WO2019239696A1 - ファラデー回転子及び磁気光学素子 - Google Patents

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WO2019239696A1
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faraday
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optical
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太志 鈴木
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日本電気硝子株式会社
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    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining

Definitions

  • the present invention relates to a Faraday rotator and a magneto-optical element.
  • An optical isolator is a magneto-optical element that propagates light only in one direction and blocks light reflected and returned.
  • Optical isolators are used in laser oscillators used in optical communication systems, laser processing systems, and the like.
  • the wavelength range used in the optical communication system is mainly 1300 nm to 1700 nm, and rare earth iron garnet has been used for the Faraday element of the Faraday rotator in the optical isolator.
  • the wavelength used for laser processing or the like is shorter than the optical communication band and is mainly around 1000 nm.
  • the rare earth iron garnet cannot be used because of its large light absorption. Therefore, a Faraday element made of a paramagnetic crystal is generally used, and terbium gallium garnet (TGG) is widely known.
  • the rotation angle ( ⁇ ) by Faraday rotation needs to be 45 °.
  • This Faraday rotation angle has a relationship of the following formula (1) with the length (L) of the Faraday element, the Verde constant (V), the magnetic flux density parallel to the optical axis (H).
  • the Verde constant is a property that depends on the material. Therefore, in order to adjust the Faraday rotation angle, it is necessary to change the length of the Faraday element and the magnetic flux density parallel to the optical axis applied to the Faraday element. In particular, in recent years, there has been a demand for miniaturization of devices, so that the magnetic flux density applied to the Faraday rotator can be improved by changing the structure of the magnet rather than adjusting the size of the Faraday element or magnet. ing.
  • Patent Document 1 discloses a Faraday rotator including a magnetic circuit constituted by first to third magnets and a Faraday element.
  • the first magnet is magnetized in a direction perpendicular to the optical axis and toward the optical axis.
  • the second magnet is magnetized in a direction perpendicular to the optical axis and away from the optical axis.
  • a third magnet is disposed between them.
  • the third magnet is magnetized in a direction parallel to the optical axis and in a direction from the second magnet toward the first magnet.
  • the region having the highest magnetic flux density is formed in the vicinity of the bonded portion between the first magnet and the third magnet and the bonded portion between the second magnet and the third magnet.
  • a magnetic flux density is large and a stable region is formed in an internal space having a length equivalent to that of the third magnet connecting the two regions.
  • region is used. This is because the length of the Faraday element is also important for obtaining a desired Faraday rotation angle because a paramagnetic crystal such as TGG has a small Verde constant.
  • the magnetic flux density applied to the Faraday element may be biased when the position of the Faraday element is shifted when the Faraday rotator is manufactured. As a result, the Faraday rotation angle varies significantly, and there is a problem that it is difficult to stably obtain a desired Faraday rotation angle.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a Faraday rotator and a magneto-optical element that can stably obtain a Faraday rotation angle of 45 °.
  • the Faraday rotator of the present invention includes a magnetic circuit having first to third magnet bodies each provided with a through-hole through which light passes, and a paramagnetic body that is disposed in the through-hole and transmits light.
  • the magnetic circuit has first to third magnet bodies arranged coaxially in this order in the front-rear direction, and the direction in which light passes through the through-hole of the magnetic circuit is the optical axis direction.
  • the first magnet body is magnetized in a direction perpendicular to the optical axis direction and the through hole side is an N pole, and the second magnet body is a direction parallel to the optical axis direction.
  • the first magnet body side is magnetized so as to have an N pole
  • the third magnet body is magnetized in a direction perpendicular to the optical axis direction and so that the through hole side is an S pole.
  • the length along the optical axis direction of the second magnet body is 0.5 times or more the length along the optical axis direction of the Faraday element.
  • the length along the optical axis direction of the first magnet body and the third magnet body characterized in that the shorter than the length along the optical axis direction of the second magnet body.
  • the second magnet body is relatively become longer. Therefore, the magnetic flux density is large and the stable region increases. Therefore, the position of the Faraday element is difficult to shift during assembly, and fluctuations in the Faraday rotation angle can be suppressed.
  • the paramagnetic material is preferably a glass material.
  • the glass material may contain at least one rare earth element selected from Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, and Tm. preferable. It is particularly preferable to contain Tb.
  • the glass material contains more than 40% of Tb 2 O 3 in terms of mol% of oxide, and the ratio of Tb 3+ to the total Tb is 55% or more in mol%. preferable. Since such a glass material has a Verde constant of 0.2 min / Oe ⁇ cm or more and is larger than the Verde constant (0.13 min / Oe ⁇ cm) of the conventional TGG, a smaller Faraday element is manufactured. It becomes easy.
  • the cross-sectional area of the through hole in the magnetic circuit is preferably 100 mm 2 or less.
  • the magnetic flux density tends to increase, so that it is easy to reduce the size.
  • the magneto-optical element of the present invention includes the Faraday rotator, a first optical component disposed at one end in the optical axis direction of the magnetic circuit of the Faraday rotator, and a second optical component disposed at the other end.
  • the light passing through the through hole of the magnetic circuit passes through the first optical component and the second optical component.
  • the first optical component and the second optical component may be polarizers.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the Faraday rotator of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of the first magnet body in the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the structure of the second magnet body in the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the structure of the third magnet body in the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the magneto-optical element of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the Faraday rotator of the present invention. Note that the letters N and S in FIG. 1 indicate magnetic poles. The same applies to other drawings to be described later.
  • the Faraday rotator 1 is a device used for magneto-optical elements such as optical isolators and optical circulators.
  • the Faraday rotator 1 includes a magnetic circuit 2 provided with a through hole 2a through which light passes, and a Faraday element 14 arranged in the through hole 2a.
  • the Faraday element 14 is made of a paramagnetic material that transmits light.
  • the magnetic circuit 2 includes a first magnet body 11, a second magnet body 12, and a third magnet body 13 each having a through hole.
  • the magnetic circuit 2 includes a first magnet body 11, a second magnet body 12, and a third magnet body 13 that are coaxially arranged in this order in the front-rear direction.
  • positioning coaxially means arrange
  • the through holes 2 a of the magnetic circuit 2 are configured by connecting the through holes of the first magnet body 11, the second magnet body 12, and the third magnet body 13.
  • the first magnet body 11 and the third magnet body 13 are magnetized in the direction perpendicular to the optical axis direction, and the magnetization directions are opposed to each other.
  • the first magnet body 11 is magnetized in a direction perpendicular to the optical axis direction so that the through hole side has an N pole.
  • the third magnet body 13 is magnetized in a direction perpendicular to the optical axis direction so that the through hole side is an S pole.
  • the second magnet body 12 is magnetized in a direction parallel to the optical axis direction so that the first magnet body 11 side has an N pole.
  • the light may be incident on the Faraday rotator 1 from the first magnet body 11 side or may be incident from the third magnet body 13 side.
