JPH02209708A - 磁気光学スイッチ用電磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 磁気光学スイッチ用電磁石に関し、 磁気光学スイッチ素子、例えばファラデー回転子を含む
複合光学部品（一体型光学部品）に十分な磁界を供給し
、かつ低背（電磁石としての厚さが薄い）な電磁石を提
供することを目的とし、前記複合光学部品（一体型光学
部品）への入出射光の光路を含む平面、またはそれに平
行な平面内に、磁心断面の中心が全て載るように半硬質
磁性材料からなる磁心を配置し、前記入出射光の光路に
当たる部分の磁心、補助磁極板および閉磁路を形成する
ための磁性板に孔を明け、光路を避けて磁心にコイルを
巻回することにより磁気光学スイッチ用電磁石を構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は磁気光学スイッチ用電磁石の改良に関する。

海底通信ケーブルを中心とした基幹電送線路にレーザ光
が使用されるようになったことは良く知られている。

さらに、光ファイバ、レーザ光源、光データリンクその
他の光学部品の改良に伴い、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒ
ｅａ　　Ｎｅｔｗｏｒｋ　）など会の光技術の導入も盛
んになり、最近の新しいインテリジェント・ビルには光
ファイバによる情報ネットワークシステムが使用される
ようになってきた。

これらのレーザ光応用システムには光スィッチが必要で
あるが、機械的な光スィッチは信頼性が低（高信頼度を
要求するシステムには使用できない。

これに対し、ファラデー回転を利用した磁気光学スイッ
チは可動部分がない固体スイッチなので、高い信頼性が
要求される光通信システム用スイッチ、例えば光ファイ
バの回線切り換え用スイッチなどに適し実用化され始め
ている。

〔従来の技術〕

一般に、光学デバイスはレンズ、プリズム、部分の一波
長板（λ／２板）、ビームスプリッタなどの個別光学部
品を組み合わせて光学系を構成している。

このような光学系に磁気光学スイッチを導入する場合、
ファラデー回転子に直接磁界を加えて偏光面を回転させ
ることによって、個別光学部品としての磁気光学スイッ
チを構成していたので、強い磁界を印加することができ
、従って、電磁石の選定も容易であった。

しかし、最近になって光学系全体を小型化し調整を容易
にするために、上記各種の個別光学部品をまとめて一体
にした複合光学部品が実用化され始めている。

第８図はこのような従来の一例〔本出願人の提案による
「特願昭６３−１８７７０８号（昭和６３年７月２７日
出願）」〕を示したもので、一端に全反射ミラーを有す
る２個の偏光ビームスプリッタ８の間に、磁気光学スイ
ッチ素子６とλ／２板７を挟んで接着固定した複合光学
部品を使用している。

従って、図かられかるようにコイル５を巻回したＣ字形
の磁心１の両端に接着した補助磁極板２の間隔を広（す
ることが必要となり、直接磁気光学スイッチ素子６に磁
界を加える場合に比較して磁界の強さは小さくなってし
まう。

この結果、磁界を強くするにはコイルに流す電流を大き
くしなければならない。

図は２ｘ２の光スィッチの例で破線に沿って矢印の方向
に光が進み、入射ポートが２箇所、出射ポートが２箇所
設けられている。なお図中９はレンズである。

偏光ビームスプリンタはＰ偏光は通過させ、Ｓ偏光は反
射するので、例えば磁気光学スイッチ素子６に４５°だ
け偏光面を回転させる外部磁界を加へそれを反転させる
ことによって、Ｃ方向に入射した光をＡ方向あるいはＣ
′力方向、Ｂ方向に入射した光をＣ′力方向るいはＡ方
向に出射光のスイッチを行わせることができる。

図に示したように、２枚の補助磁極板２には片方の出射
レーザ光ビーム（六方向）が通過する孔４（ａ）および
入射レーザ光ビーム（Ｂ方向）が通過する孔４（ｂ）が
明けられている。

もう一方の入出射レーザ光ビーム（ＣおよびＣ′力方向
は前記のレーザ光ビームと垂直方向で、かつ、前記入出
射光Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｃ’の光路を含む平面〔例えば第８図
（イ）で見れば紙面に対応〕が、磁心ｌの断面の中心が
全て載る平面〔例えば第８図（ハ）における−点鎖線Ｄ
−Ｄ’を通って紙面に垂直な平面を想定する〕と垂直な
方向になっている。

これはコイル５を巻回したＣ字形の磁心ｌが邪魔になっ
て、磁心１の断面の中心が全て載る平面、またはそれに
近接した平行な平面内に光路を設定することができない
ためである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、上に述べた従来例の磁気光学スイッチの高さは
、凡そ複合光学部品の高さに磁心の高さを加えたものと
なる。

