JPH07104224A - 非相反光デバイス - Google Patents
非相反光デバイスInfo
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- JPH07104224A JPH07104224A JP25171093A JP25171093A JPH07104224A JP H07104224 A JPH07104224 A JP H07104224A JP 25171093 A JP25171093 A JP 25171093A JP 25171093 A JP25171093 A JP 25171093A JP H07104224 A JPH07104224 A JP H07104224A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
- G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非常に小型化された光アイソレータや光サー
キュレータを提供する。 【構成】 光アイソレータや光サーキュレータ用ファラ
デー回転子として角型磁気ヒステリシスを示す希土類鉄
ガーネットを用いる。 【効果】 角型磁気ヒステリシスを示す希土類鉄ガーネ
ットを、光アイソレータや光サーキュレータ用ファラデ
ー回転子に用いると、永久磁石が不要となり、これら光
デバイスの小型化が図られる。また部品点数が少なくな
るので、製造コストが低減される。
キュレータを提供する。 【構成】 光アイソレータや光サーキュレータ用ファラ
デー回転子として角型磁気ヒステリシスを示す希土類鉄
ガーネットを用いる。 【効果】 角型磁気ヒステリシスを示す希土類鉄ガーネ
ットを、光アイソレータや光サーキュレータ用ファラデ
ー回転子に用いると、永久磁石が不要となり、これら光
デバイスの小型化が図られる。また部品点数が少なくな
るので、製造コストが低減される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、希土類鉄ガーネット単
結晶を用いた光アイソレータや光サーキュレータ等の非
相反光デバイスに関する。さらに詳しくいえば永久磁石
を用いない光アイソレータや光サーキュレータに関する
ものである。
結晶を用いた光アイソレータや光サーキュレータ等の非
相反光デバイスに関する。さらに詳しくいえば永久磁石
を用いない光アイソレータや光サーキュレータに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】イットリウム・鉄・ガーネット〔Y3Fe5O
12〕に代表される希土類鉄ガーネット単結晶、あるいは
希土類の一部をビスマスで置換したビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶〔(RBi)3Fe5O12、R はイットリウム
や希土類元素〕は近赤外領域における優れた透明性と大
きなファラデー効果を有することから、光アイソレータ
や光サーキュレータ等の非相反光デバイス用ファラデー
素子、あるいは磁界の有無や磁界の強弱を検知するため
の光磁界センサ用ファラデー素子として、既に実用化、
あるいは実用に向けての研究が盛んに行われている。
12〕に代表される希土類鉄ガーネット単結晶、あるいは
希土類の一部をビスマスで置換したビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶〔(RBi)3Fe5O12、R はイットリウム
や希土類元素〕は近赤外領域における優れた透明性と大
きなファラデー効果を有することから、光アイソレータ
や光サーキュレータ等の非相反光デバイス用ファラデー
素子、あるいは磁界の有無や磁界の強弱を検知するため
の光磁界センサ用ファラデー素子として、既に実用化、
あるいは実用に向けての研究が盛んに行われている。
【０００３】ファラデー効果は磁気光学効果の一種で、
ファラデー効果を示す材料、すなわちファラデー素子
〔ファラデー回転子〕を透過した光の偏波面が回転する
現象を指す。そしてこの偏波面の回転角の大きさは、フ
ァラデー素子の磁化の強度に比例して大きくなる。この
様子を図１に示す。図１において、外部磁界〔強度〕を
印加しない状態における、ファラデー回転子のファラデ
ー回転角は、ゼロ
ファラデー効果を示す材料、すなわちファラデー素子
〔ファラデー回転子〕を透過した光の偏波面が回転する
現象を指す。そしてこの偏波面の回転角の大きさは、フ
ァラデー素子の磁化の強度に比例して大きくなる。この
様子を図１に示す。図１において、外部磁界〔強度〕を
印加しない状態における、ファラデー回転子のファラデ
ー回転角は、ゼロ
〔０〕、即ち、原点ｏに位置する。外
部磁界が徐々に強まるとファラデー回転角の絶対値〔θ
F 、または、−θF、通常右回りをプラス、左回りをマ
イナスとする〕は、経路ａ、または、経路ｄを経て、次
第に大きくなって行く〔経路ｏ→ａ→ｂ、または、経路
ｏ→ｄ→ｅ〕。外部磁界強度が或る強度〔Hs〕に達する
とファラデー回転角は、飽和した値〔飽和磁界：ｂ、ま
たは、ｅ点〕となる。更に外部磁界強度が強まっても、
すでにファラデー回転角が飽和しているから、ｂから
ｃ、または、ｄからｆへと移行するのみで、ファラデー
回転角は変化しない。つぎに外部磁界を徐々に弱めてい
くと、逆の経路、即ち、ｃ→ｂ→ａ→ｏ、或いは、ｆ→
ｅ→ｄ→ｏを辿り、最後には外部磁界の影響がなくな
り、原点ｏに戻る。
部磁界が徐々に強まるとファラデー回転角の絶対値〔θ
F 、または、−θF、通常右回りをプラス、左回りをマ
イナスとする〕は、経路ａ、または、経路ｄを経て、次
第に大きくなって行く〔経路ｏ→ａ→ｂ、または、経路
