JPH0776810B2

JPH0776810B2 - 光制御素子

Info

Publication number: JPH0776810B2
Application number: JP61214111A
Authority: JP
Inventors: 利雄工藤
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1986-09-12
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPS6370222A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］この発明は光の透過量を制御する光制御素子に関する。

［従来技術］従来、光量を制御する素子としては、誘電体（液晶やPL
ZT等）の電気光学効果を利用して光の透過量を制御する
光シャッタ素子がある。

例えば、誘電体として液晶を用いた光シャッタ素子は、
一対のガラス基板間の対向面に透明な電極を設け、この
対向する電極面上を配向処理するとともに、これらのガ
ラス基板間に液晶を封入することにより、液晶セルを形
成し、この液晶セルの上下面に偏光軸が互いに直交する
偏光板を設け、駆動装置で上下の電極に所定の電圧を印
加して、光の透過量を制御している。

また、誘電体としてPLZTを用いた光シャッタ素子は、
（Pb_l-XLa_x）（Zr_l-YTi_Y）O₃の透光性セラミック（以
下、PLZT板という）を使い、このPLZT板を偏光軸が互い
に直交する偏光板の間に配置し、このPLZT板と平行に電
極を設け、この電極に所定の電圧を印加することによ
り、光の透過量を制御している。

［従来技術の問題点］前者の液晶を用いた光シャッタ素子は、透明な電極が形
成された２枚のガラス基板を極僅かな隙間を持たせて対
向配置し、その間に液晶を封入する必要があるため、素
子の構造が複雑で、小さな素子を製造することが困難で
ある。また、後者のPLZTを用いた光シャッタ素子は、PL
ZT板がセラミックであるため、薄くしたり小さくしたり
できず、やはり小さな素子の製造が困難である。

［発明の目的］この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、構造が簡単で、極めて小さなもの
を容易に得ることができる光制御素子を提供することに
ある。

［発明の要点］この発明は上述した目的を達成するために、光源からの
光を導く光ファイバの一端側外周面に磁性膜を形成し、
この磁性膜に磁界を発生するコイルを巻き付け、かつ、
前記光ファイバの一端に磁性光シャッタを設け、コイル
に発生した磁界が磁性膜を介して磁性光シャッタに作用
したときに、この磁性光シャッタが開或いは閉じ、光源
からの光の透過を制御するようにしたものである。

［第１実施例］以下、第１図を参照して、この発明の一実施例を説明す
る。

第１図は光制御素子の原理図であり、図中１は光ファイ
バである。この光ファイバは光を導くものであり、一端
側（図中左端側）にはレーザ光を発生する光源２が配置
されており、他端面（先端）には磁性光シャッタ３が、
またその他端側外周面には磁性膜４がそれぞれ設けられ
ているとともに、この磁性膜４の外周にはコイル５が巻
き付けられている。このコイル５は駆動回路６に接続さ
れ、この駆動回路６により駆動されて磁界を発生するよ
うになっている。

磁性膜４はコイル５に発生した磁界を磁性光シャッタ３
に作用させるものであり、保持力が小さく且つ微弱磁場
で磁化し易い強磁性のアモルファス金属材料、例えば、
アモルファス合金［（F_e、C_O、N_i）₉₀Z_r10］等からな
り、光ファイバ１の外周から磁性光シャッタ３の外周に
亘って被覆形成されている。

磁性光シャッタ３は磁性膜４の磁場の大きさによって光
の透過量を制御するものであり、光を良く通す透明磁性
酸化物結晶材料より成る薄膜７、及びその前後面に偏光
軸を互いに直交させて一体的に形成された一対の偏光膜
８、８′で構成されている。この場合、透明磁性酸化物
結晶材料膜７としては、例えば、ファラデ回転角の大き
いカドリニウム鉄ガーネット（Gd₃Fe₅O₁₂）、あるいは
カドリニウム（Gd）をビスマス（Bi）で置換したもの
（Gd₂BiFe₅O₁₂）等の結晶膜が用いられている。

