WO2022107431A1 - 磁界センサヘッド及びその製造方法 - Google Patents

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WO2022107431A1
WO2022107431A1 PCT/JP2021/033409 JP2021033409W WO2022107431A1 WO 2022107431 A1 WO2022107431 A1 WO 2022107431A1 JP 2021033409 W JP2021033409 W JP 2021033409W WO 2022107431 A1 WO2022107431 A1 WO 2022107431A1
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WO
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fiber
sensor head
magnetic
film
magnetic field
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PCT/JP2021/033409
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English (en)
French (fr)
Inventor
光教 宮本
利哉 久保
Original Assignee
シチズンファインデバイス株式会社
シチズン時計株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
    • G01R33/0322—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Faraday or Voigt effect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0052—Manufacturing aspects; Manufacturing of single devices, i.e. of semiconductor magnetic sensor chips
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/024—Optical fibres with cladding with or without a coating with polarisation maintaining properties

Definitions

  • This disclosure relates to a magnetic field sensor head and a method for manufacturing the same.
  • Polarization Maintaining Fiber is known in which the polarization plane retention of propagating light is enhanced by applying a non-axisymmetric stress to the core.
  • a PANDA (Polarization-maintaining AND Absorption-reducing) fiber, a bow-tie fiber, an elliptical jacket fiber, and the like are known.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2020-126006 describes a second polarization-holding fiber in which the fast-phase axis and the low-speed axis are inclined by 45 degrees with respect to the fast-phase axis and the low-speed axis of the first polarization-holding fiber.
  • the second polarization holding fiber functions as a polarization conversion element for converting linearly polarized light introduced into the polarization holding fiber into circularly polarized light. Transmission and reception can be transmitted to the Faraday rotator without using a 1/4 wave plate.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-528707 describes a magnetic field sensor head in which a GRIN lens is arranged between an optical fiber and a magnetic film.
  • the GRIN lens is arranged between the optical fiber and the magnetic film, so that the region of the magnetic film on which light is incident is made larger than the core diameter. The detection sensitivity can be improved.
  • the magnetic field sensor head according to the present disclosure is joined to an optical fiber, a GI fiber whose one end is optically connected to the optical fiber, a magnetic film bonded to the other end of the GI fiber, and a magnetic film GI fiber. It has a reflective film bonded to a surface opposite to the surface and a support member bonded to the surface opposite to the surface bonded to the magnetic film of the reflective film.
  • the clad diameter of the GI fiber is the same as the clad diameter of the optical fiber.
  • the magnetic film, the reflective film and the support member are the opposite surfaces of the surface of the magnetic film bonded to the GI fiber and the surface of the support member bonded to the magnetic film of the reflective film. It is preferable to form a rod-shaped member having a square pillar shape having a square bottom surface.
  • the magnetic film is a rare earth iron garnet.
  • the length of the side surface of the bottom surface of the rod-shaped member is 20 ⁇ m or more and not more than the clad diameter of the GI fiber.
  • the length of the diagonal line on the bottom surface of the rod-shaped member is equal to or less than the clad diameter of the GI fiber.
  • the beam diameter of the light introduced into the reflective film from the GI fiber is 20 ⁇ m or more and the length of the side of the reflective film or less.
  • one end of an optical fiber and one end of a GI fiber are melt-connected, a reflective film and a magnetic film are laminated on a support member, and the magnetic film has a square bottom surface.
  • the bottom surface of the rod-shaped member having a quadrangular prism shape is bonded to the other end of the GI fiber with an adhesive, and the length of the side surface of the bottom surface of the rod-shaped member is 20 ⁇ m or more and is not more than the clad diameter of the GI fiber. ..
  • a reflective layer is laminated on a base material, a magnetic layer is created on the reflective layer, and the base material on which the reflective layer and the magnetic layer are laminated is magnetic. It is more preferable to further include half dicing so that the layer has a square planar shape to form a rod-shaped member having one end bonded to the base material, and cutting the rod-shaped member from the base material.
  • a magnetic field sensor head having high detection sensitivity can be easily manufactured.
  • FIG. 1 is a perspective view of a rod-shaped member formed by the magnetic film, the reflective film and the support member shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a plan view of the magnetic film shown in FIG. 3 (a).
  • c) is a diagram showing the positional relationship between the first polarization holding fiber and the magnetic film.
  • It is a circuit block diagram of the signal processing unit shown in FIG. It is a figure which shows the manufacturing method of the rod-shaped member formed by the magnetic film, the reflective film and the support member shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a magnetic field sensor device having a magnetic field sensor head according to an embodiment.
  • the magnetic field sensor device 1 has a light emitting unit 10, an optical branching unit 20, a magnetic field sensor head 30, and a detection signal generating unit 40.
  • the light emitting unit 10 includes a light emitting element 11, an isolator 12, and a polarizing element 13.
  • the light emitting element 11 is, for example, a semiconductor laser or a light emitting diode. Specifically, as the light emitting element 11, a Fabry-Perot laser, a superluminescence diode, or the like can be preferably used.
  • the isolator 12 protects the light emitting element 11 by transmitting the light incident from the light emitting element 11 to the optical branching portion 20 side and not transmitting the light incident from the optical branching portion 20 to the light emitting element 11 side.
  • the isolator 12 is, for example, a polarization-dependent optical isolator, and may be a polarization-independent optical isolator.
  • the polarizing element 13 is an optical element for polarizing the light emitted by the light emitting element 11 into linearly polarized light, and the type thereof is not particularly limited.
  • the linearly polarized light obtained by the polarizing element 13 is incident on the magnetic field sensor head 30 as incident light 101 via the optical branch portion 20.
  • the optical branching unit 20 transmits the light emitted from the light emitting unit 10 to the magnetic field sensor head 30, and branches the return light 102 emitted from the magnetic field sensor head 30 to the detection signal generation unit 40.
  • the directions of transmission and branching may be opposite.
  • the optical branching portion 20 is, for example, a half mirror, but may be another optical element capable of demultiplexing light, such as an optical coupler that couples and branches an optical fiber, a beam splitter that divides light, and an optical circulator.
  • the magnetic field sensor head 30 has a first polarization holding fiber 31, a second polarization holding fiber 32, a GI fiber 33, a magnetic film 34, a reflection film 35, and a support member 36, at least one of them.
  • the unit can be arranged in a predetermined magnetic field.
  • the magnetic film 34, the reflective film 35, and the support member 36 form a rod-shaped member 37.
  • the magnetic field sensor head 30 introduces the linearly polarized light emitted by the light emitting unit 10 as the incident light 101, and derives the return light 102 corresponding to the introduced incident light 101.
  • the detection signal generation unit 40 includes a polarization separation element 41, a first light receiving element 42, a second light receiving element 43, and a signal processing unit 50, and the return light 102 derived from the first polarization holding fiber 31.
  • the polarization separating element 41 is a polarization beam splitter (PBS) such as a prism type, a planar type, a wedge substrate type, and an optical waveguide type, and the return light 102 derived from the first polarization holding fiber 31 is referred to as an S polarization component 44. It is separated into the P polarization component 45.
  • PBS polarization beam splitter
  • Each of the first light receiving element 42 and the second light receiving element 43 is, for example, a PIN photodiode.
  • the first light receiving element 42 receives the S polarization component 44
  • the second light receiving element 43 receives the P polarization component 45.