実際には複合光学部品の高さよりも磁心の高さの方が大
きい場合が多いので、第８図に示した従来の電磁石を使
用した磁気光学スイッチの寸法、とくに高さが大きくな
る。

最近は平面実装の必要性から、全ての光路が実装面に平
行で、且つ低背型の光スィッチが強く求められているの
で、この点が大きな問題となっていた。

さらに、複合光学部品全体に磁界を加えることになるの
で磁極間隔が広（なり、従来例の電磁石ではコイル５に
大きな電流を流す必要があるため発熱その他の問題が生
じており、それらの問題の解決が必要となっていた。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明電磁石の構成の一例を示す斜視図（イ）
と複合光学部品（一体型光学部品）の配置図（ロ）であ
る。

ここに示した複合光学部品は、既に説明した第５図の２
ｘ２の光スィッチを例として、本発明電磁石の磁極間へ
の配置、光路と孔４　（ａ）、　　４　（ｂ）。

４（ｃ）の対応関係など本発明をより理解しやすくする
ために示したものである。

角柱状の磁心１には孔４　（ａ）、　　４　（ｂ）。

４（ｃ）がレーザ光ビームの光路である一点破線Ａ、Ｂ
、Ｃに沿って明けてあり、何れも磁心１の断面の中心が
全て載る平面、またはそれに平行な平面内にある。

従って、平面実装に適した電磁石を構成することが容易
である。

さらに、孔４（ｃ）を避けてコイル５を２箇所に巻回す
るように磁心枠を設計できるので磁極間に大きな磁界を
得ることができる。

すなわち、上記の課題は磁気光学スイッチ素子を含む複
合光学部品（一体型光学部品）への入出射光の光路を含
む平面、またはそれに平行な平面内に、磁心断面の中心
が全て載るように半硬質磁性材料からなる磁心を配置し
、前記入出射光の光路に当たる部分の磁心、補助磁極板
および閉磁路を形成するための磁性板に孔を明け、光路
を避けて磁心にコイルを巻回して、磁気光学スイッチ用
電磁石を構成することにより解決することができる。

〔作用〕

第１図に示したように、磁気光学スイッチの全てのレー
ザ光ビームが通過する孔４　（ａ）、　　４（ｂ）、４
　（Ｃ）は、磁心１の断面の中心が全て載る平面、また
はそれに平行な平面内にある一点破線Ａ、Ｂ、Ｃに沿っ
て明けられているので、光スイツチデバイスの高さは概
ね磁心１の厚さで決まり、従って低背型の電磁石を容易
に得ることができる。

また、コイル５を孔４（Ｃ）を避けて磁心１の各枠辺に
跨って、多数回巻きすることができるので、磁極間に発
生する磁界を十分大きくすることが可能となるのである
。

〔実施例］ 第２図は円柱状磁心を用いた本発明の実施例を示す図で
ある。

図中１は直径２ｍｍ、長さ３０ｍｍの鉄・銅・モリブデ
ン系磁性合金（Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍｏ、商品名：ＴＦＣ）製
の円柱状磁心で、４本を図に示したように同一平面上に
２列２行に間隔をあけて配置した。　磁心１には０．１
３ｍｍφの銅線をそれぞれ５００ターンづ一密に巻回し
てコイル５を形成した。

２は厚さＱ、３　ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ１２ｍｍの鉄・
コバルト・ニオビウム系磁性合金（Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｂ、
商品名：ニプコロイＮＢ５０）製の補助磁極板で磁心１
の端部にエポキシ系樹脂で接着した。

３は厚さ０．８ｍｍ　、幅３５ｍｍ、長さ８５ｍｍのパ
ーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）製の磁性板で、両端を直角に折
り曲げ、補助磁極板２が接着されていない側の磁心１の
端部間を結んで閉磁路を形成し、補助磁極板２の間に発
生する磁界をより強くするために設けたものである。な
お、補助磁極板２の間隔は３ｍｍとした。

一方の補助磁極板２と磁性板３の折り曲げられた一方の
端部には、光路（Ａ）に沿って直径１ｍｍの孔４（ａ）
を明け、また他方の補助磁極板２と磁性板３の他方の折
り曲げ端部には、孔４（ａ）と中心間隔１．５ｍｍを離
して、光路（Ｂ）に沿って直径１ｍｍの孔４（ｂ）を明
けた。

こうして、磁心１の断面の中心が全て載る平面と、光路
Ａ、Ｂ、Ｃとを一致させることができ、この結果磁気光
学スイッチの高さをｌＱｍｍ以下にすることができた。

なお、磁極間への複合光学部品の配置の状態は第１図の
図（ロ）の場合と同様である。

第３図は円柱状磁心を用いた上記実施例の磁界強さ一電
流曲線図（■）を示したものである。

コイル電流１アンペアでの補助磁極板２の間の中心の磁
界強さは３５０エルステツド（Ｏｅ）、残留磁界ＨＯ２
６５０ｅで角型比７６％が得られた。

この値は第８図の従来例の場合の同様の条件における磁
界強さ１５０エルステツドに比較して、２倍以上の大き
さであり、かつ、平面実装用の電磁石として構成した場
合の高さは半分以下とすることができた。

