JPS58186065A - 光学磁力計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 得る光学磁力針に関する。

　３　一 磁界を受ける磁気光学媒質を直線偏光が横断する時レー
ザにより供給される直線偏光の偏光面の回転を測定する
ことが公知である。ファラデ回転として公知のこの回転
は伝搬方向に平行な磁界の成分の値の関数であり，これ
は前記回転を測定することにより界の測定を得ることを
可能にする。

本発明は，レーザ源のキャビティでの媒質を横断した光
学ビームを再結合することにより先行技術による光学磁
力計の機能を改良する。

本発明は特に方向Ｘでの磁界の成分ｈを測定するだめの
光学磁力計に関するものであり，該光学磁力計は方向Ｘ
に対し平行に横断するファラデ効果を有する磁気光学媒
質に直線偏光を供給するレーザ源を含んでおり、レーザ
の２つのフェースｆｌ及びｆ２から出る光学ビームは反
対方向で磁気光学媒質を横断し、これらの２つのビーム
は通過後レーザで再結合され、フェースｆ１　から出る
ビームはフェースｆ２　により再結合され、ｆ２から出
　４　− るビームはフェースｆ１　により再結合され，他方磁界
はレーザの光学パワーの１部を受容する光検出器により
供給される電流１，に基き測定される。

添付図面に関する次の説明から本発明の他の特徴や利点
が理解される。

本発明による磁力計は磁気光学媒質と好ましくは半導体
レーザであるレーザな結合させる。該磁力針は光波が磁
気光学媒質を横断する時生じ且つファラデ効果を生起す
る磁気円複屈折効果とレーザのキャビティでおこなわれ
る光学フィードバックによるレーザ放出の変調効果の結
合を含んでいる。磁界の測定はその結果生じるレーザ放
出をさえぎる光検出器の出力での電流強度の測定から推
定される。

第１図には磁力計の全体のブロック図が図示されている
。該磁力針は偏光接合部又は「レーザダイオード」を有
する型の半導体レーザ源ｌＯを含む。レーザダイオード
の２つの対向フェースｆ１及びｆ２から出射する２つの
光ビーム１０１゜１０２は反対方向で磁気光学媒質１１
を通過する。

各々のビームは、放出時に用いられるフェースとは反対
のフェースによりレーザダイオードの光学キャビティに
入るようにこのキャビティ内で再結合される。従って２
つのビームは光学キャビティで蓄積されたエネルギと衝
突する。図示されたように光学ビームは光学ファイバで
伝搬するのが好ましい。

レーザにより放出され、注入電流がしきい値電流よりも
高い光は本質的にＴｇモードに従って直線偏光され、こ
の光は単一モードである。

磁界Ｈの存在Ｔる所では、磁気光学媒質１１は磁気円複
屈折効果又はファラデ効果により直線光の偏光面を回転
させる。ファラデ回転は光伝搬方向とは無関係であるた
め、この回転はビーム１０１及び１０２の双方に対し同
一方向で生じる。ファラデ回転角が磁界Ｈの成分ｈｖｃ
比例し、媒質での光の伝搬方向Ｘに平行になるように磁
気光学媒質が選択される。その結果生じるレーザ放出１
０Ｂの１部が測定信号を得るため光検出器１２により阻
止される。

キャビティで再結合された各々のビームに対しファラデ
回転は関連光振動の振幅を変更させ、横断した光学媒質
による位相変換を受ける。キャビティ上で２重の光学フ
ィードバックがおこなわれ、このフィードバックは偏光
面の方向の関数であるレーザダイオードにより供給され
る強度を変調させる。この強度を１ファラデ回転角と位
相変換との関数であり、これらの値は両方のビームに対
し同一である。