  • Each of the first light receiving element 42 and the second light receiving element 43 photoelectrically converts the received light and outputs an electric signal corresponding to the amount of the received light.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 1 of the first polarization holding fiber 31.
  • the first polarization holding fiber 31 is a PANDA fiber and has a core 310, a pair of stress applying portions 311 and 312, and a clad 314.
  • the core diameter of the first polarization holding fiber 31 is about 10 ⁇ m, and the clad diameter is 125 ⁇ m.
  • the core 310 is formed by adding germanium dioxide (GeO2) to, for example, silicon dioxide so that the refractive index is larger than that of the clad 314 formed of silicon oxide (SiO2).
  • Each of the pair of stress applying portions 311 and 312 is formed by adding boron oxide (B2O3) to, for example, silicon dioxide, and shrinks more than the clad 314 in the cooling step of the spinning of the first polarization holding fiber 31 and is X-axis. Apply tensile stress in the direction.
  • B2O3 boron oxide
  • the polarizing surface 201 of the incident light 101 introduced from the light emitting portion 10 via the optical branching portion 20 has a retardation plane 201 with respect to an X axis having a slow phase axis and a Y axis having a fast phase axis. It is arranged so as to be introduced at an inclination of 45 degrees.
  • the first polarization holding fiber 31 is arranged so that the X-axis and the Y-axis are inclined by 45 degrees with respect to the polarizing surface 201 of the introduced incident light 101, so that the introduced incident light 101 is placed on the X-axis.
  • the first linear polarization propagating along the Y-axis and the second linear polarization propagating along the Y-axis are separated and propagated.
  • the amplitude of the first linear polarization introduced on the X-axis is equal to the amplitude of the second linear polarization introduced on the Y-axis.
  • the first polarization holding fiber 31 is a PANDA fiber, but may be another polarization holding fiber such as a bowtie fiber and an elliptical jacket fiber.
  • the second polarization holding fiber 32 is a PANDA fiber like the first polarization holding fiber 31. Since the configuration of the second polarization holding fiber 32 is the same as the configuration of the first polarization holding fiber 31, detailed description thereof will be omitted here.
  • the core diameter and clad diameter of the second polarization holding fiber 32 are the same as the core diameter and clad diameter of the first polarization holding fiber 31.
  • the second polarization holding fiber 32 is a first polarization holding fiber in which the second slow phase axis and the second fast phase axis are inclined by 45 degrees with respect to the slow phase axis and the fast phase axis of the first polarization holding fiber 31. Optically connected to 31.
  • the second polarization holding fiber 32 is connected to the first polarization holding fiber 31 by, for example, fusion splicing.
  • the second polarization holding fiber 32 may be connected to the first polarization holding fiber 31 by a connection method other than fusion splicing such as connection via an adhesive.
  • the second polarization holding fiber 32 functions as a 1/4 wave plate by having a length of 1/4 of the beat length.
  • the GI fiber 33 is an optical fiber that transmits the light introduced into the core from the second polarization holding fiber 32 in a sinusoidal wave having a period of pitch P by distributing the refractive index of the core in a radial pattern.
  • One end of the GI fiber 33 is optically connected to the first polarization holding fiber 31 via the second polarization holding fiber 32.
  • the clad diameter of the GI fiber 33 is the same as the clad diameter of the first polarization holding fiber 31 and the second polarization holding fiber 32.
  • the GI fiber 33 has a length of 1/4 of the pitch P, the light introduced from the second polarization holding fiber 32 is led out to the magnetic film 34 as collimated light. Further, the collimated light introduced from the magnetic film 34 is led out to the core of the second polarization holding fiber 32.
  • FIG. 3A is a perspective view of the rod-shaped member 37 formed by the magnetic film 34, the reflective film 35, and the support member 36
  • FIG. 3B is a plan view of the magnetic film 34
  • FIG. 3C Is a diagram showing the positional relationship between the first polarization holding fiber 31 and the magnetic film 34.
  • the surface 34a of the magnetic film 34 has a square planar shape, and is bonded to the other end of the GI fiber 33 by being adhered to the other end of the GI fiber 33 by an adhesive (not shown).
  • the surface of the magnetic film 34 opposite to the surface bonded to the GI fiber 33 is bonded to one surface of the reflective film 35.
  • the surface of the reflective film 35 opposite to the surface bonded to the magnetic film 34 is bonded to one end surface of the support member 36.
  • the magnetic film 34, the reflective film 35, and the support member 36 form a rod-shaped member 37 on a quadrangular column having the surface 34a of the magnetic film 34 and the end surface 35a opposite to the end surface joined to the magnetic film 34 of the support member 36 as the bottom surface. do. Since the surface 34a of the magnetic film 34 has a square planar shape, the shape of the bottom surface of the rod-shaped member 37 formed by the magnetic film 34, the reflective film 35, and the support member 36 is square.
  • the length of one side of the surface 34a of the magnetic film 34 is 125 ⁇ m, which is the same as the clad diameter of the GI fiber 33, and the magnetic film 34 is arranged so that the center of the surface 34a coincides with the center of the GI fiber 33. Ru. Since the length of one side of the surface 34a of the magnetic film 34 is the same as the clad diameter of the GI fiber 33 and the center of the surface 34a coincides with the center of the GI fiber 33, the magnetic film 34 is located at the center of the side of the surface 34a.
  • the outer edge of the GI fiber 33 is arranged so as to be inscribed.
  • the magnetic film 34 is a single crystal having a garnet-type crystal structure represented by the composition formula of RxY3-xFe5O12 in which the rare earth iron garnet is replaced with a rare metal element, and the phase of the circularly polarized light emitted from the GI fiber 33 is a magnetic field. It is a Faraday rotator that changes according to the magnetic field in which the sensor element is placed.
  • R is a rare metal (Rare earth metal) and is an element that can be replaced with Y.
  • Rare earth elements consist of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, which independently and stably form a garnet-type crystal structure with Fe.
  • a garnet single crystal in which this rare earth element is replaced with Bi or Ce has a particularly large Faraday effect, and is therefore preferably used as a Faraday element.
  • the magnetic film 34 has a striped magnetic domain having a width of about 10 ⁇ m and a length of 100 ⁇ m or more.
  • the core diameters of the first polarization holding fiber 31 and the second polarization holding fiber 32 are about 10 ⁇ m, and when the incident light 101 is directly derived from the core of the second polarization holding fiber 32 to the magnetic film 34, optical modulation due to magnetization is obtained. May not be obtained properly.
  • optical modulation can be appropriately obtained.
  • the reflective film 35 is a mirror element that reflects light transmitted through the magnetic film 34 toward the magnetic film 34 to generate return light 102.
  • the reflective film 35 emits to the magnetic film 34 the circularly polarized light transmitted through the magnetic field sensor head 30 and the circularly polarized light whose rotation direction is opposite to that of the circularly polarized light.
  • a silver (Ag) film, a gold (Au) film, an aluminum (Al) film, a dielectric multilayer film mirror, or the like can be used.
  • an Ag film having a high reflectance and an Au film having a high corrosion resistance are convenient and preferable in terms of film formation.
  • the thickness of the reflective film 35 may be as long as it can secure a sufficient reflectance of 98% or more, and for example, in the case of an Ag film, it is preferably 50 nm or more and 200 nm or less.
