JP3472524B2 - 光アッテネータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファラデー回転角
可変装置の光軸上の前後に偏光子と検光子を組み込んだ
光アッテネータに関し、更に詳しく述べると、ファラデ
ー回転可変装置内の磁性ガーネット単結晶に印加する磁
界の光線方向に直交する成分の方向と、ガーネット単結
晶に入射する光の偏光面のなす角度を特定範囲内の値と
することにより、ダイナミックレンジを大きく、且つそ
の温度依存性を低減できるようにした光アッテネータに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムなどでは、透過光量を制
御するための光アッテネータが必要である。この光アッ
テネータは、ファラデー回転角可変装置の光軸上の前後
（入射側と出射側）に、偏光子と検光子を設置するよう
に構成されている。組み込まれるファラデー回転角可変
装置は、ファラデー効果を有するガーネット単結晶に２
方向以上から外部磁界を印加し、それらの合成磁界を可
変することにより、ガーネット単結晶を透過する光線の
ファラデー回転角を制御するものである。光アッテネー
タでは、このファラデー回転角の制御によって、光減衰
量を制御する。

【０００３】光アッテネータにおいて、偏光子と検光子
には、原理的には複合偏光プリズムを用いてもよいが、
複合偏光プリズムを用いると入射光量が偏光子によって
ほぼ半減することになるため、通常、ファイバ結合型デ
バイスでは楔形複屈折結晶を用いて偏波無依存型とする
方が実際的である。その例を図１に示す。

【０００４】図１のＡに示すように、コリメートレンズ
１０を有する入力ファイバ１１とコリメートレンズ１２
を有する出力ファイバ１３との間に、楔形複屈折結晶
（例えばルチル結晶）からなる偏光子１４と、ファラデ
ー回転角可変装置１５と、楔形複屈折結晶（例えばルチ
ル結晶）からなる検光子１６を、この順序で光軸上に配
置する。ファラデー回転角可変装置１５は、図１のＢに
示すように、ガーネット単結晶１７と、該ガーネット単
結晶１７に９０度異なる２方向から磁界を印加する一対
の永久磁石１８と電磁石１９の組み合わせからなる。永
久磁石１８は円環状で厚み方向に着磁され、光軸に平行
方向の磁界を生じる。電磁石１９は光軸と垂直方向の磁
界を生じるもので、コイルに流す電流によって磁界強度
を可変できる構造である。従って、ガーネット単結晶１
７は、永久磁石１８による固定磁界と電磁石１９による
可変磁界との合成磁界の方向により磁化方向が変わり、
それに応じてファラデー回転角が変化する。

【０００５】ここで図２に示すように、従来、偏光子１
４と検光子１６は、それら両複屈折結晶の光学軸が光軸
方向から見て水平面から−５２．５度及び＋５２．５度
（即ち両者のなす角度は１０５度）となるように配置さ
れ、電磁石による磁界は水平方向を向いている。入力フ
ァイバ１１から出射しコリメートレンズ１０で平行ビー
ムとなった光は、偏光子１４によりその光学軸に平行な
常光ｏと光学軸に垂直な異常光ｅに分離する。（従っ
て、常光ｏと異常光ｅの偏光方向は互いに直交してい
る。）そして各々の光はファラデー回転角可変装置１５
を通過する際、光軸に平行方向の磁化の大きさに応じて
偏光方向が回転し、それぞれ検光子１６により常光ｏ₁
と異常光ｅ₁ 、常光ｏ₂ と異常光ｅ₂ とに分離する。検
光子１６から出射する常光ｏ₁ と異常光ｅ₂ とは、互い
に平行で、コリメートレンズ１２によって出力ファイバ
１３に結合する（実線で示す）が、検光子１６から出射
する異常光ｅ₁ と常光ｏ₂ は互いに平行ではなく広がる
ために、コリメートレンズ１２を通っても出力ファイバ
１３には結合しない（破線で示す）。

【０００６】電磁石１９による印加磁界がゼロの時、ガ
ーネット単結晶１７の磁化方向は光軸と平行であり、フ
ァラデー回転角は最大となる。偏光子１４から出射した
常光ｏは検光子１６から常光ｏ₂ として出射し偏光子１
４から出射した異常光ｅは検光子１６から異常光ｅ₂ と
して出射するため、両光は平行でコリメートレンズ１２
によって出力ファイバ１３に結合する。それに対して電
磁石１９による印加磁界が十分大きいと、ファラデー回
転角は最小となり、偏光子１４から出射した常光ｏは検
光子１６から異常光ｅ₁ として出射し、偏光子１４から
出射した異常光ｅは検光子から常光ｏ₂ として出射する
ために、コリメートレンズ１２を通っても出力ファイバ
１３には結合し難い。このようにして電磁石１９による
印加磁界強度に応じて、ガーネット単結晶１７の磁化が
回転してファラデー回転角はある角度範囲で変化し、そ
れに応じて出力ファイバ１３に結合する光量が異なるこ
とになり、光アッテネータとして機能することになる。