なお、この光制御素子を製造するには、先ず光ファイバ
の外周面をマスクして光学研磨されたファイバの端面に
スパッタリング法などの膜形成技術を用いて偏光膜８、
透明磁性酸化物結晶材料膜７、偏光膜８′を順次形成
し、次に偏光膜８′の面をマスクして、ファイバの先端
側外周面にアモルファス合金膜を形成すればよい。

次に、上記のように構成された光制御素子の作用につい
て説明する。

まず、光源２でレーザ光を発生し、このレーザ光を光フ
ァイバ１の一端（図中左端）側に照射する。すると、こ
のレーザ光は光ファイバ１の一端側から侵入して先端側
（磁性光シャッタ３側）に導かれるが、磁性光シャッタ
３で遮断されて外部に漏れない。即ち、透明磁性膜シャ
ッタ３は透明磁性酸化物結晶材料膜７の前後に設けられ
た偏光膜８、８′の各偏光軸が互いに直交しており、且
つ磁場が零の状態（磁界が発生してない状態）では透明
磁性酸化物結晶材料膜７を透過する光の偏光面が回転し
ないので磁性光シャッタ３は閉状態（オフ状態）とな
り、光を外部へ出さない。

この状態で、駆動回路６がコイル５に駆動パルスを与え
ると、コイル５は駆動パルスに応じて光ファイバの軸方
向に磁界を発生し、この磁界が磁性膜４を介して磁性光
シャッタ３を駆動する。即ち、光ファイバ１および磁性
光シャッタ３の外周面に設けられた磁性膜４は弱い磁界
で磁化されるとともに、特に光ファイバ１の先端（磁性
光シャッタ３）付近では大きな磁場となる。そのため、
磁性光シャッタ３は大きな磁場によって透過する光の偏
光面が回転し、開状態（オン状態）となり、光ファイバ
１で導かれたレーザ光を遮断することなく、透過して外
部へ送り出す。なお、駆動回路６からコイル５に与えら
れる駆動パルスが断れると、磁場が零の状態（磁界が発
生してない状態）となり、上述したような閉状態となっ
て磁性光シャッタ３の偏光面が回転しない初期状態に戻
る。

上記のような光制御素子によれば、光ファイバ１の先端
に磁性酸化物結晶の磁性光シャッタ３を設けるととも
に、この磁性光シャッタ３および光ファイバ１の各外周
面に亘って強磁性アモルファス金属等の磁性膜４を設
け、この磁性膜４の外周にコイル５を巻き付けた構成で
あるから、構造が簡単で、極めて小さく形成することが
できる。しかも、僅かな磁界がコイル５に発生しても、
強磁性アモルファス金属等の磁性膜４で大きな磁場を磁
性光シャッタ３に与えることができ、そのため、この磁
性光シャッタ３を良好に開閉して光の透過量を正確に制
御することができる。

［第２実施例］次に、第２図を参照して、上記のような光制御素子を光
通信に応用した場合につき説明する。

第２図において、10は送信部、11は中継部であり、この
送信部10と中継部11は光ファイバ12で接続されている。
即ち、送信部10は光信号を送り出すものであり、上述し
た光制御素子と同様に、光ファイバ12の先端に磁性酸化
物結晶の磁性光シャッタ3aが設けられているとともに、
この磁性光シャッタ3aおよび光ファイバ12の外周面に亘
って強磁性アモルファス金属等の磁性膜4aが設けられ、
この磁性膜4aの外周面にコイル5aが巻き付けられてい
る。そして、このコイル5aが駆動回路6aで駆動される
と、磁性光シャッタ3aが開閉し、その側方に配置された
光源2aからのレーザ光を光信号として光ファイバ12に与
える。