  • the Faraday rotation angle can be increased by reciprocating light in the magnetic film 34 using the reflective film 35.
  • the support member 36 is a rectangular parallelepiped member having a square end face made of glass, and a rod-shaped member 37 is formed at one end together with a magnetic film 34 and a reflective film 35.
  • FIG. 4 is a circuit block diagram of the signal processing unit 50.
  • the signal processing unit 50 includes a first amplifier circuit 51, a second amplifier circuit 52, a first division circuit 53, a second division circuit 54, and a differential amplifier circuit 55.
  • the signal processing unit 50 differentially detects the intensities of the two polarization components from the electrical signals photoelectrically converted by the first light receiving element 42 and the second light receiving element 43, and replaces the detected numerical values with current values.
  • Each of the first amplifier circuit 51 and the second amplifier circuit 52 is an analog amplifier circuit formed by an operational amplifier, a resistance element, or the like.
  • the first electric signal Es1 corresponding to the light amount Lp of the S polarization component 44 is input from the first light receiving element 42, and the input first electric signal Es1 is amplified to obtain the first amplified electric signal Es2. Is output.
  • a second electric signal Ep1 corresponding to the light amount Lp of the P polarization component 45 is input from the second light receiving element 43, and the input second electric signal Ep1 is amplified to obtain a second amplified electric signal Ep2. Is output.
  • Each of the first division circuit 53 and the second division circuit 54 is an analog division circuit formed by an operational amplifier, a resistance element, or the like.
  • the first dividing circuit 53 divides the first amplified electric signal Es2 by the second amplified electric signal Ep2, and uses the first analog signal (Es2 / Ep2) indicating the divided output value as the negative input terminal of the differential amplifier circuit 55. Output.
  • the second division circuit 54 divides the second amplified electric signal Ep2 by the first amplified electric signal Es2, and uses the second analog signal (Ep2 / Es2) indicating the divided output value as the negative input terminal of the differential amplifier circuit 55. Output.
  • the differential amplifier circuit 55 is, for example, an operational amplifier, and receives a first analog signal (Es2 / Ep2) input from the first division circuit 53 and a second analog signal (Ep2 / Es2) input from the second division circuit 54. Differential amplification is performed and the detection signal Ed is output.
  • FIG. 5A and 5B are views showing a method of manufacturing a rod-shaped member 37 formed of a magnetic film 34, a reflective film 35 and a support member 36, FIG. 5A shows a first step, and FIG. 5B shows a second step. A process is shown, FIG. 5 (c) shows a third step, FIG. 5 (d) shows a fourth step, and FIG. 5 (e) shows a fifth step.
  • a glass base material 400 which is a base material of a plurality of support members 36, is provided.
  • Each side of the surface 401 of the glass substrate 400 has a length that is an integral multiple of the end face of the square support member 36.
  • the height of the glass substrate 400 is longer than the length of the support member 36.
  • the reflective layer 410 which is the substrate of the reflective film 35, is laminated on the surface 401 of the glass substrate 400.
  • the reflective layer 410 is formed by depositing a member forming a reflective film 35 such as silver, gold, and aluminum on the surface 401 of the glass base material 400.
  • the magnetic layer 420 which is the base material of the reflective film 35, is laminated on the surface 401 of the glass base material 400.
  • the magnetic layer 420 is laminated on the surface of the reflective layer 410 by a known laminating method such as a flux growth method, a metal organic chemical vapor deposition method, and a sol-gel method.
  • the base material 400 on which the reflective layer 410 and the magnetic layer 420 are laminated is half-diced in a grid pattern so that the magnetic layer has a square planar shape.
  • the depth of the base material 400 is the same as the length of the support member 36.
  • each of the rod-shaped members 37 formed in the fourth step is cut from the base material 400, and the production of the rod-shaped member 37 is completed.
  • FIG. 6A and 6B are views showing a method of manufacturing the magnetic field sensor head 30, FIG. 6A shows a first step, FIG. 6B shows a second step, and FIG. 6C shows a third step. FIG. 6 (d) shows the fourth step, and FIG. 6 (e) shows the fifth step.
  • the base material 440 of the second polarization holding fiber 32 is fused to the end of the first polarization holding fiber 31 so that the slow phase axis and the fast phase axis of each other are inclined by 45 degrees. Be connected.
  • the base material 450 is cut by the fiber cleaver 500 so that the distance from the end connected to the end of the first polarization holding fiber 31 is 1/4 of the beat length.
  • the second polarization holding fiber 32 is formed.
  • the base material 450 of the GI fiber 33 is fused and connected to the end of the second polarization holding fiber 32 cut by the fiber cleaver 500.
  • the base material 450 is cut by the fiber cleaver 500 so that the distance from the end connected to the end of the second polarization holding fiber 32 is 1/4 of the pitch P. To form the GI fiber 33.
  • the magnetic film 34 of the rod-shaped member 37 manufactured by the manufacturing method described with reference to FIG. 5 is bonded and bonded to the end of the GI fiber 33 cut by the fiber cleaver 500 with an adhesive. .. Since the clad diameter of the GI fiber 33 and the length of one side of the magnetic film 34 are the same, when the surface of the magnetic film 34 is adhered to the end face of the GI fiber 33, the GI fiber 33 is centered on the side of the surface of the magnetic film 34. Self-aligned so that the outer edges of the end faces touch.
  • the magnetic field sensor head 30 detects by expanding the light flux of the incident light 101 derived from the second polarization holding fiber 32 by the GI fiber 33 arranged between the second polarization holding fiber 32 and the magnetic film 34.
  • the sensitivity can be increased.
  • the magnetic field sensor head 30 is a GI fiber 33 whose optical alignment with the second polarization holding fiber 32 is easy as an element for expanding the luminous flux of the incident light 101 derived from the second polarization holding fiber 32. Since it is adopted, it can be easily manufactured.
  • the clad diameter of the GI fiber 33 is equal to the clad diameter of the first polarization holding fiber 31 and the second polarization holding fiber 32, the first polarization holding fiber 31 and the second polarization holding fiber 32 are held. Optical alignment between the fiber 32 and the GI fiber 33 becomes easier.
  • the magnetic field sensor head 30 since the length of one side of the surface 34a of the magnetic film 34 is the same as the clad diameter of the GI fiber 33, when the magnetic film 34 is adhered to the GI fiber 33 with an adhesive, the magnetic film is formed. Since 34 is self-aligned, optical alignment is easy.
  • the rod-shaped member 37 in which the reflective film 35 and the magnetic film 34 are laminated on the support member 36 is adhered to the GI fiber 33 with an adhesive, so that the support member 36 is gripped and the GI fiber is used.
  • the 33 and the magnetic film 34 can be easily adhered to each other.
  • the magnetic field sensor head 30 has a second polarization holding fiber 32 that functions as a 1/4 wave plate, but the magnetic field sensor head according to the embodiment does not have to have the second polarization holding fiber 32.
  • the structure of the magnetic field sensor device including the magnetic field sensor head is appropriately changed.
  • the clad diameter of the GI fiber 33 is the same as the clad diameter of the second polarization holding fiber 32, but in the magnetic field sensor head according to the embodiment, the clad diameter of the GI fiber is joined. It may be different from the clad diameter of the optical fiber.
