專利名稱：磁光光學(xué)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁光光學(xué)部件，特別是涉及偏振光控制器或光調(diào)制器，可變光衰減器、光隔離器、光循環(huán)器等磁光光學(xué)部件。
背景技術(shù)：
在傳送速度40Gbps的高速光通訊中，偏振模色散變成主要的傳送劣化要因之一。為此近年來補(bǔ)償偏振模色散的影響的偏振模色散(PMD)補(bǔ)償器的研究正在活躍地進(jìn)行。作為PMD補(bǔ)償器的主要構(gòu)成器件之一，有控制光偏振狀態(tài)的偏振光控制器。如在非專利文獻(xiàn)1中所公開的那樣，作為構(gòu)成偏振光控制器的光學(xué)器件，鈮酸鋰(LN)或液晶等、光纖スクイ一ザ、可變法拉第旋轉(zhuǎn)器等是公知的。特別是因?yàn)橛每勺兎ɡ谛D(zhuǎn)器的偏振光控制器，其響應(yīng)時(shí)間相當(dāng)短，達(dá)到數(shù)百μsec，構(gòu)造也由石榴石晶體構(gòu)成，所以插入損耗、偏振光相關(guān)損耗(PDL)等光學(xué)特性和可靠性也能得到與過去的被動(dòng)模件(module)相同程度的特性。因此，如用可變法拉第旋轉(zhuǎn)器，則與其它器件相比，可構(gòu)成獲得均衡的偏振光控制器(參照非專利文獻(xiàn)1)?？勺兎ɡ谛D(zhuǎn)器包括磁光晶體，以及在磁光晶體上施加磁場的電磁鐵。通過使在電磁鐵中流過的電流量變化，控制施加在磁光晶體上的磁場強(qiáng)度，就可以通過使磁光晶體的磁化強(qiáng)度變化來控制法拉第旋轉(zhuǎn)角。
在例如專利文獻(xiàn)1中公開了控制施加在磁光晶體上的磁場的方法。現(xiàn)用圖25就該磁場控制方法進(jìn)行說明。圖25(a)表示可變光衰減器，該可變光衰減器包括法拉第旋轉(zhuǎn)器(磁光晶體)113和偏振器112。另外，該可變光衰減器具有在與相對法拉第旋轉(zhuǎn)器113互相正交的方向施加磁場的永久磁鐵114和電磁鐵115，以及對電磁鐵115供給驅(qū)動(dòng)電流的可變電流源116。
由永久磁鐵114施加在法拉第旋轉(zhuǎn)器113上的磁場方向與法拉第旋轉(zhuǎn)器113中的光束117的透射方向平行，由電磁鐵115施加在法拉第旋轉(zhuǎn)器113上的磁場方向與由法拉第旋轉(zhuǎn)器113中的永久磁鐵114產(chǎn)生的磁場施加方向和光束117的透射方向垂直。
在圖25(b)中，箭頭102、105是表示法拉第旋轉(zhuǎn)器113內(nèi)的磁化方向及其大小的矢量，箭頭101、103是表示從外部施加的施加磁場方向和大小的矢量，箭頭104是表示由箭頭101、103表示的兩個(gè)磁場的合成磁場的方向和大小的矢量。圖中Z方向是法拉第旋轉(zhuǎn)器113中光的傳播方向，X方向與Z方向正交。法拉第旋轉(zhuǎn)器113由外部永久磁鐵114產(chǎn)生的Z方向的磁場101變成飽和磁化102的狀態(tài)。接著當(dāng)由電磁鐵115施加X方向的磁場103時(shí)，外部磁場變成合成磁場104，法拉第旋轉(zhuǎn)器113變成磁化105的狀態(tài)。該磁化105的大小與飽和磁化102的大小相同，因此法拉第旋轉(zhuǎn)器113處在飽和磁化狀態(tài)。
這樣，通過永久磁鐵114在法拉第旋轉(zhuǎn)器113上預(yù)先施加Z方向的磁場101，使法拉第旋轉(zhuǎn)器113變成飽和磁化狀態(tài)，再通過電磁鐵115在法拉第旋轉(zhuǎn)器113上施加X方向的磁場103。然后通過二個(gè)磁場101、103的合成磁場104使法拉第旋轉(zhuǎn)器113的磁化方向從磁化102到磁化105只旋轉(zhuǎn)角度θ，控制Z方向的磁化分量106的大小。法拉第旋轉(zhuǎn)角根據(jù)該磁化分量106的大小而變化，在該方法的場合，因?yàn)榉ɡ谛D(zhuǎn)器113常在飽和磁化區(qū)使用，所以具有能不產(chǎn)生滯后而再現(xiàn)性好地使法拉第旋轉(zhuǎn)角變化的特征。
然而，在專利文獻(xiàn)1中記載的磁場施加方法中，為了在由永久磁鐵114施加磁場101的狀態(tài)下使磁化一致地旋轉(zhuǎn)，而必需加強(qiáng)由電磁鐵115施加的磁場103。為此必需使電磁鐵115大型化，或者使電磁鐵115中流過大電流，引起難以使磁光光學(xué)部件小型化、電力消耗低的問題。
另外，法拉第旋轉(zhuǎn)器113采用通過液相外延(LPE)法長成的磁性石榴石單晶膜制作。因?yàn)楫?dāng)使光在沿磁性石榴石單晶膜的膜生長面的方向透過時(shí)，消光比等特性下降，所以一般使光在垂直于膜生長面的方向透過?？墒窃谶@時(shí)，與法拉第旋轉(zhuǎn)器113的膜生長面垂直方向的厚度最大是400μm左右，獲得的法拉第旋轉(zhuǎn)角是45°左右。因此對于需要180度以上的偏振光旋轉(zhuǎn)角可變幅度的偏振光控制器而言，必需用多個(gè)(通常6個(gè)～8個(gè))法拉第旋轉(zhuǎn)器113。從而使磁光光學(xué)部件的小型化、低成本化變成更加困難。
專利文獻(xiàn)1特許第2815509號公報(bào)專利文獻(xiàn)2美國專利第5657151號說明書專利文獻(xiàn)3特開平7-199137號公報(bào)專利文獻(xiàn)4美國專利第4239337號說明書專利文獻(xiàn)5美國專利第3420601號說明書非專利文獻(xiàn)1池田和弘等5人，“無限追尾型偏波制御器の開發(fā)”，古河電工時(shí)報(bào)，平成15年1月，第111號，第31-36頁。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供小型、低電力消耗電力和低價(jià)格的磁光光學(xué)部件。
上述目的通過以下述為特征的磁光光學(xué)部件來達(dá)到，其包括具有對置的第1和第2表面的磁光晶體；配置在上述磁光晶體的上述第1表面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚系牡?全反射部；配置在上述磁光晶體的上述第2表面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚系牡?全反射部；光向上述磁光晶體入射的光入射區(qū)；由上述第1和第2全反射部交替反射的上述光從上述磁光晶體射出的光射出區(qū)；按上述光入射區(qū)和上述光射出區(qū)中不存在疇壁的方式對上述磁光晶體施加磁場疇壁的磁場施加機(jī)構(gòu)。
作為上述本發(fā)明的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述磁場施加機(jī)構(gòu)對上述磁光晶體施加磁場，使在上述光入射區(qū)和上述光射出區(qū)內(nèi)的磁化方向一致。
