JP5852875B2 - 光変調器 - Google Patents
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Description
前記可変ファラデー回転子は、磁気光学材料を含んで構成されるファラデー素子と磁気印加手段とを含んで構成され、当該磁気印加手段は、前記ファラデー素子に印加する磁界の方向と大きさを可変制御することが可能であり、
前記直線位相子の光学軸は、前記可変ファラデー回転子に入射する偏光の長軸方向と平行である、
ことを特徴とする光変調器としている。
0.0408×kmin 2−2.6926×kmin+47.344≦δ
≦0.0353×kmin 2−1.2922×kmin+30.071
で表される範囲にある光変調器としてもよい。
−0.0063×kmin 2−0.1281kmin×+17.591≦δ
≦ 0.0331×kmin 2−1.5858×kmin+33.848
で表される範囲にあることを特徴とする光変調器とすることもできる。
δ=0.022×kmin 2−1.364×kmin+32.26
であることである。なお、上記いずれかの光変調器において、前記磁気光学材料を希土類鉄ガーネット単結晶とすれば、より好ましい。
本発明者は、光路上に可変ファラデー回転子が配置された光変調器において、ファラデー回転角の全域で高い消光比を得る、という目的を達成するための手法について検討し、まず、可変ファラデー回転子にて発生したリタデーションを直線位相子によって補償することを考えた。確かに、この考え方自体は先発明と同様であるが、上記目的を達成するためには、光変調器を構成する直線位相子の光学軸方向と、入射する光、および出射する光の偏光軸方向(例えば、偏光子や検光子の光透過軸方向)との間に潜在する関係を新たに見出す必要があった。
上述したように、本発明に想到するまでの過程で、図1に示した光変調器1を用い、図2〜図4に示した特性が知見された。本発明の実施例に係る光変調器では、この知見に基づいた構成を採用している。図5に本実施例に係る光変調器1aの構成を示した。ここでも光の進行方向を前方から後方として、本実施例に係る光変調器1aは、前方から光路L上に、偏光子2、可変ファラデー回転子4、直線位相子5、および検光子3がこの順に配置された構成となっている。また、可変ファラデー回転子4は、ファラデー素子41と当該素子41に磁界を印可するための電磁石42から構成されて、ファラデー素子41は、電磁石42により前後方向の磁界が印可される。そして、直線位相子5は、その光学軸51が偏光子2における光透過軸21の方向22と平行(α=0°)となっている。
ところで、本実施例の光変調器1aでは、ファラデー素子41を構成する磁気光学材料として、種々の物質を採用することが可能であったが、上述したように、希土類鉄ガーネット単結晶を磁気光学材料としたファラデー素子41を採用し,その上で光変調器1aの性能を評価した。希土類鉄ガーネット単結晶を磁気光学材料として採用した理由としては、ヴェルデ常数が大きい、ということがまず挙げられる。例えば、ファラデーセル法で大きな旋光角を測定する場合などでは、その大きな旋光角を補償するためにファラデー回転角を大きくする必要があるが、そのためには、電磁石42のコイルに流す電流を大きくしてファラデー素子41に印加する磁界強度を大きくする必要がある。しかし、コイルに大電流を流すと、コイルが発熱し、それに伴ってファラデー素子41も昇温する。その結果、ファラデー素子41のヴェルデ常数が変化し、測定誤差が生じる。そこで、本実施例では、可能な限りコイルの発熱に起因する測定誤差を抑制するために、ヴェルデ常数が大きな希土類鉄ガーネット単結晶を磁気光学材料として採用した。
上記実施例に係る光変調器1aの性能を評価する際、直線位相子5のリタデーションδは12.5°に設定されていた。しかし、直線偏光が可変ファラデー回転子4を透過する前後でのリタデーションは、ファラデー素子41の光路方向の厚さ、ファラデー素子41を構成する磁気光学材料の種類、入射光Linの波長など、種々の条件によって異なってくる。そこで、本発明者は、直線位相子5の配置に関わる最適条件(α=0°)に加え、可変ファラデー回転子4にて発生するリタデーションをより効果的に補償するための直線位相子5のリタデーションδに関わる条件を求めるべく鋭意研究を重ねた。その結果、直線位相子5を用いない光変調器(以下、従来例の光変調器)における消光比の最小値と本実施例の光変調器1aにおける直線位相子5のリタデーションδとの間に特殊な相関性があることを知見した。
δ=0.022×kmin 2−1.364×kmin+32.26…(1)
δ=0.0353×kmin 2−1.2922×kmin+30.071…(2)
δ=0.0408×kmin 2−2.6926×kmin+47.344…(3)
