JP3493119B2 - ファラデー回転角可変装置 - Google Patents
ファラデー回転角可変装置Info
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- G02F1/092—Operation of the cell; Circuit arrangements
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ファラデー効果を
有するガーネット単結晶に二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、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
する装置に関するものである。更に詳しく述べると本発
明は、結晶方位に対する外部磁界の合成ベクトルの変位
経路を規定することにより、特性のばらつきを抑えるこ
とができるファラデー回転角可変装置に関するものであ
る。この装置は、偏波スクランブラや光アッテネータな
どに有用である。
有するガーネット単結晶に二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、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
する装置に関するものである。更に詳しく述べると本発
明は、結晶方位に対する外部磁界の合成ベクトルの変位
経路を規定することにより、特性のばらつきを抑えるこ
とができるファラデー回転角可変装置に関するものであ
る。この装置は、偏波スクランブラや光アッテネータな
どに有用である。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムなどでは、光の偏波方向
を連続的且つ周期的に可変する偏波スクランブラ、ある
いは光の透過光量を制御するための光アッテネータなど
が必要であり、それにはファラデー回転角可変装置が組
み込まれている。このファラデー回転角可変装置は、フ
ァラデー素子に二方向以上から磁界を印加し、それらの
合成磁界を可変することにより、ファラデー素子を透過
する光線のファラデー回転角を制御する装置である。通
常、ファラデー素子としては、ファラデー効果を有する
ガーネット単結晶が用いられている。
を連続的且つ周期的に可変する偏波スクランブラ、ある
いは光の透過光量を制御するための光アッテネータなど
が必要であり、それにはファラデー回転角可変装置が組
み込まれている。このファラデー回転角可変装置は、フ
ァラデー素子に二方向以上から磁界を印加し、それらの
合成磁界を可変することにより、ファラデー素子を透過
する光線のファラデー回転角を制御する装置である。通
常、ファラデー素子としては、ファラデー効果を有する
ガーネット単結晶が用いられている。
【０００３】偏波フクランブラの基本構成を図２に示
す。光ファイバ１０から出射した光はレンズ１２により
平行光となり、ファラデー素子１４を通過し、レンズ１
６によって光ファイバ１８の入射端に集光する。ファラ
デー素子１４には電磁石２０により光軸と平行方向に磁
界が印加され、更に一対の永久磁石２２ａ，２２ｂによ
って、光軸に垂直方向に磁界が印加される。永久磁石２
２ａ，２２ｂによってファラデー素子１４の飽和磁界以
上の固定磁界を印加してファラデー素子１４を磁気飽和
の状態とし、電磁石２０のコイルに供給する電流を正負
に変化させることで、合成磁界を正負に変化させる。こ
れによって、透過光の偏波方向を連続的且つ周期的に変
えることができる。
す。光ファイバ１０から出射した光はレンズ１２により
平行光となり、ファラデー素子１４を通過し、レンズ１
６によって光ファイバ１８の入射端に集光する。ファラ
デー素子１４には電磁石２０により光軸と平行方向に磁
界が印加され、更に一対の永久磁石２２ａ，２２ｂによ
って、光軸に垂直方向に磁界が印加される。永久磁石２
２ａ，２２ｂによってファラデー素子１４の飽和磁界以
上の固定磁界を印加してファラデー素子１４を磁気飽和
の状態とし、電磁石２０のコイルに供給する電流を正負
に変化させることで、合成磁界を正負に変化させる。こ
れによって、透過光の偏波方向を連続的且つ周期的に変
えることができる。
【０００４】光アッテネータの基本構成を図３に示す。
光ファイバ１０から出射した光はレンズ１２により平行
光となり、偏光子１３、ファラデー素子１４、検光子１
５を通過し、レンズ１６によって光ファイバ１８の入射
端に集光する。ファラデー素子１４には電磁石２４によ
り光軸に垂直方向に磁界が印加され、更に一対の永久磁
石２６ａ，２６ｂによって、光軸と平行方向に磁界が印
加される。電磁石２４と永久磁石２６ａ，２６ｂには光
が透過するための穴を設けておく。永久磁石２６ａ，２
６ｂによってファラデー素子１４を磁気飽和の状態と
し、電磁石２４のコイルに供給する電流を変化させるこ
とで、合成磁界も変化し、透過光量を制御することがで
きる。
光ファイバ１０から出射した光はレンズ１２により平行
光となり、偏光子１３、ファラデー素子１４、検光子１
５を通過し、レンズ１６によって光ファイバ１８の入射
端に集光する。ファラデー素子１４には電磁石２４によ
り光軸に垂直方向に磁界が印加され、更に一対の永久磁
石２６ａ，２６ｂによって、光軸と平行方向に磁界が印
加される。電磁石２４と永久磁石２６ａ，２６ｂには光
が透過するための穴を設けておく。永久磁石２６ａ，２
６ｂによってファラデー素子１４を磁気飽和の状態と
し、電磁石２４のコイルに供給する電流を変化させるこ
とで、合成磁界も変化し、透過光量を制御することがで
きる。
【０００５】偏波スクランブラや光アッテネータでは、
ファラデー素子（ガーネット単結晶）に印加する磁界に
対してファラデー回転角が再現性よく変化する必要があ
る。そのため上記のように、光線に対し垂直又は平行方
向にファラデー素子の飽和磁界以上の固定磁界を印加し
てファラデー素子を飽和状態にしておき、その状態で平
行又は垂直方向に可変磁界を印加して合成磁界ベクトル
を変化させ、ファラデー素子の磁化方向を変えてファラ
デー回転角を変化させている。ファラデー素子が磁気的
に未飽和であると、磁区が発生することによる消光比の