  • the Faraday rotator 1 of the present invention is characterized by having the following configuration. 1) The length along the optical axis direction of the second magnet body 12 is 0.5 times or more than the length of the arranged Faraday element 14. 2) The length along the optical axis direction of the first magnet body 11 and the third magnet body 13 is shorter than the length along the optical axis direction of the second magnet body 12. In the following, the length along the optical axis direction may be simply referred to as the length.
  • the length of the second magnet body 12 is not less than 0.5 times the length of the Faraday element 14, preferably not less than 0.55 times, not less than 0.6 times, not less than 0.7 times. In particular, it is preferably 0.8 times or more.
  • the Faraday element 14 can be disposed in a region having a high magnetic flux density by setting the length of the second magnet body 12 to be equal to or larger than the Faraday element 14 and particularly equal to the length. Therefore, even if the position of the Faraday element 14 is shifted during assembly, fluctuations in the Faraday rotation angle can be suppressed.
  • the magnetic circuit 2 can be reduced in size. Specifically, it is preferably 1.5 times or less, preferably 1.3 times or less, and particularly preferably 1.2 times or less.
  • the Faraday rotation angle may be referred to as a rotation angle.
  • the first magnet body 11 and the third magnet body 13 are shorter than the second magnet body 12. Thereby, the entire magnetic circuit 2 can be shortened. Therefore, the Faraday rotator 1 and the magneto-optical element using the same can be further reduced in size.
  • the cross-sectional area of the through hole 2a of the magnetic circuit 2 is preferably 100 mm 2 or less. If the cross-sectional area of the through hole 2a is too large, a sufficient magnetic flux density cannot be obtained, and if it is too small, it is difficult to arrange the Faraday element 14 in the through hole 2a.
  • the cross-sectional area of the through hole 2a is preferably 3 mm 2 to 80 mm 2 , 4 mm 2 to 70 mm 2 , 5 mm 2 to 60 mm 2 , particularly preferably 7 mm 2 to 50 mm 2 .
  • the cross-sectional shape of the through hole 2a of the magnetic circuit 2 is not particularly limited, and may be a rectangle or a circle. A rectangle is preferable in terms of facilitating assembly, and a circle is preferable in terms of providing a uniform magnetic field.
  • the cross-sectional shape of the Faraday element 14 and the cross-sectional shape of the through-hole 2a of the magnetic circuit 2 do not necessarily match, but are preferably matched from the viewpoint of providing a uniform magnetic field.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of the first magnet body.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the structure of the second magnet body.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the structure of the third magnet body.
  • the first magnet body 11 shown in FIG. 2 is configured by combining four magnet pieces.
  • the number of magnet pieces constituting the first magnet body 11 is not limited to the above.
  • the first magnet body 11 may be configured by combining six or eight magnet pieces. By configuring the first magnet body 11 by combining a plurality of magnet pieces, the magnetic field can be effectively increased. But the 1st magnet body 11 may consist of a single magnet.
  • the second magnet body 12 shown in FIG. 3 is composed of a single magnet.
  • the second magnet body 12 may be configured by combining two or more magnet pieces.
  • the third magnet body 13 is configured by combining four magnet pieces in the same manner as the first magnet body 11.
  • the third magnet body 13 may be configured by combining six or eight magnet pieces, or may be a single magnet.
  • the first magnet body 11, the second magnet body 12, and the third magnet body 13 of the present invention are composed of permanent magnets.
  • a rare earth magnet is particularly preferable, and among them, a magnet mainly composed of samarium-cobalt (Sm—Co) and a magnet mainly composed of neodymium-iron-boron (Nd—Fe—B) are preferable. .
  • Paramagnetic material can be used for the Faraday element 14 of the present invention.
  • a glass material it is preferable to use a glass material.
  • Faraday elements made of glass keep a stable Verde constant and a high extinction ratio because there are few fluctuations in the Verde constant due to defects such as single crystal materials and the decrease in extinction ratio and the influence of stress from the adhesive is small be able to.
  • a paramagnetic material other than a glass material can be used.
  • the glass material used for the Faraday element 14 of the present invention contains at least one rare earth element selected from Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, and Tm. Is preferred. It is particularly preferable to contain Tb.
  • the glass material used for the Faraday element 14 of the present invention preferably contains more than 40% of Tb 2 O 3 in terms of mol% of oxide, more than 45%, more than 48%, more than 49%, especially 50%. % Or more is preferable.
  • Tb 2 O 3 a good Faraday effect can be easily obtained.
  • Tb exists in a trivalent or tetravalent state in glass, all of these are expressed as Tb 2 O 3 in this specification.
  • the ratio of Tb 3+ to the total Tb is preferably 55% or more in terms of mol%, and is 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, particularly 95% or more. It is preferable. If the ratio of Tb 3+ to the total Tb is too small, the light transmittance at wavelengths of 300 nm to 1100 nm tends to decrease.
  • the Faraday element 14 of the present invention can contain the following components.
  • “%” means “mol%” unless otherwise specified.
  • SiO 2 becomes a glass skeleton and is a component that widens the vitrification range. However, since it does not contribute to the improvement of the Verde constant, if the content is too large, it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of SiO 2 is preferably 0% to 50%, particularly 1% to 35%.
  • B 2 O 3 becomes a glass skeleton and is a component that widens the vitrification range.
  • the content of B 2 O 3 is preferably 0% to 50%, particularly 1% to 40%.
  • P 2 O 5 becomes a glass skeleton and is a component that widens the vitrification range.
  • the content of P 2 O 5 is preferably 0% to 50%, particularly 1% to 40%.
  • Al 2 O 3 is a component that enhances glass forming ability. However, since Al 2 O 3 does not contribute to the improvement of the Verde constant, if the content is too large, it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of Al 2 O 3 is preferably 0% to 50%, particularly preferably 0% to 30%.
  • La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , and Y 2 O 3 have an effect of stabilizing vitrification. However, when there is too much the content, it will become difficult to vitrify on the contrary. Therefore, the contents of La 2 O 3 , Gd 2 O 3 and Y 2 O 3 are each preferably 10% or less, particularly preferably 5% or less.
  • Dy 2 O 3 , Eu 2 O 3 and Ce 2 O 3 stabilize vitrification and contribute to the improvement of the Verde constant. However, when there is too much the content, it will become difficult to vitrify on the contrary. Therefore, the contents of Dy 2 O 3 , Eu 2 O 3 and Ce 2 O 3 are each preferably 15% or less, particularly preferably 10% or less. Note that Dy, Eu, and Ce present in the glass exist in a trivalent or tetravalent state, but in the present specification, all of these are expressed as Dy 2 O 3 , Eu 2 O 3 , and Ce 2 O 3 , respectively.
  • the content of these components is preferably 0% to 10%, particularly 0% to 5%.
  • GeO 2 is a component that enhances glass forming ability. However, since GeO 2 does not contribute to the improvement of the Verde constant, it is difficult to obtain a sufficient Faraday effect if its content is too large. Accordingly, the GeO 2 content is preferably 0% to 15%, 0% to 10%, particularly preferably 0% to 9%.
