JPH02256018A - Faraday rotator - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
イ０発明の目的
〔産業上の利用分野〕
本発明は、光アイソレータやサーキュレータなどに用い
られる磁気光学効果を用いたファラデー回転子に係り、
特に温度依存性、及び波長依存性の改良に関するもので
ある。Detailed Description of the Invention A. Object of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a Faraday rotator using the magneto-optic effect used in optical isolators, circulators, etc.
In particular, it relates to improvements in temperature dependence and wavelength dependence.
近年、光フアイバー通信技術の進歩は目覚ましく、低損
失ファイバーと長時間連続発振可能な半導体レーザの開
発により、光フアイバー通信技術は通信量の増加に対応
して安価で高品質の通信手段を提供するものとして期待
されている。しかし、半導体レーザからの出射光が光ス
ィッチや、光コネクタ部を通過する際反射により戻り光
が発生し、この戻り光が光源である半導体レーザに入る
と発振を不安定にする。この半導体レーザの発振を安定
化するために光アイソレータが実用化されている。本発
明に係るファラデー回転子は光アイソレータの主要構成
要素である。In recent years, advances in optical fiber communication technology have been remarkable, and with the development of low-loss fibers and semiconductor lasers capable of continuous oscillation for long periods of time, optical fiber communication technology provides a low-cost, high-quality communication means to accommodate the increase in communication volume. It is expected as such. However, when the emitted light from the semiconductor laser passes through an optical switch or an optical connector, return light is generated due to reflection, and when this return light enters the semiconductor laser that is the light source, it makes oscillation unstable. Optical isolators have been put into practical use to stabilize the oscillation of this semiconductor laser. The Faraday rotator according to the present invention is a main component of an optical isolator.
光アイソレータの基本構成を第３図に模式図で示す。光
アイソレータは、偏光子８、磁気光学効果を用いたファ
ラデー回転子９、検光子１０、ファラデー回転子９に磁
場を印加するマグネット３により構成されている。半導
体レーザ６などの光源から出射された光アイソレータへ
の入射光すが偏光子８を通過することにより偏光され、
ファラデー回転子９に入る。それにより偏光された光は
、入射面内において偏光面が４５度回転する。（ファラ
デー回転子は予め偏光した光が４５度回転するように調
整されている。）検光子１０はあらかじめ偏光子８の偏
光に対して４５度偏光面が傾いて設定されているのでフ
ァラデー回転子９を透過した出射光Ｃは、光の損失を受
けることなく検光子１０を通過する。これに対して光ア
イソレータの先方にある光部品からの反射により入射す
る戻り光ｄは、検光子１０を経てファラデー回転子９を
通ることにより戻り光ｄの偏光が偏光子８の偏光面に対
して９０度傾くようになる。ファラデー回転子は、入射
光の向きに関係なく磁場の方向に対して偏光面を回転す
る特徴を持っているため、偏光子８には偏光面に対して
９０度の角度を持った偏光された戻り光ｅが入射される
。この偏光された戻り光ｅは、偏光子８を通過しないた
め、戻り光はここで遮断される。この光アイソレータの
特徴は、前述したようにファラデー回転子の特性を利用
して偏光された戻り光が入射側の偏光面に対して９０度
回転するために偏光子８により戻り光が遮断されるもの
であるが、この特性は、ファラデー回転子９の回転角が
常に４５度であることを前提としている。従って、従来
のファラデー回転子では、回転角が種々の環境の変化に
より４５度から変化してしまい、戻り光は偏光子８を通
過し光源に入射されるため、光源の発振を不安定にする
欠点があった。The basic configuration of the optical isolator is schematically shown in FIG. The optical isolator includes a polarizer 8, a Faraday rotator 9 using a magneto-optic effect, an analyzer 10, and a magnet 3 that applies a magnetic field to the Faraday rotator 9. Light incident on the optical isolator emitted from a light source such as a semiconductor laser 6 is polarized by passing through a polarizer 8.
