JPH10301070A - ファラデー回転角可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファラデー回転角を可変でき、且つ１個の電
磁石で容易に制御でき、小型化できるようにする。 【解決手段】 保磁力の異なる複数種類の磁性ガーネッ
ト単結晶膜１２ａ，１２ｂを光軸方向に重ねるように配
列したファラデー素子１０と、該ファラデー素子に光軸
方向の磁界を印加する単一の電磁石１４とを具備し、該
電磁石による前記ファラデー素子への印加磁界を制御す
ることによりファラデー回転角の代数和を変えるように
構成する。電磁石による印加磁界の大小によって、１種
又は複数種類の磁性ガーネット単結晶膜の磁化方向を反
転し、それによってファラデー素子を構成している全て
の磁性ガーネット単結晶によるファラデー回転角の合計
を変えるようになっている。このファラデー回転角可変
装置は、光スイッチや光アッテネータにも使用可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、保磁力の異なる２
種以上の磁性ガーネット単結晶膜を光軸方向に重ねるよ
うに配列したファラデー素子を使用し、電磁石により該
ファラデー素子への印加磁界を制御してファラデー回転
角の代数和を所望の角度に変化させるファラデー回転角
可変装置、及びそれを用いた光スイッチ、ステップ可変
光アッテネータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムや光計測システムなどで
は、光の進行方向を空間的に切り換えるための光スイッ
チ、あるいは光の透過光量を調整するための光アッテネ
ータが必要である。

【０００３】例えば、高いシステム信頼度が必要な光通
信システムでは、装置や伝送路の障害による通信不能を
回避するために、多重化してある装置や伝送路の切り換
えを光スイッチで行う。光スイッチの構造は種々提案さ
れているが、代表的な例は偏光方向を磁界で切り換える
ことでスイッチングを起こさせる方式である。

【０００４】従来の光スイッチの一例を図８に示す。こ
れは４５度ファラデー回転子７０と１／２波長板７４と
を、対称配置した第１の複合偏光プリズム７６と第２の
複合偏光プリズム７８との間に配置する構成である。こ
こで、ファラデー回転子７０はファラデー素子（所定膜
厚の磁性ガーネット単結晶）７１と電磁石７２とを組み
合わせた構成であり、複合偏光プリズム７６，７８は平
行四辺形プリズムと直角三角形プリズムとを、間に偏光
分離膜７９を介して接合した構成である。

【０００５】ポートから入射した光は、第１の複合偏
光プリズム７６によりＰ偏光とＳ偏光に分離する。各々
の偏光はファラデー回転子７０により偏光方向が−４５
度回転し、次に１／２波長板７４によって＋４５度回転
するため、相殺されて偏光方向は変わらずポートに結
合する。電磁石７２による印加磁界を反転させると、ポ
ートから入射した光は、ファラデー回転子７０により
偏光方向が＋４５度回転し、１／２波長板７４によって
更に＋４５度回転するため、偏光方向が合計９０度回転
することになりポートに結合する。このようにして、
ポートからの入射光を、電磁石７２による印加磁界の
制御によりポート又はポートのいずれかに送出する
ことができる。

【０００６】次に従来の光アッテネータの一例を図９に
示し、それに用いるファラデー回転角可変装置の構造例
を模式的に図１０に示す。それぞれコリメートレンズ８
６，８７を有する入力ファイバ８８と出力ファイバ８９
との間に、楔形複屈折結晶（例えばルチルなど）からな
る偏光子８０と、ファラデー回転角可変装置８４と、楔
形複屈折結晶からなる検光子８２を、この順序で光軸上
に配置した構成である（特開平６−５１２５５公報参
照）。ここでファラデー回転角可変装置８４は、ファラ
デー素子（磁性ガーネット単結晶）９０と、それに９０
度異なる二方向から磁界を印加する永久磁石９１と電磁
石９２との組み合わせからなる。磁性ガーネット単結晶
の磁気モーメントは、永久磁石９１による一定磁界と電
磁石９２による可変磁界とによる合成磁界の方向を向
き、それに応じてファラデー回転角が変化する。