作為上述本發(fā)明的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述光入射區(qū)配置在上述第1表面上，上述光射出區(qū)配置在上述第2表面上。
作為上述本發(fā)明的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述光入射區(qū)和上述光射出區(qū)同時(shí)配置在上述第1表面上。
作為上述本發(fā)明的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述磁光晶體具有給定的易磁化軸，包括通過平行于上述易磁化軸的單方向磁化構(gòu)成的磁區(qū)A和通過與上述磁區(qū)A的磁化方向相反方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B。
作為上述本發(fā)明的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述磁場施加機(jī)構(gòu)包括使施加在上述磁光晶體上的上述規(guī)定方向的磁場成分為0的位置可變的電磁鐵、和分別與形成在上述磁光晶體上的多個(gè)磁區(qū)對應(yīng)，每個(gè)至少配置1個(gè)的永久磁鐵。
作為上述本發(fā)明的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述磁場施加機(jī)構(gòu)包括在上述磁光晶體上施加固定磁場的至少一個(gè)永久磁鐵、和在上述磁光晶體上施加與上述固定磁場方向不同方向的可變磁場的電磁鐵，使上述可變磁場的強(qiáng)度變化，而使上述可變磁場與上述固定磁場的合成磁場具有上述磁光晶體的飽和磁場以上的強(qiáng)度，并使上述磁光晶體的磁化方向變化。
另外，上述目的通過具有以下述特征的磁光光學(xué)部件來達(dá)到，其包括具有對置的第1和第2表面的磁光晶體；配置在上述磁光晶體的上述第1表面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚系牡?全反射部；配置在上述磁光晶體的上述第2表面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚系牡?全反射部；光向上述磁光晶體入射的光入射區(qū)；被上述第1和第2全反射部表面交替反射的上述光從上述磁光晶體射出的光射出區(qū)；磁場施加機(jī)構(gòu)，該磁場施加機(jī)構(gòu)包括在上述磁光晶體上施加可變磁場的電磁鐵和在上述磁光晶體上施加固定磁場的至少一個(gè)永久磁鐵，其中該電磁鐵包括接近上述第1全反射部的背面配置的一端部和接近上述第2全反射部的背面配置的另一端部的磁軛、和卷繞在上述磁軛上的線圈。
作為上述本發(fā)明的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述磁光晶體具有給定的易磁化軸，包括通過平行于上述易磁化軸的單方向磁化構(gòu)成的磁區(qū)A和通過與上述磁區(qū)A的磁化方向相反方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B。
作為上述本發(fā)明的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述可變磁場的方向與上述固定磁場的方向互相不同，上述磁場施加機(jī)構(gòu)使上述可變磁場的強(qiáng)度變化，以使上述可變磁場與上述固定磁場的合成磁場具有上述磁光晶體的飽和磁場以上的強(qiáng)度，并使上述磁光晶體的磁化方向變化。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)小型、低電力消耗和價(jià)格低的磁光光學(xué)部件。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件要部結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示在本發(fā)明的第1實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件中可能產(chǎn)生的問題點(diǎn)的圖。
圖4是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件的偏振光轉(zhuǎn)角與損耗的磁通勢依賴性的曲線圖。
圖5是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件的要部結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示永久磁鐵和磁軛的配置的圖。
圖8是表示在圖7中所示的配置的永久磁鐵附近的磁場分量強(qiáng)度的曲線圖。
圖9是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的實(shí)施例2-1的磁光光學(xué)部件的要部結(jié)構(gòu)的圖。
圖10是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式的實(shí)施例2-1的磁光光學(xué)部件的偏振光旋轉(zhuǎn)角和損耗的磁通勢依賴性的曲線圖。
圖11是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式的實(shí)施例2-2的磁光光學(xué)部件的要部結(jié)構(gòu)的圖。
圖12是表示本發(fā)明第2實(shí)施方式的實(shí)施例2-2的磁光光學(xué)部件的偏振光旋轉(zhuǎn)角和損耗的磁通勢依賴性的曲線圖。
圖13是說明磁光光學(xué)部件的插入損耗的磁區(qū)結(jié)構(gòu)依賴性的圖。
圖14是表示磁光光學(xué)部件的插入損耗的磁區(qū)結(jié)構(gòu)依賴性的曲線圖。
圖15是說明磁光光學(xué)部件的插入損耗的磁區(qū)結(jié)構(gòu)依賴性的曲線圖。
圖16是表示磁光光學(xué)部件的插入損耗的磁區(qū)結(jié)構(gòu)依賴性的曲線圖。
圖17是說明磁光光學(xué)部件的插入損耗的磁區(qū)結(jié)構(gòu)依賴性的圖。
圖18是表示磁光光學(xué)部件的插入損耗的磁區(qū)結(jié)構(gòu)依賴性的曲線圖。
圖19是表示本發(fā)明第3實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件結(jié)構(gòu)的圖。
