JPH0961770A - ファラデー回転子 - Google Patents
ファラデー回転子Info
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- JPH0961770A JPH0961770A JP7219941A JP21994195A JPH0961770A JP H0961770 A JPH0961770 A JP H0961770A JP 7219941 A JP7219941 A JP 7219941A JP 21994195 A JP21994195 A JP 21994195A JP H0961770 A JPH0961770 A JP H0961770A
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気光学結晶に均一な磁場を印加することが
でき、装置全体の大きさを小さく抑えることができるフ
ァラデー回転子を提供する。 【解決手段】 電磁石１３は、光路１４に対し横方向の
磁場を磁気光学結晶１０に印加する。永久磁石１１、１
２は、磁気光学結晶１０の相対する側面であって磁芯１
５が設けられていない面に極性を揃えて設けられる。磁
芯１５のＳ、Ｎ両極の断面は磁気光学結晶１０の側面を
覆うようにほぼ同形に形成され、磁気光学結晶１０に均
一な印加磁場１８を与える。また永久磁石１１、１２は
同じく磁気光学結晶１０の側面に設けられ均一な印加磁
場１９を磁気光学結晶１０に印加する。電磁石１３と永
久磁石１１、１２とは光路１４を避けて設けることがで
き、特に永久磁石１１、１２は電磁石１３よりも小さい
ので２つ設けてもファラデー回転子全体を大型化するこ
とはない。
でき、装置全体の大きさを小さく抑えることができるフ
ァラデー回転子を提供する。 【解決手段】 電磁石１３は、光路１４に対し横方向の
磁場を磁気光学結晶１０に印加する。永久磁石１１、１
２は、磁気光学結晶１０の相対する側面であって磁芯１
５が設けられていない面に極性を揃えて設けられる。磁
芯１５のＳ、Ｎ両極の断面は磁気光学結晶１０の側面を
覆うようにほぼ同形に形成され、磁気光学結晶１０に均
一な印加磁場１８を与える。また永久磁石１１、１２は
同じく磁気光学結晶１０の側面に設けられ均一な印加磁
場１９を磁気光学結晶１０に印加する。電磁石１３と永
久磁石１１、１２とは光路１４を避けて設けることがで
き、特に永久磁石１１、１２は電磁石１３よりも小さい
ので２つ設けてもファラデー回転子全体を大型化するこ
とはない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ファラデー回転子
に関し、特には、そのファラデー回転角を磁気光学結晶
に印加する磁場を変化させることによって制御する方式
のファラデー回転子に関する。更には、そのようなファ
ラデー回転子を一部に備えた光減衰器や光変調器の各種
光学装置に関する。
に関し、特には、そのファラデー回転角を磁気光学結晶
に印加する磁場を変化させることによって制御する方式
のファラデー回転子に関する。更には、そのようなファ
ラデー回転子を一部に備えた光減衰器や光変調器の各種
光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ファラデー回転子は、光がその進行方向
に平行な磁場の中を通過する際、偏光面が回転するとい
うファラデー効果を利用して光の偏光状態の制御を行う
ための素子である。一般に、ファラデー回転子は、磁化
を有する磁気光学結晶とこの磁気光学結晶に磁化を生じ
させるための磁場印加手段とからなり、磁化の生じた磁
気光学結晶内部を光に通過させることにより、光の偏光
面を回転させる。磁気光学結晶を通過したことにより偏
光面が回転した角度をファラデー回転角という。
に平行な磁場の中を通過する際、偏光面が回転するとい
うファラデー効果を利用して光の偏光状態の制御を行う
ための素子である。一般に、ファラデー回転子は、磁化
を有する磁気光学結晶とこの磁気光学結晶に磁化を生じ
させるための磁場印加手段とからなり、磁化の生じた磁
気光学結晶内部を光に通過させることにより、光の偏光
面を回転させる。磁気光学結晶を通過したことにより偏
光面が回転した角度をファラデー回転角という。
【０００３】特に、上記のようなファラデー回転子は、
磁場印加手段によって印加される磁場を制御することに
よって、磁気光学結晶内部に生じる光の進行方向と平行
な磁化成分を変化させ、ファラデー回転角を制御できる
ため、偏光の制御素子として多く利用されている。
磁場印加手段によって印加される磁場を制御することに
よって、磁気光学結晶内部に生じる光の進行方向と平行
な磁化成分を変化させ、ファラデー回転角を制御できる
ため、偏光の制御素子として多く利用されている。
【０００４】このような素子は、波長板などの偏光変換
素子や偏光子などの偏光分離・選択素子と組み合わせる
ことによって、偏光の任意変換素子や光スイッチ、光変
調器、光減衰器等さまざまな光学装置を実現することが
できる。
素子や偏光子などの偏光分離・選択素子と組み合わせる
ことによって、偏光の任意変換素子や光スイッチ、光変
調器、光減衰器等さまざまな光学装置を実現することが
できる。
【０００５】図７は従来のファラデー回転子の構成図で
ある。同図においては、薄板状の磁気光学結晶７０に磁
場を印加するために永久磁石７１及び磁芯７３とコイル
７４とからなる電磁石７２が設けられている。コイル７
４には、電圧や極性を変えることのできる電源７５が接
続されコイル７４に電流を供給する。
ある。同図においては、薄板状の磁気光学結晶７０に磁
場を印加するために永久磁石７１及び磁芯７３とコイル
７４とからなる電磁石７２が設けられている。コイル７
４には、電圧や極性を変えることのできる電源７５が接
続されコイル７４に電流を供給する。
【０００６】永久磁石７１は光路７６に対して横方向に
磁場を印加し、電磁石７２は光路７６に平行な磁場を印
加している。電磁石７２のＳ極とＮ極は電源７５の極性
を変えることによって、入れ換えることができる。
磁場を印加し、電磁石７２は光路７６に平行な磁場を印
加している。電磁石７２のＳ極とＮ極は電源７５の極性
を変えることによって、入れ換えることができる。
【０００７】また、磁芯７３には、光路７６の邪魔にな
らないように、光通過溝７７が設けられ、この溝部分を
光が通るように構成されている。この構成ではファラデ
ー回転子の磁化不飽和により光の偏光の回転角が不連続
に変化することを防ぐために、光の進行方向に平行な磁
場を電磁石で変化させるだけではなく、それと横方向に
永久磁石による一定磁場を印加している。これによっ
て、磁場の切り換え動作中もファラデー回転子の磁化は
飽和している。
らないように、光通過溝７７が設けられ、この溝部分を
光が通るように構成されている。この構成ではファラデ
ー回転子の磁化不飽和により光の偏光の回転角が不連続
に変化することを防ぐために、光の進行方向に平行な磁
場を電磁石で変化させるだけではなく、それと横方向に
永久磁石による一定磁場を印加している。これによっ
て、磁場の切り換え動作中もファラデー回転子の磁化は
飽和している。
【０００８】磁化の飽和について図面を用いて説明す
る。図８（ａ）は磁性体の磁気ヒステリシスループを示
す。磁性体に磁場Ｈをかけると自発磁化が生じる。図８
（ａ）は磁場Ｈの強さをＨ m と−Ｈm との間で往復させ
た場合の磁化Ｍの大きさを測定することにより得られる
ものである。同図の磁気飽和部に示されるように、磁化
Ｍは、磁場Ｈの強さが所定の大きさになるとそれ以上大
きくならなくなり、磁気飽和を起こす。
る。図８（ａ）は磁性体の磁気ヒステリシスループを示
す。磁性体に磁場Ｈをかけると自発磁化が生じる。図８
（ａ）は磁場Ｈの強さをＨ m と−Ｈm との間で往復させ
た場合の磁化Ｍの大きさを測定することにより得られる
ものである。同図の磁気飽和部に示されるように、磁化
Ｍは、磁場Ｈの強さが所定の大きさになるとそれ以上大
きくならなくなり、磁気飽和を起こす。
【０００９】磁化Ｍは、磁場Ｈの強さが次第に大きくな
る場合には、ルート（１）のような経路をたどり、磁場
Ｈの強さが次第に小さくなる場合には、ルート（２）の
ような経路をたどって変化する。
る場合には、ルート（１）のような経路をたどり、磁場
Ｈの強さが次第に小さくなる場合には、ルート（２）の
ような経路をたどって変化する。
【００１０】図７のファラデー回転子において、永久磁
石７１が設けられていないとすると、ファラデー回転角
を変化させるためにコイル７４に流す電流を変化させた
場合、磁気光学結晶７０内部の磁化は図８（ａ）のヒス
テリシスループに示されるように変化する。ところで、
磁気光学結晶７０内部の磁束密度は磁場と磁化を加え合
わせたものであるので、印加する磁場の大きさが同じで
も磁気光学結晶７０の内部に生じる磁束密度は異なる値
を持つことになる。ファラデー回転角は磁気光学結晶７
０の内部に生じる磁束密度によって決定されるので、同
じ強さの磁場を印加していても、異なるファラデー回転
角が得られてしまい、制御が難しくなってしまう。
石７１が設けられていないとすると、ファラデー回転角
