JPH08201745A - Faraday effect element, optical device using same and production thereof - Google Patents
Faraday effect element, optical device using same and production thereofInfo
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- JPH08201745A JPH08201745A JP2769095A JP2769095A JPH08201745A JP H08201745 A JPH08201745 A JP H08201745A JP 2769095 A JP2769095 A JP 2769095A JP 2769095 A JP2769095 A JP 2769095A JP H08201745 A JPH08201745 A JP H08201745A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光スイッチや光アイソ
レータなどの光デバイスに用いられるファラデー回転子
の主要素であるファラデー効果素子及びそれを用いた光
デバイス並びにそれらの製造方法に関し、特に、液相エ
ピタキシャル法により育成されたビスマス置換鉄ガーネ
ット単結晶の薄板からなるファラデー効果素子に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Faraday effect element which is a main element of a Faraday rotator used for an optical device such as an optical switch and an optical isolator, an optical device using the Faraday effect element, and a method for manufacturing them. The present invention relates to a Faraday effect element composed of a thin plate of bismuth-substituted iron garnet single crystal grown by a liquid phase epitaxial method.
【0002】[0002]
【従来の技術】よく知られているように、液相エピタキ
シャル法により育成されたビスマス置換鉄ガーネット単
結晶の薄板からなるファラデー効果素子と、永久磁石ま
たは電磁石とを組み合わせて、ファラデー回転子が構成
される。その一例を図1(A)に示している。コイル1
を巻いたC字型のヨーク2の磁気ギャップ部分にファラ
デー効果素子3を配置し、コイル1に流す励磁電流を反
転させることでファラデー効果素子3に印加する磁界の
向きを反転させる。正方向の磁界を印加した場合はファ
ラデー回転角は−45°であり、負方向の磁界を印加し
た場合はファラデー回転角は+45°となる。つまり、
コイル1に流す電流の向きによりファラデー回転角を9
0°切り替えることができる。なお、電磁石のヨーク2
としてクロム・ステンレス鋼SUS420J2 などの半硬質
磁性体を使用し、コイル1に所定の励磁電流パルスを供
給した後もヨーク2の残留磁気によりファラデー効果素
子3に所定値以上の磁界を印加し続けるように構成す
る。つまり、ファラデー回転角を切り替えるときにだけ
励磁電流パルスを供給すればよい。2. Description of the Related Art As is well known, a Faraday rotator is constructed by combining a Faraday effect element made of a thin plate of bismuth-substituted iron garnet single crystal grown by a liquid phase epitaxial method and a permanent magnet or an electromagnet. To be done. An example thereof is shown in FIG. Coil 1
The Faraday effect element 3 is arranged in the magnetic gap portion of the C-shaped yoke 2 wound with, and the direction of the magnetic field applied to the Faraday effect element 3 is reversed by reversing the exciting current flowing in the coil 1. When a positive magnetic field is applied, the Faraday rotation angle is −45 °, and when a negative magnetic field is applied, the Faraday rotation angle is + 45 °. That is,
The Faraday rotation angle is set to 9 depending on the direction of the current flowing through the coil 1.
You can switch 0 °. In addition, the yoke 2 of the electromagnet
As a semi-hard magnetic material such as chrome / stainless steel SUS420J2, a magnetic field of a predetermined value or more is continuously applied to the Faraday effect element 3 by the residual magnetism of the yoke 2 even after supplying a predetermined exciting current pulse to the coil 1. To configure. That is, it is sufficient to supply the exciting current pulse only when switching the Faraday rotation angle.
【0003】前記のように構成されたファラデー回転子
を用いた光スイッチの構成例を同図(B)に示してい
る。ファラデー効果素子3の両側にそれぞれ偏光ビーム
スプリッタ4,5を配置し、これらを結ぶ光軸上の片側
に2本の光ファイバ6a,6bを配置するとともに、反
対側に光ファイバ7a,7bを配置する。ファラデー効
果素子3のファラデー回転角を前述のように切り替える
ことにより、例えば光ファイバ3aからの光ビームを光
ファイバ7aに導いたり、光ファイバ7bに導くなど、
光の伝送経路を切り替える。An example of the structure of an optical switch using the Faraday rotator configured as described above is shown in FIG. Polarization beam splitters 4 and 5 are arranged on both sides of the Faraday effect element 3, two optical fibers 6a and 6b are arranged on one side on the optical axis connecting these, and optical fibers 7a and 7b are arranged on the opposite side. To do. By switching the Faraday rotation angle of the Faraday effect element 3 as described above, for example, the light beam from the optical fiber 3a is guided to the optical fiber 7a or the optical fiber 7b.