ｏ→ｄ→ｅ〕。外部磁界強度が或る強度〔Hs〕に達する
とファラデー回転角は、飽和した値〔飽和磁界：ｂ、ま
たは、ｅ点〕となる。更に外部磁界強度が強まっても、
すでにファラデー回転角が飽和しているから、ｂから
ｃ、または、ｄからｆへと移行するのみで、ファラデー
回転角は変化しない。つぎに外部磁界を徐々に弱めてい
くと、逆の経路、即ち、ｃ→ｂ→ａ→ｏ、或いは、ｆ→
ｅ→ｄ→ｏを辿り、最後には外部磁界の影響がなくな
り、原点ｏに戻る。
【０００４】光アイソレータなどに用いられる希土類鉄
ガーネット単結晶は、磁気的に未飽和状態にあると、光
アイソレータの最も重要な特性の一つである消光比（逆
方向の光をどの程度遮断できるかの指標となる特性）が
劣化するので、通常一般には、図１の飽和点以上の領域
で使用される。したがって、外部から飽和磁界以上の磁
界を印加させる必要がある。
ガーネット単結晶は、磁気的に未飽和状態にあると、光
アイソレータの最も重要な特性の一つである消光比（逆
方向の光をどの程度遮断できるかの指標となる特性）が
劣化するので、通常一般には、図１の飽和点以上の領域
で使用される。したがって、外部から飽和磁界以上の磁
界を印加させる必要がある。
【０００５】図２に光アイソレータの構成を示す。符号
1 はルチル単結晶等からなる偏光子、符号2はビスマス
置換鉄ガーネット単結晶等からなるファラデー回転子、
符号3はルチル単結晶等からなる検光子、符号4はファラ
デー回転子を磁気的に飽和させるための永久磁石であ
る。永久磁石はファラデー回転子に均一な磁界を印加す
るため、通常円筒形が用いられている。
1 はルチル単結晶等からなる偏光子、符号2はビスマス
置換鉄ガーネット単結晶等からなるファラデー回転子、
符号3はルチル単結晶等からなる検光子、符号4はファラ
デー回転子を磁気的に飽和させるための永久磁石であ
る。永久磁石はファラデー回転子に均一な磁界を印加す
るため、通常円筒形が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】光通信や光計測に使用
される半導体レーザは、出射光が光ファイバの端面など
から反射されて戻ってくると出力が不安定になるという
重大な欠点がある。そのため、半導体レーザの出射側に
光アイソレータを設置し、反射戻り光を光アイソレータ
で遮断することが広く行われている。また、半導体レー
ザは、発振波長を安定に保つため、ペルチエ素子によっ
て一定温度に保たれているが、近年光アイソレータの小
型化に伴い、光アイソレータと半導体レーザを一体化し
た半導体レーザモジュールとして光アイソレータも半導
体レーザと一緒に温度制御することが行われている。こ
れは、光アイソレータが温度変化によって特性が劣化す
るためである。従って、半導体レーザと一体化された光
アイソレータはペルチェ素子の負荷を低減させるため、
できうる限り小型であることが望まれている。
される半導体レーザは、出射光が光ファイバの端面など
から反射されて戻ってくると出力が不安定になるという
重大な欠点がある。そのため、半導体レーザの出射側に
光アイソレータを設置し、反射戻り光を光アイソレータ
で遮断することが広く行われている。また、半導体レー
ザは、発振波長を安定に保つため、ペルチエ素子によっ
て一定温度に保たれているが、近年光アイソレータの小
型化に伴い、光アイソレータと半導体レーザを一体化し
た半導体レーザモジュールとして光アイソレータも半導
体レーザと一緒に温度制御することが行われている。こ
れは、光アイソレータが温度変化によって特性が劣化す
るためである。従って、半導体レーザと一体化された光
アイソレータはペルチェ素子の負荷を低減させるため、
できうる限り小型であることが望まれている。
【０００７】光アイソレータを小型化するための一つの
方策は、偏光子や検光子、あるいはファラデー回転子の
厚さを薄くすることである。偏光子や検光子には、従来
安価な偏光ビームスプリッタが用いられてきたが、偏光
ビームスプリッタは、最小でも 1mmの大きさの立方体で
あり、光アイソレータの小型化には不向きであった。し
かし、近年、厚さが 0.2mmと非常に薄いにもかかわらず
高性能なガラス製二色性偏光子［商品名ポーラコア、コ
ーニング社］が開発され、光アイソレータの小型化が進
んでいる。
方策は、偏光子や検光子、あるいはファラデー回転子の
厚さを薄くすることである。偏光子や検光子には、従来
安価な偏光ビームスプリッタが用いられてきたが、偏光
ビームスプリッタは、最小でも 1mmの大きさの立方体で
あり、光アイソレータの小型化には不向きであった。し
かし、近年、厚さが 0.2mmと非常に薄いにもかかわらず
高性能なガラス製二色性偏光子［商品名ポーラコア、コ
ーニング社］が開発され、光アイソレータの小型化が進
んでいる。
【０００８】ファラデー回転子としては従来フラックス
法で製造されるイットリウム・鉄・ガーネット〔Y3Fe5O
12〕が用いられてきたが、イットリウム・鉄・ガーネッ
トは1mm前後の厚さが必要であることと、飽和磁界が大
きいので、磁気的に飽和させるための永久磁石が大きく
なるという欠点があった。これに対して希土類の一部を
ビスマスで置換したビスマス置換希土類鉄ガーネット単
結晶〔(RBi)3Fe5O12、R はイットリウムや希土類元素〕
が光アイソレータ用ファラデー回転子として実用化され
はじめている。即ち、ビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶のファラデー効果は、イットリウム・鉄・ガーネ
ットに比較して数倍も大きいので、厚さが 0.3mm前後と
非常に薄くなることと、飽和磁界がイットリウム・鉄・
ガーネットの半分程度と小さいので、磁気的に飽和させ
るための永久磁石も小さくなるという二つの理由からで
