JPH047514A - 光アイソレータ - 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〕 本発明は、光通信などレーザ応用装置に用いる光アイソ
レータに係り、特にファラデー素子と磁化装置とを一体
化構成することによって、全体が小形化されるようにし
た光アイソレータに関するものである。

〔従来の技術〕

光アイソレータは、ファラデー効果を利用したもので、
光フアイバ端面などから光源である半導体レーザへの戻
り光を遮断することによって、半導体レーザの発振を安
定化させるために使用されるようになっている。

第２図は従来技術に係る光アイソレータの断面を、その
外部周辺に配される光学系とともに示したものである。

図中、２１は半導体レーザ、２２．２３はレンズ、２４
は光ファイバ、２５．２６は方位角を互いに４５°傾け
た偏光子、２７は透過光の偏光面を４５゜回転させるフ
ァラデー素子、２８は永久磁石である。

この永久磁石２８は、飽和磁束以上の磁束でファラデー
素子２７を磁化するために設けられたものである。

その動作について説明すれば、半導体レーザ２１からの
出射光はレンズ２２により平行光束とされた状態で偏光
子２５に入射され、偏光子２５から出射された直線偏光
はファラデー素子２７を通過する際に、偏光面が４５°
回転されて偏光子２６に入射されるようになっている。

偏光子２６での方位角は偏光子２５に対し４５°傾けで
あるから、ファラデー素子２７からの出射光は偏光子２
６をそのまま透過したうえ、レンズ２３により集光され
て光ファイバ２４に入射されるようになっている。一方
、光ファイバ２４からの出射光はレンズ２３により平行
光束とされた状態で偏光子２６により直線偏光となりフ
ァラデー素子２７に入射され、ファラデー素子２７を通
過する際に、その偏光面が４５°回転されて偏光子２５
に入射されるようになっている。偏光子２５での方位は
偏光子２６の方位に対して−４５°傾けであるから、偏
光子２５に入射される直線偏光の偏光面と直交する結果
、偏光子２５を透過し得ないことになる。即ち、光ファ
イバ２４からの出射光は半導体レーザ２１に戻ることは
防止されるものである。

ところで、ファラデー素子の材質としては、光通信に用
いられる半導体レーザの発振波長１．３μ田および１．
５５７ｚｍ帯では、ＹａＦｅｓＯ＋ｚ　（イツトリウム
・アイアン・ガーネット、以下ＹＩＧと略称する）単結
晶が通常用いられる。ＹＩＧの飽和磁束は約０．２テス
ラであり、このための永久磁石２８の外径は１０ｍｎ程
度と大きくならざるを得ないものとなっている。即ち、
これまでの光アイソレータでは、全体としての小形化が
図れなかったものである。

このような光アイソレータを小形化する方法もこれまで
に検討されていないわけではなく、たとえば特開昭６４
−４０８１１号公報によれば、ファラデー素子用永久磁
石の代りに超電導物質のコイルを用いる方法や、超電導
物質の円環状のコイルを用い、ファラデー素子の外周に
接するように構成する方法が開示されている。後者によ
る場合、円環状のコイルは接着剤などにより固定される
か、あるいはファラデー素子の外周に真空蒸着されるか
、またはファラデー素子の外周に塗布された後に焼結さ
れることによって、ファラデー素子に固定されるように
なっている。

一４＝ 〔発明が解決しようとする課題〕 以上のように、これまでの光アイソレータでは永久磁石
の大形化によって、全体としての小形化は図れないもの
となっている。また、特開昭６４−４０８１１号公報に
開示されている方法によるにしても、何等かの不具合を
生じたものとなっている。

超電導物質のワイヤーを用いたコイルによりファラデー
素子を磁化させる方法では、永久磁石を用いる方法に比
し小形化されるが、その小形化はまだ十分とはいえない
ものとなっている。また、超電導物質の円環状コイルを
ファラデー素子の外周に直接接着させファラデー素子を
磁化させる方法では、十分小形化されるが、その反面周
囲温度が変化すれば両物質（超電導物質とファラデー素
子）の熱膨張係数の違いからファラデー素子に歪みを与
え、これがために特性を悪化させ′るおそれがあるもの
となっている。更に、ファラデー素子の外周に超電導物
質を蒸着したり、塗布後焼結する方法では、高温、多湿
など悪環境の下では超電導物質（薄膜）が剥離するおそ
れがあるものとなっている。

