JP4149248B2 - 光部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光アッテネータや光スイッチ、あるいは偏波面コントローラ等のように、ファラデー回転角を変化させて光の偏波面を制御する光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液相エピタキシャル法により育成されるＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜で作製されるファラデー回転子は、従来、光アイソレータに用いられるファラデー回転子として光通信システムに多く使用されている。近年、光アイソレータとは別の用途としてファラデー回転子を利用した磁気光学式の光アッテネータや光スイッチ、及び偏波面コントローラ等がＷＤＭ（光多重通信）システムに利用されるようになってきた。
【０００３】
光アイソレータに使用されるファラデー回転子は、外部磁界Ｈを印加したり、ファラデー回転子自体を永久磁石にしたりすることにより、光入射面にほぼ垂直な一方向に磁化の方向を揃えてファラデー回転を発生させる。
【０００４】
一方、ファラデー回転子を利用した光アッテネータなどの光部品では、ファラデー回転子の光入射面に対して斜め方向に変化させて外部磁界Ｈを印加して、ファラデー回転角を可逆的に変化させることにより光部品を動作させている。
【０００５】
その際、ファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓ又はそれを超える大きさ（強度）の外部磁界Ｈを印加することにより、ファラデー回転子の有する磁区構造に起因する光の回折損失を低減している。ファラデー回転子は液相エピタキシャル成長する際、成長方向に磁気的な異方性（成長誘導磁気異方性）が発生し、結晶の成長方向に容易に磁化し得る方位（磁化容易軸）ができる。このため、光入射面が結晶成長方向にほぼ直交し、且つ熱処理を施していないファラデー回転子の場合、光入射面に対して斜め方向の外部磁界Ｈを印加しても、磁気モーメントの方位は結晶の成長方向からほとんどずれない。
【０００６】
そこで、ファラデー回転子を１０００℃近くの高温で熱処理して、成長誘導磁気異方性を減少させる。すると、磁化容易軸は結晶成長と同一方向の＜１１１＞方位ではなく、形状磁気異方性の効果により成長面の面方向に近い方向にある別の＜１１１＞方位となる。図８に示すように、＜１１１＞方位は基板上に４方位ある。第１の方位は基板面に垂直な＜１１１＞方位αであり、残りの３方位＜１１１＞方位β１、β２、β３は基板面から約２０°の角度をなし、＜１１１＞方位αからみて方位β１−β２間、方位β２−β３間、方位β３−β１間の角度はそれぞれ１２０°になっている。成長誘導磁気異方性が減少すると磁気モーメントの方位は、円板状に成長するエピタキシャル膜の形状的な効果により、基板面に平行な方位を向き易くなる。そのため磁気モーメントの方位は、基板面に平行な方位に最も近い方位β１、β２、β３の３方位を向くことになる。これにより、飽和磁界Ｈｓを超える大きさの外部磁界Ｈの印加方向の変化に応じてファラデー回転子の磁気モーメントの方位を変化させることが可能になり、回転角が可変のファラデー回転子が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９は、ファラデー回転子に印加する外部磁界Ｈとファラデー回転角との関係を示すグラフである。横軸は外部磁界Ｈ（Ｏｅ）を表し、縦軸はファラデー回転角（ｄｅｇ．）を表している。曲線αは熱処理を施したファラデー回転子に外部磁界Ｈを印加した場合のファラデー回転角を示し、曲線βは、熱処理を施していないファラデー回転子に外部磁界Ｈを印加した場合のファラデー回転角を示している。横軸の値Ｈｓβは、熱処理を施していないファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓの大きさ（強度）を示している。横軸の値Ｈｓαは、熱処理を施したファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓの大きさを示している。なお図９の例示では、外部磁界Ｈはファラデー回転子を構成するガーネット単結晶の成長方向であって、光入射出方向に印加している。
【０００８】
成長誘導磁気異方性が小さいほど、外部磁界Ｈの方向の変化に合わせて、磁気モーメントの方位が動きやすくなる。高温で長時間の熱処理を行うほど原子の再配列が起こり、成長誘導磁気異方性はより減少する。しかし、同時に飽和磁界Ｈｓもより大きくなる。その結果、図９に示すように、成長誘導磁気異方性を熱処理により減少させたファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓαは、熱処理をしないファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓβよりかなり大きい値となる。
【０００９】
このためファラデー回転子を飽和させる外部磁界Ｈを発生させるための磁石（永久磁石又は電磁石）が大型化してしまう。また、ファラデー回転角を可変させるための合成磁界を構成する可変磁界を発生させる電磁石も大型化してしまい、そのためコイルに大きな電流を流す必要が生じ、当該ファラデー回転子及び磁気回路を搭載した光部品が大型化してしまうとともに製造コストが上昇してしまうという問題が生じる。熱処理が足りないと成長誘導磁気異方性が残り、外部磁界Ｈの方向を変化させても磁気モーメントの方位は動かず、十分にファラデー回転角が変化しない。
【００１０】
なお、本明細書では、ファラデー回転子にそれ以上磁界を印加してもファラデー回転角が増加しない最小の大きさの磁界を飽和磁界Ｈｓとしている。
【００１１】
本発明の目的は、小型で消費電力の小さな磁気回路を用いることができ、且つファラデー回転子の挿入損失を低く抑えることができる光部品を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ガーネット単結晶で形成されたファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓより小さい外部磁界Ｈを前記ファラデー回転子に印加する磁気回路とを有することを特徴とする光部品によって達成される。
【００１３】