Switch the light transmission path.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】図1に示したファラデ
ー回転子の動作特性を図2に示している。同図中、横軸
Hはファラデー効果素子3に印加する磁界であり、縦軸
θはファラデー回転角である。横軸上の±h1は電磁石
のコイル1に所定の励磁電流を供給しているときに発生
している有効磁界であり、±h2は前記の励磁電流の供
給を停止したときにヨーク2の残留磁気により発生して
いる有効磁界である。The operating characteristics of the Faraday rotator shown in FIG. 1 are shown in FIG. In the figure, the horizontal axis H is the magnetic field applied to the Faraday effect element 3, and the vertical axis θ is the Faraday rotation angle. ± h1 on the horizontal axis is the effective magnetic field generated when a predetermined exciting current is supplied to the coil 1 of the electromagnet, and ± h2 is the residual of the yoke 2 when the supply of the exciting current is stopped. It is the effective magnetic field generated by magnetism.
【0005】同図(A)は理想的な特性の一つであり、
磁界H=0を中心にした対称でヒステリシスを有しない
特性であり、+h2の磁界がファラデー効果素子3に印
加されていればファラデー回転角は−45°に安定に保
たれ、−h2の磁界が印加されていればファラデー回転
角は+45°に安定に保たれる。この場合、前述のよう
にコイル1に所定振幅の正または負の励磁電流パルスを
供給することで、ファラデー回転角を+45°または−
45°に切り替えることができ、かつ切り替え後は励磁
電流を流さなくてもファラデー回転角は+45°または
−45°に保たれる。FIG. 1A shows one of the ideal characteristics,
The magnetic field is symmetrical with respect to the magnetic field H = 0 and has no hysteresis. If the magnetic field of + h2 is applied to the Faraday effect element 3, the Faraday rotation angle is kept stable at -45 °, and the magnetic field of -h2 is If applied, the Faraday rotation angle is kept stable at + 45 °. In this case, the Faraday rotation angle is + 45 ° or − by supplying a positive or negative exciting current pulse having a predetermined amplitude to the coil 1 as described above.
The angle can be switched to 45 °, and after the switching, the Faraday rotation angle is kept at + 45 ° or −45 ° without flowing an exciting current.
【0006】しかも、ヒステリシスがないため、印加磁
界の反転に伴い瞬時にファラデー回転角も反転するた
め、切替速度が高速になる。ここでファラデー回転角の
反転とは、+45°から−45°になること、或いはそ
の逆のことをいう。Moreover, since there is no hysteresis, the Faraday rotation angle is also instantly reversed with the reversal of the applied magnetic field, so that the switching speed becomes high. Here, the reversal of the Faraday rotation angle means a change from + 45 ° to −45 °, or vice versa.
【0007】ところで前記ファラデー効果素子3は、液
相エピタキシャル法により育成されたビスマス置換鉄ガ
ーネット単結晶から所定寸法の薄板を切り出し、その表
面を鏡面加工するとともに表面に反射防止コーティング
を施すというプロセスを経て製作され、これと電磁石と
を図1のように組み合わせてファラデー回転子を構成す
るのであるが、同じプロセスでファラデー回転子を量産
していても、図2(B),(C)に示すように印加磁界
とファラデー回転角の特性に所定のヒステリシスを有す
る素子が多数発生する。By the way, the Faraday effect element 3 has a process in which a thin plate having a predetermined size is cut out from a bismuth-substituted iron garnet single crystal grown by a liquid phase epitaxial method, and the surface is mirror-finished and an antireflection coating is applied to the surface. After that, the Faraday rotator is constructed by combining this with an electromagnet as shown in FIG. 1, but even if the Faraday rotator is mass-produced by the same process, it is shown in FIGS. 2 (B) and 2 (C). As described above, many elements having a predetermined hysteresis in the characteristics of the applied magnetic field and the Faraday rotation angle are generated.
