JP6886677B2 - Faraday Rotator, Magneto-Optical Device and Optical Isolator - Google Patents
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Description
本発明は、ファラデー回転子並びにこれを用いた磁気光学デバイス及び光アイソレータに関する。 The present invention relates to a Faraday rotator and a magneto-optical device and an optical isolator using the Faraday rotator.
光アイソレータ等の磁気光学デバイスに用いられるファラデー回転子として、例えば、特許文献１や特許文献２に示されるものがある。従来のファラデー回転子においては、これらの文献に示されるように、ファラデー効果を有する材料として結晶等の固体材料が用いられている。
Examples of the Faraday rotator used in a magneto-optical device such as an optical isolator are those shown in Patent Document 1 and
固体材料を用いたファラデー回転子の場合、回転子の形状を調整するには結晶等の材料自体を加工する必要がある。このため、回転子の形状を調整する自由度に限界がある。 In the case of a Faraday rotator using a solid material, it is necessary to process the material itself such as crystals in order to adjust the shape of the rotor. Therefore, there is a limit to the degree of freedom in adjusting the shape of the rotor.
本発明の目的は、形状を調整する自由度が高いファラデー回転子並びにこれを用いた磁気光学デバイス及び光アイソレータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a Faraday rotator having a high degree of freedom in adjusting its shape, and a magneto-optical device and an optical isolator using the Faraday rotator.
本発明のファラデー回転子は、透過光に対してファラデー効果を有する液体と、外部から入射した光が前記液体を透過して外部へと出射するように前記液体を収容した液体収容部と、を備えており、前記液体が、陽イオンとしてトリヘキシルテトラデシルホスホニウムイオンを含んでいると共に、陰イオンとして磁性イオンを含んでいるイオン液体であり、前記磁性イオンは、遷移元素を含んでいる。 The Faraday rotor of the present invention comprises a liquid having a Faraday effect on transmitted light and a liquid accommodating portion containing the liquid so that light incident from the outside passes through the liquid and is emitted to the outside. with which the liquid, with contains trihexyl tetradecyl phosphonium ions as cations, Ri ionic liquids der containing magnetic ions as an anion, wherein the magnetic ion includes a transition element.
本発明のファラデー回転子によると、ファラデー効果を有する材料として液体を用いている。したがって、液体を収容した液体収容部の形状を調整すれば回転子の形状を調整できる。このため、ファラデー回転子の形状を調整しやすい。 According to the Faraday rotator of the present invention, a liquid is used as a material having a Faraday effect. Therefore, the shape of the rotor can be adjusted by adjusting the shape of the liquid storage portion that stores the liquid. Therefore, it is easy to adjust the shape of the Faraday rotator.
また、イオン液体は、一般に不揮発性であり、耐熱性に優れている。このため、ファラデー回転子の耐久性が向上する。
Further, the ionic liquid is generally non-volatile and has excellent heat resistance. Therefore, the durability of the Faraday rotator is improved.
また、磁性イオンによりファラデー効果が生じやすい。
In addition, the Faraday effect is likely to occur due to magnetic ions.
また、遷移元素や希土類元素のイオンにより、ファラデー効果が特に生じやすい。 Also, the ions of the transition elements and rare earth elements, the Faraday effect is particularly likely to occur.
また、本発明に係るファラデー回転子は、磁場の印加により旋光性が生じる特性を利用した磁場センサーや電流センサー、光アイソレータ等の磁気光学デバイスに応用可能である。ファラデー回転子の形状調整の自由度が高い本発明をこれらのデバイスに適用することで、デバイス全体として設計自由度が向上する。例えば、本発明に係るファラデー回転子を光アイソレータに用いた場合、光アイソレータとしての設計自由度が向上する。 Further, the Faraday rotator according to the present invention can be applied to a magneto-optical device such as a magnetic field sensor, a current sensor, or an optical isolator, which utilizes the characteristic that optical rotation is generated by applying a magnetic field. By applying the present invention, which has a high degree of freedom in adjusting the shape of the Faraday rotator, to these devices, the degree of freedom in designing the device as a whole is improved. For example, when the Faraday rotator according to the present invention is used as an optical isolator, the degree of freedom in design as an optical isolator is improved.
