｔｂ_３（Ｓｃ，Ｌｕ）_２Ａｌ_３Ｏ_１２）等を挙げることができる。

図２は、図１のＶ_１−Ｖ_１線におけるファラデー回転子５を示す断面図である。図２に示すように、第１磁石構造体１０は、円筒状の磁石が径方向に複数に分割された互いに同じ構成の複数の第１磁石１１から成る。これらの第１磁石１１は、ファラデー回転素子４を透過する光の光軸ＬＣと共にファラデー回転素子４を囲むように配置されている。なお、本実施形態では、第１磁石１１が四つの場合を示している。また、それぞれの第１磁石１１は、第１磁石１１の外周面（ファラデー回転素子４側と反対側の面）の略中心が調整用孔４１Ｈに一致するように配置されている。

また、図１において矢印で示すように、それぞれの第１磁石１１は、入射口４０Ｈ_ｉｎと出射口４０Ｈ_ｏｕｔとを結ぶ線に平行に出射口４０Ｈ_ｏｕｔから入射口４０Ｈ_ｉｎの方向に向かって磁化されている。すなわち、ファラデー回転素子４を透過する光の光軸ＬＣと平行に光の出射側から入射側に向かって磁化されている。それぞれの第１磁石１１がこのように磁化されることで、それぞれの第１磁石１１同士には、互いに反発するような磁力が印加される。その結果、それぞれの第１磁石１１には、光軸ＬＣを中心として外側に移動する力がかかっている。

上述のように位置調整部は、調整用孔４１Ｈに螺合する複数のねじ５１から構成されている。それぞれのねじ５１の先端は、第１磁石１１の外周面に当接している。上記のようにそれぞれの第１磁石１１には光軸ＬＣを中心として外側に移動する力がかかっているので、ねじ５１がこのように第１磁石１１に当接することで、ねじ５１は第１磁石１１を光軸ＬＣに垂直に光軸ＬＣ側に付勢している。従って、図２において破線で示すように、ねじ５１が光軸ＬＣ側に螺入されると、第１磁石１１は光軸ＬＣに垂直な方向に沿って光軸ＬＣ側に移動し、それぞれの第１磁石同士が近づく。一方、ねじ５１が光軸ＬＣから離れる方向に（外周側の方向）螺出されると、磁石１１はそれぞれの第１磁石１１同士の反発力により、光軸ＬＣに垂直な方向に沿って外周側に移動し、それぞれの第１磁石が離れる。このように位置調整部は、それぞれのねじ５１の螺入・螺出により第１磁石１１を個別に移動することができる。

図３は、図１のＶ_２−Ｖ_２線におけるファラデー回転子５を示す断面図である。図１、図３に示すように、第２磁石構造体２０は、円筒状の磁石が径方向に複数に分割された互いに同じ構成の複数の第２磁石２１から成る。これらの第２磁石２１は、ファラデー回転素子４に入射する光の光軸ＬＣと共にファラデー回転素子４の光の入射側部分を囲むように配置されている。なお、本実施形態では、第２磁石２１が八つの場合を示している。

また、図１、図３の矢印で示すように、それぞれの第２磁石２１は、光軸ＬＣに垂直方向に沿って、光軸ＬＣに向かって磁化されている。それぞれの第２磁石２１がこのように磁化されることで、それぞれの第２磁石２１同士には、互いに反発するような磁力が印加される。その結果、それぞれの第２磁石２１には、光軸ＬＣを中心として外側に移動する力がかかっている。

第２磁石構造体２０の外周面は円筒状のヨーク２５により囲まれている。従って、それぞれの第２磁石２１が反発しあっても、ヨーク２５によりそれぞれの第２磁石２１の位置は固定される。ヨーク２５は、ニッケル鉄等の磁性体から構成されている。ヨーク２５は、磁界が光軸ＬＣから離れる方向に広がることを抑制し、ヨーク２５が無い場合よりもファラデー回転素子４に強度の大きな磁界を印加する。

図４は、図１のＶ_３−Ｖ_３線におけるファラデー回転子５を示す断面図である。図１、図４に示すように、第３磁石構造体３０は、円筒状の磁石が径方向に複数に分割された互いに同じ構成の複数の第３磁石３１から成る。これらの第３磁石３１は、ファラデー回転素子４から出射する光の光軸ＬＣと共にファラデー回転素子４の光の出射側部分を囲むように配置されている。なお、本実施形態では、第３磁石３１が八つの場合を示している。

