JPH05165000A - 光スイッチ用一体型偏光面切換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気光学素子を通過する光線を絞る必要がな
く、磁気光学素子に十分な磁界を与えることができ、ヨ
ーク構造が簡単で製作容易で、位置合わせや調整も容易
に行えるようにする。 【構成】 狭幅の側ヨーク１０，１２と、広幅の中央ヨ
ーク１１と、スペーサ１５，１６と、磁気光学素子１８
からなる。各ヨーク１０，１１，１２は、半硬質磁性材
の薄板を用いて磁気ギャップのある矩形状に打抜き、所
定枚数積層する構造である。側ヨーク１０と中央ヨーク
１１との間、及び中央ヨーク１１と側ヨーク１２との間
に非磁性のスペーサ１５，１６を挟んでギャップ幅方向
が一致する向きで配列し固定して、巻線１９を施す。前
記ヨーク１０，１１，１２の各磁気ギャップに共通に１
枚の板状の磁気光学素子１８を挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非機械式光スイッチで
用いる一体型の偏光面切換器に関し、更に詳しく述べる
と、磁気ギャップを有する環状の半硬質磁性板を積層し
たヨークを組み合わせ、各磁気ギャップに共通に板状の
磁気光学素子を挿入した光スイッチ用一体型偏光面切換
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高いシステム信頼度が必要な光通信シス
テムでは、装置や伝送路の障害による通信不能を回避す
るために、多重化してある装置や伝送路の切り換えを光
スイッチで行う。光スイッチの構造は種々提案されてい
るが、その一つに光の偏光方向を磁界で変えることによ
り非機械的にスイッチングを行わせるものがある。

【０００３】この種の単一モード光ファイバー用光スイ
ッチの一例を図４に示す。これは１入力２出力の自己保
持型の例であり、第１の複合偏光プリズム４１と、１／
２波長板４２と、２個並置した偏光面切換器４３，４４
と、第２の複合偏光プリズム４５とを、この順序で配置
したものである。第１の複合偏光プリズム４１で偏光面
が互いに直交する２つの偏光光線に分離し、１／２波長
板４２を通過すると偏光面が４５度回転する。偏光面切
換器４３，４４を通るとファラデー効果により偏光面が
４５度あるいは−４５度回転する。従って１／２波長板
４２と偏光面切換器４３，４４を通過後は、結局、偏光
面が回転せず元に戻るか、あるいは９０度回転する。両
偏光光線は第２の複合偏光プリズム４５で合成される。
偏光面回転が０度のときはＡ方向に出射し、偏光面回転
が９０度のときはＢ方向に出射する。入力側の光ファイ
バーにはレンズ４６を設けて入力光線を絞って偏光面切
換器４３，４４の位置で最も細くなるようにし、出力側
の光ファイバーにはレンズ４７，４８を設けて平行光線
に戻す。

【０００４】ここで両偏光面切換器４３，４４は全く同
一の構造をしており、図５に示すように、巻線５４を施
したヨーク５０と薄板状の磁気光学素子５２からなる。
ヨーク５０は１枚の半硬質磁性板を環状に曲げ加工した
ものであり、その両端が磁気光学素子５２の両端近傍に
位置するように組み合わせる。半硬質磁性材を使用する
のは外部からの磁化力により一度着磁した磁極を容易に
反転できる性質を持つからであり、磁界の方向を切り換
えて偏光面の回転方向を変える偏光面切換器の動作に好
都合だからである。磁気光学素子５２としては、ＹＩＧ
（イットリウム・鉄・ガーネット）単結晶の薄板を用
い、反磁界の影響を低減して低磁界駆動を可能にしてい
る。巻線の電流をどちら向きに流すかによって磁界方向
が反転し、光路のスイッチングが行われる。実際に使用
している磁気光学素子５２の寸法は使用光波長１．３μ
ｍで、長さ２mm、厚さ２００μｍ程度である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが従来技術で
は、磁気光学素子の厚みを非常に薄くするため、通過す
る光ビーム径を絞らなければならず、専用のレンズが必
要となり部品点数が増える問題がある。しかもビームウ
エスト（光線の最も狭まった箇所）を極めて薄い磁気光
学素子内に収まるようにしなければならず光軸調整は容
易ではない。また光線の通過を阻害せず且つ磁気光学素
子に十分な磁界を印加するため、ヨークの先端形状も薄
肉化する必要がありヨーク構造が複雑で加工が面倒であ
るし、互いに近接して精度良く固定するのは非常に手間
がかかり困難を伴う。