【0008】そして係るヒステリシスを大別すると、同
図(B)に示すように、電磁石のコイル1に所定の励磁
電流を供給しているときの発生磁界±h1を印加した場
合にはファラデー回転角も反転する程度の比較的小さな
ヒステリシスを有するものと、同図(C)に示すよう
に、上記磁界±h1を印加してもファラデー回転角は反
転しない程度の大きなヒステリシスである。そして、後
者の場合が不良品となる。When the hysteresis is roughly divided, as shown in FIG. 1B, when the generated magnetic field ± h1 when a predetermined exciting current is supplied to the coil 1 of the electromagnet is applied, the Faraday rotation angle Also, as shown in FIG. 6C, there is a relatively small hysteresis that causes the Faraday rotation angle to be reversed even when the magnetic fields ± h1 are applied. The latter case is a defective product.
【0009】このように同じプロセスでファラデー効果
素子を製作しても、個々の素子の特性のばらつきが非常
に大きく、図3(A),(B)のような正常範囲にある
特性のファラデー回転子を構成できる素子は限られた数
しか得られなかった。従来はファラデー回転子を構成す
る際に、個々のファラデー効果素子の特性を測定(実際
に所定の磁界を印加しファラデー回転角が反転するか否
か、或いはファラデー回転角を反転させるに必要な磁界
を測定)して良品・不良品の選別を行っていた。その結
果、不良品の発生率は約50%にも達していた。Even if the Faraday effect element is manufactured by the same process as described above, the variation in the characteristics of the individual elements is very large, and the Faraday rotation having the characteristics in the normal range as shown in FIGS. 3A and 3B is performed. Only a limited number of elements that can form a child were obtained. Conventionally, when constructing a Faraday rotator, the characteristics of each Faraday effect element were measured (whether or not the Faraday rotation angle is actually reversed by applying a predetermined magnetic field, or the magnetic field required to reverse the Faraday rotation angle). Was measured) to select good products and defective products. As a result, the incidence of defective products reached about 50%.
【0010】なお、図3(C)のような特性を示すファ
ラデー効果素子であっても、組み合わせる電磁石の出力
を大きくすれば、ファラデー回転角を+45°から−4
5°まで切り替えることができるが、そのような対策は
光デバイスを設計する上でまったく非現実的である。つ
まり、小型かつ低消費電力の電磁石でファラデー回転角
を90°切り替えることが重要である。Even in the Faraday effect element having the characteristics shown in FIG. 3C, the Faraday rotation angle can be changed from + 45 ° to -4 by increasing the output of the electromagnet to be combined.
It is possible to switch up to 5 °, but such measures are totally impractical in designing optical devices. That is, it is important to switch the Faraday rotation angle by 90 ° with a compact and low power consumption electromagnet.
【0011】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題点を解
決し、小型かつ低消費電力の電磁石でファラデー回転角
を90°切り替え可能なファラデー回転子を歩留りよく
製作することにある。The present invention has been made in view of the above background, and an object thereof is to solve the above problems and to switch the Faraday rotation angle by 90 ° with an electromagnet of small size and low power consumption. The purpose is to produce a Faraday rotator with good yield.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明者らは前述した特
性のばらつきの原因を追及した。その結果、液相エピタ
キシャル法により育成したビスマス置換鉄ガーネット単
結晶の薄板からなるファラデー効果素子は磁性体の一種
であり、半硬質磁性体に類似した特性を示すことが分っ
た。つまりビスマス置換鉄ガーネット単結晶は強い磁界
が加わると内部に多量の磁束を生じ、その磁界を取り去
っても多くの磁束が残留する。そして、この残留磁気が
前記のばらつきの原因であることが分った。DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventors of the present invention sought the cause of the above-mentioned variation in characteristics. As a result, it was found that the Faraday effect element composed of a thin plate of bismuth-substituted iron garnet single crystal grown by the liquid phase epitaxial method is a kind of magnetic material and exhibits characteristics similar to a semi-hard magnetic material. That is, the bismuth-substituted iron garnet single crystal produces a large amount of magnetic flux inside when a strong magnetic field is applied, and a large amount of magnetic flux remains even if the magnetic field is removed. Then, it was found that this residual magnetism is the cause of the variation.