劣化、光の散乱が生じ、印加磁界に対するファラデー回
転角の再現性が悪いからである。
ファラデー素子（ガーネット単結晶）に印加する磁界に
対してファラデー回転角が再現性よく変化する必要があ
る。そのため上記のように、光線に対し垂直又は平行方
向にファラデー素子の飽和磁界以上の固定磁界を印加し
てファラデー素子を飽和状態にしておき、その状態で平
行又は垂直方向に可変磁界を印加して合成磁界ベクトル
を変化させ、ファラデー素子の磁化方向を変えてファラ
デー回転角を変化させている。ファラデー素子が磁気的
に未飽和であると、磁区が発生することによる消光比の
劣化、光の散乱が生じ、印加磁界に対するファラデー回
転角の再現性が悪いからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、このよ
うなことを考慮してガーネット単結晶からなるファラデ
ー素子が永久磁石による固定磁界によって磁気飽和の状
態になるようにして偏波スクランブラや光アッテネータ
を作製した。しかし作製した各偏波スクランブラは、そ
のＤＯＰ（Degree of Polarization）が大きくばらつ
き、２０〜３０％と大きなものも生じた。また作製した
光アッテネータでは、最大減衰量が得られる時の電磁石
の磁界が４００〜１０００Oe程度の範囲内で大きくばら
つくという問題が生じた。
うなことを考慮してガーネット単結晶からなるファラデ
ー素子が永久磁石による固定磁界によって磁気飽和の状
態になるようにして偏波スクランブラや光アッテネータ
を作製した。しかし作製した各偏波スクランブラは、そ
のＤＯＰ（Degree of Polarization）が大きくばらつ
き、２０〜３０％と大きなものも生じた。また作製した
光アッテネータでは、最大減衰量が得られる時の電磁石
の磁界が４００〜１０００Oe程度の範囲内で大きくばら
つくという問題が生じた。
【０００７】本発明の目的は、外部印加磁界に対するフ
ァラデー回転角が常に一定の関係となり特性のばらつき
が少ないファラデー回転角可変装置を提供することであ
る。また本発明の他の目的は、正負可変する印加磁界−
ファラデー回転角特性を示す線図の対称性及び直線性が
向上し、ＤＯＰを１０％以下に低減できる偏波スクラン
ブラを提供することである。
ァラデー回転角が常に一定の関係となり特性のばらつき
が少ないファラデー回転角可変装置を提供することであ
る。また本発明の他の目的は、正負可変する印加磁界−
ファラデー回転角特性を示す線図の対称性及び直線性が
向上し、ＤＯＰを１０％以下に低減できる偏波スクラン
ブラを提供することである。
【０００８】
【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二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、
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
制御する装置である。本発明においては、ガーネット単
結晶は（１１１）面で研磨されていて、光線はその（１
１１）面に垂直なガーネット単結晶の〈１１１〉方向に
透過し、外部磁界の合成ベクトルの変位経路が、ガーネ
ット単結晶の（１１１）面を中心としたステレオ投影図
における中心の（１１１）面と、最外周円上の（１１
０）面と等価な面から左右に１０度の位置を結んだ線で
囲まれた扇形の範囲に入っており（扇形の線上も含
む）、この点に特徴がある。
果を有するガーネット単結晶に二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、
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
制御する装置である。本発明においては、ガーネット単
結晶は（１１１）面で研磨されていて、光線はその（１
１１）面に垂直なガーネット単結晶の〈１１１〉方向に
透過し、外部磁界の合成ベクトルの変位経路が、ガーネ
ット単結晶の（１１１）面を中心としたステレオ投影図
における中心の（１１１）面と、最外周円上の（１１
０）面と等価な面から左右に１０度の位置を結んだ線で
囲まれた扇形の範囲に入っており（扇形の線上も含
む）、この点に特徴がある。
【０００９】図１はガーネット単結晶の（１１１）面を
中心としたステレオ投影図である。隣り合う同心円は互
いに１０度ずつ異なっている面を意味し、隣り合う径方
向の線は互いに１０度ずつ異なっている面を意味する。
従って、ガーネット単結晶の任意の面は、このステレオ
投影図内の点として示すことができる。最外周円上には
（１１０）と等価な面が６０度毎に現れる。中心の（１
１１）面と最外周円上の（１１０）面と等価な面から左
右に１０度の位置とを結んだ線で囲まれた扇形の範囲と
は、斜線を付した六箇所の領域である。この斜線を付し
た領域（本発明の領域）には、中心を除いて（１１１）
面と等価な面、及び（１００）面と等価な面は存在しな
い。この点が重要である。例えば偏波スクランブラの場
合には、外部磁界をほぼ１８０度振るために、六箇所の
うちの中心に対して１８０度対称的な任意の二つの扇形
に含まれるように外部磁界の合成ベクトルの変位経路を
定めればよい。
中心としたステレオ投影図である。隣り合う同心円は互
いに１０度ずつ異なっている面を意味し、隣り合う径方
向の線は互いに１０度ずつ異なっている面を意味する。
従って、ガーネット単結晶の任意の面は、このステレオ
投影図内の点として示すことができる。最外周円上には
（１１０）と等価な面が６０度毎に現れる。中心の（１
１１）面と最外周円上の（１１０）面と等価な面から左
右に１０度の位置とを結んだ線で囲まれた扇形の範囲と
は、斜線を付した六箇所の領域である。この斜線を付し
た領域（本発明の領域）には、中心を除いて（１１１）
面と等価な面、及び（１００）面と等価な面は存在しな
い。この点が重要である。例えば偏波スクランブラの場
合には、外部磁界をほぼ１８０度振るために、六箇所の
うちの中心に対して１８０度対称的な任意の二つの扇形
に含まれるように外部磁界の合成ベクトルの変位経路を
定めればよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】特性面では特に、外部磁界の合成