上記本発明の光部品において、前記ガーネット単結晶は、ＢｉaＡ3-aＦｅ5-xＭxＯ12（ここで、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｃａの一種類以上の元素であり、ａは、０．６≦ａ≦２．０を満足する。Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔの一種類以上の元素であり、ｘは、０≦ｘ≦１．５を満足する。）で表されることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明の光部品において、前記ガーネット単結晶は、ＢｉbＡcＢ3-b-cＦｅ5-xＭxＯ12（ここで、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｃａの一種類以上の元素、ＢはＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙの一種類以上の元素であり、ｂ及びｃは、０．６≦ｂ≦２．０、０．６＜ｂ＋ｃ≦３．０を満足する。Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔの一種類以上の元素であり、ｘは、０≦ｘ≦１．５を満足する。）で表されることを特徴とする。
【００１５】
上記本発明の光部品において、前記磁気回路は、前記外部磁界Ｈの大きさを｜Ｈ｜とし、前期飽和磁界Ｈｓの大きさを｜Ｈｓ｜として、０．４×｜Ｈｓ｜＜｜Ｈ｜＜｜Ｈｓ｜の範囲で前記外部磁界Ｈを印加することを特徴とする。
【００１６】
上記本発明の光部品において、前記磁気回路は、前記ファラデー回転子の光入射面に対して斜めに前記外部磁界Ｈを印加することを特徴とする。
【００１７】
上記本発明の光部品において、前記磁気回路は、複数の磁界の合成磁界として前記外部磁界Ｈを前記ファラデー回転子に印加させることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による光部品について図１乃至図７を用いて説明する。まず、本実施の形態による光部品の動作原理について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、磁気モーメントの方向と外部磁界Ｈの大きさ（強度）の関係を説明する図である。図２は、磁気モーメントの方向と回折光による光損失の関係を説明する図である。図１及び図２は、熱処理を行っていないファラデー回転子１を示している。また、ファラデー回転子１の光入射面は、ガーネット単結晶の結晶成長方向にほぼ直交している。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、熱処理を行っていないファラデー回転子１を構成するガーネット単結晶は、結晶成長方向に磁化容易軸があるため、磁界無印加状態でのファラデー回転子１内の磁気モーメント２は、一部が磁化容易軸の一方向を向き、それ以外は逆方向を向いて、異なる磁区構造が形成されている。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、ファラデー回転子１に飽和磁界Ｈｓより大きな外部磁界Ｈを印加すると磁気モーメント２は全域で一方向を向き、磁区の構造は一様なものとなる。この状態のファラデー回転子１に対し、例えば光通信で使用されている波長１５５０ｎｍの光Ｉｉを入射させても、磁区の構造に起因する光損失（挿入損失）は発生しない。ところが、飽和磁界Ｈｓより小さな外部磁界Ｈを印加すると、図２に示すように、磁気モーメント２の一部は印加磁界の方向を向き、その他の部分は逆方向を向いて、異なる磁区構造を持つことになる。図３は、熱処理をしていないファラデー回転子１の磁区構造を示す顕微鏡写真である。図３に示すように、ファラデー回転子１の磁区構造は回折格子状になっている。磁界無印加状態で直線偏光の光をファラデー回転子１に入射させ、出力光を偏光子を通して観察した。倍率は５０倍である。この状態のファラデー回転子１に特定の偏波面を持つ光Ｉｉを入射させると、磁気モーメント２が正方向と逆方向の領域で異なる偏波面を持つ光となる。そのため、図２に示すように、光の回折が生じて回折光Ｉｒが散乱光として出力されてしまい出力光Ｉｏが減少して光損失が発生する。
【００２１】
図４は、熱処理を施したファラデー回転子１の磁気モーメントの方向と外部磁界Ｈの大きさ（強度）の関係を説明する図である。なお、ファラデー回転子１の光入射面は、ガーネット単結晶の結晶成長方向にほぼ直交している。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、熱処理を行ったファラデー回転子１を構成するガーネット単結晶は、磁化容易軸が結晶成長と同一方向の＜１１１＞方位から、成長面の面方向に近い方向にある別の＜１１１＞方位に変化しているものの、磁界無印加状態でのファラデー回転子１内の磁気モーメント２は、一部が磁化容易軸の一方向を向き、それ以外は逆方向を向いて、異なる磁区構造が形成されている。
【００２３】
図４（ｃ）に示すように、熱処理を行ったファラデー回転子１に飽和磁界Ｈｓより大きな外部磁界Ｈを印加した場合は、熱処理を行わないファラデー回転子の場合と同様に磁気モーメント２は一方向を向き、磁区の構造は一様なものとなり、光損失は発生しない。
【００２４】
これに対し、図４（ｂ）に示すように、熱処理を行ったファラデー回転子１に飽和磁界Ｈｓより所定量だけ小さな外部磁界Ｈを印加する場合、成長誘導磁気異方性が失われているため、磁気モーメント２は外部磁界Ｈの方向に近い方向に一様に向き、ファラデー回転子１には明確な磁区構造が生じない。そのため飽和磁界Ｈｓより小さな外部磁界Ｈを印加しても、光の回折はわずかしか起きず、光損失はほとんど発生しない。但し、熱処理を行ったファラデー回転子１でも、外部磁界Ｈが所定値より小さくなると磁区の構造が明確になり、回折による光損失が発生する。
【００２５】
図９を用いて説明したとおり、熱処理によりファラデー回転子の成長誘導磁気異方性を除くと飽和磁界Ｈｓの大きさは大きくなるが、上述のように、飽和磁界Ｈｓより所定量小さな外部磁界Ｈを印加しても、光損失はデバイスの特性上問題になるほど大きな値とはならない。このように、飽和磁界Ｈｓより小さな外部磁界Ｈを印加してファラデー回転角を制御すると、磁界を発生させるための磁気回路が小型になり、電磁石の消費電流も少なくすることが可能となる。その結果、ファラデー回転子と磁気回路を用いた光部品の小型化、低消費電力化が可能となる。
【００２６】