また、図１、図４の矢印で示すように、それぞれの第３磁石３１は、光軸ＬＣに垂直な方向に沿って、光軸ＬＣの外側に向かって磁化されている。それぞれの第３磁石３１がこのように磁化されることで、それぞれの第３磁石３１同士には、互いに反発するような磁力が印加される。その結果、それぞれの第３磁石３１には、光軸ＬＣを中心として外側に移動する力がかかっている。

第３磁石構造体３０の外周面はヨーク２５と同じ構成のヨーク３５により囲まれている。従って、それぞれの第３磁石３１が反発しあっても、ヨーク３５によりそれぞれの第３磁石３１の位置は固定される。ヨーク２５は、磁界が光軸ＬＣから離れる方向に広がることを抑制し、ヨーク３５が無い場合よりもファラデー回転素子４に強度の大きな磁界を印加する。

なお、本実施形態では、第２磁石構造体２０が複数の第２磁石２１の組み合わせから成り、第３磁石構造体３０が複数の第３磁石３１の組み合わせから成るものとした。しかし、第２磁石構造体２０は、円筒状の磁石が図３に示すように着磁されて成るものとしても良く、第３磁石構造体３０は、円筒状の磁石が図４に示すように着磁されて成るものとしても良い。ただし、強度のより大きな磁界を得るためには、本実施形態のように、個別に着磁された複数の第２磁石２１、第３磁石３１をそれぞれ組み合わせて第２磁石構造体２０、第３磁石構造体３０とした方が良い。

ファラデー回転子５は、上記のような磁気構造体を有することで、ファラデー回転素子４に光軸ＬＣに沿った磁界を印加する。このため、ファラデー回転素子４は、入射する光を所定の回転方向に４５度回転させて出射することができる。

次に光アイソレータ１の光学的な動作について説明する。

図１において破線で示すように、光軸ＬＣを有する光が、外部ケース２の入射口２Ｈ_ｉｎから第１偏光子３ａに入射する。第１偏光子３ａからは、特定の偏光方向を有する直線偏光が出射する。第１偏光子３ａから出射する光は、内部ケース４０の入射口４０Ｈ_ｉｎを介して、ファラデー回転素子４に入射する。上記のようにファラデー回転素子４は、入射する光の偏光方向を所定の回転方向に４５度回転させて出射するように設計されるため、ファラデー回転素子４から出射する光は、第１偏光子３ａから出射する特定の偏光方向の光と偏光方向が所定の回転方向に４５度回転した直線偏光とされる。そして、ファラデー回転素子４から出射する光は、内部ケース４０の出射口４０Ｈ_ｏｕｔを介して、第２偏光子３ｂに入射する。上記のように、第２偏光子３ｂは、第１偏光子３ａを透過する光の偏波面が所定の回転方向に４５度回転した状態の光を透過するため、出射口４０Ｈ_ｏｕｔから第２偏光子３ｂに入射する光は第２偏光子３ｂを透過する。こうして、入射口２Ｈ_ｉｎから入射する光は、出射口２Ｈ_ｏｕｔから出射する。

一方、出射口２Ｈ_ｏｕｔから入射する光は、第２偏光子３ｂに入射する。第２偏光子３ｂからは、第２偏光子３ｂの偏光方向と同じ偏光方向を有する直線偏光が出射する。第１偏光子３ａから出射する光は、内部ケース４０の出射口４０Ｈ_ｏｕｔを介して、ファラデー回転素子４に入射する。ファラデー回転素子４は、入射口４０Ｈ_ｉｎ側から入射する光も出射口４０Ｈ_ｏｕｔ側から入射する光も同じ回転方向に回転させて出射する。従って、ファラデー回転素子４から出射する光は、第１偏光子３ａの偏光方向とは９０度異なる方向の偏光方向を有する光とされる。ファラデー回転素子４から出射する光は、内部ケース４０の入射口４０Ｈ_ｉｎを介して、第１偏光子３ａに入射するが、入射する光の偏光方向と第１偏光子３ａの偏光方向とが９０度異なるため、第１偏光子３ａは入射した光を透過しない。