圖20是表示本發(fā)明第3實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件要部結(jié)構(gòu)的圖。
圖21是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件要部結(jié)構(gòu)的圖。
圖22是表示本發(fā)明第4實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件結(jié)構(gòu)的變形例的圖。
圖23是表示本發(fā)明第5實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件結(jié)構(gòu)的圖。
圖24是表示本發(fā)明第6實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件要部結(jié)構(gòu)的圖。
圖25是說明現(xiàn)有技術(shù)的磁光光學(xué)部件的概略結(jié)構(gòu)和操作原理的圖。
符號說明1 磁光光學(xué)部件2、2′、2″、3、4、4′、6 偏振光控制器5 光隔離器20、20a、20b、21、24 法拉第旋轉(zhuǎn)器22、22a、22b、23、23a、23b 表面30、30a、30b、31、31a、31b 全反射膜32、32a、32b、33、33a、33b、36 無反射膜34、34a、34b、39 光入射區(qū)35、35a、35b、38 光射出區(qū)
40 電磁鐵42、70、71、72 磁軛42a、42b、42e、42f 端部42c、42d、42g、42h、70d、71d 頂端面44 線圈46、47、48、49、66a、66b、67a、67b、68a、68b、69a、69b、84、85、86、87、88、90a、90b、90c、90d、90e、90f、90g 永久磁鐵46a、46b、46c、47a、47b、47c 表面50 輸入用單模光纖52 輸出用單模光纖54、56 透鏡58、59 帶透鏡的光纖60 1/4波長片62 反射片80、81、82 偏振器具體實(shí)施方式
第1實(shí)施方式現(xiàn)在用圖1和圖2說明本發(fā)明第1實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件。圖1表示本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件1的結(jié)構(gòu)，圖2表示磁光光學(xué)部件1的要部結(jié)構(gòu)。在此，在圖1和圖2中，把在與磁光光學(xué)部件1的磁光晶體的光入射面平行的面內(nèi)向該面內(nèi)投射的光束的前進(jìn)方向設(shè)為X軸，在該面內(nèi)與X軸垂直的方向設(shè)為Y軸。并且把Z軸選為與光入射及射出面垂直的方向。圖1表示沿-Y方向看的磁光光學(xué)部件1的結(jié)構(gòu)，圖2(a)表示沿+Y方向看的磁光光學(xué)部件1的要部的結(jié)構(gòu)，圖2(b)表示沿-Z方向看的磁光光學(xué)部件1的要部的結(jié)構(gòu)。
如圖1和圖2(a)、(b)所示那樣，磁光光學(xué)部件1具有作為磁光晶體的法拉第旋轉(zhuǎn)器20。法拉第旋轉(zhuǎn)器20例如用通過LPE法形成的磁性石榴石單結(jié)晶膜制作，具有沿垂直于膜生長面的方向(Z方向)顯現(xiàn)易磁化軸的垂直磁化性。法拉第旋轉(zhuǎn)器20具有大致長方體的形狀，并具有同時(shí)平行于XY面并互相對置的表面22、23。其中一個(gè)表面22中在光束入射的光入射區(qū)34附近形成無反射膜32(在圖1和圖2(b)中未示出)，在表面22的其它部分上形成全反射膜(全反射部)30(在圖2(b)中未示出)。另外，另一表面23中射出光束的光射出區(qū)35附近形成無反射膜33(在圖1和圖2(b)中未示出)，在表面23的其它部分上形成全反射膜31(在圖2(b)中未示出)。光入射區(qū)34位于法拉第旋轉(zhuǎn)器20的-X側(cè)，光射出區(qū)35位于法拉第旋轉(zhuǎn)器20的+X側(cè)。通過在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的各表面22、23上蒸鍍電介體多層膜或鋁等金屬薄膜形成全反射膜30、31。如沿Z方向看去，在光入射區(qū)34附近的區(qū)域只形成全反射膜30、31中的全反射膜31，在光射出區(qū)35附近的區(qū)域只形成全反射膜30，在光入射區(qū)34和光射出區(qū)35之間的區(qū)域疊加而形成全反射膜30、31。光束從光入射區(qū)34入射到法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)，被全反射膜31、30表面交替多次反射(多重反射)就從光射出區(qū)35射出。另外在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的各表面22、23上并不一定非要分別直接形成全反射膜30、31，而也可以將形成有全反射膜30的基板(例如玻璃基板)配置在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的表面22側(cè)，將形成有全反射膜31的基板配置在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的表面23側(cè)。將這二塊基板例如大體以接觸方式分別配置在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的各表面22、23上。另外，也可以用金屬拋光面等代替全反射膜30、31作為全反射部。
磁光光學(xué)部件1具有包括例如“C”字狀的磁軛(電磁軛)42(在圖1中只示出磁軛42的兩端部42a、42b)、和卷繞在磁軛42上的線圈的電磁鐵(磁場施加機(jī)構(gòu))。磁軛42的一個(gè)端部42a接近全反射膜30的背面配置，以使其頂端面42c與全反射膜30的背面相對。磁軛42的另一端部42b接近全反射膜31的背面配置，以使其頂端面42d與全反射膜31的背面相對。端部42a的頂端面42c和端部42b的頂端面42d以夾持法拉第旋轉(zhuǎn)器20的大體中央部、互相相對的方式配置。
例如鐵氧體磁鐵、稀土類磁鐵等永久磁鐵(磁場施加機(jī)構(gòu))46以沿磁軛42一個(gè)端部42a的+X方向鄰接的方式配置。永久磁鐵46內(nèi)部的磁通方向如圖中箭頭所表示那樣，是-Z方向(即永久磁鐵46的磁化方向?yàn)?Z方向)。永久磁鐵46的-Z側(cè)的頂端部接觸例如全反射膜30的背面。另外，永久磁鐵47以沿磁軛42另一端部42b的-X方向鄰接的方式配置。永久磁鐵47內(nèi)部的磁通方向?yàn)?Z方向(即永久磁鐵47的磁化方向?yàn)?Z方向)。永久磁鐵47的+Z側(cè)的頂端部接觸例如全反射膜31的背面。