【０００７】例えば、偏光子８０と検光子８２を構成す
る両複屈折結晶の光学軸が互いに平行となるように配置
した場合、次のように動作する。入力ファイバ８８から
出射し第１のレンズ８６で平行ビームとなった光は、偏
光子８０により常光ｏと異常光ｅに分離する。常光ｏと
異常光ｅの偏光方向は互いに直交している。そして、各
々の光はファラデー回転角可変装置８４を通過する際、
光軸に直角方向の磁気モーメントの大きさに依存して偏
光方向が回転し、それぞれ検光子８２により常光ｏ₁ と
異常光ｅ₁ 、常光ｏ₂ と異常光ｅ₂ に分離する。検光子
８２から出射する常光ｏ₁ と異常光ｅ₂ は互いに平行
で、第２のレンズ８７によって出力ファイバ８９に結合
する（実線で示す）が、検光子８２から出射する異常光
ｅ₁ と常光ｏ₂ は互いに平行ではなく広がるため、第２
のレンズ８７を通っても出力ファイバ８９には結合しな
い（破線で示す）。

【０００８】電磁石９２による印加磁界が０の時、ファ
ラデー回転角は９０度（磁気モーメントが光軸と平行）
であり、偏光子８０から出射した常光ｏは検光子８２か
ら異常光ｅ₁ として出射し、偏光子８０から出射した異
常光ｅは検光子８２から常光ｏ₂ として出射するため、
第２のレンズ８７を通っても出力ファイバ８９には結合
しない。それに対して電磁石９２による印加磁界が十分
大きいと、ファラデー回転角は０度に近づき、偏光子８
０から出射した常光ｏは殆どそのまま検光子８２から常
光ｏ₁ として出射し、偏光子８０から出射した異常光ｅ
は殆どそのまま検光子８２から異常光ｅ₂ として出射す
るため、両光は平行で全て第２のレンズ８７によって出
力ファイバ８９に結合する。このようにして電磁石９２
による印加磁界の強さに応じて、磁気モーメントが回転
してファラデー回転角は０度から約９０度までの範囲で
変化し、それに応じて、出力ファイバ８９に結合する光
量が異なることになり、光アッテネータとして機能する
ことになる。

【０００９】なお偏光子８０と検光子８２の両複屈折結
晶の光学軸が互いに直交するように配置した場合は、上
記と反対に、ファラデー回転角が９０度の場合に透過光
量が最大となり、０度の場合に透過光量が最小となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】光スイッチの場合、１
／２波長板によって偏光方向を正確に４５度回転させる
ためには、その光学軸を入射光に対して正確に２２．５
度傾けて組み込む必要がある。１／２波長板は例えば水
晶板などからなり、電磁石の側面に貼り付けている。１
／２波長板は、結晶体を矩形板状辺に切断する時に外形
辺に対する光学軸の角度を規定しているが、電磁石の側
面に貼り付ける際に取り付け誤差が生じないように光軸
合わせの精度が要求され、組み立て作業が煩瑣となって
いる。

【００１１】光アッテネータの場合、ファラデー素子に
対して磁界を二方向から印加するため、少なくとも２個
の磁石を必要とし、構成や制御が複雑になり、大型化す
る。上記のように１個の磁石を永久磁石とすると、電磁
石により光の進行方向に直角に磁界を印加しても、磁気
モーメントは電磁石と永久磁石の磁界の合成した方向を
向くため、ファラデー回転角は０から９０度までとはな
らない。光の進行方向と平行な成分は必ず残るからであ
る。両方の磁石を電磁石とすることで、この問題は解決
できるが、制御が複雑になる欠点が生じる。

【００１２】本発明の目的は、制御が容易で小型化でき
るファラデー回転角可変装置を提供することである。本
発明の他の目的は、煩瑣で精度が要求される１／２波長
板の光軸合わせが不要なため、製造し易い光スイッチを
提供することである。本発明の更に他の目的は、制御が
容易で小型化でき、温度や波長の変化に対する影響を受
け難く、ファラデー回転角差９０度が得られるような光
アッテネータを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、保磁力の異な
る複数種類の磁性ガーネット単結晶膜を光軸方向に重ね
るように配列したファラデー素子と、該ファラデー素子
に光軸方向の磁界を印加する単一の電磁石とを具備し、
該電磁石による前記ファラデー素子への印加磁界を制御
することによりファラデー回転角の代数和を変えるよう
にしたファラデー回転角可変装置である。電磁石による
印加磁界の大小によって、１種又は複数種類の磁性ガー
ネット単結晶膜の磁化方向を反転し、それによってファ
ラデー素子を構成している全ての磁性ガーネット単結晶
によるファラデー回転角の合計を変えるようになってい
る。