Enter Faraday rotator 9. The plane of polarization of the light thus polarized is rotated by 45 degrees within the plane of incidence. (The Faraday rotator is adjusted in advance so that the polarized light is rotated by 45 degrees.) Since the analyzer 10 is set in advance so that the plane of polarization is inclined by 45 degrees with respect to the polarized light of the polarizer 8, the Faraday rotator The emitted light C that has passed through the analyzer 9 passes through the analyzer 10 without suffering any loss of light. On the other hand, the return light d that enters due to reflection from the optical component located ahead of the optical isolator passes through the analyzer 10 and the Faraday rotator 9, so that the polarization of the return light d is adjusted to the polarization plane of the polarizer 8. It will now tilt 90 degrees. A Faraday rotator has the characteristic of rotating the plane of polarization with respect to the direction of the magnetic field regardless of the direction of the incident light. Return light e is incident. Since this polarized return light e does not pass through the polarizer 8, the return light is blocked here. The feature of this optical isolator is that, as mentioned above, the polarized return light is rotated by 90 degrees with respect to the polarization plane on the incident side using the characteristics of the Faraday rotator, so the return light is blocked by the polarizer 8. However, this characteristic is based on the assumption that the rotation angle of the Faraday rotator 9 is always 45 degrees. Therefore, in the conventional Faraday rotator, the rotation angle changes from 45 degrees due to various environmental changes, and the returned light passes through the polarizer 8 and enters the light source, making the oscillation of the light source unstable. There were drawbacks.
ファラデー回転子の回転角を変化させる要因として使用
環境における温度変化、光源の波長変化などが考えられ
る。現在、光通信用として使われている光アイソレータ
用のファラデー回転子としては、強磁性体であるＲ３Ｆ
ｅ５０＋ ２ （Ｒは希土類、及びビスマスなど）で表
される鉄ガーネット単結晶が一般的である。鉄ガーネッ
ト単結晶は、小型で低コストの光アイソレータを作製す
ることを可能にしたが、先にも述べたように波長変化や
、温度変化に対してファラデー回転角も変化させてしま
うため、使用波長や使用温度を限定して用いらなければ
ならないという問題があった。Possible factors that change the rotation angle of the Faraday rotator include changes in temperature in the usage environment and changes in the wavelength of the light source. Currently, the Faraday rotator for optical isolators used for optical communication is R3F, which is a ferromagnetic material.
Iron garnet single crystals represented by e50+ 2 (R is a rare earth element, bismuth, etc.) are common. Iron garnet single crystals have made it possible to create small, low-cost optical isolators, but as mentioned earlier, the Faraday rotation angle changes with wavelength changes and temperature changes, so it is difficult to use them. There was a problem in that the wavelength and operating temperature had to be limited.
第４図に光アイソレータの性能を示すアイソレーション
特性とファラデー回転角のずれの関係を示す。即ち設定
した４５度の偏光角に対し、１度ずれが生じた場合、ア
イリレーションは２／３に減少してしまい、アイソレー
タの効果が期待できなくなることがわかる。FIG. 4 shows the relationship between the isolation characteristic indicating the performance of the optical isolator and the deviation of the Faraday rotation angle. That is, it can be seen that if a deviation of 1 degree occurs with respect to the set polarization angle of 45 degrees, the eye relation decreases to 2/3, and the effect of the isolator can no longer be expected.
本発明は、磁界を印加することにより偏光した光の偏波
面を回転する、いわゆるファラデー回転子において、温
度特性、及び周波数特性の異なる少なくとも２種類以上
の（ＲＢｉ）３（ＦｅＸＹ）ｓＯ＋ ２ （Ｒは希土類
、Ｘ−ＹはＧａ、 Ａｌ、 Ｍｇ・・・）で表される鉄
ガーネットを用いることにより、一方の鉄ガーネットが
温度変化、及び波長変化によりファラデー回転角が変化
した時、他方の鉄ガーネットが温度変化により磁区を反
転させ、調整されたファラデー回転角により各々の２個
のファラデー回転子が相補い所定の回転角となるよう組
み合せた方法からなる広波長帯、及び広温度帯層ファラ
デー回転子を提供することにある。The present invention provides a so-called Faraday rotator that rotates the plane of polarization of polarized light by applying a magnetic field. By using iron garnets represented by rare earth, and A wide-wavelength and wide-temperature band layer Faraday is created by a method in which garnet reverses its magnetic domain due to temperature changes, and each two Faraday rotators are complemented by an adjusted Faraday rotation angle and combined to form a predetermined rotation angle. Our goal is to provide a rotor.