本発明の一実施形態に係る光アイソレータ１について、図１及び図２を参照しつつ説明する。光アイソレータ１は、図１に示すように、偏光子４、永久磁石２及び３、検光子５、並びに、本発明の一実施形態に係るファラデー回転子１０を備えている。これらは直線状の仮想軸Ｃ（以下、軸Ｃとする。）に沿って配列されている。光アイソレータ１には軸Ｃに沿って図１の矢印Ｉの方向に光が入射する。この光は、軸Ｃに沿って偏光子４、永久磁石２、ファラデー回転子１０、永久磁石３及び検光子５を順に通過し、図１の矢印Ｅの方向に沿って光アイソレータ１から出射する。
The optical isolator 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 1, the optical isolator 1 includes a polarizer 4,
偏光子４及び検光子５として、例えば偏光プリズムが用いられている。この偏光プリズムは、軸Ｃに沿って入射する光のうち、特定の直線偏光の成分のみを通過させる。以下、光の進行方向と電場ベクトルを含む面を偏光面と定義し、偏光子４を通過する直線偏光の偏光面を基準面とする。このとき、検光子５は、検光子５を通過する直線偏光の偏光面が基準面から所定の方向に所定の角度（以下、フィルタ間角度とする）だけ軸Ｃを中心に回転させた面に平行となるように配置されている。フィルタ間角度は、例えばπ／４ラジアンである。つまり、検光子５は、図１の左方から見て基準面から時計回り又は反時計回りにフィルタ間角度だけ回転した偏光面を有する直線偏光を通過させることになる。 For example, a polarizing prism is used as the polarizer 4 and the analyzer 5. This polarizing prism allows only a specific linearly polarized light component of the light incident along the axis C to pass through. Hereinafter, the plane including the traveling direction of light and the electric field vector is defined as a plane of polarization, and the plane of linearly polarized light passing through the polarizer 4 is used as a reference plane. At this time, the detector 5 is formed on a surface in which the plane of linearly polarized light passing through the detector 5 is rotated about the axis C by a predetermined angle (hereinafter referred to as an inter-filter angle) in a predetermined direction from the reference plane. They are arranged so as to be parallel. The angle between filters is, for example, π / 4 radians. That is, the detector 5 passes linearly polarized light having a polarization plane rotated clockwise or counterclockwise by the angle between the filters from the reference plane when viewed from the left side of FIG.
永久磁石２及び３は円柱の概略形状を有しており、その円柱の軸方向が軸Ｃに沿うように配置されている。永久磁石２及び３のそれぞれには、光を通過させるための貫通孔が軸Ｃに沿って形成されている。永久磁石２及び３は、いずれも図１中の右端がＮ極、左端がＳ極となるように配置されている。これにより、永久磁石２及び３の間には図中右方に向かう磁場が形成されている。
The
ファラデー回転子１０は、図１に示すように、永久磁石２と永久磁石３との間に配置されている。したがって、ファラデー回転子１０は、図中右方に向かう磁場の中に置かれていることになる。なお、ファラデー回転子１０の設置位置にこれと同様の磁場を発生させられる限り、永久磁石２及び３の代わりに、これらとは異なる形状の永久磁石や電磁石が用いられてもよい。
As shown in FIG. 1, the Faraday