ある。さらにビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
は、量産性に優れた液相エピタキシャル法での作製が可
能であり、光アイソレータの製造コスト低減に大きく寄
与する。
法で製造されるイットリウム・鉄・ガーネット〔Y3Fe5O
12〕が用いられてきたが、イットリウム・鉄・ガーネッ
トは1mm前後の厚さが必要であることと、飽和磁界が大
きいので、磁気的に飽和させるための永久磁石が大きく
なるという欠点があった。これに対して希土類の一部を
ビスマスで置換したビスマス置換希土類鉄ガーネット単
結晶〔(RBi)3Fe5O12、R はイットリウムや希土類元素〕
が光アイソレータ用ファラデー回転子として実用化され
はじめている。即ち、ビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶のファラデー効果は、イットリウム・鉄・ガーネ
ットに比較して数倍も大きいので、厚さが 0.3mm前後と
非常に薄くなることと、飽和磁界がイットリウム・鉄・
ガーネットの半分程度と小さいので、磁気的に飽和させ
るための永久磁石も小さくなるという二つの理由からで
ある。さらにビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
は、量産性に優れた液相エピタキシャル法での作製が可
能であり、光アイソレータの製造コスト低減に大きく寄
与する。
【０００９】以上述べたように、光アイソレータは、非
常に薄いガラス製偏光素子とファラデー効果が大きいた
め厚さが薄く、しかも飽和磁界が小さいビスマス置換希
土類鉄ガーネット単結晶を採用することで、飛躍的に小
型化されてきた。しかし、半導体レーザと一体化して使
用する光アイソレータでは、さらに一層の小型化が望ま
れている。しかしながら、光アイソレータは、基本的に
偏光子と検光子およびファラデー素子を円筒形の磁石の
内部に収容する構造であるため、永久磁石の小型化の限
界がそのまま光アイソレータの小型化の限界となってい
た。また小型光アイソレータの製造においては、永久磁
石中に偏光子と検光子およびファラデー回転子を収容す
る工程が繁雑であるとか、部品が小さいため取扱いが困
難であり、製造自動化が難しいといった製造コスト面で
の問題があった。
常に薄いガラス製偏光素子とファラデー効果が大きいた
め厚さが薄く、しかも飽和磁界が小さいビスマス置換希
土類鉄ガーネット単結晶を採用することで、飛躍的に小
型化されてきた。しかし、半導体レーザと一体化して使
用する光アイソレータでは、さらに一層の小型化が望ま
れている。しかしながら、光アイソレータは、基本的に
偏光子と検光子およびファラデー素子を円筒形の磁石の
内部に収容する構造であるため、永久磁石の小型化の限
界がそのまま光アイソレータの小型化の限界となってい
た。また小型光アイソレータの製造においては、永久磁
石中に偏光子と検光子およびファラデー回転子を収容す
る工程が繁雑であるとか、部品が小さいため取扱いが困
難であり、製造自動化が難しいといった製造コスト面で
の問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、光アイソ
レータの一層の小型化と、製造コストの低減を図るべく
鋭意検討を重ねた結果、磁気ヒステリシスが大きいある
種の希土類鉄ガーネット単結晶をファラデー回転子に用
いることで、小型化および製造コスト低減の障害となっ
ていた永久磁石を使用しない光アイソレータの作製が可
能であることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完
成させた。
レータの一層の小型化と、製造コストの低減を図るべく
鋭意検討を重ねた結果、磁気ヒステリシスが大きいある
種の希土類鉄ガーネット単結晶をファラデー回転子に用
いることで、小型化および製造コスト低減の障害となっ
ていた永久磁石を使用しない光アイソレータの作製が可
能であることを見出し、さらに検討を加えて本発明を完
成させた。
【００１１】通常、希土類鉄ガーネット単結晶における
ファラデー回転角の外部磁界依存性は、図１に示すよう
に飽和磁界以下では直線性を示すが、(GdBi)3(FeGaAl)5
O12では、図３に示すような磁気ヒステリシスを示す。
すなわちファラデー回転角の外部磁界依存性は、経路
ｏ→ａ→ｂ→ｃ→ｂ→ｂ'→ａ→ｏのようなループを描
き、外部磁界の強度を強めて行くとき〔経路 ｏ→ａ→
ｂ→ｃ〕と、弱めて行くとき〔経路ｃ→ｂ→ｂ'→ａ→
ｏ〕とで、その経路が異なるのである。
ファラデー回転角の外部磁界依存性は、図１に示すよう
に飽和磁界以下では直線性を示すが、(GdBi)3(FeGaAl)5
O12では、図３に示すような磁気ヒステリシスを示す。
すなわちファラデー回転角の外部磁界依存性は、経路
ｏ→ａ→ｂ→ｃ→ｂ→ｂ'→ａ→ｏのようなループを描
き、外部磁界の強度を強めて行くとき〔経路 ｏ→ａ→
ｂ→ｃ〕と、弱めて行くとき〔経路ｃ→ｂ→ｂ'→ａ→
ｏ〕とで、その経路が異なるのである。
【００１２】図３において、ｂ点、および、ｅ点におけ
る磁界を飽和磁界Hs、磁化特性のヒステリシスによって
生じたｂ' 点、および、ｅ' 点における磁界を核形成磁
界Hnと称し、飽和磁界Hsと核形成磁界Hnとの差(Hs-Hn)
がヒステリシスの大きさになる。今、説明を簡単・容易
にするために、ｂ点における飽和磁界Hsを Hs1、ｂ'点
における核形成磁界Hnを Hn1と表示し、また、ｅ点にお
ける飽和磁界Hsを Hs2、ｅ' 点における核形成磁界Hnを
Hn2と表示する。
る磁界を飽和磁界Hs、磁化特性のヒステリシスによって
生じたｂ' 点、および、ｅ' 点における磁界を核形成磁