【０００６】更に１枚の半硬質磁性材で磁気光学素子に
十分な磁界を与えるために、ヨークに保磁力、残留磁束
密度、角形比等の磁気特性の条件が厳しく、特殊な半硬
質磁性材、例えばニブコロイ（Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｂ合金の
商品名）等を使用しなければならない。この種の材料は
一般に入手困難であり、複雑なヨーク形状とも相俟て製
作コストが高くなる。

【０００７】本発明の目的は、通過する光線を絞る必要
がなく、磁気光学素子に十分な磁界を与えることがで
き、ヨーク構造が簡単で製作容易であり、位置合わせや
調整も容易に行える光スイッチ用一体型偏光面切換器を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、主として３個
以上のヨークと、それらの間に位置するスペーサと、ヨ
ークの磁気ギャップに共通に挿入した磁気光学素子とか
らなる光スイッチ用一体型偏光面切換器である。ここで
各ヨークは、ほぼ環状をなし一部に磁気ギャップを有す
る半硬質磁性材料製の板材を複数枚積層したものであ
る。それらのヨークを、複数の光線通過域に光ビーム径
以上の隙間を形成するように、スペーサを介してギャッ
プ幅方向が一致する向きで配列する。こうしてヨークと
スペーサを一体化したものに巻線を施す。磁気光学素子
は、例えば磁気光学結晶板又は基板に磁気光学結晶を成
膜した板状体である。

【０００９】特に、広幅の中央ヨークと、その両側に位
置する狭幅の側ヨークとを光線通過域規制用のスペーサ
を挟んで一体化した構造、あるいは４個の同一形状のヨ
ークを、中央の光路間隔規制用のスペーサ及び両側に位
置する光線通過域規制用のスペーサを挟んで一体化した
構造が望ましい。

【００１０】

【作用】巻線に電流を流すとヨークを通る磁路が形成さ
れ、光線通過域の磁気ギャップ近傍には、両側のヨーク
からの漏れ磁界が同じ向きに与えられ、それらが加わっ
て磁気ギャップに挿入した磁気光学素子には広い範囲に
わたって十分大きな磁界が印加される。これによって通
過光線を特に細く絞らなくても、ヨーク間の隙間にある
磁気光学素子を光線が通過する時、偏光面が４５度回転
する。巻線の電流の向きを反対にすると、磁界の向きは
反転し、磁気光学素子を通過する光線の偏光面は−４５
度回転する。このようにして巻線に流す電流の向きを変
えることにより光線の偏光面の回転方向が切り換わる。
また１枚の磁気光学素子を使用するため、両方の光線通
過域を通る光線について、光線と磁気光学素子との角度
関係は常に一致する。

【００１１】

【実施例】図１は本発明に係る光スイッチ用一体型偏光
面切換器の斜視図である。この偏光面切換器は、主とし
て、狭幅の側ヨーク１０，１２と、広幅の中央ヨーク１
１と、スペーサ１５，１６と、磁気光学素子１８からな
る。各ヨーク１０，１１，１２は、半硬質磁性材の薄板
を用いて磁気ギャップのある矩形状に打抜き、所定枚数
積層する構造である。側ヨーク１０と中央ヨーク１１と
の間、及び中央ヨーク１１と側ヨーク１２との間にそれ
ぞれ非磁性（例えばアルミニウム製）のスペーサ１５，
１６を挟んでギャップ幅方向が一致する向きで配列し接
着剤などにより固定する。そしてそれらに巻線１９を施
す。スペーサ１５，１６は光線通過域規制用であり、そ
の形状はヨーク形状の上部をカットしたＵ字型をしてい
る。ここで広幅の中央ヨーク１１は光路間隔を規制する
機能も果たしている。前記ヨーク１０，１１，１２の各
磁気ギャップに共通に１枚の板状の磁気光学素子１８を
挿入する。磁気光学素子１８としては、例えばファラデ
ー回転角の大きな磁気光学結晶をＬＰＥ（液相エピタキ
シャル成長）法で成膜したもの等が好適である。

