JPS61264301A - 直線偏光の偏光面回転装置及びその製造方法 - Google Patents

直線偏光の偏光面回転装置及びその製造方法

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JPS61264301A
JPS61264301A JP61108717A JP10871786A JPS61264301A JP S61264301 A JPS61264301 A JP S61264301A JP 61108717 A JP61108717 A JP 61108717A JP 10871786 A JP10871786 A JP 10871786A JP S61264301 A JPS61264301 A JP S61264301A
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JP
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polarization
polarized light
plane
linearly polarized
domes
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JP61108717A
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ウォルフガング・フランツ・マリア・トルクスドルフ
インスク・エリザベス・ヘートヴィヒ・バーテルス
ゲルド・パジーク
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/0009Materials therefor
    • G02F1/0036Magneto-optical materials
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/09Devices 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

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】 本発明は、光の伝播方向に優先的に磁化した磁性結晶材
料を用いるボールレンズの形態をなす直線偏光の偏光面
回転装置に関するもので成る。
本発明は、このような装置の製造方法及びその用途にも
関するもので成る。
磁性結晶材料から成り直線偏光の偏光面を回転させるた
めの装置は、ファラディ旋光器として一般的に知られて
いる。
単一モード光導波管と例えばレーザダイオードのような
光源を用いる光通信システムにおいては、例えば入射光
を集束させるためのレンズや、例えばファラディ旋光器
と協働し一方向に光を伝播させ他方向には光の伝播を阻
止する光アイソレータのような受動素子が必要で成る。
このような光アイソレータは、接続した光学システムか
らの干渉反射光と例えばレーザのような光源との光結合
を阻止するために用いられる。
本発明は単一モード導波管と例えばレーザ・ダイオード
のような光源とを有する光通信システムを構成するため
の2個の受動素子の組合せ、すなわち光アイソレータと
しての集束性ボールレンズとファラディ旋光器とを組合
せたものに関するもので成る。
これらの機能を結合して1個の素子とすることは、電子
レータ(巳1ectronics Letters) 
18 (1982年)、No、24、頁1026〜10
2gから既知であり、この文献ではイットリニームー鉄
−ガーネット(YIG)のボールレンズをファラディ旋
光器としてだけでなく光通信システムのカップリングレ
ンズとすることが提案されている。
YIGのボールレンズは製造コストが比較的高価になる
欠点が成る。この理由は、第1にYIGのボールレンズ
は大きな単一結晶体を結晶成長させ、この大きな単一結
晶体を研削してボールレンズを作成しなければならない
ことで成る。更に、別の欠点は、イットリ二−ムー鉄−
ガーネットのファラディ回転が比較的小さいため、例え
ばλ=1.3μmの波長光を伝送するためには2.1m
mのボール径が必要となり、従って現時点で使用される
光導波管の寸法に適合させるには相当な経費が必要とな
ってしまう。更に別の欠点は、YIGの磁化を飽和させ
るためには比較的大きな磁界が必要となることで成る。
イットリ二−ムー鉄−ガーネットya(ca、 Fe)
5O12或はビスマス置換希土類金属鉄ガーネット、例
えば(Gd、 Bi)+(Ga、 Fe、 Aj2)s
o+□のような磁性ガーネット材料から成るファラディ
旋光器は、近赤外領域における低い光損失と高いファラ
ディ回転θp(’/cm) とを併有することによって
特徴付けられ、ビスマス置換鉄ガーネットのファラディ
回転はYIGのファラディ回転より相当に大きくなる(
この点に関して、例えばゲー・ヴインクラー著、ドイツ
連邦共和国プランシ二バイク所在のフィーヴエーク発行
(1981年)に係る文献「磁性ガーネット」、第25
3頁以降参照)。しかし、これらの結晶体は、分散によ
ってファラディ回転が入射光の波長に依存する欠点を有
している。このことは光アイソレータに対し、遮断方向
の減衰、すなわち外部光学システムからの干渉反射光を
抑制する能力が波長依存性をすることを意味する。もし
遮断方向に高い減衰を必要とする場合、波長の変化分が
ほとんどなければならない。この結果、ファラディ旋光
器、従ってこのファラデイ旋光器で構成した光アイソレ
ータは限定された狭い波長域のスペクトル範囲において
だけでしか使用することができない。約0.8μm〜1