【０００７】ここで、偏光子と検光子を構成している複
屈折結晶の光学軸を、それぞれ水平から−５２．５度及
び＋５２．５度とし、両者のなす角度をは１０５度に設
定しているのは、同一形状の楔形複屈折結晶を偏光子と
検光子に用いることができ、生産性が良好なこと、次に
述べるように電磁石に供給する電流値を小さくでき、大
きな光減衰量が得られること、などの利点があるためで
ある。

【０００８】電磁石に加えるパワーの都合上、磁化が光
線方向を向いているとき９０度以上になるようにし、且
つ９０度よりも小さな角度範囲で変化させる。例えば、
磁化が光線方向を向いたときファラデー回転角が９６度
となり、電磁石の磁界を印加して１５度まで低減させ
る。その場合、偏光子と検光子である両楔形複屈折結晶
の光学軸のなす角度を１０５度に設定すれば、ファラデ
ー回転角１５度の時、最大の光減衰量が得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来構造の光アッテネータでは、光減衰量の可変幅、即
ちダイナミックレンジが小さい問題があった。また、そ
のダイナミックレンジの温度依存性が大きく、低温側ほ
どダイナミックレンジが小さくなる問題も見つかった。
例えば室温におけるダイナミックレンジは、大きなもの
でも２５ｄＢ程度しかなく、−１０℃以下の低温になる
と、２０ｄＢ以下に低下してしまう。

【００１０】本発明の目的は、光減衰量の可変幅、即ち
ダイナミックレンジを大きくでき、且つそのダイナミッ
クレンジの温度依存性を低減できる光アッテネータを提
供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ファラデー効
果を有するガーネット単結晶に２方向以上から外部磁界
を印加して、それらの合成磁界を可変することにより、
該ガーネット単結晶を通過する光線のファラデー回転角
を制御するファラデー回転角可変装置を用い、該ファラ
デー回転角可変装置の光軸上の入射側に偏光子、出射側
に検光子を配置した光アッテネータである。本発明で
は、偏光子を通過してガーネット単結晶に入射する単一
光の偏光面、又は偏光面が直交する二つの光のどちらか
一方の偏光面と、ガーネット単結晶に印加される光軸と
直交する磁界の方向とのなす角度をｘ度とし、偏光子と
検光子のなす角度をｙ度としたとき、磁界印加時にファ
ラデー回転角可変装置を通過することによって生じる偏
光面の回転角度ｚ度がｚ＝ｙ−９０又はｚ＝ｙ＋９０と
なるｚに対して、 〔（−ｚ／２）＋９０×ｎ〕−１２≦ｘ≦〔（−ｚ／
２）＋９０×ｎ〕＋１２ 但し、ｎは０，１，２，３のいずれかを満たしており、
その点に特徴がある。通常、ガーネット単結晶に印加さ
れる外部磁界は、光線方向に対して平行方向と直交方向
の２方向である。なお、本明細書中では、角度に関し、
時計回りの方向を「＋」で、反時計回りの方向を「−」
でそれぞれ表わしている。

【００１２】より好ましくは、上記角度ｘ度は、 〔（−ｚ／２）＋９０×ｎ〕−４≦ｘ≦〔（−ｚ／２）
＋９０×ｎ〕＋４ 但し、ｎは０，１，２，３のいずれかを満たすように設
定することである。

【００１３】偏光子と検光子に複合偏光プリズムを用い
る場合には、偏光子を通過する光の偏光面と検光子を通
過する光の偏光面のなす角度をｙ度とする。そして、光
線方向に対して直交方向に印加される磁界の方向と、ガ
ーネット単結晶に入射する光の偏光面のなす角度ｘが上
記の式を満たすようにする。

【００１４】また、偏光子と検光子に複屈折結晶を用い
る場合には、両方の複屈折結晶の光学軸のなす角度をｙ
度とする。そして、光線方向に対して直交方向に印加さ
れる磁界の方向と、ガーネット単結晶の入射側に設置さ
れた偏光子となる複屈折結晶の光学軸のなす角度ｘが上
記の式を満たすようにする。複屈折結晶としては、楔形
の他に平行平板形のものを用いることもできる。