こうして、光アイソレータ１は、入射口２Ｈ_ｉｎ側から入射する光を出射口２Ｈ_ｏｕｔから出射するが、出射口２Ｈ_ｏｕｔ側から入射する光を遮断する。

次にファラデー回転子５における光のファラデー回転角の調整について説明する。

ファラデー回転素子４のファラデー回転角は、環境温度により変化する。また、ファラデー回転素子４の個体差や、ファラデー回転子５の製造誤差等によりファラデー回転角にばらつきが生じる。そこで、本実施形態の光アイソレータ１においては、以下のようにファラデー回転角を調整することができる。

図５は、磁石構造体内部における磁束密度の様子を示す図である。また、図５には、ファラデー回転素子４の配置を記載している。図５に示すようにファラデー回転素子４は、印加される磁界を有効に利用するため、一般的に、入射側・出射側の端部が磁界の強度が大きく変化する場所の近傍に位置するように配置される。このため、ファラデー回転素子４に印加される磁界の強度を変化させるために、第１磁石１１を光軸ＬＣに沿った方向に移動させたり、ファラデー回転素子４を光軸ＬＣに沿って移動させたりすると、第１磁石１１やファラデー回転素子４の僅かな移動で、ファラデー回転素子４に印加される磁界が大きく変化する可能性がある。そこで、本実施形態のファラデー回転子５では、第１磁石１１を光軸ＬＣに垂直に移動させることで、第１磁石１１とファラデー回転素子４の光軸ＬＣに垂直な方向の位置関係を変化させる。

図６は、第１磁石構造体１０の全ての第１磁石１１を移動する場合における磁石構造体内部の磁束密度の変化の様子を示す図である。図６において、移動量が負の場合、第１磁石１１が光軸ＬＣから離れる方向に移動されることを示す。このように第１磁石１１を移動させるには、上記のように、位置調整部のねじ５１を螺出すればよい。図６に示すように、それぞれの第１磁石１１が光軸ＬＣから離れる方向に移動されると、その移動量に応じて磁石構造体内の磁界の強度が小さくなる。一方、位置調整部のねじ５１が螺入されることで、それぞれの第１磁石１１が光軸ＬＣに近づく方向に移動されると、その移動量に応じて磁石構造体内の磁界の強度が大きくなる。このようにそれぞれの第１磁石１１の位置が光軸ＬＣ側に移動されると、ファラデー回転素子４に印加される磁界の強度が大きくなり、それぞれの第１磁石１１の位置が光軸ＬＣ側と反対側に移動されると、ファラデー回転素子４に印加される磁界の強度が小さくなる。なお、ねじ５１の螺入・螺出は、外部ケース２の調整用孔２Ｈ_ｓを介して、内部ケース４０の調整用孔４１Ｈ内にねじ５１を回転させるドライバー等を挿入して、ねじ５１を回すことにより行う。

図７は、本実施形態の第１磁石構造体１０の全ての第１磁石１１を移動する場合における第１磁石１１の移動量とファラデー回転角の変化との関係を示す図である。図７に示すように、第１磁石１１が光軸ＬＣから離れる方向に移動されるとファラデー回転角が小さくなり、第１磁石１１が光軸ＬＣに近づく方向に移動されるとファラデー回転角が大きくなる。また、本実施形態のファラデー回転子５において、第１磁石１１を移動させない状態では、ファラデー回転角が４５度より僅かに大きい。これは環境温度や製造誤差に起因しているものと考えられる。そこで、このファラデー回転素子４においては、それぞれの第１磁石１１を光軸ＬＣから０．０３ｍｍ移動させることにより、ファラデー回転角が４５度となることが分かる。また、環境温度がさらに変化する場合には、ファラデー回転角が４５度となるようにそれぞれの第１磁石１１を移動すれば良いことが分かる。

図８は、第１磁石構造体１０の全ての第１磁石１１を移動する場合における第１磁石１１の移動量と光アイソレータの順方向の光に対する逆方向の光の光量比の変化の様子を示す図である。上記のように本実施形態のファラデー回転子５において、第１磁石１１を移動させない状態では、ファラデー回転角が４５度より僅かに大きいため、第１磁石１１の移動量が０の状態では、上記光量比が最も小さい状態とはならない。そこで、上記のようにそれぞれの第１磁石１１を光軸ＬＣから０．０３ｍｍ移動させることにより、上記光量比が最も小さい状態となる。