交番磁界ｈａｌｎ２πｆｔはゼネレータ１５により供給
されコイルを横断する電流により生起される。

この交番磁界の方向は光伝搬ＫＸＦ行であり、測定され
る界り上に付加される。従ってファラデ回転角０は式ｕ
−Ａ（ｈ＋ｈ。ｔｈ２πｆｔ）に従い時間に依存してお
り、ここでＡは用いられる磁気光学媒質の温とその長さ
とに依存する定数である。

光検出器１２の出力で検出される電流Ｉｄはフィルタ１
４により周波数ｆ近傍で、フィルター７により周波数２
ｆ近傍で濾波される。フィルタ１４の出力では振幅が弐
ＫＩＡｈｄｎΩｔに従ってｈに比例する信号Ｂが得られ
る。ここでに８は積Ａｈ　　とレーザキャビティ（Ω−
２＃ｆ　）の入力と出力間のフィードバックルーズに沿
った光波の位相偏位戸とに依存する比例定数である。フ
ィルタ１７の出力では振幅がＫ　ｚ　ｒａｎ　ＱΩｔに
従って一定である信号が得られる。ここでに、はＡｈｏ
　とグに依存している。

ミラー２０（第２図）がレーザ２１のビームに対し垂直
に設置されると、レーザのパワーはミラー２０のレーザ
２１からの距離ｄの関数として変動することが公知であ
る。検出器２２により測定されるこのパワーは１反射さ
れた振幅がレーザの振幅と同位相にある時最大値を通過
し、これらの２つの振幅が反対の位相にある時蝦小値を
通過する。第１図の配置を最適化するためには従って位
相戸を最適化する必要がある。

第１図では、指示器１９の上で読取られるフィルタ１７
の出力信号の振幅に２を最大にするため制御装置１８に
よりｙの値を調整するためフィードバックループに光学
移相器１３が導入される。

この最適化はまた係数に１を積Ａｈ０の関数として最大
にすることを可能にし、Ａは以下で理解されるように所
与の磁気光学材料に対し固定される。

従って、外部パラメータ特に温度の影畳下での位相偏位
ダの変化は１位相側位ダが測定中永久的に調整され得る
ため、ｈの測定に影響を及ぼさない。更に、従ってデバ
イスは最大の感度を示す。

本発明による磁力計を作製するため誘導光学装置の公知
の技術が用いられる。特に光は光学ファイバによりレー
ザキャビティの１つのフェースかラ別ノフェースヘ伝搬
される。この光学ファイバは１例えばＲ，Ｅ、ＷＡ、Ｇ
ＮＥＲａｔ　ａｌ、著、「ＥＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　
ＬｅｔｔｅｒｓＪ　ｓ　Ｖｏｌ、　１７　＃　４５　。

ｐｐ、１７７−１７８．１９８１年３月５日発行、の論
文で説明されているように、光測光を保持するように選
択される。

第３図には本発明による好適具体例が図示されており、
この図ではレーザダイオード３ｏの２つの出力フェース
を磁気光学媒質３２に接続させるため光の偏光を維持す
る光学ファイバ１３が用いられる。レーザダイオードの
波長λは用いられる磁気光学媒質に整合するように選択
されｄ吸収とファラデー回転との最適比率）。

本発明のこの好適具体例によると、磁気光学媒質３２は
自発磁化を有するフェリ磁性材料である。

このような材料の場合、全ての磁区を同一方向にとが公
知であり、ここで０゜は界〉ＨＩｌに対し得られる特定
のファラデ回転であり、Ｌは横断された材料の長さであ
る。

従って回転Ｕは界りに比例し、前記のように値のヴエル
デ定数、に比例する誘導磁化を有する材デ定数ＣＡを表
わす。「見掛けの」ヴエルデ定数はＣよりもはるかに高
い値、即ち約１０’倍もの値、を有する９従って長さＬ
を減らすため、自発磁化を有する材料を用いることは興
味あることである。

本発明による好適具体例によると、磁気光学媒質を構成
するために用いられる材料は高い「見掛けの」グルデ定
数、１つの平面での簡単な磁化、及び弱い飽和磁界を有
する。