以上により、20≦kmin≦35であるとき、以下の式(4)満たせば、30dBの消光比を確保できることが分かった。
0.0408×kmin 2−2.6926×kmin+47.344≦δ
≦0.0353×kmin 2−1.2922×kmin+30.071…(4)
δ=0.0331×kmin 2−1.5858×kmin+33.848…(5)
δ=−0.0063×kmin 2−0.1281kmin×+17.591…(6)
以上により、20≦kmin≦35であるとき、以下の式(7)を満たせば40dBの消光比を確保できることが分かった。
−0.0063×kmin 2−0.1281kmin×+17.591≦δ
≦ 0.0331×kmin 2−1.5858×kmin+33.848…(7)
当然のことながら、本発明の光変調器の構成は、上記実施例に係る光変調器1aの構成に限らず、各種変更例が考えられる。例えば、ファラデーセル法を用いて物質の旋光度を測定する用途では、偏光子2から検光子3に至る光路途上に測定対象となる物質を試料として配置するための構成が付加されることになる。回転検光子法を用いた各種光学特性の測定用途に供する場合では、検光子3が光路方向を軸として回転可能に構成されていることになる。偏光子2を用いず、入射光Lin自体が偏光していもよい。いずれにしても、光路上に可変ファラデー回転子4、直線位相子5がこの順に配置されているとともに、可変ファラデー回転子4に入射させた直線偏光の長軸方向と直線位相子5の光学軸51とが平行となるように構成されていればよい。
5 直線位相子、21 偏光子の光透過軸、22 偏光子の光透過軸の方向、
31 検光子の光透過軸、41 ファラデー素子、42 電磁石、
51 直線位相子の光学軸、L 光路、Lin 入射光、Lout 出射光、
α 偏光子の光透過軸と直線位相子の光学軸との公差角度
Claims (6)
- 光の進行方向を前方から後方として、前方から光路上に、可変ファラデー回転子、直線位相子がこの順に配置されてなり、
前記可変ファラデー回転子は、磁気光学材料を含んで構成されるファラデー素子と磁気印加手段とを含んで構成され、当該磁気印加手段は、前記ファラデー素子に印加する磁界の方向と大きさを可変制御することが可能であり、
前記直線位相子の光学軸は、前記可変ファラデー回転子に入射する偏光の長軸方向と平行である、
ことを特徴とする光変調器。 - 前記可変ファラデー回転子の前方に偏光子が配置され、前記直線位相子の光学軸は、当該偏光子の光透過軸方向と平行であることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。
- 前記可変ファラデー回転子に直線偏光を入射して、当該可変ファラデー回転子からの出射光の消光比を回転検光子法により測定したとき、当該消光比の最小値kmin(dB)が15≦kmin≦25であるとき、前記直線位相子のリタデーションδ(degree)は、δ=δ+180n(但し、n=0,1,2,・・・)として、
0.0408×kmin 2 −2.6926×kmin+47.344≦δ
≦0.0353×kmin 2 −1.2922×kmin+30.071
で表される範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の光変調器。 - 前記可変ファラデー回転子に直線偏光を入射して、当該可変ファラデー回転子からの出射光の消光比を回転検光子法により測定したとき、当該消光比の最小値kmin(dB)が20≦kmin≦35であるとき、前記直線位相子のリタデーションδ(degree)は、δ=δ+180n(但し、n=0,1,2,・・・)として、
−0.0063×kmin 2−0.1281kmin×+17.591≦δ
≦ 0.0331×kmin 2−1.5858×kmin+33.848
で表される範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の光変調器。 - 前記可変ファラデー回転子に直線偏光を入射して、当該可変ファラデー回転子からの出射光の消光比を回転検光子法により測定したとき、当該消光比の最小値kmin(dB)が15≦kmin≦35であるとき、前記直線位相子のリタデーションδ(degree)は、δ=δ+180n(但し、n=0,1,2,・・・)として、
δ=0.022×kmin 2−1.364×kmin+32.26
であることを特徴とする請求項1または2に記載の光変調器。 - 前記磁気光学材料は、希土類鉄ガーネット単結晶であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光変調器。
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