JPH04115221A - ファラデー回転素子 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、光の偏波面を電流により連続的に変化させ
る機能を有するファラデー回転素子に関するものである
。

「従来技術」 コヒーレント光通信は、現在の光強度変調方式の１０倍
以上の高感度受信を有することや、波長の異なる１００
チャンネル以上の同時通信を１本のファイバーで可能な
ことから、テレビ電話、テレビ会議など音声と映像を同
時に伝送する長距離多重通信方式どして期待されている
。

コヒーレント光通信の受信方式では、ファイバーを伝搬
してきた信号光と受信側に置いた局部発振光を干渉させ
るヘテロダイン検波方式がとられる。二つの光を効率よ
く干渉させるためには、二つの光の偏波面を精度よく一
致させる必要がある。

ところが、実際に敷設されたファイバーは、温度変化、
振動、たわみなどが生じ易く、受信側での信号光の偏光
面か変動し、最終的な受信効率か落ちるのが弱点とされ
ている。

この問題を解決するために、偏波面のずれを回路的に補
正する偏波ダイパーシティ方式と自動制御により信号光
の偏波面を直接光学的に一定にする方式が考えられてい
る。

前者の偏波ダイパーシティ方式は回路が複雑になること
及び応答速度が遅い等の欠点がある。後者の光学的な方
式については、これまで、ニオブ酸リチウムなどの電気
光学効果を用いる方法、ファイバーを機械的に圧縮する
方法、波長板を機械的に回転する方法等が報告されてい
る。これらの方法には一長一短があり、現段階でどれが
最も効率的な方法であると決めることはできない。長期
的な信頼性を考えた場合、機械的な可動部分がある方式
はすたれ、次第に電子的、電磁気的な方式に置き替わっ
てゆくと考えられる。

上記の偏波面制御の方法以外に、偏波面を電磁気的に回
転する方法として、古くから磁気光学効果の−っである
ファラデー効果を利用する方法か知られている。

ファラデー効果には常磁性体によるものと強磁性体によ
るものかある。前音のファラデー効果による偏波面の回
転角は常磁性体に加えられる磁場に比例し、制御し易い
という利点を有するか、９０度以上の回転角を得ようと
すると大きな磁界（大きな電力）と大きな試料寸法が必
要となり実用的でない。

後者のファラデー効果による偏波面の回転角は強磁性体
の光の進行方向の正味の磁化に比例し、９０度以上の回
転角を得ようとしても小さな試料寸法で充分である。し
かし、強磁性体の磁化状態は、一般的に強磁性体に加え
られる磁場に対して非線形な挙動を示し、電磁気的な制
御を行うことが著しく困難である。特に、強磁性体の正
味の磁化が零に近い不飽和状態では多磁区構造が生じ易
く、これを偏波面制御素子として使用した場合、出力光
は楕円偏波をとなり、消光比を著しく劣化させる傾向が
ある。

第９図は既に本発明者等によって出願されたコア型磁気
回路を有するファラデー回転素子の構造を示す。本構造
では、中空のヨーク９の中央部分にＹＩＧ単結晶等のフ
ァラデー回転子（ＦＲ）’４を配し、線輪１０がＦＲ４
の周りに巻かれている。

この磁気回路はヨーク９とＦＲ４により閉磁路が形成さ
れており、きわめて少ない電力でＦＲ４を磁気的に飽和
させることが可能である。

第１０図は、第９図の従来構造を有するファラデー回転
素子の動作特性を示す。この図から分かるように、約６
０ｍＡ（電力約０．３ｍＷ）の微小電流でファラデー回
転角を４５度に飽和させることができるが、電流零の近
傍のファラデー回転角が急激に変化する領域では、動作
が不安定なだけではなく、消光比が１７ｄＢと著しく劣
化し、コヒーレント光通信等の偏波面制御素子として使
用する場合、好ましくない。

「発明が解決しようとしている問題点」上に述べたよう
に、従来のファラデー効果を用いたファラデー回転素子
は、常磁性体の場合、大きな電力か必要であること及び
寸法がきわめて大きくなること、強磁性体の場合、消光
比の劣化をともなうなどの問題点かあった。

本発明の目的は、これらの問題点を解決するために、新
しい構造の磁気回路を有するファラデー回転素子を提供
することである。

「ｌ￥Ｕｔ点を解決するための手段」 上記目的を達成するために、本発明のファラデー回転素
子は、中空のヨークの中心を貫通するように光の通過孔
を設け、該中空のヨークの内部の中心に磁気光学効果を
有する物質（Ｆ　Ｒ）を設け、前記ＦＲと前記ヨークに
より閉磁路に近い磁気回路を形成するとともに、前記ヨ
ークとＦＲに囲まれた空間にＦＲの磁化状態を変化させ
るための線輪を内包し、かつ前記ＦＲを近接して保持す
る構造物が永久磁石により構成されているとともに前記
永久磁石の磁化の方向が光の伝搬方向に対して直角方向
であることを特徴としている。

「効果」 本発明の構成を用いれば、極めて信頼性が高く、低電力
で駆動でき、かつ出力光の消光比の高いファラデー回転
素子を提供する二とかできる「実施例」 以Ｆ本発明を実施例を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明のファラデー回転素子の原理構造を示
す実施例の−っである。

第２図の斜視図に示すように、円柱状ファラデー回転子
ＦＲ４は円筒状ファラデー回転子ホルダー１の中に内蔵
されている。本実施例の場合、ＦＲ４はＹＩＧ単結晶に
より構成されている。また、本発明の特徴であるホルダ
ー１は永久磁石より構成されており、その磁化方向は光
の伝搬方向とほぼ垂直である。この磁化状態は線輪１０
によって発生する磁界によってはほとんど変化しない。