界Hnと称し、飽和磁界Hsと核形成磁界Hnとの差(Hs-Hn)
がヒステリシスの大きさになる。今、説明を簡単・容易
にするために、ｂ点における飽和磁界Hsを Hs1、ｂ'点
における核形成磁界Hnを Hn1と表示し、また、ｅ点にお
ける飽和磁界Hsを Hs2、ｅ' 点における核形成磁界Hnを
Hn2と表示する。
【００１３】(GdBi)3(FeGaAl)5O12 単結晶膜のヒステリ
シスの大きいものは、核形成磁界Hn1 が原点ｏを越えて
マイナス側に入り込み〔図４〕、さらには核形成磁界Hn
1 が飽和磁界Hs2 よりもさらにマイナス側へずれ込む。
そして、結局、四角形のヒステリシスカーブを描き〔図
５〕、一旦飽和された後は、この四角形のループを描く
だけとなる。この状態になると、飽和に必要な磁界が希
土類鉄ガーネット単結晶の本来の飽和磁界Hsより大きく
なる。
シスの大きいものは、核形成磁界Hn1 が原点ｏを越えて
マイナス側に入り込み〔図４〕、さらには核形成磁界Hn
1 が飽和磁界Hs2 よりもさらにマイナス側へずれ込む。
そして、結局、四角形のヒステリシスカーブを描き〔図
５〕、一旦飽和された後は、この四角形のループを描く
だけとなる。この状態になると、飽和に必要な磁界が希
土類鉄ガーネット単結晶の本来の飽和磁界Hsより大きく
なる。
【００１４】図５のような角型ヒステリシスを示すファ
ラデー回転子は、一旦飽和磁界以上の磁界を加えた後
は、外部から反対向きの大きな磁界が加えられない限
り、飽和状態を保つことになるので、光アイソレータの
ようにファラデー回転子を飽和させて使用する光デバイ
スでは、永久磁石を使用しない構造が実現出来ることに
なる。
ラデー回転子は、一旦飽和磁界以上の磁界を加えた後
は、外部から反対向きの大きな磁界が加えられない限
り、飽和状態を保つことになるので、光アイソレータの
ようにファラデー回転子を飽和させて使用する光デバイ
スでは、永久磁石を使用しない構造が実現出来ることに
なる。
【００１５】永久磁石を使用しないことで、光アイソレ
ータの小型化が図られることはもちろんであるが、永久
磁石中に偏光子と検光子およびファラデー回転子を収容
する工程が省略でき、製造工程の自動化が容易となっ
た。またさらに高価な永久磁石、および永久磁石に偏光
子、検光子およびファラデー回転子を収容するための金
属部品が不要となり材料費削減が可能となった。
ータの小型化が図られることはもちろんであるが、永久
磁石中に偏光子と検光子およびファラデー回転子を収容
する工程が省略でき、製造工程の自動化が容易となっ
た。またさらに高価な永久磁石、および永久磁石に偏光
子、検光子およびファラデー回転子を収容するための金
属部品が不要となり材料費削減が可能となった。
【００１６】上記説明は専ら光アイソレータ、特に半導
体レーザと一体化した偏波依存型光アイソレータについ
てであるが、光ファイバ間に用いられる偏波無依存型光
アイソレータや、光ファイバを伝達する光信号を、進行
方向によって分岐するための光サーキュレータなどの光
デバイスにおいても、部品点数の削減による材料費の低
減や工程簡略化によるコスト低減が可能となった。
体レーザと一体化した偏波依存型光アイソレータについ
てであるが、光ファイバ間に用いられる偏波無依存型光
アイソレータや、光ファイバを伝達する光信号を、進行
方向によって分岐するための光サーキュレータなどの光
デバイスにおいても、部品点数の削減による材料費の低
減や工程簡略化によるコスト低減が可能となった。
【００１７】従来の小型光アイソレータ、例えば有効径
1mmφ〔有効径とは光が透過する部分〕の光アイソレー
タでは、2.9 φ×2mm 〔信越化学製、SOI-31S,SOI-31M
S〕であった。しかし本発明の実施により、永久磁石が
不必要で、偏光子とファラデー回転子および検光子を一
体化しただけで光アイソレータが構成できる。そのため
厚さが 1mm以下で外寸が 1.5mm×1.5mm と非常に小さい
光アイソレータが実現された。光アイソレータの有効径
〔光が通過する部分〕が 0.8mmφであれば、外寸が 1.2
mm角とさらに小さくなる。
1mmφ〔有効径とは光が透過する部分〕の光アイソレー
タでは、2.9 φ×2mm 〔信越化学製、SOI-31S,SOI-31M
S〕であった。しかし本発明の実施により、永久磁石が
不必要で、偏光子とファラデー回転子および検光子を一
体化しただけで光アイソレータが構成できる。そのため
厚さが 1mm以下で外寸が 1.5mm×1.5mm と非常に小さい
光アイソレータが実現された。光アイソレータの有効径
〔光が通過する部分〕が 0.8mmφであれば、外寸が 1.2
mm角とさらに小さくなる。
【００１８】本発明の実施により、光アイソレータが一
層小型化された結果、従来光アイソレータは半導体レー
ザの外側に設置されていたのに対して、半導体レーザの
キャップ〔発光端をカバーするためのガラス製の窓〕の
内部に設置が可能となり、そのため光アイソレータ内蔵
型の半導体レーザモジュールがさらに小型化されること
になる。
層小型化された結果、従来光アイソレータは半導体レー
ザの外側に設置されていたのに対して、半導体レーザの
キャップ〔発光端をカバーするためのガラス製の窓〕の
内部に設置が可能となり、そのため光アイソレータ内蔵
型の半導体レーザモジュールがさらに小型化されること
になる。
【００１９】本発明を実施するとき、ファラデー回転子
を磁気的に飽和させる方法に特に制限はない。永久磁石
を接近させて飽和させるとか、電磁石内部に設置して飽
和させるなど、光アイソレータの組立方法に応じて適宜
選択するのが望ましい。ファラデー回転子を磁気的に飽
和させるための印加磁界の強度は飽和磁界の 1.5倍以上