【００１５】本発明の特に好ましい実施形態は、次のよ
うな構成である。即ち、ファラデー効果を有するガーネ
ット単結晶に２方向以上から外部磁界を印加して、それ
らの合成磁界を可変することにより、該ガーネット単結
晶を通過する光線のファラデー回転角を制御するファラ
デー回転角可変装置を用い、該ファラデー回転角可変装
置の光軸上の入射側に偏光子を、出射側に検光子を配置
した光アッテネータにおいて、偏光子と検光子がともに
複屈折結晶であり、偏光子の光学軸から時計回り（又は
反時計回り）に１０５度の角度で検光子の光学軸を配置
し、ガーネット単結晶に印加される外部磁界は、光線方
向に対して平行方向と直交方向の２方向であって、直交
方向に印加される磁界の方向から反時計回り（又は時計
回り）に７．５度の角度で偏光子である複屈折結晶の光
学軸を配置した光アッテネータである。

【００１６】本発明者等は、光アッテネータにおけるダ
イナミックレンジを大きくするために、図３に示す測定
系を作製して種々の実験を試みた。この測定系は、ファ
ラデー回転角可変装置２０の光軸上の入射側に偏光子２
２を、出射側に検光子２４を配置したものであり、基本
的には光アッテネータと同様の構成である。ファラデー
回転角可変装置２０は、ガーネット単結晶３０と、該ガ
ーネット単結晶３０に対して光軸に平行な方向に固定磁
界を印加する永久磁石３２，３４と、光軸に直交方向に
可変磁界を印加する電磁石３６とからなる。偏光子２２
及び検光子２４は、ともに２個の直角三角形プリズムの
間に偏光分離膜を介在させた構造の複合偏光プリズムか
らなり、それらの偏光面のなす角度が常に１０５度を維
持するように、偏光子２２の回転に合わせて検光子２４
も回転させた。永久磁石３２，３４による磁界は１６．
６ｋＡ／ｍである。ガーネット単結晶３０は、実施例の
項で後述するように、磁化方向が光線方向と平行方向を
向いた時、３２度のファラデー回転角を有するものを３
個方位を指定して並設したものである。

【００１７】実験の結果、ガーネット単結晶３０への入
射光の偏光面と、光線方向とそれに直交方向に印加する
磁界とのなす角度ｘによってダイナミックレンジが変化
する現象が認められた。図４のＡに、ダイナミックレン
ジと角度ｘの関係を示す。なお、ダイナミックレンジと
は、電磁石の磁界を可変させたときに得られる最大光減
衰量と最小光減衰量の差のことである。図４のＡから、
ダイナミックレンジはほぼ０度、９０度、１８０度付近
にピークを持っていることが分かる。つまり、入射光の
偏光面と、光線と直交方向である電磁石磁界とが、平行
か又は直交に近い状態のとき、ダイナミックレンジが最
大になった。測定はｘ＝０度〜３６０度まで行ったが、
１８０度〜３６０度の測定結果は０度〜１８０度の結果
と同じであったため記載は省略した。

【００１８】このように光線方向と直交方向に印加する
磁界とのなす角度によってダイナミックレンジが変化す
る原因は、ガーネット単結晶に対して光軸と直交方向の
磁界を印加すると、ガーネット単結晶の磁化が光軸と平
行方向から傾き、光の進行方向と垂直方向の磁化成分が
生じるが、光がガーネット単結晶を通過するとき、光の
光軸に垂直な面内での磁化成分方向とそれの直交方向と
では屈折率に違いが生じ、結果として光学遅延量（位相
差）が生じるためである。角度ｘ＝４５度付近では、光
の、光軸に垂直な面内での磁化成分方向とそれの直交方
向の両成分が同時に存在するため、位相差の影響を最大
に受けてダイナミックレンジは最も低下する。それとは
反対に、光が、光軸に垂直な面内での磁化成分方向とほ
ぼ平行方向（ｘ≒０度）、又はそれとほぼ直交方向（ｘ
≒９０度）の場合は、両者は各々屈折率が異なるが、ほ
ぼ単独なので位相差を生じることはなく、ダイナミック
レンジは最大になる。

【００１９】ところで、偏波無依存型光アッテネータに
は、偏光子及び検光子として複屈折結晶が使用される。
この複屈折結晶は、前述のように、入射光を直交する二
つの偏光に分離する機能を果たす。そのため、ガーネッ
ト単結晶には、直交する二つの偏光が同時に入射する。
従って、二つの偏光のうち、一方を光軸に垂直な面内で
磁化成分と平行方向に合わせると、他方はそれと直交方
向になるので、両者は互いに屈折率が異なり位相差が生
じる。