【００１４】各磁性ガーネット単結晶膜の厚さは、全て
同じファラデー回転角となるように設定してもよいし、
全く異なるファラデー回転角となるように組み合わせて
もよい。組成の異なる磁性ガーネット単結晶膜を組み合
わせてもよいし、同じ組成の磁性ガーネット単結晶膜を
用いてもよい。同じ組成、同じウエハでも、チップに切
断した状態では保磁力にある程度のばらつきが生じてい
るから、保磁力に応じて選別することで所望の組み合わ
せが実現可能である。またその後の熱処理などによって
も、保磁力を調整することが可能である。更に、これら
組み合わせる磁性ガーネット単結晶膜の枚数は任意であ
り、密着するように配列してもよいし、間隔をおいて配
列してもよい。このファラデー回転角可変装置は、光ス
イッチファラデー回転子やステップ可変型光アッテネー
タのファラデー回転角可変装置として利用できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１はファラデー回転角可変装置
の一例を示しており、ファラデー素子１０として２種の
保磁力の異なる磁性ガーネット単結晶膜１２ａ，１２ｂ
を使用する例である。２枚の磁性ガーネット単結晶膜１
２ａ，１２ｂを光軸方向に重ねるように配列し、それら
の外側に、光軸方向の磁界を印加するための電磁石１４
を配置する。図２に示すように、各磁性ガーネット単結
晶膜１２ａ，１２ｂの保磁力をＨa ，Ｈb （但し、Ｈa
＜Ｈb ）とし、全て角形の磁気ヒステリシスを持つもの
する。各磁性ガーネット単結晶膜１２ａ，１２ｂの膜厚
は、磁気飽和時のファラデー回転角の絶対値が４５度と
なる厚みに設定する。

【００１６】この構造において、電磁石１４でファラデ
ー素子１０に外部磁界＋Ｈ₂ （但しＨ₂ ＞Ｈｂ）を印加
した場合、両方の磁性ガーネット単結晶膜１２ａ，１２
ｂが＋方向に磁化し、全体のファラデー回転角は＋９０
度となる。その状態から、外部磁界−Ｈ₁ （但しＨａ＜
Ｈ₁ ＜Ｈｂ）を印加すると、磁性ガーネット単結晶膜１
２ａのみの磁化が反転するためファラデー回転角の代数
和は０度となる。更にその状態から、外部磁界−Ｈ₂ を
印加すると、磁性ガーネット単結晶膜１２ｂの磁化も反
転するためファラデー回転角の代数和は−９０度とな
る。

【００１７】この説明から明らかなように、保磁力の異
なる磁性ガーネット単結晶膜の厚みの選択と、それらの
組み合わせにより、電磁石による印加磁界を制御するこ
とで所望のファラデー回転角を実現することができる。

【００１８】図３は光スイッチの一例である。これは対
称配置した第１の複合偏光プリズム２０と第２の複合偏
光プリズム２２との間にファラデー回転角可変装置２４
を配置した構成である。ここでファラデー回転角可変装
置２４は、図１に示した構成と同じであり、保磁力の異
なる２種類の磁性ガーネット単結晶膜１２ａ，１２ｂか
らなるファラデー素子１０と電磁石１４とを組み合わせ
た構成である。両複合偏光プリズムは同じ構造であり、
平行四辺形プリズム２５と直角三角形プリズム２６と
を、間に偏光分離膜２７を介して接合した構成である。

【００１９】はじめに図２の磁界（＋Ｈ₂ 以上）をファ
ラデー素子１０に印加し、両磁性ガーネット単結晶膜１
２ａ，１２ｂを＋方向に磁化しておく。この時、偏光方
向は両方の磁性ガーネット単結晶膜によって合計＋９０
度回転する。電磁石１４により磁界（−Ｈ₁ ）を印加す
ると、一方の磁性ガーネット単結晶膜１２ａのみ磁化が
反転してその偏光方向のみ−４５度回転するために、他
方の磁性ガーネット単結晶膜１２ｂとの合計のファラデ
ー回転角は０度となる。次に、電磁石１４により磁界
（＋Ｈ₁ ）を印加すると、磁性ガーネット単結晶１２ａ
の磁化が再度反転してファラデー回転角の代数和は＋９
０度になる。このようにして、電磁石１４によって磁界
を＋Ｈ₁ か−Ｈ₁ のいずれかに制御することでファラデ
ー素子１０のファラデー回転角の代数和は＋９０度と０
度に切り替わることになる。