第４図は円柱状磁心を用いた本発明の他の実施例を示す
図である。

第２図に示した上記実施例では、２本の磁心１の同極同
志を１枚の磁性板３で接続するために、中間領域では反
ｔ９磁界により磁力線の密度が減少する傾向があり、ま
た、補助磁極板２と磁性Ｆｉ、３との距離が近いために
、補助磁極板２から出た磁束は磁性板３に漏洩する傾向
がある。

そこで、本実施例はそれを改善するための構成を示した
ものである。

本実施例では４本の磁心、コイル、補助磁極板などは第
２図に示した実施例と同じであるが、閉磁路を形成する
磁性板を幅４ｍｍの２つの板に分割して３，３゛とし、
４〜７ｍｍの間隔をとったこと＼、同図の（ロ）に示す
ように磁心１に巻回したコイルと磁性板３，３゛　との
間にスペーサ１０を介することにより、０．５〜１．０
ｍｍの間隔をとるようにしたものである。

そして、二組の電磁石を固定するために、磁性板３．３
”の上に保持板１１を設けた。

こ−で、磁性板３と３゛との間に光ファイバを挿入する
には最低４ｍｍの間隔が必要であり、また、間隔を７ｍ
ｍ以上とすると補助磁極板２相互間の磁束分布が悪くな
る。

また、スペーサ１０の厚さは０．５ｍｍ以下では第２図
の構成と同様に磁束の漏洩が起こり、また１、０　ｍｍ
以上は小形化の点から必要がない。

第５図は上記の構成においてニブコロイ補助磁極板を用
いた実施例の磁界強さ一電流曲線図（■）で、補助磁極
板間隔は４ｍｍ、補助磁極板厚さは０．３　ｍｍである
。

なお、点線の曲線■は第２図の構成と同じで、補助磁極
板間隔だけが４ｍｍと第２図の場合よりも、１ｍｍだけ
広くしたときの特性を比較のために示したものである（
従って、残留磁界値は第３図の２６５０ｅに対し１３０
０ｅと小さくなっている）。

実線の曲線■は、スペーサ１０．保持板１１を設けた本
実施例の励磁特性で、コイル電流ＩＡにおいて発生磁界
は４３００ｅ、残留磁界は２２００ｅが得られ、■のデ
ータと比較してスペーサ１０゜保持板１１を設けた本実
施例の有効性を確認することができた。

上記の実施例においては、補助磁極板２として半硬質磁
性材料である鉄・コバルト・ニオビウム系磁性合金（Ｆ
　ｅ−Ｃｏ　−Ｎ　ｂ、商品名：ニフコロイＮＢ５０）
の平板を使用したが、この場合、一般に板厚が薄いと形
状異方性のために、充分飽和できないという傾向を生じ
る。

そこで、補助磁極板２として、平板にしても磁気飽和特
性のよいＭ　ｎ　−Ｚ　ｎフェライト焼結体を使用し第
４図に示した構成で電磁石を作製した。

このフェライトの物性値は初透磁率２３００．実効飽和
磁束密度４４００ガウス、実効飽和保持力は０．２０ｅ
である。

第６図はフェライト補助磁極板を用いた実施例の磁界強
さ一電流曲線図で、■は補助磁極板２の板厚が０．５ｍ
ｍの場合、■は１．０ｍｍの場合である。なお、補助磁
極板２の間隔は３ｍｍである。図かられかるように、板
厚が０．５ｍｍの■の場合では残留磁界２６００ｅであ
ったが、板厚が１．Ｏｍｍの■の場合には残留磁界３０
００ｅと最も大きな値が得られ、磁気光学スイッチ用電
磁石として、極めて優れていることがわかった。

以上述べたフェライト補助磁極板は、本発明の他の構成
の補助磁極板としても有効に使用できることは勿論であ
る。

さて一方、第７図は平板状磁心を用いた本発明のさらに
他の実施例を示す図である。

この実施例の場合は、磁心ｌに厚さの薄い半硬質磁性材
料製の平板を使用しているので、図に示したように孔は
４　（ａ）、　　４　（ｂ）の２つでよく、光路Ｃに沿
う方向では磁心１に扁平に巻回したコイル５に妨げられ
ることなく、磁気光学スイッチ素子を含む複合光学部品
を配置できるので、平面実装に適した低背型の電磁石を
作ることが極めて容易である。