図５は、熱処理を施したファラデー回転子１に印加する外部磁界Ｈとファラデー回転角との関係を示すグラフであり、図９に示した曲線αと同一の曲線を示している。横軸は外部磁界Ｈ（Ｏｅ）を表し、縦軸はファラデー回転角（ｄｅｇ．）を表している。横軸の値Ｈｓは、熱処理を施したファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓの大きさを示している。また、横軸の値０．４×Ｈｓは、飽和磁界Ｈｓのほぼ４割の大きさを示している。なお図５では、ファラデー回転子を構成するガーネット単結晶の成長方向であって、光入射出方向に外部磁界Ｈを印加している。
【００２７】
実験の結果、図５に示すように、熱処理を行ったファラデー回転子１の飽和磁界Ｈｓのほぼ４割の強度より外部磁界Ｈが弱くなるとファラデー回転子１内の磁区構造が明確になり、回折による光損失が増えてくるので光部品としての特性上問題となってくる。従って、光入射方向に外部磁界Ｈを印加したときの飽和磁界Ｈｓの大きさを｜Ｈｓ｜、外部磁界Ｈの大きさを｜Ｈ｜とすると、｜Ｈ｜は｜Ｈｓ｜未満で、かつ｜Ｈｓ｜の４割以上の磁界強度とすることが好ましい。すなわち、図５の両矢印ｄで示す範囲で外部磁界Ｈの大きさ｜Ｈ｜を用いるのが好ましい。熱処理をしたファラデー回転子１に光の入射方向に飽和磁界Ｈｓの４割の強度の外部磁界Ｈを印加すると、磁気モーメント２はほぼ磁界方向を向き、ファラデー回転角は飽和磁界Ｈｓを印加した回転角の約９割の値に達する。そのような条件では、明確な磁区構造はできず、光損失も大きくならない。
【００２８】
ファラデー回転子１を構成するガーネット単結晶は、ＢｉaＡ3-aＦｅ5-xＭxＯ12（ここで、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｃａの一種類以上の元素であり、ａは、０．６≦ａ≦２．０を満足する。Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔの一種類以上の元素であり、ｘは、０≦ｘ≦１．５を満足する。）で表される。
【００２９】
あるいは、ファラデー回転子１を構成するガーネット単結晶は、ＢｉbＡcＢ3-b-cＦｅ5-xＭxＯ12（ここで、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｃａの一種類以上の元素、ＢはＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙの一種類以上の元素であり、ｂ及びｃは、０．６≦ｂ≦２．０、０．６＜ｂ＋ｃ≦３．０を満足する。Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔの一種類以上の元素であり、ｘは、０≦ｘ≦１．５を満足する。）で表される。
【００３０】
磁性ガーネットの希土類の主組成にＧｄ、ＴｂやＤｙを使用すると、飽和磁界Ｈｓを小さくすることができ、磁気回路の小型化や消費電力の低減に有効である。そして、その効果は、化学式において０＜３−ｂ−ｃ≦２．４の量とすると特に有効となる。
【００３１】
Ｂｉ量は化学式で０．６以下になるとファラデー回転係数（回転角／回転子厚さ）が小さくなり、所定のファラデー回転角を得るためにファラデー回転子の厚さが厚くなり、単結晶膜の育成が困難になる。またＢｉ量が化学式で２．０以上になると、単結晶膜のエピタキシャル成長時に育成条件が不安定になり、良好な品質の単結晶膜が得られなくなる。従って、Ｂｉ量は上記化学式において０．６≦ａ≦２．０、あるいは、０．６≦ｂ≦２．０の範囲が好ましい。
【００３２】
ＭはＦｅを置換し得る元素であるが、それらの元素を添加することはファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓを小さくするのに有効である。しかし、これらの元素を化学式で１．５以上Ｆｅと置換すると磁性ガーネットのキュリー点が動作温度（例えば、室温（約２５℃））以下まで低下して、ファラデー回転子として機能しなくなる。従って、Ｍの量は０≦ｘ≦１．５が好ましい。
【００３３】
以上まとめると、磁気モーメント２の方向が可変し得るファラデー回転子１に光を入力し、ファラデー回転子１に印加する外部磁界Ｈの方位や強度を変えると、それに合わせて光の偏光面の受けるファラデー回転角が変化し、回転角可変型ファラデー回転子１を構成することができる。そのようなファラデー回転子１及び磁気回路において、ファラデー回転子１の飽和磁界Ｈｓを｜Ｈｓ｜とすると、０．４×｜Ｈｓ｜＜｜Ｈ｜＜｜Ｈｓ｜の関係を満たす外部磁界Ｈをファラデー回転子１に印加することにより、小型で消費電力の小さな磁気回路を構成することができ、同時にファラデー回転子１の光損失を低く抑えることも可能となる。このような効果は、２つの磁界を合成した磁界ではなく単一の磁界を光の進行方向とは異なる方位に加えた場合でも有効である。
【００３４】
以下、具体的実施例を用いて説明する。
〔実施例〕
組成がＢｉ1.2Ｇｄ1.2Ｙｂ0.5Ｐｂ0.05Ｆｅ4.15Ｇａ0.8Ｐｔ0.01Ｇｅ0.04Ｏ12となる磁性ガーネット単結晶膜を液相エピタキシャル法により育成し、加工して板状の磁性ガーネット単結晶を作製した。作製した単結晶板の基板面に対して垂直な方向に大きさを変化させながら外部磁界Ｈを印加してファラデー回転角を測定した。外部磁界Ｈを印加してもファラデー回転角が増加しない最小の外部磁界Ｈを飽和磁界Ｈｓとして、飽和磁界Ｈｓを室温で測定したところ｜Ｈｓ｜＝１１０Ｏｅであった。
【００３５】
この単結晶基板を１１００℃で３０時間熱処理し、同様な方法で飽和磁界Ｈｓを室温で測定したところ、図５に示すように、｜Ｈｓ｜＝２４０Ｏｅであった。熱処理の終了したガーネット単結晶をさらに加工し、光の入射面と射出面に反射防止膜（ＡＲコート層）を蒸着し、ファラデー回転子１とした。作製したファラデー回転子１に飽和磁界Ｈｓの大きさ｜Ｈｓ｜＝２４０Ｏｅの外部磁界Ｈを光の入射出方向に印加して、光の挿入損失を評価したところ、挿入損失が０．０３ｄＢでファラデー回転角は３０ｄｅｇ．（度）が得られた（図５参照）。印加する外部磁界Ｈの強度を１５０Ｏｅとして、同様に挿入損失を測定し、挿入損失が０．０５ｄＢで、ファラデー回転角は２９．８ｄｅｇ．が得られた（図５参照）。さらに印加する外部磁界Ｈの強度を９６Ｏｅとして、同様に挿入損失を測定し、挿入損失が０．２０ｄＢで、ファラデー回転角は２７．２ｄｅｇ．の値が得られた（図５参照）。この程度の挿入損失までは光部品の動作上問題はない。
【００３６】
