JPH0154686B2 - - Google Patents
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- JPH0154686B2 JPH0154686B2 JP55072341A JP7234180A JPH0154686B2 JP H0154686 B2 JPH0154686 B2 JP H0154686B2 JP 55072341 A JP55072341 A JP 55072341A JP 7234180 A JP7234180 A JP 7234180A JP H0154686 B2 JPH0154686 B2 JP H0154686B2
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- polarizer
- axis
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Classifications
-
- 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
- G02F1/095—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 in an optical waveguide structure
- G02F1/0955—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 in an optical waveguide structure used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
本発明は導波形の光回路要素のうち、光の進行
方向によつて透過特性の異なる非相反光回路素
子、そのなかでも、可動機構を有することなくこ
の方向性が切換えられ、尚かつエネルギーを消散
することなく状態を保持することの出来る非相反
光回路素子に関するものである。 フアイバー光通信システムを構成する端局や端
末装置、中継装置などでは、信号坦体であるフア
イバー光を分岐し、切換える各種の光回路素子を
必要とする。これらの光回路素子は高性能である
ことに加えて、信頼性が高く、小形であることが
望ましい。誘電体や半導体の基板表面に屈折率の
高い層を設けてこれを光導波路とし、上記各種の
光回路素子を構成する試みがなされている。この
ような素子は、従来のレンズ、プリズム等の光学
部品を組合せて構成する方法に較べて小形であ
り、光は基板内に閉じ込められているため、周囲
の温度湿度等の環境変化にたいして安定であり信
頼性が高い。 光分岐素子や光スイツチ素子をはじめとする各
種の光回路素子のうちでも、非相反回路素子であ
るアイソレータやサーキユレータは、フアイバー
から光源への戻り光を阻止し、光源の不安定動作
や雑音の発生を妨げる素子として、また、単一の
光フアイバーを使つて双方向の通信を行う場合に
２方向の信号を分離する素子としてなど、利用価
値の高い光回路素子である。従来から知られてい
る、光導波形の非相反回路素子は（111）ガドリ
ニウム・ガーネツト単結晶基板の上に、これより
屈折率の僅かに高い、イツトリウム・鉄ガーネツ
トなどの単結晶層を数ミクロンメートルと薄く成
長させて、これを光導波層とし、外部より光の透
過方向に磁場を印加し、上記結晶層中の磁化の方
向をこの方向に揃え、入射光のTE波を上記結晶
層のもつフアラデー効果によつてTM波に変換さ
せるものである。導波光の場合、TE波とTM波
とは位相速度が異なり、このままでは変換はほと
んど生じない。変換を効率よく生じさせるには、
位相速度を合致させる必要がある。このため上記
薄膜層の上に光学的に複屈折性を有する誘導体を
設置させ、この複屈折性を利用して、２つのモー
ドの位相速度を縮退させている。磁場の方向に逆
向きに進む光にたいしては、フアラデー効果の非
相反性によつて２つのモード間の結合は生じない
ため、素子の非相反性が保たれている。このよう
な従来の構成の導波形の非相反回路素子では、適
宜時間に応じて、方向性を逆転させ、またその状
態を保持できるような、電気的に方向性を制御す
る素子として用いようとする場合には、状態の保
持のために、電流や磁場を印加し続けるか、また
方向性を逆転させるには、永久磁石を機械的な機