図９は、第１磁石構造体の一つの第１磁石１１の移動による磁石構造体内部の磁束密度の変化の様子と、第１磁石構造体の全ての磁石の移動による磁石構造体内部の磁束密度の変化の様子とを示す図である。図９に示すように、一つの第１磁石１１を移動させる場合、全て（四つ）の磁石１１を移動させる場合よりも、磁界の変化量が小さいことが分かる。従って、本実施形態のように位置調整部が複数の第１磁石１１の位置を個別に移動可能に構成されることにより、ファラデー回転角の微調整ができることが分かる。

以上説明したように、本実施形態のファラデー回転子５によれば、ファラデー回転素子４に磁界を印加する一つ以上の第１磁石１１を光の光軸ＬＣに垂直な方向に移動することで、ファラデー回転角を調整することができる。従って、このようなファラデー回転子５を備える光アイソレータ１は、光のアイソレーション性能を調整することができる。

また本実施形態のファラデー回転子５においては、ファラデー回転素子４を囲んで配置されると共に光軸ＬＣの方向に沿って互いに同一方向に磁化されている第１磁石１１を移動可能としている。このような磁化・配置がなされる第１磁石１１を移動することにより、他の磁石を移動する場合よりも、ファラデー回転素子４に印加される磁界の強度を大きく変化させることができ、ファラデー回転角を大きく調整することができる。

しかも複数のねじ５１から成る位置調整部が二つ以上の第１磁石１１を個別に移動できるため、複数の第１磁石１１のうち一つのみを移動することや、二つ以上の第１磁石１１をそれぞれ移動することができる。このため、一つの第１磁石１１のみを移動することでファラデー回転角の微調整ができるのみならず、二つ以上の第１磁石１１を移動することで第１磁石１１の移動量が小さい場合であっても、ファラデー回転角を大きく変動させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１０を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係るファラデー回転子を示す断面図である。図１０に示すように本実施形態のファラデー回転子５ａは、第２磁石構造体２０を構成する複数の第２磁石及び第３磁石構造体３０を構成する複数の第３磁石が光軸ＬＣに垂直な方向に移動可能とされる点において、第１実施形態のファラデー回転子５と異なる。

本実施形態の内部ケース４０は、複数の調整用孔４１Ｈに加えて、複数の調整用孔４２Ｈ及び複数の調整用孔４３Ｈが形成されている点において、第１実施形態の内部ケース４０と異なる。また、それぞれの調整用孔４２Ｈには、ねじ５１と同じ構成のねじ５２が螺入されており、それぞれの調整用孔４３Ｈには、ねじ５１と同じ構成のねじ５３が螺入されている。本実施形態において、ねじ５２，５３は、ねじ５１と共に位置調整部を構成している。

また、第２磁石構造体２０を構成するそれぞれの第２磁石は、第１実施形態のそれぞれの第２磁石２１よりもやや小さく形成され、光軸ＬＣに垂直な方向に移動可能とされている。また、ヨーク２５は、本実施形態のそれぞれの第２磁石に合わせて、第１実施形態のヨーク２５が複数に分割された形状とされている。そして、分割されたそれぞれのヨークが、それぞれの第２磁石の外周面上に配置されている。そして、それぞれのねじ５２の先端は、第２磁石に合わせて分割されたそれぞれのヨーク２５の外周面に当接している。それぞれの第２磁石には、光軸ＬＣを中心として外側に移動する力がかかっているので、ねじ５２がヨーク２５に当接することで、ねじ５２はヨーク２５に接しているそれぞれの磁石を光軸ＬＣに垂直に光軸ＬＣ側に付勢している。従って、ねじ５２が光軸ＬＣ側に螺入されると、螺入されたねじ５２に対応する第２磁石は、分割されたヨーク２５と共に光軸ＬＣに垂直な方向に沿って光軸ＬＣ側に移動する。一方、ねじ５２が光軸ＬＣから離れる方向に螺出されると、第２磁石同士の反発力により、螺出されたねじ５２に対応する第２磁石は光軸ＬＣに垂直な方向に沿って外周側に移動する。このように位置調整部は、それぞれのねじ５２の螺入・螺出により第２磁石構造体を構成する第２磁石を個別に移動することができる。なお、第１実施形態では、第２磁石構造体２０を構成するそれぞれの磁石２１が８つの場合を示した。しかし、８つの磁石を移動させることが煩雑となる場合には、第１磁石構造体１０のように第２磁石を４つに分割しても良い。