【００２０】この場合のダイナミックレンジへの影響に
ついて調べるため、図３の測定系において、偏光子２２
と検光子２４に複屈折結晶である楔形ルチル結晶を用
い、入射側のルチル結晶の光学軸と電磁石の印加磁界方
向とのなす角度ｘを変えてダイナミックレンジを測定し
た。偏光子、検光子の両ルチル結晶の光学軸のなす角度
は１０５度であり、それ以外は、複合偏光プリズムの場
合と同じである。

【００２１】測定結果を図４のＢに示す。図４のＢよ
り、偏光子及び検光子に複屈折結晶を用いた場合でも、
複合偏光プリズムを用いた場合と同様に、入射光の偏光
面と、光線と直交方向である電磁石磁界とが、平行に近
いか又は直交に近い状態のときにダイナミックレンジが
最大になった。

【００２２】図４に示す結果から、ファラデー回転角可
変装置のガーネット単結晶に入射する光の偏光面と、光
線方向と直交方向に印加する磁界とのなす角度を適切に
選定することにより、ダイナミックレンジを３０ｄＢ以
上に大きくできることが分かった。

【００２３】ところが、より詳細に実験を進めた結果、
ダイナミックレンジを示す曲線は、ｘ＝０度、９０度、
１８０度の位置では非対称であり、厳密なピーク位置に
はなっていないことが判明した。この原因は、ガーネッ
ト単結晶のファラデー効果によるものと考えられる。即
ち、ガーネット単結晶は、ファラデー効果によって結晶
内を通過する光の偏光面を回転させる働きがあるから、
ガーネット単結晶の入射位置で偏光面の角度を光軸と垂
直方向の磁化成分に対して厳密に平行方向又はそれと直
交方向にしても、出射位置ではある角度だけ回転してし
まっている（図５のＡ参照）。従って、ガーネット単結
晶内で偏光面が回転する角度を考慮して角度補正を行う
ことで、最適条件を見出せるものと考えられる。

【００２４】本発明者等は、このような観点から最大消
光比が得られる条件を調べた結果、偏光子を通過してガ
ーネット単結晶に入射する単一光の偏光面、又は偏光面
が直交する二つの光のどちらか一方の偏光面と、ガーネ
ット単結晶に印加される光軸と直交する磁界の方向との
なす角度をｘ度とし、ファラデー回転角可変装置を通過
することによって生じる偏光面の回転角度をｚ度とした
とき、 ｘ＝〔（−ｚ／２）＋９０×ｎ〕 但し、ｎは０，１，２，３のいずれかとなるように設定
したときに、ガーネット単結晶を通過した光の消光比が
最大になることを見出した。そして、 〔（−ｚ／２）＋９０×ｎ〕−１２≦ｘ≦〔（−ｚ／
２）＋９０×ｎ〕＋１２ の範囲では消光比が３０ｄＢ以上となり、特に、 〔（−ｚ／２）＋９０×ｎ〕−４≦ｘ≦〔（−ｚ／２）
＋９０×ｎ〕＋４ の範囲では消光比が４０ｄＢ以上の極めて良好な特性が
得られた。また、偏光子と検光子のなす角度をｙ度と
し、上記偏光面の回転角度ｚがｚ＝ｙ±９０となると
き、即ちガーネット単結晶を通過した光が検光子とクロ
スニコル（直交状態）の関係になるようにしたときのｚ
に対して、角度ｘが上記の範囲を満たしていると、光ア
ッテネータの最大減衰量が大きくなり、その結果、ダイ
ナミックレンジが４０ｄＢ以上の極めて良好な特性が得
られることを見出した。更に本発明者等は、上記偏光面
の回転角度ｚ度に対して光線方向と直交方向に印加する
磁界の方向とのなす角度ｘを上記のような適切な角度範
囲に選定することにより、ダイナミックレンジの温度依
存性を低減できることも見出した。