  • the length of the GI fiber 33 is one-fourth of the pitch P, but in the magnetic field sensor head according to the embodiment, the length of the GI fiber is three-quarters of the pitch P. It may be. Further, in the magnetic field sensor head according to the embodiment, the length of the GI fiber may be n ⁇ P ⁇ (1 ⁇ 1/4) depending on the positive number n and the pitch P.
  • the length of one side of the surface 34a of the magnetic film 34 is the same as the clad diameter of the GI fiber 33, but in the magnetic field sensor head according to the embodiment, the length of one side of the surface of the magnetic film 34 is the same. May be 20 ⁇ m or more. By setting the length of one side of the surface of the magnetic film to 20 ⁇ m or more, the incident light 101 can be applied to the striped magnetic domain within a range in which light modulation can be appropriately obtained.
  • the surface of the magnetic film is covered with the GI fiber. Can be self-aligned when adhering to.
  • FIG. 7 is a diagram showing the positional relationship between the first polarization holding fiber and the magnetic film in the magnetic field sensor head according to the modified example.
  • the magnetic field sensor head according to the modified example shown in FIG. 7 has a different area from the magnetic field sensor head 30 when each of the magnetic film, the reflective film, and the support member is viewed in a plan view. Since the components and functions of the magnetic field sensor head according to the modification other than the area when each of the magnetic film, the reflective film, and the support member are viewed in a plan view are the same as the components and functions of the magnetic field sensor head 30. A detailed description will be omitted here.
  • the magnetic film 64 has a square surface 64a having a side length of 88.4 ⁇ m, the diagonal length of the surface 64a matches the clad diameter of the GI fiber 33, and the four corners are on the outer edge of the GI fiber. Arranged to be inscribed.
  • the length of the diagonal line of the surface 64a matches the clad diameter of the GI fiber 33. Therefore, when the surface of the magnetic film 64 is adhered to the GI fiber 33, the corner of the surface 64a is the GI fiber. Self-aligned so that the outer edges of the end faces of 33 are in contact.
  • the length of the side of the bottom surface of the rod-shaped member may be equal to or less than the clad diameter of the GI fiber.
  • the magnetic field sensor head when the length of the diagonal line on the surface of the magnetic film is equal to or greater than the clad diameter of the GI fiber and the length of the side of the surface of the magnetic film is equal to or less than the clad diameter of the GI fiber. Since the magnetic film is self-aligned and adhered to the GI fiber, optical alignment is easy.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a preferable length of the GI fiber 33.
  • the wavelength of the incident light 101 is 1550 ns
  • the clad diameter is 125 ⁇ m
  • NA is 0.1
  • ⁇ A is 1.0.
  • the length of the GI fiber 33 when the beam diameter of the incident light 101 introduced from the GI fiber 33 into the reflective film matches the clad diameter of the GI fiber 33 is 1.55 mm.
  • the length of the GI fiber 33 when the beam diameter of the incident light 101 introduced from the GI fiber 33 into the reflective film is 20 ⁇ m is 1.03 mm.
  • the length of the GI fiber 33 when the beam diameter of the incident light 101 introduced from the GI fiber 33 into the reflective film is 88.4 mm is 1.49 mm.
  • the length of one side of the magnetic film is 88.4 mm, and the diagonal length of the magnetic film is the GI fiber 33. Light can be introduced over the entire surface of the magnetic film when it matches the clad diameter of.