構を介して回転させるなど、エネルギーの消散、
可動機構による信頼性の低下などが避け難い。こ
れは、従来の構成では磁性体である（111）イツ
トリウム鉄ガーネツトが膜面内の特定方向に磁化
容易軸を有しないことによる。イツトリウム鉄ガ
ーネツトは、膜面内に存在する等価な３本の
〈211〉の近傍にあり膜面より僅かに立上つた角度
にある〈111〉の影響を受け、３本の〈211〉が容
易軸と同じような働きをする。すなわち、膜面内
の特定方向に磁化容易軸を有しない（111）
Y3Fe5O12などの膜を用いた場合には、外部磁場
を取除いた際に磁化が結晶磁気異方性によつ決定
される膜面内の等価なる方向のいずれかを向いて
しまうからである。 本発明の目的は上記難点を除去した、Ｏ形で安
定な、記憶形の導波形非相反光回路素子を提供す
ることである。 発明者らは、膜面内の特定方向に磁化容易軸を
有するガーネツト膜を用いることにより、小形で
安定な導波形非相反回路素子が形成可能であるこ
とを見出し本発明をなすにいたつた。すなわち、
本発明の非相反光素子は、強磁性ガーネツト膜と
して、膜面内の特定方向に磁化容易軸を有するオ
ルソロンビツク異方性（110）膜を採用し、直線
偏光光を透過する偏光子とこの偏光子を透過する
光と45度の傾きをなす偏光光を透過する偏光子と
の間に前記磁性ガーネツト膜を設置して光が偏光
子−磁性ガーネツト膜−偏光子と通過し、かつ磁
性ガーネツト膜内においては光は磁化容易軸と平
行に伝搬するように前記磁性ガーネツト膜と２つ
の偏光子とを配置し、さらに磁場を磁化容易軸と
平行に磁性ガーネツト膜に印加する手段を備えた
構成とした。 本発明の詳細を実施例を用いて説明する。 第１表の１〜６に示すような膜組成を有する
（110）ガーネツト膜を液相エピタキシヤル法によ
つて育成したところ、いずれもオルソロンビツク
磁気異方性を有しており、第１表に示すような磁
気特性を示した。オルソロンビツク磁気異方性の
エネルギーＥは以下の式で表わされる。この起源
は、成長誘導異方性による。 Ｅ＝（Ku＋Δ・sin2φ）sin2θ ここで、KuおよびΔは第１図に示すように、
３主軸間のエネルギーの差であり、φおよびθは
磁化Msの方位角および傾角である。この式より
KuおよびΔは直交する３主軸に関し一軸性の対
称性を有することを示している。第１表に示す材
料では、いずれもがKu＜０，Δ＞０およびKu＋
Δ＞０であつた。すなわち、上記の式より、いず
れの膜も膜面内の〔001〕が磁化容易軸、〔１10〕
が困難軸であり、膜面に垂直方向の〔110〕が中
間軸であつた。 これらのガーネツト膜１を用い、第２図に示す
ような膜面内の磁化容易軸と平行に光２を入れる
方向によつて透過特性の異なる非相反光回路素
子、そのなかでも、可動機構を有することなくこ
の方向性が切換えられ、尚かつエネルギーを消散
することなく状態を保持することの出来る非相反
光回路素子に関するものである。 フアイバー光通信システムを構成する端局や端
末装置、中継装置などでは、信号坦体であるフア
イバー光を分岐し、切換える各種の光回路素子を
必要とする。これらの光回路素子は高性能である
ことに加えて、信頼性が高く、小形であることが
望ましい。誘電体や半導体の基板表面に屈折率の
高い層を設けてこれを光導波路とし、上記各種の
光回路素子を構成する試みがなされている。この
ような素子は、従来のレンズ、プリズム等の光学
部品を組合せて構成する方法に較べて小形であ
り、光は基板内に閉じ込められているため、周囲
の温度湿度等の環境変化にたいして安定であり信
頼性が高い。 光分岐素子や光スイツチ素子をはじめとする各
種の光回路素子のうちでも、非相反回路素子であ
るアイソレータやサーキユレータは、フアイバー
から光源への戻り光を阻止し、光源の不安定動作
や雑音の発生を妨げる素子として、また、単一の
光フアイバーを使つて双方向の通信を行う場合に
２方向の信号を分離する素子としてなど、利用価
値の高い光回路素子である。従来から知られてい
る、光導波形の非相反回路素子は（111）ガドリ
ニウム・ガーネツト単結晶基板の上に、これより
屈折率の僅かに高い、イツトリウム・鉄ガーネツ
トなどの単結晶層を数ミクロンメートルと薄く成
長させて、これを光導波層とし、外部より光の透
過方向に磁場を印加し、上記結晶層中の磁化の方