ファラデー回転子１０は、図２に示すように、容器１１（液体収容部）と、容器１１内に充てんされた液体１２とを有している。容器１１は、全体が光透過性を有する材料からなる。かかる材料として、透過性が高く且つ経時劣化しにくいものが用いられることが好ましい。例えば、ポリカーボネートなどの合成樹脂や、石英、ガラスなどが用いられてよい。容器１１の外表面における光の入射領域及び出射領域に反射防止膜が形成されていてもよい。
As shown in FIG. 2, the Faraday
液体１２は、光透過性を有し、ファラデー効果を有する液体である。液体１２としては、イオン液体が用いられることが好ましい。例えば、下記化学式１に示す陽イオンである１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオンと下記化学式２に示す陰イオンであるテトラクロロ鉄（ＩＩＩ）酸イオンとからなるテトラクロロ鉄（ＩＩＩ）酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムが用いられる。なお、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオンの代わりにブチル基が水素又はこれ以外のアルキル基（特に、炭素数が１８以下のもの）に置換されたものが用いられてもよい。また、上記陽イオンの代わりに、ピリジニウム系イオン、ピロリジニウム系イオン、ピペリジニウム系イオン、アンモニウム系イオン、又はホスホニウム系イオンが用いられてもよい。また、テトラクロロ鉄（ＩＩＩ）酸イオンの代わりに塩素が他のハロゲン元素（臭素等）に置換されたものが用いられてもよい。
The
イオン液体は、一般に融点の低い（例えば、１００℃以下）塩であり、本実施形態では常温で液体であるものが用いられる。また、イオン液体は、一般に不揮発性であり、耐熱性に優れている。イオン液体の中には、上記のテトラクロロ鉄（ＩＩＩ）酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムのように、磁性イオンを含むことにより常磁性を示すものがある。液体１２として用いられるイオン液体に含まれる磁性イオンは、鉄、ニッケル、コバルトなどの遷移元素からなるものや、ネオジム、サマリウムなどの希土類元素からなるものであってよい。これらの元素からなる磁性イオンを含むことにより、液体１２がファラデー効果などの磁気光学的特性を示しやすくなる。
The ionic liquid is generally a salt having a low melting point (for example, 100 ° C. or lower), and in the present embodiment, a liquid that is liquid at room temperature is used. Further, the ionic liquid is generally non-volatile and has excellent heat resistance. Some ionic liquids, such as the above-mentioned 1-butyl-3-methylimidazolium tetrachloroiron (III) acid, exhibit paramagnetism by containing magnetic ions. The magnetic ions contained in the ionic liquid used as the
かかるイオン液体からなる液体１２は、外部磁場中に置かれることにより、当該外部磁場の方向に応じたファラデー効果を生じる。具体的には、図１に示すように図中右方に向かう磁場中に置かれたファラデー回転子１０内の液体１２は、図中左方及び右方から入射する光を、ファラデー効果により、左方から見て時計回り又は反時計回り（図中右方に向かう磁場を発生させるような環状の電流の方向と同じ方向又は逆方向）に偏光面を回転させつつ透過させる。液体１２と容器１１によるファラデー回転角、つまり、ファラデー回転子１０に入射する直前の光の偏光面とファラデー回転子１０を通過した直後の光の偏光面との間の角度は、特定の角度（以下、設定回転角とする。）となるように設定されている。設定回転角はフィルタ間角度と同じ大きさである。例えば、フィルタ間角度がπ／４ラジアンの場合、設定回転角もπ／４ラジアンである。液体１２によるファラデー回転角は、透過光の液体１２を通る経路の長さによる。したがって、容器１１内の空間は、当該空間に充てんされた液体１２と容器１１によるファラデー回転角の合計が設定回転角となるように、図２中の左右方向の幅が調整されていることになる。液体１２と容器１１によるファラデー回転角の合計が、回転方向も含めて設定回転角と同じになるように調整されてさえいれば、容器１１の形状や大きさは自由に調整されてよい。
When the
