WO2015020140A1

WO2015020140A1 - 光デバイス

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Publication number: WO2015020140A1
Application number: PCT/JP2014/070847
Authority: WO
Inventors: 博章小野; 大田　猶子
Original assignee: Fdk株式会社
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2015-02-12
Also published as: US20160202506A1; EP3032321A4; EP3032321B1; CN105492961A; JP2015034900A; EP3032321A1; JP6340176B2; US10025122B2

Abstract

　磁気光学材料３４から構成されるファラデー素子３１と、二つの永久磁石３５と、電磁石２０ａとを有するファラデー回転子を備え、前後方向を光の進行方向として、ファラデー素子は、前後に光の入出射面を有するとともに、左右に互いに平行な面を有し、永久磁石は、平板板状で、異なる磁極同士が対面するようにファラデー素子の左右のそれぞれの側面に取り付けられて、当該ファラデー素子に対して左右一方向に永久磁界を印加し、永久磁石が取り付けられた状態のファラデー素子を前後方向の全長に亘って保持する軸部１０を備え、電磁石は、前後方向を軸として軸部の周囲に導線２１が巻回されてなるコイルを含んで構成されて、ファラデー素子に対して前後方向の可変磁界を印加する。

Description

光デバイス

　この発明は光デバイスに関し、具体的にはファラデー回転子を用いた光デバイスの小型化技術に関する。

　光ファイバを伝送媒体とした光通信網には、電気信号を光信号に変換して光通信網に送出するためのトランシーバや、受信した光信号を電気信号に変換するためのレシーバなどの各種装置（以下、光通信装置）が設置されている。

　これらの光通信装置における光信号の出口や入り口には、例えば、光信号の強度を所定の強度に変調する光アッテネータや、受信した光信号が光源側に逆流する「戻り光」の発生を防止するための光アイソレータなどの光デバイスが接続されている。そして、これらの光デバイスの多くは、周知のファラデー回転子を主体として構成されている。

　ファラデー回転子は、磁性ガーネット単結晶などの磁気光学材料からなるファラデー素子と、このファラデー素子に磁界を印加するための磁気印加手段を含んで構成されている。磁気印加手段は、磁界の方向と大きさを可変制御することが可能であり、普通、ファラデー素子における光の入出射面に対して垂直な方向に永久磁界を印加してファラデー素子を磁気飽和させるための永久磁石と、その永久磁石の磁界方向と直交する可変磁界をファラデー素子に印加するための電磁石とから構成されている。なお、以下の特許文献１や２には従来のファラデー回転子の構成や動作などについて記載されている。また、特許文献３には、ファラデー回転子を用いた従来の光アッテネータ、およびその光アッテネータの特性を向上させるための技術などについて記載されている。

特開平９－２３６７８４号公報特開平６－５１２５５号公報特開２０００－２４９９９７号公報

　光通信装置や光デバイスには、その設置スペースを削減するために、小型化が要求されている。このような要求に対しては、光デバイスや光通信装置自体の小型化とともに、複数の装置やデバイスを一体化することが考えられる。すなわち、光通信の伝送路において、光通信装置の前段や後段には、各種光デバイスが接続されているので、光デバイスを光通信装置と一体化すれば、光通信網内における光デバイスの設置スペースを削減することができる。しかしながら、光デバイスは、一般的に、光学部品（複屈折素子、ファラデー素子など）を収納したケースの両端に光ファイバコリメータが連結されて、短い光ファイバが前後方向に導出されている、所謂「ピグテイル型」になっている。そして、このピグテイル型の光デバイスの光ファイバは、普通、光通信網を構成する光ファイバと融着などの方法によって接続されている。したがって光通信装置に光デバイスを内蔵させようとすると、光デバイスに接続されている光ファイバを引き回すスペースが必要となる。光通信装置内にその引き回しスペースを確保しようとすれば、自ずと光通信装置のサイズが大きくなる。

　そこで、光デバイスをフリースペース型にすることが考えられる。すなわち、光通信装置内における光信号の伝送路を光ファイバではなく、空間を伝搬するコリメート光（ビーム）とするとともに、光通信装置内のビームの進路上に光デバイスを構成する光学部品を設置するのである。このフリースペース型光デバイスでは、光ファイバが不要であるため、その光ファイバの取り回しスペースを削減することができる。また、光ファイバの融着箇所にて発生していた損失が原理的に無くなるため、光信号の伝搬効率が向上するという利点もある。