【0013】前述したファラデー効果素子の製造プロセ
スのどこかで強い磁界が素材結晶や結晶薄板に加わって
いると、できたファラデー効果素子が磁化されている
(残留磁気を帯びている)。ほとんど磁化されていない
ファラデー効果素子もあれば、相当強く磁化されている
ファラデー効果素子もある。これが前記の特性のばらつ
きになる。図2(A)の特性を示すファラデー効果素子
はほとんど残留磁気を帯びていないものである。その他
の特性のファラデー効果素子は残留磁気を帯びている。
そして、製造されたファラデー回転素子の良品/不良品
の検査等のためにその磁気特性を測定する際に磁界を印
加するが、その時ファラデー回転角が回転しないと、動
作確認のためにさらに大きな磁界を印加することがあ
り、そうするとさらに残留磁気が大きくなり、より特性
が悪化することがわかった。If a strong magnetic field is applied to the material crystal or the crystal thin plate somewhere in the manufacturing process of the Faraday effect element described above, the Faraday effect element formed is magnetized (has residual magnetism). Some Faraday effect elements are almost non-magnetized, while others are considerably strongly magnetized. This results in variations in the above characteristics. The Faraday effect element having the characteristics shown in FIG. 2A has almost no residual magnetism. Faraday effect elements having other characteristics have residual magnetism.
Then, a magnetic field is applied when measuring the magnetic characteristics of the manufactured Faraday rotator for inspection of good / defective products, etc., but if the Faraday rotation angle does not rotate at that time, a larger magnetic field will be used to confirm the operation. It has been found that the residual magnetism is further increased and the characteristics are further deteriorated.
【0014】このように従来の問題の原因がファラデー
効果素子の半硬質磁性体としてのヒステリシスにあるこ
とを究明した。そしてこの問題を解決する手段として、
液相エピタキシャル法により育成されたビスマス置換鉄
ガーネット単結晶から所定寸法の薄板を切り出し、その
表面を鏡面加工した後、キューリー温度以上で熱処理し
て消磁することとした。そして、熱消磁した後は、一定
磁界強度以上を印加しないようにして、各種の光デバイ
スを製造し・組み立てるようにした。As described above, it was clarified that the conventional problem is caused by the hysteresis as the semi-hard magnetic material of the Faraday effect element. And as a means to solve this problem,
A thin plate having a predetermined size was cut out from a bismuth-substituted iron garnet single crystal grown by a liquid phase epitaxial method, the surface of the thin plate was mirror-finished, and then heat treatment was performed at a Curie temperature or higher to demagnetize. After the heat demagnetization, various optical devices were manufactured and assembled without applying a certain magnetic field strength or more.
【0015】[0015]
【作用】磁性体の原子がもっている磁気モーメントの配
列は、周囲の温度がある一定値以上になると急に変化し
て、それぞれの磁気モーメントの方向が不規則となり、
磁区が消滅して全体として磁性を示さなくなる。このと
きの温度をキューリー温度といい、磁性体をそのキュー
リー温度以上で熱処理して消磁することを熱消磁あるい
は磁気アニールという。熱消磁後のファラデー効果素子
には残留磁気がなく、これに大きな磁界を加えないよう
にして所要の電磁石あるいは永久磁石と組み合わせてフ
ァラデー回転子を構成すれば、残留磁気による特性のば
らつき(不良品の発生)をほぼ完全になくすことができ
る。[Operation] The arrangement of magnetic moments possessed by the atoms of a magnetic material suddenly changes when the ambient temperature exceeds a certain value, and the directions of the respective magnetic moments become irregular,
The magnetic domains disappear and the magnetism as a whole disappears. The temperature at this time is called the Curie temperature, and heat demagnetizing the magnetic material at the Curie temperature or higher to demagnetize it is called thermal demagnetization or magnetic annealing. The Faraday effect element after thermal demagnetization has no remanence, and if a Faraday rotator is constructed by combining it with a required electromagnet or permanent magnet so that a large magnetic field is not applied to this, variations in characteristics due to remanence (defective product) Can be almost completely eliminated.
【0016】前記熱消磁後は、たとえば特性の測定のた
めに印加する磁界や、実際の光デバイスとして使用する
際に発生する磁界を一定の強度以下に抑えて各種処理を
行うため、残留磁気が発生しないか、仮に生じたとして
もさほど大きくない。したがって、小さな磁力でもって
ファラデー回転角を反転させることができる。また、一
度消磁されているとともに、その後に印加される磁界強
度も小さいのでファラデー回転素子に発生する残留磁気
も小さく、ばらつきが小さくなる。After the thermal demagnetization, for example, the magnetic field applied to measure the characteristics and the magnetic field generated when the device is actually used as an optical device are suppressed to a certain level or less to perform various treatments. It does not occur, or if it does occur, it is not so big. Therefore, the Faraday rotation angle can be reversed with a small magnetic force. Further, since the magnetic field is once demagnetized and the strength of the magnetic field applied thereafter is small, the residual magnetism generated in the Faraday rotator is also small and the variation is small.