以下、光アイソレータ１の機能について説明する。図１の矢印Ｉに沿って光アイソレータ１に入射した光は、偏光子４によって、基準面を偏光面とする直線偏光となる。偏光子４からの光は、軸Ｃに沿って、永久磁石２、ファラデー回転子１０及び永久磁石３を順に通過して検光子５に到達する。このとき、ファラデー回転子１０は、主として液体１２のファラデー効果により、図１の左方から見て時計回り又は反時計回りに設定回転角だけ透過光の偏光面を回転させる。これにより、検光子５に到達する光は、図１の左方から見て基準面から時計回り又は反時計回りに設定回転角だけ回転した偏光面を有することとなる。一方、上記のとおり、フィルタ間角度と設定回転角とは一致している。したがって、検光子５は、かかる偏光面を有する直線偏光した光をそのまま通過させる。検光子５を通過した光は、図１の矢印Ｅに沿って光アイソレータ１から出射する。このように、図１の左方から矢印Ｉに沿って光アイソレータ１に入射する光は、光アイソレータ１を通過し、矢印Ｅに沿って光アイソレータ１から出射する。
Hereinafter, the function of the optical isolator 1 will be described. The light incident on the optical isolator 1 along the arrow I in FIG. 1 is linearly polarized with the reference plane as the polarization plane by the polarizer 4. The light from the polarizer 4 passes through the
これに対し、図１の右方から矢印Ｅとは逆方向に沿って光を入射させた場合、光アイソレータ１は以下のように機能する。一例として、まず、検光子５が、図１の左方から見て基準面から反時計回りにフィルタ間角度だけ回転させた偏光面を有する直線偏光を通過させるとする。この光は、永久磁石３、ファラデー回転子１０及び永久磁石２を順に通過し、偏光子４に到達する。このとき、ファラデー回転子１０は、液体１２のファラデー効果により、図１の左方から見て反時計回りに設定回転角だけ透過光の偏光面を回転させる。これにより、偏光子４に到達する光は、フィルタ間角度に設定回転角を加えた角度だけ図１の左方から見て基準面から反時計回りに回転した偏光面を有することとなる。一方、偏光子４は、基準面に沿った偏光面を有する直線偏光のみを通過させる。したがって、フィルタ間角度に設定回転角を加えた角度がπの整数倍ラジアンと異なる限り、偏光子４に到達した光は、偏光子４を通過することができないか、偏光子４を通過するときに強度が減少する。例えば、フィルタ間角度及び設定回転角がいずれもπ／４ラジアンである場合、偏光面は基準面からπ／２ラジアンだけ回転した面となる。したがって、偏光子４に到達した光は偏光子４を通過することができない。このようにして、光アイソレータ１は、図１の右方から矢印Ｅの逆方向に沿って入射する光を遮断する。
On the other hand, when light is incident from the right side of FIG. 1 along the direction opposite to the arrow E, the optical isolator 1 functions as follows. As an example, first, it is assumed that the analyzer 5 passes linearly polarized light having a polarization plane rotated counterclockwise from the reference plane by an angle between filters when viewed from the left side of FIG. This light passes through the
［実施例１］
上述の実施形態に係る一実施例である実施例１について説明する。図３は、ファラデー回転子１０の性能を測定する実験装置５０の概念図である。ファラデー回転子１０の容器１１には石英セル又はガラスセルを用いた。液体１２には、上記化学式１の陽イオン及び上記化学式２の陰イオンからなるテトラクロロ鉄（ＩＩＩ）酸１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムを用いた。ファラデー回転子１０の容器１１は、ファラデー回転子１０が図３に示すように実験装置５０に配置された際に、光が液体１２を通過する経路の長さがＬｃｍ（センチメートル）となるように構成されている。実験装置５０は、いわゆる円偏光変調法を利用した装置である（参照：佐藤勝昭「光と磁気」改訂版、朝倉書店、２００１年）。実験装置５０は、光源ユニット５１、偏光子５２、光弾性変調器５３、電磁石５４、検光子５５、光検出器５６、ＤＣ電圧計５７及びＡＣ電圧測定用のロックインアンプ５８を有している。
[Example 1]
