JPH11249095A - ファラデー回転子 - Google Patents
ファラデー回転子Info
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- JPH11249095A JPH11249095A JP10067753A JP6775398A JPH11249095A JP H11249095 A JPH11249095 A JP H11249095A JP 10067753 A JP10067753 A JP 10067753A JP 6775398 A JP6775398 A JP 6775398A JP H11249095 A JPH11249095 A JP H11249095A
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- 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
- G02F1/09—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 based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
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- 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
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- 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
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ファラデー回転子におけるファラデー回転角
の温度依存性を小さくする。特に磁化方向が変化するよ
うな使用形態で温度特性の良好なファラデー回転子を使
用した光デバイスを提供する。 【解決手段】 ファラデー素子２０に外部磁界を印加す
ることにより、ファラデー素子を透過する偏光の偏光面
を回転させるファラデー回転子である。ファラデー素子
の磁化方向と光線方向とのなす角をαとした時、角度α
の温度依存性によるファラデー回転角の変化量と、ファ
ラデー効果の温度依存性によるファラデー回転角の変化
量とが、互いに異符号で且つ一方の絶対値が他方の絶対
値の２倍未満となる方向に外部磁界を印加し、ファラデ
ー回転角の温度変化量を小さくする。互いに異符号で且
つ絶対値がほぼ等しくなる方向に外部磁界を印加する構
成が最良である。
の温度依存性を小さくする。特に磁化方向が変化するよ
うな使用形態で温度特性の良好なファラデー回転子を使
用した光デバイスを提供する。 【解決手段】 ファラデー素子２０に外部磁界を印加す
ることにより、ファラデー素子を透過する偏光の偏光面
を回転させるファラデー回転子である。ファラデー素子
の磁化方向と光線方向とのなす角をαとした時、角度α
の温度依存性によるファラデー回転角の変化量と、ファ
ラデー効果の温度依存性によるファラデー回転角の変化
量とが、互いに異符号で且つ一方の絶対値が他方の絶対
値の２倍未満となる方向に外部磁界を印加し、ファラデ
ー回転角の温度変化量を小さくする。互いに異符号で且
つ絶対値がほぼ等しくなる方向に外部磁界を印加する構
成が最良である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光線方向に対して
ファラデー素子の磁化方向が斜めになるようにファラデ
ー素子と外部磁界印加手段を配置したファラデー回転子
に関し、更に詳しく述べると、ファラデー素子の磁化方
向と光線方向とのなす角度αの温度依存性を利用してフ
ァラデー回転角の温度変化量を低減したファラデー回転
子に関するものである。このファラデー回転子は、光ア
ッテネータや光アイソレータなど、ファラデー効果を利
用した各種の光デバイスに有用である。
ファラデー素子の磁化方向が斜めになるようにファラデ
ー素子と外部磁界印加手段を配置したファラデー回転子
に関し、更に詳しく述べると、ファラデー素子の磁化方
向と光線方向とのなす角度αの温度依存性を利用してフ
ァラデー回転角の温度変化量を低減したファラデー回転
子に関するものである。このファラデー回転子は、光ア
ッテネータや光アイソレータなど、ファラデー効果を利
用した各種の光デバイスに有用である。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムなどでは、光を一方向の
みに透過させる光アイソレータや、光の透過光量を制御
するための光アッテネータなどが必要であり、それらに
は透過光の偏光面を回転させるファラデー回転子が組み
込まれている。その他、光スイッチ、光サーキュレー
タ、光フィルタ、光イコライザなど各種の光デバイスに
もファラデー回転子が用いられている。
みに透過させる光アイソレータや、光の透過光量を制御
するための光アッテネータなどが必要であり、それらに
は透過光の偏光面を回転させるファラデー回転子が組み
込まれている。その他、光スイッチ、光サーキュレー
タ、光フィルタ、光イコライザなど各種の光デバイスに
もファラデー回転子が用いられている。
【０００３】光アイソレータは、例えば図２１に示すよ
うに、互いに４５度傾いた偏光面をもつよう配置した偏
光子１と検光子２との間に、４５度ファラデー回転子３
を挿入した構成である。ファラデー回転子３は、磁気光
学結晶からなるファラデー素子と外部磁界印加手段であ
る永久磁石との組み合わせであり、永久磁石による外部
磁界を光線方向に一致するように印加して磁気光学結晶
が磁気的に飽和した状態とし、その状態で透過光の偏光
面が４５度回転する厚さに設計されている。光アイソレ
ータの順方向に光を通した場合、偏光子１を通過した光
は殆ど無損失で検光子２を通過する（図２１のＡ参
照）。それに対し逆方向の場合は、検光子２を通過した
光はファラデー回転子３を通過することにより偏光面が
偏光子１と直交するため、偏光子１を通過できない（図
２１のＢ参照）。この光アイソレータは偏光依存タイプ
であるが、この他に偏光無依存タイプもある（特願昭５
６−１４８２９０号）。
うに、互いに４５度傾いた偏光面をもつよう配置した偏
光子１と検光子２との間に、４５度ファラデー回転子３
を挿入した構成である。ファラデー回転子３は、磁気光
学結晶からなるファラデー素子と外部磁界印加手段であ
る永久磁石との組み合わせであり、永久磁石による外部
磁界を光線方向に一致するように印加して磁気光学結晶
が磁気的に飽和した状態とし、その状態で透過光の偏光
面が４５度回転する厚さに設計されている。光アイソレ
ータの順方向に光を通した場合、偏光子１を通過した光
は殆ど無損失で検光子２を通過する（図２１のＡ参
照）。それに対し逆方向の場合は、検光子２を通過した
光はファラデー回転子３を通過することにより偏光面が
偏光子１と直交するため、偏光子１を通過できない（図
２１のＢ参照）。この光アイソレータは偏光依存タイプ
であるが、この他に偏光無依存タイプもある（特願昭５
６−１４８２９０号）。
【０００４】従来の光アッテネータの一例を図２に示
す。図２のＡに示すように、それぞれコリメートレンズ
１０，１１を有する入力ファイバ１２と出力ファイバ１
３との間に、楔形複屈折結晶（例えばルチルなど）から
なる偏光子１４と、ファラデー回転子１５と、楔形複屈
折結晶からなる検光子１６を、この順序で光軸上に配置
した構成である（特願平４−２０５０４４号参照）。こ
こでファラデー回転子１５は、図２のＢに示すように、
ファラデー素子（磁気光学結晶）１７と、それに９０度
異なる２方向から磁界を印加する永久磁石１８と電磁石
１９との組み合わせからなる。ファラデー素子１７の磁
化方向は、永久磁石１８による一定磁界と電磁石１９よ
る可変磁界との合成磁界の方向を向き、それに応じてフ
ァラデー回転角が変化する。
す。図２のＡに示すように、それぞれコリメートレンズ
１０，１１を有する入力ファイバ１２と出力ファイバ１
３との間に、楔形複屈折結晶（例えばルチルなど）から
なる偏光子１４と、ファラデー回転子１５と、楔形複屈
折結晶からなる検光子１６を、この順序で光軸上に配置
した構成である（特願平４−２０５０４４号参照）。こ
こでファラデー回転子１５は、図２のＢに示すように、
ファラデー素子（磁気光学結晶）１７と、それに９０度
異なる２方向から磁界を印加する永久磁石１８と電磁石
１９との組み合わせからなる。ファラデー素子１７の磁
化方向は、永久磁石１８による一定磁界と電磁石１９よ
る可変磁界との合成磁界の方向を向き、それに応じてフ
ァラデー回転角が変化する。
【０００５】例えば偏光子１４と検光子１６を、それら
両複屈折結晶の光学軸が互いに平行となるように配置し
た場合、次のように動作する。入力ファイバ１２から出
射し第１のレンズ１０で平行ビームとなった光は、偏光
子１４により常光ｏと異常光ｅに分離する。常光ｏと異
常光ｅの偏光方向は互いに直交している。そして、各々
の光はファラデー回転子１５を通過する際、光軸に平行
方向の磁化の大きさに応じて偏光方向が回転し、それぞ
れ検光子１６により常光ｏ1 と異常光ｅ1 、常光ｏ2 と
異常光ｅ2 に分離する。検光子１６から出射する常光ｏ
1 と異常光ｅ2は互いに平行で、第２のレンズ１１によ
って出力ファイバ１３に結合する（実線で示す）が、検
光子１６から出射する異常光ｅ1 と常光ｏ2 は互いに平
行ではなく広がるために、第２のレンズ１１を通っても
出力ファイバ１３には結合しない（破線で示す）。
両複屈折結晶の光学軸が互いに平行となるように配置し
た場合、次のように動作する。入力ファイバ１２から出
射し第１のレンズ１０で平行ビームとなった光は、偏光
子１４により常光ｏと異常光ｅに分離する。常光ｏと異
常光ｅの偏光方向は互いに直交している。そして、各々
の光はファラデー回転子１５を通過する際、光軸に平行
方向の磁化の大きさに応じて偏光方向が回転し、それぞ
れ検光子１６により常光ｏ1 と異常光ｅ1 、常光ｏ2 と
異常光ｅ2 に分離する。検光子１６から出射する常光ｏ
1 と異常光ｅ2は互いに平行で、第２のレンズ１１によ
って出力ファイバ１３に結合する（実線で示す）が、検
光子１６から出射する異常光ｅ1 と常光ｏ2 は互いに平
行ではなく広がるために、第２のレンズ１１を通っても
出力ファイバ１３には結合しない（破線で示す）。
【０００６】電磁石１９による印加磁界が０の時、ファ
ラデー回転角は９０度（磁化が光軸と平行）であり、偏
光子１４から出射した常光ｏは検光子１６から異常光ｅ
1 として出射し、偏光子１４から出射した異常光ｅは検
光子１６から常光ｏ2 として出射するため、第２のレン
ズ１１を通っても出力ファイバ１３には結合しない。そ
れに対して電磁石１９による印加磁界が十分大きいと、
ファラデー回転角は０度に近づき、偏光子１４から出射
した常光ｏは殆どそのまま検光子１６から常光ｏ1 とし
て出射し、偏光子１４から出射した異常光ｅは殆どその
まま検光子１６から異常光ｅ2 とて出射するため、両光
は平行で全て第２のレンズ１１によって出力ファイバ１
３に結合する。このようにして電磁石１９による印加磁
界の強さに応じて、磁化が回転してファラデー回転角は
約９０度から約０度までの範囲で変化し、それに応じて
出力ファイバ１３に結合する光量が異なることになり、
光アッテネータとして機能することになる。
ラデー回転角は９０度（磁化が光軸と平行）であり、偏
光子１４から出射した常光ｏは検光子１６から異常光ｅ
1 として出射し、偏光子１４から出射した異常光ｅは検
光子１６から常光ｏ2 として出射するため、第２のレン
ズ１１を通っても出力ファイバ１３には結合しない。そ