　このようにフリースペース型光デバイスは、光通信網における光デバイスの設置スペースを無くすことができる。しかしながら、その光デバイスを収納する光通信装置に対しても小型化が要求されており、とくに、ファラデー回転子を備えた光デバイスについては、光通信装置内に設置することが難しくなってきている。具体的には、光路に沿う直線方向のサイズについては、光ファイバの引き回しに要していた分のサイズを削減することができるものの、ファラデー回転子には、ファラデー素子を磁気飽和させるためのバイアス磁界を印加する永久磁石と、可変磁界を発生させてファラデー回転角を制御するための電磁石が付帯している。そのため、磁界の印加方向である光路に対して直交する方向のサイズを小さくすることが難しい。もちろん、小型化とともに、光デバイスとしての性能も維持することが必要となる。

　そこで本発明は、ファラデー回転子を備えた光デバイスにおいて、性能を低下させることなく小型化を達成することを主な目的としている。

　上記目的を達成するための本発明は、ファラデー回転子を備えた光デバイスであって、
　前記ファラデー回転子は、磁気光学材料から構成されるファラデー素子と二つの永久磁石と電磁石とを備え、
　光の進行方向を前後方向として、前記ファラデー素子は、前後に前記光の入出射面を有するとともに、左右に互いに平行な面を有し、
　前記二つの永久磁石は、平板板状で、異なる磁極同士が対面するように前記ファラデー素子の左右のそれぞれの側面に取り付けられて、当該ファラデー素子に対して左右一方向に永久磁界を印加し、
　前記永久磁石が取り付けられた状態の前記ファラデー素子を前後方向の全長に亘って保持する軸部を備え、
　前記電磁石は、前後方向を軸として前記軸部の周囲に導線が巻回されてなるコイルを含んで構成されて、前記ファラデー素子に対して前後方向の可変磁界を印加する、
　ことを特徴とする光デバイスとしている。

　前記ファラデー素子は、磁気光学材料からなる磁気光学結晶膜が前後方向に偶数枚積層されてなるとともに、前後で隣接し合う前記磁気光学結晶膜は、結晶面が互いに１８０°となる光デバイスとすればより好ましい。

　前記コイルの前端側に中空円筒状の永久磁石からなる円筒磁石が同軸となるように接続され、
　磁気光学材料から構成されて前後に光の入出射面を有する補償膜が前記円筒磁石の内側に配置され、
　前記円筒磁石の中空筒内に発生する前後方向の磁界によって得られる前記補償膜のファラデー回転角と、当該円筒磁石の後方への漏洩磁界によって得られる前記ファラデー素子のファラデー回転角との和が９０°であり、
　前記電磁石による可変磁界の方向は、前記漏洩磁石を打ち消す方向である、
　ことを特徴とする光デバイスとすることもできる。さらに、前記補償膜と前記ファラデー素子との間に前後が開口する枠状のスペーサが介在している光デバイスとしてもよい。　　　

　上記いずれかに記載の光デバイスは、前記軸部の前端および後端が、前記コイルの前端および後端よりも前方および後方に突出し、当該軸部の突出した部位を下方から下支えして前記コイルの軸を水平に維持する支持台を備えていてもよい。

　なお前記軸部は中空円筒状であってもよいし、下方の底面と左右の側面とを有して前後方向の断面形状が下方を底部としたコの字型であってもよい。あるいは、前記軸部は、下方を底面として上方が開放する箱状であり、前面と後面に前記ファラデー素子の前記光の入出射面を露出させるための開口が形成されていてもよい。また前記軸部は、左右に対面する平板状で、前記永久磁石が取り付けられた状態の前記ファラデー素子を左右から挟持するように構成されていてもよい。

　本発明の光デバイスによれば、性能を維持しつつ小型化を達成している。それによって、フリースペース型として光通信に関わる各種装置に内蔵させることで、光通信網から光デバイスの設置スペースを削減することができる。

本発明の第１の実施例に係る光デバイスを示す図である。本発明の第１の実施例に係る光デバイスを示す図である。本発明の第１の実施例に係る光デバイスを示す図である。上記第１の実施例に係る光デバイスのサイズを示す図である。本発明の第２の実施例に係る光デバイスを示す図である。本発明の第２の実施例に係る光デバイスを示す図である。本発明の第２の実施例に係る光デバイスを示す図である。上記第２の実施例に係る光デバイスの動作を説明するための図である。上記第２の実施例に係る光デバイスの特性を示す図である。上記第２の実施例に係る光デバイスの特性を示す図である。本発明の第３の実施例に係る光デバイスを示す図である。本発明の第３の実施例に係る光デバイスを示す図である。本発明の第３の実施例に係る光デバイスを示す図である。上記第３の実施例に係る光デバイスの変形例を示す図である。上記第３の実施例に係る光デバイスの変形例を示す図である。上記第３の実施例に係る光デバイスのその他の変形例を示す図である。上記第３の実施例に係る光デバイスのその他の変形例を示す図である。上記第１～第３の実施例、および第３の実施例の変形例に係る光デバイスのサイズを比較するための図である。上記第１～第３の実施例、および第３の実施例の変形例に係る光デバイスのサイズを比較するための図である。上記第１～第３の実施例、および第３の実施例の変形例に係る光デバイスのサイズを比較するための図である。本発明のその他の実施例に係る光デバイスを示す図である。