在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的-X側(cè)的區(qū)域上，由永久磁鐵47將+Z方向的磁場分量施加到飽和磁場(使法拉第旋轉(zhuǎn)器20的磁化飽和所必需的磁場)以上的強(qiáng)度。因此該區(qū)變成為如圖中箭頭所表示那樣通過+Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A。在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的+X側(cè)的區(qū)域中，由永久磁鐵46將-Z方向的磁場分量施加到飽和磁場以上的強(qiáng)度。因此該區(qū)變成為通過-Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B。在磁區(qū)A的區(qū)域與磁區(qū)B的區(qū)域之間形成作為邊界區(qū)(邊界面)的疇壁I。在疇壁I，施加磁場的Z方向分量幾乎變成0。在此，光入射區(qū)34位于磁區(qū)A區(qū)域內(nèi)，光射出區(qū)35位于磁區(qū)B區(qū)域內(nèi)。如果設(shè)法拉第旋轉(zhuǎn)器20的磁區(qū)A區(qū)域的每單位光程的法拉第旋轉(zhuǎn)角為+θfs(飽和法拉第旋轉(zhuǎn)角)，則磁區(qū)B區(qū)域的每單位光程的法拉第旋轉(zhuǎn)角為-θfs。
當(dāng)在電磁鐵的線圈里流過電流時(shí)，例如+Z方向的磁場被施加在被磁軛42的兩端部42a、42b夾持的區(qū)域附近的法拉第旋轉(zhuǎn)器20上。因此疇壁I向+X方向移動(dòng)。即，磁區(qū)A區(qū)域隨施加磁場的強(qiáng)度而變寬，而磁區(qū)B區(qū)域依其程度而變窄。另外，當(dāng)在電磁鐵線圈里流過反向電流時(shí)，-Z方向的磁場就施加在被磁軛42的兩端部42a、42b夾持的區(qū)域附近的法拉第旋轉(zhuǎn)器20上。因此疇壁I向-X方向移動(dòng)。即，磁區(qū)A的區(qū)域隨著施加磁場的強(qiáng)度而變窄，磁區(qū)B的區(qū)域依該程度而變寬。在本例的構(gòu)成中，因?yàn)槭勾跑?2的兩端部42a、42b的各頂端面42c、42d相對接近而配置，所以可以有效地在法拉第旋轉(zhuǎn)器20上施加磁場，并且用小電流就能施加所希望強(qiáng)度的磁場。疇壁I在比光入射區(qū)34更靠近+X側(cè)，比光射出區(qū)35更靠近-X側(cè)的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，在光入射區(qū)34和光射出區(qū)35上不存在疇壁I。
在圖2中由光線L所示的光一邊多次反射一邊在法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)傳輸時(shí)產(chǎn)生的偏振光旋轉(zhuǎn)角與由通過+Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A內(nèi)的光程，和通過-Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B內(nèi)的光程的差成比例。因此通過用電磁鐵在±Z方向施加可變磁場并使疇壁I沿±X方向移動(dòng)，可以使磁區(qū)A內(nèi)的光程與磁區(qū)B內(nèi)的光程的差變化，使偏振光旋轉(zhuǎn)角可變。因此可以使入射在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中的光束的偏振面僅旋轉(zhuǎn)所希望的角度射出。
在本實(shí)施方式中，用具有垂直磁化性的法拉第旋轉(zhuǎn)器20。用LPE法生長的磁性石榴石單晶膜通常具有因生長感應(yīng)磁各向異性而在垂直于膜生長面的方向上表現(xiàn)易磁化軸的垂直磁化性。因此磁性石榴石單晶膜的磁化方向變成為垂直于膜生長面的方向。為了如在專利文獻(xiàn)1中所記載的磁場施加方法所述那樣，使法拉第旋轉(zhuǎn)器的磁化方向旋轉(zhuǎn)，而必須在生長完磁性石榴石單晶膜后再進(jìn)行在1000℃左右的高溫下的長時(shí)間熱處理，使生長感應(yīng)磁各向異性減低。因此引起法拉第旋轉(zhuǎn)器的制造工序增加這樣的問題。在本實(shí)施方式中如果例如使易磁化軸與磁區(qū)A、B內(nèi)的磁化方向一致，則因?yàn)闆]有必要進(jìn)行在制作法拉第旋轉(zhuǎn)器20時(shí)高溫下的長時(shí)間熱處理，所以可以減少法拉第旋轉(zhuǎn)器20的制造工序，并可以實(shí)現(xiàn)制造容易、低價(jià)格的磁光光學(xué)部件。
另外，在本實(shí)施方式中，不是專利文獻(xiàn)1中所記載那樣的、使磁光晶體的磁化一致旋轉(zhuǎn)的磁化旋轉(zhuǎn)方式，而使用使疇壁I移動(dòng)，使法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)的磁區(qū)結(jié)構(gòu)變化的疇壁移動(dòng)方式。因此用小型的電磁鐵就能獲得所希望的偏振光旋轉(zhuǎn)角。因此按照本實(shí)施方式，可以實(shí)現(xiàn)小型并電力消耗低的磁光光學(xué)部件。另外因?yàn)轫憫?yīng)速度通常受電磁鐵的L(電感)制約，所以如果能使電磁鐵小型化的話，就能實(shí)現(xiàn)降低L、提高響應(yīng)速度。
還有，在本實(shí)施方式中，磁軛的兩端部42a、42b沿膜厚方向夾持法拉第旋轉(zhuǎn)器20而互相相對配置。因此可以使磁軛兩端部42a、42b互相接近配置，可以有效地在法拉第旋轉(zhuǎn)器20上施加可變磁場。因此可以使磁光光學(xué)部件進(jìn)一步小型化，降低電力消耗。
另外，在本實(shí)施方式中，法拉第旋轉(zhuǎn)器20通常成為二磁區(qū)構(gòu)造的狀態(tài)，可以小產(chǎn)生滯后而再現(xiàn)性良好地使偏振光旋轉(zhuǎn)角變化。
第2實(shí)施方式下面參照圖3至圖18說明本發(fā)明第2實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件。首先就上述第1實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件1中可能產(chǎn)生的問題點(diǎn)進(jìn)行說明。