を変化させるためにコイル７４に流す電流を変化させた
場合、磁気光学結晶７０内部の磁化は図８（ａ）のヒス
テリシスループに示されるように変化する。ところで、
磁気光学結晶７０内部の磁束密度は磁場と磁化を加え合
わせたものであるので、印加する磁場の大きさが同じで
も磁気光学結晶７０の内部に生じる磁束密度は異なる値
を持つことになる。ファラデー回転角は磁気光学結晶７
０の内部に生じる磁束密度によって決定されるので、同
じ強さの磁場を印加していても、異なるファラデー回転
角が得られてしまい、制御が難しくなってしまう。
【００１１】図８（ｂ）は磁性体内部の磁区を説明する
図である。磁性体内部には磁壁８０で囲まれた磁区８１
が存在し、それぞれが独自の強さと方向を持った磁化
（同図においては矢印で示されている）を有している。
同図の状態の磁性体に磁場を印加した状態が図８（ｃ）
である。
図である。磁性体内部には磁壁８０で囲まれた磁区８１
が存在し、それぞれが独自の強さと方向を持った磁化
（同図においては矢印で示されている）を有している。
同図の状態の磁性体に磁場を印加した状態が図８（ｃ）
である。
【００１２】磁性体に印加される磁場の強さが強くなる
に従い、それぞれの磁区が有していたさまざまな方向及
び強さの磁化は、次第に同じ方向を向こうとする。図８
（ｃ）においては、参照番号８２〜８６で示される磁区
の磁化の方向が図８（ｂ）と比べると回転しているのが
示されている。この磁化の方向の回転は磁気光学結晶全
体の磁化の不連続な変化として現れ、磁束密度の大きさ
を不連続に変化させる。
に従い、それぞれの磁区が有していたさまざまな方向及
び強さの磁化は、次第に同じ方向を向こうとする。図８
（ｃ）においては、参照番号８２〜８６で示される磁区
の磁化の方向が図８（ｂ）と比べると回転しているのが
示されている。この磁化の方向の回転は磁気光学結晶全
体の磁化の不連続な変化として現れ、磁束密度の大きさ
を不連続に変化させる。
【００１３】印加される磁場の強さが強くなって磁化の
方向が揃った磁区８１と８２〜８６の間の磁壁は自然に
消滅し、１つの大きな磁区になる。更に印加磁場が強く
なると次第に磁区８１は大きくなっていき、ついには磁
性体全体が１つの磁区のようになってしまう。このよう
な状態が磁気飽和の状態である。
方向が揃った磁区８１と８２〜８６の間の磁壁は自然に
消滅し、１つの大きな磁区になる。更に印加磁場が強く
なると次第に磁区８１は大きくなっていき、ついには磁
性体全体が１つの磁区のようになってしまう。このよう
な状態が磁気飽和の状態である。
【００１４】上記したような原因により図８（ａ）に示
されているルート（１）と（２）とでは、ヒステリシス
ループに凹凸が生じている。このように、磁場Ｈの強さ
を連続的に変化させたとしても磁化Ｍが不連続に変化す
ることによって磁束密度も不連続に変化してしまう。こ
のようなことが起こると、磁気光学結晶中を通過する光
のファラデー回転角も不連続に変化してしまう。
されているルート（１）と（２）とでは、ヒステリシス
ループに凹凸が生じている。このように、磁場Ｈの強さ
を連続的に変化させたとしても磁化Ｍが不連続に変化す
ることによって磁束密度も不連続に変化してしまう。こ
のようなことが起こると、磁気光学結晶中を通過する光
のファラデー回転角も不連続に変化してしまう。
【００１５】そこで、図７のファラデー回転子では、永
久磁石７１を設けてやり、電磁石７２が加える磁場と永
久磁石７１とが加える磁場とを合わせた磁場の強さが、
磁気光学結晶７０を常に磁気飽和させるように構成して
いる。
久磁石７１を設けてやり、電磁石７２が加える磁場と永
久磁石７１とが加える磁場とを合わせた磁場の強さが、
磁気光学結晶７０を常に磁気飽和させるように構成して
いる。
【００１６】磁気飽和状態では、図８（ａ）に示される
ように磁場の強さが変化しても磁化の大きさは一定であ
るので、磁束密度が不連続に変化することはなく、ファ
ラデー回転角を不連続に変化させることがない。
ように磁場の強さが変化しても磁化の大きさは一定であ
るので、磁束密度が不連続に変化することはなく、ファ
ラデー回転角を不連続に変化させることがない。
【００１７】ファラデー回転角を変化させる場合は、コ
イル７４に流れる電流を制御して電磁石７２の作る磁場
の強さを変化させる。電磁石７２の作る磁場と永久磁石
７１の作る磁場がベクトル的に加え合わせられることに
より、磁気光学結晶７０に印加される磁場の方向が変化
させられる。従って、磁化は飽和したまま磁場につられ
て方向を変えることになり、光路７６に平行な磁化成分
が変化することになって、ファラデー回転角が変化す
る。
イル７４に流れる電流を制御して電磁石７２の作る磁場
の強さを変化させる。電磁石７２の作る磁場と永久磁石
７１の作る磁場がベクトル的に加え合わせられることに
より、磁気光学結晶７０に印加される磁場の方向が変化
させられる。従って、磁化は飽和したまま磁場につられ
て方向を変えることになり、光路７６に平行な磁化成分
が変化することになって、ファラデー回転角が変化す
る。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】図９は、従来のファラ
デー回転子の問題点を説明する図である。図７のファラ
デー回転子において、電磁石７２の磁芯７３に光通過溝
７７が設けられているように、従来のファラデー回転子
では、電磁石の磁芯が光の通過路を邪魔しないように配
置しなければならなかった。
デー回転子の問題点を説明する図である。図７のファラ
デー回転子において、電磁石７２の磁芯７３に光通過溝
７７が設けられているように、従来のファラデー回転子
では、電磁石の磁芯が光の通過路を邪魔しないように配
置しなければならなかった。
【００１９】図９（ａ）のように、電磁石７２は光路７
６と平行な磁場を印加するために磁芯７３’が磁気光学
結晶７０の上下に回り込むように設けられている。従っ
て、光路７６を遮らないように磁芯７３’は磁気光学結
晶７０の上面及び下面を全部覆うようには配置できな
い。
６と平行な磁場を印加するために磁芯７３’が磁気光学
結晶７０の上下に回り込むように設けられている。従っ
て、光路７６を遮らないように磁芯７３’は磁気光学結
晶７０の上面及び下面を全部覆うようには配置できな
い。
【００２０】一方、永久磁石７１は光路７６に垂直な方
向の磁場を印加するために磁気光学結晶７０の側面を覆
うように設けられている。永久磁石７１は光路７６を避
ける必要がないので磁気光学結晶７０の側面全面を覆う
ことができ、磁気光学結晶７０に一様な磁場９０を印加
することができる。
向の磁場を印加するために磁気光学結晶７０の側面を覆
うように設けられている。永久磁石７１は光路７６を避
ける必要がないので磁気光学結晶７０の側面全面を覆う
ことができ、磁気光学結晶７０に一様な磁場９０を印加
することができる。
【００２１】図９（ｂ）は、同図（ａ）を上方から見た
図であり、電磁石７２の磁芯７３’が光路７６を避けて
設けられているところが示されている。このように、磁
気光学結晶７０の上面及び下面の一部を光路７６のため
にあけておくため、磁芯７３’を磁気光学結晶７０の上
面及び下面を全面的に覆うように構成して均一な磁場を
印加することができない。
図であり、電磁石７２の磁芯７３’が光路７６を避けて
設けられているところが示されている。このように、磁
気光学結晶７０の上面及び下面の一部を光路７６のため
にあけておくため、磁芯７３’を磁気光学結晶７０の上
面及び下面を全面的に覆うように構成して均一な磁場を
印加することができない。
【００２２】図９（ｃ）は、電磁石７２が磁気光学結晶
７０に印加する磁場の様子を示す図である。同図に示さ
れているように、磁芯７３’は光路７６を避けるように
設けられているので、電磁石７２のＮ極から出た磁場９
１は磁気光学結晶７０の中に浸透するとともに、大きく
迂回して電磁石７２のＳ極に到る。このように磁場９１
が磁気光学結晶７０の中にその磁力線が膨らむ形で浸透
するので、磁気光学結晶７０の内部に生じる磁束密度も
不均一となる。磁気光学結晶７０内部の磁束密度が不均
一になることはファラデー回転角に悪影響を及ぼし、フ
ァラデー回転角の制御を難しくする。
７０に印加する磁場の様子を示す図である。同図に示さ
れているように、磁芯７３’は光路７６を避けるように
設けられているので、電磁石７２のＮ極から出た磁場９
１は磁気光学結晶７０の中に浸透するとともに、大きく
迂回して電磁石７２のＳ極に到る。このように磁場９１
が磁気光学結晶７０の中にその磁力線が膨らむ形で浸透
するので、磁気光学結晶７０の内部に生じる磁束密度も
不均一となる。磁気光学結晶７０内部の磁束密度が不均
一になることはファラデー回転角に悪影響を及ぼし、フ
ァラデー回転角の制御を難しくする。
【００２３】電磁石による光路７６と平行な方向の磁場
を均一なものにしようとする場合には、図７のように、
磁芯７３に光通過溝７７を設けて、できるだけ磁気光学
結晶の上面あるいは下面を磁芯７３の磁極で覆うように
しなければならない。この場合、電磁石を２つ設けたり
することにより均一な磁場を形成することも考えられる
が、電磁石は一般に永久磁石より大きく、ファラデー回