【0017】[0017]
【実施例】以下、本発明に係るファラデー効果素子及び
それを用いた光デバイス並びにそれらの製造方法の好適
な実施例を添付図面を参照にして詳述する。ファラデー
効果素子の製造方法の一実施例を説明すると、以下のよ
うになる。まず本例では、液相エピタキシャル法により
育成されたビスマス置換鉄ガーネット単結晶の具体例と
しては、(GdBi)3 (FeAlGa)5 O2 を採用
した。これのキューリー温度は260℃、25℃での飽
和磁束密度は80ガウス、補償温度は−5℃である。こ
れから切り出した薄板の寸法は2×7×0.33mmと
した。この結晶薄板の表裏両面を鏡面仕上げする。その
後、所要枚数の前記結晶薄板を白金板上に載せて電気炉
に入れ、大気中で熱処理し、熱消磁する。この熱処理で
は、昇温速度および降温速度は120℃/h、最高温度
は350℃、保持時間は30分とした。The preferred embodiments of the Faraday effect element, the optical device using the same and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. An example of a method of manufacturing a Faraday effect element will be described below. First, in this example, (GdBi) 3 (FeAlGa) 5 O 2 was adopted as a specific example of the bismuth-substituted iron garnet single crystal grown by the liquid phase epitaxial method. The Curie temperature thereof is 260 ° C., the saturation magnetic flux density at 25 ° C. is 80 gauss, and the compensation temperature is −5 ° C. The size of the thin plate cut out from this was 2 × 7 × 0.33 mm. Both the front and back surfaces of this crystal thin plate are mirror-finished. After that, the required number of the crystal thin plates are placed on a platinum plate, placed in an electric furnace, heat-treated in the atmosphere, and thermally demagnetized. In this heat treatment, the temperature raising rate and the temperature lowering rate were 120 ° C./h, the maximum temperature was 350 ° C., and the holding time was 30 minutes.
【0018】このようにして本発明に係るファラデー効
果素子が製造され、このように熱処理することで結晶薄
板(ファラデー効果素子)は完全に消磁され、残留磁束
密度はゼロになる。In this way, the Faraday effect element according to the present invention is manufactured, and the heat treatment in this way completely demagnetizes the crystal thin plate (Faraday effect element), and the residual magnetic flux density becomes zero.
【0019】そして、光デバイスの製造方法の一実施例
について説明すると、上記のようにして製造したファラ
デー効果素子を用い、この後はファラデー効果素子に大
きな磁界をかけないように注意して、光デバイスを構成
する各部品とともに組み立てる。そして本実施例では、
最大でも400Oeを越える磁界は印加されないように
した。なお、上記各部品には、ファラデー効果素子に所
定の磁界を印加するための励磁手段であったり、所定の
偏波状態で光をデバイス内に入射・出射させるためのフ
ェルールや光ファイバーその他の光学部品等である。An example of a method for manufacturing an optical device will be described. The Faraday effect element manufactured as described above is used, and after that, the Faraday effect element is carefully exposed to a large magnetic field. Assemble with each component that makes up the device. And in this embodiment,
A magnetic field exceeding 400 Oe at maximum was not applied. In addition, each of the above-mentioned components is an excitation means for applying a predetermined magnetic field to the Faraday effect element, or a ferrule or an optical fiber or other optical component for causing light to enter or exit the device in a predetermined polarization state. Etc.
【0020】そして、このようにして製造された光デバ
イスの一例を示すと、従来例の説明でも引用した図1に
示すような光スイッチがある。すなわち、コイル1を巻
いたC字型のヨーク2の磁気ギャップ部分に前記のよう
に熱処理したファラデー効果素子3を配置し、コイル1
に流す励磁電流を反転させることでファラデー効果素子
3に印加する磁界の向きを反転させる。そして、このコ
イル1,ヨーク2並びに図外の励磁電流供給手段により
励磁手段が構成される。An example of the optical device manufactured in this way is the optical switch shown in FIG. 1 cited in the description of the conventional example. That is, the Faraday effect element 3 heat-treated as described above is arranged in the magnetic gap portion of the C-shaped yoke 2 around which the coil 1 is wound.
The direction of the magnetic field applied to the Faraday effect element 3 is reversed by reversing the exciting current applied to the Faraday effect element 3. The coil 1, the yoke 2, and the exciting current supplying means (not shown) constitute an exciting means.