　関連出願の相互参照
　この出願は、２０１３年８月９日に出願された日本特許出願、特願２０１３－１６５９６５に基づく優先権を主張し、その内容を援用する。

　本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一又は類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。
＝＝＝第１の実施例＝＝＝
　図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに本発明の第１の実施例に係る光デバイス１ａの構造を示した。図１Ａは当該光デバイス１ａの外観を示す斜視図であり、図１Ｂは光デバイス１ａの内部構造を示すための一部破断斜視図である。図１Ｃは光デバイス１ａを構成する光学素子３０ａを示す斜視図である。なお、以下では、光デバイス１ａにおける各部位の相対的な位置関係を明確にするために、当該光デバイス１ａを通過する光の進行方向に沿って前後方向を規定した上で、図中に示したように前後左右上下の各方向を規定することとする。したがって、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは、光デバイス１ａを右上前方から見たときの斜視図となる。

　まず、図１Ａに示したように、光デバイス１ａは、前後方向に円筒軸を有する中空円筒状の樹脂からなる軸部１０と、軸部１０の外周に同軸に配置された中空円筒状のコイル部２０と、軸部１０の中空円筒内に保持された光学素子３０ａとから構成されている。光学素子３０ａは、前後にビームの入出射面を備えた複数の光学部品（３１～３３）を主体として構成されている。そして、軸部１０の前後いずれかの端面（１１、１２）の開口から入力されたビームが光学素子３０ａを構成する各光学部品（３１～３３）を透過して他方の端面（１２、１１）の開口から出力するように構成されている。

　図１Ｂは軸部１０とコイル部２０を左方から見たときの断面図（以下、縦断面図とも言う）であり、当該図１Ｂに示したように、コイル部２０の実体は軸部１０を軸として導線２１が巻回されたコイルであり、コイル部２０は、そのコイルの表面を絶縁テープ２２で覆ったものである。また軸部１０の内部に収納されている光学素子３０ａは、光学部品として、ファラデー回転子を構成する磁気光学材料からなるファラデー素子３１と、ルチル単結晶などからなる複屈折素子（３２、３３）を含むとともに、ファラデー素子３１に永久磁界を印加するための永久磁石３５を含んで構成されている。

　光学素子３０ａにおける各光学部品（３１～３３）は、前後方向から見たときの平面形状が左右上下方向に各辺を有する正方形である。光学素子３０ａは、その各光学部品（３１～３３）を前後方向に積層したものである。具体的には、図１Ｃに示したように、前端と後端に複屈折素子（３２、３３）が配置され、その前後の複屈折素子（３２、３３）の間に角柱状のファラデー素子３１が配置されている。前後の複屈折素子（３２、３３）は、実質的に同じものであり、前後一方の端面が前後方向を法線とする平坦面で、他方の面が斜面となっている、所謂「楔形複屈折素子」である。この前後二つの複屈折素子（３２、３３）は、互いに対向する内側の面が平坦面で、外側に向かう面が斜面となっている。また、前後二つの複屈折素子（３２、３３）は、双方の斜面の方向が互いに反対となるように、前後方向を軸として１８０゜回転させた配置関係となっている。

　ファラデー素子３１は、平板状の磁気光学結晶膜３４を前後方向に偶数枚積層させて前後方向を軸とした角柱状に成形したものである。ファラデー素子３１の左右のそれぞれの側面には、異なる磁極同士が対面するように平板状の永久磁石３５が接着剤などを用いて取り付けられている。そして、ファラデー素子３１と永久磁石３５とコイル部２０とによってファラデー回転子が構成される。ファラデー素子３１には、永久磁石３５によって左右に一方向のバイアス磁界が印加されるともに、コイル部２０によって前後方向に向かう可変磁界が印加される。