【００２５】これらの現象は次のように考察される。入
射光は、偏光子を通過した後の偏光面が、光線方向と直
交方向に印加される磁界と角度ｘ＝（−ｚ／２）の関係
になるように決められている。これは図５のＢで示され
るように、ガーネット単結晶を通過するときに生じる偏
光面の回転角ｚの回転方向と反対方向にｚ／２傾いてガ
ーネット単結晶に光が入射する状態である。前述のよう
に（段落〔００１７〕参照）、偏光面が、光線と直交方
向に印加される磁界方向から傾くと、複屈折の影響によ
り「なまり」（消光比の劣化）が生じるが、図５のＢに
示す配置にすることで、傾きを最小にできる。図５のＢ
は、偏光面の回転が、光線と直交方向の磁界方向を中心
に回転しているため、傾き（角度ｘ）の最大値を最小に
できることを示している。これにより、光がガーネット
単結晶を通過するときに受ける複屈折の影響を最小に抑
え、なまりが最小に抑えられると考えられる。ここで、
偏光面の回転は光線と直交方向の磁界方向を中心にして
回転しているため磁界方向を基準とし、それに対し角度
ｘは偏光面の回転角度ｚと反対方向になるのでマイナス
の符号を付した。

【００２６】次に、光のなまりを最小に抑えた光が検光
子と直交状態になるように、ｚ＝ｙ±９０で規定してい
る。これにより、なまり抑制効果を最大限に引き出すこ
とができる。光がファラデー回転角可変装置を通過する
際のなまりを最小限に抑えても、仮にその光の偏光面が
検光子と４５度の傾きを持っていたならば、角度ずれの
影響で光アッテネータとしてのダイナミックレンジは大
きくならない。光のなまりに対して最も敏感なのはクロ
スニコル状態のときであり、そのため、なまりを最小に
抑えた光が検光子と直交状態になるようにすることによ
り、最大減衰量が大きくなると考えられる。このように
本発明は、光がファラデー回転角可変装置を通過すると
きに生じる光のなまりを最小に抑え、且つその状態の光
が検光子と直交状態になるように定めたものであるか
ら、光アッテネータのダイナミックレンジを大きくで
き、またその温度依存性を小さくできるものと考えられ
る。本発明は、かかる現象の知得に基づき完成されたも
のである。

【００２７】

【実施例】（実施例１）図３に示す系を作製し、ガーネ
ット単結晶の消光比と角度ｘ（偏光子を透過した光の偏
光面、つまりガーネット単結晶の入射位置での偏光面
と、電磁石の磁界方向とのなす角度）と角度ｚ（ガーネ
ット単結晶内を光が通過するときの偏光面の回転角度）
の関係を調べた。電磁石による印加磁界を変えて角度ｚ
を可変し、偏光子（複合偏光プリズム）を回転させて角
度ｘを可変した。なお、永久磁石の磁界強度は１６．６
ｋＡ／ｍである。

【００２８】まず、ガーネット単結晶は、次のように作
製した。ＰｂＯ−Ｂ₂ Ｏ₃ −Ｂｉ₂Ｏ₃ を融剤とし、Ｌ
ＰＥ法によって、格子定数が１２．４９６Å、組成が
（ＣａＧｄ）₃ （ＭｇＺｒＧａ）₅ Ｏ₁₂である直径約７
６mm（３インチ）、厚み１１７０μｍの非磁性ガーネッ
ト基板４０の（１１１）面上に、Ｂｉ置換希土類鉄ガー
ネット単結晶４２（ＬＰＥ膜、組成：Ｔｂ_1.00Ｙ_0.65Ｂ
ｉ_1.35Ｆｅ_4.05Ｇａ_0.95Ｏ₁₂、膜厚４５０μｍ）を育成
した（図６のＡ参照）。基板には大小二つのフラット面
（オリエンテーションフラット）が付けられており、大
きなフラット面は（-1１０）面、小さなフラット面は
（１１-2）面である。次に、得られたＬＰＥ膜を７．６
×５．０mmに切断し（切断線を図６のＢで破線で示
す）、研磨により基板を除去した後、大気中で１１００
℃、８時間熱処理した。熱処理したのは、as-grownの
（育成したままの）ＬＰＥ膜は成長誘導による一軸磁気
異方性が大きいので、それを低減するためである。その
後、再度研磨して、７．６×５．０×０．３３mmの形状
に鏡面仕上げし、表裏両面の（１１１）面に反射防止膜
を蒸着した（図６のＣ）。そして、１．０×１．２×
０．３３mmに切断し（切断線を図６のＣで破線で示
す）、最後に（１１１）面と（-1１０）面と（-1-1２）
面の交点の角を少し削って方位マーカーとした。得られ
たガーネット単結晶４４の形状及び面を図６のＤに示
す。（なお結晶の面の表記法では、負の指数について
は、その指数の上に横棒を引いて表すが、本明細書では
それができないために指数にマイナス記号を付すことで
表記している。）