【００２０】電磁石１４によってファラデー素子１０の
合計のファラデー回転角が０度に制御されているものと
する。ポートから入射した光は、第１の複合偏光プリ
ズム２０の偏光分離膜２７でＰ偏光とＳ偏光に分離す
る。透過したＰ偏光は、ファラデー回転角可変装置２４
で偏光方向は回転せずＰ偏光のままであり、第２の複合
偏光プリズム２２の偏光分離膜２７を透過する。他方、
第１の複合偏光プリズム２０の偏光分離膜２７で反射し
たＳ偏光も、ファラデー回転角可変装置２４では偏光方
向が回転せずＳ偏光のままであり、第２の複合偏光プリ
ズム２２の偏光分離膜２７で反射する。このようにして
ポートからの入射光はポートに結合する（図３参
照）。次に、電磁石１４を切り換えてファラデー素子２
４の合計ファラデー回転角を９０度に制御する。ポート
から入射した光は、第１の複合偏光プリズム２０の偏
光分離膜２７でＰ偏光とＳ偏光に分離する。透過したＰ
偏光は、ファラデー回転角可変装置２４で偏光方向が９
０度回転してＳ偏光となり、第２の複合偏光プリズム２
２の偏光分離膜２７で反射する。他方、第１の複合偏光
プリズム２０の偏光分離膜２７で反射したＳ偏光は、フ
ァラデー回転角可変装置２４で偏光方向が９０度回転し
てＰ偏光となり、第２の複合偏光プリズム２２の偏光分
離膜２７を透過する。このようにしてポートからの入
射光はポートに結合する。従って、電磁石１４による
印加磁界を制御することで、光路を切り換えることがで
きる。

【００２１】上記の例では、複合偏光プリズムとして平
行四辺形プリズムと直角三角形プリズムとの間に偏光分
離膜を介在させたものを用いているが、直角三角形プリ
ズムに代えて平行四辺形プリズムを用い、それら２個の
平行四辺形プリズムの間に偏光分離膜を介在させたもの
でもよい。このような構成にすると、出射光ポート（ポ
ート及びポート）を同じ向きに取り出すことがで
き、装置を小型化できる利点が生じる。

【００２２】図４は光アッテネータの一例である。それ
ぞれ楔形複屈折結晶からなり対称配置した偏光子３０と
検光子３２との間に、ファラデー回転角可変装置３４を
配置し、それらをそれぞれコリメートレンズ３６，３７
を有する入力ファイバ３８と出力ファイバ３９との間に
設置する。ここでファラデー回転角可変装置３４は、保
磁力が異なり角形の磁化ヒステリシスを呈する多数種類
の磁性ガーネット単結晶膜を光軸方向に重ねるように組
み合わせたファラデー素子４０と、該ファラデー素子４
０に光軸方向の磁界を印加する単一の電磁石４４とから
なり、該電磁石４４による前記ファラデー素子４０への
印加磁界を制御することによりファラデー回転角の代数
和を変化させ透過光量を離散的に切り換える構成であ
る。偏光子３０及び検光子３２は、例えばルチルからな
る同一形状で、それらの光学軸は紙面に垂直な平面内に
あり、それぞれの斜面が平行で且つ外側に位置するよう
に配列している。

【００２３】各磁性ガーネット単結晶膜は、例えば磁化
飽和時のファラデー回転角がそれぞれ１５度となる厚み
に設定されているものとする。十分大きな＋方向の外部
磁界を印加したときには、全ての磁性ガーネット単結晶
膜が同じ方向に磁化され、合計のファラデー回転角は＋
９０度である。その後、小さな逆向きの（−方向の）磁
界を印加して、最も保磁力の小さな磁性ガーネット単結
晶膜の磁化方向を反転させると、ファラデー回転角の代
数和は＋６０度となる。このようにして、電磁石による
外部磁界の方向と強さを制御することによって、それぞ
れの磁性ガーネット単結晶膜の磁化方向を切り換え、フ
ァラデー回転角の代数和を−９０度から＋９０度の範囲
で３０度毎にステップ的に変えることが可能となる。

【００２４】例えば偏光子３０と検光子３２の両複屈折
結晶の光学軸の方向が平行の場合には次のように動作す
る。入力ファイバ３８から出射し第１のレンズ３６で平
行ビームとなった光は、偏光子３０により常光ｏと異常
光ｅに分離する。常光ｏと異常光ｅの偏光方向は互いに
直交している。そして、各々の光はファラデー回転角可
変装置３４を通過する際、ファラデー回転角に依存して
偏光方向が同じ角度だけ回転し、それぞれ検光子３２に
よって常光ｏ₁ と異常光ｅ₁ 、常光ｏ₂ と異常光ｅ₂ に
分離する。検光子３２から出射する常光ｏ₁ と異常光ｅ
₂ は互いに平行であり、第２のレンズ３７によって出力
ファイバ３９に結合する（実線で示す）が、検光子３２
から出射する異常光ｅ₁ と常光ｏ₂ は互いに平行ではな
く広がるため、第２のレンズ３７を通っても出力ファイ
バ３９には結合しない（破線で示す）。