第４図は磁気光学媒質の構成の図式断面図である。これ
はガリウム及びガドリニウム置換イツトリウム鉄ダクロ
石層４１により構成されていると有利である。この層は
ＧＧＧと呼ばれるガドリニウム−ガリウムザクロ石基廣
４２上のエピタキシにより得られる。層とファイバ間の
結合は直接得られる。４１６はガリウム置換イツトリウ
ム鉄ザクロ石である。

飽和界Ｈ６は、永久磁石３３或いはソレノイドを用いて
光伝搬方向に対し画直な層４１の面で付与される。１個
の磁区層を得るためには約８０Ａ／ＴｒＬの強度が弱い
界を有することだけが必要である。

交番励磁界り。ｄ１２ｇｆｔは磁気光学媒質を囲むソレ
ノイド３５により磁気光学媒質に付与され。

その軸は光伝搬方向と合致する。このソレノイドは周波
数ｆでゼネレータ３６により供給される。

鮪デバイスはフォトダイオード３７を含んでおり、この
フォトダイオードは、直接的に、或いはレーザダイオー
ドのフェースの１つに対し配置された誘導光学装置方向
性結合器３ｆｌｌＣより、レーザダイオードのフェース
の１つから出る光の１部を阻止する。フォトダイオード
により供給される電気的強さ１．は周波数ｆの近傍で濾
波され、ゼネレータ３６から基準電流を受信する同期検
波増幅器３９により変調される。この強さはまた３１０
で周波数２ｆの近傍で濾波される。周波数ｆでの１、の
成分は、零位法により測定される界りの値を供給する１
群の回路ａｏｏｒｃ送られる。磁界ｈ０上には、直流ま
たは非常に低い周波数［ｆｉｉ　　をコイル３５に注入
することにより磁気補償界が性力口され、前記電流は加
算器３０１での励磁電流１Ｉｉｉに付加される。これは
周波数ｆでの１．の復調された成分を受容する差動増幅
器３０２の出力で得られる。界の測定はこのような場合
に用いられるデータ獲得システムな表わ丁指示器３０３
で直接おこなわれる。

該デバイス１丁第５図に図示された可変光学移相器３４
を含む。この移相器はウェーハの形状の圧電支持体５０
により作製され、この支持体には光学ファイバ３１が接
着されており、光学ファイバが支持体と一体化されてい
る。可変電圧Ｖがウェーハの端子に印加され、その結果
生じる光学パス変化をま位相偏位をＰＡ整することを可
能にする。測定面に１回路３１１ｖｒ−より示されたフ
ィルタ３１０からの信号の振幅を最大にするため移相器
が３１２で制御される。測定中、前記振幅を最大に維持
するため、回路３１１は自動的に移相器を制御する。

本発明の変形によると磁気光学媒質は伝送光学ファイバ
により構成される。ファイバを構成する材料のグエルデ
定数が一般に低いため、ファイバは適度な感度を得るた
め数百メートルにも及ぶかなりの長さを有する。従って
ファイバは励磁コイル内に配置される巻きを構成するた
め平たんコイルの形状で巻かれ、従って横飽和界Ｈはも
はや必要ではない。

前記デバイスは約１０　の成分１．の相対変化を検出す
ることを可能にする。

レーザ放出波長は例えに１．２μｍに等しく、光学ファ
イバのコアの直径は約５μｍに等しい。

薄いＧａＧｄＹＩＧ　　層により構成される磁気光学媒
質では次の特徴が得られる： θｏ−４．３Ｘ１０２ラジアン／　ｍ　。

Ｈｓ”””　ＯＡ／ｍ。

Ｌ＝１ｃＩＩＬ。

ｈ　　−２４ｈ／ｍ。

検出され得る最小ｈ−１０−５Ａ／ＩＩ０シリカファイ
バにより構成される磁気光学媒質では次の特徴が得られ
る： グエルデ定数Ｃ−１，Ｉ　Ｘ　１０−’ラジアン／ｍ（
Ａ／ｍ）、Ｌ　＝　１０００　ｍ　。