図６は、本実施例に係る光部品の概略構成を示している。また、図７は、図６に示す光部品によるファラデー回転角の可変動作を示している。図６において、光部品１０は、ファラデー回転子１と磁気回路とを備えている。磁気回路は、永久磁石１２と電磁石１４とを有している。ファラデー回転子１の入射光Ｉｉの入射側と射出光Ｉｏの射出側に一組の永久磁石１２が磁極を揃えて配置されている。これら永久磁石１２により図７（ａ）に示すように、光の入射出方向に固定磁界Ｈ１が印加される。また、ファラデー回転子１に対して固定磁界Ｈ１の方向とほぼ直交する方向に可変磁界Ｈ２を印加する電磁石１４が配置されている。可変磁界Ｈ２の強度は電磁石１４のコイル（不図示）に流す電流を変化させることにより制御できる。
【００３７】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、外部磁界Ｈは、固定磁界Ｈ１と可変磁界Ｈ２との合成磁界で与えられる。可変磁界Ｈ２の大きさを変えることにより、外部磁界Ｈの方向を変化させてファラデー回転子１の光入射出方向の磁化の強さを変化させることができる。
【００３８】
光部品１０におけるファラデー回転子１のファラデー回転角を評価した。光の入射出方向の磁界（固定磁界Ｈ１）の強さを飽和磁界Ｈｓに等しい２４０Ｏｅとして（図７（ａ）参照）、ファラデー回転角が１５ｄｅｇ、すなわち回転角の減少量が１５ｄｅｇとなるように電磁石１４により発生する可変磁界Ｈ２の強度を調節した（図７（ｂ）参照）。磁界強度の調節時に電磁石１４のコイルに流した電流は１００ｍＡであった。
【００３９】
それに対し、光の入射出方向の固定磁界Ｈ１の強さを１５０Ｏｅとして（図７（ａ）参照）、ファラデー回転角が１４．８ｄｅｇ、すなわち回転角の減少量がほぼ１５ｄｅｇとなるように電磁石１４により発生する可変磁界Ｈ２の強度を調節した（図７（ｂ）参照）。磁界強度の調節時に電磁石１４のコイルに流した電流は６３ｍＡであった。
【００４０】
さらに、光の入射出方向の固定磁界Ｈ１の強さを飽和磁界Ｈｓの０．４倍の９６Ｏｅとして（図７（ａ）参照）、ファラデー回転角が１３．２ｄｅｇ、すなわち回転角の減少量が１５ｄｅｇに近くなるように電磁石１４により発生する可変磁界Ｈ２の強度を調節した（図７（ｂ）参照）。磁界強度の調節時に電磁石１４のコイルに流した電流は４１ｍＡであった。
【００４１】
以上説明したように本実施例の光部品１０は、ガーネット単結晶で形成されたファラデー回転子１と、ファラデー回転子１の飽和磁界Ｈｓより小さい外部磁界Ｈをファラデー回転子１に印加する磁気回路とを有している。この構成において、ファラデー回転子１に印加する外部磁界Ｈの方位や強度を変えて磁気モーメント２の方向を変化させることによりファラデー回転角を変化させることができる。
【００４２】
本実施例による光部品１０のファラデー回転子１及び磁気回路において、ファラデー回転子１の光入射方向に磁界を印加した際の飽和磁界Ｈｓの大きさを｜Ｈｓ｜とすると、０．４×｜Ｈｓ｜＜｜Ｈ｜＜｜Ｈｓ｜の関係を満たす大きさ｜Ｈ｜の外部磁界Ｈをファラデー回転子１に印加することにより、小型で消費電力の小さな磁気回路を構成することができ、同時にファラデー回転子１の光損失を低く抑えることも可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、光部品の磁気回路を小型で消費電力の小さなものを用いることができる。また、ファラデー回転子の挿入損失を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による光部品の動作原理の説明であって、磁気モーメントの方向と外部磁界Ｈの大きさ（強度）の関係を説明する図である。
【図２】本発明の一実施の形態による光部品の動作原理の説明であって、磁気モーメントの方向と回折光による光損失の関係を説明する図である。
【図３】熱処理を施していないファラデー回転子の磁区構造を示す図である。
【図４】熱処理を施したファラデー回転子１の磁気モーメントの方向と外部磁界Ｈの大きさ（強度）の関係を説明する図である。
【図５】熱処理を施したファラデー回転子１に印加する外部磁界Ｈとファラデー回転角との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施の形態による実施例に係る光部品の概略構成を示す図である。
【図７】図６に示す光部品によるファラデー回転角の変更動作を示す図である。
【図８】磁化容易軸が結晶成長と同一方向の＜１１１＞方位ではなく成長面の面方向に近い方向にある別の＜１１１＞方位となることを説明する図である。
【図９】ファラデー回転子に印加する外部磁界Ｈとファラデー回転角との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ファラデー回転子
２ 磁気モーメント
１０ 光部品
１２ 永久磁石
１４ 電磁石
Ｈ 外部磁界
Ｈｓ 飽和磁界
Ｈ１ 固定磁界
Ｈ２ 可変磁界
Ｉｉ 入力（入射）光
Ｉｏ 出力（射出）光
Ｉｒ 回折光
【発明の属する技術分野】
本発明は、光アッテネータや光スイッチ、あるいは偏波面コントローラ等のように、ファラデー回転角を変化させて光の偏波面を制御する光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液相エピタキシャル法により育成されるＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜で作製されるファラデー回転子は、従来、光アイソレータに用いられるファラデー回転子として光通信システムに多く使用されている。近年、光アイソレータとは別の用途としてファラデー回転子を利用した磁気光学式の光アッテネータや光スイッチ、及び偏波面コントローラ等がＷＤＭ（光多重通信）システムに利用されるようになってきた。
【０００３】
光アイソレータに使用されるファラデー回転子は、外部磁界Ｈを印加したり、ファラデー回転子自体を永久磁石にしたりすることにより、光入射面にほぼ垂直な一方向に磁化の方向を揃えてファラデー回転を発生させる。
【０００４】
一方、ファラデー回転子を利用した光アッテネータなどの光部品では、ファラデー回転子の光入射面に対して斜め方向に変化させて外部磁界Ｈを印加して、ファラデー回転角を可逆的に変化させることにより光部品を動作させている。
【０００５】
