JPH11125798A - 光学用アイソレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アイソレーションの温度変化を低減する光学
用アイソレータを提供すること。 【解決手段】 ファラデー回転素子に、磁界を印加する
Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石において、その着磁方向をＬとし、
それに直交する断面積をＳとした場合、Ｌ／（Ｓ）^1/2
を０.６〜５.５の範囲とした光学用アイソレータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムや
光計測器に用いられる光学部品であり、光源から出射し
た光が光学系の中の光学素子の端面で反射し、光源に戻
るのを防ぐために主に用いられる光学用アイソレータに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光源からの出射光を光学系を用いて伝達
しようとするとき、光学系中の光学素子の端面で反射し
た光は、光源に戻ってくる。例えば、光通信においては
光源のレーザから出射した光は結合レンズによって収束
され、光ファイバの端面に集められる。大部分の光は光
ファイバの中に入り、その中を伝搬するが、一部の光は
ファイバ端面で反射されて、光源のレーザに戻る。レー
ザ中に戻った光は、一般に位相も偏光方向もレーザ中の
光とは異なり、これによってレーザ発振が乱され、レー
ザ光のノイズとなる。

【０００３】このようなノイズを防ぐため、戻り光を遮
断する光学用アイソレータが用いられる。光学用アイソ
レータでは、戻り光の遮断特性（アイソレーション）の
高いこと、入射光の透過損失（挿入損失）が少ないこと
が要求される。

【０００４】光学用アイソレータの典型的な構造を図５
に示す。図５に示すように、板状のファラデー回転素子
３の両側に偏光子１と検光子１ａを配置し、ファラデー
回転素子３の周囲には、この素子を一方向に磁化させる
ための筒型の永久磁石４が配置され、これらの光学素
子、磁石等はそれぞれ金属製ホルダ２に半田づけ等によ
って固定され、金属製ホルダ２相互は位置決め後レーザ
溶接されているのが普通である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特に、信号処理系に使
用される光学用アイソレータは、温度によるアイソレー
ションの変動が小さいことが要求される。一般に、アイ
ソレーションの温度変化等を改善する場合は直接作用す
る物質（ここでは、ファラデー回転素子）の温度特性を
改善するのが通例である。

【０００６】しかしながら、低挿入損失、高ファラデー
回転能、結晶育成の容易性等を考慮すると、ファラデー
回転素子の組成は限定され、温度特性改善の自由度は極
めて低い状態となる。

【０００７】従って本発明は、上記の課題を鑑み、アイ
ソレーションの温度変化を低減する光学用アイソレータ
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ファラデー回
転素子と、該ファラデー回転素子に磁界を印加するＳｍ
₂Ｃｏ₁₇系永久磁石とから構成される光学用アイソレー
タにおいて、前記磁石の着磁方向をＬとし、それに直交
する断面積をＳとした場合、Ｌ／（Ｓ）^1/2を０.６〜
５.５の範囲であることを特徴とする光学用アイソレー
タであり、ファラデー回転素子と、該ファラデー回転素
子に磁界を印加するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石とから構
成される光学用アイソレータにおいて、前記磁石の着磁
方向をＬとし、それに直交する底面積をＳとした場合、
Ｌ／（Ｓ）^1/2を０.７〜５.５の範囲であることを特徴
とする光学用アイソレータである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１０】本発明は、次善策として、ファラデー回転
素子に磁界を印加する磁石の形状を特定の範囲に限定す
ることにより、光学用アイソレータのアイソレーション
の温度変化を低減できることを見い出した。

【００１１】ファラデー回転素子を内在して磁場を印加
するように構成したＳｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石及びＮｄ−Ｆｅ
−Ｂ系磁石の着磁方向の長さをＬとし、それに直交する
ような断面積をＳとした場合、Ｌ／（Ｓ）^1/2を、Ｓｍ₂
Ｃｏ₁₇系磁石の場合０.６〜５.５、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁
石の場合０.７〜５.５の範囲とするものである。Ｌ／
（Ｓ）^1/2がＳｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石の場合０.６以下、Ｎｄ
−Ｆｅ−Ｂ系磁石の場合０.７以下では、アイソレーシ
ョンの減少率が明らかに上昇し、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石及
びＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石とも５.５を越えると、形状が
大きくなることと磁場の有効利用率から工業的な有用性
が低下するためである。

【００１２】本発明によれば、磁石の磁化曲線の温度変
化（Ｂｒ、Ｈｃ、角型性）と、形状による反磁場との関
係で、ファラデー回転素子に印加する磁束の減少を低減
することができる。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。