れに対して電磁石１９による印加磁界が十分大きいと、
ファラデー回転角は０度に近づき、偏光子１４から出射
した常光ｏは殆どそのまま検光子１６から常光ｏ1 とし
て出射し、偏光子１４から出射した異常光ｅは殆どその
まま検光子１６から異常光ｅ2 とて出射するため、両光
は平行で全て第２のレンズ１１によって出力ファイバ１
３に結合する。このようにして電磁石１９による印加磁
界の強さに応じて、磁化が回転してファラデー回転角は
約９０度から約０度までの範囲で変化し、それに応じて
出力ファイバ１３に結合する光量が異なることになり、
光アッテネータとして機能することになる。
【０００７】なお偏光子１４と検光子１６の両複屈折結
晶の光学軸が互いに直交するように配置した場合は、上
記と反対に、ファラデー回転角が９０度の場合に透過光
量が最大となり、０度の場合には透過光量が最小とな
る。
晶の光学軸が互いに直交するように配置した場合は、上
記と反対に、ファラデー回転角が９０度の場合に透過光
量が最大となり、０度の場合には透過光量が最小とな
る。
【０００８】なお、これらファラデー回転子に組み込む
ファラデー素子としては、近年、主にＬＰＥ法（液相エ
ピタキシャル法）により作製したＢｉ（ビスマス）置換
希土類鉄ガーネット単結晶膜（ＬＰＥ膜）が用いられて
いる。その理由は、ＬＰＥ膜はＢｉの寄与によってＹＩ
Ｇ（イットリウム鉄ガーネット）単結晶に比べてファラ
デー回転係数が大きい利点を有するからである。
ファラデー素子としては、近年、主にＬＰＥ法（液相エ
ピタキシャル法）により作製したＢｉ（ビスマス）置換
希土類鉄ガーネット単結晶膜（ＬＰＥ膜）が用いられて
いる。その理由は、ＬＰＥ膜はＢｉの寄与によってＹＩ
Ｇ（イットリウム鉄ガーネット）単結晶に比べてファラ
デー回転係数が大きい利点を有するからである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このＢｉ置換
希土類鉄ガーネット単結晶膜は、ファラデー回転角の温
度依存性が大きいという欠点がある。そのため、ファラ
デー回転子の温度依存性も大きくなり、このファラデー
回転子を用いて作製される光アイソレータや光アッテネ
ータ等のデバイスの温度特性が大きいという問題が生じ
る。
希土類鉄ガーネット単結晶膜は、ファラデー回転角の温
度依存性が大きいという欠点がある。そのため、ファラ
デー回転子の温度依存性も大きくなり、このファラデー
回転子を用いて作製される光アイソレータや光アッテネ
ータ等のデバイスの温度特性が大きいという問題が生じ
る。
【００１０】そこで、この温度特性を改善するために、 特殊な組成系にすることにより、結晶の物性を改善す
る方法（特願昭６０−２４３２１７号） 磁気光学素子に２個のガーネット結晶を用いファラデ
ー回転角の温度依存性を相殺させることにより、ファラ
デー回転子の温度依存性を改善する方法（特願昭６０−
１３４３７２号、特願平２−１８０７５７号） 偏光子、検光子を最適配置とし、デバイスとして温度
特性を改善する技術（特願平８−４５２３１号） が提案されている。
る方法（特願昭６０−２４３２１７号） 磁気光学素子に２個のガーネット結晶を用いファラデ
ー回転角の温度依存性を相殺させることにより、ファラ
デー回転子の温度依存性を改善する方法（特願昭６０−
１３４３７２号、特願平２−１８０７５７号） 偏光子、検光子を最適配置とし、デバイスとして温度
特性を改善する技術（特願平８−４５２３１号） が提案されている。
【００１１】しかし、このような提案には、それぞれ次
のような問題がある。の方法は、磁気光学素子である
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネットにＴｂを添加することによ
りファラデー回転角の温度依存性を小さくしている。し
かし、実施例の記載からすると、光アイソレータを構成
するとき、最も温度依存性が小さい時の波長１．５μｍ
における磁気光学素子の厚みが約１７００μｍとなり、
ＬＰＥ法による高品質の結晶育成が厚み５００μｍ程度
が限界であることからすると非常に厚い。の方法で
は、二つの異なる結晶を作製しなければならないため、
コストが増大する。の技術は、偏光面と検光子が直交
状態である最大光減衰点（量）が偏光面の角度、言い換
えればファラデー回転角に敏感であるのに対し、偏光面
と検光子が平行状態である最大光透過点（量）がファラ
デー回転角に鈍感であることから、ファラデー回転角の
温度変化量の絶対値が最も大きくなるファラデー回転角
が最大のとき、偏光面と検光子が平行になり、ファラデ
ー回転角の温度変化量の絶対値が最も小さくなるファラ
デー回転角が最小のとき、偏光面と検光子が直交状態に
なるようにして、最大光減衰量、挿入損失（最大光透過
量）の温度依存性を小さくした光アッテネータを実現し
ている。しかし、最大光減衰点はファラデー回転角に敏
感なため、その点におけるファラデー回転角の温度依存
性は非常に小さくしなければならないが、本質的にファ
ラデー回転子に温度依存性があるために、温度依存性低
減には限界がある。
のような問題がある。の方法は、磁気光学素子である
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネットにＴｂを添加することによ
りファラデー回転角の温度依存性を小さくしている。し
かし、実施例の記載からすると、光アイソレータを構成
するとき、最も温度依存性が小さい時の波長１．５μｍ
における磁気光学素子の厚みが約１７００μｍとなり、
ＬＰＥ法による高品質の結晶育成が厚み５００μｍ程度
が限界であることからすると非常に厚い。の方法で
は、二つの異なる結晶を作製しなければならないため、
コストが増大する。の技術は、偏光面と検光子が直交
状態である最大光減衰点（量）が偏光面の角度、言い換
えればファラデー回転角に敏感であるのに対し、偏光面
と検光子が平行状態である最大光透過点（量）がファラ
デー回転角に鈍感であることから、ファラデー回転角の
温度変化量の絶対値が最も大きくなるファラデー回転角
が最大のとき、偏光面と検光子が平行になり、ファラデ
ー回転角の温度変化量の絶対値が最も小さくなるファラ
デー回転角が最小のとき、偏光面と検光子が直交状態に
なるようにして、最大光減衰量、挿入損失（最大光透過
量）の温度依存性を小さくした光アッテネータを実現し
ている。しかし、最大光減衰点はファラデー回転角に敏
感なため、その点におけるファラデー回転角の温度依存
性は非常に小さくしなければならないが、本質的にファ
ラデー回転子に温度依存性があるために、温度依存性低
減には限界がある。
【００１２】本発明の目的は、新しい原理に基づいてフ
ァラデー回転角の温度依存性を低減する技術を提供する
ことである。本発明の他の目的は、ファラデー回転角の
温度依存性が小さいファラデー回転子を提供することで
ある。本発明の更に他の目的は、温度特性の良好な光ア
ッテネータなどのファラデー回転子を使用した光デバイ
スを提供することである。
ァラデー回転角の温度依存性を低減する技術を提供する
ことである。本発明の他の目的は、ファラデー回転角の
温度依存性が小さいファラデー回転子を提供することで
ある。本発明の更に他の目的は、温度特性の良好な光ア
ッテネータなどのファラデー回転子を使用した光デバイ
スを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、ファラデー素
子に外部磁界を印加することにより、ファラデー素子を
透過する偏光の偏光面を回転させるファラデー回転子で
ある。本発明では、ファラデー素子の磁化方向と光線方
向とのなす角をαとした時、角度αの温度依存性による
ファラデー回転角の変化量と、ファラデー効果の温度依
存性によるファラデー回転角の変化量とが、互いに異符
号で且つ一方の絶対値が他方の絶対値の２倍未満となる
方向に外部磁界を印加し、ファラデー回転角の温度変化
量を小さくするように構成している。勿論、互いに異符
号で且つ絶対値がほぼ等しくなる方向に外部磁界を印加
することで、角度αの温度依存性によるファラデー回転
角の変化量と、ファラデー効果の温度依存性によるファ
ラデー回転角の変化量とをほぼ相殺する構成が最良であ
る。
子に外部磁界を印加することにより、ファラデー素子を
透過する偏光の偏光面を回転させるファラデー回転子で
ある。本発明では、ファラデー素子の磁化方向と光線方
向とのなす角をαとした時、角度αの温度依存性による
ファラデー回転角の変化量と、ファラデー効果の温度依
存性によるファラデー回転角の変化量とが、互いに異符
号で且つ一方の絶対値が他方の絶対値の２倍未満となる
方向に外部磁界を印加し、ファラデー回転角の温度変化
量を小さくするように構成している。勿論、互いに異符
号で且つ絶対値がほぼ等しくなる方向に外部磁界を印加
することで、角度αの温度依存性によるファラデー回転
角の変化量と、ファラデー効果の温度依存性によるファ
ラデー回転角の変化量とをほぼ相殺する構成が最良であ
る。
【００１４】ファラデー素子は、単一もしくは複数の磁
気光学結晶からなる。ファラデー素子が複数の磁気光学
結晶からなる場合には、それらの方位を揃えて配列して
外部磁界を印加する構成がある。即ち、各磁気光学結晶
の磁化方向と光線方向とのなす角をαとした時、角度α
の温度依存性によるファラデー回転角の変化量と、ファ
ラデー効果の温度依存性によるファラデー回転角の変化
量とが、互いに異符号で且つ一方の絶対値が他方の絶対
値の２倍未満となる単一方位に外部磁界を印加し、ファ
ラデー回転角の温度変化量を小さくする。
気光学結晶からなる。ファラデー素子が複数の磁気光学
結晶からなる場合には、それらの方位を揃えて配列して
外部磁界を印加する構成がある。即ち、各磁気光学結晶
の磁化方向と光線方向とのなす角をαとした時、角度α
の温度依存性によるファラデー回転角の変化量と、ファ
ラデー効果の温度依存性によるファラデー回転角の変化
量とが、互いに異符号で且つ一方の絶対値が他方の絶対
値の２倍未満となる単一方位に外部磁界を印加し、ファ
ラデー回転角の温度変化量を小さくする。
【００１５】またファラデー素子が複数の磁気光学結晶
からなる場合、それらの方位を違えて配列して外部磁界
を印加する構成もある。各磁気光学結晶の磁化方向と光
線透過方向とのなす角をα1 ，α2 ，・・・とした時、
角度α1 ，α2 ，・・・の温度依存性によるファラデー
回転角の変化量と、ファラデー効果の温度依存性による
ファラデー回転角の変化量との総和が、絶対値で各磁気
光学結晶のファラデー効果の温度依存性によるファラデ
ー回転角の変化量の総和以下となる方向に外部磁界を印
加し、ファラデー回転角の温度変化量を小さくする。
からなる場合、それらの方位を違えて配列して外部磁界
を印加する構成もある。各磁気光学結晶の磁化方向と光
線透過方向とのなす角をα1 ，α2 ，・・・とした時、
角度α1 ，α2 ，・・・の温度依存性によるファラデー
回転角の変化量と、ファラデー効果の温度依存性による
ファラデー回転角の変化量との総和が、絶対値で各磁気
光学結晶のファラデー効果の温度依存性によるファラデ
ー回転角の変化量の総和以下となる方向に外部磁界を印
加し、ファラデー回転角の温度変化量を小さくする。
【００１６】
【発明の実施の形態】ファラデー素子となる磁気光学結
晶としては、例えば液相エピタキシャル法で作製した
（ＲＢｉ）3 （ＦｅＭ）5 Ｏ12又は（ＲＢｉ）3 Ｆｅ5
Ｏ12（但しＲはイットリウムを含む希土類元素から選ば
れた１種以上の元素、Ｍは鉄と置換できる１種以上の元
素）がある。典型的には、Ｔｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ1.35Ｆｅ
4.05Ｇａ0.95Ｏ12なる組成である。またＹ3 Ｆｅ5 Ｏ12
なる組成のガーネット単結晶でもよい。