その際、ファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓ又はそれを超える大きさ（強度）の外部磁界Ｈを印加することにより、ファラデー回転子の有する磁区構造に起因する光の回折損失を低減している。ファラデー回転子は液相エピタキシャル成長する際、成長方向に磁気的な異方性（成長誘導磁気異方性）が発生し、結晶の成長方向に容易に磁化し得る方位（磁化容易軸）ができる。このため、光入射面が結晶成長方向にほぼ直交し、且つ熱処理を施していないファラデー回転子の場合、光入射面に対して斜め方向の外部磁界Ｈを印加しても、磁気モーメントの方位は結晶の成長方向からほとんどずれない。
【０００６】
そこで、ファラデー回転子を１０００℃近くの高温で熱処理して、成長誘導磁気異方性を減少させる。すると、磁化容易軸は結晶成長と同一方向の＜１１１＞方位ではなく、形状磁気異方性の効果により成長面の面方向に近い方向にある別の＜１１１＞方位となる。図８に示すように、＜１１１＞方位は基板上に４方位ある。第１の方位は基板面に垂直な＜１１１＞方位αであり、残りの３方位＜１１１＞方位β１、β２、β３は基板面から約２０°の角度をなし、＜１１１＞方位αからみて方位β１−β２間、方位β２−β３間、方位β３−β１間の角度はそれぞれ１２０°になっている。成長誘導磁気異方性が減少すると磁気モーメントの方位は、円板状に成長するエピタキシャル膜の形状的な効果により、基板面に平行な方位を向き易くなる。そのため磁気モーメントの方位は、基板面に平行な方位に最も近い方位β１、β２、β３の３方位を向くことになる。これにより、飽和磁界Ｈｓを超える大きさの外部磁界Ｈの印加方向の変化に応じてファラデー回転子の磁気モーメントの方位を変化させることが可能になり、回転角が可変のファラデー回転子が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９は、ファラデー回転子に印加する外部磁界Ｈとファラデー回転角との関係を示すグラフである。横軸は外部磁界Ｈ（Ｏｅ）を表し、縦軸はファラデー回転角（ｄｅｇ．）を表している。曲線αは熱処理を施したファラデー回転子に外部磁界Ｈを印加した場合のファラデー回転角を示し、曲線βは、熱処理を施していないファラデー回転子に外部磁界Ｈを印加した場合のファラデー回転角を示している。横軸の値Ｈｓβは、熱処理を施していないファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓの大きさ（強度）を示している。横軸の値Ｈｓαは、熱処理を施したファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓの大きさを示している。なお図９の例示では、外部磁界Ｈはファラデー回転子を構成するガーネット単結晶の成長方向であって、光入射出方向に印加している。
【０００８】
成長誘導磁気異方性が小さいほど、外部磁界Ｈの方向の変化に合わせて、磁気モーメントの方位が動きやすくなる。高温で長時間の熱処理を行うほど原子の再配列が起こり、成長誘導磁気異方性はより減少する。しかし、同時に飽和磁界Ｈｓもより大きくなる。その結果、図９に示すように、成長誘導磁気異方性を熱処理により減少させたファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓαは、熱処理をしないファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓβよりかなり大きい値となる。
【０００９】
このためファラデー回転子を飽和させる外部磁界Ｈを発生させるための磁石（永久磁石又は電磁石）が大型化してしまう。また、ファラデー回転角を可変させるための合成磁界を構成する可変磁界を発生させる電磁石も大型化してしまい、そのためコイルに大きな電流を流す必要が生じ、当該ファラデー回転子及び磁気回路を搭載した光部品が大型化してしまうとともに製造コストが上昇してしまうという問題が生じる。熱処理が足りないと成長誘導磁気異方性が残り、外部磁界Ｈの方向を変化させても磁気モーメントの方位は動かず、十分にファラデー回転角が変化しない。
【００１０】
なお、本明細書では、ファラデー回転子にそれ以上磁界を印加してもファラデー回転角が増加しない最小の大きさの磁界を飽和磁界Ｈｓとしている。
【００１１】
本発明の目的は、小型で消費電力の小さな磁気回路を用いることができ、且つファラデー回転子の挿入損失を低く抑えることができる光部品を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ガーネット単結晶で形成されたファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓより小さい外部磁界Ｈを前記ファラデー回転子に印加する磁気回路とを有することを特徴とする光部品によって達成される。
【００１３】
上記本発明の光部品において、前記ガーネット単結晶は、ＢｉaＡ3-aＦｅ5-xＭxＯ12（ここで、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｃａの一種類以上の元素であり、ａは、０．６≦ａ≦２．０を満足する。Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔの一種類以上の元素であり、ｘは、０≦ｘ≦１．５を満足する。）で表されることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明の光部品において、前記ガーネット単結晶は、ＢｉbＡcＢ3-b-cＦｅ5-xＭxＯ12（ここで、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｃａの一種類以上の元素、ＢはＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙの一種類以上の元素であり、ｂ及びｃは、０．６≦ｂ≦２．０、０．６＜ｂ＋ｃ≦３．０を満足する。Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔの一種類以上の元素であり、ｘは、０≦ｘ≦１．５を満足する。）で表されることを特徴とする。
【００１５】
上記本発明の光部品において、前記磁気回路は、前記外部磁界Ｈの大きさを｜Ｈ｜とし、前期飽和磁界Ｈｓの大きさを｜Ｈｓ｜として、０．４×｜Ｈｓ｜＜｜Ｈ｜＜｜Ｈｓ｜の範囲で前記外部磁界Ｈを印加することを特徴とする。
【００１６】
上記本発明の光部品において、前記磁気回路は、前記ファラデー回転子の光入射面に対して斜めに前記外部磁界Ｈを印加することを特徴とする。