  • the length of the GI fiber 33 is preferably 1.03 mm or more and 1.55 mm or less, which is indicated by the bidirectional arrow A in FIG.
  • the length of the GI fiber 33 is 1.03 mm or more and 1.55 mm or less, so that the beam diameter of the incident light 101 introduced from the GI fiber 33 into the reflective film is 20 ⁇ m or more. And can be less than or equal to the length of the side of the reflective film.

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Abstract

磁界センサヘッドは、光ファイバと、一端が光ファイバに光学的に接続されたＧＩファイバと、ＧＩファイバの他端に接合された磁性膜と、磁性膜のＧＩファイバに接合された面と反対の面に接合された反射膜と、反射膜の磁性膜に接合された面と反対の面に接合された支持部材とを有する。

Description

磁界センサヘッド及びその製造方法
　本開示は、磁界センサヘッド及びその製造方法に関する。
　コアに非軸対称な応力を加えることで、伝搬する光の偏波面保持性を高めた偏波保持ファイバ（Polarization Maintaining Fiber、ＰＭＦ）が知られている。偏波保持ファイバとして、ＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバ、ボウタイ（Bow-tie）ファイバ及び楕円ジャケット（Elliptical Jacket）ファイバ等が知られている。
　また、偏波保持ファイバを使用した磁界センサヘッドが知られている。例えば、特開２０２０－１２６００６号公報には、第１偏波保持ファイバの速相軸及び低速軸に対して速相軸及び低速軸を４５度傾斜させた第２偏波保持ファイバを偏波保持ファイバと、グラニュラー膜であるファラデー回転子との間に配置した磁界センサヘッドが記載されている。特開２０２０－１２６００６号公報に記載される磁界センサヘッドでは、第２偏波保持ファイバが偏波保持ファイバに導入された直線偏波光を円偏波光に変換する偏波変換素子として機能して、１／４波長板を使用することなくファラデー回転子に送受光を伝送できる。
　特開２０２０－１２６００６号公報に記載される磁界センサヘッドでは、１／４波長板を使用することなくファラデー回転子に送受光が伝送可能であるが、磁界センサヘッドの検出感度を更に向上させることが望まれている。特表２００２－５２８７０７号公報には、ＧＲＩＮレンズを光ファイバと磁性膜との間に配置した磁界センサヘッドが記載される。特表２００２－５２８７０７号公報に記載される磁界センサヘッドは、ＧＲＩＮレンズを光ファイバと磁性膜との間に配置することで、光が入射する磁性膜の領域をコア径よりも大きくして、検出感度を向上させることができる。
　しかしながら、特表２００２－５２８７０７号公報に記載される磁界センサヘッドは、光ファイバとファラデー回転子との間にＧＲＩＮレンズが配置されるため、光ファイバとＧＲＩＮレンズとの間の光軸調整が煩雑となり、製造することが容易ではない。
　本開示は、製造が容易にあり且つ検出感度が高い磁界センサヘッドを提供することを目的とする。
　本開示に係る磁界センサヘッドは、光ファイバと、一端が光ファイバに光学的に接続されたＧＩファイバと、ＧＩファイバの他端に接合された磁性膜と、磁性膜のＧＩファイバに接合された面と反対の面に接合された反射膜と、反射膜の磁性膜に接合された面と反対の面に接合された支持部材とを有する。
　さらに、本開示に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバのクラッド径は、光ファイバのクラッド径と同一であることが好ましい。
　さらに、本開示に係る磁界センサヘッドでは、磁性膜、反射膜及び支持部材は、磁性膜のＧＩファイバに接合された面、及び支持部材の反射膜の磁性膜に接合された面の反対の面を正方形状の底面とする四角柱形状を有する棒状部材を形成することが好ましい。
　さらに、本開示に係る磁界センサヘッドでは、磁性膜は、希土類鉄ガーネットであることが好ましい。
　さらに、本開示に係る磁界センサヘッドでは、棒状部材の底面の辺の長さは、２０μｍ以上であり且つＧＩファイバのクラッド径以下であることが好ましい。
　さらに、本開示に係る磁界センサヘッドでは、棒状部材の底面の対角線の長さは、ＧＩファイバのクラッド径以下であることが好ましい。
　さらに、本開示に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバから反射膜に導入される光のビーム径は、２０μｍ以上であり且つ反射膜の辺の長さ以下であることが好ましい。
　また、本開示に係る磁界センサヘッドの製造方法は、光ファイバの一端とＧＩファイバの一端とを融解接続し、支持部材に反射膜及び磁性膜が積層され且つ磁性膜を正方形状の底面とする四角柱形状を有する棒状部材の底面を、ＧＩファイバの他端に接着剤によって接着することを含み、棒状部材の底面の辺の長さは、２０μｍ以上であり且つＧＩファイバのクラッド径以下である。
　さらに、本開示に係る磁界センサヘッドの製造方法では、基材の上に反射層を積層し、反射層の上に磁性層を作成し、反射層及び磁性層が積層された基材を、磁性層が正方形状の平面形状を有するようにハーフダイシングして、基材に一端が接合された棒状部材を形成し、棒状部材を基材から切断することを更に含むことが好ましい。
　本開示に係る技術では、ＧＲＩＮレンズの代わりにＧＩファイバを使用することで、検出感度が高い磁界センサヘッドが容易に製造可能になる。
実施形態に係る磁界センサヘッドを有する磁界センサ装置を示すブロック図である。 第１偏波保持ファイバの図１に示すＡ－Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）は図１に示す磁性膜、反射膜及び支持部材により形成される棒状部材の斜視図であり、図３（ｂ）は（ａ）に示す磁性膜の平面写真であり、図３（ｃ）は第１偏波保持ファイバと磁性膜との位置関係を示す図である。 図１に示す信号処理部の回路ブロック図である。 図１に示す磁性膜、反射膜及び支持部材により形成される棒状部材の製造方法を示す図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は第４工程を示し、（ｅ）は第５工程を示す。 図１に示す磁界センサヘッドの製造方法を示す図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は第４工程を示し、（ｅ）は第５工程を示す。 変形例に係る磁界センサヘッドにおける第１偏波保持ファイバと磁性膜との位置関係を示す図である。 ＧＩファイバの好ましい長さの一例を説明するための図である。
　以下図面を参照して、本開示に係る磁界センサヘッド及びその製造方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
　（実施形態に係る磁界センサヘッドの構成及び機能）
　図１は、実施形態に係る磁界センサヘッドを有する磁界センサ装置を示すブロック図である。
　磁界センサ装置１は、発光部１０と、光分岐部２０と、磁界センサヘッド３０と、検出信号発生部４０とを有する。発光部１０は、発光素子１１と、アイソレータ１２と、偏光子１３とを有する。
　発光素子１１は、例えば半導体レーザ又は発光ダイオードである。具体的には、発光素子１１として、ファブリペローレーザー、スーパールミネッセンスダイオード等を好ましく用いることができる。
　アイソレータ１２は、発光素子１１から入射された光を光分岐部２０側に透過すると共に、光分岐部２０から入射された光を発光素子１１側に透過しないことで、発光素子１１を保護する。アイソレータ１２は、例えば偏光依存型光アイソレータであり、偏光無依存型光アイソレータであってもよい。
　偏光子１３は、発光素子１１が発した光を直線偏波光に偏光するための光学素子であり、その種類は特に限定されない。偏光子１３で得られる直線偏波光は、光分岐部２０を介して磁界センサヘッド３０に入射光１０１として入射される。
　光分岐部２０は、発光部１０から出射された光を磁界センサヘッド３０に透過すると共に、磁界センサヘッド３０から出射された戻り光１０２を検出信号発生部４０に分岐する。なお、透過及び分岐の方向は逆であってもよい。光分岐部２０は、例えばハーフミラーであるが、光ファイバを結合分岐する光カプラ、光を分割するビームスプリッタ、及び光サーキュレータ等の光を分波可能な他の光学素子であってもよい。