【００２９】図３に示す測定系において、光線はガーネ
ット単結晶の反射防止膜を蒸着した面、即ち（１１１）
面に対して垂直に入射するようにして測定を行った。上
記のように作製した３個のガーネット単結晶４４を、図
７のように方位を指定して並べ、図３におけるガーネッ
ト単結晶３０として挿入した。その際、一番手前のガー
ネット単結晶の方位マーカーを施した側の（-1-1２）面
を電磁石のＳ極側に、後方の２個のガーネット単結晶の
方位マーカーを施した側の（-1-1２）面を電磁石のＮ極
側に配置した。

【００３０】各ガーネット単結晶は、磁化方向が光線方
向と平行方向を向いた時、３２度のファラデー回転角を
有し、全体としては３２度×３個＝９６度（温度２５
℃、波長１５５０ｎｍ）のファラデー回転角を有するも
のである。ここで、ガーネット単結晶を３個使用してい
るのは、育成したガーネット単結晶の膜厚が４５０μｍ
であり、それを加工して用いているため膜厚が薄くな
り、１個当たりのファラデー回転角が小さいためであ
る。現時点では、ＬＰＥ（液相エピタキシャル）法によ
る結晶育成は、膜厚が５００μｍを超えると、欠陥や割
れが生じるため困難である。しかし、結晶育成技術の進
歩により５００μｍを超える厚い膜の育成が可能にな
り、加工後のガーネット単結晶１個当たりの厚みを大き
くしてファラデー回転角を大きくできれば、使用する基
本膜の個数は２個以下でもかまわない。

【００３１】ガーネット単結晶には、電磁石により光線
方向と直交方向の可変磁界が与えられ、且つ永久磁石に
より光線方向に平行方向の固定磁界が与えられる。電磁
石による磁界強度ＥＭを種々変えて、消光比（ｄＢ）と
角度ｘ（度）の関係いついて詳細に測定した。代表例と
して、電磁石による磁界強度をＥＭ＝９４ｋＡ／ｍとし
たときの消光比（ｄＢ）と角度ｘ（度）の関係を図８に
示す。消光比は角度ｘに応じて変化し、ｘ＝−７．５度
で最大値を示す凸型の曲線となった。最大消光比が得ら
れるｘ_max に対して±４度の範囲内では４０ｄＢ以上の
非常に高い消光比が得られ、ｘ_max に対して±１２度の
範囲内では３０ｄＢ以上の高い消光比が得られた。

【００３２】図９は電磁石による磁界強度ＥＭに対して
最大消光比が得られる角度ｘ_max 、角度ｚ、及びｘ_max
／ｚの関係を示している。この結果から、ｘ_max ／ｚは
ほぼ−０．５で一定であることが分かる。

【００３３】次に、角度ｘを−７．５度、偏光子と検光
子（ともに複合偏光プリズム）のなす角度を１０５度に
固定して、電磁石による磁界強度ＥＭを変えてダイナミ
ックレンジを測定した。また、比較のために、角度ｘを
−５２．５度にした時の結果も併記した。これらは、基
本的に、光アッテネータと同じ構成である。測定結果を
図１０に示す。ｘ＝−５２．５度の時は、最大ダイナミ
ックレンジが２５ｄＢにすぎないのに対して、ｘ＝−
７．５度にすると最大ダイナミックレンジは４５ｄＢま
で大きくできることが分かる。偏光子と検光子のなす角
度が１０５度なので、クロスニコル状態は偏光子を通過
した光が１５度回転したときである。よって、この場合
の最大消光比は得られる角度は、１５×（−１／２）＝
−７．５度となる。従って、角度ｘ＝−７．５度でダイ
ナミックレンジが最大になるのである。

【００３４】図１１に、ｘ＝−７．５度とｘ＝−５２．
５度に設定したときのダイナミックレンジの温度依存性
の測定結果を示す。ｘ＝−５２．５度の場合には、低温
側ほどダイナミックレンジが低下し、＋８０℃と−２０
℃では約１０ｄＢ程度の差が生じている。それに対して
ｘ＝−７．５度の場合には、−２０℃〜＋８０℃の範囲
で減衰量の温度依存性が殆どなく、ほぼ４５ｄＢの減衰
量が得られている。

【００３５】このように、ファラデー回転角可変装置の
ガーネット単結晶に入射する光の偏光面と、光線方向と
直交する印加磁界方向とのなす角度ｘを０度付近の特定
角度に設定すると、ダイナミックレンジが大きくなり、
且つその温度依存性を低減できる効果が生じる。上記の
測定結果は角度ｘが０度付近での場合であるが、９０度
付近、１８０度付近、２７０度付近の場合も、同様の結
果が得られる。

