JPH02201419A - ファラデー回転素子およびこれを用いた光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、光の偏波面を電流により変化させるファラ
デー回転素子及びこのファラデー回転素子を用いて光の
伝播方向を二方向に切り代える光スイッチに関するもの
である。

「従来技術」 例えば、光源として半導体レーザの発生した光を二つの
光ファイバーに必要に応じて交互に伝搬させようとする
場合、これまで第２図に示すように、機械的にプリズム
１３を移動させて入射光５の光路をａからｂに変える機
構の光スイッチが用いられている。ここで、１２ａ、１
２ｂは全反射プリズムである。しかし、この方法は、高
い消光比が得られるという利点がある反面、機械的な可
動部分があるため、長期間使用した場合には、可動部分
の摩耗による光軸ずれ等の劣化が起こり、信頼性に問題
がある。

この問題を解決する一つの方法として、第３図に示すよ
うな、磁気光学効果を利用した光スイッチが実公昭６３
−１４４６１４および実公昭６３−１４４６１５号公報
に開示されている。

これは光アイソレータの原理を利用したものである。線
輪３に電流を一方向に流すことにより磁場７ａを発生せ
しめ、これによりファラデー回転子２を磁化した場合、
入射光５が第１の偏光子６ａを通過後、ファラデー回転
子２で偏波面が４５°回転し、その偏波面に透過方向を
合わせた第２の偏光子６ｂを通過する。

この状態で、電流の方向を反転させ磁場方向を７Ｌ＋に
反転することによってファラデー回転子２の磁化方向を
反転させると、入射光５は第２の偏光子６ｂの透過方向
とは直交するので、これを通過できず図中す方向に示す
ように直角方向に光が曲げられる。従って、この方向に
光ファイバ等の光導波路を接続すれば、別の方向すに光
を伝搬できる。

即ち、入射光５は、ファラデー回転子２の磁化方向を反
転することで光の伝搬方向をａないしｂの方向にスイッ
チングできるいわゆる電磁的に制御可能な光スイッチを
実現できる。

「発明が解決しようとする課題」 しかし、上記の第３図に示すような従来の光アイソレー
タの機能を使用した光スイッチでは、ファラデー回転子
２の磁化を反転させるために極めて大きな電力が必要で
あるという問題があった。

即ち第３図に示すような磁気回路では、ホルダー１５に
巻かれた線輪３に大きな電流を流さないとファラデー回
転子２の磁化は反転できないものであった。

この一つの解決方法として、第４図に示す基板９に形成
したＹＩＧ単結晶薄膜のファラデー回転子２を用いた方
法が昭５８信学総全大、２２７６及び昭５８信学総全大
、５１３−１４に提案されている。第４図の光スイッチ
において、磁気ヨーク１は一部分が欠けたリング状をな
し、その欠けた部分に薄膜型のファラデー回転子２が配
され、実質的に閉磁路に近い磁気回路となっている。ま
た、線輪３はリング状磁気ヨークｌの回りに巻かれてい
る。

この方法では、Ｗｉ腹膜状ファラデー回転子２を用いて
いるため反磁界が極めて小さく、わずかな磁界で、即ち
わずかな電流でファラデー回転子２の磁化状態を反転で
きるという利点がある。

しかし、この方法では、ビーム径の大きな光を通すこと
ができず自ずと応用範囲に限界がある。

このように、従来の磁気光学効果を用いた光スイッチの
構造は、磁化反転させるために大きな電力が必要であり
、実用性のある素子を実現するには種々の問題点があっ
た。

本発明の目的は、この問題点を解決するための新しい構
造の磁気回路を有する磁気光学効果を用いたファラデー
回転素子およびこれを用いた光スイッチを提供すること
である。

「課題を解決するための手段」 本発明は中空のヨークを貫通するように光の通過孔を設
け、該中空のヨークの内部の前記光の光軸の通過する位
置にファラデー回転子を配し、前記ファラデー回転子と
前記ヨークにより閉磁路か又は閉磁路に近い磁気回路を
形成するとともに、前記ヨークと前記ファラデー回転子
に囲まれた空間にファラデー回転子の磁化状態を変化さ
せるための線輪を内包したことを特徴とするファラデー
回転素子である。

また、ファラデー回転子の両側に偏光子を配し、ファラ
デー回転子に入射する偏波面を揃えることにより消光比
を向上することができ好ましい。

第１図は、本発明の光スイッチの原理構造を示す説明図
である。ファラデー回転子２の両側に二つの偏光子６ａ
、６ｂを配し、このファラデー回転子２を通る光の偏波
面の回転方向を反転させるために線輪３がファラデー回
転子２の周りに巻かれている。

さらに、光の通過孔４ａ、４ｂを有するヨークｌが、中
心にファラデー回転子２を内包し、かつ線輪３＋Ｊ内包
するように配されている。ヨーク１とファラデー回転子
２はほば閉磁路の磁気回路の構成となっている。図示し
ない線輪３のリード線はヨーク１の外に取り出され、こ
れに電流を流すことによりファラデー回転子２に印加す
る磁場を調整する。従い、この電流を反転すると磁化の
反転も容易にできる。