圖3與圖2相對應(yīng)，表示在磁光光學(xué)部件1的法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)傳輸光的光路。在圖3中與圖2不同，考慮光的波束徑，圖示出了作為大致平行光的光束的中心軸上的光路L2(實(shí)線)，從光路L2向-X方向偏移的光路L1(長的虛線)，從光路L2向+X方向偏移的光路L3(短的虛線)。如圖3所示，在第1實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件1中，磁區(qū)A內(nèi)的光程與磁區(qū)B內(nèi)的光程就各光路L1、L2、L3每個(gè)都分別不同。光路L1中磁區(qū)A內(nèi)的光程比光路L2長，磁區(qū)B內(nèi)的光程比光路L2短。另外光路L3，磁區(qū)A內(nèi)的光程比光路L2短，磁區(qū)B內(nèi)的光路比光路L2長。這樣，當(dāng)磁區(qū)A內(nèi)的光程和磁區(qū)B內(nèi)的光程就各光路每個(gè)都不同時(shí)，偏振光旋轉(zhuǎn)角就隨光路而不同。因此在光通過法拉第旋轉(zhuǎn)器20后會(huì)聚在輸出用光纖的光入射端時(shí)產(chǎn)生衍射損耗。
圖4是表示第1實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件1的偏振光旋轉(zhuǎn)角和損耗的磁通勢依賴性的曲線圖。橫軸代表磁通勢NI(線圈的匝數(shù)N與在該線圈中流過的電流I的乘積)(AT)，縱軸代表偏振光旋轉(zhuǎn)角(度)和損耗(dB)。線a1表示偏振光旋轉(zhuǎn)角的磁通勢依賴性，線b1表示損耗的磁通勢依賴性。在此，偏振光旋轉(zhuǎn)角是相對值，設(shè)磁通勢NI為0AT時(shí)的偏振光旋轉(zhuǎn)角為0度。如圖4所示，雖然在磁光光學(xué)部件1上獲得了400度以上的偏振光旋轉(zhuǎn)角的可變幅度，但損耗(衍射損耗)的平均值比較高，約為1.8dB，損耗的變動(dòng)幅度比較大，約3.0dB。因此，雖然第1實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件1可以適用于對透射光量進(jìn)行調(diào)制的光調(diào)制器等上，但具有不能適用于要求損耗低而且損耗變動(dòng)幅度小的偏振光控制器等這樣的問題。
圖5表示作為解決上述問題的本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件的偏振光控制器2的結(jié)構(gòu)。而圖6表示偏振光控制器2的要部結(jié)構(gòu)。在圖5和圖6中采用與圖1和圖2相同的坐標(biāo)系。圖6(a)表示沿+Y方向看的偏振光控制器2的要部的結(jié)構(gòu)，圖6(b)表示沿-Z方向看的偏振光控制器2的要部的結(jié)構(gòu)。如圖5和圖6(a)、(b)所示，偏振光控制器2具有作為磁光晶體的法拉第旋轉(zhuǎn)器20。法拉第旋轉(zhuǎn)器20用通過LPE法形成的磁性石榴石單晶膜制作，它具有沿垂直于膜生長面的方向(Z方向)表現(xiàn)易磁化軸的垂直磁化性。法拉第旋轉(zhuǎn)器20具有大致長方體的形狀，具有共同平行于XY面的表面22、23。其中一個(gè)表面22中在光束入射的光入射區(qū)34附近形成無反射膜32(在圖6(b)中未示出)，在表面22的其它部分上形成全反射膜30(在圖6(b)中未示出)。另外在另一表面23中，光束射出的光射出區(qū)35附近形成無反射膜33，在表面23的其它部分形成全反射膜31。
如圖5所示，從輸入用單模光纖50作為發(fā)散光射出的光被透鏡54轉(zhuǎn)換成平行光后，入射到法拉第旋轉(zhuǎn)器20的光入射區(qū)34。入射到法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)的光一邊被全反射膜31、30表面交替反射，一邊通過法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)，從光射出區(qū)35射出后被透鏡56會(huì)聚于輸出用單模光纖52。圖6(a)、(b)表示作為平行光的光束的中心軸上的光路L2，從光路L2向-X方向偏移的光路L1，和從光路L2向+X方向偏移的光路L3。
另外，偏振光控制器2具有包括“C”字狀的磁軛42和卷繞在磁軛42上的線圈44的電磁鐵40。磁軛42的一個(gè)端部42a按使其頂端與全反射膜30的背面相對的方式接近全反射膜30的背面而配置。在端部42a的頂端的一部分(在圖5中右側(cè))中埋入永久磁鐵46。端部42a的頂端面42c和永久磁鐵46的表面46a配置在大致同一平面內(nèi)。永久磁鐵46的磁化方向是+Z方向。大致垂直于永久磁鐵46的磁化方向的表面46a與磁軛42的端部42a不相面對地配置。在磁軛42的另一端部42b按使其頂端與全反射膜31的背面相對的方式接近全反射膜31的背面而配置。在端部42b的頂端的一部分(在圖5中左側(cè))中埋入永久磁鐵47。端部42b的頂端面42d與永久磁鐵47的表面47a大體上配置在同一平面內(nèi)。永久磁鐵47的磁化方向是+Z方向。大體上垂直于永久磁鐵47的磁化方向的表面47a與磁軛42的端部42b不相面對地配置。永久磁鐵46、47也可以分別直接接觸磁軛42的端部42a、42b，也可以通過粘合劑層等分別接近端部42a、42b而配置。端部42a的頂端面42c和端部42b的頂端面42d夾持法拉第旋轉(zhuǎn)器20而互相面對面地配置。
在此，用圖7和圖8說明由永久磁鐵46、47產(chǎn)生的磁場。圖7表示用配置在對應(yīng)于磁軛42的端部42a的位置上的磁軛70、和配置在對應(yīng)于磁軛42的端部42b的位置上磁軛71代替磁軛42的結(jié)構(gòu)。永久磁鐵46的二個(gè)表面46b、46c接觸在磁軛70上。磁軛70的頂端面70d和永久磁鐵46的表面46a大體上配置在同一平面上。永久磁鐵47的表面47b、47c這接觸在磁軛71上。磁軛71的頂端面71d和永久磁鐵47的表面47a配置在大致同一平面上。在圖7中，把平行于頂端面70d和表面46a的面與表面46b的交線的延長方向作為Y軸，把在平行于頂端面70d和表面46a的面內(nèi)與Y軸正交的方向作為X軸，并且把與頂端面70d和表面46a正交的方向作為Z軸。把連接頂端面70d的中心和頂端面71d的中心的線段的中心作為原點(diǎn)。永久磁鐵46、47的X軸方向的寬w1是0.4mm，Z軸方向的長度l1是0.6mm，Y軸方向的厚度是1.0mm。并且磁軛70、71的X軸方向的寬w2是0.8mm，Z軸方向的長度l2是1.0mm，Y軸方向的厚度是1.0mm。磁軛70的頂端面70d與磁軛71的頂端面71d之間的間隙d1是0.6mm。設(shè)永久磁鐵46、47的剩余磁通密度為9200G(＝0.92T)來計(jì)算磁場分布。