本発明の目的は、小形で安定した性能を有する光アイソ
レータを供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ファラデー素子と磁石を一体化されたもの
として構成するが、中心部がファラデー効果を有する物
質、外周部が超電導材料の傾斜機能材料として構成する
ことで達成される。

〔作　用〕

超電導物質のコイルとファラデー素子が一体化された円
筒形の傾斜機能材料として構成されるようにしたもので
ある。側面部の超電導物質が円環状コイルとして機能す
ることによって、中心部のファラデー素子を磁化させる
ことから、光アイソレータ全体の小形化が図れるもので
ある。また、周囲の温度が急激に変化したり、高温多湿
などの悪環境下においても、ファラデー素子には歪みが
与えられないばかりか、コイルとファラデー素子は剥離
されないので、安定した性能を有する光アイソレータが
得られるものである。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図により説明する。

第１図は本発明による光アイソレータをその外部周辺に
配される光学系とともに示したものである。図中１１は
半導体レーザ、１２．１３はレンズ、１４は光ファイバ
、１５．１６は方位角を互いに４５°傾けた偏光子、１
７は中心部がファラデー素子、側面部が超電導物質の円
筒形傾斜機能材料である。円筒形傾斜機能材料１７の側
面部の超電導物質が円環状コイルとして機能し、中心部
のファラデー素子を磁化させることによって、ファラデ
ー素子を直線偏光が通過する際に、その偏光面が４５°
回転されるものとなっている。したがって、光アイソレ
ータとしての動作や機能は、何等これまでのものと異な
るところはないが、ファラデー素子と円環状コイルの一
体化によって、その分光アイソレータ全体としての小形
化が図れるものである。

ここで、本発明に係る超電導体および傾斜機能材料につ
いて一般的に説明すれば以下のようである。

即ち、超電導体は、当初単一金属、たとえば水銀、アル
ミニウム、亜鉛などにってい検討されたが、いずれも臨
界温度が液体ヘリウムの沸点（４，２Ｋ）近傍であり、
実用上問題があることは否めなかったものである。しか
しながら、その後、合金、炭化物、窒化物などについて
検討され、最近ではイツトリウム・バリウム・銅酸化物
、ビスマス・カルシュラム・ス１〜ロンチュウム・銅酸
化物など、ペロジスカイ１〜型の結晶構造をもつセラミ
ックスについても検討されるようになっている。

これらペロブスカイト型結晶構造のセラミックスでは、
臨界温度が液体窒素の沸点（７７，４Ｋ　）まで高めら
れることが確認され、室温、更には室温以上で超電導現
象を示す物質発見の可能性があることは否定し得ないも
のとなっている。

ところで、超電導体の特性を示すパラメータとしては臨
界温度ばかりでなく、臨界磁場（超電導現象が崩れる磁
場の強さ）、臨界電流密度も重要なものとなっている。

ペロブスカイト型セラミックスでは臨界電流密度が小さ
いとされていたが、最近では改善され１０３Ａ／ｃｄ程
度のものが得られるようになっている。また、薄膜にす
ると１０５Ａ／ｄが得られたとの報告（ｉＢＭワトソン
研究所）も行なわれており、多層膜にすれば、臨界電流
密度は更に」二昇するものとなっている。

一方、臨界磁場に関しては、現在までに１テスラ程度の
ものが得られており、問題ないと考えられている。

因みに、ペロブスカイト型超電導体セラミックスの製法
は、チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛なと圧電体セラミ
ックスと類似の方法で行なえる。

即ち、原料の秤量→混合・粉末の均質化→仮焼（粉末状
での加熱）→粉末の均質化→成型→焼結の手順で行なえ
ばよいものである。その薄膜化には蒸着や、スパッタ、
ＣＶＤなどの方法が採られるが、特にスパッタ方法では
、上記の超電導体セラミックスをターゲットとして用い
れば、ターゲラ１〜とほぼ同一組成の薄膜が得られるも
のとなっている。