一方、中継部11は送信部10からの光信号を受信して他の
光ファイバ13で他の機器へ伝送するものであり、光ファ
イバ12で伝送された光信号は受光素子14で受信されて電
気信号に変換され、増幅回路15で増幅されて駆動回路6b
に与えられる。一方、他の光ファイバ13の先端には磁性
酸化物結晶の磁性光シャッタ3bが設けられ、この磁性光
シャッタ3bおよび光ファイバ13の各外周面には強磁性ア
モルファス金属等の磁性膜4bが設けられているととも
に、この磁性膜4bの外周にはコイル5bが巻き付けられて
いる。なお、磁性光シャッタ3bの側方にはレーザ光を他
の光ファイバ13に与える光源2bが配置されている。

このような送信部10および中継部11で光通信を行なう場
合には、予め、送信部10と中継部11の各光源2a、2bでレ
ーザ光を発生し、このレーザ光を各光ファイバ12、13の
先端に設けられた磁性光シャッタ3a、3bに照射する。こ
の状態で、まず、送信部10の駆動回路6aでコイル5aに駆
動パルスを与える。すると、この駆動パルスに応じてコ
イル5aに磁界が発生し、この磁界が磁性光シャッタ3aに
作用するので、上述したように磁性光シャッタ3aが開
き、光源2aからのレーザ光を光ファイバ12に与える。こ
の光ファイバ12はレーザ光を光信号として中継部11に伝
送する。

このようにして、中継部11に伝送された光信号は中継部
11内の受光素子14で電気信号として受信され、増幅回路
15で増幅されて駆動回路6bに与えられる。すると、この
駆動回路6bはコイル5bに駆動パルスを与え、上述と同様
に磁性光シャッタ3bを駆動パルスに応じて開く。このよ
うに磁性光シャッタ3bが開閉すると、光源2bからのレー
ザ光は他の光ファイバ13に与えられ、光信号として他の
機器に伝送される。

上述した光通信は送信部10および中継部11に前述した光
制御素子を用いているので、極めてコンパクトに構成す
ることができるとともに、正確に光信号を送信および中
継し、良好に伝送することができる。

［第３実施例］次に、第３図を参照して、前述した光制御素子を光磁気
記録装置に応用した場合につき説明する。

第３図は光磁気記録装置の原理図であり、図中20は光制
御素子、21は記録媒体、22は磁界発生装置である。光制
御素子20は前述した第１実施例と全く同じ構成で、光フ
ァイバ１、光源２、磁性光シャッタ３、磁性膜４、コイ
ル５、駆動回路６等からなり、この駆動回路６が記録す
る情報に応じてコイル５に駆動パルスを与えて磁界を発
生させ、この磁界により磁性光シャッタ３が開き、光源
２からのレーザ光を記録情報に応じて記録媒体21に照射
するようになっている。また、記録媒体21は表面に記録
層21aを備え、レーザ光の照射に応じて情報を記録する
ものであり、光磁気テープ等からなり、磁性光シャッタ
３の下側に配置されている。この場合、表面の記録層21
aは光が当ると保磁力が弱くなるものであり、例えば、
垂直磁気記録材料（磁化方向が垂直方向を向く材料）が
用いられ、情報が記録されていない部分の磁化方向は下
を向き、記録されている部分の磁化方向は反転して上を
向くようになっている。さらに、磁界発生装置22は記録
媒体21に磁界を与えるものであり、コア22aと、このコ
ア22aに巻き付けられた補助コイル22bと、この補助コイ
ル22bを駆動する駆動部22cとからなっている。コア22a
は駆動部22cにより補助コイル22bで発生した磁界を強く
して記録媒体21に作用させるものであり、磁性体からな
り、記録媒体21の下側に光制御素子20の磁性光シャッタ
３と対応して配置され、磁性光シャッタ３を通して光源
２からのレーザ光が記録媒体21に照射され、記録層21a
の保磁力が弱くなった部分の磁化方向を反転させるよう
になっている。