また、本実施形態の第３磁石構造体３０は、第３磁石構造体３０を構成するそれぞれの第３磁石の磁化の向きが第２磁石構造体２０を構成するそれぞれの第２磁石の磁化の向きと反対となる点において、本実施形態の第２磁石構造体２０と異なる。また、ヨーク３５は、本実施形態のヨーク２５と同様の構成とされる。第３磁石の移動は、第２磁石の移動と同様にして、ねじ５３の螺入・螺出により行われる。

このようなファラデー回転子５ａを用いて光アイソレータとするには、第１実施形態の光アイソレータ１において、ファラデー回転子５に変えて本実施形態のファラデー回転子５ａを用いればよい。ただし、外部ケース２の側面部２ｃおける調整用孔４２Ｈ、４３Ｈに対応する位置に、調整用孔を形成することが好ましい。

本実施形態のファラデー回転子５ａのように、光軸ＬＣに垂直に磁化される磁石が移動される場合、光軸ＬＣの方向に沿って磁化される第１磁石１１が移動される場合よりもファラデー回転素子４に印加される磁界の変動の影響が小さい。従って、第２磁石構造体２０を構成するそれぞれの第２磁石、及び、第３磁石構造体３０を構成するそれぞれの第３磁石のように、光軸ＬＣに垂直に磁化される磁石を移動することにより、光軸ＬＣの方向に沿って磁化される第１磁石１１を移動する場合よりもファラデー回転角の微調整を行うことができる。

また、本実施形態のファラデー回転子５ａでは、第２磁石構造体の第２磁石及び第３磁石構造体３０の第３磁石の少なくとも一方と第１磁石構造体１０の第１磁石１１とを移動することができる。従って、第１磁石１１の移動によりファラデー回転角の大きな調整を行うことができ、第２磁石及び第３磁石の少なくとも一方の移動によりファラデー回転角の微細な調整を行うことができる。これら二つの調整ができることにより、より多様なファラデー回転角の調整を行うことができる。

また、本実施形態のファラデー回転子５ａでは、第２磁石構造体２０の第２磁石及び第３磁石構造体３０の第３磁石をそれぞれ移動することができる。従って、ファラデー回転素子４の光軸ＬＣの前後方向において、ファラデー回転素子４に印加される磁界を調整することができる。このため、ファラデー回転素子４に印加される磁場の当該前後方向のバランスをとることができる。

なお、本実施形態では、第１磁石構造体１０、第２磁石構造体２０、第３磁石構造体３０のそれぞれの磁石を移動することができるものとした。しかし、例えば、第２磁石構造体２０の第２磁石を移動することができ、第１磁石構造体１０及び第３磁石構造体３０の磁石の移動ができない構成としても良い。或いは、第２磁石構造体２０及び第３磁石構造体３０のそれぞれの磁石を移動することができ、第１磁石構造体１０の磁石の移動ができない構成としても良い。

以上、本発明について、第１、第２実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、出射口から入射する光が入射口から出射し、入射口から入射する光がを出射口から出射しないよう遮断するには、第２偏光子３ｂを９０度回転させてば良い。つまり、上記実施形態において、第２磁石構造体２０、第３磁石構造体３０の第１磁石構造体１０に対する光軸ＬＣ方向の位置関係は、第１磁石構造体１０の第１磁石１１の磁化の向きや、偏光子の偏光方向により入れ替わっても良い。

また、上記実施形態では、第１磁石構造体１０、第２磁石構造体２０、第３磁石構造体３０のそれぞれの磁石を移動することができるものとした。しかし、それぞれの磁石構造体における磁石の少なくとも一つを移動するものとしても良い。

また、上記実施形態では、第１磁石構造体１０は四つの第１磁石１１から成るものとしたが、二つ以上の磁石であれば四つでなくても良い。同様に第２磁石構造体２０、第３磁石構造体３０において、第２磁石や第３磁石を移動させる場合、第２磁石や第３磁石の数は複数であれば、上記実施形態と異なる数でも良い。