【００２５】電磁石４４による印加磁界を制御してファ
ラデー回転角を０度にした場合、偏光子３０から出射し
た常光ｏはそのまま検光子３２から常光ｏ₁ として出射
し、偏光子３０から出射した異常光ｅはそのまま検光子
３２から異常光ｅ₂ として出射するため、両光は平行で
あり全て第２のレンズ３７によって出力ファイバ３９に
結合する。それに対して電磁石４４による印加磁界を制
御して全体のファラデー回転角を９０度にすると、偏光
子３０から出射した常光ｏは全て検光子３２から異常光
ｅ₁ として出射し、偏光子３０から出射した異常光ｅは
全て検光子３２から常光ｏ₂ として出射するため、第２
のレンズ３７を通っても出力ファイバ３９には結合しな
い。このようにして電磁石による印加磁界を制御してフ
ァラデー回転角を０度から約９０度までの範囲で変化さ
せると、それに応じて、出力ファイバ３９に結合する光
量が異なる、即ち減衰量が変わることになり、光アッテ
ネータとして機能することになる。

【００２６】なお偏光子３０と検光子３２の両複屈折結
晶の光学軸が互いに直交するように配置した場合は、上
記と反対に、ファラデー回転角の代数和が９０度の場合
に透過光量が最大となり、０度の場合に透過光量が最小
となる。この例では偏光子及び検光子として楔形の複屈
折結晶を用いているが、平行平板状の複屈折結晶を用い
ることもできる。その場合、両方の平行平板状の複屈折
結晶は同じ厚みとし、光学軸は互いに直交し且つ各光学
軸は光路に対して傾けて設ける。

【００２７】

【実施例】

〔実施例１〕ＬＰＥ法（液相エピタキシャル成長法）に
より２種の磁性ガーネット単結晶膜（これを結晶ａ及び
結晶ｂという）を作製した。なお成膜の際、フラックス
にはＰｂＯ−Ｂｉ₂ Ｏ₃ −Ｂ₂ Ｏ₃ を、また基板には直
径約２５mmの（ＣａＧｄ）₃（ＭｇＺｒＧａ）₅ Ｏ
₁₂（格子定数：１２．４９６±０．００３Å）を用い
た。成膜した両磁性ガーネット単結晶膜は、まず５×８
mmに切断し、次に研磨により基板を除去して所望の厚み
にし、その後２×７mmに切断した。得られた両磁性ガー
ネット単結晶膜の諸特性を以下に示し、ファラデー回転
角と磁界の関係を図５に示す。なお使用波長は１３１０
nmである。図５から分かるよう、これらの磁性ガーネッ
ト単結晶膜のファラデー回転角と磁界の関係は角型のヒ
ステリシスをもつ。 ＜結晶ａ＞ 膜組成：Ｔｂ_0.7 Ｙ_0.7 Ｂｉ_1.6 Ｆｅ_4.0 Ｇａ_1.0 Ｏ₁₂ 育成温度：７２３℃ 保磁力：１５０Oe 形状：２mm×７mm×０．２６mm ＜結晶ｂ＞ 膜組成：Ｔｂ_1.0 Ｙ_0.6 Ｂｉ_1.4 Ｆｅ_4.2 Ｇａ_0.8 Ｏ₁₂ 育成温度：７３５℃ 保磁力：３００Oe 形状：２mm×７mm×０．２９mm

【００２８】この２種の磁性ガーネット単結晶を用いて
図３に示すような光スイッチを組み立てた。はじめに＋
４００Oeの磁界を印加して両方の磁性ガーネット単結晶
膜を磁化飽和の状態としておいた。電磁石で−２００Oe
の磁界を印加した時、ポートから入射した光はポート
に結合し、次に電磁石で＋２００Oeの磁界を印加した
時、ポートから入射した光はポートに結合し、光ス
イッチとして機能することが確認できた。

【００２９】〔実施例２〕実施例１の一方の磁性ガーネ
ット単結晶（結晶ａ）を、大気中、１０００℃で２時間
熱処理したところ、保磁力が５Oeまで低下した（これを
結晶ｃという）。ファラデー回転角と磁界の関係を図６
に示す。使用波長は１３１０nmである。両磁性ガーネッ
ト単結晶膜（結晶ｂ及び結晶ｃ）を用いて光スイッチを
構成したところ、実施例１と同様、光スイッチとして機
能することが確認できた。