【0021】また本例では、ヨーク2としてクロム・ス
テンレス鋼SUS420J2 などの半硬質磁性体を使用して
いる。これにより、コイル1に所定の励磁電流パルスを
供給した後もヨーク2の残留磁気によりファラデー効果
素子3に所定値以上の磁界を印加し続けるようになり、
自己保持機能が発揮する。つまり、ファラデー回転角を
切り替えるときにだけ励磁電流パルスを供給すればよ
い。所定振幅の励磁電流パルスを供給しているときには
200Oeの磁界(図2のh1)が発生し、パルス停止
後には100Oeの磁界(図2のh2)が発生する。そ
の結果、製作したすべてのファラデー回転子の動作特性
は図2(A),(B)のように、使用可能な特性となっ
た。つまりファラデー効果素子の選別が不要で、前述し
た理由の不良品の発生はゼロになった。In this example, a semi-hard magnetic material such as chrome / stainless steel SUS420J2 is used as the yoke 2. As a result, even after the predetermined exciting current pulse is supplied to the coil 1, the magnetic field of the predetermined value or more is continuously applied to the Faraday effect element 3 due to the residual magnetism of the yoke 2.
The self-holding function is demonstrated. That is, it is sufficient to supply the exciting current pulse only when switching the Faraday rotation angle. A magnetic field of 200 Oe (h1 in FIG. 2) is generated when an exciting current pulse having a predetermined amplitude is supplied, and a magnetic field of 100 Oe (h2 in FIG. 2) is generated after the pulse is stopped. As a result, the operating characteristics of all manufactured Faraday rotators became usable characteristics as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). In other words, there is no need to select Faraday effect elements, and the number of defective products for the above-mentioned reasons is zero.
【0022】図3は、上記のようにして製造したファラ
デー効果素子に対し、正負の磁界を交互に印加し、その
時のファラデー回転角を反転させるのに必要な磁界を測
定した特性図である。まず、200Oeまでは図中中央
に示すようにヒステリシスがなく、印加磁界を0Oeに
するとファラデー回転角も0度に戻る。そして、−30
0Oeの磁界を印加した時には印加磁界を0Oeにして
も+45度のままとなり、ヒステリシスを生じている。
そして、ファラデー回転角を反転させるためには、反対
方向におよそ100Oe強の磁界を印加させる必要があ
った。そして、図から明らかなように、印加磁界を強く
するほど、ファラデー回転角を反転させるために必要な
磁界も大きくなることがわかる。FIG. 3 is a characteristic diagram in which positive and negative magnetic fields are alternately applied to the Faraday effect element manufactured as described above, and the magnetic field required to reverse the Faraday rotation angle at that time is measured. First, there is no hysteresis up to 200 Oe as shown in the center of the figure, and the Faraday rotation angle returns to 0 degrees when the applied magnetic field is set to 0 Oe. And -30
When a magnetic field of 0 Oe is applied, the applied magnetic field remains +45 degrees even if the applied magnetic field is 0 Oe, resulting in hysteresis.
Then, in order to reverse the Faraday rotation angle, it was necessary to apply a magnetic field of about 100 Oe or more in the opposite direction. As is clear from the figure, the stronger the applied magnetic field, the larger the magnetic field required to reverse the Faraday rotation angle.
【0023】そして、測定対象のファラデー効果素子を
代えて上記と同様の実験を行い、印加磁界に対する反転
させるのに必要な磁界の相間を求めた。その結果、図4
に示すような特性が得られた。同図から明らかなよう
に、素子間でばらつきがあるもののいずれも、印加磁界
が大きくなるにつれて反転させるのに必要な磁界も大き
くなることが確認できた。そして、ヒステリシスが発生
し始める印加磁界も、各素子でばらつくものの、光デバ
イスとして使用する際の印加磁界が200Oe(200
Oeでファラデー回転角が反転することを保証する)で
あることに鑑みると、製造過程で印加可能な磁界強度と
しては400Oe以下が望ましいことがわかる。そし
て、この磁界強度は、そのまま励磁手段における所定の
磁界強度にも対応する。また、光デバイスとして使用す
る際に要求される印加磁界が100Oeになると、上記
した製造課程などで印加可能な磁界強度は200Oe以
下となる。Then, an experiment similar to the above was carried out by replacing the Faraday effect element to be measured, and the phase of the magnetic field required to reverse the applied magnetic field was obtained. As a result,
The characteristics shown in are obtained. As is clear from the figure, it was confirmed that the magnetic fields required for reversal also increased as the applied magnetic field increased, although there were variations among the elements. The applied magnetic field in which hysteresis starts to be generated varies with each element, but the applied magnetic field when used as an optical device is 200 Oe (200
In view of the fact that the Faraday rotation angle is inverted by Oe), it is understood that the magnetic field strength that can be applied in the manufacturing process is preferably 400 Oe or less. Then, this magnetic field strength directly corresponds to a predetermined magnetic field strength in the exciting means. Further, when the applied magnetic field required for use as an optical device is 100 Oe, the magnetic field strength that can be applied in the above manufacturing process is 200 Oe or less.