【００１４】（実施例１）Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石材種がＭ
ＰＲ２００／６６Ｖ（規格値Ｂｒ＝１.０２〜１.１２
Ｔ、_BＨｃ＝５１０〜８００ｋＡ／ｍ、（ＢＨ）ｍａｘ
＝１７５〜２２５kＪ／ｍ³）を使用して、外形寸法が
３.０〜６.０ｍｍの円状または正方状で、内形寸法が
１.５〜３.０ｍｍの円状または正方状で、長さが２.５
〜５.０ｍｍの筒状で、異方性方向が長さ方向となる永
久磁石を作製した。

【００１５】この筒状Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石の底面の面積
をＳとし、磁石の長さをＬとすると、Ｌ／（Ｓ）^1/2は
０.４５，０.６，１.０，１.５，２.０，３.０，４.
０，５.０，５.５，６.０となるように設定してある。

【００１６】次に、ＣｄＭｎＨｇＴｅ化合物単結晶を厚
さ２ｍｍに研磨した後、波長０.９８μｍに対応するＡ
Ｒコートを施し、ポーラコアと組み合わせ、光透過方向
の寸法が１.４×１.４ｍｍとなる直方体状のファラデー
回転素子を作製した。

【００１７】次に、このファラデー回転素子を前記筒状
磁石の内部に挿入固定した後、磁石の長さ方向に約２０
kＯｅの磁界を印加して着磁し、光学用アイソレータと
した。

【００１８】次に、これらアイソレータについて、０.
９８μｍでのアイソレーションを、室温（２５℃）と８
０℃で測定した。

【００１９】２５℃におけるアイソレーションは全て２
０ｄＢ以上であった。

【００２０】ここで、２５℃におけるアイソレーション
の測定値をＩ_RT（ｄＢ）とし、８０℃のおけるアイソレ
ーションの測定値をＩ₈₀（ｄＢ）とし、［Ｉ_RT−Ｉ
₈₀（ｄＢ）］／Ｉ_RT（ｄＢ）×１００（％）をアイソレ
ーション減少率とし、磁石の形状に関するＬ／（Ｓ）
^1/2との関係を図１に示す。

【００２１】Ｌ／（Ｓ）^1/2の値が０.６以上では、アイ
ソレーションの減少率が著しく低減している。

【００２２】一方、アイソレータの小型化や磁石から発
生する磁界を利用したファラデー回転素子への磁場印加
効率を考慮すると、Ｌ／（Ｓ）^1/2の上限は５.５程度が
妥当と考えられる。したがって、Ｌ／（Ｓ）^1/2は、０.
６から５.５の範囲が工業上有用といえる。

【００２３】（実施例２）Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇系磁石材種がＭ
ＰＲ１１０／６０Ｖ（規格値Ｂｒ＝０.６５〜１.００
Ｔ、_BＨｃ＝３２０〜４５０kＡ／ｍ、（ＢＨ）ｍａｘ＝
８０〜１４０kＪ／ｍ³）を使用して、実施例１と同様の
磁石を作製した。

【００２４】次に、波長１.３１μｍでファラデー回転
が４５ｄｅｇとなるように研磨したＴｂＢｉ系ガーネッ
ト単結晶（約４００μｍ）にＡＲコート処理した後、ル
チルと組み合わせ、光透過方向の寸法が１.２×１.２ｍ
ｍとなる直方体状のファラデー回転素子を作製した。

【００２５】次に、実施例１と同様にして、アイソレー
タを構成後、波長１.３１μｍでのアイソレーションを
測定した。ちなみに室温におけるアイソレーションは全
て３５ｄＢ以上であった。

【００２６】図２にアイソレーション減少値（％）と磁
石の形状に関するＬ／（Ｓ）^1/2の関係を示す。

【００２７】Ｌ／（Ｓ）^1/2が０.６以上では、アイソレ
ーションの減少率が著しく低減している。したがって、
Ｌ／（Ｓ）^1/2の値は、０.６〜５.５の範囲が工業上、
有用といえる。

【００２８】（実施例３）Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石
で、磁石特性がＢｒ１１.５kＧ、_BＨｃ１１kＯｅ、_IＨ
ｃ１７kＯｅ、（ＢＨ）ｍａｘ３２Ｍ・Ｇ・Ｏｅ近傍を示
す材料を使用して、外形寸法が３.０〜６.０ｍｍの円状
又は正方状で、長さが２.０〜５.０ｍｍの筒状で、異方
性方向が長さ方向となる磁石を作製した。この筒状磁石
の底面の面積をＳとし、磁石の長さをＬとすると、Ｌ／
（Ｓ）^1/2は０.４５，０.７，１.０，１.５，２.０，
３.０，４.０，５.０，５.５となるように設定してあ
る。

【００２９】次に、ＣｄＭｎＨｇＴｅ化合物単結晶を厚
さ２ｍｍに研磨した後、波長０.９８μｍに対応するＡ
Ｒコートを施し、ポーラコアと組み合わせ、光透過方向
の寸法が１.４×１.４ｍｍとなる直方体状のファラデー
回転素子を作製した。