【００３０】〔実施例３〕ＬＰＥ法によって磁性ガーネ
ット単結晶膜を作製した。フラックスにはＰｂＯ−Ｂｉ
₂ Ｏ₃ −Ｂ₂ Ｏ₃ を、また基板には直径約２５mmの（Ｃ
ａＧｄ）₃ （ＭｇＺｒＧａ）₅ Ｏ₁₂（格子定数：１２．
４９６±０．００３Å）を用いた。成膜した磁性ガーネ
ット単結晶膜は、まず３×３mmに切断し、次に研磨によ
り基板を除去して所望の厚みにし、大気中１０００℃で
２時間熱処理した。更に、磁性ガーネット単結晶膜の両
面に、反射を防止するため、ＳｉＯ₂ 単層膜（厚み２２
００±２００Å）を蒸着し、その後１×１mmに切断し
た。得られた多数のチップの中から、保磁力の異なる６
種の磁性ガーネット単結晶を選別した。それぞれのチッ
プの厚さは０．０９５mmである。一般に、１枚のウエハ
から切断したチップは、保磁力にある程度のばらつきが
あり、また熱処理などを施しても保磁力は変化する。各
磁性ガーネット単結晶膜（それらを結晶Ａ，…，結晶Ｆ
という）のファラデー回転角と磁界の関係を図７に示
す。使用波長は１３１０nmである。この６個の磁性ガー
ネット単結晶膜を並べて用い、図４に示す光アッテネー
タを組み立てた。偏光子と検光子の両複屈折結晶の光学
軸のなす角度は直角とした。

【００３１】電磁石により＋方向に十分大きな磁界を印
加して全てのファラデー素子を光軸方向に磁化した後、
該電磁石による印加磁界を制御してファラデー回転角を
可変した。印加磁界とファラデー回転角及び減衰量の関
係を表１に示す。この構成によってステップ可変の光ア
ッテネータとして動作することが確認できた。なお、フ
ァラデー回転角が＋９０度又は−９０度の時の減衰量１
ｄＢは、磁性ガーネット単結晶膜の吸収損失や端面での
反射損失等によるものである。

【００３２】

【表１】

【００３３】〔実施例４〕上記実施例３と同じ組成、保
磁力の磁性ガーネット単結晶膜を用いて図４に示す光ア
ッテネータを組み立てた。但し、各磁性ガーネット単結
晶膜の厚みを変えて、ファラデー回転角がそれぞれ、 結晶Ａ，Ｆ：４０度 結晶Ｂ，Ｅ：３度 結晶Ｃ，Ｄ：２度 となるように調整した。

【００３４】電磁石により＋方向に十分大きな磁界を印
加して全てのファラデー素子を光軸方向に磁化した後、
該電磁石による印加磁界を制御してファラデー回転角を
可変した。印加磁界とファラデー回転角及び減衰量の関
係を表２に示す。この構成によってステップ可変の光ア
ッテネータとして動作することが確認できた。なお、フ
ァラデー回転角が＋９０度又は−９０度の時の減衰量１
ｄＢは、磁性ガーネット単結晶膜の吸収損失や端面での
反射損失等によるものである。

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】本発明は上記のように複数の保磁力の異
なる磁性ガーネット単結晶膜を重ね合わせた構成であ
り、光軸方向の磁界のみを印加するように構成したファ
ラデー回転角可変装置であるので、制御が容易で小型化
できる利点がある。特に光スイッチに組み込む場合、偏
光方向が０度と９０度の切り換えるために従来用いてい
た１／２波長板が不要となり、煩瑣で精度が要求される
１／２波長板の光軸合わせが不要なため、製造し易くな
る。また光アッテネータとして応用した場合には、電磁
石が１個で済み、小型化するばかりでなく、制御が容易
で、偏光方向が０度の場合には温度や波長の変化に対す
る影響を受け難く、また偏光方向を９０度回転させるこ
とができるため、ファラデー回転角差９０度の光アッテ
ネータが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るファラデー回転角可変装置の一例
を示す説明図。