ベクトルの変位経路が、ガーネット単結晶の（１１１）
面を中心としたステレオ投影図における中心の（１１
１）面と、最外周円上の（１１０）面と等価な面とを結
ぶ線上にすることが望ましいが、組み立て精度などの面
から、その線から左右に５度の位置を結んだ線で囲まれ
た狭い扇形の範囲内とすることが好ましい。また外部磁
界は、例えば光線方向に対し平行方向と垂直方向の二方
向から外部磁界を印加する。光線方向に対し垂直方向の
外部磁界の強さを一定とし、平行方向の外部磁界の強さ
を可変する場合もあるし、逆に光線方向に対し平行方向
の外部磁界の強さを一定とし、垂直方向の外部磁界の強
さを可変する場合もある。通常、固定磁界は永久磁石に
よって印加し、可変磁界は電磁石によって印加する。
ベクトルの変位経路が、ガーネット単結晶の（１１１）
面を中心としたステレオ投影図における中心の（１１
１）面と、最外周円上の（１１０）面と等価な面とを結
ぶ線上にすることが望ましいが、組み立て精度などの面
から、その線から左右に５度の位置を結んだ線で囲まれ
た狭い扇形の範囲内とすることが好ましい。また外部磁
界は、例えば光線方向に対し平行方向と垂直方向の二方
向から外部磁界を印加する。光線方向に対し垂直方向の
外部磁界の強さを一定とし、平行方向の外部磁界の強さ
を可変する場合もあるし、逆に光線方向に対し平行方向
の外部磁界の強さを一定とし、垂直方向の外部磁界の強
さを可変する場合もある。通常、固定磁界は永久磁石に
よって印加し、可変磁界は電磁石によって印加する。
【００１１】本発明で用いるガーネット単結晶は、例え
ば液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法で作製した（ＲＢ
ｉ）3 （ＦｅＭ）5 Ｏ12又は（ＲＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ
12（但しＲはイットリウムを含む希土類元素から選ばれ
た１種以上の元素、Ｍは鉄と置換できる１種以上の元
素）である。Ｍとしては、例えばＧａ，Ｉｎ，Ａｌなど
の元素がある。その他、ガーネット単結晶は、Ｙ3 Ｆｅ
5 Ｏ12でもよい。ガーネット単結晶の製造方法は、量産
性などの観点から上記ＬＰＥ法が望ましいが、その他、
ＦＺ（フローティング・ゾーン）法やフラックス法など
でもよい。
ば液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法で作製した（ＲＢ
ｉ）3 （ＦｅＭ）5 Ｏ12又は（ＲＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ
12（但しＲはイットリウムを含む希土類元素から選ばれ
た１種以上の元素、Ｍは鉄と置換できる１種以上の元
素）である。Ｍとしては、例えばＧａ，Ｉｎ，Ａｌなど
の元素がある。その他、ガーネット単結晶は、Ｙ3 Ｆｅ
5 Ｏ12でもよい。ガーネット単結晶の製造方法は、量産
性などの観点から上記ＬＰＥ法が望ましいが、その他、
ＦＺ（フローティング・ゾーン）法やフラックス法など
でもよい。
【００１２】本発明に係るファラデー回転角可変装置
は、偏波スクランブラや光アッテネータなどに適用でき
る。
は、偏波スクランブラや光アッテネータなどに適用でき
る。
【００１３】
【発明の背景】偏波スクランブラ及び光アッテネータに
おいて、特性に大きなばらつきが生じる原因を調べるた
め、ファラデー素子となるガーネット単結晶を作製し、
図４の（ａ）と図５の（ａ）の二種の測定系に組み込ん
で、ガーネット単結晶のファラデー回転角と電磁石の磁
界の関係を測定した。
おいて、特性に大きなばらつきが生じる原因を調べるた
め、ファラデー素子となるガーネット単結晶を作製し、
図４の（ａ）と図５の（ａ）の二種の測定系に組み込ん
で、ガーネット単結晶のファラデー回転角と電磁石の磁
界の関係を測定した。
【００１４】まずガーネット単結晶は次のように作製し
た。はじめに、ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −Ｂｉ2 Ｏ3 を融剤と
して、ＬＰＥ法により、格子定数が１２．４９６Å、組
成が（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12である直径
１インチ、厚み５００μｍの基板の（１１１）面上に、
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶（ＬＰＥ膜、組成Ｔ
ｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ1.35Ｆｅ4.05Ｇａ0.95Ｏ12、膜厚４５
０μｍ）を育成した。次に、得られたＬＰＥ膜を３mm角
に切断し、研磨により基板を除去した後に、大気中で１
１００℃、８時間熱処理した。熱処理していないＬＰＥ
膜は、成長誘導による一軸磁気異方性定数が大きいため
である。そして、再度研磨して、３mm×３mm×０．３２
４mmの正方板状に鏡面仕上げし、反射防止膜を蒸着し
た。最後に、１mm×１mm×０．３２４mmに切断した。Ｖ
ＳＭによりガーネット単結晶の飽和磁化４πＭs を測定
したところ１２０ガウスであったため、永久磁石による
固定磁界を１５０エルステッドにして、ガーネット単結
晶を飽和させるようにした。そして、光がガーネット単
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。
た。はじめに、ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −Ｂｉ2 Ｏ3 を融剤と
して、ＬＰＥ法により、格子定数が１２．４９６Å、組
成が（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12である直径
１インチ、厚み５００μｍの基板の（１１１）面上に、
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶（ＬＰＥ膜、組成Ｔ
ｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ1.35Ｆｅ4.05Ｇａ0.95Ｏ12、膜厚４５