また、図示した如く対称型の磁心枠を使用しているので
、コイル５を磁極部を挟んで相対する磁心枠辺、即ち２
箇所に巻回しており、補助磁極板２の間に大きな磁界を
得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の実施により、平面実装に
適した低背で、かつ、磁極間に大きな磁界を発生する電
磁石を作製することが可能となり、磁気光学スイッチの
性能向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電磁石の構成の一例を示す斜視図（イ）
と複合光学部品の配置図（ロ）、第２図は円柱状磁心を
用いた本発明の実施例を示す図、 第３図は円柱状磁心を用いた実施例の磁界強さ一電流曲
線図、 第４図は円柱状磁心を用いた本発明の他の実施例を示す
図、 第５図はニプコロイ補助磁極板を用いた実施例の磁界強
さ一電流曲線図、 第６図はフェライト補助磁極板を用いた実施例の磁界強
さ一電流曲線図、 第７図は平板状磁心を用いた本発明のさらに他の実施例
を示す図、 第８図は磁気光学スイッチ用電磁石の従来例を示す図で
ある。 図において、 １は磁心、 ２は補助磁極板、 ３．３゛は閉磁路を形成する磁性板、 ４　　（ａ）、　　４　　（ｂ）、　　４　　（ｃ）は
孔、５はコイル、 ６は磁気光学スイッチ素子、 ７は１／２波長板、 ８は偏光ビームスプリッタ、 ９はレンズ、 ｌＯはスペーサ、 １１は保持板である。 円ａ欣石蛛に８用いた実あ包４列の石旅界弓徴さ一電ｊ
先曲刑良図第 図 （ロン正面図 円往本綜四し８胴Ｉ巾添裕朗Ｏ突桁を１）訃え１記Ｙ　
　２　　図 正面図 巴柱救石４１Ｃ′を５甲いｔ四’＞ｔｓ月０．にｎ寅施
全１ｊゾ、イＺ・第　４　　ロ 弓虫さ一電〉先曲走栗図 第 図 す

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気光学スイッチ素子を含む複合光学部品（一体
   型光学部品）に磁界を印加するための電磁石において、 前記複合光学部品（一体型光学部品）への入出射光の光
   路を含む平面、またはそれに平行な平面内に、磁心断面
   の中心が全て載るように半硬質磁性材料からなる磁心（
   １）を配置し、 前記入出射光の光路に当たる部分の磁心（１），補助磁
   極板（２）および閉磁路を形成するための磁性板（３）
   に孔（４）を明け、光路を避けて磁心（１）にコイル（
   ５）を巻回したことを特徴とする磁気光学スイッチ用電
   磁石。
2. （２）前記磁心（１）が角柱・角枠型をなしており、磁
   極部分のある辺と、それに対面する辺とに光路となる孔
   ４（ａ），４（ｂ），４（ｃ）を明けたことを特徴とす
   る請求項（１）記載の磁気光学スイッチ用電磁石。
3. （３）４本の円柱状磁心（１）を２列２行に間隔をあけ
   て配置し、中央部の磁心端部に２枚の補助磁極板（２）
   を接着し、反対側の磁心端部間を閉磁路を形成するため
   の磁性板（３）で橋架し、補助磁極板（２）と閉磁路を
   形成するための磁性板（３）の一方の組には光路となる
   孔４（ａ）を、他方の組には光路となる孔４（ｂ）を明
   けたことを特徴とする請求項（１）記載の磁気光学スイ
   ッチ用電磁石。
4. （４）４本の円柱状磁心（１）を２列２行に間隔をあけ
   て配置し、中央部の磁心端部に２枚の補助磁極板（２）
   を接着し、反対側の磁心端部間を閉磁路を形成するため
   の、２組の磁性板（３）および（３’）で橋架し、 前記２組の磁性板（３）および（３’）を、スペーサ（
   １０）により、磁心（１）に巻回したコイル（５）に対
   し必要とする間隔を隔てゝ保持すると共に、平行に配列
   している前記２組の磁性板（３）および（３’）を、必
   要とする間隔を保って保持板（１１）に固定し、 前記補助磁極板（２）の一方に光路となる孔４（ａ）を
   、他方には光路となる孔４（ｂ）を明けたことを特徴と
   する磁気光学スイッチ用電磁石。
5. （５）前記磁心（１）が平板状・角枠型で、角枠中央部
   には磁極となる２つの平板突出部を設け、磁極の両端部
   に磁心板から直角に張り出した補助磁極板（２）を接着
   し、２枚の補助磁極板（２）の張り出し部に光路となる
   孔４（ａ），４（ｂ）を明け、磁極部を挟んで対称な２
   つの磁心枠辺に光路を避けてコイル（５）を巻回したこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の磁気光学スイッチ用
   電磁石。