が望ましい。飽和磁界に近い磁界強度では角型ヒステリ
シスが形成できないことがあるためである。
を磁気的に飽和させる方法に特に制限はない。永久磁石
を接近させて飽和させるとか、電磁石内部に設置して飽
和させるなど、光アイソレータの組立方法に応じて適宜
選択するのが望ましい。ファラデー回転子を磁気的に飽
和させるための印加磁界の強度は飽和磁界の 1.5倍以上
が望ましい。飽和磁界に近い磁界強度では角型ヒステリ
シスが形成できないことがあるためである。
【００２０】本発明を実施するとき、ファラデー回転子
を磁気的に飽和させた後は、永久磁石などの磁性体に接
近させないことが望ましい。磁性体に接近させると、角
型ヒステリシスが維持できなくなり、光アイソレータの
特性が劣化する恐れがあるからである。
を磁気的に飽和させた後は、永久磁石などの磁性体に接
近させないことが望ましい。磁性体に接近させると、角
型ヒステリシスが維持できなくなり、光アイソレータの
特性が劣化する恐れがあるからである。
【００２１】本発明を実施するとき、偏光子とファラデ
ー回転子および検光子の組立方法に特に制限はないが、
各部品が 10mm ×10mm程度の大きさなので、大きいまま
接着剤等で一体化し、そののち必要な大きさに切断する
のが効率的である。
ー回転子および検光子の組立方法に特に制限はないが、
各部品が 10mm ×10mm程度の大きさなので、大きいまま
接着剤等で一体化し、そののち必要な大きさに切断する
のが効率的である。
【００２２】以下、本発明を実施例によって、その実施
態様と効果を具体的に、かつ詳細に説明するが、以下の
例は、具体的に説明するものであって、本発明の実施態
様や発明の範囲を限定するものとしては意図されていな
い。
態様と効果を具体的に、かつ詳細に説明するが、以下の
例は、具体的に説明するものであって、本発明の実施態
様や発明の範囲を限定するものとしては意図されていな
い。
【００２３】
実施例１ 容量 1500ml の白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕33
60g 、酸化ビスマス〔Bi2O3 、4N〕3920g 、酸化第２鉄
〔Fe2O3 、4N〕520g、酸化ほう素〔B2O3、5N〕120g、酸
化ガドリニウム〔Gd2O3 、3N〕57g 、酸化ガリウム〔Ga
2O3 、3N〕10.4g 、酸化アルミニウム〔Al2O3 、3N〕3
0.4gを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位
置に設置し、1000℃に加熱溶融して十分に攪拌して均一
に混合したのち、融液温度 837℃にまで冷却してビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。こ
こに得られた融液表面に、常法に従って、厚さが 480μ
m で、格子定数が 12.496 ±0.002 Åで 1.5インチの
（111)ガーネット単結晶［(GdCa)3(GaMgZr)5O1 2 ］基板
の片面を接触させ、融液温度を 837℃に維持しながらエ
ピタキシャル成長を行い、厚さ 430μm の (GdBi)3(FeG
aAl)5O12単結晶膜[GdBiFeGaAlG単結晶膜を得た。次に、
この GdBiFeGaAlG単結晶膜を10mm×10mmに分割して、10
mm×10mm分割品４枚を得た。10mm×10mm分割品４枚の基
板を研磨で除去し、さらに、波長 1.31μm においてフ
ァラデー回転角が45度を示すように、膜厚を研磨により
調整した。その結果、膜厚 374μm 、ファラデー回転角
44.7 度の10mm×10mm分割品４枚を得た（以下単に10mm
×10mm分割品と略称す）。この10mm×10mm分割品の１枚
を 1.5mm×1.5mm に切断し、任意に５個を選び磁気特性
を測定した。測定は以下の方法を採った。まず、1.5mm
×1.5mm の大きさの GdBiFeGaAlG単結晶膜を、マグネテ
ック社のコイルからなる磁界発生装置［マグネット］の
中心に配置させ、磁界を印加しながら、1.31μm の半導
体レーザ光を GdBiFeGaAlG単結晶膜に照射した。そして
GdBiFeGaAlG単結晶膜を透過したレーザ光の偏波面の回
転角の測定から、ファラデー回転角の印加磁界依存性を
調べた。その結果、図５と同様のヒステリシスカーブが
得られた。即ち、GdBiFeGaAlG 単結晶膜の磁気特性は平
均値で Hs1＝90(Oe) Hs2＝-90(Oe) Hn1＝-210(Oe) Hn
2＝210(Oe) であった。
60g 、酸化ビスマス〔Bi2O3 、4N〕3920g 、酸化第２鉄
〔Fe2O3 、4N〕520g、酸化ほう素〔B2O3、5N〕120g、酸
化ガドリニウム〔Gd2O3 、3N〕57g 、酸化ガリウム〔Ga
2O3 、3N〕10.4g 、酸化アルミニウム〔Al2O3 、3N〕3
0.4gを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位
置に設置し、1000℃に加熱溶融して十分に攪拌して均一
に混合したのち、融液温度 837℃にまで冷却してビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。こ
こに得られた融液表面に、常法に従って、厚さが 480μ
m で、格子定数が 12.496 ±0.002 Åで 1.5インチの
（111)ガーネット単結晶［(GdCa)3(GaMgZr)5O1 2 ］基板
の片面を接触させ、融液温度を 837℃に維持しながらエ
ピタキシャル成長を行い、厚さ 430μm の (GdBi)3(FeG
aAl)5O12単結晶膜[GdBiFeGaAlG単結晶膜を得た。次に、