【００１７】
上記本発明の光部品において、前記磁気回路は、複数の磁界の合成磁界として前記外部磁界Ｈを前記ファラデー回転子に印加させることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による光部品について図１乃至図７を用いて説明する。まず、本実施の形態による光部品の動作原理について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、磁気モーメントの方向と外部磁界Ｈの大きさ（強度）の関係を説明する図である。図２は、磁気モーメントの方向と回折光による光損失の関係を説明する図である。図１及び図２は、熱処理を行っていないファラデー回転子１を示している。また、ファラデー回転子１の光入射面は、ガーネット単結晶の結晶成長方向にほぼ直交している。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、熱処理を行っていないファラデー回転子１を構成するガーネット単結晶は、結晶成長方向に磁化容易軸があるため、磁界無印加状態でのファラデー回転子１内の磁気モーメント２は、一部が磁化容易軸の一方向を向き、それ以外は逆方向を向いて、異なる磁区構造が形成されている。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、ファラデー回転子１に飽和磁界Ｈｓより大きな外部磁界Ｈを印加すると磁気モーメント２は全域で一方向を向き、磁区の構造は一様なものとなる。この状態のファラデー回転子１に対し、例えば光通信で使用されている波長１５５０ｎｍの光Ｉｉを入射させても、磁区の構造に起因する光損失（挿入損失）は発生しない。ところが、飽和磁界Ｈｓより小さな外部磁界Ｈを印加すると、図２に示すように、磁気モーメント２の一部は印加磁界の方向を向き、その他の部分は逆方向を向いて、異なる磁区構造を持つことになる。図３は、熱処理をしていないファラデー回転子１の磁区構造を示す顕微鏡写真である。図３に示すように、ファラデー回転子１の磁区構造は回折格子状になっている。磁界無印加状態で直線偏光の光をファラデー回転子１に入射させ、出力光を偏光子を通して観察した。倍率は５０倍である。この状態のファラデー回転子１に特定の偏波面を持つ光Ｉｉを入射させると、磁気モーメント２が正方向と逆方向の領域で異なる偏波面を持つ光となる。そのため、図２に示すように、光の回折が生じて回折光Ｉｒが散乱光として出力されてしまい出力光Ｉｏが減少して光損失が発生する。
【００２１】
図４は、熱処理を施したファラデー回転子１の磁気モーメントの方向と外部磁界Ｈの大きさ（強度）の関係を説明する図である。なお、ファラデー回転子１の光入射面は、ガーネット単結晶の結晶成長方向にほぼ直交している。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、熱処理を行ったファラデー回転子１を構成するガーネット単結晶は、磁化容易軸が結晶成長と同一方向の＜１１１＞方位から、成長面の面方向に近い方向にある別の＜１１１＞方位に変化しているものの、磁界無印加状態でのファラデー回転子１内の磁気モーメント２は、一部が磁化容易軸の一方向を向き、それ以外は逆方向を向いて、異なる磁区構造が形成されている。
【００２３】
図４（ｃ）に示すように、熱処理を行ったファラデー回転子１に飽和磁界Ｈｓより大きな外部磁界Ｈを印加した場合は、熱処理を行わないファラデー回転子の場合と同様に磁気モーメント２は一方向を向き、磁区の構造は一様なものとなり、光損失は発生しない。
【００２４】
これに対し、図４（ｂ）に示すように、熱処理を行ったファラデー回転子１に飽和磁界Ｈｓより所定量だけ小さな外部磁界Ｈを印加する場合、成長誘導磁気異方性が失われているため、磁気モーメント２は外部磁界Ｈの方向に近い方向に一様に向き、ファラデー回転子１には明確な磁区構造が生じない。そのため飽和磁界Ｈｓより小さな外部磁界Ｈを印加しても、光の回折はわずかしか起きず、光損失はほとんど発生しない。但し、熱処理を行ったファラデー回転子１でも、外部磁界Ｈが所定値より小さくなると磁区の構造が明確になり、回折による光損失が発生する。
【００２５】
図９を用いて説明したとおり、熱処理によりファラデー回転子の成長誘導磁気異方性を除くと飽和磁界Ｈｓの大きさは大きくなるが、上述のように、飽和磁界Ｈｓより所定量小さな外部磁界Ｈを印加しても、光損失はデバイスの特性上問題になるほど大きな値とはならない。このように、飽和磁界Ｈｓより小さな外部磁界Ｈを印加してファラデー回転角を制御すると、磁界を発生させるための磁気回路が小型になり、電磁石の消費電流も少なくすることが可能となる。その結果、ファラデー回転子と磁気回路を用いた光部品の小型化、低消費電力化が可能となる。
【００２６】
図５は、熱処理を施したファラデー回転子１に印加する外部磁界Ｈとファラデー回転角との関係を示すグラフであり、図９に示した曲線αと同一の曲線を示している。横軸は外部磁界Ｈ（Ｏｅ）を表し、縦軸はファラデー回転角（ｄｅｇ．）を表している。横軸の値Ｈｓは、熱処理を施したファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓの大きさを示している。また、横軸の値０．４×Ｈｓは、飽和磁界Ｈｓのほぼ４割の大きさを示している。なお図５では、ファラデー回転子を構成するガーネット単結晶の成長方向であって、光入射出方向に外部磁界Ｈを印加している。
【００２７】
実験の結果、図５に示すように、熱処理を行ったファラデー回転子１の飽和磁界Ｈｓのほぼ４割の強度より外部磁界Ｈが弱くなるとファラデー回転子１内の磁区構造が明確になり、回折による光損失が増えてくるので光部品としての特性上問題となってくる。従って、光入射方向に外部磁界Ｈを印加したときの飽和磁界Ｈｓの大きさを｜Ｈｓ｜、外部磁界Ｈの大きさを｜Ｈ｜とすると、｜Ｈ｜は｜Ｈｓ｜未満で、かつ｜Ｈｓ｜の４割以上の磁界強度とすることが好ましい。すなわち、図５の両矢印ｄで示す範囲で外部磁界Ｈの大きさ｜Ｈ｜を用いるのが好ましい。熱処理をしたファラデー回転子１に光の入射方向に飽和磁界Ｈｓの４割の強度の外部磁界Ｈを印加すると、磁気モーメント２はほぼ磁界方向を向き、ファラデー回転角は飽和磁界Ｈｓを印加した回転角の約９割の値に達する。そのような条件では、明確な磁区構造はできず、光損失も大きくならない。
【００２８】