０μｍ）を育成した。次に、得られたＬＰＥ膜を３mm角
に切断し、研磨により基板を除去した後に、大気中で１
１００℃、８時間熱処理した。熱処理していないＬＰＥ
膜は、成長誘導による一軸磁気異方性定数が大きいため
である。そして、再度研磨して、３mm×３mm×０．３２
４mmの正方板状に鏡面仕上げし、反射防止膜を蒸着し
た。最後に、１mm×１mm×０．３２４mmに切断した。Ｖ
ＳＭによりガーネット単結晶の飽和磁化４πＭs を測定
したところ１２０ガウスであったため、永久磁石による
固定磁界を１５０エルステッドにして、ガーネット単結
晶を飽和させるようにした。そして、光がガーネット単
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。
【００１５】図４の（ａ）に示す測定系は、基本的に偏
波フクランブラと同じである。光ファイバ３０から出射
した光はレンズ３２により平行光となり、偏光子３３、
ガーネット単結晶３４、検光子３５を通過し、レンズ３
６によって光ファイバ３８の入射端に集光する。ガーネ
ット単結晶３４には一対の永久磁石４２ａ，４２ｂによ
って光軸と垂直方向に飽和磁界が印加され、電磁石４０
により光軸に平行方向に磁界が印加されて、電磁石４０
へのコイル電流を変えることでそれらの合成磁界を変化
させる。偏光子３３と検光子３５を光路に挿入している
のは、ファラデー回転角を測定するためである。図５の
（ａ）に示す測定系は、基本的に光アッテネータと同じ
である。光ファイバ３０から出射した光はレンズ３２に
より平行光となり、偏光子３３、ガーネット単結晶３
４、検光子３５を通過し、レンズ３６によって光ファイ
バ３８の入射端に集光する。ガーネット単結晶３４には
一対の永久磁石４６ａ，４６ｂによって光軸に平行方向
に飽和磁界が印加され、電磁石４４により光軸と垂直方
向に磁界が印加されて、電磁石４４へのコイル電流を変
えることでそれらの合成磁界を変化させる。
波フクランブラと同じである。光ファイバ３０から出射
した光はレンズ３２により平行光となり、偏光子３３、
ガーネット単結晶３４、検光子３５を通過し、レンズ３
６によって光ファイバ３８の入射端に集光する。ガーネ
ット単結晶３４には一対の永久磁石４２ａ，４２ｂによ
って光軸と垂直方向に飽和磁界が印加され、電磁石４０
により光軸に平行方向に磁界が印加されて、電磁石４０
へのコイル電流を変えることでそれらの合成磁界を変化
させる。偏光子３３と検光子３５を光路に挿入している
のは、ファラデー回転角を測定するためである。図５の
（ａ）に示す測定系は、基本的に光アッテネータと同じ
である。光ファイバ３０から出射した光はレンズ３２に
より平行光となり、偏光子３３、ガーネット単結晶３
４、検光子３５を通過し、レンズ３６によって光ファイ
バ３８の入射端に集光する。ガーネット単結晶３４には
一対の永久磁石４６ａ，４６ｂによって光軸に平行方向
に飽和磁界が印加され、電磁石４４により光軸と垂直方
向に磁界が印加されて、電磁石４４へのコイル電流を変
えることでそれらの合成磁界を変化させる。
【００１６】それぞれの測定系でファラデー回転角を二
回測定した。一回目の測定が終了した後、測定系からガ
ーネット単結晶を一旦取り外し、再度測定系に組み込ん
で二回目の測定を行うという手順で行った。なお光源に
は波長１．５５μｍの半導体レーザを使用した。図４の
（ａ）の測定系による結果を図４の（ｂ）に、図５の
（ａ）の測定系による結果を図５の（ｂ）に示す。これ
らの図から、一回目と二回目の測定結果が異なっている
ことが分かる。つまり、ガーネット単結晶を磁気飽和さ
せた状態にしても、印加磁界に対するファラデー回転角
の再現性が得られないのである。
回測定した。一回目の測定が終了した後、測定系からガ
ーネット単結晶を一旦取り外し、再度測定系に組み込ん
で二回目の測定を行うという手順で行った。なお光源に
は波長１．５５μｍの半導体レーザを使用した。図４の
（ａ）の測定系による結果を図４の（ｂ）に、図５の
（ａ）の測定系による結果を図５の（ｂ）に示す。これ
らの図から、一回目と二回目の測定結果が異なっている
ことが分かる。つまり、ガーネット単結晶を磁気飽和さ
せた状態にしても、印加磁界に対するファラデー回転角
の再現性が得られないのである。
【００１７】この原因を追求するために、Ｘ線回折によ
ってガーネット単結晶の方位を調べたところ、図６の
（ａ）で示されるガーネット単結晶のＡ面〜Ｅ面は、そ
れぞれ図６の（ｂ）のステレオ投影図のＡ′面〜Ｅ′面
に相当することが分かった。そこで方位位置を固定して
からファラデー回転角を上記と同様の手順で二回測定し
た。まず、図４の（ａ）の測定系で、永久磁石Ｓ極の位
置にＢ面、永久磁石Ｎ極の位置にＤ面が向くようにガー
ネット単結晶を組み込み、Ａ面に垂直に光を入射した。
電磁石の磁界を可変すると、永久磁石との合成磁界ベク
トルはガーネット単結晶のステレオ投影図（図７）の経
路ａに沿うように、ガーネット単結晶に印加される。
ってガーネット単結晶の方位を調べたところ、図６の
（ａ）で示されるガーネット単結晶のＡ面〜Ｅ面は、そ
れぞれ図６の（ｂ）のステレオ投影図のＡ′面〜Ｅ′面
に相当することが分かった。そこで方位位置を固定して
からファラデー回転角を上記と同様の手順で二回測定し
た。まず、図４の（ａ）の測定系で、永久磁石Ｓ極の位
置にＢ面、永久磁石Ｎ極の位置にＤ面が向くようにガー
ネット単結晶を組み込み、Ａ面に垂直に光を入射した。
電磁石の磁界を可変すると、永久磁石との合成磁界ベク
トルはガーネット単結晶のステレオ投影図（図７）の経
路ａに沿うように、ガーネット単結晶に印加される。
【００１８】本来は、永久磁石の磁界によってガーネッ
ト単結晶の磁化は〈１１２〉方向を向いており、電磁石
の磁界により図７のステレオ投影図の紙面に垂直方向に
磁界を与えるから、合成磁界ベクトルは（１１２）面を
中心としたステレオ投影図により検討すべきである。と
ころが、この（１１２）面を中心としたステレオ投影図
による合成ベクトルの経路は図７の（１１１）面を中心
としたステレオ投影図による経路と等価となるので、合
成磁界ベクトルの経路は図７の経路ａで示す。測定結果
を図８に示す。図８より、二回の測定結果は一致してお