【0024】また、上記したように各素子間で特性のば
らつきが生じるものの、そのばらつきの程度は印加磁界
が小さいほど小さい。したがって、本発明のように、熱
消磁後に印加する磁界を一定の値以下になるように管理
することにより、製造された各素子の特性のばらつきが
小さくなるという、副次的効果も生じる。Further, although the characteristics vary among the respective elements as described above, the degree of the variation is smaller as the applied magnetic field is smaller. Therefore, as in the present invention, by controlling the magnetic field applied after thermal demagnetization so as to be equal to or less than a certain value, there is a secondary effect that variations in the characteristics of the manufactured elements are reduced.
【0025】なお前記のファラデー回転子を用いた光デ
バイスとしては、図1(B)に示した4ポートの光スイ
ッチに限定されず、各種の光スイッチや光アイソレータ
に応用できるものである。そして、光アイソレータの場
合には、励磁手段としては、永久磁石を用いることにな
る。この場合、上記したように本発明ではファラデー効
果素子の残留磁気は基本的にはなく、また、その後の各
種の検査時に印加する磁界などにより残留磁気が発生し
ても小さいため、ばらつきも少なく、小型の永久磁石を
使用することができ、光デバイスの小型化が図れる。The optical device using the Faraday rotator is not limited to the 4-port optical switch shown in FIG. 1B, but can be applied to various optical switches and optical isolators. In the case of the optical isolator, a permanent magnet is used as the exciting means. In this case, as described above, in the present invention, the residual magnetism of the Faraday effect element is basically absent, and even if the residual magnetism is generated due to a magnetic field applied at the time of various inspections thereafter, the residual magnetism is small, so that the variation is small. Since a small permanent magnet can be used, the optical device can be downsized.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明によれば、ファラデー効果素子の
素材であるビスマス置換鉄ガーネット単結晶の薄板に簡
単な熱処理を施すことで、これを磁気的にバージンな状
態にする(消磁して残留磁束密度をゼロにする)ことが
でき、したがってファラデー効果素子と励磁手段たる電
磁石や永久磁石等とを組み合わせてファラデー回転子を
構成する場合、印加磁界とファラデー回転角の特性を均
一に揃えることができる。そのため従来のように、製作
プロセス上の磁気的履歴による残留磁気の影響で特性不
良を起こした製品を不良品として処分するような無駄を
なくすことができ、特性の揃った高性能な光デバイスを
能率よく安価に量産できる。According to the present invention, a thin plate of bismuth-substituted iron garnet single crystal, which is a material of a Faraday effect element, is subjected to a simple heat treatment to make it magnetically virgin (demagnetized to remain. Therefore, when a Faraday rotator is constructed by combining a Faraday effect element with an electromagnet or a permanent magnet that is an exciting means, the characteristics of the applied magnetic field and the Faraday rotation angle can be made uniform. it can. Therefore, as in the past, it is possible to eliminate the waste of disposing a product that has a characteristic defect due to the influence of residual magnetism due to the magnetic history in the manufacturing process as a defective product, and to provide a high-performance optical device with uniform characteristics. Mass production is efficient and cheap.
【図1】(A)は本発明の実施例および従来例に共通す
るファラデー回転子の構成図である。(B)は本発明の
実施例および従来例に共通する光スイッチの構成図であ
る。FIG. 1A is a configuration diagram of a Faraday rotator common to an embodiment of the present invention and a conventional example. (B) is a block diagram of an optical switch common to the embodiment of the present invention and the conventional example.
【図2】ファラデー効果素子の残留磁気により変化する
ファラデー回転子の動作特性を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing operating characteristics of a Faraday rotator that changes due to residual magnetism of a Faraday effect element.