このような構造により、第１図の本発明の構造は第３図
の従来技術の構造よりもはるかに磁気抵抗が小さく、少
ない電流でファラデー回転子２の磁化を反転できる。

この場合、例えば磁場が実線方向７ａを向いているとき
は、入射光５はａ方向に伝搬するが、磁場が点線の方向
７ｂを向いているときは、入射光５はｂ方向に伝搬する
。

また、ファラデー回転子の直径とヨークの光通過孔の直
径との間には、性能上極めて密接な関係があり、これら
がファラデー回転子に印加される磁場の強度に対する重
要なパラメータである。ファラデー回転子が飽和するた
めに必要な線輪に加える電流はファラデー回転子の直径
がヨークの光通過孔直径よりも大きいときに非常に小さ
くなる。

本発明において上記ヨークを軟磁性材料、例えばパーマ
ロイやソフトフェライトで構成することによりファラデ
ー回転子に印加する磁場を少ない電流でより強くするこ
とができる。

このように構成したファラデー回転素子では。

ファラデー回転子に印加する磁場を変化させることによ
って光の偏光面を変化させることができる。

又ファラデー回転子の飽和磁化よりも高い磁場を反転し
て印加することによって光スイッチとして使用すること
ができる。光スイッチを高周波で動作させる場合ソフト
フェライトが損失が少くヨークの材質として好ましい。

また、上記説明のファラデー回転素子では、ヨーク、フ
ァラデー回転子、線輪のみの構造を示したが、この線輪
を保持するためのボビン等を加えても良いし、ヨーク、
ファラデー回転子、線輪の位置を固定する為の支持部材
を挿入しても良いのはもちろんである。

光スイッチを構成する場合、偏光子として、偏光ビーム
スプリッタあるいはグラントムソンプリズム、くさび型
プリズム等の他の複屈折プリズムが使用できる。

「実施例」 以下本発明の実施例を詳しく説明する。

（実施例１） 第１図に示す構造を有する光スイッチを作成した。ここ
で６８及び６ｂは偏光ビームスプリッタよりなる偏光子
、２は入射光５が通過する円柱状のＹＩＧよりなるファ
ラデー回転子、３はファラデー回転子２に磁場を印加す
る線輪、１は中空部に線輪３及びファラデー回転子２を
装架するソフトフェライト製のヨーク、４ａ及び４ｂは
ヨーク１に設けられた光通過孔である。なお、ファラデ
ー回転子２の回転角は飽和時で４５度とした。

この光スイッチの磁場を反転させるのに必要な電流はＬ
Ａ以下の電流で充分であった。

第３図に示すホルダー１５の外周部に線輪３を有する従
来の光スイッチでは上記実施例と同じファラデー回転子
２を飽和するのに必要な磁場を得るのにＩＯＡ必要で娶
り、本発明の方が優れていた。

（実施例２） 第５図に示すファラデー回転素子を作成した。

このファラデー回転素子は上記実施例１に示すヨーク１
、ファラデー回転子２及び線輪３よりなるファラデー回
転素子のうちヨークｌに分割部８を設けたものである。

分割部８を設ける二とによりヨーク１、ファラデー回転
子２、線輪３の組立が容易になる。

このファラデー回転素子を使用して光通過孔４ａ。

４ｂの直径ＤＯとファラデー回転子２の直径ＤＹの比を
変化させてファラデー回転子２の飽和に必要な電流値を
測定した。その結果を第６図に示す。

第６図に示すように、ＤｏがＤＹより大きいときは、飽
和電流は２Ａ以上とかなり大きいが、反対にＤＯがＤＹ
より小さいときは、飽和電流はＩＡよりもかなり小さく
なる。

なお、この実施例では、ファラデー回転子の形状として
円柱形としたが、ファラデー回転子の断面形状は矩型で
も多角形でも効果が同じであることは、本技術に関係す
る技術者であれば容易に理解できるであろう。また、ヨ
ークの中心の光通過孔についてもその形状は種々のもの
が考えられる。

これらの場合には、第６図で得られた寸法の大小関係は
、ＤＯは通過孔の最小寸法、ＤＹはファラデー回転子の
断面形状の最大寸法と変換して考えることができる。

ここでは分割部８は通過光５の光路にほぼ垂直な面でヨ
ーク１の分割−できるものを示したが、この分割部８は
通過光５と平行な面で分割できるもの、即ち第５図の上
下に分割できるものであってもよい。

（実施例３） 実施例１で示した光スイッチをＤｏ＝０．８ＤＹの関係
で作製し、入射光５の波長と消光比及び挿入損失を測定
した。第７図にその結果を示す。第７図中、実線は電流
を順方向、即ち第１図中の磁場方向が７８となるように
した場合を示し、一方破線は反対に第１図中の磁場方向
が７ｂとなるようにした場合である。また、入射光の波
長は半導体レーザを想定して、１．５５μｍ付近とした
。

第７図に示すように両方向とも挿入損失はＬｄＢ以下で
あり、望ましくない伝搬方向の漏洩光の減衰量は３０　
ｄＢ以上が確保されており、優れた光スイッチが得られ
ることがわかる。