The first embodiment, which is one embodiment according to the above-described embodiment, will be described. FIG. 3 is a conceptual diagram of an
光源ユニット５１は、光源としてのキセノンランプと分光器とを有しており、キセノンランプからの光を分光器によって単色化させた光を出射する。偏光子５２及び検光子５５は、上述の実施形態における偏光子４と同様の偏光プリズムから構成されている。検光子５５を通過する直線偏光の偏光面は、図３の左方から見て、偏光子５２を通過する直線偏光の偏光面から所定の方向に所定の角度だけ回転した位置にある。光弾性変調器５３は、偏光子５２からの直線偏光を、その左円偏光の成分とその右円偏光の成分との位相差が周波数ｐで振動するように変調する。電磁石５４は、その中心にファラデー回転子１０が設置可能であり、且つ、ファラデー回転子１０の設置位置に、図中左右方向のいずれにも磁場を発生できるように構成されている。光検出器５６は、検光子５５を通過した光を受け取ると共に、受け取った光の強度に対応して大きさが変動する電圧信号を出力する。ＤＣ電圧計５７は、光検出器５６が出力した電圧信号の直流成分の大きさを計測する。ロックインアンプ５８は、光検出器５６が出力した電圧信号における、光弾性変調器５３による変調周波数の２倍、すなわち、２＊ｐの周波数成分を検波する。ＤＣ電圧計５７によって検出される電圧の大きさとロックインアンプ５８によって検出される２＊ｐの周波数成分の振幅との比から、ファラデー回転子１０によるファラデー回転角が導出される。
The
実施例１として、以上の実験装置５０により、光源ユニット５１からの出射光の波長を変更しつつ、容器１１のみによるファラデー回転角、及び、ファラデー回転子１０によるファラデー回転角をそれぞれ測定した。容器１１のみを用いたときのファラデー回転角と、液体１２を含むファラデー回転子１０のファラデー回転角とを比較したところ、ファラデー回転子１０のファラデー回転角は、主として液体１２に起因することがわかった。液体１２によるファラデー回転角を図示したものが図４である。図４の横軸は光源ユニット５１からの出射光の波長（ｎｍ；ナノメートル）を示し、縦軸はファラデー回転角（ｒａｄ；ラジアン）を示す。この結果から、各波長におけるヴェルデ定数を求めると、下記表１の通りとなる。なお、常磁性体の磁化が磁場の強さに比例することから、そのファラデー回転角も磁場の強さに比例する。また、ファラデー回転角は光の透過経路の長さにも比例する。ヴェルデ定数は、磁場の強さ及び光の経路の長さに対するファラデー回転角の比例定数である。つまり、ヴェルデ定数Ｖ（ｍｉｎ・Ｏｅ-1・ｃｍ-1）は、ファラデー回転角をΘF（ｍｉｎ；分）、液体１２を透過する光の透過経路の長さをＬ（ｃｍ；センチメートル）、電磁石５４がファラデー回転子１０の設置位置に発生させる磁場の強さをＨ（Ｏｅ；エルステッド）とするとき、ΘF＝Ｖ＊Ｌ＊Ｈを満たす。
As Example 1, the Faraday rotation angle by the
また、光源ユニット５１から出射される光のファラデー回転子１０による吸収を別途測定した結果及び表１に基づくと、磁場の強さＨが１０００Ｏｅであるときの液体１２の性能指数θF／Ａ（ｄｅｇｒｅｅ・ｄＢ-1）は下記表２の通りとなる。なお、θFは単位長さ当たりのファラデー回転角（ｄｅｇｒｅｅ；度）、Ａは単位長さ当たりの吸収による光の減衰（ｄＢ；デシベル）である。下記表において９００ｎｍのときのＡの測定値は、吸収が小さ過ぎるため、不正確である。
Further, based on the results of separately measuring the absorption of the light emitted from the
［実施例２］
実施例２として、液体１２に使用するイオン液体を実施例１とは別のものに変更した他、実施例１と同様の実験を行った。使用したイオン液体は、下記化学式３に示す陽イオンである１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムイオンと上記化学式２に示す陰イオンであるテトラクロロ鉄（ＩＩＩ）酸イオンとからなるテトラクロロ鉄（ＩＩＩ）酸１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムである。
As Example 2, the ionic liquid used for the liquid 12 was changed to a different one from that of Example 1, and the same experiment as in Example 1 was carried out. The ionic liquid used was tetrachloroiron (Tetrachloroiron (III), which consists of 1-hexyl-3-methylimidazolium ion, which is a cation represented by the following