転子そのものも大型化してしまう。また、光通過溝７７
のような構造を設けるのにも手間がかかり、製造コスト
を高くつくという側面を有している。
を均一なものにしようとする場合には、図７のように、
磁芯７３に光通過溝７７を設けて、できるだけ磁気光学
結晶の上面あるいは下面を磁芯７３の磁極で覆うように
しなければならない。この場合、電磁石を２つ設けたり
することにより均一な磁場を形成することも考えられる
が、電磁石は一般に永久磁石より大きく、ファラデー回
転子そのものも大型化してしまう。また、光通過溝７７
のような構造を設けるのにも手間がかかり、製造コスト
を高くつくという側面を有している。
【００２４】このように、従来の磁場印加方法では電磁
石の磁芯が光路を避けて設置されるために磁気光学結晶
に印加する磁場が均一とならず、また、ファラデー回転
子の大型化に伴って、レンズなどの光学系を含めた装置
が大型化する傾向にあった。
石の磁芯が光路を避けて設置されるために磁気光学結晶
に印加する磁場が均一とならず、また、ファラデー回転
子の大型化に伴って、レンズなどの光学系を含めた装置
が大型化する傾向にあった。
【００２５】従って、本発明の課題は、磁気光学結晶に
均一な磁場を印加することができ、しかも装置全体の大
きさも小さく抑えることができるファラデー回転子を提
供することである。
均一な磁場を印加することができ、しかも装置全体の大
きさも小さく抑えることができるファラデー回転子を提
供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明では、均一な磁場
で効率よく偏光面を制御するために、まず、ファラデー
回転子の磁化不飽和を抑えるための永久磁石の磁場方向
を光の進行方向に平行もしくは交差する第１の方向と
し、永久磁石の本体を光路を遮らないように配置し、電
磁石による印加磁場方向を光の進行方向に垂直もしくは
交差する方向であって前記第１の方向とは異なる第２の
方向とし、磁芯が光路を遮らないように配置する。その
結果、永久磁石あるいは電磁石に穴をあけずに永久磁石
や電磁石の磁芯（ヨーク）を配置できるため、磁気光学
結晶に印加される磁場を均一にできる。
で効率よく偏光面を制御するために、まず、ファラデー
回転子の磁化不飽和を抑えるための永久磁石の磁場方向
を光の進行方向に平行もしくは交差する第１の方向と
し、永久磁石の本体を光路を遮らないように配置し、電
磁石による印加磁場方向を光の進行方向に垂直もしくは
交差する方向であって前記第１の方向とは異なる第２の
方向とし、磁芯が光路を遮らないように配置する。その
結果、永久磁石あるいは電磁石に穴をあけずに永久磁石
や電磁石の磁芯（ヨーク）を配置できるため、磁気光学
結晶に印加される磁場を均一にできる。
【００２７】また、永久磁石を複数個用いて磁気光学結
晶に印加する磁場の均一化を図る。永久磁石は電磁石に
比べて小さくても強い磁場を作ることが可能なので、複
数個設けることにより磁場の均一化を図ったとしてもフ
ァラデー回転子が大型化することがない。
晶に印加する磁場の均一化を図る。永久磁石は電磁石に
比べて小さくても強い磁場を作ることが可能なので、複
数個設けることにより磁場の均一化を図ったとしてもフ
ァラデー回転子が大型化することがない。
【００２８】電磁石によって印加される磁場を均一にす
るために電磁石を複数個設ける必要がないので、ファラ
デー回転子の大型化を更に抑えることができる。本発明
の他の側面においては、磁化を有する磁性体である磁気
光学結晶内部の反磁場により磁場が不均一になるのを避
けるため、磁気光学結晶自体の形状を球とする。すなわ
ち、磁場の印加方向が変化することによる反磁場の強さ
の変化を防ぐことができるので、磁気光学結晶に印加さ
れる磁場をより均一にすることができる。
るために電磁石を複数個設ける必要がないので、ファラ
デー回転子の大型化を更に抑えることができる。本発明
の他の側面においては、磁化を有する磁性体である磁気
光学結晶内部の反磁場により磁場が不均一になるのを避
けるため、磁気光学結晶自体の形状を球とする。すなわ
ち、磁場の印加方向が変化することによる反磁場の強さ
の変化を防ぐことができるので、磁気光学結晶に印加さ
れる磁場をより均一にすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例の構成
及び磁気光学結晶に印加される磁場の様子を説明する図
である。
及び磁気光学結晶に印加される磁場の様子を説明する図
である。
【００３０】本実施例においては、磁気光学結晶１０の
形状は四角柱となっている。ファラデー回転子に使用す
る磁気光学結晶は特に限定されるものではないが、実用
的にはＹＩＧ（Ｙ3 Ｆｅ5 Ｏ12；イットリウム・鉄ガー
ネット）で形成されるものが多い。あるいは、ＹＩＧに
テルビウム、ビスマス等で置換した（ＢｉX Ｔｂ3-X)
Ｆｅ5 Ｏ12や（ＴｂＨｏＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12等が使われ
る。
形状は四角柱となっている。ファラデー回転子に使用す
る磁気光学結晶は特に限定されるものではないが、実用
的にはＹＩＧ（Ｙ3 Ｆｅ5 Ｏ12；イットリウム・鉄ガー
ネット）で形成されるものが多い。あるいは、ＹＩＧに
テルビウム、ビスマス等で置換した（ＢｉX Ｔｂ3-X)
Ｆｅ5 Ｏ12や（ＴｂＨｏＢｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12等が使われ
る。
【００３１】本実施例のファラデー回転子は従来のもの
と同じ構成要素、すなわち永久磁石と電磁石とを有して
いるが、その配置が異なっている。図１（ａ）に示され
るように、電磁石１３の磁芯１５は磁気光学結晶１０の
側面に設けられており、光路１４に対し横方向の磁場を
印加する構成となっている。永久磁石１１と１２は、同
じく磁気光学結晶１０の側面に設けられており形状も四
角柱となっている。本構成においては、永久磁石１１と
１２は、光路１４と平行な方向に磁場を印加するために
設けられており、更に、磁気光学結晶１０に印加される
磁場がより均一となるように、磁気光学結晶１０の相対
する側面に沿って２個設けられている。
と同じ構成要素、すなわち永久磁石と電磁石とを有して
いるが、その配置が異なっている。図１（ａ）に示され
るように、電磁石１３の磁芯１５は磁気光学結晶１０の
側面に設けられており、光路１４に対し横方向の磁場を
印加する構成となっている。永久磁石１１と１２は、同
じく磁気光学結晶１０の側面に設けられており形状も四
角柱となっている。本構成においては、永久磁石１１と
１２は、光路１４と平行な方向に磁場を印加するために
設けられており、更に、磁気光学結晶１０に印加される
磁場がより均一となるように、磁気光学結晶１０の相対
する側面に沿って２個設けられている。
【００３２】永久磁石は小型で強力であるので容易に均
一な磁場を得ることができるとともに、図１（ａ）に示
されるように配置することにより、光路１４の邪魔にな
らず、２個設けてもファラデー回転子全体の大型化には
つながらない。
一な磁場を得ることができるとともに、図１（ａ）に示
されるように配置することにより、光路１４の邪魔にな
らず、２個設けてもファラデー回転子全体の大型化には
つながらない。
【００３３】また、電磁石１３はコイル１６や電源１７
を有し、磁芯１５も大きくなりがちであるが、光路１４
の横方向に磁場を印加する構成としたことにより、磁芯
１５を光路１４を避けるような形にする必要がなくなっ
た上に、磁気光学結晶１０の側面の形状と磁芯１５の形
状とを同形とすることができるので、電磁石１３は１個
設けるだけで磁気光学結晶１０に均一な磁場を印加する
ことができる。
を有し、磁芯１５も大きくなりがちであるが、光路１４
の横方向に磁場を印加する構成としたことにより、磁芯
１５を光路１４を避けるような形にする必要がなくなっ
た上に、磁気光学結晶１０の側面の形状と磁芯１５の形
状とを同形とすることができるので、電磁石１３は１個
設けるだけで磁気光学結晶１０に均一な磁場を印加する
ことができる。
【００３４】すなわち、電磁石１３の磁芯１５と光路１
４との位置関係において、電磁石１３による磁場を光路
１４の横方向から印加するようにしたことによって電磁
石１３の磁芯１５を磁気光学結晶１０に近接して用いる
ことができ、その結果、駆動電流の低減、印加磁場の均
一化などの利点を得ることができる。
４との位置関係において、電磁石１３による磁場を光路
１４の横方向から印加するようにしたことによって電磁
石１３の磁芯１５を磁気光学結晶１０に近接して用いる
ことができ、その結果、駆動電流の低減、印加磁場の均
一化などの利点を得ることができる。
【００３５】図１（ｂ）は、電磁石１３が磁気光学結晶
１０に印加する磁場の様子を示したものである。同図に
示されるように、磁芯１５のＳ極とＮ極は共に、磁気光
学結晶１０の側面を全体的に覆うように構成されている
ので、印加磁場１８は、その磁力線がほとんど平行とな
り均一な磁場となっている。
１０に印加する磁場の様子を示したものである。同図に
示されるように、磁芯１５のＳ極とＮ極は共に、磁気光