圖8是表示由永久磁鐵46、47產(chǎn)生的磁場分布的曲線圖，橫軸表示X方向的位置(mm)，縱軸表示Z方向的磁場強(qiáng)度Hz(Oe(1Oe79.6A/m))。在此，在把離開永久磁鐵46、47大致等距離地配置時(shí)的法拉第旋轉(zhuǎn)器20(用圖7中的虛線表示)的中心作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，設(shè)圖7的右方向?yàn)?X方向，設(shè)圖7的上方向?yàn)?Z方向。如圖8所示，在包含表面47b的面內(nèi)(X＝-0.2)和包含表面46b的面內(nèi)(X＝0.2)，磁場強(qiáng)度Hz幾乎為0。在從包含表面47b的面開始向永久磁鐵47側(cè)(X＜-0.2)產(chǎn)生+Z方向的磁場，在從包含表面46b的面開始向永久磁鐵46側(cè)(X＞0.2)產(chǎn)生+Z方向的磁場。在包含表面47b的面與包含表面46b的面之間(-0.2＜X＜0.2)產(chǎn)生-Z方向的磁場。
再返回到圖5和圖6(a)、(b)，法拉第旋轉(zhuǎn)器20與永久磁鐵47相對的區(qū)域變成通過+Z方向磁化構(gòu)成的磁區(qū)A1，法拉第旋轉(zhuǎn)器20的與永久磁鐵46相對的區(qū)域變成通過與磁區(qū)A1相同方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A2。磁區(qū)A1的區(qū)域與磁區(qū)A2的區(qū)域之間的區(qū)域變成通過與磁區(qū)A1、A2相反方向(-Z方向)的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B1。在磁區(qū)A1的區(qū)域與磁區(qū)B1的區(qū)域之間形成作為邊界面的疇壁I1，在磁區(qū)A2的區(qū)域與磁區(qū)B1的區(qū)域之間形成疇壁I2。在此，光入射區(qū)34位于磁區(qū)A1的區(qū)域內(nèi)，光射出區(qū)35位于磁區(qū)A2的區(qū)域內(nèi)。并且，施加在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的磁區(qū)B1的區(qū)域中的-Z方向的磁場分量在疇壁I1與疇壁I2的中間部(法拉第旋轉(zhuǎn)器20的中央部)處最強(qiáng)，越靠近疇壁I1、I2就越弱。在疇壁I1、I2上，施加磁場的Z方向分量變成0。
當(dāng)在電磁鐵40的線圈44中流過電流時(shí)，就形成通過磁軛42和法拉第旋轉(zhuǎn)器20的閉合磁路，在被磁軛42的二個(gè)頂端面42c、42d夾著的區(qū)域附近的法拉第旋轉(zhuǎn)器20上，施加例如+Z方向的磁場。借此使施加磁場的Z方向分量變?yōu)?的邊界區(qū)向法拉第旋轉(zhuǎn)器20的中央部移動(dòng)。即，二個(gè)疇壁I1、I2分別向互相靠近的方向移動(dòng)，磁區(qū)B1的區(qū)域?qū)挾入S著施加磁場的強(qiáng)度而變窄。另外，當(dāng)在電磁鐵40的線圈44中流過反向電流時(shí)，被磁軛42的二個(gè)頂端面42c、42d夾著的區(qū)域附近的法拉第旋轉(zhuǎn)器20上施加-Z方向的磁場。借此使施加磁場的Z方向分量變成0的邊界區(qū)向遠(yuǎn)離法拉第旋轉(zhuǎn)器20的中央部的方向移動(dòng)。即二個(gè)疇壁I1、I2分別向互相遠(yuǎn)離的方向移動(dòng)，磁區(qū)B1的區(qū)域的寬度隨施加磁場的強(qiáng)度而變寬。在本例的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)槭勾跑?2的二個(gè)頂端面42c、42d比較接近而配置，所以小電流就能施加所希望強(qiáng)度的磁場。疇壁I1、I2比光入射區(qū)34更向+X側(cè)，比光射出區(qū)35更向-X側(cè)的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，使得在光入射區(qū)34和光射出區(qū)35中不存在疇壁I1、I2。
光在法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)傳輸時(shí)產(chǎn)生的偏振光旋轉(zhuǎn)角，和通過+Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A(A1、A2)內(nèi)的光程與通過-Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B(B1)內(nèi)的光程的差成比例。因此在一邊保持光入射區(qū)34位于磁區(qū)A1內(nèi)，光射出區(qū)35位于磁區(qū)A2內(nèi)這樣的狀態(tài)，一邊由電磁鐵40沿+Z方向施加可變磁場，使疇壁I1、I2移動(dòng)而使磁區(qū)B1的寬度變窄，或通過電磁鐵40沿-Z方向施加可變磁場，使疇壁I1、I2移動(dòng)而使磁區(qū)B1的寬度變寬，借此可以使磁區(qū)A內(nèi)的光程與磁區(qū)B內(nèi)的光程的差變化，使偏振光旋轉(zhuǎn)角可變。由此，入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器20中的光束的偏振面就可以僅旋轉(zhuǎn)所希望的角度而射出。
如以上說明的那樣，在本實(shí)施方式中，在通過同方向磁化而構(gòu)成的磁區(qū)A1、A2內(nèi)分別配置光入射區(qū)34和光射出區(qū)35。如圖6(a)所示，例如雖然光路L1在磁區(qū)A1內(nèi)的光程比光路L2長，但在磁區(qū)A2內(nèi)的光程比光路L2短該相應(yīng)的程度。雖然光路L3在磁區(qū)A1內(nèi)的光程比光路L2短，但在磁區(qū)A2內(nèi)的光路長比光路L2長該相應(yīng)的程度。磁區(qū)B1內(nèi)的光程與光路L1、L2、L3無關(guān)，是一定的。因此磁區(qū)A1和A2內(nèi)的光程與磁區(qū)B1內(nèi)的光程的差在作為平行光的光束的全部光路中一致。因此，由于偏振光旋轉(zhuǎn)角與光路無關(guān)而相同，所以在通過法拉第旋轉(zhuǎn)器20后會(huì)聚在輸出用單模光纖52中時(shí)不產(chǎn)生衍射損耗。因此本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件也能適用于要求損耗小且損耗的變動(dòng)幅度小的偏振光控制器2。并且在本實(shí)施方式中，因?yàn)橥ㄟ^使入射在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中的光多次反射而使法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)的光程變長，所以即使法拉第旋轉(zhuǎn)器20的厚度很薄也獲得大的偏振光旋轉(zhuǎn)角，并且獲得寬廣的偏振光旋轉(zhuǎn)角可變范圍。因此，因不需要用多個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器20，所以可以實(shí)現(xiàn)小型、低價(jià)格和低電力消耗的偏振光控制器2。