り、これより、ガーネット単結晶に印加する磁界の合成
ベクトルの経路を結晶方位に対して固定すれば、ファラ
デー回転角の再現性がよくなることが分かる。
ト単結晶の磁化は〈１１２〉方向を向いており、電磁石
の磁界により図７のステレオ投影図の紙面に垂直方向に
磁界を与えるから、合成磁界ベクトルは（１１２）面を
中心としたステレオ投影図により検討すべきである。と
ころが、この（１１２）面を中心としたステレオ投影図
による合成ベクトルの経路は図７の（１１１）面を中心
としたステレオ投影図による経路と等価となるので、合
成磁界ベクトルの経路は図７の経路ａで示す。測定結果
を図８に示す。図８より、二回の測定結果は一致してお
り、これより、ガーネット単結晶に印加する磁界の合成
ベクトルの経路を結晶方位に対して固定すれば、ファラ
デー回転角の再現性がよくなることが分かる。
【００１９】しかし、図８の外部磁界に対するファラデ
ー回転角の変化を示す特性線は、原点を通らない非対称
なものであり、直線性が悪い。そこで、この状態を基準
（０度）として、ガーネット単結晶をＡ面が光軸に対し
て垂直状態に保ったまま、入射側から見て反時計回りに
１０度送りで３６０度回転させて測定した。０〜１１０
度までの測定結果を図９及び図１０に示す。図９は印加
磁界の経路が図７のａ〜ｆの場合であり、図１０は印加
磁界の経路が図７のｇ〜ｌの場合である。１２０〜２３
０度及び２４０〜３５０度の測定結果は、０〜１１０度
までの測定結果と同じであったため、記載は省略する。
ー回転角の変化を示す特性線は、原点を通らない非対称
なものであり、直線性が悪い。そこで、この状態を基準
（０度）として、ガーネット単結晶をＡ面が光軸に対し
て垂直状態に保ったまま、入射側から見て反時計回りに
１０度送りで３６０度回転させて測定した。０〜１１０
度までの測定結果を図９及び図１０に示す。図９は印加
磁界の経路が図７のａ〜ｆの場合であり、図１０は印加
磁界の経路が図７のｇ〜ｌの場合である。１２０〜２３
０度及び２４０〜３５０度の測定結果は、０〜１１０度
までの測定結果と同じであったため、記載は省略する。
【００２０】これらの結果、ガーネット単結晶を３０度
及び９０度回転させた時、つまり印加磁界の経路がｄと
ｊの時は、外部磁界に対するファラデー回転角の変化の
対称性、直線性が良好である。それに対して、ガーネッ
ト単結晶を０度及び６０度回転させた時、つまり印加磁
界の経路がａとｇの時は、外部磁界に対するファラデー
回転角の変化の対称性、直線性が悪い。
及び９０度回転させた時、つまり印加磁界の経路がｄと
ｊの時は、外部磁界に対するファラデー回転角の変化の
対称性、直線性が良好である。それに対して、ガーネッ
ト単結晶を０度及び６０度回転させた時、つまり印加磁
界の経路がａとｇの時は、外部磁界に対するファラデー
回転角の変化の対称性、直線性が悪い。
【００２１】このような結果が生じる理由は、ガーネッ
ト単結晶の結晶磁気異方性に起因するものと考えられ
る。ガーネット単結晶は、本質的に（熱処理によっても
除去できない）結晶磁気異方性Ｋc を有しており、それ
によって〈１１１〉方向が磁化容易軸であり、〈１０
０〉方向が磁化困難軸となっている。対称性の最も悪い
経路ａ及びｇには、容易軸〈１１１〉が中心の〈１１
１〉以外に経路上にも存在する。また困難軸の〈１０
０〉もある。この容易軸、困難軸の存在がファラデー回
転角に悪影響を与え、対称性が悪くなっているものと考
えられる。これに対して対称性の良好な経路ｄ及びｊ上
には容易軸も困難軸も無いし、容易軸、困難軸から最も
離れている。そのため、容易軸、困難軸の影響がなく、
ファラデー回転角は外部磁界に依存して円滑に変化する
ため対称性が良いと考えられる。
ト単結晶の結晶磁気異方性に起因するものと考えられ
る。ガーネット単結晶は、本質的に（熱処理によっても
除去できない）結晶磁気異方性Ｋc を有しており、それ
によって〈１１１〉方向が磁化容易軸であり、〈１０
０〉方向が磁化困難軸となっている。対称性の最も悪い
経路ａ及びｇには、容易軸〈１１１〉が中心の〈１１
１〉以外に経路上にも存在する。また困難軸の〈１０
０〉もある。この容易軸、困難軸の存在がファラデー回
転角に悪影響を与え、対称性が悪くなっているものと考
えられる。これに対して対称性の良好な経路ｄ及びｊ上
には容易軸も困難軸も無いし、容易軸、困難軸から最も
離れている。そのため、容易軸、困難軸の影響がなく、
ファラデー回転角は外部磁界に依存して円滑に変化する
ため対称性が良いと考えられる。
【００２２】経路ａの測定では、電磁石による磁界がゼ
ロの時、外部からの印加磁界は光線と直交する永久磁石
の磁界のみである。従って、ガーネット単結晶の磁化は
光線に直交し、ファラデー回転角は０度になるはずであ
る。ところが実測値は５．３度である。ガーネット単結
晶の磁化が光線方向を向いているときは３１．５度（図
５の（ｂ）より）なので、磁化は、 θ＝ sin-1５．３／３１．５＝９．７（度） だけ直交方向から傾いていることになる。これは、図１
１に示すように、光線と直交方向から２０度の位置に
〈１１１〉方向（結晶磁気異方性の容易軸の方向）があ
るので、ガーネット単結晶の磁化は外部磁界と異方性磁
界の合成磁界ベクトル方向を向いていると考えられる。
これが、外部磁界に対するファラデー回転角の変化が原
点を通らず、対称性が悪い理由と考えられる。次に、図
１２は経路ａの測定結果をファラデー回転角の傾きで表
したものである。正方向磁界の１４０エルステッドで傾
きが最大になっているが、この点は印加磁界の合成ベク
トルが磁化困難軸の〈１００〉付近にあるときであり、
このように磁化困難軸付近を通過することがファラデー
回転角の直線性を悪くしている理由と考えられる。な
お、図１１は、説明を簡略化するために、電磁石の記載
を省略している。
ロの時、外部からの印加磁界は光線と直交する永久磁石
の磁界のみである。従って、ガーネット単結晶の磁化は
光線に直交し、ファラデー回転角は０度になるはずであ
る。ところが実測値は５．３度である。ガーネット単結
晶の磁化が光線方向を向いているときは３１．５度（図
５の（ｂ）より）なので、磁化は、 θ＝ sin-1５．３／３１．５＝９．７（度） だけ直交方向から傾いていることになる。これは、図１