向をこの方向に揃え、入射光のTE波を上記結晶
層のもつフアラデー効果によつてTM波に変換さ
せるものである。導波光の場合、TE波とTM波
とは位相速度が異なり、このままでは変換はほと
んど生じない。変換を効率よく生じさせるには、
位相速度を合致させる必要がある。このため上記
薄膜層の上に光学的に複屈折性を有する誘導体を
設置させ、この複屈折性を利用して、２つのモー
ドの位相速度を縮退させている。磁場の方向に逆
向きに進む光にたいしては、フアラデー効果の非
相反性によつて２つのモード間の結合は生じない
ため、素子の非相反性が保たれている。このよう
な従来の構成の導波形の非相反回路素子では、適
宜時間に応じて、方向性を逆転させ、またその状
態を保持できるような、電気的に方向性を制御す
る素子として用いようとする場合には、状態の保
持のために、電流や磁場を印加し続けるか、また
方向性を逆転させるには、永久磁石を機械的な機
構を介して回転させるなど、エネルギーの消散、
可動機構による信頼性の低下などが避け難い。こ
れは、従来の構成では磁性体である（111）イツ
トリウム鉄ガーネツトが膜面内の特定方向に磁化
容易軸を有しないことによる。イツトリウム鉄ガ
ーネツトは、膜面内に存在する等価な３本の
〈211〉の近傍にあり膜面より僅かに立上つた角度
にある〈111〉の影響を受け、３本の〈211〉が容
易軸と同じような働きをする。すなわち、膜面内
の特定方向に磁化容易軸を有しない（111）
Y3Fe5O12などの膜を用いた場合には、外部磁場
を取除いた際に磁化が結晶磁気異方性によつ決定
される膜面内の等価なる方向のいずれかを向いて
しまうからである。 本発明の目的は上記難点を除去した、Ｏ形で安
定な、記憶形の導波形非相反光回路素子を提供す
ることである。 発明者らは、膜面内の特定方向に磁化容易軸を
有するガーネツト膜を用いることにより、小形で
安定な導波形非相反回路素子が形成可能であるこ
とを見出し本発明をなすにいたつた。すなわち、
本発明の非相反光素子は、強磁性ガーネツト膜と
して、膜面内の特定方向に磁化容易軸を有するオ
ルソロンビツク異方性（110）膜を採用し、直線
偏光光を透過する偏光子とこの偏光子を透過する
光と45度の傾きをなす偏光光を透過する偏光子と
の間に前記磁性ガーネツト膜を設置して光が偏光
子−磁性ガーネツト膜−偏光子と通過し、かつ磁
性ガーネツト膜内においては光は磁化容易軸と平
行に伝搬するように前記磁性ガーネツト膜と２つ
の偏光子とを配置し、さらに磁場を磁化容易軸と
平行に磁性ガーネツト膜に印加する手段を備えた
構成とした。 本発明の詳細を実施例を用いて説明する。 第１表の１〜６に示すような膜組成を有する
（110）ガーネツト膜を液相エピタキシヤル法によ
つて育成したところ、いずれもオルソロンビツク
磁気異方性を有しており、第１表に示すような磁
気特性を示した。オルソロンビツク磁気異方性の
エネルギーＥは以下の式で表わされる。この起源
は、成長誘導異方性による。 Ｅ＝（Ku＋Δ・sin2φ）sin2θ ここで、KuおよびΔは第１図に示すように、
３主軸間のエネルギーの差であり、φおよびθは
磁化Msの方位角および傾角である。この式より
KuおよびΔは直交する３主軸に関し一軸性の対
称性を有することを示している。第１表に示す材
料では、いずれもがKu＜０，Δ＞０およびKu＋
Δ＞０であつた。すなわち、上記の式より、いず
れの膜も膜面内の〔001〕が磁化容易軸、〔１10〕
が困難軸であり、膜面に垂直方向の〔110〕が中
間軸であつた。 これらのガーネツト膜１を用い、第２図に示す
ような膜面内の磁化容易軸と平行に光２を入れる
【表】
【表】
導波形回路素子を形成した。これらの材料にお
いては、オルソロンビツク磁気異方性を有するこ
とから、外部磁場が印加されない場合には、磁化
は〔001〕もしくはこれと等価で180゜反対方向の
〔00１〕のいずれかを向いている。第２図中に示
した〔１１０〕は磁化困難軸〔110〕は中間軸と
なつている。この素子に巻きつけられたコイル３
に電流を流すことによつて予め〔001〕に平行に
ガーネツト膜を磁化しておき、TE波（又はTM
波）を〔001〕と平行に入射したところ、材料の
フアラデー回転係数φFによつて決められる光路
長だけ光が進んで素子を出射する光は、偏光方向
が入射光の偏光方向から45゜傾いた直線偏光へと
フアラデー回転を受ける。従来のアイソレータと