另外，在本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件中使用具有垂直磁化性的法拉第旋轉(zhuǎn)器20。因此，在用通過LPE法生長的磁性石榴石單晶膜制作法拉第旋轉(zhuǎn)器20時(shí)不需高溫下長時(shí)間的熱處理。從而可以減少法拉第旋轉(zhuǎn)器20的制造工序，可以實(shí)現(xiàn)制造容易、價(jià)格低的磁光光學(xué)部件。
另外，因?yàn)樵诒緦?shí)施方式中，采用使法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)的磁區(qū)結(jié)構(gòu)變化的方式，所以可以與第1實(shí)施方式同樣地，實(shí)現(xiàn)磁光光學(xué)部件小型化、降低消耗電力和高速化。另外在本實(shí)施方式中，因?yàn)榇跑?2的兩端部42a、42b分別接近全反射膜30、31配置，所以可有效地在法拉第旋轉(zhuǎn)器20上施加可變磁場，可使磁光光學(xué)部件進(jìn)一步小型化和降低電力消耗。另外，在本實(shí)施方式中，法拉第旋轉(zhuǎn)器20通常處于3磁區(qū)構(gòu)造的狀態(tài)，可以不發(fā)生磁滯后而再現(xiàn)性良好地使偏振光旋轉(zhuǎn)角變化。
下面用實(shí)施例具體說明根據(jù)本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件。
實(shí)施例2-1現(xiàn)在就本實(shí)施方式的實(shí)施例2-1的磁光光學(xué)部件進(jìn)行說明。圖9表示本實(shí)施例的偏振光控制器2的要部結(jié)構(gòu)。在圖9中，與圖1和圖2同樣地構(gòu)造坐標(biāo)系。如圖9所示，偏振光控制體2具有包括磁軛42(在圖9中只示出端部42a和42b)、和卷繞在磁軛42上的線圈的電磁鐵。磁軛42的一個(gè)端部42a接近全反射膜30的背面配置，使其頂端面42c與全反射膜30的背面相對。磁軛42的另一端部42b接近全反射膜31的背面配置，使其頂端面42d與全反射膜31的背面相對。端部42a的頂端面42c與端部42b的頂端面42d夾持著法拉第旋轉(zhuǎn)器20互相面對而配置。
使永久磁鐵48向磁軛42的一個(gè)端部42a的+X方向鄰接而配置。永久磁鐵48的磁化方向是-Z方向。永久磁鐵46沿+X方向鄰接永久磁鐵48而配置。永久磁鐵46的磁化方向是+Z方向。永久磁鐵46、48的-Z側(cè)的頂端接觸例如全反射膜30的背面。而永久磁鐵47鄰接另一端部42b的-X方向而配置。永久磁鐵47的磁化方向是+Z方向。永久磁鐵47的+Z側(cè)的頂端接觸例如全反射膜31的背面。
在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的-X側(cè)的區(qū)域中，由永久磁鐵47以飽和磁場以上的強(qiáng)度施加+Z方向的磁場分量。因此該區(qū)域變成通過+Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A1。在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的+X側(cè)的區(qū)域中，由永久磁鐵46施加+Z方向磁場分量至飽和磁場以上的強(qiáng)度。因此該區(qū)域變成通過與磁區(qū)A1相同方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A2。在磁區(qū)A1與磁區(qū)A2之間的區(qū)域中，由永久磁鐵48施加-Z方向的磁場分量至飽和磁場以上的強(qiáng)度。因此該區(qū)域變成通過與磁區(qū)A1、A2反方向磁化構(gòu)成的磁區(qū)B1。在磁區(qū)A1的區(qū)域與磁區(qū)B1的區(qū)域之間形成疇壁I1，在磁區(qū)A2的區(qū)域與磁區(qū)B1的區(qū)域之間形成疇壁I2。這樣，在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中形成3磁區(qū)結(jié)構(gòu)，永久磁鐵46、47、48與各磁區(qū)對應(yīng)各配置1個(gè)。光入射區(qū)34位于磁區(qū)A1的區(qū)域內(nèi)，光射出區(qū)35位于磁區(qū)A2的區(qū)域內(nèi)。
圖10是表示本實(shí)施例偏振光控制器2’的偏振光旋轉(zhuǎn)角和損耗的磁通勢依賴性的曲線圖。橫軸和縱軸與圖4中所示曲線圖相同。線a2表示偏振光旋轉(zhuǎn)角的磁通勢依賴性，線b2表示損耗的磁通勢依賴性。如圖10所示，本實(shí)施例的偏振光控制器2’的損耗平均值是約1.0dB，損耗的變動(dòng)幅度是1.2dB左右。與圖4所示的2磁區(qū)結(jié)構(gòu)的磁光光學(xué)部件1的損耗的磁通勢依賴性相比，偏振光控制器2’的損耗低，損耗變動(dòng)小。因此，顯然本實(shí)施例可以適用于要求損耗低而損耗變動(dòng)幅度小的偏振光控制器。
實(shí)施例2-2下面就本實(shí)施形式的實(shí)施例2-2的磁光光學(xué)部件進(jìn)行說明。圖11表示本實(shí)施例的偏振光控制器2″的要部結(jié)構(gòu)。在圖11中，與圖1和圖2同樣地選取坐標(biāo)系。如圖11所示，偏振光控制器2″除了與圖9所示的偏振光控制器2″同樣的結(jié)構(gòu)外，還具有鄰接磁軛42的端部42b的+X方向而配置的永久磁鐵49。永久磁鐵49的磁化方向是-Z方向。在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中，形成磁區(qū)A1、B1、A2的三磁區(qū)結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，對應(yīng)磁區(qū)A1、A2分別各配一個(gè)永久磁鐵46、47，對應(yīng)磁區(qū)B1配置兩個(gè)永久磁鐵48、49。光入射區(qū)34位于磁區(qū)A1的區(qū)域內(nèi)，光射出區(qū)35位于磁區(qū)A2的區(qū)域內(nèi)。