　なお、ファラデー素子３１において前後で隣り合う磁気光学結晶膜３４は、結晶方位が互いに反対方向を向くように積層されている。それによって、薄い板状の永久磁石３５で強大な永久磁界を発生させることができなくても、各磁気光学結晶膜３４を磁気飽和に近い状態にさせることができる。また、個々の磁気光学結晶膜３４が完全に磁気飽和されていなくてもても、前後の磁気光学結晶膜３４によって磁気光学特性が相殺され、ファラデー素子３１全体としては、実質的に磁気飽和された状態となる。もちろん、強大な磁界を発生できる板状の永久磁石やヴェルデ常数が極めて大きな磁気光学物質があれば、磁気光学結晶部を一体的な角柱状の磁気光学物質で構成することも可能である。なお、第１の実施例に係る光デバイス１ａは、光アッテネータとして動作し、光学部品（３１～３３）の配置、および基本的な動作、光デバイス１ａを前後に透過するビームの光路などについては、特許文献１～３などに記載されている従来の光アッテネータと同様である。しかし第１の実施例に係る光デバイス１ａでは、可変磁界を発生するコイル部２０の内部に磁気光学結晶膜３４からなる角柱状のファラデー素子３１とバイアス磁界を印加するための平板状の永久磁石３５とが配置された構造に特徴を有し、この特徴により、光デバイス１ａを光通信装置内に設置するときに特に問題となる上下左右方向のサイズを、実質的にコイル部２０の外径にまで縮小することができる。

　図２に、実際に作製した第１の実施例に係る光デバイス１ａを前方から見たときの各部位のサイズを示した。光学素子３０ａを構成する光学部品（３１～３３）は、前後方向から見たときの平面形状が一辺の長さａ＝１ｍｍの正方形である。ファラデー素子３１の左右に取り付けられている永久磁石は薄板状（例えば、厚さ１０μｍ）で、軸部１０の内周φ１は、光学素子３０ａの外周と接する大きさとなっている。軸部１０の外径φ２は２．０２ｍｍで、その軸部１０の外周に導線が厚さｔ＝１ｍｍとなるように巻回されてコイル部２０が形成されている。したがって、光デバイス１ａは、総体的に外径φ３が約４．０２ｍｍの極めて細い円筒状となっており、小型化が進む各種光通信装置の内部にもフリースペース型として設置することができるようになっている。
＝＝＝第２の実施例＝＝＝
　第１の実施例に係る光デバイス１ａは、最も基本的な構成を備えた実施例であった。しかし、光デバイスは、光通信装置に組み込まれる際の態様、求められる性能などに応じ、基本の構成に幾つかの光学部品を付加した実施形態もある。そこで、第２の実施例に係る光デバイスとして、基本構成に数点の光学部品を付加した光デバイスを挙げる。

　図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは第２の実施例に係る光デバイス１ｂの構造図である。図３Ａは当該光デバイス１ｂの外観を示す斜視図であり、図３Ｂは光デバイス１ｂの一部破断斜視図である。図３Ｃは光デバイス１ｂを構成する光学素子３０ｂを示す斜視図である。この第２の実施例においても第１の実施例と同様に光デバイス１ｂにおける前後上下左右の各方向を規定している。第２の実施例に係る光デバイス１ｂは、ファラデー回転子（２０、３１、３５）におけるファラデー回転角の波長依存性や温度依存性を補償するための構成（以下、補償部とも言う）を備えた光アッテネータである。そしてこの光デバイス１ｂは、図３Ａに示したように、コイル部２０の前方に中空円筒状のフェライト系永久磁石（以下、円筒磁石とも言う）４０が連結された外観形状を有している。また、図３Ｂに示したようにコイル部２０は、第１の実施例と同様に中空円筒状の軸部１０の周囲に導線２１が巻回されてなるコイルの表面に絶縁テープ２２を被装したものであり、円筒磁石４０と軸部１０は同軸に配置されているともに、双方の中空部は同じ内径を有し、コイル部２０と円筒磁石４０が連結された状態では、双方の中空部が連続的な一つの中空円筒を形成する。そして、その中空円筒部分に光学素子３０ｂが収納されている。

　光学素子３０ｂは、図３Ｃに示したように、光学部品として、前方から後方に向かって、偏光子として機能する楔型複屈折素子３２、磁気光学結晶膜からなる補償膜３７、ファラデー素子３１、検光子として機能する楔形複屈折素子３３、および位相差を補償するための厚板状の板複屈折素子３６の順で配置された構造を有している。