.6μmの近赤外のスペクトル領域は光導波管を用いる
光データ伝送において極めて重要なため、使用波長域が
限定されることは特に大きな欠点となる。
本発明の目的は、近赤外(1,1μm≦λ≦1.6μm
)の波長域でのファラディ回転を伝送光の波長に対して
調整するこそができ、安価に製造することができ、更に
寸法を結合すべき光導波管の寸法に適合させることがで
きる偏光面回転装置を提供するもので成る。
この目的を達成するため、本発明はボールレンズが、磁
性ガーネット材料から成る2個のドーム(3,5)と、
これらドーム間に位置し光学的に透明で非磁性ガーネッ
ト材料から成る球形部材(7)とから構成され、前記2
個のドームの底面が互いに平行で光の伝播方向に直交す
るようにしたことを特徴とする。
このような装置の製造方法は、磁性ガーネット材料から
成る複数の厚さの等しい層を、光学的に透明な非磁性ガ
ーネット基体の主面上にエピクキ、シャル成長させ、次
に立方体に切り出し、その後研削して球体を形成するこ
とを特徴とするもので成る。
本発明では、2個のドームを優先的にビスマスで置換し
た希土類金属鉄ガーネットを以て構成するのが有利で成
る。これらはドームは一般式(Gd、 Bi)3(Fe
、 Ga、 Ajlり5O12に相当する希土類金属鉄
ガーネットを以て構成される。
更に、本発明では球形部材を、A=Gd及び/又はSm
及び/又はY、B、C=Ca及び/又はSr及び/又は
Mg5D=zr及び/又は/Snとしたときに式(A、
 B)3(Ga、 c、 D)5012に相当する組成
のガーネット材料で構成する。
ドーム間に位置する球形部材は、式(Gd、 Ca)。
(Ga、 Mg、 2r) 5012に基く非磁性ガー
ネット材料で構成する。
更に、本発明では、ドームが直線偏光の偏光面を45°
以上の角度に亘って回転させるのに十分な最大層厚さを
有するように構成される。
本発明は、ファラデイアイソレータを構成するために用
いられることができと共に調整可能であり、伝送光の異
なる波長に対して適合させることができる集束性ファラ
ディ旋光器に特に有用で成る。
磁気光学的効果を有する材料をエピタキシャル層として
用いることができるので、本発明によるボールレンズの
形態をしたファラディ旋光器は非常に低い価格で製造す
ることができる。
更に、例えばYIGよりもファラディ回転の大きいビス
マスをドープした鉄ガーネットを用いれば、ファラディ
旋光器を比較的小型なものとすることができ、結合すべ
き先導波管の寸法に容易に適合させることができる。
以下図面に基き本発明の詳細な説明する。図面は、磁気
光学的に活性な鉄ガーネツト材料から成る2個のドーム
3,5とこれらドーム3及び5の間に位置し非磁性ガー
ネット材料から成る球形部材7とを有するボールレンズ
1の断面を示す。矢印9はドーム3及び5を構成する磁
性材料の優先磁化方向を示す。ドーム3及び5の最大層
厚さを符号aで示し、一方ドーム間の球形部材7の厚さ
を符号dで示す。ボールレンズ1は既知の方法で(例え
ば電子レター(Electvonic Letter)
 18C1982年)、ページ1026〜1028参照
)光通信装置内のレーザダイオード/単一モード導波管
の光路内に配置することができ、この装置内においてボ
ールレンズは単一モード導波管とボールレンズとの間に
位置する偏光子と協働する集束性光アイソレータとして
機能すると共に、光伝播方向に沿ってドーム3及び5を
通過すると共に飽和磁化を生ずる磁界を有する磁化装置
として機能する。ドーム3及び5の最大厚さ方向に磁気
異方性が存在する。レーザダイオード/単一モード導波
管系の光軸から離れるようにドームの最大厚さ方向をわ
ずかに回転させることによりドーム3及び5を構成する
磁性材料の有効厚さが減少し、これにより磁気光学的な
回転が伝播光の波長と整合することになる。
図面に示すボールレンズは次のようにして製造される。
Pb   O,3874 B   O,1220 Gd   O,0074(、溶解物中のカチオンBi 
  0J463       の分子寄与率)Fe  
、0.1225 Aβ 0.0082 Ga   O,0062 1、0000 上記組成の溶解物から、819℃の飽和温度において式
(Gd、 Bi) 3(Fe、 Ga、 Al)5O1
2 に相当する組成の各厚さが160μmの層を、ジャ
ーナル オブ クリスタル グロス(Journal 
of CrystalGroth ) 64 (198
3年)ページ274〜284に記載されている液相エピ
タキシャル法に基いて水平方向に配置され厚さが0.5
5mm (111)で組成が(Gd、 Ca)a(Ga
、 Mg、 Zr)50+2の30mm径の単結晶基体
上にエピタキシャル成長させた。勿論、ここではPbO
及びB2O3の形態のソルベントを用いたが、成長層中
に結合しているボロン及び鉛の量は無視できる程度の僅
かなもので成る。このエピタキシャル成長層が形成され
ている基体から、エツジ長が0.87mmの立方体を切
り出し、偏心回転グラインダヘッドで丸くし、保持器内
で布で被覆した回転ディスクを用いて研暦した。得られ
た球体は全長D=d+2aが0.8mmであり、ドーム
3及び5の最大層厚さa=0.125 mm (図面参
照)であった。波長λ=1.3μmにおけるファラディ
回転は1.9 XIO3°/cmであった。飽和磁化M
sは17mTであった(20℃において)。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明によるボールレンズの一実施例の構成を示
す断面図で成る。 1・・・ボールレンズ   3.5・・・ドーム7・・
・球形部材