　磁界センサヘッド３０は、第１偏波保持ファイバ３１と、第２偏波保持ファイバ３２と、ＧＩファイバ３３と、磁性膜３４と、反射膜３５と、支持部材３６とを有し、少なくともその一部が所定の磁界内に配置可能である。磁性膜３４、反射膜３５及び支持部材３６は、棒状部材３７を形成する。磁界センサヘッド３０は、発光部１０が出射した直線偏波光が入射光１０１として導入されると共に、導入された入射光１０１に応じた戻り光１０２を導出する。
　検出信号発生部４０は、偏光分離素子４１と、第１受光素子４２と、第２受光素子４３と、信号処理部５０とを有し、第１偏波保持ファイバ３１から導出された戻り光１０２を受光する。偏光分離素子４１は、プリズム型、平面型、ウェッジ基板型及び光導波路型等の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、第１偏波保持ファイバ３１から導出された戻り光１０２をＳ偏光成分４４とＰ偏光成分４５とに分離する。
　第１受光素子４２及び第２受光素子４３のそれぞれは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。第１受光素子４２はＳ偏光成分４４を受光し、第２受光素子４３はＰ偏光成分４５を受光する。第１受光素子４２及び第２受光素子４３のそれぞれは、受光した光を光電変換して、受光した光の光量の応じた電気信号を出力する。
　図２は、第１偏波保持ファイバ３１の図１に示すＡ－Ａ線に沿う断面図である。
　第１偏波保持ファイバ３１は、ＰＡＮＤＡファイバであり、コア３１０と、一対の応力付与部３１１及び３１２と、クラッド３１４とを有する。第１偏波保持ファイバ３１のコア径は約１０μｍであり、クラッド径は１２５μｍである。コア３１０は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）により形成されるクラッド３１４よりも屈折率が大きくなるように例えば二酸化ケイ素に二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）を添加して形成される。一対の応力付与部３１１及び３１２のそれぞれは、例えば二酸化ケイ素に酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）を添加して形成され、第１偏波保持ファイバ３１の紡糸の冷却工程においてクラッド３１４より大きく収縮してＸ軸方向に引張応力を付与する。
　第１偏波保持ファイバ３１は、発光部１０から光分岐部２０を介して導入される入射光１０１の偏光面２０１が遅相軸であるＸ軸及び速相軸であるＹ軸のそれぞれに対して４５度傾斜して導入されるように配置される。第１偏波保持ファイバ３１は、導入される入射光１０１の偏光面２０１に対してＸ軸及びＹ軸が４５度傾斜して配置されることで、導入された入射光１０１を、Ｘ軸に沿って伝搬する第１直線偏波と、Ｙ軸に沿って伝搬する第２直線偏波とに分離して伝搬する。Ｘ軸に導入される第１直線偏波の振幅は、Ｙ軸に導入される第２直線偏波の振幅と等しい。
　なお、第１偏波保持ファイバ３１は、ＰＡＮＤＡファイバであるが、ボウタイファイバ及び楕円ジャケットファイバ等の他の偏波保持ファイバであってもよい。
　第２偏波保持ファイバ３２は、第１偏波保持ファイバ３１と同様にＰＡＮＤＡファイバである。第２偏波保持ファイバ３２の構成は、第１偏波保持ファイバ３１の構成と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。第２偏波保持ファイバ３２のコア径及びクラッド径は、第１偏波保持ファイバ３１のコア径及びクラッド径と同一である。
　第２偏波保持ファイバ３２は、第１偏波保持ファイバ３１の遅相軸及び速相軸に対して第２遅相軸及び第２速相軸を４５度傾斜して第１偏波保持ファイバ３１に光学的に接続される。第２偏波保持ファイバ３２は、例えば融着接続によって第１偏波保持ファイバ３１に接続される。なお、第２偏波保持ファイバ３２は、接着剤を介する接続等の融着接続以外の接続方法によって第１偏波保持ファイバ３１に接続されてもよい。特許文献１に記載されるように、第２偏波保持ファイバ３２は、ビート長の４分の１の長さを有することで、１／４波長板として機能する。
　ＧＩファイバ３３は、コアの屈折率を放射線状に分布させることで、第２偏波保持ファイバ３２からコアに導入された光をピッチＰの周期を有する正弦波で伝送する光ファイバである。ＧＩファイバ３３の一端は、第２偏波保持ファイバ３２を介して第１偏波保持ファイバ３１に光学的に接続される。ＧＩファイバ３３のクラッド径は、第１偏波保持ファイバ３１及び第２偏波保持ファイバ３２のクラッド径と同一である。
　ＧＩファイバ３３は、ピッチＰの４分の１の長さを有することで、第２偏波保持ファイバ３２から導入された光をコリメート光としてと磁性膜３４に導出する。また、磁性膜３４から導入されたコリメート光を第２偏波保持ファイバ３２のコアに導出する。
　図３（ａ）は磁性膜３４、反射膜３５及び支持部材３６により形成される棒状部材３７の斜視図であり、図３（ｂ）は磁性膜３４の平面写真であり、図３（ｃ）は第１偏波保持ファイバ３１と磁性膜３４との位置関係を示す図である。
　磁性膜３４の表面３４ａは、正方形状の平面形状を有し、ＧＩファイバ３３の他端に不図示の接着材によって接着されることでＧＩファイバ３３の他端に接合される。磁性膜３４のＧＩファイバ３３に接合された面と反対の面は、反射膜３５の一方の面に接合される。反射膜３５の磁性膜３４に接合された面と反対の面は、支持部材３６の一方の端面に接合される。
　磁性膜３４、反射膜３５及び支持部材３６は、磁性膜３４の表面３４ａ及び支持部材３６の磁性膜３４に接合された端面と反対の端面３５ａを底面とする四角柱上の棒状部材３７を形成する。磁性膜３４の表面３４ａが正方形状の平面形状を有するので、磁性膜３４、反射膜３５及び支持部材３６によって形成される棒状部材３７の底面の形状は、正方形である。
　磁性膜３４の表面３４ａの一辺の長さは、１２５μｍであり、ＧＩファイバ３３のクラッド径と同一であり、磁性膜３４は、表面３４ａの中心がＧＩファイバ３３の中心に一致するように配置される。磁性膜３４の表面３４ａの一辺の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と同一であり且つ表面３４ａの中心がＧＩファイバ３３の中心に一致するので、磁性膜３４は、表面３４ａの辺の中心にＧＩファイバ３３の外縁が内接するように配置される。
　磁性膜３４は、希土類鉄ガーネットを希少金属元素で置換したＲxＹ3-xＦｅ5Ｏ12の組成式で表されるガーネット型結晶構造を有する単結晶であり、ＧＩファイバ３３から出射された円偏波光の位相を磁界センサ素子が配置される磁界に応じて変化させるファラデー回転子である。Ｒは希少金属（Ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｍｅｔａｌ）であり、Ｙと置換可能な元素である。
　希土類元素は、単独で安定してＦｅとガーネット型結晶構造を形成するＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素であり、代表的にはＹである。この希土類元素をＢｉやＣｅで置換したガーネット単結晶は特に大きなファラデー効果を有しているため、ファラデー素子として好ましく用いられる。
　図３（ｂ）に示すように磁性膜３４は、幅が１０μｍ程度であり且つ長さが１００μｍ以上である縞状磁区を有する。第１偏波保持ファイバ３１及び第２偏波保持ファイバ３２のコア径は１０μｍ程度であり、入射光１０１を第２偏波保持ファイバ３２のコアから磁性膜３４に直接導出すると、磁化による光変調を適切に得られないおそれがある。ＧＩファイバ３３によって１２５μｍ程度まで光束を広げることで、適切に光変調を得ることができる。
　反射膜３５は、磁性膜３４を透過した光を磁性膜３４に向けて反射して戻り光１０２を発生するミラー素子である。反射膜３５は、磁界センサヘッド３０を透過した円偏波光と回転方向が反対の円偏波光を磁性膜３４に出射する。反射膜３５としては、例えば、銀（Ａｇ）膜、金（Ａｕ）膜、アルミニウム（Ａｌ）膜又は誘電体多層膜ミラー等を用いることができる。特に、反射率の高いＡｇ膜及び耐食性が高いＡｕ膜が成膜上簡便で好ましい。反射膜３５の厚さは、９８％以上の十分な反射率を確保できる大きさであればよく、例えばＡｇ膜の場合には、５０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下であることが好ましい。反射膜３５を用いて磁性膜３４内で光を往復させることにより、ファラデー回転角を大きくすることができる。
　支持部材３６は、ガラスにより形成された端面が正方形状の直方体状の部材であり、一端に磁性膜３４及び反射膜３５と共に棒状部材３７を形成する。
　図４は、信号処理部５０の回路ブロック図である。