　ここで光学素子３０ｂや各光学部品（３１～３３、３６、３７）についてより詳しく説明すると、ファラデー素子３１は、第１の実施例と同様に偶数枚の磁気光学結晶膜３４を前後方向に積層して角柱状に形成したものであり、その左右側面には平板状の永久磁石３５が取り付けられている。すなわち、第２の実施例における光学素子３０ｂは、第１の実施例における光学素子３０ａに対し、前方の複屈折素子３２とファラデー素子３１との間に、磁気光学結晶からなる補償膜３７が挿入されている点が異なっている。また、第２の実施例に示した光デバイス１ｂは偏波無依存型であり、偏光子と検光子に複屈折素子（３２、３３）を使用していることから、光学素子３０ｂに入射したビームは、常光と異常光に対応する互いに直交する二つの直線偏光としてこの光学素子３０ｂ内を通過することになる。周知のごとく、常光と異常光との間には位相差に起因する偏波モード分散（ＰＭＤ）が生じる。そこで、第２の実施例では、後方の複屈折素子３３のさらに後方に位相差板として機能する厚板状の複屈折素子（以下、位相子とも言う）３６が追加されている。なお、光学部品ではないが、補償膜３７とファラデー素子３１との間に前後に開口する矩形枠状のスペーサ３８が挿入されている。

　上記構成の光学素子３０ｂにおいて、補償膜３７は、円筒磁石４０内に配置され、この円筒磁石４０と補償膜３７とによって補償部が構成される。補償膜３７は、前方から入射した直線偏光を、円筒磁石４０による前後方向の永久磁界に応じた角度だけ回転させた上で後方に出射する。この回転角は、ファラデー素子３１におけるファラデー回転角の波長依存温度依存性に応じて設定されている。なお、光アッテネータにおける補償膜３７による波長依存性、あるいは温度依存性に対する補償原理などについては上記特許文献３などに記載されている。

　上述したように、第２の実施例に係る光デバイス１ｂにおいて、光学素子３０ｂを構成する光学部品（３１～３３、３６、３７）の種類、数、配置などは従来のピグテイル型のものと同等である。しかし、第２の実施例に係る光デバイス１ｂでは、第１の実施例に係る光デバイス１ａの概念を、補償部を備えた光デバイスに拡張したときの構成や構造、およびその構成や構造に適した可変磁界の印加方法などに特徴を有し、その特徴により、ファラデー回転子における波長および温度に対する依存性を確実に解消しつつダウンサイジングを達成している。

　第２の実施例に係る光デバイス１ｂは、ファラデー回転子の外観形状が実質的に円筒状のコイル部２０に一致し、補償部の外観形状も円筒磁石４０の外観と一致して円筒状である。光デバイス１ｂ全体では、それら円筒状のコイル部２０と円筒磁石４０を前後に連結させた外観形状となっている。そのため、第１の実施例と比較すれば、円筒磁石４０と位相子３６を追加した分だけ前後方向のサイズが大きくなるものの、光学素子３０ｂを構成する光学部品（３１～３３、３６、３７）の配列はピグテイル型と同じであり、光学素子３０ｂの前後方向のサイズは大きくなったわけではない。すなわち、光学素子の前後両端に光ファイバコリメータとそれに続く光ファイバを備えたピグテイル型の光デバイスに対しては遙かに小型化されている。もちろん、上下左右方向のサイズについては、第１の実施例と同様に、円筒状のコイル部２０の外径となる。

　ところで、第２の実施例に係る光デバイス１ｂでは、補償膜３７を円筒磁石４０内の前後中央位置に正しく配置して前後均等に永久磁界を印加させる必要がある。そのため、自ずと、補償膜３７とファラデー素子３１は、互いに離間して配置されることになる。この例では、１～１．２ｍｍの間隔が必要となる。補償膜３７は円筒磁石４０の内面に固定するだけでもよいが、この例では、補償膜３７とファラデー素子３１との間に矩形枠状のスペーサ３８を挿入し、補償膜３７が正しい前後位置に配置されるようにしている。また、枠状のスペーサ３８の前と後のそれぞれの縁端面に補償膜３７とファラデー素子３１を接着する際に接着剤が流れ出たとしても、その接着剤がスペーサ３８の枠の内面に付着するため流出した接着剤によって光路が塞がれることがない。

　また、この光デバイス１ｂでは、円筒磁石４０と可変磁界を発生させるコイル部２０が前後方向で密着した状態で配置されており、ファラデー素子３１には、前後方向の磁界として、自身ファラデー回転角を制御するためのコイル部２０による可変磁界と、補償膜３７に所定のファラデー回転角を与えるための円筒磁石４０による永久磁界とが印加される。そのため、円筒磁石４０による永久磁界による磁束の一部がコイル部２０内に漏れ磁束として流入する。そこで、第２の実施例では、この円筒磁石４０とコイル部２０との接続構造を考慮して補償部におけるファラデー回転角を設定している。