１に示すように、光線と直交方向から２０度の位置に
〈１１１〉方向（結晶磁気異方性の容易軸の方向）があ
るので、ガーネット単結晶の磁化は外部磁界と異方性磁
界の合成磁界ベクトル方向を向いていると考えられる。
これが、外部磁界に対するファラデー回転角の変化が原
点を通らず、対称性が悪い理由と考えられる。次に、図
１２は経路ａの測定結果をファラデー回転角の傾きで表
したものである。正方向磁界の１４０エルステッドで傾
きが最大になっているが、この点は印加磁界の合成ベク
トルが磁化困難軸の〈１００〉付近にあるときであり、
このように磁化困難軸付近を通過することがファラデー
回転角の直線性を悪くしている理由と考えられる。な
お、図１１は、説明を簡略化するために、電磁石の記載
を省略している。
【００２３】
【実施例】図１３に本発明に係る偏波スクランブラの一
実施例を示しており、（ａ）は全体の構成図であり、
（ｂ）はファラデー素子の説明図である。図１３の
（ｂ）に示すように、ファラデー素子５４ａ，５４ｂ
は、磁化が光線と平行方向を向いたときにファラデー回
転角が３０±１度になるように作製したガーネット単結
晶７０を６個、方位を揃えて並べてファラデー回転角が
約１８０度となるようにしたものである。なお光線は各
ガーネット単結晶７０の（１１１）面に垂直に透過する
ように設定する。また各ガーネット単結晶７０は、分か
り易くするために互いに離して描いてあるが、実際には
ファラデー素子５４ａ，５４ｂは、それらを接着一体化
したものでよい。図１３の（ａ）に戻って、光ファイバ
５０から出射した光はレンズ５２により平行光となり、
ファラデー素子５４ａ、１／４波長板５５、ファラデー
素子５４ｂを通過し、レンズ５６によって光ファイバ５
８の入射端に集光する。ファラデー素子５４ａ，５４ｂ
には電磁石６０ａ，６０ｂにより光軸と平行方向に磁界
が印加され、更に永久磁石６２ａ，…，６２ｄによっ
て、光軸に垂直方向に磁界が印加される。永久磁石６２
ａ，…，６２ｄによって磁気飽和の状態とし、電磁石６
０ａ，６０ｂのコイルに供給する電流を変化させること
で、合成磁界を変化させ、透過光の偏波方向を連続的且
つ周期的に変える。
実施例を示しており、（ａ）は全体の構成図であり、
（ｂ）はファラデー素子の説明図である。図１３の
（ｂ）に示すように、ファラデー素子５４ａ，５４ｂ
は、磁化が光線と平行方向を向いたときにファラデー回
転角が３０±１度になるように作製したガーネット単結
晶７０を６個、方位を揃えて並べてファラデー回転角が
約１８０度となるようにしたものである。なお光線は各
ガーネット単結晶７０の（１１１）面に垂直に透過する
ように設定する。また各ガーネット単結晶７０は、分か
り易くするために互いに離して描いてあるが、実際には
ファラデー素子５４ａ，５４ｂは、それらを接着一体化
したものでよい。図１３の（ａ）に戻って、光ファイバ
５０から出射した光はレンズ５２により平行光となり、
ファラデー素子５４ａ、１／４波長板５５、ファラデー
素子５４ｂを通過し、レンズ５６によって光ファイバ５
８の入射端に集光する。ファラデー素子５４ａ，５４ｂ
には電磁石６０ａ，６０ｂにより光軸と平行方向に磁界
が印加され、更に永久磁石６２ａ，…，６２ｄによっ
て、光軸に垂直方向に磁界が印加される。永久磁石６２
ａ，…，６２ｄによって磁気飽和の状態とし、電磁石６
０ａ，６０ｂのコイルに供給する電流を変化させること
で、合成磁界を変化させ、透過光の偏波方向を連続的且
つ周期的に変える。
【００２４】ファラデー素子に印加する磁界の経路別
（経路ａ〜ｇ）に、上記のような構成の偏波スクランブ
ラを７台組み立て、それぞれＤＯＰを測定した。結果を
表１に示す。
（経路ａ〜ｇ）に、上記のような構成の偏波スクランブ
ラを７台組み立て、それぞれＤＯＰを測定した。結果を
表１に示す。
【表１】
【００２５】表１より、外部磁界の合成ベクトルの変位
経路が、ガーネット単結晶の（１１１）を中心としたス
テレオ投影図において、中心の（１１１）と、最外周円
上の（１１０）と等価な面から左右に１０度の位置を結
んだ線で囲まれた扇形の範囲に入っていれば、ＤＯＰが
１０％以下になり、偏波スクランブラとしての特性が良
好であることが分かる。組立精度を考慮した組み立ての
容易さとＤＯＰ低減効果とを勘案すると、外部磁界の合
成ベクトルの変位経路が、ガーネット単結晶の（１１
１）を中心としたステレオ投影図において、中心の（１
１１）と、最外周円上の（１１０）と等価な面から左右
に５度の位置を結んだ線で囲まれた扇形の範囲に入るよ
うにするのが特に好ましいと言える。
経路が、ガーネット単結晶の（１１１）を中心としたス
テレオ投影図において、中心の（１１１）と、最外周円
上の（１１０）と等価な面から左右に１０度の位置を結
んだ線で囲まれた扇形の範囲に入っていれば、ＤＯＰが
１０％以下になり、偏波スクランブラとしての特性が良
好であることが分かる。組立精度を考慮した組み立ての
容易さとＤＯＰ低減効果とを勘案すると、外部磁界の合
成ベクトルの変位経路が、ガーネット単結晶の（１１
１）を中心としたステレオ投影図において、中心の（１
１１）と、最外周円上の（１１０）と等価な面から左右
に５度の位置を結んだ線で囲まれた扇形の範囲に入るよ
うにするのが特に好ましいと言える。
【００２６】
【発明の効果】本発明は上記のように、ガーネット単結
晶は（１１１）面で研磨されていて、光線はその（１１
１）面に垂直なガーネット単結晶の〈１１１〉方向に透
過し、外部磁界の合成ベクトルの変位経路が、ガーネッ
ト単結晶の（１１１）面を中心としたステレオ投影図に
おける中心の（１１１）面と、最外周円上の（１１０）
面と等価な面から左右に１０度の位置を結んだ線で囲ま
れた範囲内となるように設定したことにより、外部印加
磁界に対するファラデー回転角の再現性が改善され、ま
た外部印加磁界の向きを反転させたときのファラデー回
転角の対称性も良好となる。
晶は（１１１）面で研磨されていて、光線はその（１１
１）面に垂直なガーネット単結晶の〈１１１〉方向に透
過し、外部磁界の合成ベクトルの変位経路が、ガーネッ
ト単結晶の（１１１）面を中心としたステレオ投影図に
おける中心の（１１１）面と、最外周円上の（１１０）
面と等価な面から左右に１０度の位置を結んだ線で囲ま