  • Ga 2 O 3 has the effect of increasing the glass forming ability and expanding the vitrification range. However, if the content is too large, devitrification tends to occur. Further, since the Ga 2 O 3 does not contribute to the improvement of the Verdet constant, when the content is too large, a sufficient Faraday effect difficult to obtain. Accordingly, the Ga 2 O 3 content is preferably 0% to 6%, particularly preferably 0% to 5%.
  • Fluorine has the effect of increasing the glass forming ability and expanding the vitrification range. However, if its content is too large, it volatilizes during melting and causes compositional changes, which may adversely affect vitrification. Moreover, it is easy to increase striae. Accordingly, the fluorine content (F 2 conversion) is preferably 0% to 10%, 0% to 7%, particularly preferably 0% to 5%.
  • Sb 2 O 3 can be added as a reducing agent.
  • the content is preferably 0.1% or less in order to avoid coloring or in consideration of environmental load.
  • the Faraday element 14 of the present invention exhibits good light transmission in the wavelength range of 300 nm to 1100 nm.
  • the transmittance at an optical path length of 1 mm at a wavelength of 1064 nm is preferably 60% or more, 70% or more, and particularly preferably 80% or more.
  • the transmittance at an optical path length of 1 mm at a wavelength of 633 nm is preferably 30% or more, 50% or more, 70% or more, and particularly preferably 80% or more.
  • the transmittance at an optical path length of 1 mm at a wavelength of 533 nm is preferably 30% or more, 50% or more, 70% or more, and particularly preferably 80% or more.
  • the cross-sectional shape of the Faraday element 14 of the present invention is not particularly limited, but is preferably circular in order to have a uniform Faraday effect.
  • the diameter of the Faraday element 14 is preferably 10 mm or less, preferably 8 mm or less, 5 mm or less, and particularly preferably 3.5 mm or less. If the diameter of the Faraday element 14 is too large, the Faraday element 14 cannot be disposed in the through hole 2 a of the magnetic circuit 2. Alternatively, it is necessary to enlarge the magnetic circuit 2 and it is difficult to reduce the size of the Faraday rotator 1.
  • the lower limit of the diameter of the Faraday element 14 is not particularly limited, but is practically 0.5 mm or more.
  • the length of the Faraday element 14 of the present invention is preferably 2 mm to 25 mm, 3 mm to 20 mm, 4 mm to 15 mm, 5 mm to 14 mm, 5.5 mm to 12 mm, particularly 6 mm to 11 mm. If the Faraday element 14 is too short, it is difficult to reduce the size of the Faraday rotator 1 because it is necessary to increase the magnetic field in order to obtain a rotation angle of 45 °, that is, to increase the magnetic circuit 2. On the other hand, if the Faraday element 14 is too long, it is necessary to lengthen the second magnet body 12, so that it is difficult to reduce the size of the Faraday rotator 1.
  • the Faraday rotator 1 of the present invention is preferably used at a wavelength of 350 nm to 1300 nm, particularly preferably in the range of 450 nm to 1200 nm, 500 nm to 1200 nm, 800 nm to 1100 nm, 900 nm to 1100 nm.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the magneto-optical element of the present invention.
  • the magneto-optical element 20 shown in FIG. 5 is an optical isolator.
  • the optical isolator is a device that blocks reflected return light of laser light.
  • the magneto-optical element 20 includes the Faraday rotator 1 shown in FIG. 1, the first optical component 25 disposed at one end in the optical axis direction of the magnetic circuit 2, and the second optical disposed at the other end. And a component 26.
  • the first optical component 25 and the second optical component 26 are polarizers in this embodiment.
  • the light transmission axis of the second optical component 26 is inclined 45 ° with respect to the light transmission axis of the first optical component 25.
  • the light incident on the magneto-optical element 20 passes through the first optical component 25, becomes linearly polarized light, and enters the Faraday element 14.
  • the incident light is rotated 45 ° by the Faraday element 14 and passes through the second optical component 26.
  • Part of the light that has passed through the second optical component 26 becomes reflected return light, and the polarization plane passes through the second optical component 26 at an angle of 45 °.
  • the reflected return light that has passed through the second optical component 26 is further rotated by 45 ° by the Faraday element 14.
  • the polarization plane of the reflected return light becomes a 90 ° orthogonal polarization plane with respect to the light transmission axis of the first optical component 25. Therefore, the reflected return light cannot be transmitted through the first optical component 25 and is blocked.
  • the magneto-optical element 20 of the present invention has the Faraday rotator 1 of the present invention shown in FIG. 1, a 45 ° Faraday rotation angle can be stably obtained and the size can be reduced.
  • the magneto-optical element 20 shown in FIG. 5 is an optical isolator
  • the magneto-optical element 20 may be an optical circulator.
  • the first optical component 25 and the second optical component 26 may be a wave plate or a beam splitter.
  • the magneto-optical element 20 may be a magneto-optical element other than an optical isolator and an optical circulator.
  • a Faraday rotator at a wavelength of 1064 nm is given as an example, but the present invention is not limited to this wavelength.
  • Example 1 The Faraday element of Example 1 was manufactured as follows. First, the raw material was press-molded and sintered at 700 ° C. to 1400 ° C. for 6 hours to produce a glass raw material lump. The glass raw material lump in this example was prepared so that a glass composition of 55Tb 2 O 3 -10Al 2 O 3 -35B 2 O 3 was obtained.
  • the glass raw material lump was coarsely pulverized into small pieces using a mortar.
  • the glass material was produced by the containerless floating method using the obtained small piece of glass raw material lump.
  • a 100 W CO 2 laser oscillator was used as the heat source.
  • nitrogen gas was used as a gas for suspending the glass raw material lump and supplied at a flow rate of 1 L / min to 30 L / min.
  • the obtained glass material was heat-treated at 800 ° C. for 10 hours in a 4% -H 2 / N 2 atmosphere.
  • the ratio of Tb 3+ to the total Tb was measured using an X-ray photoelectron spectrometer (XPS). Specifically, for the obtained glass material, the ratio of Tb 3+ to the total Tb was calculated from the peak intensity ratio of each Tb ion measured using XPS. As a result, the ratio of Tb 3+ was 99% or more.
  • XPS X-ray photoelectron spectrometer
  • the Verde constant was measured for the obtained glass material.
  • the Verde constant was measured using the rotational analyzer method. Specifically, the obtained glass material was polished to a thickness of 1 mm, the Faraday rotation angle at a wavelength of 1064 nm was measured in a magnetic field of 10 kOe, and the Verde constant was calculated. The measured Verde constant was 0.204 min / Oe ⁇ cm to 0.212 min / Oe ⁇ cm.
  • the obtained glass was cut and polished to obtain a cylindrical Faraday element having a diameter of 3 mm and a length of 12 mm.
  • the extinction ratio was 42 dB.
  • the length refers to the length along the optical axis direction in the Faraday rotator.
  • Sm—Co magnets were used as the permanent magnets constituting the first to third magnet bodies.
  • the outer diameter of the first to third magnet bodies was ⁇ 32 mm, and the diameter of the through hole was ⁇ 4 mm.