学結晶１０の側面を全体的に覆うように構成されている
ので、印加磁場１８は、その磁力線がほとんど平行とな
り均一な磁場となっている。
【００３６】一方、図１（ｃ）は、永久磁石が磁気光学
結晶に印加する磁場の様子を示すものである。同図に示
されるように、永久磁石１１と１２は、磁気光学結晶１
０を両側から挟むように設けられている。永久磁石１１
と１２のそれぞれのＳ極とＮ極は共に同じ方向を向いて
おり、磁気光学結晶１０に一定方向の磁場を印加する構
成となっている。図に示されている永久磁石１１と１２
の磁力線はそれぞれの永久磁石１１、１２のＮ極から出
て、永久磁石１１、１２の外部を迂回してそれぞれのＳ
極に到る。磁力線はそれぞれのＮ極からＳ極に到る途中
で磁気光学結晶１０を通っており、その結果、磁気光学
結晶１０には光路と平行な磁場が印加される。
結晶に印加する磁場の様子を示すものである。同図に示
されるように、永久磁石１１と１２は、磁気光学結晶１
０を両側から挟むように設けられている。永久磁石１１
と１２のそれぞれのＳ極とＮ極は共に同じ方向を向いて
おり、磁気光学結晶１０に一定方向の磁場を印加する構
成となっている。図に示されている永久磁石１１と１２
の磁力線はそれぞれの永久磁石１１、１２のＮ極から出
て、永久磁石１１、１２の外部を迂回してそれぞれのＳ
極に到る。磁力線はそれぞれのＮ極からＳ極に到る途中
で磁気光学結晶１０を通っており、その結果、磁気光学
結晶１０には光路と平行な磁場が印加される。
【００３７】永久磁石１１、１２の側面は、図１（ａ）
に示されるように、磁気光学結晶１０と同様な形状に形
成されており、その相対する両側面に設けられているの
で、磁気光学結晶１０の全体に渡って均一な磁場を印加
することができる。
に示されるように、磁気光学結晶１０と同様な形状に形
成されており、その相対する両側面に設けられているの
で、磁気光学結晶１０の全体に渡って均一な磁場を印加
することができる。
【００３８】磁気光学結晶１０は、これまでに多く使わ
れている、ＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxial) 法によっ
て成長される結晶である(GdBi)3(FeAlGa)5O12 などの材
料を用いた場合には、一般的に波長１．５５μｍの入射
光において偏光面が４５度回転するのに要する距離に相
当する３００〜５００μｍの厚さを有し、また入射光線
の太さに合わせて１ｍｍ四方程度の面積を持った入射面
を有するのが標準的である。
れている、ＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxial) 法によっ
て成長される結晶である(GdBi)3(FeAlGa)5O12 などの材
料を用いた場合には、一般的に波長１．５５μｍの入射
光において偏光面が４５度回転するのに要する距離に相
当する３００〜５００μｍの厚さを有し、また入射光線
の太さに合わせて１ｍｍ四方程度の面積を持った入射面
を有するのが標準的である。
【００３９】本実施例の磁気光学結晶１０の形状として
は、例えば、３辺が２ｍｍ程度の立方体である。この時
の永久磁石１１、１２の大きさは、２×２×４ｍｍ程度
であり、電磁石１５は８×１０×４ｍｍ程度となり、永
久磁石の方が格段に小さい。従って、従来の構成におい
て均一な磁場を得るために複数の電磁石を使用した場合
に比べて、本実施例のような構成はファラデー回転子の
大きさを格段に小さくすることができる。
は、例えば、３辺が２ｍｍ程度の立方体である。この時
の永久磁石１１、１２の大きさは、２×２×４ｍｍ程度
であり、電磁石１５は８×１０×４ｍｍ程度となり、永
久磁石の方が格段に小さい。従って、従来の構成におい
て均一な磁場を得るために複数の電磁石を使用した場合
に比べて、本実施例のような構成はファラデー回転子の
大きさを格段に小さくすることができる。
【００４０】図２は、電磁石及び永久磁石によって印加
される磁場と磁気光学結晶の磁化の関係を示す図であ
る。同図（ａ）は電磁石による磁場はなく、永久磁石に
よる磁場のみが存在する場合を示す。磁気光学結晶１０
に印加される磁場は永久磁石によるもののみであり、光
路２１に平行である。この印加磁場２２によって生じる
磁化２３は同様に光路２１に平行であるが、磁化２３は
永久磁石による印加磁場２２のために飽和している。
される磁場と磁気光学結晶の磁化の関係を示す図であ
る。同図（ａ）は電磁石による磁場はなく、永久磁石に
よる磁場のみが存在する場合を示す。磁気光学結晶１０
に印加される磁場は永久磁石によるもののみであり、光
路２１に平行である。この印加磁場２２によって生じる
磁化２３は同様に光路２１に平行であるが、磁化２３は
永久磁石による印加磁場２２のために飽和している。
【００４１】この状態の磁気光学結晶１０に光路２１に
沿った光が入射された場合は、ファラデー回転角は最大
の大きさとなる。同図（ｂ）は、電磁石による磁場が存
在する場合を示す。
沿った光が入射された場合は、ファラデー回転角は最大
の大きさとなる。同図（ｂ）は、電磁石による磁場が存
在する場合を示す。
【００４２】永久磁石による磁場は大きさが一定なの
で、光路２１に平行な磁場の成分は変化しないが、電磁
石による磁場が横方向に印加されているため磁気光学結
晶１０に印加される印加磁場２２は、同図に示されるよ
うに、これら２つの磁場をベクトル的に合成したものと
なる。
で、光路２１に平行な磁場の成分は変化しないが、電磁
石による磁場が横方向に印加されているため磁気光学結
晶１０に印加される印加磁場２２は、同図に示されるよ
うに、これら２つの磁場をベクトル的に合成したものと
なる。
【００４３】磁気光学結晶１０に生じる磁化２３は印加
磁場と平行となり、従って光路２１に対して傾斜したも
のとなる。印加磁場２２の強さは大きくなるものの、磁
気光学結晶１０内部の磁化２３は永久磁石による磁場に
よって既に飽和しているので、磁化２３自身の大きさは
変化しない。
磁場と平行となり、従って光路２１に対して傾斜したも
のとなる。印加磁場２２の強さは大きくなるものの、磁
気光学結晶１０内部の磁化２３は永久磁石による磁場に
よって既に飽和しているので、磁化２３自身の大きさは
変化しない。
【００４４】よって、磁化２３はその大きさを変えずに
方向だけを印加磁場に平行な方向に変化させる。このこ
とにより、磁化２３の光路２１に平行な成分は同図
（ａ）の場合よりも小さくなり、ファラデー回転角も同
様に小さくなる。
方向だけを印加磁場に平行な方向に変化させる。このこ
とにより、磁化２３の光路２１に平行な成分は同図
（ａ）の場合よりも小さくなり、ファラデー回転角も同
様に小さくなる。
【００４５】同図（ｃ）は、電磁石による磁場を同図
（ｂ）よりも強くした場合を示す。上記したように、磁
気光学結晶１０に印加される印加磁場２２は大きさが固
定された永久磁石による磁場と電磁石による磁場の合成
であり、同図（ｃ）の場合には印加磁場２２の大きさが
同図（ａ）及び（ｂ）の場合に比べてもっとも大きくな
っている。この印加磁場２２が磁気光学結晶１０に印加
されると、印加磁場２２と平行な磁化２３が生じる。し
かし、磁化２３は既に飽和しているので、磁化の大きさ
は変化しない。これにより、磁化２３の光路２１に平行
な成分は、同図（ａ）、（ｂ）のいずれの場合よりも小
さくなる。従って、ファラデー回転角も前述のいずれの
場合よりも小さくなる。
（ｂ）よりも強くした場合を示す。上記したように、磁
気光学結晶１０に印加される印加磁場２２は大きさが固
定された永久磁石による磁場と電磁石による磁場の合成
であり、同図（ｃ）の場合には印加磁場２２の大きさが
同図（ａ）及び（ｂ）の場合に比べてもっとも大きくな
っている。この印加磁場２２が磁気光学結晶１０に印加
されると、印加磁場２２と平行な磁化２３が生じる。し
かし、磁化２３は既に飽和しているので、磁化の大きさ
は変化しない。これにより、磁化２３の光路２１に平行
な成分は、同図（ａ）、（ｂ）のいずれの場合よりも小
さくなる。従って、ファラデー回転角も前述のいずれの
場合よりも小さくなる。
【００４６】このように、電磁石によって磁気光学結晶
１０に印加する磁場の大きさを変化させることにより、
ファラデー回転角を制御することができる。例えば、永
久磁石の磁場のみが印加された場合のファラデー回転角
を４５°と設定すると、ファラデー回転角の制御範囲は
０°〜４５°となる。
１０に印加する磁場の大きさを変化させることにより、
ファラデー回転角を制御することができる。例えば、永
久磁石の磁場のみが印加された場合のファラデー回転角
を４５°と設定すると、ファラデー回転角の制御範囲は
０°〜４５°となる。
【００４７】図３は図１の実施例の変形例の構成とその
作用を説明する図である。同図（ａ）の構成において
は、永久磁石１１、１２及び電磁石１３が、光路１４及
び磁気光学結晶１０に対し垂直な方向から傾斜してい
る。
作用を説明する図である。同図（ａ）の構成において
は、永久磁石１１、１２及び電磁石１３が、光路１４及
び磁気光学結晶１０に対し垂直な方向から傾斜してい
る。
【００４８】このように傾斜することにより、永久磁石
１１、１２及び電磁石１３が磁気光学結晶１０に印加す