口１発明の構成
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、（ＲＢｉ）３（ＦｅＸＹ）５Ｏ１２（Ｒは希
土類、Ｘ・ＹはＧａ、 Ａｌ、 Ｍｇ・・・）で表され
る鉄ガーネット単結晶の中で、１６ａサイト、及び２４
ｄサイトのＦｅ３＋がＧａ、Ａｌなどの非磁性イオンに
、ある程度置きかわると常温付近において、磁区が反転
する温度領域があり、その温度領域において、磁場を印
加してもファラデー回転が起こらないという磁区相殺温
度特性を利用して常温においては第１のファラデー回転
子にのみファラデー回転が起こり、常温から一定温度以
上の変化が起こった時、第２のファラデー回転子に磁区
反転が起こり、ファラデー回転が第２のファラデー回転
子にも発生し、第１のファラブー回転子が温度によって
変化したファラデー回転角のずれを補正する複合された
ファラデー回転子、及び波長が変化したことによって第
１のファラデー回転子の回転角が変化した場合、第２の
ファラデー回転子を温度変化させ、磁区を反転させ、波
長変化により発生したファラデー回転角のずれを補正す
るファラデー回転子。1. Structure of the invention [Means for solving the problem] The present invention provides an iron garnet represented by (RBi)3(FeXY)5O12 (R is a rare earth, X and Y are Ga, Al, Mg...) In the single crystal, 16a site and 24
When Fe3+ at the d-site is replaced by non-magnetic ions such as Ga or Al to some extent, there is a temperature region near room temperature where the magnetic domain reverses, and in that temperature region, the magnetic domain does not undergo Faraday rotation even when a magnetic field is applied. Using the canceling temperature characteristic, at room temperature, Faraday rotation occurs only in the first Faraday rotator, and when the temperature changes from room temperature to a certain level, magnetic domain reversal occurs in the second Faraday rotator, and Faraday rotation occurs. A combined Faraday rotator that corrects the deviation of the Faraday rotation angle that occurs in the second Faraday rotator and that is caused by the first Farabou rotor changing due to temperature, and A Faraday rotator that changes the temperature of the second Faraday rotator to reverse the magnetic domain when the rotation angle of the second Faraday rotator changes, thereby correcting a deviation in the Faraday rotation angle caused by the wavelength change.
即ち本発明は、磁界を印加することにより偏光した光の
偏波面を回転するいわゆるファラデー回転子において、
少なくとも２種類以上の（ＲＢＩ ） ３（ＦｅＸＹ）
５０１２ （Ｒは希土類、ｘ−ｙはＧａ、 Ａｌ、
Ｍｇ−）で表される鉄ガーネットを用いることにより、
−方の鉄ガーネットが温度変化、及び波長変化によりフ
ァラデー回転角が変化した時、他方の鉄ガーネットが温
度変化により磁区を反転させることによりファラデー回
転子を調整することを特徴とするファラデー回転子を提
供するものである。That is, the present invention provides a so-called Faraday rotator that rotates the plane of polarization of polarized light by applying a magnetic field.
At least two or more types (RBI) 3 (FeXY)
5012 (R is rare earth, x-y is Ga, Al,
By using iron garnet represented by Mg-),
- A Faraday rotator characterized in that when the Faraday rotation angle of one iron garnet changes due to temperature changes and wavelength changes, the other iron garnet adjusts the Faraday rotator by reversing the magnetic domain due to temperature changes. This is what we provide.
常温近辺に磁区相殺温度領域を持つ鉄ガーネットを組み
合わせ、一方の鉄ガーネットが温度変化や波長変化で機
能が低下した場合、他の一方の鉄ガーネットが動作温度
領域となるよう設定し１組み合せられた２個の鉄ガーネ
ットの偏光機能を合わせて正常に保ち、使用波長の変更
や温度変化があっても機能を確保する。Iron garnets with a magnetic domain cancellation temperature range near room temperature are combined, and if one iron garnet loses its function due to temperature changes or wavelength changes, the other iron garnet is set to have an operating temperature range. The polarization functions of the two iron garnets are combined to maintain normality, ensuring functionality even if the wavelength used or temperature changes.