　図４に補償膜３７におけるファラデー回転角の設定方法を説明するための図を示した。図４では円筒磁石４０とコイル部２０が発生する磁界の状態を右方から見たときの断面図として示している。なお、ここでは円筒磁石４０の前端をＳ極、後端をＮ極としたときの例を示した。図４に示したように、円筒磁石４０による前後方向の磁界（Ｍ１、Ｍ２）は、当該円筒磁石４０内にて補償膜３７を後方から前方に通過する磁界Ｍ１と、円筒磁石４０の後端から後方に向かってコイル部２０内へ侵入する漏れ磁界Ｍ２とがある。ファラデー素子３１はこの漏れ磁界Ｍ２によってもファラデー回転角を生じさせるため、漏れ磁界Ｍ２によって発生するファラデー回転角と補償膜３７におけるファラデー回転角の合計が９０°となるように設定されている。コイル部２０には円筒磁石４０からの漏れ磁界を打ち消す方向に可変磁界Ｍ３を発生させる。この例では、可変磁界Ｍ３は、後方から前方に向かう方向となる。それによって、ファラデー素子３１の温度係数と波長係数が補償部の温度係数と波長係数によって相殺される。そしてファラデー素子３１は、可変磁界Ｍ３が印加されると、当初のファラデー回転角９０°から角度を減少させていき、ファラデー回転角が０°になったときに減衰量が最大となる。図５Ａ、図５Ｂに、第２の実施例に係る光デバイス１ｂにおける波長依存特性と温度依存特性を示した。図５Ａは、波長依存特性を示す図であり、室温（２５℃）における１５３０ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５６５ｎｍの各波長の光について、コイル部２０の導線２１に流れる電流と減衰率との関係をグラフ１００にして示している。このグラフ１００に示したように、全ての波長においてほぼ同一の特性が得られており、補償部によってファラデー素子３１の波長依存性が解消されていることが確認できた。また図５Ｂには、温度依存特性のグラフ１０１を示した。このグラフ１０１では、－５℃、２５℃、７０℃の各温度におけるコイルに流れる電流と減衰率との関係、および各電流値における減衰率の最大値と最小値との差（温度依存損失：ＴＤＬ）が示されている。このグラフ１０１に示したように、どの温度でもほぼ同様の特性が得られ、ＴＤＬは最大でも５ｄＢ未満であり、補償部によってファラデー素子３１における温度依存性も解消されていることが確認できた。
＝＝＝第３の実施例＝＝＝
　上記第１および第２の実施例では、円筒形の軸部１０の内部にファラデー素子３１を配置した構成で、光デバイス（１ａ、１ｂ）の外観形状は前後方向を軸とした円筒形であった。一方、光学素子（３０ａ、３０ｂ）は概して角柱状である。そのため、軸部１０の内面と光学素子（３０ａ、３０ｂ）の外面との間に空隙が生じていた。したがって、この空隙をなくすことができれば光デバイスをさらに小型化することができる。また、外見形状が円筒形であるため、光デバイス（１ａ、１ｂ）を平坦面に「置く」ことができない。そこで第３の実施例として、さらなる小型化を達成しつつ、設置が容易な光デバイスを挙げる。