るそれぞれの磁場は、いずれも光路１４とは平行あるい
は垂直とはならないが、磁気光学結晶１０に印加される
磁場は、これらの磁場を合成したものであるので、図１
の実施例と同様の作用を有する。
１１、１２及び電磁石１３が磁気光学結晶１０に印加す
るそれぞれの磁場は、いずれも光路１４とは平行あるい
は垂直とはならないが、磁気光学結晶１０に印加される
磁場は、これらの磁場を合成したものであるので、図１
の実施例と同様の作用を有する。
【００４９】また、永久磁石１１、１２及び電磁石１３
の傾斜方法は同図（ａ）のような方法に限られることは
なく、電磁石１３と永久磁石１１、１２とをそれぞれ独
立に光路１４に対して傾斜させて設置することも可能で
ある。この場合、実用的には、電磁石１３が磁気光学結
晶１０に印加する磁場は、光路に対して垂直な状態から
４５°程度傾いた状態までの任意の角度で設定すればよ
い。同様に、永久磁石１１、１２が磁気光学結晶１０に
印加する磁場は、光路１４に平行な状態から４５°程度
傾斜した状態までの任意の角度で設定すればよい。
の傾斜方法は同図（ａ）のような方法に限られることは
なく、電磁石１３と永久磁石１１、１２とをそれぞれ独
立に光路１４に対して傾斜させて設置することも可能で
ある。この場合、実用的には、電磁石１３が磁気光学結
晶１０に印加する磁場は、光路に対して垂直な状態から
４５°程度傾いた状態までの任意の角度で設定すればよ
い。同様に、永久磁石１１、１２が磁気光学結晶１０に
印加する磁場は、光路１４に平行な状態から４５°程度
傾斜した状態までの任意の角度で設定すればよい。
【００５０】ただし、いずれの場合も永久磁石１１、１
２や磁芯１５が光路１４を遮らないように設けることが
必要である。電磁石１３や永久磁石１１、１２が大きく
傾斜し、光路１４を遮るようになる場合には、磁芯１５
や永久磁石１１、１２の形状をかえて光が通るための光
路を作る必要がある。しかしながら、このようにそれぞ
れの形状を変えなくてはならない程に傾斜させると、図
７の従来のファラデー回転子のように形成される磁場が
均一でなくなってしまい、ファラデー回転角に影響を及
ぼすようになってしまうので好ましくない。
２や磁芯１５が光路１４を遮らないように設けることが
必要である。電磁石１３や永久磁石１１、１２が大きく
傾斜し、光路１４を遮るようになる場合には、磁芯１５
や永久磁石１１、１２の形状をかえて光が通るための光
路を作る必要がある。しかしながら、このようにそれぞ
れの形状を変えなくてはならない程に傾斜させると、図
７の従来のファラデー回転子のように形成される磁場が
均一でなくなってしまい、ファラデー回転角に影響を及
ぼすようになってしまうので好ましくない。
【００５１】同図（ｂ）は、同図（ａ）の構成によって
磁気光学結晶に印加される磁場とこの磁場によって生じ
る磁化の様子を説明する図である。同図（ｂ）の左側に
示されているのは、電磁石１３と永久磁石１１、１２と
によって形成される磁場及びこれらの合成である印加磁
場を示している。で示される矢印は永久磁石１１、１
２により形成される磁場であり、電磁石１３による磁場
が存在しない場合には、この磁場が磁気光学結晶１０へ
の印加磁場となる。電磁石１３が（１）の矢印で示され
る磁場を印加している場合には、磁気光学結晶１０への
印加磁場はのようになる。同様に、電磁石１３が
（２）で示される磁場を印加している場合には、印加磁
場はのようになる。
磁気光学結晶に印加される磁場とこの磁場によって生じ
る磁化の様子を説明する図である。同図（ｂ）の左側に
示されているのは、電磁石１３と永久磁石１１、１２と
によって形成される磁場及びこれらの合成である印加磁
場を示している。で示される矢印は永久磁石１１、１
２により形成される磁場であり、電磁石１３による磁場
が存在しない場合には、この磁場が磁気光学結晶１０へ
の印加磁場となる。電磁石１３が（１）の矢印で示され
る磁場を印加している場合には、磁気光学結晶１０への
印加磁場はのようになる。同様に、電磁石１３が
（２）で示される磁場を印加している場合には、印加磁
場はのようになる。
【００５２】これら〜の印加磁場に対応して生じる
磁化が同図（ｂ）の右側に示されている。前述したよう
に磁化〜は、その大きさが同じで方向のみが異な
る。これから分かるように、磁化、の光路１４に平
行な成分は下向きであるが、磁化の光路１４に平行な
成分は上向きとなっている。磁化とによって生じる
ファラデー回転は、その光路１４に平行な成分が共に同
じ下向きであるので、回転角の大きさは異なるものの偏
光面の回転方向は同じである。一方、光路１４に平行な
成分が磁化、とは反対の磁化によって生じるファ
ラデー回転は、回転方向が磁化、による回転方向と
は逆になる。
磁化が同図（ｂ）の右側に示されている。前述したよう
に磁化〜は、その大きさが同じで方向のみが異な
る。これから分かるように、磁化、の光路１４に平
行な成分は下向きであるが、磁化の光路１４に平行な
成分は上向きとなっている。磁化とによって生じる
ファラデー回転は、その光路１４に平行な成分が共に同
じ下向きであるので、回転角の大きさは異なるものの偏
光面の回転方向は同じである。一方、光路１４に平行な
成分が磁化、とは反対の磁化によって生じるファ
ラデー回転は、回転方向が磁化、による回転方向と
は逆になる。
【００５３】このように、電磁石１３や永久磁石１１、
１２を光路１４に対して傾斜して設けることにより、入
射光の偏光面の回転方向を逆にすることが可能となる。
図４は、本発明のファラデー回転子の他の実施例の構成
図である。同図においては、図１の実施例と同じ構成要
素には同じ参照番号を付してある。
１２を光路１４に対して傾斜して設けることにより、入
射光の偏光面の回転方向を逆にすることが可能となる。
図４は、本発明のファラデー回転子の他の実施例の構成
図である。同図においては、図１の実施例と同じ構成要
素には同じ参照番号を付してある。
【００５４】本実施例においては、磁気光学結晶４０の
形状を球形としている。その他の構成は、前述の実施例
及び変形例と同様であり、特に、磁芯１５と永久磁石１
１、１２を光路１４に対して傾斜して設けることは可能
であり、その際に得られる作用も同様である。
形状を球形としている。その他の構成は、前述の実施例
及び変形例と同様であり、特に、磁芯１５と永久磁石１
１、１２を光路１４に対して傾斜して設けることは可能
であり、その際に得られる作用も同様である。
【００５５】前述の実施例及び構成例においては、磁気
光学結晶中の磁場の均一性という点では従来の方法に比
べて向上しているが、本実施例においては更に、印加す
る磁場の方向が変化することにより磁気光学結晶４０内
部に生ずる反磁場の変化の影響を抑えるために、磁気光
学結晶４０の形状を球形とする。磁気光学結晶４０の形
状を球形とすると、磁気光学結晶４０の形状に方向依存
性がなくなる。反磁場は、磁性体の形状によりその強さ
等を変化させるので、形状を方向依存性のない球形とす
ることにより、反磁場にも方向依存性がなくなり、全体
により均一な磁場を実効的に印加できる。
光学結晶中の磁場の均一性という点では従来の方法に比
べて向上しているが、本実施例においては更に、印加す
る磁場の方向が変化することにより磁気光学結晶４０内
部に生ずる反磁場の変化の影響を抑えるために、磁気光
学結晶４０の形状を球形とする。磁気光学結晶４０の形
状を球形とすると、磁気光学結晶４０の形状に方向依存
性がなくなる。反磁場は、磁性体の形状によりその強さ
等を変化させるので、形状を方向依存性のない球形とす
ることにより、反磁場にも方向依存性がなくなり、全体
により均一な磁場を実効的に印加できる。
【００５６】図５は、反磁場の振る舞いを説明するため
の図である。同図（ａ）、（ｂ）は、例えば形状が四角
柱の磁気光学結晶１０の内部に発生する磁化５０と反磁
場５１−１、５１−２の様子を示す。同図（ａ）に示さ
れているのは、反磁場５１−１が磁気光学結晶１０の側
面に平行に発生している場合である。これは、電磁石及
び永久磁石によって印加される磁場が磁気光学結晶１０
の側面に平行であった場合に生じる。一方、同図（ｂ）
は、電磁石及び永久磁石によって印加される磁場が、例
えば磁気光学結晶１０の対角線の方向を向いていた場合
を示しており、反磁場５１−２も磁気光学結晶１０の対
角線方向に生じている。
の図である。同図（ａ）、（ｂ）は、例えば形状が四角
柱の磁気光学結晶１０の内部に発生する磁化５０と反磁
場５１−１、５１−２の様子を示す。同図（ａ）に示さ
れているのは、反磁場５１−１が磁気光学結晶１０の側
面に平行に発生している場合である。これは、電磁石及
び永久磁石によって印加される磁場が磁気光学結晶１０
の側面に平行であった場合に生じる。一方、同図（ｂ）
は、電磁石及び永久磁石によって印加される磁場が、例
えば磁気光学結晶１０の対角線の方向を向いていた場合
を示しており、反磁場５１−２も磁気光学結晶１０の対
角線方向に生じている。
【００５７】この場合、同図（ａ）の場合に生じる反磁
場５１−１の方が同図（ｂ）の場合に生じる反磁場５１
−２よりも強いものとなる。本発明においては、磁化５
０は常に飽和した状態で使用し、磁化５０の方向を変え