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、光の伝播方向に優先的に磁化される磁性結晶材料で
    作られたボールレンズの形態をした直線偏光の偏光面を
    回転させる装置において、前記ボールレンズが、磁性ガ
    ーネット材料から成る2個のドーム(3、5)と、これ
    らドーム間に位置し光学的に透明で非磁性ガーネット材
    料から成る球形部材(7)とから構成され、前記2個の
    ドームの底面が互いに平行で光の伝播方向に直交するよ
    うに構成したことを特徴とする直線偏光の偏光面回転装
    置。 2、前記ドーム(3、5)が希土類金属鉄ガーネットを
    以て構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の直線偏光の偏光面回転装置。 3、前記ドーム(3、5)がビスマスで置換した希土類
    金属鉄ガーネットを以て構成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項記載の直線偏光の偏光面回転装
    置。 4、前記ドーム(3、5)が一般式(Gd、Bi)_3
    (Fe、Ga、Al)_5O_1_2に基く希土類金属
    鉄ガーネットを以て構成されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第3項記載の直線偏光の偏光面回転装置。 5、前記ドーム(3、5)間に位置する球形部材(7)
    が、A=Gd及び/又はSm及び/又はY、B、C=C
    a及び/又はSr及び/又はMg、D=Zr及び/又は
    /Snとしたときに式(A、B)_3(Ga、C、D)
    _5O_1_2に相当する組成のガーネット材料で構成
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の直線偏光の偏光面回転装置。 6、前記ドーム(3、5)間に位置する球形部材(7)
    が、一般式(Gd、Ca)_3(Ga、Mg、Zr)_
    5O_1_2に基くガーネット材料で構成されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第5項記載の直線偏光の
    偏光面回転装置。 7、前記ドーム(3、5)が式(Gd、Bi)_3(F
    e、Ga、Al)_5O_1_2に基く希土類金属鉄ガ
    ーネットで構成され、前記ドーム間に位置する球形部材
    (7)が式(Gd、Ca)_3(Ga、Mg、Zr)_
    5O_1_2に基くガーネット材料で構成されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項、第4項又は第6
    項記載の直線偏光の偏光面回転装置。 8、前記ドーム(3、5)が、直線偏光の偏光面を45
    °以上の角度に亘って回転させるのに十分な最大層厚さ
    を有するように構成したことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項から第7項のいずれか1に記載の直線偏光の偏
    光面回転装置。 9、磁性ガーネット材料から成る複数の厚さの等しい層
    を、光学的に透明な非磁性ガーネット基体の主面上にエ
    ピタキシャル成長させ、次に立方体に切り出し、その後
    研削して球体を形成することを特徴とする特許請求の範
    囲第1項から第8項に記載の装置の製造方法。 10、複数の希土類金属鉄ガーネット層が基体上に成長
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第9項記載
    の製造方法。 11、複数のビスマスで置換した希土類金属鉄ガーネッ
    ト層が成長されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第10項記載の製造方法。 12、式(Gd、Bi)_3(Fe、Ga、Al)_5
    O_1_2に相当する組成の複数の層が成長されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第11項記載の製造方
    法。 13、A=Gd及び/又はSm及び/又はY、B、C=
    Ca及び/又はBr及び/又はMg、D=Zr及び/又
    は/Snとしたときに、一般式(A、B)_3、(Ga
    、C、D)_5O_1_2に相当するガーネット材料層
    上に、前記複数の磁性ガーネット材料層がエピタキシャ
    ル成長されていることを特徴とする特許請求の範囲第9
    から第12項のいずれか1に記載の製造方法。 14、前記複数の層が、式(Gd、Ca)_3、(Ga
    、Mg、Zr)_5O_1_2に相当する組成の基体上
    に成長されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
    3項記載の製造方法。 15、式(Gd、Bi)_3(Fe、Ga、Al)_5
    O_1_2に相当する組成の複数の層が、式(Gd、C
    a)_3(Ga、Mg、Zr)_5O_1_2に相当す
    る組成の基体の上側及び下側表面上にエピタキシャル成
    長されていることを特徴とする特許請求の範囲第9項、
    第12項又は第14項のいずれか1に記載の製造方法。 16、前記エピタキシャル成長した磁気光学的活性層の
    厚さが適切に選択され、前記研削及び研摩工程を経たド
    ーム最大層厚さが、45°の角度に亘って直線偏光の偏
    光面を回転するのに十分なものとしたことを特徴とする
    特許請求の範囲第9項から第15項のいずれか1に記載
    の製造方法。 17、1.1μm≦λ≦1.6μmの波長域に対する光
    アイソレータとして用いることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項から第8項の偏光面回転装置。
JP61108717A 1985-05-17 1986-05-14 直線偏光の偏光面回転装置及びその製造方法 Pending JPS61264301A (ja)

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DE19853517785 DE3517785A1 (de) 1985-05-17 1985-05-17 Vorrichtung zum drehen der polarisationsebene linear polarisierten lichtes und verfahren zu deren herstellung
DE3517785.3 1985-05-17

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DE3517785A1 (de) 1986-11-20
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