  • the length of the first magnet body was 11.5 mm
  • the length of the second magnet body was 12 mm
  • the length of the third magnet body was 11.5 mm.
  • the Faraday element obtained above was combined with the first to third magnet bodies to form a Faraday rotator.
  • Example 2 The length of the first magnet body is 8 mm, the length of the second magnet body is 9 mm, the length of the third magnet body is 8 mm, and the length of the Faraday element is 13.5 mm.
  • a Faraday rotator was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 3 Except for the length of the first magnet body being 12 mm, the length of the second magnet body being 12.5 mm, the length of the third magnet body being 12 mm, and the length of the Faraday element being 18 mm, A Faraday rotator was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 4 A Faraday rotator was fabricated in the same manner as in Example 1 except that Nd—Fe—B magnets were used as the permanent magnets constituting the first to third magnet bodies and the length of the Faraday element was 10 mm.
  • Example 5 The length of the first magnet body is 13 mm, the length of the second magnet body is 13.2 mm, the length of the third magnet body is 13 mm, and the length of the Faraday element is 9.6 mm. Produced a Faraday rotator in the same manner as in Example 4.
  • Example 6 The length of the first magnet body is 10 mm, the length of the second magnet body is 10.5 mm, the length of the third magnet body is 10 mm, and the length of the Faraday element is 7.9 mm Produced a Faraday rotator in the same manner as in Example 4.
  • Example 7 The length of the first magnet body is 13 mm, the length of the second magnet body is 13.2 mm, the length of the third magnet body is 13 mm, and the length of the Faraday element is 10 mm.
  • a Faraday rotator was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 8 The length of the first magnet body is 10 mm, the length of the second magnet body is 10.1 mm, the length of the third magnet body is 10 mm, and the length of the Faraday element is 10.2 mm. Produced a Faraday rotator in the same manner as in Example 1.
  • Example 9 The length of the first magnet body is 10.2 mm, the length of the second magnet body is 10.3 mm, the length of the third magnet body is 10.2 mm, and the length of the Faraday element is 10.
  • a Faraday rotator was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 1 mm.
  • Example 10 Example 1 except that the length of the first magnet body is 11 mm, the length of the second magnet body is 12 mm, the length of the third magnet body is 11 mm, and the length of the Faraday element is 15 mm.
  • a Faraday rotator was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 11 Other than the length of the first magnet body being 11 mm, the length of the second magnet body being 11.1 mm, the length of the third magnet body being 11 mm, and the length of the Faraday element being 9.7 mm Produced a Faraday rotator in the same manner as in Example 1.
  • Comparative Example 2 A Faraday rotator was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that a TGG single crystal produced by the Czochralski method was used for the Faraday element. When the Verde constant of the Faraday element was measured, it was 0.125 min / Oe ⁇ cm to 0.134 min / Oe ⁇ cm.
  • Rotational angle variation was determined by preparing 10 Faraday rotators and measuring them. The results of measuring the variation in the rotation angle are shown in Table 1 below.
  • Table 1 the length of the first magnet body is a
  • the length of the second magnet body is b
  • the length of the third magnet body is c
  • the length of the Faraday element is L
  • the wavelength is 1064 nm.