ることによりファラデー回転角を制御している。ところ
が、磁化５０の方向と逆方向に生じる反磁場５１−１、
５１−２の強さが方向により変化すると、磁気光学結晶
１０に印加されている磁場がやや不均一になってしま
う。従って、ファラデー回転角に若干の悪影響を与えて
しまう。
場５１−１の方が同図（ｂ）の場合に生じる反磁場５１
−２よりも強いものとなる。本発明においては、磁化５
０は常に飽和した状態で使用し、磁化５０の方向を変え
ることによりファラデー回転角を制御している。ところ
が、磁化５０の方向と逆方向に生じる反磁場５１−１、
５１−２の強さが方向により変化すると、磁気光学結晶
１０に印加されている磁場がやや不均一になってしま
う。従って、ファラデー回転角に若干の悪影響を与えて
しまう。
【００５８】一方、同図（ｃ）、（ｄ）は、磁気光学結
晶１０の形状を球形とした場合の反磁場５１−３、５１
−４の様子を示すものである。球形をした磁気光学結晶
４０の場合には、形状が方向依存性を有しないために、
同図（ｃ）の場合の反磁場５１−３の強さと同図（ｄ）
の場合の反磁場５１−４の強さとでは違いがない。従っ
て、磁気光学結晶４０に磁場を加える方向を変化させた
としても、反磁場５１−３、５１−４の強さに変化が生
じないので印加磁場を均一に印加することができる。従
って、ファラデー回転角の制御をより容易に行うことが
可能となる。
晶１０の形状を球形とした場合の反磁場５１−３、５１
−４の様子を示すものである。球形をした磁気光学結晶
４０の場合には、形状が方向依存性を有しないために、
同図（ｃ）の場合の反磁場５１−３の強さと同図（ｄ）
の場合の反磁場５１−４の強さとでは違いがない。従っ
て、磁気光学結晶４０に磁場を加える方向を変化させた
としても、反磁場５１−３、５１−４の強さに変化が生
じないので印加磁場を均一に印加することができる。従
って、ファラデー回転角の制御をより容易に行うことが
可能となる。
【００５９】このように図４の実施例によれば、ファラ
デー回転子を大型化することなく磁気光学結晶に印加さ
れる磁場をより一層均一にすることができる。ただし、
図示されてはいないが、磁気光学結晶４０の形状を球形
としたことにより、磁気光学結晶自体が光に対しレンズ
として働くようになる。従って、球形の磁気光学結晶４
０を用いたファラデー回転子を光学機器に組み込む場合
には、このことを予め考慮したシステム設計が必要であ
る。
デー回転子を大型化することなく磁気光学結晶に印加さ
れる磁場をより一層均一にすることができる。ただし、
図示されてはいないが、磁気光学結晶４０の形状を球形
としたことにより、磁気光学結晶自体が光に対しレンズ
として働くようになる。従って、球形の磁気光学結晶４
０を用いたファラデー回転子を光学機器に組み込む場合
には、このことを予め考慮したシステム設計が必要であ
る。
【００６０】図６は、本発明のファラデー回転子の光学
装置への応用例として、光スイッチ、光アッテネータ、
光変調器、偏光制御器を説明するための図である。同図
（ａ）には、光スイッチ、光アッテネータ、光変調器の
それぞれに共通の構成を示している。
装置への応用例として、光スイッチ、光アッテネータ、
光変調器、偏光制御器を説明するための図である。同図
（ａ）には、光スイッチ、光アッテネータ、光変調器の
それぞれに共通の構成を示している。
【００６１】光スイッチを構成する場合には、例えば、
偏光子６１と６２を互いに４５°傾け、ファラデー回転
子６０は光の偏光面を＋４５°と−４５°との間で切り
換えるように構成する。ここで説明の便宜上、光は偏光
子６１の側から入射するものとし、光の入射方向からみ
て時計回りに計った角度を正の角度とする。また、光の
通り道は光路５７で示されている。
偏光子６１と６２を互いに４５°傾け、ファラデー回転
子６０は光の偏光面を＋４５°と−４５°との間で切り
換えるように構成する。ここで説明の便宜上、光は偏光
子６１の側から入射するものとし、光の入射方向からみ
て時計回りに計った角度を正の角度とする。また、光の
通り道は光路５７で示されている。
【００６２】偏光子６１を通過してきた光は特定の偏光
面を持った直線偏光となっている。この光がファラデー
回転子６０に入射すると偏光面が＋４５°あるいは−４
５°回転させられる。偏光子６２が、偏光子６１を通過
した光の偏光面を＋４５°回転させた光を通過させるよ
うに設置されていたとする。このときは、光がファラデ
ー回転子６０で＋４５°のファラデー回転角を与えられ
ると偏光子６２を通過できるが、−４５°のファラデー
回転角が与えられた場合には偏光子６２を通過できな
い。このように、光に与えるファラデー回転角を離散的
な所定の値になるように設定することで、光出力のオン
／オフを行う光スイッチを構成することができる。
面を持った直線偏光となっている。この光がファラデー
回転子６０に入射すると偏光面が＋４５°あるいは−４
５°回転させられる。偏光子６２が、偏光子６１を通過
した光の偏光面を＋４５°回転させた光を通過させるよ
うに設置されていたとする。このときは、光がファラデ
ー回転子６０で＋４５°のファラデー回転角を与えられ
ると偏光子６２を通過できるが、−４５°のファラデー
回転角が与えられた場合には偏光子６２を通過できな
い。このように、光に与えるファラデー回転角を離散的
な所定の値になるように設定することで、光出力のオン
／オフを行う光スイッチを構成することができる。
【００６３】あるいは、偏光子６２を偏光分離器等に置
き換えることにより、ファラデー回転角が＋４５°の場
合は光を直進させ、−４５°のときには光の進行方向を
曲げるようにすることもでき、このようにすることによ
って、光出力の切替えではなく、光路の切替えを行う光
スイッチを構成することもできる。
き換えることにより、ファラデー回転角が＋４５°の場
合は光を直進させ、−４５°のときには光の進行方向を
曲げるようにすることもでき、このようにすることによ
って、光出力の切替えではなく、光路の切替えを行う光
スイッチを構成することもできる。
【００６４】また、ファラデー回転子６０によるファラ
デー回転角を−θ〜＋θ（ここで、θは任意に設定され
る角度の値である）まで連続に変化させるようにする
と、偏光子６２から得られる光出力はファラデー回転子
によって与えられたファラデー回転角に応じて連続に変
化する。例えば、偏光子６１と６２が上記光スイッチの
場合と同じ関係に設定されていた場合は、ファラデー回
転角を＋４５°から−４５°まで連続的に変化させるこ
とによって、光出力を次第に減衰させて全く光出力がな
い状態にまですることができ、光アッテネータを構成す
ることができる。
デー回転角を−θ〜＋θ（ここで、θは任意に設定され
る角度の値である）まで連続に変化させるようにする
と、偏光子６２から得られる光出力はファラデー回転子
によって与えられたファラデー回転角に応じて連続に変
化する。例えば、偏光子６１と６２が上記光スイッチの
場合と同じ関係に設定されていた場合は、ファラデー回
転角を＋４５°から−４５°まで連続的に変化させるこ
とによって、光出力を次第に減衰させて全く光出力がな
い状態にまですることができ、光アッテネータを構成す
ることができる。
【００６５】また、ファラデー回転子６０によるファラ
デー回転角の制御を、専用の制御装置（不図示）を設け
るなどして連続的にしかも時間的に変化させるようにす
る。このようにすると、偏光子６２から得られる光出力
は時間的に強度を変化させる信号のようになるので、同
図（ａ）に示される構成で光変調器を構成することがで
きる。
デー回転角の制御を、専用の制御装置（不図示）を設け
るなどして連続的にしかも時間的に変化させるようにす
る。このようにすると、偏光子６２から得られる光出力
は時間的に強度を変化させる信号のようになるので、同
図（ａ）に示される構成で光変調器を構成することがで
きる。
【００６６】同図（ｂ）は偏光制御器の構成図の一例で
ある。この偏光制御器は、ファラデー回転子６０と偏光
子６１の他に、ファラデー回転子６０から出力される光
を分割するカプラ６３、Ｐ偏光とＳ偏光とを分離する偏
光分離器６４、Ｓ偏光とＰ偏光それぞれを検出する光デ
ィテクタ６５、６６、及び光ディデクタ６５、６６の検
出結果に基づいてファラデー回転子６０のファラデー回
転角を制御する制御回路６７とからなる。これらの素子
は、カプラ６３、偏光分離器６４、光ディテクタ６５、
６６よりなる偏光モニタ部５８とファラデー回転子６
０、偏光子６１、制御回路６７よりなる偏光制御部５９
とに分けられる。
ある。この偏光制御器は、ファラデー回転子６０と偏光
子６１の他に、ファラデー回転子６０から出力される光
を分割するカプラ６３、Ｐ偏光とＳ偏光とを分離する偏
光分離器６４、Ｓ偏光とＰ偏光それぞれを検出する光デ
ィテクタ６５、６６、及び光ディデクタ６５、６６の検
出結果に基づいてファラデー回転子６０のファラデー回
転角を制御する制御回路６７とからなる。これらの素子
は、カプラ６３、偏光分離器６４、光ディテクタ６５、
６６よりなる偏光モニタ部５８とファラデー回転子６
０、偏光子６１、制御回路６７よりなる偏光制御部５９
とに分けられる。