【図２】その動作説明図。

【図３】本発明に係る光スイッチの一例を示す説明図。

【図４】本発明に係る可変ステップ光アッテネータの一
例を示す説明図。

【図５】光スイッチに用いるファラデー回転角可変装置
の磁界−ファラデー回転角特性の一実施例を示す説明
図。

【図６】光スイッチに用いるファラデー回転角可変装置
の磁界−ファラデー回転角特性の他の実施例を示す説明
図。

【図７】光アッテネータに用いるファラデー回転角可変
装置の磁界−ファラデー回転角特性の一実施例を示す説
明図。

【図８】従来の光スイッチの一例を示す説明図。

【図９】従来の光アッテネータの一例を示す説明図。

【図１０】それに用いるファラデー回転角可変装置の一
例を示す説明図。

【符号の説明】

１０ ファラデー素子 １２ａ，１２ｂ 磁性ガーネット単結晶膜 １４ 電磁石

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年８月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、保磁力の異なる２
種以上の磁性ガーネット単結晶膜を光軸方向に重ねるよ
うに配列したファラデー素子を使用し、電磁石により該
ファラデー素子への印加磁界を制御してファラデー回転
角の代数和を所望の角度に変化させるファラデー回転角
可変装置、及びそれを用いた光スイッチ、ステップ可変
型光アッテネータに関するものである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】例えば、偏光子８０と検光子８２を構成す
る両複屈折結晶の光学軸が互いに平行となるように配置
した場合、次のように動作する。入力ファイバ８８から
出射し第１のレンズ８６で平行ビームとなった光は、偏
光子８０により常光ｏと異常光ｅに分離する。常光ｏと
異常光ｅの偏光方向は互いに直交している。そして、各
々の光はファラデー回転角可変装置８４を通過する際、
光軸に平行方向の磁気モーメントの大きさに依存して偏
光方向が回転し、それぞれ検光子８２により常光ｏ₁ と
異常光ｅ₁ 、常光ｏ₂ と異常光ｅ₂ に分離する。検光子
８２から出射する常光ｏ₁ と異常光ｅ₂ は互いに平行
で、第２のレンズ８７によって出力ファイバ８９に結合
する（実線で示す）が、検光子８２から出射する異常光
ｅ₁ と常光ｏ₂ は互いに平行ではなく広がるため、第２
のレンズ８７を通っても出力ファイバ８９には結合しな
い（破線で示す）。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】電磁石９２による印加磁界が０の時、ファ
ラデー回転角は９０度（磁気モーメントが光軸と平行）
であり、偏光子８０から出射した常光ｏは検光子８２か
ら異常光ｅ₁ として出射し、偏光子８０から出射した異
常光ｅは検光子８２から常光ｏ₂ として出射するため、
第２のレンズ８７を通っても出力ファイバ８９には結合
しない。それに対して電磁石９２による印加磁界が十分
大きいと、ファラデー回転角は０度に近づき、偏光子８
０から出射した常光ｏは殆どそのまま検光子８２から常
光ｏ₁ として出射し、偏光子８０から出射した異常光ｅ
は殆どそのまま検光子８２から異常光ｅ₂ として出射す
るため、両光は平行で全て第２のレンズ８７によって出
力ファイバ８９に結合する。このようにして電磁石９２
による印加磁界の強さに応じて、磁気モーメントが回転
してファラデー回転角は９０度から約０度までの範囲で
変化し、それに応じて、出力ファイバ８９に結合する光
量が異なることになり、光アッテネータとして機能する
ことになる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】各磁性ガーネット単結晶膜の厚さは、全て
同じファラデー回転角となるように設定してもよいし、
全く異なるファラデー回転角となるように組み合わせて
もよい。組成の異なる磁性ガーネット単結晶膜を組み合
わせてもよいし、同じ組成の磁性ガーネット単結晶膜を
用いてもよい。同じ組成、同じウエハでも、チップに切
断した状態では保磁力にある程度のばらつきが生じてい
るから、保磁力に応じて選別することで所望の組み合わ
せが実現可能である。またその後の熱処理などによって
も、保磁力を調整することが可能である。更に、これら
組み合わせる磁性ガーネット単結晶膜の枚数は任意であ
り、密着するように配列してもよいし、間隔をおいて配
列してもよい。このファラデー回転角可変装置は、光ス
イッチやステップ可変型光アッテネータのファラデー回
転角可変装置として利用できる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】