  • Comparative Example 2 and Comparative Example 3 the sizes of the first to third magnet bodies are the same as in Example 1 and Example 4, but the Verde constant is small, so that the rotation angle of 45 ° is not reached. It was. On the other hand, in Example 1 and Example 4, the rotation angle reached 45 °.

Abstract

安定して４５°の回転角が得られ、さらに小型なファラデー回転子及び磁気光学素子を提供する。　光が通過する貫通孔がそれぞれ設けられた第１～第３の磁石体（１１～１３）を有する磁気回路（２）と、貫通孔（２ａ）内に配置され、かつ光が透過する常磁性体からなるファラデー素子（１４）とを備え、光が貫通孔（２ａ）を通過する方向を光軸方向としたときに、第１の磁石体（１１）は光軸方向に垂直な方向に、かつ貫通孔側がＮ極となるように着磁されており、第２の磁石体（１２）は光軸方向に平行な方向に、かつ第１の磁石体（１１）側がＮ極となるように着磁されており、第３の磁石体（１３）は光軸方向に垂直な方向に、かつ貫通孔側がＳ極となるように着磁されており、第２の磁石体（１２）の光軸方向に沿う長さがファラデー素子（１４）の光軸方向に沿う長さの０．５倍以上であり、第１，第３の磁石体（１１，１３）が第２の磁石体（１２）の光軸方向より短いことを特徴とする。

Description

ファラデー回転子及び磁気光学素子
　本発明は、ファラデー回転子及び磁気光学素子に関する。
　光アイソレータは、光を一方向だけに伝搬し、反射して戻る光を阻止する磁気光学素子である。光アイソレータは、光通信システムやレーザー加工システム等に用いられるレーザー発振器に使用される。
　従来、光通信システムで使用される波長域は主に１３００ｎｍ～１７００ｎｍであり、光アイソレータにおけるファラデー回転子のファラデー素子には、希土類鉄ガーネットが用いられていた。
　一方で、レーザー加工等に用いられる波長は光通信帯域よりも短波長であり、主に１０００ｎｍ付近である。この波長域においては、上記希土類鉄ガーネットは光吸収が大きいため、使用することができない。そのため、一般的には常磁性体結晶からなるファラデー素子が使われており、特にテルビウム・ガリウム・ガーネット（ＴＧＧ）が広く知られている。
　光アイソレータとして用いるためには、ファラデー回転による回転角（θ）が４５°である必要がある。このファラデー回転角は、ファラデー素子の長さ（Ｌ）、ベルデ定数（Ｖ）、光軸と平行な磁束密度（Ｈ）と下記の式（１）の関係にある。
　θ＝Ｖ・Ｈ・Ｌ　　式（１）
　このうち、ベルデ定数は材料に依存する特性である。そのため、ファラデー回転角を調整するためには、ファラデー素子の長さや、ファラデー素子に加わる光軸と平行な磁束密度を変化させる必要がある。特に、近年はデバイスの小型化が求められていることから、ファラデー素子や磁石の大きさを調整するのではなく、磁石の構造を変えることで、ファラデー回転子に加わる磁束密度の向上が図られている。
　例えば、下記の特許文献１には、第１～第３の磁石により構成された磁気回路と、ファラデー素子とを備えるファラデー回転子が開示されている。第１の磁石は、光軸と垂直の方向であり、かつ光軸に向かう方向に磁化されている。第２の磁石は、光軸と垂直の方向であり、かつ光軸から離れる方向に磁化されている。これらの間に第３の磁石が配置されている。第３の磁石は、光軸と平行な方向であり、かつ第２の磁石から第１の磁石に向かう方向に磁化されている。この磁気回路では、第１の磁石と第２の磁石の光軸方向に沿う長さをＬ２、第３の光軸方向に沿う長さをＬ３としたとき、Ｌ２／１０≦Ｌ３≦Ｌ２の関係が成立するように構成されている。
特開２００９－２２９８０２号公報
　特許文献１に記載の構成で磁気回路を形成すると、第１の磁石と第３の磁石の接着部、第２の磁石と第３の磁石の接着部付近で最も磁束密度の大きい領域が形成される。さらに、その両領域を繋ぐ第３の磁石と同等の長さの内部空間に、磁束密度が大きく、かつ、安定した領域が形成される。
　ところで、特許文献１では、上記領域を超える大きさのファラデー素子が用いられている。これは、ＴＧＧのような常磁性体結晶はベルデ定数が小さいため、所望のファラデー回転角を得るためには、ファラデー素子の長さも重要となるためである。ところが、上記のように安定した磁束密度を示す領域より大きな素子を用いると、ファラデー回転子の作製時にファラデー素子の位置がずれた場合、ファラデー素子に加わる磁束密度に偏りが生じ得る。その結果、ファラデー回転角のばらつきが顕著になり、所望のファラデー回転角を安定して得ることが難しくなるという問題があった。
　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、安定して４５°のファラデー回転角が得られるファラデー回転子及び磁気光学素子を提供することを目的とする。
　本発明のファラデー回転子は、光が通過する貫通孔がそれぞれ設けられた第１～第３の磁石体を有する磁気回路と、貫通孔内に配置されており、かつ光が透過する常磁性体からなるファラデー素子とを備え、磁気回路は、第１～第３の磁石体が前後方向に同軸上にこの順序で配置されてなり、光が磁気回路の貫通孔を通過する方向を光軸方向としたときに、第１の磁石体は、光軸方向に垂直な方向に、かつ貫通孔側がＮ極となるように着磁されており、第２の磁石体は光軸方向に平行な方向に、かつ第１の磁石体側がＮ極となるように着磁されており、第３の磁石体は、光軸方向に垂直な方向に、かつ貫通孔側がＳ極となるように着磁されており、第２の磁石体の光軸方向に沿う長さが、ファラデー素子の光軸方向に沿う長さの０．５倍以上であり、第１の磁石体及び第３の磁石体の光軸方向に沿う長さが、第２の磁石体の光軸方向に沿う長さより短いことを特徴とする。上記のような構成によれば、第１の磁石体と第２の磁石体の接着部、第２の磁石体と第３の磁石体の接着部付近で最も磁束密度の大きい領域が形成される。そして、第１の磁石体と第３の磁石体の光軸方向に沿う長さを第２の磁石体の光軸方向に沿う長さよりも短くすることで、第２の磁石体が相対的に長くなる。よって、磁束密度が大きく、かつ、安定した領域が増加する。そのため、組み立て時にファラデー素子の位置がずれにくくなり、ファラデー回転角の変動を抑制することができる。
　本発明のファラデー回転子では、常磁性体がガラス材であることが好ましい。
　本発明のファラデー回転子では、ガラス材が、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍから選択される少なくとも１種の希土類元素を含有することが好ましい。特にＴｂを含有することが好ましい。
　本発明のファラデー回転子では、ガラス材が、モル％の酸化物換算でＴｂ２Ｏ３を４０％より多く含有し、全Ｔｂに対するＴｂ３＋の割合が、モル％で５５％以上であることが好ましい。このようなガラス材は、ベルデ定数が０．２ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ以上であり、従来のＴＧＧのベルデ定数（０．１３ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ）よりも大きいことから、より小型のファラデー素子を作製しやすくなる。
　本発明のファラデー回転子は、磁気回路における貫通孔の断面積が、１００ｍｍ２以下であることが好ましい。貫通孔の断面積を１００ｍｍ２以下にすることで、磁束密度が大きくなりやすいため、小型化しやすくなる。
　本発明の磁気光学素子は、上記ファラデー回転子と、ファラデー回転子の磁気回路の光軸方向における一方端に配置されている第１の光学部品及び他方端に配置されている第２の光学部品とを備え、磁気回路の貫通孔を通過する光が、第１の光学部品及び第２の光学部品を通過することを特徴とする。
　本発明の磁気光学素子では、第１の光学部品及び第２の光学部品が偏光子であってもよい。
　本発明によれば、安定して４５°のファラデー回転角が得られるファラデー回転子及び磁気光学素子を提供することができる。
図１は、本発明のファラデー回転子の構造の一例を示す模式的断面図である。 図２は、本発明における第１の磁石体の構造の一例を示す図である。 図３は、本発明における第２の磁石体の構造の一例を示す図である。 図４は、本発明における第３の磁石体の構造の一例を示す図である。 図５は、本発明の磁気光学素子の構造の一例を示す模式的断面図である。
　以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
　(ファラデー回転子)