また、超電導体セラミックス、または単結晶の材質とし
ては、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系セラミツクスが考えられる
が、他の超電導体セラミックスでもよい。たとえば、Ｙ
の代わりにＳｃ、ランタノイド、アクチノイド、Ｂ、Ａ
Ｑ、Ｇａ、Ｉｎ、ＴＱを、Ｂａの代わりにＢ　ｅ　Ｊ　
Ｍｇ、　Ｃｕ　＋　Ｓ　ｒ　＋　Ｒａ　＋　Ｚ　ｎ。

Ｃｄ、Ｈｇを、Ｃｕの代わりに、Ａｇ、　Ａｕ、　Ｌｉ
、　Ｎａ＋に、Ｒｂ、Ｃｅ、Ｆｒ、Ｈｆを用いたものや
、Ｎｂ系、あるいはそれらと非超電導材料の混合物でも
よい。

さて、ファラデー素子の材質に関しては、半導体レーザ
の光発振波長が１．３μｍ以上の長波長帯ではＹＩＧ単
結晶か、また、短波長帯（０，８μｍ帯）では希土類イ
オンを含む常磁性ガラスなど種々のガラスが用いられる
ようになっている。ここで、傾斜機能材料について説明
すれば、傾斜機能材料とは、表と裏でまったく性能が異
なり、表から裏へ向かって徐々にその性質が変化する材
料一般をいう。たとうば一方の側がセラミックス、他方
の側が金属の性質をもち、その間での組成や構造が連続
的に変化する材料をいう。このような材料は、２つの材
料の特徴を生かせる上に、２種類の異なった材料の貼り
合せがないので壊れにくく、小形軽量となっている。し
たがって、超耐熱性が要求される航空、宇宙、核融合分
野、耐放射性が要求される原子力分野、電気的、光学的
な特性が要求されるエレクトロニクス分野、医学分野な
ど広い応用が期待されるものとなっている。以上では、
板状のものについて説明してきたが、球状９円筒形状の
ものが必要な場合には、表面と中心部で材質の異なった
傾斜機能材料が考えられることは明らかである。本発明
では、中心部がファラデー効果を有する物質、側面が超
電導物質の円筒形状傾斜機能材料が用いられているわけ
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、以下に記載のよう
な効果が得られることになる。

ｉ）中心部がファラデー素子、側面部が超電尋物質の円
筒形傾斜機能材料を用いているので、光アイソレータの
小形化が図れる。

■）上記の傾斜機能材料を用いているため、ファラデー
素子と超電導物質の熱膨張係数の違いが緩和される結果
、周囲の′Ｑ度が急激に変化してもファラデー素子に歪
みが与えられることはない。

■）上記の傾斜機能材料を用いているため、高温多湿な
ど悪環境下においても、ファラデー素子と超電導物質と
が剥離されることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光アイソレータを外部光学系とと
もに示す図、第２図は従来技術に係る光アイソレータを
外部光学系とともに示す図である。 １５、１６・・・偏光子、１７・・・中心部がファラデ
ー素子、側面部が超電導物質の円筒形傾斜機能材料。 特許出願人　　　日立湘南電子株式会社代理人弁理士　
　秋　本　正　実 （外１名） ２１−−一　羊導右トレーす。 ２２　２３−−−レンで゛ フ ２４−ｍ−光フアイ７、・・ ２５２６−−−傷光ｊ ２７−−−フアラデニ傳ｒケ ２８−一一氷、久碗石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、入射された直線偏光の方位角をファラデー効果によ
   り４５度回転させて出射するファラデー素子と、該ファ
   ラデー素子から出射された直線偏光を透過し、これと垂
   直な偏光面をもつ直線偏光を分離する偏光子と、該ファ
   ラデー素子を磁化させる装置（磁石）とで構成される光
   アイソレータにおいて、該磁化させる装置を超電導物質
   の円環状コイルとし、しかも該ファラデー素子と該超電
   導物質の円環状コイルを一体化して、中心部がファラデ
   ー素子、側面部が超電導物質の円筒形傾斜機能材料とし
   て構成したことを特徴とする光アイソレータ。