次に、このように構成された光磁気記録装置で情報を記
録する場合について説明する。

まず、磁界発生装置22の駆動部22cで補助コイル22bに駆
動信号を与え、常時、コア22aで記録媒体21に弱い磁界
を作用させておく。この状態で、記録媒体21を一定速度
で移動するとともに、光制御素子20の光源２からレーザ
光を光ファイバ１に与える。そして、光制御素子20の駆
動回路６に記録情報が与えられると、この駆動回路６が
記録する情報に応じてコイル５に磁界を発生させ、この
磁界の作用により光ファイバ１の先端の磁性光シャッタ
３が開き、光源２からのレーザ光を下側の記録媒体21に
照射する。このようにレーザ光が記録媒体21の表面の記
録層21aに照射されると、照射された部分の保磁力が弱
くなるため、記録層21aの磁化方向はその下側のコア22a
からの磁界の影響を受けて向きが上下反転する。これに
より、記録媒体21に情報が記録される。

［第４実施例］次に、第４図を参照して、前述した光制御素子を光磁気
記録再生装置に応用した場合につき説明する。

第４図は光磁気記録再生装置に応用した原理図である。
この光磁気記録再生装置は光制御装置30、記録媒体31、
磁界発生装置32、フォトセンサアレイ33等からなり、情
報の記録および再生を行なうようになっている。光制御
装置30は前述した光制御素子を複数配列したものであ
り、光ファイバ群30a、光源30b、駆動回路30c等からな
っている。光ファイバ群30aは光源からのレーザ光を導
くものであり、複数の光ファイバ１・・・を記録媒体31
の幅方向にライン状に複数配列してなり、各光ファイバ
１・・・の先端（記録媒体31に接近する端部）にはそれ
ぞれ磁性光シャッタ３・・・が設けられ、外周面には磁
性膜４・・・が設けられているとともに、各磁性膜４・
・・の外周にはコイル５・・・が巻き付けられている。
このコイル５・・・はそれぞれ駆動回路30cに接続さ
れ、この駆動回路30cからの駆動パルスに応じて磁界を
発生し、光ファイバ１・・・の各磁性光シャッタ３・・
・を開閉するようになっている。この場合、特に各磁性
光シャッタ３・・・は記録時に上述したようにコイル５
・・・で発生した磁界により開閉するほか、後述する記
録媒体31に記録された磁気情報によっても開閉する。駆
動回路30cは記録情報およびリード／ライト信号R/Wが与
えられ、これらの情報および信号に基づいてコイル５・
・・に駆動パルスを与えるものであり、ライト信号Ｗが
与えられた状態で記録情報が与えられると、記録情報に
応じて各コイル５・・・に駆動パルスを与え、また、リ
ード信号Ｒが与えられたときにはコイル５・・・を駆動
しないようになっている。なお、光ファイバ群30aの各
光ファイバ１・・・はそれぞれ先端側がライン状に配列
されているが、他端側は１つの光源30bに導かれ、この
光源30bからレーザ光が与えられるようになっている。

記録媒体31は上述した第３実施例と全く同様の透明なテ
ープであり、表面に記録層を備え、この記録層にレーザ
光が照射された部分の保磁力が弱くなり、この弱くなっ
た部分に後述する磁界発生装置32で磁界が与えられる
と、記録層の磁化方向が上下反転する。また、この記録
媒体31は光制御装置30の下に配置され、記録時および再
生時には紙面の表裏方向へ移動する。

磁界発生装置32は記録媒体31に磁界を与え、レーザ光の
照射によって保磁力の弱くなった部分の磁化方向を反転
させるものであり、上述した第３実施例とほぼ同様に、
コア32a、複数の光ファイバ32b・・・、補助コイル32
c、駆動部32d等からなり、コア32a内に複数の光ファイ
バ32b・・・が光制御装置30の各光ファイバ１・・・と
対応して設けられているとともに、コア32aの外周に補
助コイル32cが巻き付けられており、この補助コイル32c
が駆動部32dにより駆動されたときに磁界を発生するよ
うになっている。この場合、駆動部32dにはリード／ラ
イト信号R/Wが与えられており、ライト信号Ｗが与えら
れたときに補助コイル32cを駆動して磁界を発生し、リ
ード信号Ｒが与えられたときには補助コイル32cを駆動
せず、磁界を発生しないようになっている。なお、光フ
ァイバ32b・・・は記録された情報の再生時に記録媒体3
1側からフォトセンサアレイ33側へレーザ光を導くもの
である。