　信号処理部５０は、第１増幅回路５１と、第２増幅回路５２と、第１除算回路５３と、第２除算回路５４と、差動増幅回路５５とを有する。信号処理部５０は、第１受光素子４２及び第２受光素子４３により光電変換された電気信号から２つの偏光成分の強度を差分検出し、検出した数値を電流値に置き換える。
　第１増幅回路５１及び第２増幅回路５２のそれぞれは、オペアンプ及び抵抗素子等により形成されるアナログ増幅回路である。
　第１増幅回路５１は、第１受光素子４２からＳ偏光成分４４の光量Ｌｐに応じた第１電気信号Ｅｓ１が入力され、入力された第１電気信号Ｅｓ１を増幅して第１増幅電気信号Ｅｓ２を出力する。第２増幅回路５２は、第２受光素子４３からＰ偏光成分４５の光量Ｌｐに応じた第２電気信号Ｅｐ１が入力され、入力された第２電気信号Ｅｐ１を増幅して第２増幅電気信号Ｅｐ２を出力する。
　第１除算回路５３及び第２除算回路５４のそれぞれは、オペアンプ及び抵抗素子等により形成されるアナログ除算回路である。
　第１除算回路５３は、第２増幅電気信号Ｅｐ２で第１増幅電気信号Ｅｓ２を除算し、除算した出力値を示す第１アナログ信号（Ｅｓ２／Ｅｐ２）を差動増幅回路５５のマイナス入力端子に出力する。第２除算回路５４は、第１増幅電気信号Ｅｓ２で第２増幅電気信号Ｅｐ２を除算し、除算した出力値を示す第２アナログ信号（Ｅｐ２／Ｅｓ２）を差動増幅回路５５のマイナス入力端子に出力する。
　差動増幅回路５５は、例えばオペアンプであり、第１除算回路５３から入力される第１アナログ信号（Ｅｓ２／Ｅｐ２）と第２除算回路５４から入力される第２アナログ信号（Ｅｐ２／Ｅｓ２）を差動増幅して検出信号Ｅｄを出力する。
　（実施形態に係る磁界センサヘッドの製造方法）
　図５は磁性膜３４、反射膜３５及び支持部材３６により形成される棒状部材３７の製造方法を示す図であり、図５（ａ）は第１工程を示し、図５（ｂ）は第２工程を示し、図５（ｃ）は第３工程を示し、図５（ｄ）は第４工程を示し、図５（ｅ）は第５工程を示す。
　まず、第１工程において、複数の支持部材３６の基材であるガラスの基材４００が提供される。ガラスの基材４００の表面４０１の辺のそれぞれは、正方形である支持部材３６の端面の整数倍の長さを有する。ガラスの基材４００の高さは、支持部材３６の長さよりも長い。
　次いで、第２工程において、ガラスの基材４００の表面４０１に反射膜３５の基材である反射層４１０が積層される。反射層４１０は、銀、金及びアルミニウム等の反射膜３５を形成する部材をガラスの基材４００の表面４０１に蒸着することにより形成される。
　次いで、第３工程において、ガラスの基材４００の表面４０１に反射膜３５の基材である磁性層４２０が積層される。磁性層４２０は、例えばフラックス成長法、金属有機化学気相成長法及びゾルゲル法等の既知の積層法により反射層４１０の表面に積層される。
　次いで、第４工程において、反射層４１０及び磁性層４２０が積層された基材４００を、磁性層が正方形状の平面形状を有するように格子状にハーフダイシングする。基材４００の深さは、支持部材３６の長さと同一である。基材４００がハーフダイシングされることにより、底面が基材４００によって固定され、表面に磁性膜３４及び反射膜３５が積層された棒状部材３７が形成される。
　そして、第５工程において、第４工程で形成された棒状部材３７のそれぞれを基材４００から切断して、棒状部材３７の製造が終了する。
　図６は磁界センサヘッド３０の製造方法を示す図であり、図６（ａ）は第１工程を示し、図６（ｂ）は第２工程を示し、図６（ｃ）は第３工程を示し、図６（ｄ）は第４工程を示し、図６（ｅ）は第５工程を示す。
　まず、第１工程において、第１偏波保持ファイバ３１の端部に、第２偏波保持ファイバ３２の基材４４０が、互いの遅相軸及び速相軸が４５度傾斜するように融着接続される。次いで、第２工程において、第１偏波保持ファイバ３１の端部と接続された端部からの距離がビート長の４分の１の長さとなるように、ファイバクリーバー５００で基材４５０を切断して第２偏波保持ファイバ３２を形成する。
　次いで、第３工程において、ファイバクリーバー５００で切断された第２偏波保持ファイバ３２の端部に、ＧＩファイバ３３の基材４５０が融着接続される。次いで、第４工程において、第２偏波保持ファイバ３２の端部と接続された端部からの距離がピッチＰの４分の１の長さとなるように、ファイバクリーバー５００で基材４５０を切断してＧＩファイバ３３を形成する。
　そして、ファイバクリーバー５００で切断されたＧＩファイバ３３の端部に、図５を参照して説明された製造法によって製造された棒状部材３７の磁性膜３４が、接着剤によって接着されて接合される。ＧＩファイバ３３のクラッド径と磁性膜３４の一辺の長さは同一なので、磁性膜３４の表面がＧＩファイバ３３の端面に接着されるとき、磁性膜３４の表面の辺の中央にＧＩファイバ３３の端面の外縁が接するようにセルフアライメントされる。
　（実施形態に係る磁界センサヘッドの作用効果）
　磁界センサヘッド３０は、第２偏波保持ファイバ３２と磁性膜３４との間に配置されるＧＩファイバ３３が第２偏波保持ファイバ３２から導出される入射光１０１の光束を広げることで、検出感度を高くすることができる。
　また、磁界センサヘッド３０は、第２偏波保持ファイバ３２から導出される入射光１０１の光束を広げる素子として、第２偏波保持ファイバ３２との間の光学調芯が容易なＧＩファイバ３３を採用するので、容易に製造可能である。
　また、磁界センサヘッド３０では、ＧＩファイバ３３のクラッド径が第１偏波保持ファイバ３１及び第２偏波保持ファイバ３２のクラッド径に等しいので、第１偏波保持ファイバ３１及び第２偏波保持ファイバ３２とＧＩファイバ３３との間の光学調芯が更に容易になる。
　また、磁界センサヘッド３０では、磁性膜３４の表面３４ａの一辺の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と同一であるので、磁性膜３４をＧＩファイバ３３に接着剤によって接着するときに、磁性膜３４は、セルフアライメントされるので光学調芯が容易である。
　また、磁界センサヘッド３０を製造するとき、支持部材３６に反射膜３５及び磁性膜３４が積層された棒状部材３７をＧＩファイバ３３に接着剤によって接着するので、支持部材３６を把持してＧＩファイバ３３と磁性膜３４とを容易に接着できる。
　（実施形態に係る磁界センサヘッドの変形例）
　磁界センサヘッド３０は、１／４波長板として機能する第２偏波保持ファイバ３２を有するが、実施形態に係る磁界センサヘッドは、第２偏波保持ファイバ３２を有していなくてもよい。実施形態に係る磁界センサヘッドが第２偏波保持ファイバ３２を有さないとき、磁界センサヘッドを含む磁界センサ装置の構造は、適宜変更される。
　また、磁界センサヘッド３０では、ＧＩファイバ３３のクラッド径は、第２偏波保持ファイバ３２のクラッド径と同一であるが、実施形態に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバのクラッド径は、接合される光ファイバのクラッド径と相違してもよい。
　また、磁界センサヘッド３０では、ＧＩファイバ３３の長さは、ピッチＰの４分の１であるが、実施形態に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバの長さは、ピッチＰの４分の３であってもよい。また、実施形態に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバの長さは、正数ｎ及びピッチＰによって、ｎ×Ｐ×（１±１／４）の長さであってもよい。
　また、磁界センサヘッド３０では、磁性膜３４の表面３４ａの一辺の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と同一であるが、実施形態に係る磁界センサヘッドでは、磁性膜の表面の一辺の長さは、２０μｍ以上であればよい。磁性膜の表面の一辺の長さを２０μｍ以上にすることで、適切に光変調を得ることが可能な程度の範囲の縞状磁区に入射光１０１を照射することができる。
　また、磁界センサヘッド３０では、ＧＩファイバのクラッド径は、磁性膜の表面の対角線の長さ以上であり且つ磁性膜の表面の辺の長さ以下であるときに、磁性膜の表面をＧＩファイバに接着するときにセルフアライメントすることができる。
　図７は、変形例に係る磁界センサヘッドにおける第１偏波保持ファイバと磁性膜との位置関係を示す図である。
　図７に示す変形例に係る磁界センサヘッドは、磁性膜、反射膜及び支持部材のそれぞれを平面視したときの面積が磁界センサヘッド３０と相違する。磁性膜、反射膜及び支持部材のそれぞれを平面視したときの面積以外の変形例に係る磁界センサヘッドの構成要素の構成及び機能は、磁界センサヘッド３０の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。
　磁性膜６４は、一辺の長さが８８．４μｍの正方形状の表面６４ａを有し、表面６４ａの対角線の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と一致し、４つの角がＧＩファイバの外縁に内接するように配置される。