晶としては、例えば液相エピタキシャル法で作製した
（ＲＢｉ）3 （ＦｅＭ）5 Ｏ12又は（ＲＢｉ）3 Ｆｅ5
Ｏ12（但しＲはイットリウムを含む希土類元素から選ば
れた１種以上の元素、Ｍは鉄と置換できる１種以上の元
素）がある。典型的には、Ｔｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ1.35Ｆｅ
4.05Ｇａ0.95Ｏ12なる組成である。またＹ3 Ｆｅ5 Ｏ12
なる組成のガーネット単結晶でもよい。
【００１７】本発明のファラデー回転子では、外部磁界
は、ファラデー素子の磁化方向を光線方向から傾けるよ
うに印加する。例えば、一対の永久磁石、又は電磁石
を、光線方向に対して斜めに配置する。あるいは光線方
向に対して平行方向と垂直方向の２方向から磁界を印加
する構成もある。例えば一方は永久磁石により、他方は
電磁石により磁界を印加する。
は、ファラデー素子の磁化方向を光線方向から傾けるよ
うに印加する。例えば、一対の永久磁石、又は電磁石
を、光線方向に対して斜めに配置する。あるいは光線方
向に対して平行方向と垂直方向の２方向から磁界を印加
する構成もある。例えば一方は永久磁石により、他方は
電磁石により磁界を印加する。
【００１８】上記のようなファラデー回転子は、光アイ
ソレータ、光アッテネータ、光スイッチ、光サーキュレ
ータ、光フィルタ、光イコライザなど、各種の光デバイ
スに利用できる。
ソレータ、光アッテネータ、光スイッチ、光サーキュレ
ータ、光フィルタ、光イコライザなど、各種の光デバイ
スに利用できる。
【００１９】
【発明の背景】図１のＡに示すように、光がファラデー
素子２０を通過する際、ファラデー素子の磁化が光線方
向から角度α傾いているとすると、ファラデー回転角θ
F は、図１のＢから分かるように、次の式で表せる。 θF ＝θFmax×cos α … θFmaxはファラデー回転角の最大値であり、磁化方向が
光線方向に一致した場合である。偏光面は磁化の光線方
向成分しか回転しない。ここで重要なことは、ファラデ
ー素子の磁化方向は、外部からの印加磁界の他、磁気光
学結晶の結晶磁気異方性による影響を受けるということ
である。つまり、θFmaxのみならず、角度αも温度Ｔの
関数なのである。そこで、上記式は次の式のように
表せる。 θF （Ｔ）＝θFmax（Ｔ）×cos α（Ｔ） … 式より、ファラデー回転角の温度係数は、 ｄθF ／ｄＴ＝cos α×ｄθFmax／ｄＴ＋θFmax×（−sin α）×ｄα／ｄＴ … となる。ここで定数項を、 Ｃ1 ＝cos α Ｃ2 ＝θFmax×（−sin α） とすると、上記式は次のように表せる。 ｄθF ／ｄＴ＝Ｃ1 ×ｄθFmax／ｄＴ＋Ｃ2 ×ｄα／ｄＴ … この右辺第１項はファラデー素子のファラデー効果の温
度依存性によるファラデー回転角の温度係数である。そ
れに対して右辺第２項は、ファラデー素子の磁化方向と
光線方向とのなす角度αの温度依存性によるファラデー
回転角の変化率をに対応しており、この角度αの温度変
化は主にファラデー素子である磁気光学結晶の結晶磁気
異方性の温度依存性を起源としている。因に従来の光ア
イソレータで使用しているファラデー回転子の場合に
は、十分大きな外部磁界が光線方向に印加されており、
ファラデー素子の磁化方向が常に光線方向に一致してい
るために、前記の右辺第２項は常に零であり、材料の
温度係数のみが問題となる。
素子２０を通過する際、ファラデー素子の磁化が光線方
向から角度α傾いているとすると、ファラデー回転角θ
F は、図１のＢから分かるように、次の式で表せる。 θF ＝θFmax×cos α … θFmaxはファラデー回転角の最大値であり、磁化方向が
光線方向に一致した場合である。偏光面は磁化の光線方
向成分しか回転しない。ここで重要なことは、ファラデ
ー素子の磁化方向は、外部からの印加磁界の他、磁気光
学結晶の結晶磁気異方性による影響を受けるということ
である。つまり、θFmaxのみならず、角度αも温度Ｔの
関数なのである。そこで、上記式は次の式のように
表せる。 θF （Ｔ）＝θFmax（Ｔ）×cos α（Ｔ） … 式より、ファラデー回転角の温度係数は、 ｄθF ／ｄＴ＝cos α×ｄθFmax／ｄＴ＋θFmax×（−sin α）×ｄα／ｄＴ … となる。ここで定数項を、 Ｃ1 ＝cos α Ｃ2 ＝θFmax×（−sin α） とすると、上記式は次のように表せる。 ｄθF ／ｄＴ＝Ｃ1 ×ｄθFmax／ｄＴ＋Ｃ2 ×ｄα／ｄＴ … この右辺第１項はファラデー素子のファラデー効果の温
度依存性によるファラデー回転角の温度係数である。そ
れに対して右辺第２項は、ファラデー素子の磁化方向と
光線方向とのなす角度αの温度依存性によるファラデー
回転角の変化率をに対応しており、この角度αの温度変
化は主にファラデー素子である磁気光学結晶の結晶磁気
異方性の温度依存性を起源としている。因に従来の光ア
イソレータで使用しているファラデー回転子の場合に
は、十分大きな外部磁界が光線方向に印加されており、
ファラデー素子の磁化方向が常に光線方向に一致してい
るために、前記の右辺第２項は常に零であり、材料の
温度係数のみが問題となる。
【００２０】上記のように、右辺第１項は物性で決まる
ため設計的に数値を動かすことはできないが、第２項は
角度αが含まれているため、結晶の方位によっては、そ
の数値は符号も含めて大きくも小さくもできる。つまり
ファラデー素子の特定方位に磁化を向けるとことによ
り、右辺第１項と第２項の符号を反対にでき、それによ
ってファラデー回転角の変化量をほぼ相殺し、ファラデ
ー回転角の温度依存性を小さくすることが可能となる。
ため設計的に数値を動かすことはできないが、第２項は
角度αが含まれているため、結晶の方位によっては、そ
の数値は符号も含めて大きくも小さくもできる。つまり
ファラデー素子の特定方位に磁化を向けるとことによ
り、右辺第１項と第２項の符号を反対にでき、それによ
ってファラデー回転角の変化量をほぼ相殺し、ファラデ
ー回転角の温度依存性を小さくすることが可能となる。
【００２１】図３に示す測定系を作製し、ファラデー素
子への外部磁界印加方向、電磁石の駆動電流値と温度を
任意に変えて、直交偏光子法によりファラデー回転角を
測定した。これは基本的に光アッテネータと同じ構成で
ある。光ファイバ３０から出射した光はレンズ３１によ
り平行光となり、偏光子３２、ファラデー素子３３、検
光子３４を通過し、レンズ３５によって光ファイバ３６
の入射端に集光する。ここで符号３８の部分がファラデ
ー回転子であり、その一例を図４に示す。ファラデー素
子３３には一対の永久磁石４０，４１によって光軸に平
行方向に飽和に要する磁界が印加され、電磁石４２によ
り光軸と垂直方向に磁界が印加されて、該電磁石４２の
コイル電流を変えることでそれらの合成磁界を変化させ
る。ファラデー素子にはガーネット単結晶を用いた。
子への外部磁界印加方向、電磁石の駆動電流値と温度を
任意に変えて、直交偏光子法によりファラデー回転角を
測定した。これは基本的に光アッテネータと同じ構成で
ある。光ファイバ３０から出射した光はレンズ３１によ
り平行光となり、偏光子３２、ファラデー素子３３、検
光子３４を通過し、レンズ３５によって光ファイバ３６
の入射端に集光する。ここで符号３８の部分がファラデ
ー回転子であり、その一例を図４に示す。ファラデー素
子３３には一対の永久磁石４０，４１によって光軸に平
行方向に飽和に要する磁界が印加され、電磁石４２によ
り光軸と垂直方向に磁界が印加されて、該電磁石４２の
コイル電流を変えることでそれらの合成磁界を変化させ
る。ファラデー素子にはガーネット単結晶を用いた。
【００２２】まずファラデー素子となるガーネット単結
晶は次のように作製した。ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −Ｂｉ2 Ｏ
3 を融剤とし、液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）によ
り、格子定数が１２．４９６Å、組成が（ＣａＧｄ）3
（ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12である直径３インチ、厚み１１
７０μｍの基板の（１１１）面上に、Ｂｉ置換希土類鉄
ガーネット単結晶（ＬＰＥ膜、組成Ｔｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ
1.35Ｆｅ4.05Ｇａ0.95Ｏ12、膜厚４５０μｍ）を育成し
た。図５に示すように、基板５０には予め大小二つのフ
ラット面（オリエンテーションフラット）が付けられて
おり、大きなフラット面は（-1１０）面、小さなフラッ
ト面は（１１-2）面である。ＬＰＥ膜を符号５２で示
す。次に、得られたＬＰＥ膜を７．６mm×５．０mmに切
断し、研磨により基板を除去した後に、大気中で１１０
０℃、８時間熱処理した。これは、成長誘導による一軸
磁気異方性定数を低減するためである。その後、再度研
磨して、７．６mm×５．０mm×０．３３mmの形状に鏡面
仕上げし、表裏両面の（１１１）面に反射防止膜を蒸着
した。そして、１．０mm×１．２mm×０．３３mmに切断
し、最後に（１１１）面と（-1１０）面と（-1-1２）面
の交点を少し削って方位の目印とした。最終的なガーネ
ット単結晶の形状及び面を図５のＤに示す。振動試料型
磁力計（ＶＳＭ）によりガーネット単結晶の飽和に要す
る磁化を測定したところ１２０エルステッドであったた
め、永久磁石による固定磁界を１５０エルステッドに設
定して、ガーネット単結晶を飽和させるようにした。そ
して、光がガーネット単結晶の反射防止膜を蒸着した
面、即ち（１１１）面に対して垂直に入射するようにし
て測定を行った。このガーネット単結晶の磁化が光線と
平行方向を向いたときのファラデー回転角は約３２度で
ある。（なお、結晶の面及び方位を表す表記法では、負
の指数についてはその数値の上に横棒を引いて表すが、
本明細書ではそれができないために指数にマイナス符号
を付して表記している。）
晶は次のように作製した。ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −Ｂｉ2 Ｏ
3 を融剤とし、液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）によ
り、格子定数が１２．４９６Å、組成が（ＣａＧｄ）3
（ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12である直径３インチ、厚み１１
７０μｍの基板の（１１１）面上に、Ｂｉ置換希土類鉄
ガーネット単結晶（ＬＰＥ膜、組成Ｔｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ
1.35Ｆｅ4.05Ｇａ0.95Ｏ12、膜厚４５０μｍ）を育成し
た。図５に示すように、基板５０には予め大小二つのフ
ラット面（オリエンテーションフラット）が付けられて
おり、大きなフラット面は（-1１０）面、小さなフラッ
ト面は（１１-2）面である。ＬＰＥ膜を符号５２で示
す。次に、得られたＬＰＥ膜を７．６mm×５．０mmに切
断し、研磨により基板を除去した後に、大気中で１１０
０℃、８時間熱処理した。これは、成長誘導による一軸
磁気異方性定数を低減するためである。その後、再度研
磨して、７．６mm×５．０mm×０．３３mmの形状に鏡面
仕上げし、表裏両面の（１１１）面に反射防止膜を蒸着
した。そして、１．０mm×１．２mm×０．３３mmに切断
し、最後に（１１１）面と（-1１０）面と（-1-1２）面
の交点を少し削って方位の目印とした。最終的なガーネ
ット単結晶の形状及び面を図５のＤに示す。振動試料型
磁力計（ＶＳＭ）によりガーネット単結晶の飽和に要す