【００３６】（実施例２）本発明は図１に示すような偏
光無依存型光アッテネータにも適用できる。図３に示す
測定系の偏光子と検光子に楔形複屈折結晶（ここではル
チル結晶）を用いた測定系を作製した。ガーネット単結
晶に印加される外部磁界は、光線方向に対して平行方向
に永久磁石による固定磁界（１６．６ｋＡ／ｍ）と、直
交方向に電磁石による可変磁界の２方向である。光の進
行方向から見た偏光子と検光子を図１２に示す。偏光子
１４となる楔形複屈折結晶は、光軸に対して直交方向に
印加される電磁石による印加磁界方向と光学軸のなす角
度ｘが−７．５度となるように設定する。光の進行方向
から見たときに、偏光子１４となる楔形複屈折結晶と検
光子１６となる楔形複屈折結晶の光学軸のなす角度は１
０５度である。また、使用しているガーネット単結晶及
びそれらの配列は、実施例１と同様である。

【００３７】光アッテネータの動作原理は、従来技術に
関連して説明したとおりである。光は偏光子である楔形
複屈折結晶の光学軸に対して水平成分と垂直成分に分離
されるので、本構成の場合には、光学軸と、光線と直交
方向に印加される磁界とのなす角度が−７．５度である
から、各成分の偏光面も磁界とのなす角度が平行か直交
から−７．５度傾いている。それ故、ダイナミックレン
ジを大きくでき、且つその温度依存性を低減できる。電
磁石による印加磁界強度が９４ｋＡ／ｍのときにダイナ
ミックレンジ４３ｄＢが得られた。また温度依存性を測
定したところ、−２０〜８０℃の範囲でほぼ一定で４０
ｄＢ以上が得られた。

【００３８】

【発明の効果】本発明は上記のように、ファラデー回転
角可変装置のガーネット単結晶に入射する光の偏光面
と、光線方向と直交方向に印加する磁界方法とのなす角
度ｘを、平行付近又は直交付近の特定範囲に設定して、
光がファラデー回転角可変装置を通過するときに生じる
光のなまりを最小限に抑え、且つその状態の光が検光子
と直交状態になるように設定した光アッテネータである
から、ダイナミックレンジを３０ｄＢ以上に大きくで
き、且つその温度依存性を大幅に低減することができ
る。

【００３９】特に、角度ｘを、〔（−ｚ／２）＋９０×
ｎ〕−４≦ｘ≦〔（−ｚ／２）＋９０×ｎ〕＋４という
狭い範囲内に設定すると、ダイナミックレンジを４０ｄ
Ｂ以上に大きくでき、極めて良好なアッテネータ特性が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】偏波無依存型光アッテネータの説明図。