　図１は、本発明のファラデー回転子の構造の一例を示す模式的断面図である。なお、図１中のＮ及びＳの文字は磁極を示す。後述する他の図面においても同様である。
　ファラデー回転子１は、光アイソレータや光サーキュレータ等の磁気光学素子に用いられる装置である。ファラデー回転子１は、光が通過する貫通孔２ａが設けられた磁気回路２と、上記貫通孔２ａ内に配置されたファラデー素子１４とを備える。ファラデー素子１４は、光を透過する常磁性体からなる。
　磁気回路２は、それぞれ貫通孔が設けられた第１の磁石体１１、第２の磁石体１２及び第３の磁石体１３を有する。磁気回路２は、第１の磁石体１１、第２の磁石体１２及び第３の磁石体１３が前後方向に同軸上にこの順序で配置されてなる。なお、同軸上に配置されるとは、光軸方向から見て、各磁石体の中央付近が重なるように配置されることをいう。本実施形態では、第１の磁石体１１、第２の磁石体１２及び第３の磁石体１３の貫通孔が連結されることにより、磁気回路２の貫通孔２ａが構成されている。
　磁気回路２において、第１の磁石体１１と第３の磁石体１３は光軸方向と垂直な方向に磁化され、互いに着磁方向が対向している。具体的には、第１の磁石体１１は、光軸方向と垂直な方向に、かつ貫通孔側がＮ極となるように着磁されている。第３の磁石体１３は、光軸方向と垂直な方向に、かつ貫通孔側がＳ極となるように着磁されている。第２の磁石体１２は光軸方向に平行な方向に、かつ第１の磁石体１１側がＮ極となるように着磁されている。
　ファラデー回転子１には、光を第１の磁石体１１側から入射させてもよく、第３の磁石体１３側から入射させてもよい。
　本発明のファラデー回転子１は、以下の構成を有することを特徴としている。１）上記第２の磁石体１２の光軸方向に沿う長さが、配置されるファラデー素子１４の長さに対して０．５倍以上であること。２）第１の磁石体１１及び第３の磁石体１３の光軸方向に沿う長さが第２の磁石体１２の光軸方向に沿う長さよりも短いこと。なお、以下においては、光軸方向に沿う長さを単に長さと記載することがある。
　第２の磁石体１２の長さは、ファラデー素子１４の長さに対して０．５倍以上であり、０．５５倍以上であることが好ましく、０．６倍以上、０．７倍以上、特に０．８倍以上であることが好ましい。図１のような磁気回路２を形成すると、第２の磁石体１２の中空部分に磁束密度が大きく、かつ安定した領域が広く形成される。そのため、第２の磁石体１２の長さをファラデー素子１４の長さに対して一定以上、特に同等程度にすることで、ファラデー素子１４を磁束密度の大きな領域に配置することができる。よって、組み立て時にファラデー素子１４の位置がずれてもファラデー回転角の変動を抑制することができる。さらに、ファラデー素子１４全体に効率良く磁場が印加されるため、短いファラデー素子１４、もしくは小さな磁気回路２を用いても大きなファラデー回転角を得ることができる。また、第２の磁石体１２の長さを、ファラデー素子１４の長さに対して一定以下にすれば、磁気回路２を小型化することができる。具体的には、１．５倍以下であることが好ましく、１．３倍以下、特に１．２倍以下であることが好ましい。なお、以下、ファラデー回転角を回転角と記載することがある。
　さらに、ファラデー回転子１においては、第１の磁石体１１及び第３の磁石体１３が第２の磁石体１２よりも短い。それによって、磁気回路２全体を短くすることができる。従って、ファラデー回転子１及びそれを用いた磁気光学素子のさらなる小型化が可能となる。
　磁気回路２の貫通孔２ａの断面積は１００ｍｍ２以下であることが好ましい。貫通孔２ａの断面積が大きくなりすぎると十分な磁束密度が得られず、小さすぎるとファラデー素子１４を貫通孔２ａ内に配置しにくくなる。貫通孔２ａの断面積は、好ましくは３ｍｍ２～８０ｍｍ２、４ｍｍ２～７０ｍｍ２、５ｍｍ２～６０ｍｍ２、特に好ましくは７ｍｍ２～５０ｍｍ２である。
　磁気回路２の貫通孔２ａの断面形状は特に限定されず、矩形や円形であってもよい。組み立てを容易にする点では矩形が好ましく、均一な磁界を付与する点では円形が好ましい。ファラデー素子１４の断面形状と磁気回路２の貫通孔２ａの断面形状は必ずしも一致させなくともよいが、均一な磁界を与えるという観点では、一致させることが好ましい。
　図２は、第１の磁石体の構造の一例を示す図である。図３は、第２の磁石体の構造の一例を示す図である。図４は、第３の磁石体の構造の一例を示す図である。
　図２に示す第１の磁石体１１は、４個の磁石片を組み合わせて構成されている。なお、第１の磁石体１１を構成する磁石片の個数は上記に限定されない。例えば、第１の磁石体１１は６個もしくは８個等の磁石片を組み合わせて構成されていてもよい。複数の磁石片を組み合わせて第１の磁石体１１を構成することにより、磁場を効果的に大きくすることができる。もっとも、第１の磁石体１１は、単体磁石からなっていてもよい。
　図３に示す第２の磁石体１２は、１個の単体磁石からなる。なお、第２の磁石体１２は、２個以上の磁石片を組み合わせて構成されていてもよい。
　図４に示す第３の磁石体１３は、第１の磁石体１１と同様に、４個の磁石片を組み合わせて構成されている。なお、第３の磁石体１３は、６個もしくは８個等の磁石片を組み合わせて構成されていてもよく、単体磁石からなっていてもよい。
　本発明の第１の磁石体１１、第２の磁石体１２及び第３の磁石体１３は永久磁石によって構成される。上記永久磁石としては、特に希土類磁石が好ましく、その中でもサマリウム－コバルト（Ｓｍ－Ｃｏ）を主成分とする磁石や、ネオジム－鉄－ホウ素（Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ）を主成分とする磁石が好ましい。
　本発明のファラデー素子１４には、常磁性体を用いることができる。中でもガラス材を用いることが好ましい。ガラス材からなるファラデー素子は、単結晶材料のような欠陥等によるベルデ定数の変動や消光比の低下が少なく、接着剤からの応力の影響も少ないため、安定したベルデ定数と高い消光比を保つことができる。なお、ファラデー素子１４には、ガラス材以外の常磁性体を用いることもできる。
　本発明のファラデー素子１４に用いられるガラス材は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍから選択される少なくとも１種の希土類元素を含有することが好ましい。特にＴｂを含有することが好ましい。
　本発明のファラデー素子１４に用いられるガラス材は、モル％の酸化物換算で、Ｔｂ２Ｏ３を４０％より多く含有することが好ましく、４５％以上、４８％以上、４９％以上、特に５０％以上であることが好ましい。このようにＴｂ２Ｏ３の含有量を多くすることにより、良好なファラデー効果が得られやすくなる。なお、ガラス中においてＴｂは３価や４価の状態で存在するが、本明細書ではこれら全てをＴｂ２Ｏ３として表す。
　本発明のガラス材において、全Ｔｂに対するＴｂ３＋の割合は、モル％で５５％以上であることが好ましく、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、特に９５％以上であることが好ましい。全Ｔｂに対するＴｂ３＋の割合が少なすぎると、波長３００ｎｍ～１１００ｎｍにおける光透過率が低下しやすくなる。
　さらに、本発明のファラデー素子１４には下記の成分を含有させることができる。なお、以下の各成分の含有量の説明において、特に断りのない限り「％」は「モル％」を意味する。
　ＳｉＯ２はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、ベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、ＳｉＯ２の含有量は０％～５０％、特に１％～３５％であることが好ましい。
　Ｂ２Ｏ３はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、Ｂ２Ｏ３はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Ｂ２Ｏ３の含有量は０％～５０％、特に１％～４０％であることが好ましい。
　Ｐ２Ｏ５はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、Ｐ２Ｏ５はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Ｐ２Ｏ５の含有量は０％～５０％、特に１％～４０％であることが好ましい。
　Ａｌ２Ｏ３はガラス形成能を高める成分である。ただし、Ａｌ２Ｏ３はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Ａｌ２Ｏ３の含有量は０％～５０％、特に０％～３０％であることが好ましい。
　Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３にはガラス化を安定にする効果がある。ただし、その含有量が多すぎると、かえってガラス化しにくくなる。よって、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３の含有量は各々１０％以下、特に５％以下であることが好ましい。
　Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３はガラス化を安定にするとともに、ベルデ定数の向上にも寄与する。ただし、その含有量が多すぎると、かえってガラス化しにくくなる。よって、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３の含有量は各々１５％以下、特に１０％以下であることが好ましい。なお、ガラス中に存在するＤｙ、Ｅｕ、Ｃｅは３価や４価の状態で存在するが、本明細書ではこれら全てをそれぞれＤｙ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３として表す。
　ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯにはガラス化を安定にする効果、また化学的耐久性を高める効果がある。ただし、ベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、これらの成分の含有量は各々０％～１０％、特に０％～５％であることが好ましい。
　ＧｅＯ２はガラス形成能を高める成分である。ただし、ＧｅＯ２はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、ＧｅＯ２の含有量は０％～１５％、０％～１０％、特に０％～９％であることが好ましい。
　Ｇａ２Ｏ３はガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げる効果を有する。ただし、その含有量が多すぎると失透しやすくなる。また、Ｇａ２Ｏ３はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Ｇａ２Ｏ３の含有量は０％～６％、特に０％～５％であることが好ましい。
　フッ素はガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げる効果を有する。ただし、その含有量が多すぎると溶融中に揮発して組成変動を引き起こし、ガラス化に悪影響を及ぼすおそれがある。また、脈理を増加させやすい。従って、フッ素の含有量（Ｆ２換算）は０％～１０％、０％～７％、特に０％～５％であることが好ましい。
　還元剤としてＳｂ２Ｏ３を添加することができる。ただし、着色を避けるため、あるいは環境への負荷を考慮して、その含有量は０．１％以下であることが好ましい。
　本発明のファラデー素子１４は、波長３００ｎｍ～１１００ｎｍの範囲で良好な光透過性を示す。具体的には、波長１０６４ｎｍにおける光路長１ｍｍでの透過率は６０％以上、７０％以上、特に８０％以上であることが好ましい。また、波長６３３ｎｍにおける光路長１ｍｍでの透過率は３０％以上、５０％以上、７０％以上、特に８０％以上であることが好ましい。さらに、波長５３３ｎｍにおける光路長１ｍｍでの透過率は３０％以上、５０％以上、７０％以上、特に８０％以上であることが好ましい。
　本発明のファラデー素子１４の断面形状は特に限定されないが、均一なファラデー効果を有するために、円状であることが好ましい。ファラデー素子１４の直径は、１０ｍｍ以下であることが好ましく、８ｍｍ以下、５ｍｍ以下、特に３．５ｍｍ以下であることが好ましい。ファラデー素子１４の直径が大きすぎると、ファラデー素子１４を磁気回路２の貫通孔２ａ内に配置できなくなる。あるいは、磁気回路２を大きくする必要があり、ファラデー回転子１の小型化が難しくなる。ファラデー素子１４の直径の下限は特に限定されないが、現実的には０．５ｍｍ以上である。
　本発明のファラデー素子１４の長さは２ｍｍ～２５ｍｍ、３ｍｍ～２０ｍｍ、４ｍｍ～１５ｍｍ、５ｍｍ～１４ｍｍ、５．５ｍｍ～１２ｍｍ、特に６ｍｍ～１１ｍｍであることが好ましい。ファラデー素子１４が短すぎると、４５°の回転角を得るために磁場を大きくする、つまり、磁気回路２を大きくする必要があるため、ファラデー回転子１を小型化しにくくなる。一方、ファラデー素子１４が長すぎると、第２の磁石体１２を長くする必要があるため、ファラデー回転子１を小型化しにくくなる。
　本発明のファラデー回転子１は波長３５０ｎｍ～１３００ｎｍで用いられることが好ましく、４５０ｎｍ～１２００ｎｍ、５００ｎｍ～１２００ｎｍ、８００ｎｍ～１１００ｎｍ、９００ｎｍ～１１００ｎｍの範囲で用いられることが特に好ましい。
　（磁気光学素子）
　図５は、本発明の磁気光学素子の構造の一例を示す模式的断面図である。
　図５に示す磁気光学素子２０は光アイソレータである。光アイソレータは、レーザー光の反射戻り光を遮断する装置である。磁気光学素子２０は、図１に示したファラデー回転子１と、磁気回路２の光軸方向における一方端に配置されている第１の光学部品２５及び他方端に配置されている第２の光学部品２６とを備える。第１の光学部品２５及び第２の光学部品２６は、本実施形態では偏光子である。第２の光学部品２６の光透過軸は、第１の光学部品２５の光透過軸に対して４５°傾けられている。
　磁気光学素子２０に入射する光は、第１の光学部品２５を通過し、直線偏光となって、ファラデー素子１４に入射する。入射した光はファラデー素子１４により４５°回転し、第２の光学部品２６を通過する。第２の光学部品２６を通過した光の一部が反射戻り光となり、偏光面が４５°の角度で第２の光学部品２６を通過する。第２の光学部品２６を通過した反射戻り光は、ファラデー素子１４により、さらに４５°回転される。これにより、反射戻り光の偏光面は、第１の光学部品２５の光透過軸に対して９０°の直交偏光面となる。そのため、反射戻り光は第１の光学部品２５を透過できず、遮断される。
　本発明の磁気光学素子２０は、図１に示した本発明のファラデー回転子１を有するため、安定して４５°のファラデー回転角が得られ、かつ小型にすることができる。
　図５に示す磁気光学素子２０は光アイソレータであるが、磁気光学素子２０は、光サーキュレータであってもよい。この場合には、第１の光学部品２５及び第２の光学部品２６は、波長板やビームスプリッタであればよい。なお、磁気光学素子２０は、光アイソレータ及び光サーキュレータ以外の磁気光学素子であってもよい。
　＜実施例＞
　以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
　本実施例では、波長１０６４ｎｍでのファラデー回転子を実施例として挙げるが、本発明は、この波長に限定されるものではない。
　（実施例１）
　実施例１のファラデー素子は次のようにして作製した。まず原料をプレス成型し、７００℃～１４００℃で６時間焼結することによりガラス原料塊を作製した。本実施例におけるガラス原料塊は、５５Ｔｂ２Ｏ３－１０Ａｌ２Ｏ３－３５Ｂ２Ｏ３のガラス組成が得られるように作製した。
　次に、乳鉢を用いてガラス原料塊を粗粉砕し小片とした。得られたガラス原料塊の小片を用いて、無容器浮遊法によってガラス材を作製した。なお、熱源としては１００Ｗ　ＣＯ２レーザー発振器を用いた。また、ガラス原料塊を浮遊させるためのガスとして窒素ガスを用い、流量１Ｌ／分～３０Ｌ／分で供給した。
　得られたガラス材について、８００℃で１０時間、４％－Ｈ２／Ｎ２雰囲気中で熱処理を行った。
　全Ｔｂに対するＴｂ３＋の割合は、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ）を用いて測定した。具体的には、得られたガラス材について、ＸＰＳを用いて測定された各Ｔｂイオンのピーク強度比から、全Ｔｂに対するＴｂ３＋の割合を算出した。その結果、Ｔｂ３＋の割合は９９％以上であった。
　得られたガラス材について、ベルデ定数を測定した。ベルデ定数は回転検光子法を用いて測定した。具体的には、得られたガラス材を１ｍｍの厚さとなるよう研磨加工し、１０ｋＯｅの磁場中で波長１０６４ｎｍでのファラデー回転角を測定し、ベルデ定数を算出した。測定したベルデ定数は０．２０４ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ～０．２１２ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍであった。
　次に、得られたガラスを切削、研磨等により直径Φ３ｍｍ、長さ１２ｍｍの円柱状のファラデー素子を得た。消光比は４２ｄＢであった。なお、実施例及び比較例において、長さとはファラデー回転子における光軸方向に沿う長さをいう。