【００１２】巻線１９に電流を流すと各ヨーク１０，１
１，１２を通る磁路が生じる。中央ヨーク１１と側ヨー
ク１０，１２に挟まれた隙間には、挟んだ両方のヨーク
から漏れ磁界が与えられる。本発明では半硬質磁性材の
薄板を何枚か重ね合わせているので大きな磁界が得られ
る。このためヨーク材料は例えば従来使用していたニブ
コロイ等に比較して保磁力、残留磁束密度が小さいクロ
ム・ステンレス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２が使用できる。その
他、ＳＵＳ６３１、ＳＫ５等の材料も使用可能である。
こうして光線通過域の磁気ギャップ近傍には十分な磁界
が印加され、しかも広範囲に及ぶ。ヨーク１０，１１，
１２の磁気ギャップ部分に挿入した共通の磁気光学素子
１８は磁界を受けて光線通過域を通る光線の偏光面をフ
ァラデー効果により４５度回転させる。回転させる方向
は巻線１９に流す電流の向きによって決まる。電流の向
きを反対に流すと、磁界の向きは反転し、磁気光学素子
を通過する光線の偏光面は−４５度回転する。こうして
光線の偏光面切り換えを行う。

【００１３】本発明の偏光面切換器を用いた光スイッチ
の構造を図２に示す。これは１入力２出力の自己保持型
の例であり、第１の複合偏光プリズム２１と、１／２波
長板２２と、偏光面切換器２３と、第２の複合偏光プリ
ズム２４とを、この順に配置する。複合偏光プリズム２
１，２４は平行四辺形プリズムと三角プリズムとの接合
面に偏光分離膜２１ａ，２４ａを有し、平行四辺形の対
向斜面に全反射膜２１ｂ，２４ｂを形成したものであ
る。偏光面切換器２３の構造は、図１に関連して述べた
通りである。１／２波長板２２には例えば水晶等を用い
る。

【００１４】入射光線は第１の複合偏光プリズム２１で
偏光面が互いに直交する２つの偏光光線に分離し、これ
が１／２波長板２２を通過すると偏光面が４５度回転す
る。偏光面切換器２３を通るとファラデー効果により偏
光面が４５度あるいは−４５度回転する。従って１／２
波長板２２と偏光面切換器２３を通過後は偏光面は合計
０度あるいは９０度回転している。２つの偏光光線は第
２の複合偏光プリズム２４で合成されて出射する。偏光
面切換器２３を通る時、偏光面を４５度あるいは−４５
度のどちらの向きに回転させるかで出射方向がＡかＢに
決定される。

【００１５】試作した偏光面切換器の巻線に直流電流を
ながした後、電流を遮断した時の特性測定結果を図６及
び図７に示す。図６は偏向面切替器の起磁力とそれに対
するのファラデー回転の関係、図７は起磁力とそれに対
する消光比の関係を示している。偏光面切換器２３の磁
気光学素子１８にヨーク１０，１１，１２から十分な磁
界が得られれば、ファラデー回転は４５度となり消光比
も４５ｄＢ以上得られる筈である（因に、従来技術での
消光比が３０ｄＢ程度である）。起磁力１５０ＡＴで４
５度のファラデー回転が発生し（図６参照）、そのとき
４５ｄＢ以上の消光比が得られている（図７参照）の
で、この偏向面切替器が自己保持型光スイッチ用として
十分な性能を持つことが確認できた。