同様に、逆向きに進むこの45゜傾いた直線偏光光
は、素子中を磁化の方向にたいして前述とは逆向
きであるため、素子を出射した時点では入射光と
直交した直線偏光となる。従つて入射側に入射光
の偏光すなわちTE波（又はTM波）を透過する
偏光素子を、また出射側にそれと45゜傾いた偏光
光を透過する偏光素子を備えることによつて、ア
イソレータが形成された。またコイル３に流す電
流を前述とは逆向きに通じると、磁化は〔00１〕
方向に揃えられ、前述の入射TE波（TM波）は
逆向きの回転を受けるため出射側の偏光子を通過
することは出来ず、これにたいして出射側偏光子
を透過し、反対方向に進む光は素子中で偏光面の
回転を受けて、入射側の偏光子を通過することが
できた。すなわち本発明でいうところの非相反光
素子が形成された。 本素子は、（110）ガーネツト膜の面内の特定方
向を向く磁気異方性を用いていることから、コイ
ルに流す電流によつて生ずる磁場を取り去つても
ガーネツト膜の磁化はコイル電流によつて生ずる
磁場の方向を向き続けることができるため、可動
機構を有することなく方向性を切り換えられ、し
かもエネルギーを消散することなく状態を保持す
ることのできる記憶形の非相反光素子となつた。 さらに、第１表の１〜５の膜組成のガーネツト
膜ではBi3+を含有することからフアラデー回転係
数｜φF｜の値が大きく、素子を小形化すること
が
いては、オルソロンビツク磁気異方性を有するこ
とから、外部磁場が印加されない場合には、磁化
は〔001〕もしくはこれと等価で180゜反対方向の
〔00１〕のいずれかを向いている。第２図中に示
した〔１１０〕は磁化困難軸〔110〕は中間軸と
なつている。この素子に巻きつけられたコイル３
に電流を流すことによつて予め〔001〕に平行に
ガーネツト膜を磁化しておき、TE波（又はTM
波）を〔001〕と平行に入射したところ、材料の
フアラデー回転係数φFによつて決められる光路
長だけ光が進んで素子を出射する光は、偏光方向
が入射光の偏光方向から45゜傾いた直線偏光へと
フアラデー回転を受ける。従来のアイソレータと
同様に、逆向きに進むこの45゜傾いた直線偏光光
は、素子中を磁化の方向にたいして前述とは逆向
きであるため、素子を出射した時点では入射光と
直交した直線偏光となる。従つて入射側に入射光
の偏光すなわちTE波（又はTM波）を透過する
偏光素子を、また出射側にそれと45゜傾いた偏光
光を透過する偏光素子を備えることによつて、ア
イソレータが形成された。またコイル３に流す電
流を前述とは逆向きに通じると、磁化は〔00１〕
方向に揃えられ、前述の入射TE波（TM波）は
逆向きの回転を受けるため出射側の偏光子を通過
することは出来ず、これにたいして出射側偏光子
を透過し、反対方向に進む光は素子中で偏光面の
回転を受けて、入射側の偏光子を通過することが
できた。すなわち本発明でいうところの非相反光
素子が形成された。 本素子は、（110）ガーネツト膜の面内の特定方
向を向く磁気異方性を用いていることから、コイ
ルに流す電流によつて生ずる磁場を取り去つても
ガーネツト膜の磁化はコイル電流によつて生ずる
磁場の方向を向き続けることができるため、可動
機構を有することなく方向性を切り換えられ、し
かもエネルギーを消散することなく状態を保持す
ることのできる記憶形の非相反光素子となつた。 さらに、第１表の１〜５の膜組成のガーネツト
膜ではBi3+を含有することからフアラデー回転係
数｜φF｜の値が大きく、素子を小形化すること
が
【表】
できた。
また、第２表に示すような、磁化容易軸が膜面
内の〔１１０〕となる（110）膜を用いる場合に
は、光の透過方向を〔１１０〕もしくは〔１10〕
とし、この磁化容易軸と平行に〔１１０〕（又は
〔１10〕）方向もしくは反対方向に磁場を発生する
ようにコイルを設けることによつて、前述と同
様、可動機構のない、記憶形の非相反光回路素子
を作成することができた。〔１１０〕が磁化容易
軸となる場合には、第２表に示すようにKu＋Δ
＜０とならなければならなかつた。 以上に述べたように、本発明によれば可動機構
を有することなく方向性を切り換えられ、しかも
エネルギーを消散することなく状態を保持するこ
とのできる非相反光素子が得られる。
内の〔１１０〕となる（110）膜を用いる場合に
は、光の透過方向を〔１１０〕もしくは〔１10〕