【図3】ファラデー効果素子に対する印加磁界と、ファ
ラデー回転角を反転させるのに必要な磁界の関係を示す
図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a magnetic field applied to a Faraday effect element and a magnetic field necessary for reversing a Faraday rotation angle.
【図4】ファラデー効果素子に対する印加磁界と、ファ
ラデー回転角を反転させるのに必要な磁界の関係を示す
図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a magnetic field applied to a Faraday effect element and a magnetic field required to reverse the Faraday rotation angle.
1 コイル 2 ヨーク 3 ファラデー効果素子 4,5 偏光ビームスプリッタ 6a,6b,7a,7b 光ファイバ 1 Coil 2 Yoke 3 Faraday Effect Element 4,5 Polarization Beam Splitter 6a, 6b, 7a, 7b Optical Fiber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清宮 照夫 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Teruo Kiyomiya 5-36-11 Shinbashi, Minato-ku, Tokyo Fuji Electric Chemical Co., Ltd.
Claims (5)
ビスマス置換鉄ガーネット単結晶の薄板からなり、キュ
ーリー温度以上の温度で熱処理されて消磁されているこ
とを特徴とするファラデー効果素子。1. A Faraday effect element comprising a thin plate of a bismuth-substituted iron garnet single crystal grown by a liquid phase epitaxial method, which is heat-treated at a temperature not lower than the Curie temperature to be demagnetized.
ビスマス置換鉄ガーネット単結晶から所定寸法の薄板を
切り出し、その表面を鏡面加工した後、キューリー温度
以上で熱処理して消磁することを特徴とするファラデー
効果素子の製造方法。2. A Faraday characterized in that a thin plate of a predetermined size is cut out from a bismuth-substituted iron garnet single crystal grown by a liquid phase epitaxial method, the surface of the thin plate is mirror-finished, and then heat-treated at a Curie temperature or higher to demagnetize it. Method for manufacturing effect element.
所定の磁界を印加する励磁手段を組み合わせたファラデ
ー回転子を含んでいることを特徴とする光デバイス。3. An optical device comprising a Faraday rotator in which the Faraday effect element according to claim 1 is combined with an exciting means for applying a predetermined magnetic field.
のいずれかを含むものであることを特徴とする請求項3
に記載の光デバイス。4. The exciting means includes one of an electromagnet and a permanent magnet.
The optical device described in.
ー効果素子を用い、そのファラデー効果素子を、所定の
励磁手段を含む光デバイスを構成する部品に組み込むよ
うにし、かつ、前記消磁後は一定の磁界強度を越える磁
界を印加しないようにして各処理を行うようにした光デ
バイスの製造方法。5. A Faraday effect element manufactured by the method according to claim 2 is used, and the Faraday effect element is incorporated into a component forming an optical device including a predetermined exciting means, and after demagnetization, a constant value is obtained. A method for manufacturing an optical device, wherein each treatment is performed without applying a magnetic field exceeding the magnetic field strength.
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JP2769095A JP2784894B2 (en) | 1995-01-25 | 1995-01-25 | Faraday effect element, optical device using the same, and method of manufacturing the same |
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JPH08201745A true JPH08201745A (en) | 1996-08-09 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002029478A1 (en) * | 2000-10-04 | 2002-04-11 | Fdk Corporation | Polarizer and optical device using it |
US20030174397A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-18 | Tdk Corporation | Manufacturing method of optical device, optical device, manufacturing method of faraday rotator, and optical communication system |
JP2003337312A (en) * | 2002-03-14 | 2003-11-28 | Tdk Corp | Manufacturing method for optical device, optical device, manufacturing method for faraday rotator, and optical communication system |
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1995
- 1995-01-25 JP JP2769095A patent/JP2784894B2/en not_active Expired - Fee Related
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WO2002029478A1 (en) * | 2000-10-04 | 2002-04-11 | Fdk Corporation | Polarizer and optical device using it |
US20030174397A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-18 | Tdk Corporation | Manufacturing method of optical device, optical device, manufacturing method of faraday rotator, and optical communication system |
JP2003337312A (en) * | 2002-03-14 | 2003-11-28 | Tdk Corp | Manufacturing method for optical device, optical device, manufacturing method for faraday rotator, and optical communication system |
US7187496B2 (en) * | 2002-03-14 | 2007-03-06 | Tdk Corporation | Manufacturing method of optical device, optical device, manufacturing method of faraday rotator, and optical communication system |
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