【００６７】偏光子６１側から入射した光信号６９は、
先ず偏光制御部の偏光子６１によって直線偏光にされ、
同じく偏光制御部のファラデー回転子６０に入射する。
ファラデー回転子６０では、光信号６９の偏光面を所定
の角度回転させ、偏光状態を変化させる。
先ず偏光制御部の偏光子６１によって直線偏光にされ、
同じく偏光制御部のファラデー回転子６０に入射する。
ファラデー回転子６０では、光信号６９の偏光面を所定
の角度回転させ、偏光状態を変化させる。
【００６８】偏光モニタ部のカプラ６３では、ファラデ
ー回転子６０から出力された光信号６９の偏光状態を変
えることなく２つの光線に分離する。分離された光信号
の一方は、偏光分離器６４に入射され、Ｓ偏光とＰ偏光
とに分離される。光ディテクタ６５はＳ偏光の光の強度
を、光ディテクタ６６はＰ偏光の光強度を検出する。フ
ァラデー回転子６０から出力された光信号６９を互いに
直交するＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分けて、その光強
度を検出することによりファラデー回転子６０から出力
される光信号６９の偏光状態を検出している。
ー回転子６０から出力された光信号６９の偏光状態を変
えることなく２つの光線に分離する。分離された光信号
の一方は、偏光分離器６４に入射され、Ｓ偏光とＰ偏光
とに分離される。光ディテクタ６５はＳ偏光の光の強度
を、光ディテクタ６６はＰ偏光の光強度を検出する。フ
ァラデー回転子６０から出力された光信号６９を互いに
直交するＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分けて、その光強
度を検出することによりファラデー回転子６０から出力
される光信号６９の偏光状態を検出している。
【００６９】光ディテクタ６５と６６が検出したそれぞ
れの偏光の光強度は検出信号として偏光制御部の制御回
路６７に送られる。制御回路６７では、Ｓ偏光の光強度
とＰ偏光の光強度とをもとにファラデー回転子６０から
出力されている光信号６９の偏光状態を算出し、所望の
偏光状態にするために必要とされる電磁石への電流供給
量を計算して、制御信号６８としてファラデー回転子６
０に与える。
れの偏光の光強度は検出信号として偏光制御部の制御回
路６７に送られる。制御回路６７では、Ｓ偏光の光強度
とＰ偏光の光強度とをもとにファラデー回転子６０から
出力されている光信号６９の偏光状態を算出し、所望の
偏光状態にするために必要とされる電磁石への電流供給
量を計算して、制御信号６８としてファラデー回転子６
０に与える。
【００７０】ファラデー回転子６０では、制御信号６８
に従って電磁石へ電流が供給され、ファラデー回転角が
制御される。このようにして、同図（ｂ）の構成によっ
て、所望の偏光状態を有する光信号６９を得ることがで
きる。
に従って電磁石へ電流が供給され、ファラデー回転角が
制御される。このようにして、同図（ｂ）の構成によっ
て、所望の偏光状態を有する光信号６９を得ることがで
きる。
【００７１】以上のように、素子サイズを小さく抑えた
ままで磁気光学結晶に均一な磁場を印加可能な本発明の
ファラデー回転子を用いて上述のような各種光学装置を
構成すれば、装置全体の小型化と高精度化とを同時に実
現することができる。
ままで磁気光学結晶に均一な磁場を印加可能な本発明の
ファラデー回転子を用いて上述のような各種光学装置を
構成すれば、装置全体の小型化と高精度化とを同時に実
現することができる。
【００７２】
【発明の効果】本発明によれば、光が透過する磁気光学
結晶に均一な磁場を印加でき、小型で実装が容易な可変
回転角ファラデー回転子が可能になる。
結晶に均一な磁場を印加でき、小型で実装が容易な可変
回転角ファラデー回転子が可能になる。
【００７３】光路に平行もしくは交差する方向の磁場を
均一にするために高価な電磁石を複数用いることはせ
ず、安価で小型の永久磁石を用いるようにし、永久磁石
本体や電磁石の磁芯が光路を遮らないように設けるの
で、これらを特別な形状に加工する必要もなく、低コス
トでファラデー回転子を製造することができる。
均一にするために高価な電磁石を複数用いることはせ
ず、安価で小型の永久磁石を用いるようにし、永久磁石
本体や電磁石の磁芯が光路を遮らないように設けるの
で、これらを特別な形状に加工する必要もなく、低コス
トでファラデー回転子を製造することができる。
【００７４】更に、磁気光学結晶を球状とすることによ
り、磁場を印加することによって生じる反磁場の方向依
存性をなくすことができる。従って、印加磁場の方向が
変わっても反磁場は強度を変化させないので、より均一
な磁場の印加を行うことができ、ファラデー回転角の制
御を容易にすることができる。
り、磁場を印加することによって生じる反磁場の方向依
存性をなくすことができる。従って、印加磁場の方向が
変わっても反磁場は強度を変化させないので、より均一
な磁場の印加を行うことができ、ファラデー回転角の制
御を容易にすることができる。
【図１】本発明のファラデー回転子の一実施例の構成及
び磁気光学結晶に印加される磁場の様子を示す図であ
る。
び磁気光学結晶に印加される磁場の様子を示す図であ
る。
【図２】磁気光学結晶に印加される磁場と磁化の関係を
示す図である。
示す図である。
【図３】図１の実施例の一変形例及び印加磁場と磁化の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す図である。
【図５】磁気光学結晶内部に生じる反磁場の影響を説明
する図である。
する図である。
【図６】本発明の応用例を示す図である。
【図７】従来のファラデー回転子の構成図である。
【図８】磁化の回転とこれによるファラデー回転角の影
響を説明するための図である。
響を説明するための図である。
【図９】従来のファラデー回転子の問題点を説明する図
である。
である。
１０、４０、７０ 磁気光学結晶 １１、１２、７１ 永久磁石 １３、７２ 電磁石 １４、２１、５７、７６ 光路 １５、７３、７３’磁芯 １６、７４ コイル １７、７５ 電源 １８、１９、２２ 印加磁場 ２３、５０ 磁化 ５１−１、５１−２、５１−３、５１−４ 反磁場 ５８ 偏光モニタ部 ５９ 偏光制御部 ６０ ファラデー回転子 ６１、６２ 偏光子 ６３ カプラ ６４ 偏光分離器６４ ６５、６６ 光ディテクタ ６７ 制御回路 ６８ 制御信号 ６９ 光信号 ７７ 光通過溝 ８０ 磁壁 ８１ 磁区 ９０、９１ 磁場
Claims (17)
- 【請求項１】 入射光のファラデー回転角が可変なファ
ラデー回転子において、 前記入射光に対して透明で、磁性を有する磁気光学結晶
と、 前記入射光の進行方向に平行もしくは交差する第１の方
向の磁場を前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の光
路を遮らないように配置され、前記磁気光学結晶を磁気
飽和させる永久磁石と、 前記入射光の前記進行方向に垂直もしくは交差する方向
であって前記第１の方向とは異なる第２の方向の磁場を
前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の前記光路を遮
らないように配置され、磁場の強さ及び方向が可変であ
る電磁石とを備えることを特徴とするファラデー回転
子。 - 【請求項２】 前記永久磁石が前記磁気光学結晶に印加
する磁場の方向（前記第１の方向）は、前記入射光の進
行方向に対し０度〜４５度の範囲内にあることを特徴と
する請求項１に記載のファラデー回転子。 - 【請求項３】 前記電磁石が前記磁気光学結晶に印加す
る磁場の方向（前記第２の方向）は、前記入射光の進行
方向に垂直な方向に対し０度〜４５度の範囲内にあるこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のファラデー回
転子。 - 【請求項４】 前記永久磁石と前記電磁石とが前記磁気
光学結晶に印加する各磁場の方向（前記第１の方向と前
記第２の方向）は、互いに直交していることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか１つに記載のファラデー回転
子。 - 【請求項５】 前記永久磁石は少なくとも２つ設けら
れ、前記磁気光学結晶を中心にして互いに対称な位置に
配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１つに記載のファラデー回転子。 - 【請求項６】 前記永久磁石は少なくとも２つ設けら
れ、前記入射光の前記光路に対して互いに対称な位置に
配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１つに記載のファラデー回転子。 - 【請求項７】 前記永久磁石の形状は四角柱状であるこ
とを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のフ
ァラデー回転子。 - 【請求項８】 前記永久磁石が前記磁気光学結晶に印加
する磁場は、前記光路に平行であることを特徴とする請
求項１〜７のいずれか１つに記載のファラデー回転子。 - 【請求項９】 前記電磁石が前記磁気光学結晶に印加す