本発明による実施例を以下に示す。 Examples according to the present invention are shown below.
（実施例１）
第１図は、本発明の一実施例を示し、温度によるファラ
デー回転角の変化を補正するためのファラデー回転子の
断面図である。本例において、ファラデー回転子イ１は
（ＴｂＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２単結晶、ファラデー回転子
口２として（Ｇｄ Ｂｉ） ３ （ＦｅＧａＡｌ）ｓｏ
ｔ ２単結晶を用いた。ファラデー回転子に磁場を加え
るマグネット３は希土類磁石で構成している。ファラデ
ー回転子口２は、鉄ガーネットの相殺温度が約２８℃で
あり、その温度状況下にある時は、ファラデー効果が起
こらないようになっている。ファラデー回転角イ１の（
ＴｂＢｉ）３ＦｅｓＯ＋□単結晶のファラデー回転角の
温度係数は−０，０４℃であり、２０℃において４５度
回転するように調整されているファラデー回転子イ１の
ファラデー回転角が温度が１℃高くなるごと０．０４度
回転角が減少する。従って、ファラデー回転子イ１の環
境温度が３０℃になった時、ファラデー回転子イ１のフ
ァラデー回転角は４４．６度に変化した。その時、ファ
ラデー回転子口２は、磁区の反転により、ファラデー回
転効果が起こり、予め０．４度回転するように設定され
ているため、ファラデー回転子イｌの変化分０．４度を
補正し、温度３０℃においても、ファラデー回転角が４
５度回転することが出来た。(Embodiment 1) FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and is a sectional view of a Faraday rotator for correcting changes in the Faraday rotation angle due to temperature. In this example, the Faraday rotator I 1 is (TbBi) 3 Fe 5 O 12 single crystal, and the Faraday rotator mouth 2 is (Gd Bi) 3 (FeGaAl) so
A t2 single crystal was used. The magnet 3 that applies a magnetic field to the Faraday rotator is composed of a rare earth magnet. In the Faraday rotor port 2, the offset temperature of iron garnet is approximately 28° C., and the Faraday effect does not occur under this temperature condition. Faraday rotation angle i1 (
The temperature coefficient of the Faraday rotation angle of the TbBi)3FesO+□ single crystal is -0.04℃, and the Faraday rotation angle of the Faraday rotator I1, which is adjusted to rotate by 45 degrees at 20℃, is 1℃ higher. The rotation angle decreases by 0.04 degrees each time. Therefore, when the ambient temperature of Faraday rotator I1 became 30° C., the Faraday rotation angle of Faraday rotator I1 changed to 44.6 degrees. At this time, the Faraday rotor port 2 is set in advance to rotate by 0.4 degrees due to the Faraday rotation effect caused by the reversal of the magnetic domains, so the Faraday rotor port 2 is corrected for the change of 0.4 degrees by the change in the Faraday rotator I. , even at a temperature of 30°C, the Faraday rotation angle is 4
I was able to rotate it 5 degrees.
（実施例２） 第２図に、本発明による他の一実施例を示す。(Example 2) FIG. 2 shows another embodiment according to the present invention.