る磁化を測定したところ１２０エルステッドであったた
め、永久磁石による固定磁界を１５０エルステッドに設
定して、ガーネット単結晶を飽和させるようにした。そ
して、光がガーネット単結晶の反射防止膜を蒸着した
面、即ち（１１１）面に対して垂直に入射するようにし
て測定を行った。このガーネット単結晶の磁化が光線と
平行方向を向いたときのファラデー回転角は約３２度で
ある。（なお、結晶の面及び方位を表す表記法では、負
の指数についてはその数値の上に横棒を引いて表すが、
本明細書ではそれができないために指数にマイナス符号
を付して表記している。）
【００２３】図６はガーネット単結晶の（１１１）面を
中心としたステレオ投影図である。隣り合う同心円は互
いに１０度ずつ異なっている面を意味し、隣り合う径方
向の線は互いに１０度ずつ異なっている面を意味する。
従って、ガーネット単結晶の任意の面は、このステレオ
投影図内の点として示すことができる。
中心としたステレオ投影図である。隣り合う同心円は互
いに１０度ずつ異なっている面を意味し、隣り合う径方
向の線は互いに１０度ずつ異なっている面を意味する。
従って、ガーネット単結晶の任意の面は、このステレオ
投影図内の点として示すことができる。
【００２４】ガーネット単結晶には永久磁石により図６
の紙面垂直方向の裏側から表側の方向で１５０エルステ
ッドの磁界が印加され、それによって飽和している。こ
の状態のところに、電磁石によりａ方位〈-1-1２〉、ｂ
方位〈-1-1２〉方位から〈-1０１〉方位へ２４度の方
向、ｃ方位〈-1０１〉、ｄ方位〈-2１１〉に磁界を印加
し、ファラデー回転角を測定した。測定は、温度が１０
℃、２５℃、６５℃の３点で行った。
の紙面垂直方向の裏側から表側の方向で１５０エルステ
ッドの磁界が印加され、それによって飽和している。こ
の状態のところに、電磁石によりａ方位〈-1-1２〉、ｂ
方位〈-1-1２〉方位から〈-1０１〉方位へ２４度の方
向、ｃ方位〈-1０１〉、ｄ方位〈-2１１〉に磁界を印加
し、ファラデー回転角を測定した。測定は、温度が１０
℃、２５℃、６５℃の３点で行った。
【００２５】ファラデー回転角の測定結果を図７〜図１
０に示す。図７〜図１０を比較すると、印加磁界方向に
よってファラデー回転角のスペクトルが大きく異なって
いることが分かる。これは、観測されるファラデー回転
角が、ファラデー効果を起源とするものの寄与だけでな
く、結晶の異方性を起源とするものも含んでいるためで
ある。ガーネット単結晶は結晶磁気異方性を有してお
り、それによって〈１１１〉方位とその対称等価な方位
が磁化容易軸であり、〈１００〉方位とその対称等価な
方位が磁化困難軸である。そして結晶磁気異方性の大き
さは、低温になるほど大きくなる（P.Hansen等 Thin So
lid Films, 114(1984)69-107）。
０に示す。図７〜図１０を比較すると、印加磁界方向に
よってファラデー回転角のスペクトルが大きく異なって
いることが分かる。これは、観測されるファラデー回転
角が、ファラデー効果を起源とするものの寄与だけでな
く、結晶の異方性を起源とするものも含んでいるためで
ある。ガーネット単結晶は結晶磁気異方性を有してお
り、それによって〈１１１〉方位とその対称等価な方位
が磁化容易軸であり、〈１００〉方位とその対称等価な
方位が磁化困難軸である。そして結晶磁気異方性の大き
さは、低温になるほど大きくなる（P.Hansen等 Thin So
lid Films, 114(1984)69-107）。
【００２６】図７は〈-1-1２〉方位に電磁石の磁界を印
加した場合である。つまり、電磁石と永久磁石の合成磁
界ベクトル経路は図６のａとなり、経路の中心付近、正
確には（１１１）面から５５度に（００１）面がある。
経路ａの断面図を図１１に示す。ガーネット単結晶６０
の磁化は、磁化容易軸である〈１１１〉方位と〈-1-1
１〉方位に向き易く、磁化困難軸の〈００１〉方位に向
き難い。その程度は、低温になるほど大きくなる。その
ため、低温になるほど、〈００１〉方位を急速に通過
し、〈-1-1１〉方位に近づくため、ファラデー回転角の
スペクトルは図７に示すようになる。１０℃と２５℃の
ファラデー回転角が電磁石の磁界を大きくした時に符号
が正から負になっているのは、磁化の光線方向成分が光
線の進行方向に対し逆方向から正方向に変わったためで
ある。図７において、電流値が１５ｍＡ、２０ｍＡ、２
５ｍＡの３点では、ファラデー回転角の温度依存性が大
きく異なっている。１５ｍＡの点ではファラデー回転角
の温度係数は負であり、２０ｍＡではほぼ零で、２５ｍ
Ａでは正である。
加した場合である。つまり、電磁石と永久磁石の合成磁
界ベクトル経路は図６のａとなり、経路の中心付近、正
確には（１１１）面から５５度に（００１）面がある。
経路ａの断面図を図１１に示す。ガーネット単結晶６０
の磁化は、磁化容易軸である〈１１１〉方位と〈-1-1
１〉方位に向き易く、磁化困難軸の〈００１〉方位に向
き難い。その程度は、低温になるほど大きくなる。その
ため、低温になるほど、〈００１〉方位を急速に通過
し、〈-1-1１〉方位に近づくため、ファラデー回転角の
スペクトルは図７に示すようになる。１０℃と２５℃の
ファラデー回転角が電磁石の磁界を大きくした時に符号
が正から負になっているのは、磁化の光線方向成分が光
線の進行方向に対し逆方向から正方向に変わったためで
ある。図７において、電流値が１５ｍＡ、２０ｍＡ、２
５ｍＡの３点では、ファラデー回転角の温度依存性が大
きく異なっている。１５ｍＡの点ではファラデー回転角
の温度係数は負であり、２０ｍＡではほぼ零で、２５ｍ
Ａでは正である。
【００２７】この現象は次のように説明できる。前述の
ようにファラデー回転角の温度係数は式で決まる。
式の右辺第１項のファラデー効果を起源とする寄与は、
ファラデー効果が温度上昇に伴い小さくなるので、ファ
ラデー回転角は小さくなり、その温度係数、つまり右辺
第１項は負となる。それに対し、異方性起源のファラデ
ー回転角の温度係数である右辺第２項の寄与は、電流値
が異なると電磁石と永久磁石の合成磁界ベクトル方向が
異なる（つまりファラデー素子への印加磁界方向が変わ
る）ため、各点で異なる。１５ｍＡの点では、低温にな
るほど結晶の磁化が〈００１〉方位に近づけないため、
磁化の回転角αは小さくなる。逆に言えば、温度が高い
ほどαは大きくなり、そのため第２項の温度係数は負に
なる。よって第１項と第２項の両方とも温度係数が負で
あり、観測されるファラデー回転角の温度係数ｄθF ／
ｄＴも負になる。２５ｍＡの点でも、低温になるほど結
晶の磁化が〈００１〉方位に近づけないが、既に通過し
ているため、磁化の回転角αは大きくなる。逆に言え
ば、温度が高いほどαは小さくなる。そのため第２項の
温度係数は正になり、その大きさは第１項よりも大きい
ため、観測されるファラデー回転角の温度係数ｄθF ／
ｄＴは正になる。これらに対し、２０ｍＡの点では第２
項は正であり、しかもその大きさが第１項とほぼ同じで
あるため、温度係数は相殺されてほぼ零になる。
ようにファラデー回転角の温度係数は式で決まる。
式の右辺第１項のファラデー効果を起源とする寄与は、
ファラデー効果が温度上昇に伴い小さくなるので、ファ
ラデー回転角は小さくなり、その温度係数、つまり右辺
第１項は負となる。それに対し、異方性起源のファラデ
ー回転角の温度係数である右辺第２項の寄与は、電流値
が異なると電磁石と永久磁石の合成磁界ベクトル方向が
異なる（つまりファラデー素子への印加磁界方向が変わ
る）ため、各点で異なる。１５ｍＡの点では、低温にな
るほど結晶の磁化が〈００１〉方位に近づけないため、
磁化の回転角αは小さくなる。逆に言えば、温度が高い
ほどαは大きくなり、そのため第２項の温度係数は負に
なる。よって第１項と第２項の両方とも温度係数が負で
あり、観測されるファラデー回転角の温度係数ｄθF ／
ｄＴも負になる。２５ｍＡの点でも、低温になるほど結
晶の磁化が〈００１〉方位に近づけないが、既に通過し
ているため、磁化の回転角αは大きくなる。逆に言え
ば、温度が高いほどαは小さくなる。そのため第２項の
温度係数は正になり、その大きさは第１項よりも大きい
ため、観測されるファラデー回転角の温度係数ｄθF ／
ｄＴは正になる。これらに対し、２０ｍＡの点では第２
項は正であり、しかもその大きさが第１項とほぼ同じで
あるため、温度係数は相殺されてほぼ零になる。
【００２８】図８は〈-1-1２〉方位から〈-1０１〉方位
へ２４度の方向に電磁石の磁界を印加した場合である。
つまり、電磁石と永久磁石の合成磁界ベクトルの経路は
図６のｂとなる。経路上には磁化容易軸や磁化困難軸は
無いが、近くに〈００１〉方位がある。この影響によ
り、式の右辺第１項と第２項が相殺され、ファラデー
回転角が１０℃、２５℃、６５℃でほぼ同じ値になって
いる。
へ２４度の方向に電磁石の磁界を印加した場合である。
つまり、電磁石と永久磁石の合成磁界ベクトルの経路は
図６のｂとなる。経路上には磁化容易軸や磁化困難軸は
無いが、近くに〈００１〉方位がある。この影響によ
り、式の右辺第１項と第２項が相殺され、ファラデー
回転角が１０℃、２５℃、６５℃でほぼ同じ値になって
いる。
【００２９】図９は〈-1０１〉方位に電磁石の磁界を印
加した場合である。つまり、電磁石と永久磁石の合成磁
界ベクトル経路は図６のｃで、磁化容易軸や磁化困難軸
から最も離れており、且つ最寄りの磁化容易軸や磁化困
難軸がこの経路から対称的に位置している。例えば、最
寄りの磁化容易軸の〈-1-1１〉と〈-1１１〉、あるいは
磁化困難軸の〈００１〉と〈-1００〉は、経路ｃが対称
軸となるところに位置している。そのため、結晶の磁化
方向は異方性の影響を殆ど受けず、電磁石と永久磁石の
磁界の合成ベクトル方向に追従している。温度係数で
は、第２項の寄与は殆ど無く、第１項の寄与によって負
となっている。
加した場合である。つまり、電磁石と永久磁石の合成磁
界ベクトル経路は図６のｃで、磁化容易軸や磁化困難軸
から最も離れており、且つ最寄りの磁化容易軸や磁化困
難軸がこの経路から対称的に位置している。例えば、最
寄りの磁化容易軸の〈-1-1１〉と〈-1１１〉、あるいは
磁化困難軸の〈００１〉と〈-1００〉は、経路ｃが対称
軸となるところに位置している。そのため、結晶の磁化
方向は異方性の影響を殆ど受けず、電磁石と永久磁石の
磁界の合成ベクトル方向に追従している。温度係数で
は、第２項の寄与は殆ど無く、第１項の寄与によって負
となっている。
【００３０】図１０は〈-2１１〉方位に電磁石の磁界を
印加した場合である。つまり、電磁石と永久磁石の合成
磁界ベクトル経路は図６のｄとなり、中心の（１１１）
面から７０度の位置に（-1１１）面がある。低温になる
ほど磁化は〈１１１〉方位と〈-1１１〉方位に向き易く
なる。〈-1１１〉方位に結晶の磁化が向いている場合の
ファラデー回転角は、磁化が光線方向を向いている時の
ファラデー回転角×cos 70＝３２度×cos 70＝１１度で
ある。図１０のスペクトルが図９のスペクトルに比べて
電流値が大きい側でのファラデー回転角が大きいのは、
結晶の磁化が〈-1１１〉方位付近に向いているためであ
る。
印加した場合である。つまり、電磁石と永久磁石の合成
磁界ベクトル経路は図６のｄとなり、中心の（１１１）
面から７０度の位置に（-1１１）面がある。低温になる
ほど磁化は〈１１１〉方位と〈-1１１〉方位に向き易く
なる。〈-1１１〉方位に結晶の磁化が向いている場合の
ファラデー回転角は、磁化が光線方向を向いている時の
ファラデー回転角×cos 70＝３２度×cos 70＝１１度で
ある。図１０のスペクトルが図９のスペクトルに比べて
電流値が大きい側でのファラデー回転角が大きいのは、
結晶の磁化が〈-1１１〉方位付近に向いているためであ
る。