れた範囲内となるように設定したことにより、外部印加
磁界に対するファラデー回転角の再現性が改善され、ま
た外部印加磁界の向きを反転させたときのファラデー回
転角の対称性も良好となる。
【００２７】これにより、ガーネット単結晶に一方向以
上から可変磁界を印加してファラデー回転角を制御する
装置の特性のばらつきを抑えて、特性を向上させること
ができる。具体的には、偏波スクランブラや光アッテネ
ータの特性のばらつきを抑えることができ、更に偏波ス
クランブラにおいてはＤＯＰを小さくすることができ
る。
上から可変磁界を印加してファラデー回転角を制御する
装置の特性のばらつきを抑えて、特性を向上させること
ができる。具体的には、偏波スクランブラや光アッテネ
ータの特性のばらつきを抑えることができ、更に偏波ス
クランブラにおいてはＤＯＰを小さくすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明範囲を示す（１１１）面を中心としたス
テレオ投影図。
テレオ投影図。
【図２】偏波スクランブラの基本構成図。
【図３】光アッテネータの基本構成図。
【図４】偏波スクランブラに対応した測定系と測定結果
の説明図。
の説明図。
【図５】光アッテネータに対応した測定系と測定結果の
説明図。
説明図。
【図６】ガーネット単結晶の実際の面と（１１１）面を
中心としたステレオ投影図。
中心としたステレオ投影図。
【図７】外部磁界の変位ベクトルの経路と角度を示すス
テレオ投影図。
テレオ投影図。
【図８】その経路ａにおける外部磁界−ファラデー回転
角特性を示すグラフ。
角特性を示すグラフ。
【図９】経路ａ〜ｆにおける外部磁界−ファラデー回転
角特性を示すグラフ。
角特性を示すグラフ。
【図１０】経路ｇ〜ｌにおける外部磁界−ファラデー回
転角特性を示すグラフ。
転角特性を示すグラフ。
【図１１】ガーネット単結晶の結晶磁気異方性の影響を
示す説明図。
示す説明図。
【図１２】経路ａにおける外部磁界−ファラデー回転角
の変化率の関係を示すグラフ。
の変化率の関係を示すグラフ。
【図１３】偏波スクランブラの一実施例を示す説明図。
１０，１８ 光ファイバ
１２，１６ レンズ
１３ 偏光子
１４ ファラデー素子
１５ 検光子
２０ 電磁石
２２ａ，２２ｂ 永久磁石
２４ 電磁石
２６ａ，２６ｂ 永久磁石
─────────────────────────────────────────────────────
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
(56)参考文献 特開 昭56−168622（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−51255（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−130339（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−61772（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−78018（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−115221（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−61770（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−249095（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/09 505
G02B 27/28
Claims (7)
- 【請求項１】 ファラデー効果を有するガーネット単結
晶に二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透過
する光線のファラデー回転角を制御する装置において、 ガーネット単結晶は（１１１）面で研磨されていて、光
線はその（１１１）面に垂直なガーネット単結晶の〈１
１１〉方向に透過し、外部磁界の合成ベクトルの変位経
路が、ガーネット単結晶の（１１１）面を中心としたス
テレオ投影図における中心の（１１１）面と、最外周円
上の（１１０）面と等価な面から左右に１０度の位置を
結んだ線で囲まれた扇形範囲に入っていることを特徴と
するファラデー回転角可変装置。 - 【請求項２】 外部磁界の合成ベクトルの変位経路が、
ガーネット単結晶の（１１１）面を中心としたステレオ
投影図における中心の（１１１）面と、最外周円上の
（１１０）面と等価な面から左右に５度の位置を結んだ
線で囲まれた扇形範囲に入っている請求項１記載のファ
ラデー回転角可変装置。 - 【請求項３】 光線方向に対し平行方向と垂直方向の二
方向から外部磁界を印加する請求項１又は２記載のファ
ラデー回転角可変装置。 - 【請求項４】 光線方向に対し垂直方向の外部磁界の強
さを一定とし、平行方向の外部磁界の強さを可変する請
求項３記載のファラデー回転角可変装置。 - 【請求項５】 光線方向に対し平行方向の外部磁界の強
さを一定とし、垂直方向の外部磁界の強さを可変する請
求項３記載のファラデー回転角可変装置。 - 【請求項６】 ガーネット単結晶が、液相エピタキシャ
ル法で作製した（ＲＢｉ）3 （ＦｅＭ）5 Ｏ12又は（Ｒ
Ｂｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12（但しＲはイットリウムを含む希土
類元素から選ばれた１種以上の元素、Ｍは鉄と置換でき
る１種以上の元素）である請求項１乃至５のいずれかに
記載のファラデー回転角可変装置。 - 【請求項７】 ガーネット単結晶が、Ｙ3 Ｆｅ5 Ｏ12で
ある請求項１乃至５のいずれかに記載のファラデー回転
角可変装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24339497A JP3493119B2 (ja) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | ファラデー回転角可変装置 |