本例において、ファラデー回転子ハ４として（ＹＢｉ）
３Ｆｅｓｏ＋ ２単結晶、ファラデー回転チエ５とし
て（（Ｅｄ Ｂｉ）：＋（ＦｅＧａＡｌ）ｓｏ＋２単結
晶を用いた。ファラデー回転子に磁場を加えるマグネッ
ト３を用いたファラデー回転チエ５は、磁区相殺温度が
２５℃であり、その温度状況下にある時は、ファラデー
効果が起こらないようになっている。尚、このファラデ
ー回転チエ５は磁区相殺温度以外の時は、波長、５５μ
ｍにおいて１５度回転する。このファラデー回転チエ５
は、ペルチェ素子７により磁区の補償温度２５℃付近に
温度が保持され１通常は、ファラデー効果が起こらない
ようになっている。ファラデー回転子ハ４は、波長依存
性を持つため、光通信用に使用されている波長、３１μ
ｍと、５５μ層においては、各々ファラデー回転角具な
る。このため、ファラデー回転子ハ４は、、３１μｍに
おいて４５度回転されるよう調整した。この場合、、５
５μ履におけるファラデー回転角は３０度であった。In this example, as the Faraday rotator H4 (YBi)
3Feso+2 single crystal, ((Ed Bi):+(FeGaAl)so+2 single crystal was used as the Faraday rotator 5.The Faraday rotator 5 using the magnet 3 that applies a magnetic field to the Faraday rotator has a magnetic domain cancellation temperature of 25 ℃, and under that temperature condition, the Faraday effect does not occur.In addition, this Faraday rotation chain 5 has a wavelength of 55μ when the temperature is not magnetic domain cancellation temperature.
Rotate 15 degrees at m. This Faraday rotating chain 5
The temperature is maintained near the magnetic domain compensation temperature of 25° C. by the Peltier element 7, so that the Faraday effect does not normally occur. Since the Faraday rotator C4 has wavelength dependence, the wavelength used for optical communication is 31μ.
In the m and 55μ layers, each becomes a Faraday rotating corner. For this reason, the Faraday rotator C4 was adjusted to be rotated by 45 degrees at 31 μm. In this case, 5
The Faraday rotation angle for 5μ shoes was 30 degrees.
、５５μｍの波長でに使用する場合、光アイソレータな
どに用いられるファラデー回転子は、４５度が最適の回
転角であるため、ファラデー回転チエ５をペルチェ素子
により磁区相殺温度を２５℃より若干高い温度（約３０
℃程度）まで上昇させ、それにより、ファラデー回転素
チエ５は、磁区の反転を行い、ファラデー回転角１５度
を発生した。その結果、ファラデー回転子ハ４、及びフ
ァラデー回転チエ５を合わせて、５５μ膳の波長におい
ても４５度の回転角が得られた。本実施例では波が、３
１から、５５μ重へと大幅に変化する場合を示したが、
環境条件によるわずかなずれの補正も同様な方法で第２
のファラデー回転子の回転角の設定により改善すること
が出来る。, when used at a wavelength of 55 μm, the optimum rotation angle of the Faraday rotator used in optical isolators is 45 degrees, so the Faraday rotator 5 is used with a Peltier element to adjust the magnetic domain cancellation temperature to a temperature slightly higher than 25°C. (about 30
As a result, the Faraday rotation element 5 reversed its magnetic domain and generated a Faraday rotation angle of 15 degrees. As a result, a rotation angle of 45 degrees was obtained even at a wavelength of 55 μm by combining the Faraday rotator 4 and the Faraday rotator 5. In this example, the waves are 3
We have shown a case where the weight changes significantly from 1 to 55μ weight,
Correction of slight deviations due to environmental conditions can be made using the same method as the second one.
This can be improved by setting the rotation angle of the Faraday rotator.