ファラデー回転子１を構成するガーネット単結晶は、ＢｉaＡ3-aＦｅ5-xＭxＯ12（ここで、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｃａの一種類以上の元素であり、ａは、０．６≦ａ≦２．０を満足する。Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔの一種類以上の元素であり、ｘは、０≦ｘ≦１．５を満足する。）で表される。
【００２９】
あるいは、ファラデー回転子１を構成するガーネット単結晶は、ＢｉbＡcＢ3-b-cＦｅ5-xＭxＯ12（ここで、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｃａの一種類以上の元素、ＢはＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙの一種類以上の元素であり、ｂ及びｃは、０．６≦ｂ≦２．０、０．６＜ｂ＋ｃ≦３．０を満足する。Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔの一種類以上の元素であり、ｘは、０≦ｘ≦１．５を満足する。）で表される。
【００３０】
磁性ガーネットの希土類の主組成にＧｄ、ＴｂやＤｙを使用すると、飽和磁界Ｈｓを小さくすることができ、磁気回路の小型化や消費電力の低減に有効である。そして、その効果は、化学式において０＜３−ｂ−ｃ≦２．４の量とすると特に有効となる。
【００３１】
Ｂｉ量は化学式で０．６以下になるとファラデー回転係数（回転角／回転子厚さ）が小さくなり、所定のファラデー回転角を得るためにファラデー回転子の厚さが厚くなり、単結晶膜の育成が困難になる。またＢｉ量が化学式で２．０以上になると、単結晶膜のエピタキシャル成長時に育成条件が不安定になり、良好な品質の単結晶膜が得られなくなる。従って、Ｂｉ量は上記化学式において０．６≦ａ≦２．０、あるいは、０．６≦ｂ≦２．０の範囲が好ましい。
【００３２】
ＭはＦｅを置換し得る元素であるが、それらの元素を添加することはファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓを小さくするのに有効である。しかし、これらの元素を化学式で１．５以上Ｆｅと置換すると磁性ガーネットのキュリー点が動作温度（例えば、室温（約２５℃））以下まで低下して、ファラデー回転子として機能しなくなる。従って、Ｍの量は０≦ｘ≦１．５が好ましい。
【００３３】
以上まとめると、磁気モーメント２の方向が可変し得るファラデー回転子１に光を入力し、ファラデー回転子１に印加する外部磁界Ｈの方位や強度を変えると、それに合わせて光の偏光面の受けるファラデー回転角が変化し、回転角可変型ファラデー回転子１を構成することができる。そのようなファラデー回転子１及び磁気回路において、ファラデー回転子１の飽和磁界Ｈｓを｜Ｈｓ｜とすると、０．４×｜Ｈｓ｜＜｜Ｈ｜＜｜Ｈｓ｜の関係を満たす外部磁界Ｈをファラデー回転子１に印加することにより、小型で消費電力の小さな磁気回路を構成することができ、同時にファラデー回転子１の光損失を低く抑えることも可能となる。このような効果は、２つの磁界を合成した磁界ではなく単一の磁界を光の進行方向とは異なる方位に加えた場合でも有効である。
【００３４】
以下、具体的実施例を用いて説明する。
〔実施例〕
組成がＢｉ1.2Ｇｄ1.2Ｙｂ0.5Ｐｂ0.05Ｆｅ4.15Ｇａ0.8Ｐｔ0.01Ｇｅ0.04Ｏ12となる磁性ガーネット単結晶膜を液相エピタキシャル法により育成し、加工して板状の磁性ガーネット単結晶を作製した。作製した単結晶板の基板面に対して垂直な方向に大きさを変化させながら外部磁界Ｈを印加してファラデー回転角を測定した。外部磁界Ｈを印加してもファラデー回転角が増加しない最小の外部磁界Ｈを飽和磁界Ｈｓとして、飽和磁界Ｈｓを室温で測定したところ｜Ｈｓ｜＝１１０Ｏｅであった。
【００３５】
この単結晶基板を１１００℃で３０時間熱処理し、同様な方法で飽和磁界Ｈｓを室温で測定したところ、図５に示すように、｜Ｈｓ｜＝２４０Ｏｅであった。熱処理の終了したガーネット単結晶をさらに加工し、光の入射面と射出面に反射防止膜（ＡＲコート層）を蒸着し、ファラデー回転子１とした。作製したファラデー回転子１に飽和磁界Ｈｓの大きさ｜Ｈｓ｜＝２４０Ｏｅの外部磁界Ｈを光の入射出方向に印加して、光の挿入損失を評価したところ、挿入損失が０．０３ｄＢでファラデー回転角は３０ｄｅｇ．（度）が得られた（図５参照）。印加する外部磁界Ｈの強度を１５０Ｏｅとして、同様に挿入損失を測定し、挿入損失が０．０５ｄＢで、ファラデー回転角は２９．８ｄｅｇ．が得られた（図５参照）。さらに印加する外部磁界Ｈの強度を９６Ｏｅとして、同様に挿入損失を測定し、挿入損失が０．２０ｄＢで、ファラデー回転角は２７．２ｄｅｇ．の値が得られた（図５参照）。この程度の挿入損失までは光部品の動作上問題はない。
【００３６】
図６は、本実施例に係る光部品の概略構成を示している。また、図７は、図６に示す光部品によるファラデー回転角の可変動作を示している。図６において、光部品１０は、ファラデー回転子１と磁気回路とを備えている。磁気回路は、永久磁石１２と電磁石１４とを有している。ファラデー回転子１の入射光Ｉｉの入射側と射出光Ｉｏの射出側に一組の永久磁石１２が磁極を揃えて配置されている。これら永久磁石１２により図７（ａ）に示すように、光の入射出方向に固定磁界Ｈ１が印加される。また、ファラデー回転子１に対して固定磁界Ｈ１の方向とほぼ直交する方向に可変磁界Ｈ２を印加する電磁石１４が配置されている。可変磁界Ｈ２の強度は電磁石１４のコイル（不図示）に流す電流を変化させることにより制御できる。
【００３７】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、外部磁界Ｈは、固定磁界Ｈ１と可変磁界Ｈ２との合成磁界で与えられる。可変磁界Ｈ２の大きさを変えることにより、外部磁界Ｈの方向を変化させてファラデー回転子１の光入射出方向の磁化の強さを変化させることができる。
【００３８】
光部品１０におけるファラデー回転子１のファラデー回転角を評価した。光の入射出方向の磁界（固定磁界Ｈ１）の強さを飽和磁界Ｈｓに等しい２４０Ｏｅとして（図７（ａ）参照）、ファラデー回転角が１５ｄｅｇ、すなわち回転角の減少量が１５ｄｅｇとなるように電磁石１４により発生する可変磁界Ｈ２の強度を調節した（図７（ｂ）参照）。磁界強度の調節時に電磁石１４のコイルに流した電流は１００ｍＡであった。
【００３９】