る磁場は、前記光路に対し垂直であることを特徴とする
請求項１〜８のいずれか１つに記載のファラデー回転
子。 - 【請求項１０】 前記磁気光学結晶の形状は球形である
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の
ファラデー回転子。 - 【請求項１１】 前記磁気光学結晶は、ＹＩＧの単結晶
であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つ
に記載のファラデー回転子。 - 【請求項１２】 入射光のファラデー回転角が可変なフ
ァラデー回転子を一部に含む光学装置において、 前記ファラデー回転子は、 前記入射光に対して透明で、磁性を有する磁気光学結晶
と、 前記入射光の進行方向に平行もしくは交差する第１の方
向の磁場を前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の光
路を遮らないように配置され、前記磁気光学結晶を磁気
飽和させる永久磁石と、 前記入射光の前記進行方向に垂直もしくは交差する方向
であって前記第１の方向とは異なる第２の方向の磁場を
前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の前記光路を遮
らないように配置され、磁場の強さ及び方向が可変であ
る電磁石とを備えることを特徴とする光学装置。 - 【請求項１３】 入射光のファラデー回転角が可変なフ
ァラデー回転子と、該ファラデー回転子によって回転さ
せられた偏光面の回転角に応じて前記入射光の透過強度
を変化させる偏光子とを含む光減衰器において、 前記ファラデー回転子は、 前記入射光に対して透明で、磁性を有する磁気光学結晶
と、 前記入射光の進行方向に平行もしくは交差する第１の方
向の磁場を前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の光
路を遮らないように配置され、前記磁気光学結晶を磁気
飽和させる永久磁石と、 前記入射光の前記進行方向に垂直もしくは交差する方向
であって前記第１の方向とは異なる第２の方向の磁場を
前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の前記光路を遮
らないように配置され、磁場の強さ及び方向が可変であ
る電磁石とを備えることを特徴とする光減衰器。 - 【請求項１４】 入射光のファラデー回転角が可変なフ
ァラデー回転子と、該ファラデー回転子によって回転さ
せられた偏光面の回転角に応じて前記入射光の透過強度
を変化させる偏光子と、前記ファラデー回転角を時間的
に変化させる変調制御手段とを含む光変調器において、 前記ファラデー回転子は、 前記入射光に対して透明で、磁性を有する磁気光学結晶
と、 前記入射光の進行方向に平行もしくは交差する第１の方
向の磁場を前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の光
路を遮らないように配置され、前記磁気光学結晶を磁気
飽和させる永久磁石と、 前記入射光の前記進行方向に垂直もしくは交差する方向
であって前記第１の方向とは異なる第２の方向の磁場を
前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の前記光路を遮
らないように配置され、磁場の強さ及び方向が可変であ
る電磁石とを備えることを特徴とする光変調器。 - 【請求項１５】 入射光のファラデー回転角が可変で、
該入射光を第１の偏光状態と第２の偏光状態とに変換す
るファラデー回転子と、前記第１の偏光状態の光を透過
し、前記第２の偏光状態の光を遮断する切替え手段とを
含む光スイッチにおいて、 前記ファラデー回転子は、 前記入射光に対して透明で、磁性を有する磁気光学結晶
と、 前記入射光の進行方向に平行もしくは交差する第１の方
向の磁場を前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の光
路を遮らないように配置され、前記磁気光学結晶を磁気
飽和させる永久磁石と、 前記入射光の前記進行方向に垂直もしくは交差する方向
であって前記第１の方向とは異なる第２の方向の磁場を
前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の前記光路を遮
らないように配置され、磁場の強さ及び方向が可変であ
る電磁石とを備えることを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項１６】 前記切替え手段は前記第２の偏光状態
の光の進行方向を変えることを特徴とする請求項１５記
載の光スイッチ。 - 【請求項１７】 入射光のファラデー回転角が可変なフ
ァラデー回転子と、該ファラデー回転子からの出力光の
偏光状態を検出する偏光モニタ手段と、該偏光モニタ手
段によって検出された偏光状態に基づいて前記入射光の
偏光面の回転角を制御する制御手段とを備える偏光制御
器において、 前記ファラデー回転子は、 前記入射光に対して透明で、磁性を有する磁気光学結晶
と、 前記入射光の進行方向に平行もしくは交差する第１の方
向の磁場を前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の光
路を遮らないように配置され、前記磁気光学結晶を磁気
飽和させる永久磁石と、 前記入射光の前記進行方向に垂直もしくは交差する方向
であって前記第１の方向とは異なる第２の方向の磁場を
前記磁気光学結晶に印加し、前記入射光の前記光路を遮
らないように配置され、磁場の強さ及び方向が可変であ
る電磁石とを備えることを特徴とする偏光制御器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21994195A JP3667827B2 (ja) | 1995-08-29 | 1995-08-29 | ファラデー回転子 |
| KR1019960035698A KR100242916B1 (ko) | 1995-08-29 | 1996-08-27 | 자기 광학 소자에 균일 자기장을 발생시키는 패러데이 회전자 |
| CN96111235A CN1129022C (zh) | 1995-08-29 | 1996-08-28 | 在磁光元件中产生均匀磁场的法拉第旋转器 |
| US08/704,946 US5812304A (en) | 1995-08-29 | 1996-08-29 | Faraday rotator which generates a uniform magnetic field in a magnetic optical element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21994195A JP3667827B2 (ja) | 1995-08-29 | 1995-08-29 | ファラデー回転子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0961770A true JPH0961770A (ja) | 1997-03-07 |
| JP3667827B2 JP3667827B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=16743434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21994195A Expired - Lifetime JP3667827B2 (ja) | 1995-08-29 | 1995-08-29 | ファラデー回転子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5812304A (ja) |
| JP (1) | JP3667827B2 (ja) |
| KR (1) | KR100242916B1 (ja) |
| CN (1) | CN1129022C (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0940704A2 (en) * | 1998-03-03 | 1999-09-08 | FDK Corporation | Faraday rotator |
| US5986799A (en) * | 1997-10-07 | 1999-11-16 | Fujitsu Limited | Optical amplifier having an attenuator for attenuating input power to eliminate a surge in an amplified optical signal |
| US6833941B2 (en) | 2002-08-12 | 2004-12-21 | Tdk Corporation | Magneto-optic optical device |
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