　変形例に係る磁界センサヘッドでは、表面６４ａの対角線の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と一致するので、磁性膜６４の表面がＧＩファイバ３３に接着されるとき、表面６４ａの角がＧＩファイバ３３の端面の外縁が接するようにセルフアライメントされる。なお、棒状部材の底面の辺の長さは、ＧＩファイバのクラッド径以下であってもよい。
　また、実施形態に係る磁界センサヘッドでは、磁性膜の表面の対角線の長さがＧＩファイバのクラッド径以上であり且つ磁性膜の表面の辺の長さがＧＩファイバのクラッド径以下であるとき、磁性膜がセルフアライメントしてＧＩファイバに接着されるので光学調芯が容易である。
　図８は、ＧＩファイバ３３の好ましい長さの一例を説明するための図である。図８に示す例では、入射光１０１の波長は１５５０ｎｓであり、クラッド径は１２５μｍであり、ＮＡは０．１であり、√Ａは１．０である。
　図８に示す例では、ＧＩファイバ３３から反射膜に導入される入射光１０１のビーム径がＧＩファイバ３３のクラッド径と一致するときのＧＩファイバ３３の長さは、１．５５ｍｍである。本開示に係る磁界センサヘッド１で使用されるＧＩファイバ３３の長さを１．５５ｍｍとすることで、磁性膜３４の全面に亘って光を導入できる。
　また、ＧＩファイバ３３から反射膜に導入される入射光１０１のビーム径が２０μｍであるときのＧＩファイバ３３の長さは、１．０３ｍｍである。実施形態に係る磁界センサヘッドで使用されるＧＩファイバの長さを１．０３ｍｍとすることで、磁性膜の一辺の長さが２０μｍであるときに磁性膜の全面に亘って光を導入できる。
　また、ＧＩファイバ３３から反射膜に導入される入射光１０１のビーム径が８８．４ｍｍであるときのＧＩファイバ３３の長さは、１．４９ｍｍである。実施形態に係る磁界センサヘッドで使用されるＧＩファイバの長さを１．４９ｍｍとすることで、磁性膜の一辺の長さが８８．４ｍｍであり、磁性膜の対角線の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と一致するときに磁性膜の全面に亘って光を導入できる。
　実施形態に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバ３３の長さを図８において双方向矢印Ａで示される１．０３ｍｍ以上且つ１．５５ｍｍ以下とすることが好ましい。実施形態に係る磁界センサヘッドは、ＧＩファイバ３３の長さを１．０３ｍｍ以上且つ１．５５ｍｍ以下とすることで、ＧＩファイバ３３から反射膜に導入される入射光１０１のビーム径を２０μｍ以上であり且つ反射膜の辺の長さ以下とすることができる。

Claims (10)

  1. 　光ファイバと、
    　一端が前記光ファイバに光学的に接続されたＧＩファイバと、
    　前記ＧＩファイバの他端に接合された磁性膜と、
    　前記磁性膜の前記ＧＩファイバに接合された面と反対の面に接合された反射膜と、
    　前記反射膜の前記磁性膜に接合された面と反対の面に接合された支持部材と、
    　を有する、ことを特徴とする磁気センサヘッド。
  2. 　前記ＧＩファイバのクラッド径は、前記光ファイバのクラッド径と同一である、請求項１に記載の磁気センサヘッド。
  3. 　前記磁性膜、前記反射膜及び前記支持部材は、前記磁性膜の前記ＧＩファイバに接合された面、及び前記支持部材の前記反射膜の前記磁性膜に接合された面の反対の面を正方形状の底面とする四角柱形状を有する棒状部材を形成する、請求項２に記載の磁気センサヘッド。
  4. 　前記磁性膜は、希土類鉄ガーネットである、請求項３に記載の磁気センサヘッド。
  5. 　前記棒状部材の底面の辺の長さは、２０μｍ以上であり且つ前記ＧＩファイバのクラッド径以下である、請求項４に記載の磁気センサヘッド。
  6. 　前記棒状部材の底面の対角線の長さは、前記ＧＩファイバのクラッド径以下である、請求項５に記載の磁気センサヘッド。
  7. 　前記ＧＩファイバから前記反射膜に導入される光のビーム径は、２０ｍｍ以上であり且つ前記反射膜の辺の長さ以下である、請求項５に記載の磁気センサヘッド。
  8. 　光ファイバの一端とＧＩファイバの一端とを融解接続し、
    　支持部材に反射膜及び磁性膜が積層され且つ前記磁性膜を正方形状の底面とする四角柱形状を有する棒状部材の前記底面を、前記ＧＩファイバの他端に接着剤によって接着する
    　ことを含み、
    　前記棒状部材の底面の辺の長さは、２０μｍ以上であり且つ前記ＧＩファイバのクラッド径以下である、
    　ことを更に含む、ことを特徴とする磁気センサヘッドの製造方法。
  9. 　前記棒状部材の底面の辺の長さは、前記ＧＩファイバのクラッド径以下である、請求項８に記載の磁気センサヘッドの製造方法。
  10. 　基材の上に反射層を積層し、
    　前記反射層の上に磁性層を作成し、
    　前記反射層及び前記磁性層が積層された基材を、前記磁性層が正方形状の平面形状を有するようにハーフダイシングして、前記基材に一端が接合された前記棒状部材を形成し、
    　前記棒状部材を前記基材から切断する、
    　ことを更に含む、請求項８又は９に記載の磁気センサヘッドの製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024090561A1 (ja) * 2022-10-28 2024-05-02 シチズンファインデバイス株式会社 磁性膜及び磁界センサヘッド

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4947035A (en) * 1988-08-08 1990-08-07 Cornell Research Foundation, Inc. Fiber optic transducer using faraday effect
US6289156B1 (en) * 1998-05-19 2001-09-11 Jds Uniphase Corporation Low cost fiber optic circulator
JP2002528707A (ja) 1998-10-21 2002-09-03 ジー． ダンカン，ポール 希土類鉄ガーネットを用いて光の波面の偏光回転を光学的に測定するための装置および方法
WO2006090846A1 (ja) * 2005-02-24 2006-08-31 Kyocera Corporation ファラデー回転ミラーおよびその製造方法
JP2006243039A (ja) * 2005-02-28 2006-09-14 Tdk Corp 磁気光学光部品
JP2020126006A (ja) 2019-02-05 2020-08-20 シチズンファインデバイス株式会社 磁界センサ装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006276737A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Kyocera Corp 反射光学系

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4947035A (en) * 1988-08-08 1990-08-07 Cornell Research Foundation, Inc. Fiber optic transducer using faraday effect
US6289156B1 (en) * 1998-05-19 2001-09-11 Jds Uniphase Corporation Low cost fiber optic circulator
JP2002528707A (ja) 1998-10-21 2002-09-03 ジー． ダンカン，ポール 希土類鉄ガーネットを用いて光の波面の偏光回転を光学的に測定するための装置および方法
WO2006090846A1 (ja) * 2005-02-24 2006-08-31 Kyocera Corporation ファラデー回転ミラーおよびその製造方法
JP2006243039A (ja) * 2005-02-28 2006-09-14 Tdk Corp 磁気光学光部品
JP2020126006A (ja) 2019-02-05 2020-08-20 シチズンファインデバイス株式会社 磁界センサ装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024090561A1 (ja) * 2022-10-28 2024-05-02 シチズンファインデバイス株式会社 磁性膜及び磁界センサヘッド

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