上記実験装置５０により、光源ユニット５１からの出射光の波長を変更しつつファラデー回転子１０によるファラデー回転角を測定し、液体１２のファラデー効果を求めたところ、以下の結果を得た。
The Faraday rotation angle by the
これに対し、陰イオンを塩化物イオンに変えた塩化１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムを液体１２として用いてファラデー回転子１０によるファラデー回転角を同様に測定したところ、以下の結果を得た。
On the other hand, when 1-hexyl-3-methylimidazolium chloride obtained by converting anions into chloride ions was used as the liquid 12 and the Faraday rotation angle by the
以上の実験に示されるように、鉄イオンを含むイオン液体のヴェルデ定数は、鉄イオンを含まないイオン液体のヴェルデ定数と比べ、絶対値で約３〜７倍の大きさとなった。これにより、イオン液体が鉄イオンのような磁性イオンを含むことがファラデー効果の向上に寄与することがわかる。 As shown in the above experiments, the Verde constant of the ionic liquid containing iron ions was about 3 to 7 times larger in absolute value than the Verde constant of the ionic liquid containing no iron ions. From this, it can be seen that the inclusion of magnetic ions such as iron ions in the ionic liquid contributes to the improvement of the Faraday effect.
［実施例３］
実施例３として、液体１２に使用するイオン液体を実施例１とは別のものに変更した他、実施例１と同様の実験を行った。使用したイオン液体は、下記化学式４に示す陽イオンであるトリヘキシルテトラデシルホスホニウムイオン（［ＰＲ4］+）と上記化学式２に示す陰イオンであるテトラクロロ鉄（ＩＩＩ）酸イオン（［ＦｅＣｌ4］-）とからなるテトラクロロ鉄（ＩＩＩ）酸トリヘキシルテトラデシルホスホニウム（［ＰＲ4］［ＦｅＣｌ4］）である。
As Example 3, the ionic liquid used for the liquid 12 was changed to a different one from that of Example 1, and the same experiment as in Example 1 was carried out. The ionic liquids used were trihexyltetradecylphosphonium ion ([PR 4 ] + ), which is a cation represented by the chemical formula 4 below, and tetrachloroiron (III) acid ion ([FeCl 4 ]), which is an anion represented by the
実施例１と同様に実験装置５０を用いてファラデー回転角を測定し、ヴェルデ定数及び性能指数を求めた結果、以下の通りとなった。
The Faraday rotation angle was measured using the
［実施例４］
実施例４として、液体１２に使用するイオン液体を実施例１とは別のものに変更した他、実施例１と同様の実験を行った。使用したイオン液体は、上記化学式３に示す陽イオンである１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムイオン（［Ｃ6ｍｉｍ］+）と陰イオンである［Ｔｂ（ＳＣＮ）6（Ｈ2Ｏ）2］3-とからなるイオン液体［Ｃ6ｍｉｍ］3［Ｔｂ（ＳＣＮ）6（Ｈ2Ｏ）2］である。実施例１と同様に実験装置５０を用いてファラデー回転角を測定し、ヴェルデ定数及び性能指数を求めた結果、下記の通りとなった。希土類元素イオンＴｂ3+を含むイオン液体のヴェルデ定数は、同イオンを含まないイオン液体の場合である表４の結果と比べて２〜２．５倍の大きさになった。
[Example 4]