それに対し、光の入射出方向の固定磁界Ｈ１の強さを１５０Ｏｅとして（図７（ａ）参照）、ファラデー回転角が１４．８ｄｅｇ、すなわち回転角の減少量がほぼ１５ｄｅｇとなるように電磁石１４により発生する可変磁界Ｈ２の強度を調節した（図７（ｂ）参照）。磁界強度の調節時に電磁石１４のコイルに流した電流は６３ｍＡであった。
【００４０】
さらに、光の入射出方向の固定磁界Ｈ１の強さを飽和磁界Ｈｓの０．４倍の９６Ｏｅとして（図７（ａ）参照）、ファラデー回転角が１３．２ｄｅｇ、すなわち回転角の減少量が１５ｄｅｇに近くなるように電磁石１４により発生する可変磁界Ｈ２の強度を調節した（図７（ｂ）参照）。磁界強度の調節時に電磁石１４のコイルに流した電流は４１ｍＡであった。
【００４１】
以上説明したように本実施例の光部品１０は、ガーネット単結晶で形成されたファラデー回転子１と、ファラデー回転子１の飽和磁界Ｈｓより小さい外部磁界Ｈをファラデー回転子１に印加する磁気回路とを有している。この構成において、ファラデー回転子１に印加する外部磁界Ｈの方位や強度を変えて磁気モーメント２の方向を変化させることによりファラデー回転角を変化させることができる。
【００４２】
本実施例による光部品１０のファラデー回転子１及び磁気回路において、ファラデー回転子１の光入射方向に磁界を印加した際の飽和磁界Ｈｓの大きさを｜Ｈｓ｜とすると、０．４×｜Ｈｓ｜＜｜Ｈ｜＜｜Ｈｓ｜の関係を満たす大きさ｜Ｈ｜の外部磁界Ｈをファラデー回転子１に印加することにより、小型で消費電力の小さな磁気回路を構成することができ、同時にファラデー回転子１の光損失を低く抑えることも可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、光部品の磁気回路を小型で消費電力の小さなものを用いることができる。また、ファラデー回転子の挿入損失を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による光部品の動作原理の説明であって、磁気モーメントの方向と外部磁界Ｈの大きさ（強度）の関係を説明する図である。
【図２】本発明の一実施の形態による光部品の動作原理の説明であって、磁気モーメントの方向と回折光による光損失の関係を説明する図である。
【図３】熱処理を施していないファラデー回転子の磁区構造を示す図である。
【図４】熱処理を施したファラデー回転子１の磁気モーメントの方向と外部磁界Ｈの大きさ（強度）の関係を説明する図である。
【図５】熱処理を施したファラデー回転子１に印加する外部磁界Ｈとファラデー回転角との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施の形態による実施例に係る光部品の概略構成を示す図である。
【図７】図６に示す光部品によるファラデー回転角の変更動作を示す図である。
【図８】磁化容易軸が結晶成長と同一方向の＜１１１＞方位ではなく成長面の面方向に近い方向にある別の＜１１１＞方位となることを説明する図である。
【図９】ファラデー回転子に印加する外部磁界Ｈとファラデー回転角との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ファラデー回転子
２ 磁気モーメント
１０ 光部品
１２ 永久磁石
１４ 電磁石
Ｈ 外部磁界
Ｈｓ 飽和磁界
Ｈ１ 固定磁界
Ｈ２ 可変磁界
Ｉｉ 入力（入射）光
Ｉｏ 出力（射出）光
Ｉｒ 回折光
Claims (6)
- ガーネット単結晶で形成され、結晶成長方向よりも成長面の面方向に近い方向に磁化容易軸があるファラデー回転子と、
前記ファラデー回転子に対して前記ファラデー回転子の光の入射出方向に前記ファラデー回転子の飽和磁界Ｈｓより小さい固定磁界Ｈ１を印加する永久磁石と、前記ファラデー回転子に対して前記固定磁界Ｈ１の方向とほぼ直交する方向に可変磁界Ｈ２を印加する電磁石とを備えた磁気回路とを有し、
磁界無印加状態での前記ファラデー回転子内の磁気モーメントは、一部が前記磁化容易軸の一方向を向き、それ以外は逆方向を向いて、異なる磁区構造が形成されていること
を特徴とする光部品。 - 請求項１記載の光部品において、
前記ガーネット単結晶は、
ＢｉａＡ３−ａＦｅ５−ｘＭｘＯ１２（ここで、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｃａの一種類以上の元素であり、ａは、０．６≦ａ≦２．０を満足する。Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔの一種類以上の元素であり、ｘは、０≦ｘ≦１．５を満足する。）で表されること
を特徴とする光部品。 - 請求項１記載の光部品において、
前記ガーネット単結晶は、
ＢｉｂＡｃＢ３−ｂ−ｃＦｅ５−ｘＭｘＯ１２（ここで、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｂ、Ｃａの一種類以上の元素、ＢはＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙの一種類以上の元素であり、ｂ及びｃは、０．６≦ｂ≦２．０、０．６＜ｂ＋ｃ≦３．０を満足する。Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｔの一種類以上の元素であり、ｘは、０≦ｘ≦１．５を満足する。）で表されること
を特徴とする光部品。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光部品において、
前記磁気回路は、
前記固定磁界Ｈ１の大きさ（強度）を｜Ｈ｜とし、前記飽和磁界Ｈｓの大きさを｜Ｈｓ｜として、
０．４×｜Ｈｓ｜＜｜Ｈ｜＜｜Ｈｓ｜の範囲で前記固定磁界Ｈ１を印加すること
を特徴とする光部品。 - 請求項４記載の光部品において、
前記磁気回路は、
前記固定磁界Ｈ１と前記可変磁界Ｈ２との合成磁界として外部磁界Ｈを前記ファラデー回転子に印加させること
を特徴とする光部品。 - 請求項５記載の光部品において、
前記磁気回路は、
前記ファラデー回転子の光入射面に対して斜めに前記外部磁界Ｈを印加すること
を特徴とする光部品。
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- 2002-12-05 JP JP2002353300A patent/JP4149248B2/ja not_active Expired - Fee Related
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