また、上記実施形態の光アイソレータ１は、偏光板から成る偏光子を用いた偏波依存型の光アイソレータとした。しかし、本発明の光アイソレータはそれに限らない。例えば、偏光子として、複屈折結晶を用いる光アイソレータであっても良い。この場合、ファラデー回転素子４は、光軸ＬＣの方向に一対の複屈折結晶で挟まれ、出射側のビームシフト板とファラデー回転子との間に偏光ローテータが配置される。複屈折結晶は、入射する光に対して複屈折を生じさせる素子であり、当該入射する光が互いに偏光が９０度異なる常光と異常光とからなる場合に、それぞれの光が異なる屈折状態となる。偏光ローテータは、入射口側から入射する光の偏光方向を＋４５度回転させて出射し、出射口側から入射する光の偏光方向を−４５度回転させて出射する素子である。

以上説明したように、本発明によれば、ファラデー回転角の調整をすることができるファラデー回転子、及び、それを用いた光アイソレータを提供することができ、ファイバレーザ装置や光通信等の産業分野で利用することができる。

１・・・光アイソレータ
２・・・外部ケース
３ａ，３ｂ・・・偏光子
４・・・ファラデー回転素子
５，５ａ・・・ファラデー回転子
１０・・・第１磁石構造体
１１・・・第１磁石
２０・・・第２磁石構造体
２１・・・第２磁石
３０・・・第３磁石構造体
３１・・・第３磁石
４０・・・内部ケース

Claims (9)

1. ファラデー回転素子と、
   前記ファラデー回転素子に磁界を印加する一つ以上の磁石から成る磁石構造体と、
   前記磁石構造体の少なくとも一つの磁石を前記ファラデー回転素子を透過する光の光軸に垂直な方向に移動する位置調整部と、
   を備える
   ことを特徴とするファラデー回転子。
2. 前記磁石構造体は、前記光軸を囲んで配置される複数の磁石を有し、
   前記位置調整部は、前記複数の磁石の少なくとも一つを前記光軸に垂直な方向に移動する
   ことを特徴とする請求項１に記載のファラデー回転子。
3. 前記位置調整部は、前記複数の磁石の二つ以上を個別に前記光軸に垂直な方向に移動する
   ことを特徴とする請求項２に記載のファラデー回転子。
4. 前記複数の磁石は前記ファラデー回転素子を囲んで配置されると共に前記光軸の方向に沿って互いに同一方向に磁化される
   ことを特徴とする請求項２に記載のファラデー回転子。
5. 前記磁石構造体は、前記光軸及び前記ファラデー回転子を囲んで配置されると共に前記光軸の方向に沿って磁化される第１磁石構造体と、前記光軸の方向に沿って前記第１磁石構造体と並んで配置される第２磁石構造体とを有し、
   前記第２磁石構造体は、前記光軸に垂直な方向に磁化される前記複数の磁石から成り、
   前記位置調整部は、前記第２磁石構造体の前記複数の磁石の少なくとも一つを前記光軸に垂直な方向に移動する
   ことを特徴とする請求項２に記載のファラデー回転子。
6. 前記第１磁石構造体は、前記光軸の方向に沿って互いに同一方向に磁化される前記複数の磁石から成り、
   前記位置調整部は、さらに前記第１磁石構造体の前記複数の磁石の少なくとも一つを前記光軸に垂直な方向に移動する
   ことを特徴とする請求項５に記載のファラデー回転子。
7. 前記磁石構造体は、前記光軸の方向に沿って前記第１磁石構造体と並んで前記第２磁石構造体側と反対側に配置される第３磁石構造体を更に有し、
   前記第３磁石構造体は、前記第２磁石構造体の前記複数の磁石の磁化の方向と逆側の方向に磁化される前記複数の磁石から成り、
   前記位置調整部は、さらに前記第３磁石構造体の前記複数の磁石の少なくとも一つを前記光軸に垂直な方向に移動する
   ことを特徴とする請求項５または６に記載のファラデー回転子。
8. 前記複数の磁石は互いに反発するように磁化されており、
   前記位置調整部は、前記複数の磁石が互いに近づく方向に磁石を付勢ことで、前記複数の磁石の少なくとも一つを前記光軸側に移動する
   ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載のファラデー回転子。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のファラデー回転子と、
   前記ファラデー回転素子を前記光軸の方向に挟む一対の偏光子と、
   を備えることを特徴とする光アイソレータ。
   
   

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