【００１６】図３は、本発明に係る偏光面切換器の他の
例を示す。この偏光面切換器は、同一形状の４個のヨー
ク３０，３１，３２，３３を、中央の光路間隔規制用の
スペーサ３６と両側の光線通過域規制用のスペーサ３
５，３７を挟んで一体化した構造である。４個のヨーク
３０，…，３３それぞれは、半硬質磁性材料の薄板を一
部に磁気ギャップを設けるように矩形環状に打ち抜き、
複数枚を積層したものである。両側の光線通過域規制用
のアルミニウム製スペーサ３５，３７の幅は通過する光
線のビーム径以上に設定する。ギャップ幅方向が一致す
る向きで各ヨーク３０，…，３３をスペーサ３５，３
６，３７を介して配設し固定する。磁気光学素子３８
は、前記の実施例と同様に、磁気ギャップに共通に挿入
する。このような偏光面切換器の動作は前記実施例と何
らかわるところがないが、前記の実施例と比較してヨー
ク断面積が減少しており、そのためインダクタンスが下
がり、ヨークが発生する磁界の応答速度を上げることが
できる。

【００１７】本発明は上記の実施例のみに限定されるも
のではない。各ヨークは磁気ギャップを有するようなほ
ぼ環状をなしていればよく、矩形状に限らず、リング状
でもよい。その場合、外周の一部を平面状にして固定し
易くするのが望ましい。半硬質磁性板材の積層枚数など
は、使用条件等に応じて適宜選定する。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、光線通過域がヨークに挟み込
まれており双方のヨークから磁界が与えられるため、広
範囲に十分大きな磁界が作用し、磁気光学素子を従来の
ように薄くする必要がない。そのためビームウエストが
磁気光学素子に収容するように光線を絞りこむ必要がな
く、また光線を絞り込むレンズを使用しなくてよいので
部品点数も低減できる。更に一枚の共通の磁気光学素子
を組み込むため、光軸調整を簡単に行うことができ、前
記のように所定の磁界が印加される範囲が広いために、
磁気光学素子の設置位置に厳密な精度を要求されず、組
立が非常に簡単になる。構造上十分大きな磁界が得られ
るので、ヨークに保磁力、残留磁束密度が比較的小さい
入手容易な半硬質磁性材料を使用でき、ヨーク構造も簡
素化でき製作し易くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る偏光面切換器の一実施例を示す斜
視図。

【図２】本発明に係る偏光面切換器を使用した光スイッ
チの説明図。

【図３】本発明に係る偏光面切換器の他の実施例を示す
斜視図。

【図４】従来の光スイッチの一例を示す説明図。

【図５】従来の偏光面切換器の一例を示す説明図。

【図６】本発明に係る偏光面切換器の起磁力とファラデ
ー回転の関係を示すグラフ。

【図７】本発明に係る偏光面切換器の起磁力と消光比の
関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１０ 側ヨーク １１ 中央ヨーク １２ 側ヨーク １５ スペーサ １６ スペーサ １８ 磁気光学素子 １９ 巻線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ほぼ環状をなし一部に磁気ギャップを有
   する半硬質磁性材料製の板材を複数枚積層してヨークと
   し、複数の光線通過域に光ビーム径以上の隙間を形成す
   るように３個以上の前記ヨークをスペーサを介してギャ
   ップ幅方向が一致する向きで配設し、１枚の板状の磁気
   光学素子を連なった磁気ギャップに挿入し、前記ヨーク
   に巻線を施した光スイッチ用一体型偏光面切換器。
2. 【請求項２】 広幅の中央ヨークと、その両側に位置す
   る狭幅の側ヨークとを光線通過域規制用のスペーサを挟
   んで一体化した請求項１記載の光スイッチ用一体型偏光
   面切換器。
3. 【請求項３】 ４個のヨークを、中央の光路間隔規制用
   のスペーサと両側の光線通過域規制用のスペーサを挟ん
   で一体化した請求項１記載の光スイッチ用一体型偏光面
   切換器。