この GdBiFeGaAlG単結晶膜を10mm×10mmに分割して、10
mm×10mm分割品４枚を得た。10mm×10mm分割品４枚の基
板を研磨で除去し、さらに、波長 1.31μm においてフ
ァラデー回転角が45度を示すように、膜厚を研磨により
調整した。その結果、膜厚 374μm 、ファラデー回転角
44.7 度の10mm×10mm分割品４枚を得た（以下単に10mm
×10mm分割品と略称す）。この10mm×10mm分割品の１枚
を 1.5mm×1.5mm に切断し、任意に５個を選び磁気特性
を測定した。測定は以下の方法を採った。まず、1.5mm
×1.5mm の大きさの GdBiFeGaAlG単結晶膜を、マグネテ
ック社のコイルからなる磁界発生装置［マグネット］の
中心に配置させ、磁界を印加しながら、1.31μm の半導
体レーザ光を GdBiFeGaAlG単結晶膜に照射した。そして
GdBiFeGaAlG単結晶膜を透過したレーザ光の偏波面の回
転角の測定から、ファラデー回転角の印加磁界依存性を
調べた。その結果、図５と同様のヒステリシスカーブが
得られた。即ち、GdBiFeGaAlG 単結晶膜の磁気特性は平
均値で Hs1＝90(Oe) Hs2＝-90(Oe) Hn1＝-210(Oe) Hn
2＝210(Oe) であった。
【００２４】ついで、未切断の10mm×10mm分割品１枚の
両面に屈折率 1.53 対応の反射防止膜を付与し、さらに
この10mm×10mm分割品と10mm×10mmで厚さが 0.2mmのガ
ラス性偏光子［ポーラコア］をエポキシ系接着剤で加熱
接着した。このガラス製偏光子の片面〔10mm×10mm分割
品との接着面と反対側〕には、対空気用の反射防止膜が
施されている。この10mm×10mm分割品とガラス製偏光子
［ポーラコア］を接着したブロックの10mm×10mm分割品
側に、さらに、ガラス製検光子［ポーラコア、10mm×10
mm、厚さ 0.2mm］をエポキシ系接着剤を塗布して密着さ
せた。このガラス製検光子の片面〔10mm×10mm分割品と
の接着面と反対側〕には、対空気用の反射防止膜が施さ
れている。つぎにガラス製偏光子／10mm×10mm分割品／
ガラス製検光子の一体品をマグネテック社のコイルから
なる磁界発生装置［マグネット］の中心に配置させ、20
00Oeの磁界を印加しながら、1.31μm の半導体レーザ光
をガラス製偏光子／10mm×10mm分割品／ガラス製検光子
一体品に照射し、透過光をモニタした。透過光をモニタ
しながら検光子側を回転治具を用いて回転させると、透
過光強度が変化した。透過光が最も弱くなるところで検
光子側の治具を固定し、そのままガラス製偏光子／10mm
×10mm分割品／ガラス製検光子一体品をドライヤーで加
熱し接着剤を固化させた。接着剤固化後、上記ガラス製
偏光子／10mm×10mm分割品／ガラス製検光子一体品を
1.5mm×1.5mm に裁断した。裁断品の５個を任意に選ん
で、波長 1.31 μmの半導体レーザ光で挿入損失と消光
比を測定したところ、挿入損失は 0.14dB(平均値) で、
消光比は平均 38.8dB(平均値) であった。
両面に屈折率 1.53 対応の反射防止膜を付与し、さらに
この10mm×10mm分割品と10mm×10mmで厚さが 0.2mmのガ
ラス性偏光子［ポーラコア］をエポキシ系接着剤で加熱
接着した。このガラス製偏光子の片面〔10mm×10mm分割
品との接着面と反対側〕には、対空気用の反射防止膜が
施されている。この10mm×10mm分割品とガラス製偏光子
［ポーラコア］を接着したブロックの10mm×10mm分割品
側に、さらに、ガラス製検光子［ポーラコア、10mm×10
mm、厚さ 0.2mm］をエポキシ系接着剤を塗布して密着さ
せた。このガラス製検光子の片面〔10mm×10mm分割品と
の接着面と反対側〕には、対空気用の反射防止膜が施さ
れている。つぎにガラス製偏光子／10mm×10mm分割品／
ガラス製検光子の一体品をマグネテック社のコイルから
なる磁界発生装置［マグネット］の中心に配置させ、20
00Oeの磁界を印加しながら、1.31μm の半導体レーザ光
をガラス製偏光子／10mm×10mm分割品／ガラス製検光子
一体品に照射し、透過光をモニタした。透過光をモニタ
しながら検光子側を回転治具を用いて回転させると、透
過光強度が変化した。透過光が最も弱くなるところで検
光子側の治具を固定し、そのままガラス製偏光子／10mm
×10mm分割品／ガラス製検光子一体品をドライヤーで加
熱し接着剤を固化させた。接着剤固化後、上記ガラス製
偏光子／10mm×10mm分割品／ガラス製検光子一体品を
1.5mm×1.5mm に裁断した。裁断品の５個を任意に選ん
で、波長 1.31 μmの半導体レーザ光で挿入損失と消光
比を測定したところ、挿入損失は 0.14dB(平均値) で、
消光比は平均 38.8dB(平均値) であった。
【００２５】比較例１ 容量 1500ml の白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕31
50g 、酸化ビスマス〔Bi2O3 、4N〕3600g 、酸化第２鉄
〔Fe2O3 、4N〕475g、酸化ほう素〔B2O3、5N〕130g、酸
化テルビウム〔Tb4O7 、3N〕20g 、酸化ホルミウム〔Ho
2O3 、3N〕32gを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉
の所定の位置に設置し、1000℃に加熱溶融して十分に攪
拌して均一に混合したのち、融液温度 781℃にまで冷却
してビスマス置換希土類磁性ガーネット単結晶育成用融
液とした。ここに得られた融液表面に、常法に従って、
厚さが 480μm で、格子定数が 12.496 ±0.002 Åの