フォトセンサアレイ33は光源30bからのレーザ光が光フ
ァイバ群30aおよび記録媒体31を通り、かつ、その下側
の各光ファイバ32b・・・を通って与えられたときに、
そのレーザ光を検出するものであり、磁界発生装置32の
各光ファイバ32b・・・と対応する箇所に受光素子（図
示せず）が配列されており、この各受光素子で検出され
た信号は増幅回路34に与えられて増幅された後、信号処
理回路35に与えられて記録媒体31に記録された情報とし
て再生される。

次に、上記のように構成された光磁気記録再生装置の作
用について説明する。

まず、情報を記録する場合には、光制御装置30の駆動回
路30cにライト信号Ｗを与えて各光ファイバ１・・・に
巻き付けられたコイル５・・・を駆動可能な状態にセッ
トし、かつ、光源30bからレーザ光を光ファイバ群30aの
各光ファイバ１・・・に与える。この状態では、まだ、
記録情報が与えられていないので、駆動回路30cは各コ
イル５・・・を駆動せず、磁性光シャッタ３・・・はそ
れぞれ閉じ、レーザ光を遮断する。これと同時に、磁界
発生装置32の駆動部32dにもライト信号Ｗを与え、コア3
2aに巻き付けられた補助コイル32bを駆動して、記録媒
体31に弱い磁界を与えておく。この状態で、光制御装置
30の駆動回路30cに記録情報が与えられるとともに、記
録媒体31を紙面の表裏方向へ移動すると、今度は、駆動
回路30cが記録情報に応じて各コイル５・・・を駆動し
て磁界を発生させ、各磁性光シャッタ３・・・を記録情
報に応じて開閉する。すると、レーザ光は各磁性光シャ
ッタ３・・・の開閉に応じて下側の記録媒体31に照射さ
れる。これにより、記録媒体31の記録層の保磁力が弱ま
り、この弱まった部分の磁化方向が下側の磁界発生装置
32の磁界により反転する。この結果、記録媒体31に磁気
情報が記録される。

また、記録媒体31に記録された情報を再生する（読み取
る）場合には、光源30bからレーザ光を記録時の場合よ
りも弱くして、光ファイバ群30aの各光ファイバ１・・
・に与え、この状態で、光制御装置30と磁界発生装置32
の駆動回路30cおよび駆動部32dにそれぞれリード信号Ｒ
を与え、駆動回路30cおよび駆動部32dを停止させる。す
ると、光ファイバ群30aの各コイル５・・・は磁界を発
生しないので、各磁性光シャッタ３・・・は閉じた状態
となり、光源30bからのレーザ光を遮断する。なお、下
側の磁界発生装置32も磁界を発生せず、記録媒体31に磁
界を与えない。このような状態で、記録媒体31を紙面の
表裏方向へ移動すると、記録媒体31の記録層から発せら
れる微弱磁場によって光制御装置30の磁性膜４・・・が
磁化されるとともに、この磁性膜４・・・で磁界を増幅
し、この増幅された磁界により磁性光シャッタ３・・・
が駆動される。しかし、この場合、記録層から発せられ
る微弱磁場は情報記録部と非記録部とでその向きを異に
するので、磁性光シャッタ３を構成している透明磁性酸
化物結晶材料膜７のファラデ回転角の大きさが異なり、
磁性光シャッタ３・・・を通過するレーザ光の量は情報
記録部と非記録部とで異なる。そして、この通過したレ
ーザ光は記録媒体31に与えられるが、記録時よりも弱い
レーザ光であるため、記録媒体31の保磁力を弱めて記録
された磁気情報を破壊することはない。このように記録
媒体31に照射されたレーザ光は、記録媒体31を通して磁
界発生装置32の各光ファイバ32b・・・に与えられ、さ
らに、この光ファイバ32b・・・を通して下側のフォト
センサアレイ33に与えられ、このフォトセンサアレイ33
の各受光素子（図示せず）で記録媒体31に記録された情
報が光量の大小として検出される。このようにして検出
された情報は電気信号として増幅回路34で増幅され、信
号処理回路35で再生される。