As Example 4, the ionic liquid used for the liquid 12 was changed to a different one from that of Example 1, and the same experiment as in Example 1 was carried out. The ionic liquids used were 1-hexyl-3-methylimidazolium ion ([C 6 mim] + ), which is a cation represented by the
［実施例５］
実施例５として、液体１２に使用するイオン液体を実施例１とは別のものに変更した他、実施例１と同様の実験を行った。使用したイオン液体は、上記化学式３に示す陽イオンである１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムイオン（［Ｃ6ｍｉｍ］+）と陰イオンである［Ｄｙ（ＳＣＮ）6（Ｈ2Ｏ）2］3-とからなるイオン液体［Ｃ6ｍｉｍ］3［Ｄｙ（ＳＣＮ）6（Ｈ2Ｏ）2］である。実施例１と同様に実験装置５０を用いてファラデー回転角を測定し、ヴェルデ定数及び性能指数を求めた結果、下記の通りとなった。希土類元素イオンＤｙ3+を含むイオン液体のヴェルデ定数は、同イオンを含まないイオン液体の場合である表４の結果と比べて1〜２倍の大きさになった。
[Example 5]
As Example 5, the ionic liquid used for the liquid 12 was changed to a different one from Example 1, and the same experiment as in Example 1 was carried out. The ionic liquids used were 1-hexyl-3-methylimidazolium ion ([C 6 mim] + ), which is a cation represented by the
［実施例６］
実施例６として、液体１２に使用するイオン液体を実施例１とは別のものに変更した他、実施例１と同様の実験を行った。使用したイオン液体は、上記化学式４に示す陽イオンであるトリヘキシルテトラデシルホスホニウムイオン（［ＰＲ4］+）と陰イオンである［ＧｄＣｌ6］3-とからなるイオン液体［ＰＲ4］3［ＧｄＣｌ6］である。実施例１と同様に実験装置５０を用いてファラデー回転角を測定し、ヴェルデ定数を求めた結果、以下の通りとなった。なお、このイオン液体の吸収の大きさがほぼゼロとなるため、性能指数を算出することができなかった。
[Example 6]
As Example 6, the ionic liquid used for the liquid 12 was changed to a different one from Example 1, and the same experiment as in Example 1 was carried out. Ionic liquids used are tri hexyl tetradecyl phosphonium ion is a cation represented by the above chemical formula 4 ([PR 4] +) and an anion [GdCl 6] ionic liquids [PR 4] consisting of 3- and 3 [ GdCl 6 ]. The Faraday rotation angle was measured using the
次に、陰イオン［ＧｄＣｌ6］3-を塩化物イオンに変えたクロロトリヘキシルテトラデシルホスホニウム［ＰＲ4］Ｃｌを液体１２として用いてヴェルデ定数を同様に求めた結果、以下の通りとなった。なお、このイオン液体の吸収の大きさがほぼゼロとなるため、性能指数を算出することができなかった。このように、Ｇｄ3+を含むイオンを塩化物イオンに変えたイオン液体のヴェルデ定数は、Ｇｄ3+を含むイオン液体と同程度になった。 Next, the Verde constant was obtained in the same manner using chlorotrihexyl tetradecylphosphonium [PR 4 ] Cl in which the anion [GdCl 6 ] 3- was converted into a chloride ion as the liquid 12, and the results were as follows. .. Since the absorption of this ionic liquid is almost zero, the figure of merit could not be calculated. Thus, Verdet constant of the ionic liquid was changed to chloride ions the ion containing Gd 3+ became comparable to the ionic liquid comprising Gd 3+.