1.5インチ（111)ガーネット単結晶［(GdCa)3(GaMgZr)5O
12］基板の片面を接触させ、融液温度を 781℃に維持し
ながらエピタキシャル成長を行い、厚さ 301μm の (Ho
TbBi)3Fe5O12単結晶膜[HoTbBiFeG単結晶膜] を得た。次
に、この HoBiFeG単結晶膜を10mm×10mmに分割して、10
mm×10mm分割品４枚を得た。10mm×10mm分割品４枚の基
板を研磨で除去し、さらに波長 1.31 μm においてファ
ラデー回転角が 45 度を示すように、膜厚を研磨により
調整した。その結果、膜厚 228μm 、ファラデー回転角
45.1 度の10mm×10mm分割品４枚を得た。このHoTbBiFe
G 単結晶膜分割品の１枚を 1.5mm×1.5mm に切断し、任
意に５個を選び磁気特性を測定した。測定は実施例１と
まったく同様におこなった。その結果、図１のようにヒ
ステリシスがまったく見られない磁気特性カーブが得ら
れた。即ち HoTbBiFeG単結晶膜の磁気特性は平均値で Hs1＝1080(Oe) Hs2＝-1080(Oe) Hn1＝1080(Oe) H
n2＝-1080(Oe) であった。
50g 、酸化ビスマス〔Bi2O3 、4N〕3600g 、酸化第２鉄
〔Fe2O3 、4N〕475g、酸化ほう素〔B2O3、5N〕130g、酸
化テルビウム〔Tb4O7 、3N〕20g 、酸化ホルミウム〔Ho
2O3 、3N〕32gを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉
の所定の位置に設置し、1000℃に加熱溶融して十分に攪
拌して均一に混合したのち、融液温度 781℃にまで冷却
してビスマス置換希土類磁性ガーネット単結晶育成用融
液とした。ここに得られた融液表面に、常法に従って、
厚さが 480μm で、格子定数が 12.496 ±0.002 Åの
1.5インチ（111)ガーネット単結晶［(GdCa)3(GaMgZr)5O
12］基板の片面を接触させ、融液温度を 781℃に維持し
ながらエピタキシャル成長を行い、厚さ 301μm の (Ho
TbBi)3Fe5O12単結晶膜[HoTbBiFeG単結晶膜] を得た。次
に、この HoBiFeG単結晶膜を10mm×10mmに分割して、10
mm×10mm分割品４枚を得た。10mm×10mm分割品４枚の基
板を研磨で除去し、さらに波長 1.31 μm においてファ
ラデー回転角が 45 度を示すように、膜厚を研磨により
調整した。その結果、膜厚 228μm 、ファラデー回転角
45.1 度の10mm×10mm分割品４枚を得た。このHoTbBiFe
G 単結晶膜分割品の１枚を 1.5mm×1.5mm に切断し、任
意に５個を選び磁気特性を測定した。測定は実施例１と
まったく同様におこなった。その結果、図１のようにヒ
ステリシスがまったく見られない磁気特性カーブが得ら
れた。即ち HoTbBiFeG単結晶膜の磁気特性は平均値で Hs1＝1080(Oe) Hs2＝-1080(Oe) Hn1＝1080(Oe) H
n2＝-1080(Oe) であった。
【００２６】次に、この HoTbBiFeG単結晶膜を用いた以
外は実施例１とまったく同様に処理して、ガラス製偏光
子／10mm×10mm分割品／ガラス製検光子一体品を作製
し、1.5mm ×1.5mm に裁断した。裁断品の５個を任意に
選んで、波長 1.31 μm の半導体レーザ光で挿入損失と
消光比を測定したところ、挿入損失は 4.2dB (平均値）
で、消光比は 0.3dB（平均値）であった。つぎに、この
1.5mm×1.5mm の裁断品を、金属治具に固定し、円筒形
の永久磁石内部に収容した。すなわち従来の光アイソレ
ータを構成した（図６参照）。そして波長 1.31 μm の
半導体レーザ光で挿入損失と消光比を測定したところ、
挿入損失は 0.11dB(平均値) で、消光比は 39.5dB(平均
値) であった。
外は実施例１とまったく同様に処理して、ガラス製偏光
子／10mm×10mm分割品／ガラス製検光子一体品を作製
し、1.5mm ×1.5mm に裁断した。裁断品の５個を任意に
選んで、波長 1.31 μm の半導体レーザ光で挿入損失と
消光比を測定したところ、挿入損失は 4.2dB (平均値）
で、消光比は 0.3dB（平均値）であった。つぎに、この
1.5mm×1.5mm の裁断品を、金属治具に固定し、円筒形
の永久磁石内部に収容した。すなわち従来の光アイソレ
ータを構成した（図６参照）。そして波長 1.31 μm の
半導体レーザ光で挿入損失と消光比を測定したところ、
挿入損失は 0.11dB(平均値) で、消光比は 39.5dB(平均
値) であった。
【００２７】
【発明の効果】本発明の完成により、永久磁石が不要な
ためこれまで以上に小型化され、しかも部品点数が少な
い光アイソレータや光サーキュレータが、工業的に安価
に製造して提供することができる。
ためこれまで以上に小型化され、しかも部品点数が少な
い光アイソレータや光サーキュレータが、工業的に安価
に製造して提供することができる。
【図１】磁気ヒステリシスを示さない希土類鉄ガーネッ
ト単結晶の磁気特性の一例を示す模式図である。
ト単結晶の磁気特性の一例を示す模式図である。
【図２】光アイソレータの基本構成の一例を示す図であ
る。
る。
【図３】磁気ヒステリシスを示す希土類鉄ガーネット単
結晶の磁気特性の一例を示す模式図である。
結晶の磁気特性の一例を示す模式図である。
【図４】磁気ヒステリシスが大きい希土類鉄ガーネット
単結晶の磁気特性の一例を示す模式図である。
単結晶の磁気特性の一例を示す模式図である。
【図５】磁気ヒステリシスが非常に大きいため、角型ヒ