ｈｏ−１３ＯＡ／７Ｆｌ。

検出され得る最小ｈ−３Ｘ１０’Ａ／＠。

【図面の簡単な説明】

第１図を；本発明による磁力針の回路図、ｆ第２図は反
射された光による再結合を伴うレーザの説明図、第３図
は本発明による処理回路を有する光学磁力針の説明図、
第４図をまエピタキシにより付着されたフェリ磁性物質
層を有する光学ファイバの結合を示す説明図、第５図は
光学ファイバ移相器の説明図である。 ｌＯ・・・半導体レーザ源。 １２・・・光検出器、　　　　　１４　、１７・・・フ
ィルタ、１５・・・ゼネレータ、　　　　２０・・・ミ
ラー。 ２１・・・レーザ、　　　　２２・・・検出器。 １３・・・移相器、３２・・・磁気媒質。 代理人＊ｍ±今　　村　　　元 １６一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）方向Ｘでの磁界の成分りを測定するだめの光学磁
   力計であり、ファラデ効果を有する磁気光学媒質に直線
   偏光を供給するレーザ源を含んでおり、直線偏光は方向
   Ｘに対し平行に磁気光学媒質を横切り、レーザの２つの
   フェースｆ工及びｆ２から出射する光学ビームは反対方
   向で磁気光学媒質を横切り、これらのにより再結合され
   、フェースｆ２から出射するビームはフェースｆ４によ
   り再結合され。 他方磁界は、レーザの光学パワーの一部を受容する光検
   出器により供給される電流ｌ、に基き測定されることＶ
   特徴とする光学磁力計。 （２）　ビームはフェースｆ１及びｆ２から偏光維持光
   学ファイバでの磁気光学媒質にまで伝搬されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の磁力針。 （３１周波数ｆでＸに対し平行な交番界が界りに付加さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載の磁力針。 （４）光検出器ｉ、により供給される電流は周波数ｆ及
   び２ｆに集中されるフィルタに付与されることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項に記載の磁力針。 （５）光学パスに配置された調整し得る光学移相器を含
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の磁力
   針。 （６）移相器は量、成分を２１において最大にするルー
   プでの全位相偏位な得るために調整されることを特徴と
   する特許−求の範囲第５項に記載の磁力針。 （７）移相器は圧電支持体を含んでおり、この支持体に
   ビームを伝搬する光学ファイバが固定されており、圧電
   支持体に電圧を印加することにより位相偏位が得られる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第５項に記
   載の磁力計。 （８）電流ｌ、のｆにおいて成分は磁気光学媒質で磁界
   を生起するのに用いられ、磁界は常に測定される界を補
   償し、ｈの測定は直接補償電流を！取ることにより得ら
   れることを４１ＨＩｋとする特許請求の範囲第３項に記
   載の磁力計。 （９）磁気光学媒質は１つの平面での自発磁化容易なフ
   ェリ磁性物質であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の磁力針。 ａ〔伝搬方向に対し垂直な材料の磁化容易平面での飽和
   磁界を生起てるための永久磁石を含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第９項に記載の磁力針。 ａυ　磁気光学媒質はガドリニウムガリウムざくろ右上
   でエピタキシ成長されたガリウム及びガドリニウム置換
   イツトリウム鉄ざくろ石の薄層により構成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の磁力針
   。 ａ３　　磁気光学媒質は銹導磁化を伴う常磁性材料であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の磁力
   計。 ０３　　磁気光学媒質は常磁性光学ファイバにより構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に
   記載の磁力針。 αａ　レーザは磁気光学材料の透明範囲での波長を放出
   し、吸収とファラデ回転との最適比率を有する半導体レ
   ーザであることを特徴とする特許請求の範囲８１項に記
   載の磁力針。