【００３１】このようにガーネット単結晶の特定方向に
磁界を印加することにより、第１項と第２項の符号を反
対にでき、それによってファラデー回転角の変化量が相
殺してファラデー回転角の温度依存性を小さくすること
ができる。また、その手段としては、図７、図８のよう
に単一のある特定方向に磁界を印加してもよいし、また
図７〜図１０のスペクトルが大きく異なっていることか
ら、ファラデー素子に複数のガーネット単結晶を用い
て、各々の結晶の任意の方位に磁界を印加し、それらの
総和のファラデー回転角の温度依存性が小さくなるよう
にしてもよい。
磁界を印加することにより、第１項と第２項の符号を反
対にでき、それによってファラデー回転角の変化量が相
殺してファラデー回転角の温度依存性を小さくすること
ができる。また、その手段としては、図７、図８のよう
に単一のある特定方向に磁界を印加してもよいし、また
図７〜図１０のスペクトルが大きく異なっていることか
ら、ファラデー素子に複数のガーネット単結晶を用い
て、各々の結晶の任意の方位に磁界を印加し、それらの
総和のファラデー回転角の温度依存性が小さくなるよう
にしてもよい。
【００３２】なお、結晶の対称性から、図６において、
経路ａの〈-1-1２〉方位に電磁石の磁界を印加した場合
と、その対称等価な方位、つまり〈-1-1２〉方位から１
２０度に位置する〈-1２-1〉方位と〈２-1-1〉方位に磁
界を印加した場合は、ファラデー回転角の振る舞いは同
じになる。同様に、経路ｂ〜ｄにおいても、対称等価な
方位では同じ結果になる。
経路ａの〈-1-1２〉方位に電磁石の磁界を印加した場合
と、その対称等価な方位、つまり〈-1-1２〉方位から１
２０度に位置する〈-1２-1〉方位と〈２-1-1〉方位に磁
界を印加した場合は、ファラデー回転角の振る舞いは同
じになる。同様に、経路ｂ〜ｄにおいても、対称等価な
方位では同じ結果になる。
【００３３】
【実施例】（実施例１）図３に示す測定系を作製し、は
じめに直交偏光子法によりファラデー回転角の温度特性
を測定した。次に、偏光子と検光子を、それらを通過す
る光の偏光面のなす角度が１３５度になるように固定し
て、光減衰量の温度特性を測定した。永久磁石の磁界は
１５０エルステッドであり、電磁石の駆動電流値は２０
ｍＡで固定した。この測定系は基本的に光アイソレータ
と同じであり、光減衰量は逆方向挿入損失に相当する。
じめに直交偏光子法によりファラデー回転角の温度特性
を測定した。次に、偏光子と検光子を、それらを通過す
る光の偏光面のなす角度が１３５度になるように固定し
て、光減衰量の温度特性を測定した。永久磁石の磁界は
１５０エルステッドであり、電磁石の駆動電流値は２０
ｍＡで固定した。この測定系は基本的に光アイソレータ
と同じであり、光減衰量は逆方向挿入損失に相当する。
【００３４】ファラデー素子となるガーネット単結晶は
図５に示すような手順で作製した。ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −
Ｂｉ2 Ｏ3 を融剤とし、ＬＰＥ法により、格子定数が１
２．４９６Å、組成が（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）
5 Ｏ12である直径３インチ、厚み１１７０μｍの基板の
（１１１）面上に、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶
（ＬＰＥ膜、組成Ｔｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ1.35Ｆｅ4.05Ｇａ
0.95Ｏ12、膜厚４５０μｍ）を育成した。図５に示すよ
うに、基板には予め大小二つのフラット面が付けられて
おり、大きなフラット面は（-1１０）面、小さなフラッ
ト面は（１１-2）面である。次に、得られたＬＰＥ膜を
７．６mm×５．０mmに切断し、研磨により基板を除去し
た後に、大気中で１１００℃、８時間熱処理した。これ
は、成長誘導による一軸磁気異方性定数を低減するため
である。その後、再度研磨して、７．６mm×５．０mm×
０．３５mmの形状に鏡面仕上げし、表裏両面の（１１
１）面に反射防止膜を蒸着した。そして、１．０mm×
１．２mm×０．３５mmに切断し、最後に（１１１）面と
（-1１０）面と（-1-1２）面の交点を少し削って方位の
目印とした。振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によりガーネ
ット単結晶の飽和に要する磁化を測定したところ１２０
エルステッドであったため、永久磁石による固定磁界を
１５０エルステッドにして、ガーネット単結晶を飽和さ
せるようにした。そして、光がガーネット単結晶の反射
防止膜を蒸着した面、即ち（１１１）面に対して垂直に
入射するようにして測定を行った。
図５に示すような手順で作製した。ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −
Ｂｉ2 Ｏ3 を融剤とし、ＬＰＥ法により、格子定数が１
２．４９６Å、組成が（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）
5 Ｏ12である直径３インチ、厚み１１７０μｍの基板の
（１１１）面上に、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶
（ＬＰＥ膜、組成Ｔｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ1.35Ｆｅ4.05Ｇａ
0.95Ｏ12、膜厚４５０μｍ）を育成した。図５に示すよ
うに、基板には予め大小二つのフラット面が付けられて
おり、大きなフラット面は（-1１０）面、小さなフラッ
ト面は（１１-2）面である。次に、得られたＬＰＥ膜を
７．６mm×５．０mmに切断し、研磨により基板を除去し
た後に、大気中で１１００℃、８時間熱処理した。これ
は、成長誘導による一軸磁気異方性定数を低減するため
である。その後、再度研磨して、７．６mm×５．０mm×
０．３５mmの形状に鏡面仕上げし、表裏両面の（１１
１）面に反射防止膜を蒸着した。そして、１．０mm×
１．２mm×０．３５mmに切断し、最後に（１１１）面と
（-1１０）面と（-1-1２）面の交点を少し削って方位の
目印とした。振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によりガーネ
ット単結晶の飽和に要する磁化を測定したところ１２０
エルステッドであったため、永久磁石による固定磁界を
１５０エルステッドにして、ガーネット単結晶を飽和さ
せるようにした。そして、光がガーネット単結晶の反射
防止膜を蒸着した面、即ち（１１１）面に対して垂直に
入射するようにして測定を行った。
【００３５】図１２のＡに示すように、ファラデー素子
７０は、上記のような磁性ガーネット単結晶７２を３
個、方位を揃えて並べて、角を面取りした側の（-1-1
２）面を電磁石のＳ極側に配置した。つまり、電磁石の
磁界は〈-1-1２〉方位に印加される。このことは、図７
の経路ａにおける電磁石の電流値２０ｍＡの場合に相当
する。ガーネット単結晶は、磁化が光線と平行方向を向
いたとき約３４度のファラデー回転角を有するものであ
り、ファラデー素子としては３４度×３個＝１０２度の
ファラデー回転角を有するものである。ここでガーネッ
ト単結晶を３個使用しているのは、育成した結晶の膜厚
が４５０μｍであり、それを加工して用いているため膜
厚が薄くなり、１個当たりのファラデー回転角が小さい
ためである。現時点ではＬＰＥ法による結晶育成は、膜
厚が５００μｍを超えると、欠陥や割れが生じて育成が
困難である。しかし、将来的に育成技術が進歩して５０
０μｍを超える厚い膜の育成が可能になり、加工後の結
晶１個当たりの厚みを大きくしてファラデー回転角を大
きくできれば、使用するガーネット単結晶の個数は２個
乃至１個で構わない。
７０は、上記のような磁性ガーネット単結晶７２を３
個、方位を揃えて並べて、角を面取りした側の（-1-1
２）面を電磁石のＳ極側に配置した。つまり、電磁石の
磁界は〈-1-1２〉方位に印加される。このことは、図７
の経路ａにおける電磁石の電流値２０ｍＡの場合に相当
する。ガーネット単結晶は、磁化が光線と平行方向を向
いたとき約３４度のファラデー回転角を有するものであ
り、ファラデー素子としては３４度×３個＝１０２度の
ファラデー回転角を有するものである。ここでガーネッ
ト単結晶を３個使用しているのは、育成した結晶の膜厚
が４５０μｍであり、それを加工して用いているため膜
厚が薄くなり、１個当たりのファラデー回転角が小さい
ためである。現時点ではＬＰＥ法による結晶育成は、膜
厚が５００μｍを超えると、欠陥や割れが生じて育成が
困難である。しかし、将来的に育成技術が進歩して５０
０μｍを超える厚い膜の育成が可能になり、加工後の結
晶１個当たりの厚みを大きくしてファラデー回転角を大
きくできれば、使用するガーネット単結晶の個数は２個
乃至１個で構わない。
【００３６】ガーネット単結晶には電磁石により光線方
向と垂直の磁界が印加され、永久磁石により光線方向と
平行の磁界が印加される。ファラデー回転角の測定結果
を図１３に、光減衰量の測定結果を図１４に示す。これ
らの図から、実施例１はファラデー回転角と光減衰量の
温度依存性は小さく、光アイソレータとして使用した場
合、有効であることが分かる。実際に光アイソレータを
作製する場合には、本実施例のように永久磁石と電磁石
を用いて磁性ガーネット単結晶の磁化を光軸から傾けて
もよいし、一対の永久磁石を光軸に対して斜めに配置さ
せて磁性ガーネット単結晶の磁化を光軸から傾けてもよ
いし、１個の円筒状の永久磁石を光軸に対して斜めに置
き、その中に磁性ガーネット単結晶を蒸着面である（１
１１）面が光軸と垂直になるように置き、磁性ガーネッ
ト単結晶の磁化を光軸から傾けてもよい。いずれの場合
も効果は同じで、ファラデー回転角の温度依存性は小さ
くなる。
向と垂直の磁界が印加され、永久磁石により光線方向と
平行の磁界が印加される。ファラデー回転角の測定結果
を図１３に、光減衰量の測定結果を図１４に示す。これ
らの図から、実施例１はファラデー回転角と光減衰量の
温度依存性は小さく、光アイソレータとして使用した場
合、有効であることが分かる。実際に光アイソレータを
作製する場合には、本実施例のように永久磁石と電磁石
を用いて磁性ガーネット単結晶の磁化を光軸から傾けて
もよいし、一対の永久磁石を光軸に対して斜めに配置さ
せて磁性ガーネット単結晶の磁化を光軸から傾けてもよ
いし、１個の円筒状の永久磁石を光軸に対して斜めに置
き、その中に磁性ガーネット単結晶を蒸着面である（１
１１）面が光軸と垂直になるように置き、磁性ガーネッ
ト単結晶の磁化を光軸から傾けてもよい。いずれの場合
も効果は同じで、ファラデー回転角の温度依存性は小さ
くなる。
【００３７】図１３及び図１４において、比較Ａは次の
手順で作製、測定したものである。ファラデー素子は、
実施例１で用いたものと同じ磁性ガーネット単結晶を厚
み０．２３３mmにしたものを２個使用し、磁化方向が光
線方向と平行方向を向いたとき約４５度のファラデー回
転角を有するものである。ファラデー回転角と光減衰量
は、図３の測定系から電磁石を除き永久磁石の磁界のみ
を結晶に印加して測定した。また磁性ガーネット単結晶
は２個とも、光線がガーネット単結晶の反射防止膜を蒸
着した面、即ち（１１１）面に対して垂直に入射するよ
うに配置されている。永久磁石により、磁性ガーネット
単結晶の磁化は飽和されており、その方向は光軸と平行
になっている。はじめに直交偏光子法によりファラデー
回転角の温度特性を測定した。次に偏光子と検光子を、
それらを通過する光の偏光面のなす角度が１３５度にな