以上説明した本実施形態に係るファラデー回転子１０においては、透過光に対してファラデー効果を有する液体１２が容器１１内に充てんされている。これにより、上記のとおり、容器１１の形状を調整することにより、ファラデー回転子１０の形状を自由に調整できる。仮に、ファラデー効果を有する材料として結晶等の固体材料がファラデー回転子に用いられていたとすると、回転子の形状を調整するためにはファラデー効果を有する材料自体を加工する必要がある。したがって、回転子の形状を調整する自由度に限界がある。これに対し、本実施形態では容器１１の形状を調整することでファラデー回転子１０の形状を調整できる。このため、ファラデー回転子１０の形状を調整する自由度が高い。ファラデー回転子１０の形状を調整する自由度が高いため、これを用いた光アイソレータ１の設計自由度も高くなる。
In the
また、ファラデー回転子１０の液体１２として、不揮発性があり耐熱性に優れたイオン液体が用いられている。このため、ファラデー回転子１０の耐久性が向上する。なお、液体１２として、分子の構造が異なる複数のイオン液体の混合物が用いられてもよいし、イオン液体以外の液体が用いられてもよい。例えば、遷移元素、若しくは希土類元素、又はこれらの化合物のいずれかを含む微粒子を、液体に混合又は分散した磁性液体又は磁性流体が用いられてもよい。また、液体１２として、イオン液体や上記磁性流体等を含む混合物が用いられてもよい。
Further, as the liquid 12 of the
また、ファラデー回転子１０は、光アイソレータ１の他、磁場の印加により旋光性が生じる特性を利用した磁場センサーや電流センサー等の各種の磁気光学デバイスに応用可能である。ファラデー回転子１０の形状調整の自由度が高いことにより、ファラデー回転子１０を利用したデバイス全体として設計自由度が向上する。
Further, the
＜変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。
<Modification example>
The above is a description of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made as long as it is described in the means for solving the problem. It is possible.
上述の実施形態におけるファラデー回転子１０の代わりに、ファラデー回転子の熱によって温度が上昇した液体１２を放熱しやすい場所へと移送するように構成された回転子が用いられてもよい。これにより、ファラデー回転子の本体から液体１２を介して熱を逃がしやすくなる。これは、本発明において、ファラデー効果を有する材料として液体の材料が採用されていることによる利点である。
Instead of the
上述の実施形態における光アイソレータ１は、いわゆる偏光依存型のアイソレータである。しかし、偏光依存型でも偏光無依存型でも、ファラデー回転子自体は同じものが使用可能である。このため、ファラデー回転子１０が偏光無依存型のアイソレータに利用されてもよい。つまり、従来の偏光無依存型のアイソレータにおいて、ファラデー回転子の部分が本実施形態に係るファラデー回転子１０に置き換えられてもよい。
The optical isolator 1 in the above-described embodiment is a so-called polarization-dependent isolator. However, the same Faraday rotator itself can be used regardless of whether it is a polarization-dependent type or a polarization-independent type. Therefore, the
また、上述の実施形態におけるファラデー回転子１０は、容器１１内に液体１２が充てんされている。しかし、容器１１内の液体１２の量が、液体１２の液面が光の経路より上方に配置されるような量である限り、液体１２が容器１１内に充てんされておらず、容器１１内の空間の一部を満たすのみであってもよい。
Further, in the
また、上述の実施形態におけるファラデー回転子１０の容器１１は全体が光透過性を有している。しかし、光が入射する位置を含む一部の領域及び光が出射する位置を含む一部の領域のみが光透過性を有していてもよい。
Further, the
１ 光アイソレータ
２、３ 永久磁石
４ 偏光子
５ 検光子
１０ ファラデー回転子
１１ 容器
１２ 液体
1
Claims (3)
外部から入射した光が前記液体を透過して外部へと出射するように前記液体を収容した液体収容部と、を備えており、
前記液体が、陽イオンとしてトリヘキシルテトラデシルホスホニウムイオンを含んでいると共に、陰イオンとして磁性イオンを含んでいるイオン液体であり、
前記磁性イオンは、遷移元素を含んでいることを特徴とするファラデー回転子。 A liquid that has a Faraday effect on transmitted light,
It is provided with a liquid accommodating portion for accommodating the liquid so that light incident from the outside passes through the liquid and is emitted to the outside.
Wherein the liquid, with contains trihexyl tetradecyl phosphonium ions as cations, Ri ionic liquids der containing magnetic ions as an anion,
The magnetic ion is a Faraday rotator characterized by containing a transition element.
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