【発明の実施の形態】図１はファラデー回転角可変装置
の一例を示しており、ファラデー素子１０として２種の
保磁力の異なる磁性ガーネット単結晶膜１２ａ，１２ｂ
を使用する例である。２枚の磁性ガーネット単結晶膜１
２ａ，１２ｂを光軸方向に重ねるように配列し、それら
の外側に、光軸方向の磁界を印加するための電磁石１４
を配置する。図２に示すように、各磁性ガーネット単結
晶膜１２ａ，１２ｂの保磁力をＨa ，Ｈb （但し、Ｈa
＜Ｈb ）とし、全て角形の磁気ヒステリシスを持つもの
とする。各磁性ガーネット単結晶膜１２ａ，１２ｂの膜
厚は、磁気飽和時のファラデー回転角の絶対値が４５度
となる厚みに設定する。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】はじめに図２の磁界（＋Ｈ₂ 以上）をファ
ラデー素子１０に印加し、両磁性ガーネット単結晶膜１
２ａ，１２ｂを＋方向に磁化しておく。この時、偏光方
向は両方の磁性ガーネット単結晶膜によって合計＋９０
度回転する。電磁石１４により磁界（−Ｈ₁ ）を印加す
ると、一方の磁性ガーネット単結晶膜１２ａのみ磁化が
反転してその偏光方向のみ−４５度回転するために、他
方の磁性ガーネット単結晶膜１２ｂとの合計のファラデ
ー回転角は０度となる。次に、電磁石１４により磁界
（＋Ｈ₁ ）を印加すると、磁性ガーネット単結晶膜１２
ａの磁化が再度反転してファラデー回転角の代数和は＋
９０度になる。このようにして、電磁石１４によって磁
界を＋Ｈ₁ か−Ｈ₁ のいずれかに制御することでファラ
デー素子１０のファラデー回転角の代数和は＋９０度と
０度に切り替わることになる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】電磁石１４によってファラデー素子１０の
合計のファラデー回転角が０度に制御されているものと
する。ポートから入射した光は、第１の複合偏光プリ
ズム２０の偏光分離膜２７でＰ偏光とＳ偏光に分離す
る。透過したＰ偏光は、ファラデー回転角可変装置２４
で偏光方向は回転せずＰ偏光のままであり、第２の複合
偏光プリズム２２の偏光分離膜２７を透過する。他方、
第１の複合偏光プリズム２０の偏光分離膜２７で反射し
たＳ偏光も、ファラデー回転角可変装置２４では偏光方
向が回転せずＳ偏光のままであり、第２の複合偏光プリ
ズム２２の偏光分離膜２７で反射する。このようにして
ポートからの入射光はポートに結合する（図３参
照）。次に、電磁石１４を切り換えてファラデー素子１
０の合計ファラデー回転角を９０度に制御する。ポート
から入射した光は、第１の複合偏光プリズム２０の偏
光分離膜２７でＰ偏光とＳ偏光に分離する。透過したＰ
偏光は、ファラデー回転角可変装置２４で偏光方向が９
０度回転してＳ偏光となり、第２の複合偏光プリズム２
２の偏光分離膜２７で反射する。他方、第１の複合偏光
プリズム２０の偏光分離膜２７で反射したＳ偏光は、フ
ァラデー回転角可変装置２４で偏光方向が９０度回転し
てＰ偏光となり、第２の複合偏光プリズム２２の偏光分
離膜２７を透過する。このようにしてポートからの入
射光はポートに結合する。従って、電磁石１４による
印加磁界を制御することで、光路を切り換えることがで
きる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保磁力の異なる複数種類の磁性ガーネッ
   ト単結晶膜を光軸方向に重ねるように配列したファラデ
   ー素子と、該ファラデー素子に光軸方向の磁界を印加す
   る単一の電磁石とを具備し、該電磁石による前記ファラ
   デー素子への印加磁界を制御することによりファラデー
   回転角の代数和を変えることを特徴とするファラデー回
   転角可変装置。
2. 【請求項２】 それぞれ内部に偏光分離膜を備え対称配
   置した第１及び第２の複合偏光プリズムの間に、保磁力
   の異なる複数種類の磁性ガーネット単結晶膜を光軸方向
   に重ねるように配列したファラデー素子と、該ファラデ
   ー素子に光軸方向の磁界を印加する単一の電磁石とから
   なるファラデー回転角可変装置を配置し、該電磁石によ
   る前記ファラデー素子への印加磁界を制御することによ
   りファラデー回転角の代数和を０度又は±９０度のいず
   れかに変えて光路を切り換えることを特徴とする光スイ
   ッチ。
3. 【請求項３】 ファラデー素子が、角形のヒステリシス
   をもち保磁力が大きく飽和磁界印加時のファラデー回転
   角が±４５度の第１の磁性ガーネット単結晶膜と、それ
   よりも小さな保磁力をもち飽和磁界印加時のファラデー
   回転角が±４５度の第２の磁性ガーネット単結晶膜とを
   組み合わせ、電磁石で第２の磁性ガーネット単結晶膜の
   ファラデー回転角を切り換える請求項２記載の光スイッ
   チ。
4. 【請求項４】 それぞれ楔形複屈折結晶からなり対称配
   置した偏光子と検光子との間に、保磁力の異なる複数種
   類の磁性ガーネット単結晶膜を光軸方向に重ねるように
   配列したファラデー素子と、該ファラデー素子に光軸方
   向の磁界を印加する単一の電磁石とからなるファラデー
   回転角可変装置を配置し、該電磁石による前記ファラデ
   ー素子への印加磁界を制御することによりファラデー回
   転角の代数和を変化させ透過光量を離散的に変化させる
   ことを特徴とするステップ可変型光アッテネータ。