るように固定して光減衰量の温度特性を測定した。この
測定系は、基本的に従来の光アイソレータと同じであ
り、光減衰量は逆方向挿入損失に相当する。
手順で作製、測定したものである。ファラデー素子は、
実施例１で用いたものと同じ磁性ガーネット単結晶を厚
み０．２３３mmにしたものを２個使用し、磁化方向が光
線方向と平行方向を向いたとき約４５度のファラデー回
転角を有するものである。ファラデー回転角と光減衰量
は、図３の測定系から電磁石を除き永久磁石の磁界のみ
を結晶に印加して測定した。また磁性ガーネット単結晶
は２個とも、光線がガーネット単結晶の反射防止膜を蒸
着した面、即ち（１１１）面に対して垂直に入射するよ
うに配置されている。永久磁石により、磁性ガーネット
単結晶の磁化は飽和されており、その方向は光軸と平行
になっている。はじめに直交偏光子法によりファラデー
回転角の温度特性を測定した。次に偏光子と検光子を、
それらを通過する光の偏光面のなす角度が１３５度にな
るように固定して光減衰量の温度特性を測定した。この
測定系は、基本的に従来の光アイソレータと同じであ
り、光減衰量は逆方向挿入損失に相当する。
【００３８】（実施例２）ガーネット単結晶は（実施例
１）と同じ手順で作製した。但し、寸法は１．０mm×
１．２mm×０．３３mmであり、磁化が光線方向と平行方
向を向いたとき約３２度のファラデー回転角を有するも
のである。図３の測定系を使用し、はじめに直交偏光子
法によりファラデー回転角の温度依存性を測定した。次
に、偏光子と検光子を、通過する光の偏光面のなす角度
が１０５度になるように設置して、光減衰量の温度特性
を測定した。永久磁石の磁界は１５０エルステッドであ
り、電磁石の駆動電流値は０〜８０ｍＡで可変した。こ
の測定系は、基本的に光アッテネータと同じである。図
１２のＢに示すように、ファラデー素子７４は、上記で
作製した磁性ガーネット単結晶７２を３個、方位を変え
て並べ、一番手前のガーネット単結晶の面取りした側の
（-1-1２）面を電磁石のＳ極側に、後ろの２個のガーネ
ット単結晶の面取りした側の（-1-1２）を電磁石のＮ極
側にして配置した。ガーネット単結晶には電磁石により
光線方向と垂直の磁界を印加し、永久磁石により光線方
向に平行方向の磁界を印加する。このことは、後ろの２
個のガーネット単結晶に対しては、ステレオ投影図の中
心の（１１１）と最外周円上の（１１-2）面を結んだ線
上に磁界を印加し、一番手前の１個の磁気光学結晶に対
しては、ステレオ投影図の中心の（１１１）と最外周円
上の（-1-1２）面を結んだ線上に磁界を印加することを
意味している。
１）と同じ手順で作製した。但し、寸法は１．０mm×
１．２mm×０．３３mmであり、磁化が光線方向と平行方
向を向いたとき約３２度のファラデー回転角を有するも
のである。図３の測定系を使用し、はじめに直交偏光子
法によりファラデー回転角の温度依存性を測定した。次
に、偏光子と検光子を、通過する光の偏光面のなす角度
が１０５度になるように設置して、光減衰量の温度特性
を測定した。永久磁石の磁界は１５０エルステッドであ
り、電磁石の駆動電流値は０〜８０ｍＡで可変した。こ
の測定系は、基本的に光アッテネータと同じである。図
１２のＢに示すように、ファラデー素子７４は、上記で
作製した磁性ガーネット単結晶７２を３個、方位を変え
て並べ、一番手前のガーネット単結晶の面取りした側の
（-1-1２）面を電磁石のＳ極側に、後ろの２個のガーネ
ット単結晶の面取りした側の（-1-1２）を電磁石のＮ極
側にして配置した。ガーネット単結晶には電磁石により
光線方向と垂直の磁界を印加し、永久磁石により光線方
向に平行方向の磁界を印加する。このことは、後ろの２
個のガーネット単結晶に対しては、ステレオ投影図の中
心の（１１１）と最外周円上の（１１-2）面を結んだ線
上に磁界を印加し、一番手前の１個の磁気光学結晶に対
しては、ステレオ投影図の中心の（１１１）と最外周円
上の（-1-1２）面を結んだ線上に磁界を印加することを
意味している。
【００３９】ファラデー回転角の測定結果を図１５に、
また光減衰量の測定結果を図１６に示す。図１５より、
電磁石の電流値が大きいところでのファラデー回転角の
温度依存性の小さいことが分かる。また、図１６より、
光減衰量の温度依存性が小さいことも分かる。これらの
結果から、この構成は、磁気光学式可変光アッテネータ
に有効である。
また光減衰量の測定結果を図１６に示す。図１５より、
電磁石の電流値が大きいところでのファラデー回転角の
温度依存性の小さいことが分かる。また、図１６より、
光減衰量の温度依存性が小さいことも分かる。これらの
結果から、この構成は、磁気光学式可変光アッテネータ
に有効である。
【００４０】（実施例３）ガーネット単結晶は（実施例
１）と同じ手順で作製した。但し、寸法は１．０mm×
１．２mm×０．３３mmであり、磁化が光線方向と平行方
向を向いたとき約３２度のファラデー回転角を有するも
のである。図３の測定系を使用し、はじめに直交偏光子
法によりファラデー回転角の温度依存性を測定した。次
に、偏光子と検光子を、通過する光の偏光面のなす角度
が１０５度になるように設置して、光減衰量の温度特性
を測定した。永久磁石の磁界は１５０エルステッドであ
り、電磁石の駆動電流値は０〜８０ｍＡで可変した。こ
の測定系は、基本的に光アッテネータと同じである。図
１２のＡのように、ファラデー素子７０は、上記で作製
した磁性ガーネット単結晶７２を３個、方位を揃えて並
べ、電磁石の磁界を〈-1-1２〉方位から〈-1０１〉方位
へ２４度の方向に印加した。ガーネット単結晶には電磁
石により光線方向と垂直の磁界を印加し、永久磁石によ
り光線方向に平行方向の磁界を印加する。このことは磁
気光学結晶に対して、ステレオ投影図の中心の（１１
１）と最外周円上の（-1-1２）面から（-1０１）面へ２
４度の位置を結んだ線上に磁界を印加することを意味し
ている。
１）と同じ手順で作製した。但し、寸法は１．０mm×
１．２mm×０．３３mmであり、磁化が光線方向と平行方
向を向いたとき約３２度のファラデー回転角を有するも
のである。図３の測定系を使用し、はじめに直交偏光子
法によりファラデー回転角の温度依存性を測定した。次
に、偏光子と検光子を、通過する光の偏光面のなす角度
が１０５度になるように設置して、光減衰量の温度特性
を測定した。永久磁石の磁界は１５０エルステッドであ
り、電磁石の駆動電流値は０〜８０ｍＡで可変した。こ
の測定系は、基本的に光アッテネータと同じである。図
１２のＡのように、ファラデー素子７０は、上記で作製
した磁性ガーネット単結晶７２を３個、方位を揃えて並
べ、電磁石の磁界を〈-1-1２〉方位から〈-1０１〉方位
へ２４度の方向に印加した。ガーネット単結晶には電磁
石により光線方向と垂直の磁界を印加し、永久磁石によ
り光線方向に平行方向の磁界を印加する。このことは磁
気光学結晶に対して、ステレオ投影図の中心の（１１
１）と最外周円上の（-1-1２）面から（-1０１）面へ２
４度の位置を結んだ線上に磁界を印加することを意味し
ている。
【００４１】ファラデー回転角の測定結果を図１７に、
また光減衰量の測定結果を図１８に示す。図１７より、
ファラデー回転角の温度依存性の小さいことが分かる。
また図１８より、光減衰量の温度依存性が小さいことも
分かる。これらの結果から、この構成は、磁気光学式可
変光アッテネータに有効である。
また光減衰量の測定結果を図１８に示す。図１７より、
ファラデー回転角の温度依存性の小さいことが分かる。
また図１８より、光減衰量の温度依存性が小さいことも
分かる。これらの結果から、この構成は、磁気光学式可
変光アッテネータに有効である。
【００４２】（参考例１）ガーネット単結晶は（実施例
１）と同じ手順で作製した。但し、寸法は１．０mm×
１．２mm×０．３３mmであり、磁化が光線方向と平行方
向を向いたとき約３２度のファラデー回転角を有するも
のである。図３の測定系を使用し、はじめに直交偏光子
法によりファラデー回転角の温度依存性を測定した。次
に、偏光子と検光子を、通過する光の偏光面のなす角度
が１０５度になるように設置して、光減衰量の温度特性
を測定した。永久磁石の磁界は１５０エルステッドであ
り、電磁石の駆動電流値は０〜８０ｍＡで可変した。こ
の測定系は、基本的に光アッテネータと同じである。フ
ァラデー素子は、上記で作製したガーネット単結晶を３
個、図１２のＡのように方位を揃えて並べ、（-1１０）
面を電磁石のＳ極側にして配置した。つまり、電磁石の
磁界は〈-1１０〉方位に印加される。ガーネット単結晶
には電磁石により光線方向と垂直の磁界を印加し、永久
磁石により光線方向に平行方向の磁界を印加する。
１）と同じ手順で作製した。但し、寸法は１．０mm×
１．２mm×０．３３mmであり、磁化が光線方向と平行方
向を向いたとき約３２度のファラデー回転角を有するも
のである。図３の測定系を使用し、はじめに直交偏光子
法によりファラデー回転角の温度依存性を測定した。次
に、偏光子と検光子を、通過する光の偏光面のなす角度
が１０５度になるように設置して、光減衰量の温度特性
を測定した。永久磁石の磁界は１５０エルステッドであ
り、電磁石の駆動電流値は０〜８０ｍＡで可変した。こ
の測定系は、基本的に光アッテネータと同じである。フ
ァラデー素子は、上記で作製したガーネット単結晶を３
個、図１２のＡのように方位を揃えて並べ、（-1１０）
面を電磁石のＳ極側にして配置した。つまり、電磁石の
磁界は〈-1１０〉方位に印加される。ガーネット単結晶
には電磁石により光線方向と垂直の磁界を印加し、永久
磁石により光線方向に平行方向の磁界を印加する。
【００４３】ファラデー回転角の測定結果を図１９に、
また光減衰量の測定結果を図２０に示す。図１９及び図
２０より、ファラデー回転角及び光減衰量の温度依存性
が大きいことが分かる。これらの結果から、この構成
は、磁気光学式可変光アッテネータとしては不適当であ
る。
また光減衰量の測定結果を図２０に示す。図１９及び図
２０より、ファラデー回転角及び光減衰量の温度依存性
が大きいことが分かる。これらの結果から、この構成
は、磁気光学式可変光アッテネータとしては不適当であ
る。
【００４４】
【発明の効果】本発明は、上記のようにファラデー素子
となる磁気光学結晶の結晶磁気異方性の温度依存性を利
用することにより、磁気光学結晶の磁化方向と光線方向
とのなす角度の温度依存性によるファラデー回転角の変
化量と、ファラデー効果の温度依存性によるファラデー
回転角の変化量が極力相殺されるように構成でき、その
結果として磁化方向が変化するような使用形態において
もファラデー回転角の温度変化量を低減できる効果が生
じる。
となる磁気光学結晶の結晶磁気異方性の温度依存性を利
用することにより、磁気光学結晶の磁化方向と光線方向
とのなす角度の温度依存性によるファラデー回転角の変
化量と、ファラデー効果の温度依存性によるファラデー
回転角の変化量が極力相殺されるように構成でき、その
結果として磁化方向が変化するような使用形態において
もファラデー回転角の温度変化量を低減できる効果が生
じる。
【図１】本発明における磁性ガーネット単結晶と磁化方
向との関係を示す説明図。
向との関係を示す説明図。
【図２】従来の光アッテネータの一例を示す説明図。
【図３】本発明で用いる測定系の説明図。
【図４】そのファラデー回転子の一例を示す説明図。
【図５】磁性ガーネット単結晶の製造工程と最終製品形
状と方位の説明図。
状と方位の説明図。
【図６】磁性ガーネット単結晶の（１１１）面を中心と
したステレオ投影図。
したステレオ投影図。