　図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは第３の実施例に係る光デバイス１ｃの構造を示す図である。図６Ａは当該光デバイス１ｃの外観を示す斜視図であり、図６Ｂは光学素子３０ａと軸部１０ｃを示す斜視図である。図６Ｃは光デバイス１ｃからコイル部２０を除いた状態を示す斜視図である。なお、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示した光デバイス１ｃにおいても第１および第２の実施例と同様にして前後上下左右の各方向を規定している。図６Ａに示したように、第３の実施例に係る光デバイス１ｃは、コイル部２０ｃが中空の角柱状となっている。軸部１０ｃは図６Ｂに詳しく示したように、前方から見たときの形状が下方を底部として上方が開放するコの字型となっている。そして、左右の側面に永久磁石３５が取り付けられた状態のファラデー素子３１が、軸部１０ｃの底面１３と左右側面１４に接するように、この軸部１０ｃの内側に配置されている。したがって、この光デバイス１ｃを前方から見ると、光学素子３０ｃの外面と軸部１０ｃの内面との間が隙間無く接した状態となる。そして、軸部１０ｃの周りには導線が巻回されて中空角筒状のコイル部２０ｃが形成され、ファラデー素子３１と永久磁石３５とコイル部２０とからなるファラデー回転子が一体的な角柱状に形成される。なおこの例では、図６Ｃに示したように、ファラデー素子３１の上面３９とコイル部２０の導線とが直接接しないように、ファラデー素子３１の上面３９から軸部１０ｃの外周に亘る領域を絶縁テープ１５で覆っている。このように第３の実施例に係る光デバイス１ｃでは、コの字型の軸部１０ｃの内側にファラデー素子３１が隙間無く接した状態で配置されており、第１の実施例に係る光デバイス１ａよりさらなる小型化が達成できる。また、コイル部２０ｃが角柱状であり平坦面に直接置いた際に安定性が高く、光通信装置内への設置が容易となる。
＜変形例＞
　第３の実施例には、軸部の形状が異なるいくつかの変形例が考えられる。図７Ａ、図７Ｂに第２の実施例に係る光デバイス１ｂのように補償膜３７を備えた光デバイス１ｄに対応する変形例を示した。図７Ａはその外観を示す斜視図であり、図７Ｂは、その光デバイス１ｄにおける軸部１０ｄと光学素子３０ｄを示す斜視図である。光デバイス１ｄは、図７Ａに示したように、角柱状のコイル部の前方に円筒磁石を接続し、図７Ｂに示したように、軸部１０ｄを上方が開放しつつ前後に光路を通す孔１６が形成された箱形としている。そして、光学素子３０ｄの後端にある位相子３６からファラデー素子３１までの光学部品をその箱形の軸部１０ｄ内に配置し、ファラデー素子３１より前にある光学部品（３２、３７）やスペーサ３８を箱形の軸部１０ｄの前方に配置している。また図８Ａ、図８Ｂに第３の実施例のその他の変形例を示した。図８Ａは軸部１０ｅとその軸部１０ｅの内側に配置される光学素子３０ａを示す図であり、図８Ｂは当該その他の変形例に係る光デバイス１ｅの外観を示す図である。図８Ａに示したように、軸部１０ｅを対面する二枚の板状とし、その板状の軸部１０ｅがファラデー素子３１を左右から挟持している。光学素子３０ａの構成は第１の実施例と同様である。そして図８Ｂに示したように、この軸部１０ｅを備えた光デバイス１ｅは、軸部１０ｅに底面が無いので上下方向のサイズをさらに小さくすることができる。

　上記各実施例に係る光デバイス（１ａ～１ｅ）のサイズを比較するために、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃにこれらの光デバイス（１ａ～１ｅ）を前方から見たときのコイル部の断面を示した。図９Ａは第１または第２の実施例に係る光デバイス（１ａ、１ｂ）のサイズを示しており、図９Ｂは図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示した第２の実施例に係る光デバイス１ｃまたは図７Ａ、図７Ｂに示した光デバイス１ｄのサイズを示している。また図９Ｃは、図８Ａ、図８Ｂに示した光デバイス１ｅのサイズを示している。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃに示したように、全ての光デバイス（１ａ～１ｅ）において、軸部の肉厚ｔ１とコイル部の厚さｔ２を同じにした場合、図示したように、断面がコの字型の軸部（１０ｃ、１０ｄ）を備えた光デバイス（１０ｃ、１０ｄ）や、対面する二枚の板状の軸部１０ｅを備えた光デバイス１ｅでは、中空円筒形の軸部１０を備えた光デバイス（１ａ、１ｂ）に対して上下左右のサイズを小さくすることができる。また、対面する二枚の板状の軸部１０ｅを備えた光デバイス１ｅでは、コの字型の軸部（１０ｃ、１０ｄ）を備えた光デバイス（１ｃ、１ｄ）に対し、上下方向のサイズをさらに小さくすることができる（ａ１＞ａ２＝ａ３、ｂ１＞ｂ２＞ｂ３）。

　表１に実際に作製した各実施例に係る光デバイス（１ａ～１ｅ）の各部位のサイズを示した。

　断面がコの字型あるいは板状の軸部（１０ｃ～１０ｅ）を備えた光デバイス（１ｃ～１ｅ）に対し、中空円筒状の軸部１０を備えた光デバイス（１ａ、および１ｂ）では、左右方向のサイズがともに約９０％となり、上下方向のサイズについてはそれぞれ約８２％および約７５％となった。
＝＝＝その他の実施例＝＝＝
　上記各実施例に係る光デバイス（１ａ～１ｅ）は光アッテネータとして機能するものであったが、もちろんファラデー回転子を備えていれば光デバイスの機能はどのようなものでもよい。したがって、複屈折素子の形状は楔型に限らず、側面形状が平行四辺形などであってもよい、また、偏波依存型の光デバイスであれば、前方の複屈折素子３２が不要となり、後方の複屈折素子３３をポーラコアなどの偏光板に変更すればよい。