ＦＲ４の磁化を反転させるために線輪１０がＦＲ４の周
りに巻かれている。この周りに、中心に光の通過孔１２
ａ、１２ｂを有するヨーク９か中心にＦＲ４を内包し、
かつ線輪】Ｏも内包するように配されている。

ヨーク９は、本実施例の場合、軟磁性材料であるハーマ
ロ−イ警こより構ハ′Ｘ、ごれている。二のヨーク９と
Ｆｌし１はほぼ閉磁路に近い磁気回路の４Ｆ）成となっ
ている。

線輪ｌＯのリード線１０　ａ　＋　］　Ｏｂはヨーク９
の外に取り出され、これに電流を流すこと１こよりＦ　
Ｒ，４の磁化状態を容易に変化させることができる。従
って、電流を反転させるとＦＲ４の磁化の反転も容易に
てきる。

第１図の本発明の構造と第９図の従来技術の構造を比較
すると明かなように、両者の違いは材質か永久磁石のＦ
Ｒホルダー１を付加した点である。

第９図の従来構造でも、ＦＲホルダーとして非磁性体の
ものを使用する二とがある。本発明の磁気回路では、ホ
ルダー１の永久磁石の磁化方向か光の伝搬方向（光軸）
に対して垂直であることが特徴である。

第３図は、本発明のファラデー回転素子の他の実施例を
示す。この場合、円筒型の永久磁石２が線輪１０の外側
に配されている。第４図は、第３図のＡＡ’　断面図で
ある。永久磁石２の磁化の方向は、円筒型の一つの半径
方向に沿っている。

この場合、上記実施例に比較して永久磁石２かドＲ４よ
り離れるので、ＦＲ４に印加される磁界は弱くなる。し
かし、第４図の断面図に示すように、外周ヨーク９によ
り円筒型磁石２の外側の磁荷が事実土兄えなくなるので
、その分ＦＲ４に印加される磁界は強くなる。

これはヨーク９が無い場合は円筒型磁石の外側の磁荷に
よる磁界が、内面の磁荷による磁界と反対方向となり、
ＦＲ４に印加される磁界を弱めるように作用するからで
ある。

第５図は、第３図の本発明の構造を有するファラデー回
転素子の動作特性を示す。印加電流が＋２００ｍＡでフ
ァラデー回転角は飽和値の＋５０度に達し、印加電流を
零に戻した場合、ファラデー回転角はほぼ０度となり、
その間はほぼ直線的に変化する。印加電流を反転し一２
００ｍＡにするとファラデー回転角は、同様に飽和値の
一５０度に達する。

一方、出ツノ光の消光比は±１００ｍＡで３０ｄＢ以上
あるのに対して、電流か零近傍でも２８ｄＢ以下にはな
らなかった。これは、第１．０図の従来技術の動作特性
と比較して明らかなように、本発明の構造では、電流零
近傍で消光比は約１０ｄＢの改善効果があった。これは
、ＦＲホルダー１による直角方向のバイアス磁界のため
に、電流零近傍での多磁区構造の生成か抑えられたため
と考えられる。

第６図、第７図は本発明の他の実施例を示す図である。

これらは線輪１０の容積を増加させるために中空のヨー
ク９の中心部分に突起１１を設けた場合である。ヨーク
９は組立が容易なように分割部１３て分割組立可能とな
っている。第８図はコイルの発熱を外部に逃がすために
周辺部に切り込み１４を設けた場合である。

「発明の効果」 このように本発明のファラデー回転素子は、機械的な可
動部分がないことから高い信頼性有し、かつ低電力駆動
が可能であることから、特徴ある光関連の重要部品とし
て産業界の諸要求に応えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は不発明の実施例の構造を示す図、第
５図は本発明の実施例の動作特性を示す特性図、第６図
乃至第８図は本発明の他の実施例を示す図、第９図は従
来技術の構造を説明するための図、及び第１０図は従来
技術の動作特性を説明するための図である。 １；ファラデー回転子（ＦＲ，）ホルダー（永久磁石）
、２；円筒型磁石 ４：ファラデー回転子（ＦＲ）、１０．線輪、９：ヨー
ク、　１０ａ、１０ｂ；電流端子１１；突起、１２；通
過孔、 １３；分割部分、１４；周辺の切込み

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）中空のヨークの中心を貫通するように光の通過孔を
   設け、該中空のヨークの内部の中心に磁気光学効果を有
   する物質（ＦＲ）を設け、前記ＦＲと前記ヨークにより
   閉磁路に近い磁気回路を形成するとともに、前記ヨーク
   とＦＲに囲まれた空間にＦＲの磁化状態を変化させるた
   めの線輪を内包したファラデー回転素子において、光の
   伝搬方向（光軸）とほぼ垂直なバイアス磁界を前記ＦＲ
   に印加したことを特徴とするファラデー回転素子。 ２）第１項記載のファラデー回転素子において、前記バ
   イアス磁界の印加方法が、前記ＦＲに近接し、これを保
   持する構造物が永久磁石により構成されていることによ
   り実現されていることを特徴とするファラデー回転素子
   。 ３）第１項記載のファラデー回転素子において、前記バ
   イアス磁界の印加方法が、前記線輪の外側に配された永
   久磁石により実現されていることを特徴とするファラデ
   ー回転素子。