また、記録媒体31に記録された情報を消去する場合に
は、光制御装置30の総てのコイル５・・・に駆動パルス
を与えて各磁性光シャッタ３・・・を開き、レーザ光を
記録媒体31に照射するとともに、磁界発生装置32の補助
コイル32cに記録時とは逆向きの駆動信号を与えること
により、逆向きの磁界を記録媒体31に与え、この状態
で、記録媒体31を移動させれば、記録された磁気情報を
消去することができる。

なお、上述した実施例では記録の再生時（読み取り時）
に記録媒体31を透過したレーザ光を検出する透過型の場
合について説明したが、この発明はこれに限らず、第５
図に示すような反射型のものを別に設けても良い。即
ち、第５図に示されたものは、光ファイバ１の先端（下
端）に磁性光シャッタ３を設けるとともに、その外周面
に磁性膜４を形成し、この光ファイバ１を記録媒体31に
対して所定角度傾けて配置するとともに、この光ファイ
バ１の他端（上端）に光源２を配置する。そして、記録
媒体31に記録された磁気情報に応じて、先端の磁性光シ
ャッタ３が開いたときに、上方の光源２から光ファイバ
１に与えられたレーザ光が磁性光シャッタ３を通して記
録媒体31の記録層に照射され、その反射光を受光用の光
ファイバ36を介して受光素子37で受光することにより、
記録された情報を検出して再生する。このような反射型
のものでも、上述した透過型のものと同様に、情報の再
生を良好に行なうことができる。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、この発明の光制御素子によ
れば、光源からの光を導く光ファイバの一端側外周面に
磁性膜を形成し、この磁性膜に磁界を発生するコイルを
巻き付け、かつ、前記光ファイバの一端に磁性光シャッ
タを設け、コイルに発生した磁界が磁性膜を介して磁性
光シャッタに作用したときに、この磁性光シャッタが開
或いは閉じ、光源からの光の透過を制御するようにした
ので、磁場の大きさによって光の透過量を正確かつ良好
に制御することができるとともに、構造が簡単で、極め
て小さなものを容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す原理図、第２図は
光通信に応用した場合の構成図、第３図は光磁気記録装
置に適用した場合の原理図、第４図は光磁気記録再生装
置に適用した場合の原理図、第５図は再生時の変形例を
示す図である。１、12、13……光ファイバ、２、2a、2b、30b……光
源、３、3a、3b……磁性光シャッタ、４、4a、4b……磁
性膜、５、5a、5b……コイル、20……光制御素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を導く光ファイバと、この光
ファイバの一端側外周面に形成された磁性膜と、この磁
性膜に巻き付けられて磁界を発生するコイルと、このコ
イルに接続された駆動回路と、前記光ファイバの一端に
設けられ、この駆動回路によって駆動された前記コイル
に発生した磁界が前記磁性膜を介して作用したときに光
を透過或いは遮断する磁性光シャッタとを具備してなる
光制御素子。
【請求項２】前記磁性光シャッタはファラデ回転角の大
きな透明磁性酸化物結晶材料よりなる薄膜とこの薄膜の
前後に一体的に設けられた一対の偏光膜よりなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光制御素子。
【請求項３】前記磁性膜は微小磁場で磁化し易い強磁性
アモルファス金属材料であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の光制御素子。