（実施例４） 第８図は、本発明の他の実施例を示したものである。入
射光のビーム径が比較的大きい場合等は、ファラデー回
転子２の直径が大きくなるので、反磁界係数が大きくな
り、大きな電流を流す必要がある。この場合には、第８
図に示すように、光の通過孔の内面に突起ｌＯを設け、
線輪３の体積を増加させることが有効である。

（実施例５） 第９図は、本発明の他の実施例である。図に示すように
、中空のヨーク１の周辺部分に切込み１１が設けられて
いる。この切り込み１１により、線輪３に連続的に電流
を流すことによる線輪の温度上昇を空気の対流の冷却効
果によりある程度抑えることができる。しかし、あまり
この切込み１１が大きいと、磁気抵抗が増加しファラデ
ー回転子を飽和させるためにはさらに大きな電流を流さ
なければならない、＆ｉ？輪の温度上昇を抑えるために
は最適な切込み１１の大きさを見つける必要がある。

上記実施例１〜５では、ファラデー回転子はＹＩＧ単結
晶を使用したが、他の材質、例えばＢｉ置換のＬ　Ｐ　
Ｅ　（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　ＩＥｐｉｊａｘｉａ
ｌ）Ｖ７．等も使用できる。しかし、ＬＰＥ膜は余りに
膜厚が薄いために励磁用線輪の空間を充分確保できない
がもしくはできたとしてもヨークの中央部分とＬＰＥ膜
の間隔が離れすぎて磁気抵抗が大きくなる可能性がある
。さらに、別の観点でみれば、ＬＰＥ膜の保磁力Ｈｅは
一般にＹＩＧ単結晶に比較すると大きいので、早い周期
でスイッチングを繰り返したｔＪ：ｊ合は、ＬＰＥ膜の
温度上昇につながり、（Ｊ頼性上好ましくない。この点
、ＹＩＧ単結晶の保磁力１−１　ｃは極めて小さいので
、高周波のスイッチングにも充分耐えることができる。

「発明の効果」 このように本発明のファラデー回転素子は、高い信頼性
有し、かつ低電力駆動が可能であり、光関連の重要部品
として産業界の要求に応えるものである。さらに、この
ファラデー回転素子を用いることによって高性能な光ス
イッチを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のファラデー回転素子を用いた光スイッ
チの説明図、第２図第３図及び第４図は従来の光スイッ
チの構造を示した図、第５図は光通過孔のファラデー回
転子の寸法の関係を示した図、第６図は、光通過孔とフ
ァラデー回転子の大きさが本発明のファラデー回転素子
に与える影響の一例を示す図、第７図は本発明のファラ
デー回転素子の消光比と挿入損失の一例を示す図、第８
図及び第９図は本発明の他の実施例を示す図である。 １；ヨーク、２；ファラデー回転子、 ３；線輪、４　ａ、４　ｂ　；光通過孔、５；入射光Ｇ
ａ、６ｂ；偏光子、 ７ａ、７ｂ；磁場方向、１０；突起、 １１；切込み 第３ 図 第 図 ｂ 第２ 第６図 電流Ａ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）中空のヨークを貫通するように光の通過孔を設け
   、該中空のヨークの中空部で前記光の光軸が通過する位
   置にファラデー回転子を配し、前記ファラデー回転子と
   前記ヨークにより閉磁路に近い磁気回路を形成するとと
   もに、前記ヨークと前記ファラデー回転子に囲まれた空
   間にファラデー回転子の磁化状態を変化させるための線
   輪を内包したことを特徴とするファラデー回転素子。
2. （２）請求項１記載のヨークが軟磁性材料で構成される
   ことを特徴とするファラデー回転素子。
3. （３）請求項１記載のヨークの一部もしくは全部がソフ
   トフェライトより構成されることを特徴とするファラデ
   ー回転素子。
4. （４）請求項１及至３のいずれかに記載のヨークに設け
   られた光の通過孔の最小寸法が、前記ファラデー回転子
   の光軸に対して垂直方向の最大寸法より、小さいことを
   特徴とするファラデー回転素子。
5. （５）請求項１及至項及至４のいずれかに記載のヨーク
   が２個以上の部分に分割可能になっていることを特徴と
   するファラデー回転素子。
6. （６）請求項１及至５のいずれかに記載のヨーク側面の
   一部が除去されていることを特徴とするファラデー回転
   素子。
7. （７）請求項１及至６記載のファラデー回転素子におい
   て、前記ファラデー回転子がＹＩＧ（Ｙ＿３Ｆｅ＿５Ｏ
   ＿１＿２）を主成分とするガーネット型フェライト単結
   晶を用いたことを特徴とするファラデー回転素子。
8. （８）請求項１及至７のいずれかに記載のファラデー回
   転素子の両側に偏光子を配し、前記ファラデー回転子の
   磁化方向を反転させて光路を変えることを特徴とする光
   スイッチ。
9. （９）線輪に順方向もしくは逆方向に連続的に電流を流
   し続けることによりファラデー回転子の一つの安定状態
   をえる構成としたことを特徴とする請求項８に記載の光
   スイッチ。