【図７】経路ａでの電流値とファラデー回転角の関係を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図８】経路ｂでの電流値とファラデー回転角の関係を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図９】経路ｃでの電流値とファラデー回転角の関係を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図１０】経路ｄでの電磁石の電流値とファラデー回転
角の関係を示すグラフ。
角の関係を示すグラフ。
【図１１】経路ａでの磁界、磁化の方向と結晶方位の関
係を示す断面図。
係を示す断面図。
【図１２】ファラデー素子を構成する磁性ガーネット単
結晶の配列方位の説明図。
結晶の配列方位の説明図。
【図１３】実施例１と比較Ａにおける温度とファラデー
回転角の関係を示すグラフ。
回転角の関係を示すグラフ。
【図１４】実施例１と比較Ａにおける温度と光減衰量の
関係を示すグラフ。
関係を示すグラフ。
【図１５】実施例２における電磁石の電流値とファラデ
ー回転角の関係を示すグラフ。
ー回転角の関係を示すグラフ。
【図１６】実施例２おける電磁石の電流値と光減衰量の
関係を示すグラフ。
関係を示すグラフ。
【図１７】実施例３における電磁石の電流値とファラデ
ー回転角の関係を示すグラフ。
ー回転角の関係を示すグラフ。
【図１８】実施例３おける電磁石の電流値と光減衰量の
関係を示すグラフ。
関係を示すグラフ。
【図１９】参考例１における電磁石の電流値とファラデ
ー回転角の関係を示すグラフ。
ー回転角の関係を示すグラフ。
【図２０】参考例１おける電磁石の電流値と光減衰量の
関係を示すグラフ。
関係を示すグラフ。
【図２１】光アイソレータの一例を示す構成説明図。
２０ ファラデー素子 ３０ 光ファイバ ３１ レンズ ３２ 偏光子 ３３ ファラデー素子 ３４ 検光子 ３５ レンズ ３６ 光ファイバ ３８ ファラデー回転子 ４０ 永久磁石 ４２ 電磁石
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年４月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】まずファラデー素子となるガーネット単結
晶は次のように作製した。ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −Ｂｉ2 Ｏ
3 を融剤とし、液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）によ
り、格子定数が１２．４９６Å、組成が（ＣａＧｄ）3
（ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12である直径３インチ、厚み１１
７０μｍの基板の（１１１）面上に、Ｂｉ置換希土類鉄
ガーネット単結晶（ＬＰＥ膜、組成Ｔｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ
1.35Ｆｅ4.05Ｇａ0.95Ｏ12、膜厚４５０μｍ）を育成し
た。図５に示すように、基板５０には予め大小二つのフ
ラット面（オリエンテーションフラット）が付けられて
おり、大きなフラット面は（-1１０）面、小さなフラッ
ト面は（１１-2）面である。ＬＰＥ膜を符号５２で示
す。次に、得られたＬＰＥ膜を７．６mm×５．０mmに切
断し、研磨により基板を除去した後に、大気中で１１０
０℃、８時間熱処理した。これは、成長誘導による一軸
磁気異方性定数を低減するためである。その後、再度研
磨して、７．６mm×５．０mm×０．３３mmの形状に鏡面
仕上げし、表裏両面の（１１１）面に反射防止膜を蒸着
した。そして、１．０mm×１．２mm×０．３３mmに切断
し、最後に（１１１）面と（-1１０）面と（-1-1２）面
の交点を少し削って方位の目印とした。最終的なガーネ
ット単結晶の形状及び面を図５のＤに示す。振動試料型
磁力計（ＶＳＭ）によりガーネット単結晶の飽和に要す
る磁界を測定したところ１２０エルステッドであったた
め、永久磁石による固定磁界を１５０エルステッドに設
定して、ガーネット単結晶を飽和させるようにした。そ
して、光がガーネット単結晶の反射防止膜を蒸着した
面、即ち（１１１）面に対して垂直に入射するようにし
て測定を行った。このガーネット単結晶の磁化が光線と
平行方向を向いたときのファラデー回転角は約３２度で
ある。（なお、結晶の面及び方位を表す表記法では、負
の指数についてはその数値の上に横棒を引いて表すが、
本明細書ではそれができないために指数にマイナス符号
を付して表記している。）
晶は次のように作製した。ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −Ｂｉ2 Ｏ
3 を融剤とし、液相エピタキシャル法（ＬＰＥ法）によ
り、格子定数が１２．４９６Å、組成が（ＣａＧｄ）3
（ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12である直径３インチ、厚み１１
７０μｍの基板の（１１１）面上に、Ｂｉ置換希土類鉄
ガーネット単結晶（ＬＰＥ膜、組成Ｔｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ
1.35Ｆｅ4.05Ｇａ0.95Ｏ12、膜厚４５０μｍ）を育成し
た。図５に示すように、基板５０には予め大小二つのフ
ラット面（オリエンテーションフラット）が付けられて
おり、大きなフラット面は（-1１０）面、小さなフラッ
ト面は（１１-2）面である。ＬＰＥ膜を符号５２で示
す。次に、得られたＬＰＥ膜を７．６mm×５．０mmに切
断し、研磨により基板を除去した後に、大気中で１１０
０℃、８時間熱処理した。これは、成長誘導による一軸
磁気異方性定数を低減するためである。その後、再度研
磨して、７．６mm×５．０mm×０．３３mmの形状に鏡面
仕上げし、表裏両面の（１１１）面に反射防止膜を蒸着
した。そして、１．０mm×１．２mm×０．３３mmに切断
し、最後に（１１１）面と（-1１０）面と（-1-1２）面
の交点を少し削って方位の目印とした。最終的なガーネ
ット単結晶の形状及び面を図５のＤに示す。振動試料型
磁力計（ＶＳＭ）によりガーネット単結晶の飽和に要す
る磁界を測定したところ１２０エルステッドであったた
め、永久磁石による固定磁界を１５０エルステッドに設
定して、ガーネット単結晶を飽和させるようにした。そ
して、光がガーネット単結晶の反射防止膜を蒸着した
面、即ち（１１１）面に対して垂直に入射するようにし
て測定を行った。このガーネット単結晶の磁化が光線と
平行方向を向いたときのファラデー回転角は約３２度で
ある。（なお、結晶の面及び方位を表す表記法では、負
の指数についてはその数値の上に横棒を引いて表すが、
本明細書ではそれができないために指数にマイナス符号
を付して表記している。）
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３４】ファラデー素子となるガーネット単結晶は
図５に示すような手順で作製した。ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −
Ｂｉ2 Ｏ3 を融剤とし、ＬＰＥ法により、格子定数が１
２．４９６Å、組成が（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）
5 Ｏ12である直径３インチ、厚み１１７０μｍの基板の
（１１１）面上に、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶
（ＬＰＥ膜、組成Ｔｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ1.35Ｆｅ4.05Ｇａ
0.95Ｏ12、膜厚４５０μｍ）を育成した。図５に示すよ
うに、基板には予め大小二つのフラット面が付けられて
おり、大きなフラット面は（-1１０）面、小さなフラッ
ト面は（１１-2）面である。次に、得られたＬＰＥ膜を
７．６mm×５．０mmに切断し、研磨により基板を除去し
た後に、大気中で１１００℃、８時間熱処理した。これ
は、成長誘導による一軸磁気異方性定数を低減するため
である。その後、再度研磨して、７．６mm×５．０mm×
０．３５mmの形状に鏡面仕上げし、表裏両面の（１１
１）面に反射防止膜を蒸着した。そして、１．０mm×
１．２mm×０．３５mmに切断し、最後に（１１１）面と
（-1１０）面と（-1-1２）面の交点を少し削って方位の
目印とした。振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によりガーネ
ット単結晶の飽和に要する磁界を測定したところ１２０
エルステッドであったため、永久磁石による固定磁界を
１５０エルステッドにして、ガーネット単結晶を飽和さ
せるようにした。そして、光がガーネット単結晶の反射
防止膜を蒸着した面、即ち（１１１）面に対して垂直に
入射するようにして測定を行った。
図５に示すような手順で作製した。ＰｂＯ−Ｂ2 Ｏ3 −
Ｂｉ2 Ｏ3 を融剤とし、ＬＰＥ法により、格子定数が１
２．４９６Å、組成が（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）
5 Ｏ12である直径３インチ、厚み１１７０μｍの基板の
（１１１）面上に、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶
（ＬＰＥ膜、組成Ｔｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ1.35Ｆｅ4.05Ｇａ
0.95Ｏ12、膜厚４５０μｍ）を育成した。図５に示すよ
うに、基板には予め大小二つのフラット面が付けられて
おり、大きなフラット面は（-1１０）面、小さなフラッ
ト面は（１１-2）面である。次に、得られたＬＰＥ膜を
７．６mm×５．０mmに切断し、研磨により基板を除去し
た後に、大気中で１１００℃、８時間熱処理した。これ
は、成長誘導による一軸磁気異方性定数を低減するため
である。その後、再度研磨して、７．６mm×５．０mm×
０．３５mmの形状に鏡面仕上げし、表裏両面の（１１
１）面に反射防止膜を蒸着した。そして、１．０mm×
１．２mm×０．３５mmに切断し、最後に（１１１）面と
（-1１０）面と（-1-1２）面の交点を少し削って方位の
目印とした。振動試料型磁力計（ＶＳＭ）によりガーネ
ット単結晶の飽和に要する磁界を測定したところ１２０
エルステッドであったため、永久磁石による固定磁界を
１５０エルステッドにして、ガーネット単結晶を飽和さ
せるようにした。そして、光がガーネット単結晶の反射
防止膜を蒸着した面、即ち（１１１）面に対して垂直に
入射するようにして測定を行った。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 英則 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 (72)発明者 梅澤 浩光 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 (72)発明者 福島 暢洋 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内
Claims (14)
- 【請求項１】 ファラデー素子に外部磁界を印加するこ
とにより、ファラデー素子を透過する偏光の偏光面を回
転させるファラデー回転子において、 ファラデー素子の磁化方向と光線方向とのなす角をαと
した時、角度αの温度依存性によるファラデー回転角の
変化量と、ファラデー効果の温度依存性によるファラデ
ー回転角の変化量とが、互いに異符号で且つ一方の絶対
値が他方の絶対値の２倍未満となる方向に外部磁界を印
加し、ファラデー回転角の温度変化量を小さくしたファ