ハ８発明の詳細
な説明したごとく、本発明によれば、（ＲＢｉ）ｒ（Ｆ
ｅＸＹ）５Ｏ１２（Ｒは希土類、ｘ−ｙはＧａ、 Ａｌ
、 Ｍｇ−）で表される鉄のガーネット単結晶の中で、
１６ａサイト、２４ｄサイトのＦｅ３＋がＧａ、 ＡＩ
などの非磁性イオンに、ある程度置きかわると常温付近
において磁区が反転する温度（磁区相殺温度）領域があ
り、その温度領域において磁場を印加してもファラデー
回転が起こらないという特徴を利用して常温においては
、第１のファラデー回転子にのみファラデー回転が起こ
り、常温から±５℃以上の変化が起こった時、第２のフ
ァラデー回転子に磁区の相殺が起こり、ファラデー回転
が第２のファラデー回転にも発生し、第１のファラデー
回転子が温度によって変化したファラデー回転角のずれ
を補正するファラデー回転子や、波長が変化したことに
よって第１のファラデー回転子の回転角が変化したとき
、第２のファラデー回転子が温度変化により磁区を反転
させ、波長変化により発生したファラデー回転角のずれ
を補正するファラデー回転子が得られ、広温度領域、及
び高周波数帯域で高精度に機能するファラデー回転子を
提供出来る。C8 As described in detail of the invention, according to the invention, (RBi)r(F
eXY)5O12 (R is rare earth, x-y is Ga, Al
, Mg-) in the iron garnet single crystal,
Fe3+ at the 16a site and 24d site is Ga, AI
When non-magnetic ions such as In , Faraday rotation occurs only in the first Faraday rotator, and when a change of ±5°C or more from room temperature occurs, magnetic domain cancellation occurs in the second Faraday rotator, and the Faraday rotation becomes the second Faraday rotation. This also occurs when the first Faraday rotator corrects a deviation in the Faraday rotation angle that has changed due to temperature, or when the rotation angle of the first Faraday rotator changes due to a change in wavelength. The Faraday rotator of No. 2 inverts the magnetic domains due to temperature changes, and the Faraday rotator that corrects the deviation of the Faraday rotation angle caused by the wavelength change is obtained, and the Faraday rotator functions with high precision in a wide temperature range and high frequency band. I can provide a child.
第１図は、本発明の一実施例を示し、温度によるファラ
デー回転角の変化を補正するためのファラデー回転子の
断面図。
第２図は、本発明の他の一実施例を示し、波長によるフ
ァラデー回転角の変化を補正するためのファラデー回転
子の断面図。
第３図は、光アイソレータの原理を示す構成斜視図。
第４図は、光アイソレーダのアイソレーションとファラ
デー回転角の関係を示す図。
１・・・ファラデー回転子イ、２・・・ファラデー回転
子口、３・・・マグネット、４・・・ファラデー回転子
ハ、５・・・ファラデー回転チエ、６・・・半導体レー
ザ、７・・・ベルチェ素子、８・・・偏光子、９・・・
ファラデー回転子、１０・・・検光子、ａ・・・入射光
の方向、ｂ・・・入射光、Ｃ・・・出射光、ｄ・・・戻
り光、ｅ・・・偏光された戻り光、Ｈ・・・磁界の方向
。
第１図FIG. 1 is a sectional view of a Faraday rotator for correcting changes in Faraday rotation angle due to temperature, showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of a Faraday rotator for correcting changes in Faraday rotation angle depending on wavelength, showing another embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view of the structure of the optical isolator. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the isolation of the optical isolator and the Faraday rotation angle. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Faraday rotator a, 2... Faraday rotator mouth, 3... magnet, 4... Faraday rotator c, 5... Faraday rotator chain, 6... semiconductor laser, 7... ...Bertier element, 8...Polarizer, 9...
Faraday rotator, 10... Analyzer, a... Direction of incident light, b... Incident light, C... Outgoing light, d... Return light, e... Polarized return light , H... Direction of magnetic field. Figure 1
Claims (1)
転するいわゆるファラデー回転子において、少なくとも
２種類以上の（ＲＢｉ）＿３（ＦｅＸＹ）＿５Ｏ＿１＿
２（Ｒは希土類、Ｘ・ＹはＧａ、Ａｌ、Ｍｇ・・・）で
表される鉄ガーネットを用いることにより、一方の鉄ガ
ーネットが温度変化、及び波長変化によりファラデー回
転角が変化した時、他方の鉄ガーネットが温度変化によ
り磁区を反転させることによりファラデー回転子を調整
することを特徴とするファラデー回転子。1. In a so-called Faraday rotator that rotates the plane of polarization of polarized light by applying a magnetic field, at least two types of (RBi)_3(FeXY)_5O_1_
By using iron garnets represented by 2 (R is rare earth, X and Y are Ga, Al, Mg...), when the Faraday rotation angle of one iron garnet changes due to temperature changes and wavelength changes, A Faraday rotator characterized in that the other iron garnet adjusts the Faraday rotator by reversing its magnetic domain due to temperature changes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1079068A JP2567697B2 (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | Faraday rotation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1079068A JP2567697B2 (en) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | Faraday rotation device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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