| US09/139,817 US6108120A (en) | 1997-08-25 | 1998-08-25 | Faraday rotation angle varying apparatus |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24339497A JP3493119B2 (ja) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | ファラデー回転角可変装置 |
| US09/139,817 US6108120A (en) | 1997-08-25 | 1998-08-25 | Faraday rotation angle varying apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1164808A JPH1164808A (ja) | 1999-03-05 |
| JP3493119B2 true JP3493119B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=26536232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24339497A Expired - Lifetime JP3493119B2 (ja) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | ファラデー回転角可変装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6108120A (ja) |
| JP (1) | JP3493119B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7336418B1 (en) | 2000-03-01 | 2008-02-26 | Fdk Corporation | Optical attenuator |
| JP2002116421A (ja) * | 2000-10-04 | 2002-04-19 | Fdk Corp | 旋光器及びそれを用いた光デバイス |
| JP2002162609A (ja) * | 2000-11-27 | 2002-06-07 | Ando Electric Co Ltd | 偏波スクランブラおよび分光器 |
| JP3718152B2 (ja) * | 2001-09-27 | 2005-11-16 | Ｆｄｋ株式会社 | 可変光アッテネータ |
| JP3771228B2 (ja) * | 2002-08-12 | 2006-04-26 | Ｔｄｋ株式会社 | 磁気光学光部品 |
| JP3812525B2 (ja) * | 2002-09-20 | 2006-08-23 | 株式会社村田製作所 | 光磁界センサ |
| CN202195882U (zh) * | 2011-08-12 | 2012-04-18 | 谭成忠 | 一种无可动机械部件的傅立叶变换光谱仪 |
| EP3625621A1 (en) * | 2017-05-15 | 2020-03-25 | Qioptiq Photonics GmbH & Co. KG | Glue free faraday isolator |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3495189A (en) * | 1966-04-18 | 1970-02-10 | Bell Telephone Labor Inc | Broadband magneto-optic garnet modulator |
| JPH0766044B2 (ja) * | 1985-06-29 | 1995-07-19 | 株式会社東芝 | 磁界センサ |
| DE69320398T2 (de) * | 1992-05-08 | 1999-05-06 | Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc., Tokio/Tokyo | Magnetooptischer Sensorkopf |
| JPH07104225A (ja) * | 1993-10-05 | 1995-04-21 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | ファラデー回転子 |
| US5657151A (en) * | 1993-12-09 | 1997-08-12 | Lucent Technologies Inc. | Polarization scrambler/modulator |
| US5566017A (en) * | 1994-08-04 | 1996-10-15 | Fdk Corporation | Material for magneto-optical element and faraday rotator using the same |
| US5739943A (en) * | 1995-08-24 | 1998-04-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Polarization control unit |
| JP3739471B2 (ja) * | 1996-03-01 | 2006-01-25 | 富士通株式会社 | 光可変減衰器 |
-
1997
- 1997-08-25 JP JP24339497A patent/JP3493119B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-08-25 US US09/139,817 patent/US6108120A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6108120A (en) | 2000-08-22 |
| JPH1164808A (ja) | 1999-03-05 |
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