ラデー回転子。 - 【請求項２】 単一もしくは複数の磁気光学結晶からな
るファラデー素子に外部磁界を印加することにより、フ
ァラデー素子を透過する偏光の偏光面を回転させるファ
ラデー回転子において、 磁気光学結晶の磁化方向と光線方向とのなす角をαとし
た時、角度αの温度依存性によるファラデー回転角の変
化量と、ファラデー効果の温度依存性によるファラデー
回転角の変化量とが、互いに異符号で且つ一方の絶対値
が他方の絶対値の２倍未満となる単一方位に外部磁界を
印加し、ファラデー回転角の温度変化量を小さくしたフ
ァラデー回転子。 - 【請求項３】 角度αの温度依存性によるファラデー回
転角の変化量と、ファラデー効果の温度依存性によるフ
ァラデー回転角の変化量とが、互いに異符号で且つ絶対
値がほぼ等しい方向に外部磁界を印加する請求項１又は
２記載のファラデー回転子。 - 【請求項４】 複数の磁気光学結晶からなるファラデー
素子に外部磁界を印加することにより、ファラデー素子
を透過する偏光の偏光面を回転させるファラデー回転子
において、 磁気光学結晶の方位を違えて配列し、各磁気光学結晶の
磁化方向と光線透過方向とのなす角をα1 ，α2 ，・・
・とした時、角度α1 ，α2 ，・・・の温度依存性によ
るファラデー回転角の変化量と、ファラデー効果の温度
依存性によるファラデー回転角の変化量との総和が、絶
対値で各磁気光学結晶のファラデー効果の温度依存性に
よるファラデー回転角の変化量の総和以下となる方向に
外部磁界を印加し、ファラデー回転角の温度変化量を小
さくしたファラデー回転子。 - 【請求項５】 磁気光学結晶が、液相エピタキシャル法
で作製した（ＲＢｉ）3 （ＦｅＭ）5 Ｏ12又は（ＲＢ
ｉ）3 Ｆｅ5 Ｏ12（但しＲはイットリウムを含む希土類
元素から選ばれた１種以上の元素、Ｍは鉄と置換できる
１種以上の元素）である請求項１乃至４のいずれかに記
載のファラデー回転子。 - 【請求項６】 磁気光学結晶がＹ3 Ｆｅ5 Ｏ12である請
求項１乃至４のいずれかに記載のファラデー回転子。 - 【請求項７】 ファラデー素子に外部磁界を印加するこ
とにより、ファラデー素子を透過する偏光の偏光面を回
転させるファラデー回転子において、 ファラデー素子である磁気光学結晶の組成がＴｂ1.00Ｙ
0.65Ｂｉ1.35Ｆｅ4.05Ｇａ0.95Ｏ12であり、その磁気光
学結晶に対して、ステレオ投影図の中心の（１１１）と
最外周円上の（-1-1２）面から（-1０１）面へ２４度の
位置を結んだ線上に磁界を印加し、ファラデー回転角の
温度変化量を小さくしたファラデー回転子。 - 【請求項８】 ファラデー素子に外部磁界を印加するこ
とにより、ファラデー素子を透過する偏光の偏光面を回
転させるファラデー回転子において、 組成がＴｂ1.00Ｙ0.65Ｂｉ1.35Ｆｅ4.05Ｇａ0.95Ｏ12で
ありほぼ同一厚さの磁気光学結晶を３個用いてファラデ
ー素子とし、それらのうちの２個の磁気光学結晶に対し
ては、ステレオ投影図の中心の（１１１）と最外周円上
の（１１-2）面を結んだ線上に磁界を印加し、他の１個
の磁気光学結晶に対しては、ステレオ投影図の中心の
（１１１）と最外周円上の（-1-1２）面を結んだ線上に
磁界を印加し、ファラデー回転角の温度変化量を小さく
したファラデー回転子。 - 【請求項９】 光線方向に対し平行方向と垂直方向の二
方向から永久磁石と電磁石とによって外部磁界を印加
し、それらの合成磁界によりファラデー素子の磁化方向
を光線方向に対して傾けた請求項１乃至８のいずれかに
記載のファラデー回転子。 - 【請求項１０】 請求項９に記載のファラデー回転子を
用い、電磁石の磁界を可変することにより、ファラデー
回転角の温度依存性を制御するファラデー回転子の温度
依存性制御方法。 - 【請求項１１】 請求項１乃至９のいずれかに記載のフ
ァラデー回転子を用いた光アイソレータ。 - 【請求項１２】 請求項９に記載のファラデー回転子を
用い、該ファラデー回転子の光線方向の前後に偏光子と
検光子を配置し、電磁石の磁界を、ファラデー回転角の
温度依存性が最小になる値に設定した光アイソレータ。 - 【請求項１３】 請求項１乃至９のいずれかに記載のフ
ァラデー回転子を用いた光アッテネータ。 - 【請求項１４】 請求項９に記載のファラデー回転子を
用い、該ファラデー回転子の光線方向の前後に偏光子と
検光子を配置し、電磁石により外部磁界を可変すること
で透過光量を制御する光アッテネータ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06775398A JP3408738B2 (ja) | 1998-03-03 | 1998-03-03 | ファラデー回転子 |
| US09/259,039 US6288827B1 (en) | 1998-03-03 | 1999-02-26 | Faraday rotator |
| CA002263780A CA2263780C (en) | 1998-03-03 | 1999-03-01 | Faraday rotator |
| EP99301583A EP0940704B1 (en) | 1998-03-03 | 1999-03-03 | Faraday rotator |
| DE69928152T DE69928152T2 (de) | 1998-03-03 | 1999-03-03 | Faraday-Rotator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06775398A JP3408738B2 (ja) | 1998-03-03 | 1998-03-03 | ファラデー回転子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11249095A true JPH11249095A (ja) | 1999-09-17 |
| JP3408738B2 JP3408738B2 (ja) | 2003-05-19 |
Family
ID=13354025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06775398A Expired - Lifetime JP3408738B2 (ja) | 1998-03-03 | 1998-03-03 | ファラデー回転子 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6288827B1 (ja) |
| EP (1) | EP0940704B1 (ja) |
| JP (1) | JP3408738B2 (ja) |
| CA (1) | CA2263780C (ja) |
| DE (1) | DE69928152T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6392784B1 (en) | 1999-09-02 | 2002-05-21 | Fujitsu Limited | Faraday rotator |
| US6833941B2 (en) | 2002-08-12 | 2004-12-21 | Tdk Corporation | Magneto-optic optical device |
| WO2005071470A1 (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Fdk Corporation | 可変ファラデー回転子、可変光減衰器 |
| JP2006276456A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Fuji Xerox Co Ltd | 光学系、光走査装置、及び画像形成装置 |
| JP2007071982A (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ファラデー回転角可変装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3720616B2 (ja) * | 1999-02-24 | 2005-11-30 | Ｆｄｋ株式会社 | ファラデー回転角可変装置 |
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| US7336418B1 (en) | 2000-03-01 | 2008-02-26 | Fdk Corporation | Optical attenuator |
| JP2002116421A (ja) * | 2000-10-04 | 2002-04-19 | Fdk Corp | 旋光器及びそれを用いた光デバイス |
| WO2002044798A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-06 | Tdk Corporation | Faraday rotator and optical attenuator |
| WO2002091069A1 (fr) * | 2001-05-07 | 2002-11-14 | Fujitsu Limited | Rotateur de faraday |
| US7099539B1 (en) | 2003-07-07 | 2006-08-29 | Super Talent Electronics, Inc. | Optical isolator, attenuator and polarizer system and method for integrated optics |
| JP2008170636A (ja) * | 2007-01-10 | 2008-07-24 | Nec Electronics Corp | 半導体レーザモジュール |
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| JPS5849916A (ja) | 1981-09-19 | 1983-03-24 | Fujitsu Ltd | 光スイッチ |
| CA1242519A (en) | 1983-04-25 | 1988-09-27 | Masataka Shirasaki | Faraday rotator assembly |
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-
1998
- 1998-03-03 JP JP06775398A patent/JP3408738B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-02-26 US US09/259,039 patent/US6288827B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-03-01 CA CA002263780A patent/CA2263780C/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-03-03 EP EP99301583A patent/EP0940704B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-03-03 DE DE69928152T patent/DE69928152T2/de not_active Expired - Lifetime
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| US6288827B1 (en) | 2001-09-11 |
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