とし、この磁化容易軸と平行に〔１１０〕（又は
〔１10〕）方向もしくは反対方向に磁場を発生する
ようにコイルを設けることによつて、前述と同
様、可動機構のない、記憶形の非相反光回路素子
を作成することができた。〔１１０〕が磁化容易
軸となる場合には、第２表に示すようにKu＋Δ
＜０とならなければならなかつた。 以上に述べたように、本発明によれば可動機構
を有することなく方向性を切り換えられ、しかも
エネルギーを消散することなく状態を保持するこ
とのできる非相反光素子が得られる。
第１図は（110）ガーネツト膜におけるオルソ
ロンビツク磁気異方性を示す概念図で、Kuは
〔110〕と〔001〕との間の、Ku＋Δは〔110〕と
〔１１０〕との間の、Δは〔001〕と〔１１０〕と
の間のエネルギーの差を示す。 第２図は本発明の一実施例の非相反光素子の構
成原理図で１はガーネツト膜、２はレーザ光、３
はコイルである。
ロンビツク磁気異方性を示す概念図で、Kuは
〔110〕と〔001〕との間の、Ku＋Δは〔110〕と
〔１１０〕との間の、Δは〔001〕と〔１１０〕と
の間のエネルギーの差を示す。 第２図は本発明の一実施例の非相反光素子の構
成原理図で１はガーネツト膜、２はレーザ光、３
はコイルである。
Claims (1)
- １ 直線偏光光を透過する偏光子と該偏光子を透
過する光と45度の傾きをなす偏光光を透過する偏
光子と、これら２つの偏光素子に光透過方向に挟
まれて位置する磁気光学媒体とからなる磁気光学
素子において、磁化容易軸が膜面内にあり、オル
ソロンビツク磁気異方性を有する（110）磁性ガ
ーネツト膜を磁気光学媒体とし、該（110）磁性
ガーネツト膜の磁化容易方向に光を導波させ、該
磁化容易軸と平行に磁場を印加する手段を有する
ことを特徴とする磁気光学非相反光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7234180A JPS56168622A (en) | 1980-05-30 | 1980-05-30 | Magnetooptic nonreciprocal optical element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7234180A JPS56168622A (en) | 1980-05-30 | 1980-05-30 | Magnetooptic nonreciprocal optical element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56168622A JPS56168622A (en) | 1981-12-24 |
| JPH0154686B2 true JPH0154686B2 (ja) | 1989-11-20 |
Family
ID=13486491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7234180A Granted JPS56168622A (en) | 1980-05-30 | 1980-05-30 | Magnetooptic nonreciprocal optical element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56168622A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61113026A (ja) * | 1984-11-07 | 1986-05-30 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁気光学素子用媒体 |
| JPH0766044B2 (ja) * | 1985-06-29 | 1995-07-19 | 株式会社東芝 | 磁界センサ |
-
1980
- 1980-05-30 JP JP7234180A patent/JPS56168622A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56168622A (en) | 1981-12-24 |
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