【図２】従来の偏光子と検光子の光学軸と電磁石磁界方
向の関係を示す説明図。

【図３】測定系の説明図。

【図４】ダイナミックレンジと角度ｘの関係を示すグラ
フ。

【図５】ファラデー回転角可変装置への入射光と出射光
の偏光面を示す説明図。

【図６】ガーネット単結晶の製造工程の説明図。

【図７】ガーネット単結晶の配列状態の説明図。

【図８】角度ｘに対する消光比の関係の一例を示すグラ
フ。

【図９】角度ｚ、角度ｘ_max 、ｘ_max ／ｚの電磁石磁界
強度依存性を示すグラフ。

【図１０】ダイナミックレンジの電磁石磁界強度依存性
を示すグラフ。

【図１１】減衰量の温度依存性を示すグラフ。

【図１２】本発明の一実施例における偏光子と検光子の
光学軸と電磁石磁界方向の関係を示す説明図。

【符号の説明】

２０ ファラデー回転角可変装置 ２２ 偏光子 ２４ 検光子 ３０ ガーネット単結晶 ３２，３４ 永久磁石 ３６ 電磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 英則 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (72)発明者 佐橋 輝久 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−231274（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−288256（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−249095（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/09 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ファラデー効果を有するガーネット単結
   晶に２方向以上から外部磁界を印加して、それらの合成
   磁界を可変することにより、該ガーネット単結晶を通過
   する光線のファラデー回転角を制御するファラデー回転
   角可変装置を用い、該ファラデー回転角可変装置の光軸
   上の入射側に偏光子を、出射側に検光子を配置した光ア
   ッテネータにおいて、 偏光子を通過してガーネット単結晶に入射する単一光の
   偏光面、又は偏光面が直交する二つの光のどちらか一方
   の偏光面と、ガーネット単結晶に印加される光軸と直交
   する磁界の方向とのなす角度をｘ度とし、偏光子と検光
   子のなす角度をｙ度としたとき、合成磁界印加時にファ
   ラデー回転角可変装置を通過することによって生じる偏
   光面の回転角度ｚ度が、ｚ＝ｙ−９０又はｚ＝ｙ＋９０
   となる特定のｚに対して、 〔（−ｚ／２）＋９０×ｎ〕−４≦ｘ≦〔（−ｚ／２）
   ＋９０×ｎ〕＋４ 但し、ｎは０，１，２，３のいずれかを満たしているこ
   とを特徴とする光アッテネータ。
2. 【請求項２】 ファラデー効果を有するガーネット単結
   晶に２方向以上から外部磁界を印加して、それらの合成
   磁界を可変することにより、該ガーネット単結晶を通過
   する光線のファラデー回転角を制御するファラデー回転
   角可変装置を用い、該ファラデー回転角可変装置の光軸
   上の入射側に偏光子を、出射側に検光子を配置した光ア
   ッテネータにおいて、 偏光子と検光子が複合偏光プリズムであり、ガーネット
   単結晶に印加される外部磁界は、光線方向に対して平行
   方向と直交方向の２方向であって、直交方向に印加され
   る磁界の方向と、偏光子を通過してガーネット単結晶に
   入射する光の偏光面とのなす角度をｘ度とし、偏光子を
   通過する光の偏光面と検光子を通過する光の偏光面のな
   す角度をｙ度としたとき、合成磁界印加時にファラデー
   回転角可変装置を通過することによって生じる偏光面の
   回転角度ｚ度が、ｚ＝ｙ−９０又はｚ＝ｙ＋９０となる
   特定のｚに対して、 〔（−ｚ／２）＋９０×ｎ〕−４≦ｘ≦〔（−ｚ／２）
   ＋９０×ｎ〕＋４ 但し、ｎは０，１，２，３のいずれかを満たしているこ
   とを特徴とする光アッテネータ。
3. 【請求項３】 ファラデー効果を有するガーネット単結
   晶に２方向以上から外部磁界を印加して、それらの合成
   磁界を可変することにより、該ガーネット単結晶を通過
   する光線のファラデー回転角を制御するファラデー回転
   角可変装置を用い、該ファラデー回転角可変装置の光軸
   上の入射側に偏光子を、出射側に検光子を配置した光ア
   ッテネータにおいて、 偏光子と検光子がともに複屈折結晶であり、ガーネット
   単結晶に印加される外部磁界は、光線方向に対して平行
   方向と直交方向の２方向であって、直交方向に印加され
   る磁界の方向と、偏光子である複屈折結晶の光学軸との
   なす角度をｘ度とし、偏光子と検光子である複屈折結晶
   の光学軸のなす角度をｙ度としたとき、合成磁界印加時
   にファラデー回転角可変装置を通過することによって生
   じる偏光面の回転角度ｚ度が、ｚ＝ｙ−９０又はｚ＝ｙ
   ＋９０となる特定のｚに対して、 〔（−ｚ／２）＋９０×ｎ〕−４≦ｘ≦〔（−ｚ／２）
   ＋９０×ｎ〕＋４ 但し、ｎは０，１，２，３のいずれかを満たしているこ
   とを特徴とする光アッテネータ。
4. 【請求項４】 ファラデー効果を有するガーネット単結
   晶に２方向以上から外部磁界を印加して、それらの合成
   磁界を可変することにより、該ガーネット単結晶を通過
   する光線のファラデー回転角を制御するファラデー回転
   角可変装置を用い、該ファラデー回転角可変装置の光軸
   上の入射側に偏光子を、出射側に検光子を配置した光ア
   ッテネータにおいて、 偏光子と検光子がともに楔形複屈折結晶であり、偏光子
   の光学軸から時計回り（又は反時計回り）に１０５度の
   角度で検光子の光学軸を配置し、従って合成磁界印加時
   にガーネット単結晶を通過した光が検光子とクロスニコ
   ルの関係になるときの偏光面の回転角度は１５度であ
   り、ガーネット単結晶に印加される外部磁界は、光線方
   向に対して平行方向に印加した永久磁石による固定磁界
   と直交方向に印加した電磁石による可変磁界の合成磁界
   であって、直交方向に印加される可変磁界の方向から反
   時計回り（又は時計回り）に７．５度の角度で偏光子で
   ある複屈折結晶の光学軸を配置したことを特徴とする光
   アッテネータ。