　第１～第３の磁石体を構成する永久磁石には、Ｓｍ－Ｃｏ磁石を用いた。第１～第３の磁石体の外径をΦ３２ｍｍ、貫通孔の直径をΦ４ｍｍとした。第１の磁石体の長さを１１．５ｍｍとし、第２の磁石体の長さを１２ｍｍとし、第３の磁石体の長さを１１．５ｍｍとした。
　上記において得られたファラデー素子を第１～第３の磁石体と組み合わせ、ファラデー回転子とした。
　（実施例２）
　第１の磁石体の長さを８ｍｍとし、第２の磁石体の長さを９ｍｍとし、第３の磁石体の長さを８ｍｍとし、ファラデー素子の長さを１３．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（実施例３）
　第１の磁石体の長さを１２ｍｍとし、第２の磁石体の長さを１２．５ｍｍとし、第３の磁石体の長さを１２ｍｍとし、ファラデー素子の長さを１８ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（実施例４）
　第１～第３の磁石体を構成する永久磁石にＮｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石を用い、ファラデー素子の長さを１０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（実施例５）
　第１の磁石体の長さを１３ｍｍとし、第２の磁石体の長さを１３．２ｍｍとし、第３の磁石体の長さを１３ｍｍとし、ファラデー素子の長さを９．６ｍｍとした以外は、実施例４と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（実施例６）
　第１の磁石体の長さを１０ｍｍとし、第２の磁石体の長さを１０．５ｍｍとし、第３の磁石体の長さを１０ｍｍとし、ファラデー素子の長さを７．９ｍｍとした以外は、実施例４と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（実施例７）
　第１の磁石体の長さを１３ｍｍとし、第２の磁石体の長さを１３．２ｍｍとし、第３の磁石体の長さを１３ｍｍとし、ファラデー素子の長さを１０ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（実施例８）
　第１の磁石体の長さを１０ｍｍとし、第２の磁石体の長さを１０．１ｍｍとし、第３の磁石体の長さを１０ｍｍとし、ファラデー素子の長さを１０．２ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（実施例９）
　第１の磁石体の長さを１０．２ｍｍとし、第２の磁石体の長さを１０．３ｍｍとし、第３の磁石体の長さを１０．２ｍｍとし、ファラデー素子の長さを１０．１ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（実施例１０）
　第１の磁石体の長さを１１ｍｍとし、第２の磁石体の長さを１２ｍｍとし、第３の磁石体の長さを１１ｍｍとし、ファラデー素子の長さを１５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（実施例１１）
　第１の磁石体の長さを１１ｍｍとし、第２の磁石体の長さを１１．１ｍｍとし、第３の磁石体の長さを１１ｍｍとし、ファラデー素子の長さを９．７ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（比較例１）
　ファラデー素子の長さを２５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　（比較例２）
　ファラデー素子にチョクラルスキー法によって作製したＴＧＧ単結晶を用いた以外は、比較例１と同様にしてファラデー回転子を作製した。なお、ファラデー素子のベルデ定数を測定したところ、０．１２５ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ～０．１３４ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍであった。
　（比較例３）
　第１～第３の磁石体を構成する永久磁石にＮｄ－Ｆｅ－Ｂ磁石を用いた以外は、比較例２と同様にしてファラデー回転子を作製した。
　回転角のばらつきは、各ファラデー回転子を１０個ずつ作製し、測定することにより求めた。回転角のばらつきを測定した結果を下記の表１に示す。なお、表１において、第１の磁石体の長さをａ、第２の磁石体の長さをｂ、第３の磁石体の長さをｃ、ファラデー素子の長さをＬ、波長１０６４ｎｍでのベルデ定数をＶとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１～実施例１１において、回転角のばらつきが±０．８°以内となり、角度ばらつきの少ないファラデー回転子が得られた。
　比較例１では、回転角のばらつきは±１．３°であり、実施例１～実施例１１よりも大きくばらついていた。
　比較例２の回転角のばらつきは±１．８であり、比較例３の回転角のばらつきは±１．９°であった。このように、比較例２及び比較例３においては、回転角が大きくばらついていた。これは、ファラデー素子及び第１～第３の磁石体を組み合わせたときのファラデー素子の位置ずれと、ＴＧＧ単結晶のベルデ定数のばらつきによるものである。
　なお、比較例２及び比較例３は、実施例１及び実施例４と第１～第３の磁石体の大きさが同じであるが、ベルデ定数が小さいため、４５°の回転角に達しなかった。一方、実施例１及び実施例４は、回転角は４５°に達していた。
１…ファラデー回転子
２…磁気回路
２ａ…貫通孔
１１…第１の磁石体
１２…第２の磁石体
１３…第３の磁石体
１４…ファラデー素子
２０…磁気光学素子
２５…第１の光学部品
２６…第２の光学部品

Claims (8)

  1. 　光が通過する貫通孔がそれぞれ設けられた第１～第３の磁石体を有する磁気回路と、
    　前記貫通孔内に配置されており、かつ光が透過する常磁性体からなるファラデー素子とを備え、
    　前記磁気回路は、前記第１～第３の磁石体が前後方向に同軸上にこの順序で配置されてなり、
    　光が前記磁気回路の前記貫通孔を通過する方向を光軸方向としたときに、前記第１の磁石体は、前記光軸方向に垂直な方向に、かつ前記貫通孔側がＮ極となるように着磁されており、
    　前記第２の磁石体は前記光軸方向に平行な方向に、かつ前記第１の磁石体側がＮ極となるように着磁されており、
    　前記第３の磁石体は、前記光軸方向に垂直な方向に、かつ前記貫通孔側がＳ極となるように着磁されており、
    　前記第２の磁石体の前記光軸方向に沿う長さが、前記ファラデー素子の前記光軸方向に沿う長さの０．５倍以上であり、
    　前記第１の磁石体及び前記第３の磁石体の前記光軸方向に沿う長さが、前記第２の磁石体の前記光軸方向に沿う長さより短いことを特徴とする、ファラデー回転子。
  2. 　前記常磁性体がガラス材であることを特徴とする、請求項１に記載のファラデー回転子。
  3. 　前記ガラス材が、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍから選択される少なくとも１種の希土類元素を含有することを特徴とする、請求項２に記載のファラデー回転子。
  4. 　前記ガラス材が、Ｔｂを含有することを特徴とする、請求項３に記載のファラデー回転子。
  5. 　前記ガラス材が、モル％の酸化物換算でＴｂ２Ｏ３を４０％より多く含有し、全Ｔｂに対するＴｂ３＋の割合が、モル％で５５％以上であることを特徴とする、請求項２に記載のファラデー回転子。
  6. 　前記磁気回路における前記貫通孔の断面積が、１００ｍｍ２以下であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のファラデー回転子。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載のファラデー回転子と、
    　前記ファラデー回転子の前記磁気回路の前記光軸方向における一方端に配置されている第１の光学部品及び他方端に配置されている第２の光学部品とを備え、
    　前記磁気回路の前記貫通孔を通過する光が、前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品を通過する、磁気光学素子。
  8. 　前記第１の光学部品及び前記第２の光学部品が偏光子である、請求項７に記載の磁気光学素子。
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