【００３０】次に、このファラデー回転素子を前記筒状
磁石に挿入固定した後、磁石の長さ方向に約３０kＯｅ
の磁界を印加して着磁し、光用アイソレータとした。

【００３１】次に、これらアイソレータについて、０.
９８μｍでのアイソレーションを室温（２５℃）と８０
℃で測定した。２５℃におけるアイソレーションは、全
て２０ｄＢ以上であった。ここで、２５℃におけるアイ
ソレーションの測定値をＩ_RT（ｄＢ）とし、８０℃のお
けるアイソレーションの測定値をＩ₈₀（ｄＢ）とし、
［Ｉ_RT−Ｉ₈₀（ｄＢ）］／Ｉ_RT（ｄＢ）×１００（％）
をアイソレーション減少値とし、磁石の形状に関するＬ
／（Ｓ）^1/2との関係を図３に示す。

【００３２】Ｌ／（Ｓ）^1/2の値が０.７以上では、アイ
ソレーションの減少率が著しく低減している。一方アイ
ソレータの小型化や、磁石から発生する磁界を利用した
ファラデー回転素子への磁場印加効率を考慮すると、Ｌ
／（Ｓ）^1/2の上限は５.５程度が妥当と考えられる。し
たがって、Ｌ／（Ｓ）^1/2は０.７〜５.５の範囲が工業
上、有用といえる。

【００３３】（実施例４）Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石
で、磁石特性がＢｒ１３.０kＧ、_BＨｃ１０kＯｅ、_IＨ
ｃ１１kＯｅ、（ＢＨ）ｍａｘ４０Ｍ・Ｇ・Ｏｅ近傍を示
す材料を使用して、実施例２と同様の永久磁石を作製し
た。

【００３４】次に、波長１.３１μｍでファラデー回転
が４５ｄｅｇとなるように研磨したＴｂＢｉ系ガーネッ
ト単結晶（約４００μｍ）にＡＲコート処理した後、ル
チルと組み合わせ、光透過方向の寸法が１.２×１.２ｍ
ｍとなる直方体状のファラデー回転素子を作製した。

【００３５】次に、実施例３と同様にして、アイソレー
タ構成後、波長１.３１μｍでのアイソレーションを測
定した。ちなみに、室温におけるアイソレーションは全
て３５ｄＢ以上であった。

【００３６】図４に、アイソレーション減少値と磁石の
形状に関するＬ／（Ｓ）^1/2の関係を示す。Ｌ／（Ｓ）
^1/2が０.７ｄＢ以上では、アイソレーションの減少率が
著しく低減している。したがって、Ｌ／（Ｓ）^1/2の値
は、０.７〜５.５の範囲が工業上、有用といえる。

【００３７】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
アイソレーションの温度変化を低減する光学用アイソレ
ータを提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のアイソレータに組み込まれたＳｍ₂
Ｃｏ₁₇系磁石の形状に関するＬ／（Ｓ）^1/2と８０℃に
昇温した場合のアイソレーション減少率を示す図。

【図２】実施例２のアイソレータに組み込まれたＳｍ₂
Ｃｏ₁₇系磁石の形状に関するＬ／（Ｓ）^1/2と８０℃に
昇温した場合のアイソレーション減少率を示す図。

【図３】実施例３のアイソレータに組み込まれたＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ系磁石の形状に関するＬ／（Ｓ）^1/2と８０℃
に昇温した場合のアイソレーション減少率を示す図。

【図４】実施例４のアイソレータに組み込まれたＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ系磁石の形状に関するＬ／（Ｓ）^1/2と８０℃
に昇温した場合のアイソレーション減少率を示す図。

【図５】光学用アイソレータの典型的な構成を示す断面
図。

【符号の説明】

１ 偏光子 １ａ 検光子 ２ 金属製ホルダ ３ ファラデー回転素子 ４ 永久磁石

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ファラデー回転素子と、該ファラデー回
   転素子に磁界を印加するＳｍ₂Ｃｏ₁₇系永久磁石とから
   構成される光学用アイソレータにおいて、前記磁石の着
   磁方向をＬとし、それに直交する断面積をＳとした場
   合、Ｌ／（Ｓ）^1/2を０.６〜５.５の範囲であることを
   特徴とする光学用アイソレータ。
2. 【請求項２】 ファラデー回転素子と、該ファラデー回
   転素子に磁界を印加するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石とか
   ら構成される光学用アイソレータにおいて、前記磁石の
   着磁方向をＬとし、それに直交する底面積をＳとした場
   合、Ｌ／（Ｓ）^1/2を０.７〜５.５の範囲であることを
   特徴とする光学用アイソレータ。