ステリシスをなす希土類鉄ガーネット単結晶の磁気特性
の一例を示す模式図である。
ステリシスをなす希土類鉄ガーネット単結晶の磁気特性
の一例を示す模式図である。
【図６】比較例１における永久磁石を用いた光アイソレ
ータの構成を示す模式図である。
ータの構成を示す模式図である。
１ ・・・偏光子 ２ ・・・ファラデー回転子 ３ ・・・検光子 ４ ・・・永久磁石 ５ ・・・ガラス製偏光子 ６ ・・・(HoTbBi)3Fe5O12 単結晶膜 ７ ・・・ガラス製検光子 ８ ・・・金属治具 ９ ・・・永久磁石
Claims (1)
- 【請求項１】 角型磁気ヒステリシスを示す希土類鉄ガ
ーネット単結晶を用たことを特徴とする非相反光デバイ
ス。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25171093A JPH07104224A (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 非相反光デバイス |
| CA 2131123 CA2131123A1 (en) | 1993-10-07 | 1994-08-30 | Non-reciprocal optical device |
| EP94113620A EP0647869A1 (en) | 1993-10-07 | 1994-08-31 | Non-reciprocal optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25171093A JPH07104224A (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 非相反光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07104224A true JPH07104224A (ja) | 1995-04-21 |
Family
ID=17226846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25171093A Pending JPH07104224A (ja) | 1993-10-07 | 1993-10-07 | 非相反光デバイス |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0647869A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07104224A (ja) |
| CA (1) | CA2131123A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013170120A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Granopt Ltd | ファラデー回転子の製造方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5801875A (en) * | 1995-07-05 | 1998-09-01 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising a magneto-optic material having low magnetic moment |
| US5608570A (en) * | 1995-07-05 | 1997-03-04 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising a magneto-optic material having low magnetic moment |
| JP3520889B2 (ja) * | 1996-06-03 | 2004-04-19 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 角型ヒステリシスを示すファラデー回転子 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0642026B2 (ja) * | 1984-07-09 | 1994-06-01 | 日本電気株式会社 | 磁気光学素子材料 |
| US4974944A (en) * | 1988-07-21 | 1990-12-04 | Hewlett-Packard Company | Optical nonreciprocal device |
-
1993
- 1993-10-07 JP JP25171093A patent/JPH07104224A/ja active Pending
-
1994
- 1994-08-30 CA CA 2131123 patent/CA2131123A1/en not_active Abandoned
- 1994-08-31 EP EP94113620A patent/EP0647869A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013170120A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Granopt Ltd | ファラデー回転子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2131123A1 (en) | 1995-04-08 |
| EP0647869A1 (en) | 1995-04-12 |
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