　上記各実施例に係る光デバイス（１ａ～１ｅ）は、光通信装置に内蔵されることを前提としており、その光通信装置内を伝搬するビームが角柱状のファラデー素子３１の中心軸に沿って進行するように設置される。しかし、光デバイス（１ａ～１ｅ）の上下方向を高さ方向とすると、各実施例に係る光デバイス（１ａ～１ｅ）が極めて小さいため、光デバイス（１ａ～１ｅ）の最下点からビームまでの高さが光デバイス（１ａ～１ｅ）に対して高過ぎる場合もあり得る。そこで、図１０に示した光デバイス１ｆのように、軸部１０ｆをコイル部２０ｆに対して前後に突出させ、その突出した部分を下支えする支持台５０を設け、光学素子３０ａの高さ位置を調整してもよい。この図１０に示した例では、第２の実施例に係る光デバイス１ｃに対応してコの字型の軸部１０ｆをコイル部２０ｆに対して前後に突出させている。支持台５０は左右方向からの形状が上方に開放するコの字型で、前端面５１と後端面５２に軸部１０ｆの下方と側方に当接する形状の矩形の切欠部５３が形成されている。もちろん、第１の実施例に係る光デバイス１ａと同様に中空円筒状の軸部１０であっても、支持台の前端面と後端面に半円形の切欠部を設ければ、その円筒形の軸部１０を下支えすることができる。

　上記各実施例に係る光デバイスはフリースペース型として各種光通信装置内に設置することを想定しているが、光ファイバコリメータを備えた一体的なケース内に収納することでピグテイル型に対応させることもできる。

　なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

　この発明は、例えば、光通信技術に利用可能である。

１ａ～１ｆ　光デバイス、１０，１０ｃ～１０ｆ　軸部、
２０，２０ｃ～２０ｆ　コイル部、３０ａ，３０ｂ，３０ｄ　光学素子、
３１　ファラデー素子、３２，３３　複屈折素子（偏光子または検光子）、
３４　磁気光学結晶膜、３５　板状の永久磁石、３６　複屈折素子（位相子）、
３７　補償膜、３８　スペーサ、４０　円筒形永久磁石、５０　支持台

Claims

　ファラデー回転子を備えた光デバイスであって、
　前記ファラデー回転子は、磁気光学材料から構成されるファラデー素子と二つの永久磁石と電磁石とを備え、
　光の進行方向を前後方向として、前記ファラデー素子は、前後に前記光の入出射面を有するとともに、左右に互いに平行な面を有し、
　前記二つの永久磁石は、平板板状で、異なる磁極同士が対面するように前記ファラデー素子の左右のそれぞれの側面に取り付けられて、当該ファラデー素子に対して左右一方向に永久磁界を印加し、
　前記永久磁石が取り付けられた状態の前記ファラデー素子を前後方向の全長に亘って保持する軸部を備え、
　前記電磁石は、前後方向を軸として前記軸部の周囲に導線が巻回されてなるコイルを含んで構成されて、前記ファラデー素子に対して前後方向の可変磁界を印加する、
　ことを特徴とする光デバイス。
　前記ファラデー素子は、磁気光学材料からなる磁気光学結晶膜が前後方向に偶数枚積層されてなるとともに、前後で隣接し合う前記磁気光学結晶膜は、結晶面が互いに１８０°となることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
　前記コイルの前端側に中空円筒状の永久磁石からなる円筒磁石が同軸となるように接続され、
　磁気光学材料から構成されて前後に光の入出射面を有する補償膜が前記円筒磁石の内側に配置され、
　前記円筒磁石の中空筒内に発生する前後方向の磁界によって得られる前記補償膜のファラデー回転角と、当該円筒磁石の後方への漏洩磁界によって得られる前記ファラデー素子のファラデー回転角との和が９０°であり、
　前記電磁石による可変磁界の方向は、前記漏洩磁石を打ち消す方向である、
　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光デバイス。
　前記補償膜と前記ファラデー素子との間に前後が開口する枠状のスペーサが介在していることを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
　前記軸部の前端および後端は、前記コイルの前端および後端よりも前方および後方に突出し、当該軸部の突出した部位を下方から下支えして前記コイルの軸を水平に維持する支持台を備えたことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光デバイス。
　前記軸部は中空円筒状であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光デバイス。
　前記軸部は、下方に底面と左右の側面とを有して前後方向の断面形状が下方を底部としたコの字型であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光デバイス。
　前記軸部は、下方を底面として上方が開放する箱状であり、前面と後面に前記ファラデー素子の前記光の入出射面を露出させるための開口が形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光デバイス。
　前記軸部は、左右に対面する平板状で、前記永久磁石が取り付けられた状態の前記ファラデー素子を左右から挟持することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光デバイス。