圖12是表示本實(shí)施例的偏振光控制器2”的偏振光旋轉(zhuǎn)角和損耗的磁通勢依賴性的曲線圖。橫軸和縱軸與圖4所表示的曲線圖相同。線a3表示磁振光旋轉(zhuǎn)角的磁通勢依賴性，線b3表示損耗的磁通勢依賴性。如圖12所示，本實(shí)施例的偏振光控制器2″的損耗平均值是約0.5dB，損耗變動(dòng)幅度是0.16dB左右。與圖10所示的偏振光控制器2’的損耗的磁通勢依賴性相比，偏振光控制器2″的損耗變得更低，損耗變動(dòng)變得更小。因此顯然本實(shí)施例可適用于要求損耗低而損耗變動(dòng)幅度小的偏振光控制器。
在此，就磁光光學(xué)部件的插入損耗的磁區(qū)構(gòu)造依賴性進(jìn)行說明。圖13表示在法拉第旋轉(zhuǎn)器中形成三磁區(qū)結(jié)構(gòu)的磁光光學(xué)部件的結(jié)構(gòu)。如圖13所示，法拉第旋轉(zhuǎn)器20與后面說明的第3實(shí)施方式同樣，具有在一個(gè)表面22側(cè)同時(shí)配置的光入射區(qū)34和光射出區(qū)35。法拉第旋轉(zhuǎn)器20的±X方向的長度是2mm，±Y方向的寬度是0.8mm，±Z方向的厚度是0.42mm。全反射膜30的±X方向的長度是1.0mm。
在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的+Z方向配置沿±X方向排列的多個(gè)永久磁鐵(在圖13示出5個(gè))90a～90e。各永久磁鐵90a～90e的±X方向的長度是0.6mm，±Y方向的寬度是0.8mm，±Z方向的厚度是1.0mm。各永久磁鐵90a～90e分別接觸沿+Z方向配置的磁軛72。永久磁鐵90a、90c、90e的磁化方向是-Z方向，永久磁鐵90b、90d的磁化方向是+Z方向。借助永久磁鐵90a～90e在法拉第旋轉(zhuǎn)器20上形成規(guī)定的磁區(qū)結(jié)構(gòu)。在圖13中所示的狀態(tài)下，從-X側(cè)開始，順次形成磁區(qū)A1、B1、A2、B2。光透過區(qū)34位于磁區(qū)B1的區(qū)域內(nèi)，光射出區(qū)35位于磁區(qū)B2的區(qū)域內(nèi)。在磁區(qū)A1與磁區(qū)B1之間形成疇壁I1。在磁區(qū)B1與磁區(qū)A2之間形成疇壁I2，在磁區(qū)A2與磁區(qū)B2之間形成疇壁I3。疇壁I1～I(xiàn)3分別與YZ平面大體平行。這樣在法拉第旋轉(zhuǎn)器20上形成4磁區(qū)結(jié)構(gòu)，透過光束的光入射區(qū)34與光射出區(qū)35之間的區(qū)域形成由磁區(qū)B1、A2、B2構(gòu)成的3磁區(qū)結(jié)構(gòu)。即，由此在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中基本上形成三磁區(qū)結(jié)構(gòu)。
一邊使永久磁鐵90a～90e和磁軛72相對法拉第旋轉(zhuǎn)器20向±X方向相對移動(dòng)，使形成于法拉第旋轉(zhuǎn)器20上的磁區(qū)結(jié)構(gòu)變化，一邊測定磁光光學(xué)部件的插入損耗。圖14是表示圖13中所示的磁光光學(xué)部件的插入損耗的磁區(qū)結(jié)構(gòu)依賴性的曲線圖。橫軸表示永久磁鐵90c的中心位置的X坐標(biāo)X1(mm)，縱軸表示損耗(dB)。把坐標(biāo)原點(diǎn)選在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的中心位置，使測定波長為1550nm。如圖14所示，在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的光入射區(qū)34與光射出區(qū)35之間形成三磁區(qū)結(jié)構(gòu)的X坐標(biāo)X1的范圍(-0.2mm～0.2mm)中，插入損耗平均值為約0.25dB，比較低，插入損耗的變動(dòng)幅度為約0.19dB，比較低。但在X坐標(biāo)X1為0.3mm左右時(shí)，因?yàn)楫牨贗1穿過光入射區(qū)34，疇壁I3穿過光射出區(qū)35，所以損耗變動(dòng)增大，最大達(dá)到0.9dB左右。
圖15表示在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中形成二磁區(qū)結(jié)構(gòu)的磁光光學(xué)部件的構(gòu)成。在圖15所示的結(jié)構(gòu)中，代替圖13中所示的永久磁鐵90a～90e，配置了±X方向鄰接的二個(gè)永久磁鐵90f、90g。各永久磁鐵90f、90g的±X方向的長度是3mm，±Y方向的寬度是3mm，±Z方向的厚度是2.0mm。永久磁鐵90f的磁化方向是+Z方向，永久磁鐵90g的磁化方向是-Z方向，由永久磁鐵90f、90g在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中形成具有-X側(cè)的磁區(qū)B、+X側(cè)的磁區(qū)A和作為兩磁區(qū)A、B的邊界的疇壁I的二磁區(qū)構(gòu)造。
一邊使永久磁鐵90f、90g和磁軛72相對法拉第旋轉(zhuǎn)器20沿±X方向相對移動(dòng)，使形成在法拉第旋轉(zhuǎn)器20上的磁區(qū)結(jié)構(gòu)變化，一邊測定磁光光學(xué)部件的插入損耗。圖16是表示圖15中所示的磁光光學(xué)部件的插入損耗的磁區(qū)結(jié)構(gòu)依賴性的曲線圖。橫軸表示永久磁鐵90f、90g的邊界面的X坐標(biāo)X1(mm)，縱軸表示損耗(dB)。使測定波長為1550nm。如圖16所示，疇壁I位于光入射區(qū)34與光射出區(qū)35之間，在法拉第旋轉(zhuǎn)器20上形成二磁區(qū)結(jié)構(gòu)的X坐標(biāo)X1的范圍(-0.5＜X1＜0.5)中，插入損耗平均值為約0.90dB，比較高。但插入損耗的變動(dòng)幅度為約0.48dB，比較小。在疇壁I穿過光入射區(qū)34或光射出區(qū)35時(shí)(X1＝-0.5、0.5)，插入損耗變動(dòng)增大。在光入射區(qū)34與光射出區(qū)35之間不存在疇壁I，法拉第旋轉(zhuǎn)器20基本上變成單磁區(qū)結(jié)構(gòu)，法拉第旋轉(zhuǎn)角不產(chǎn)生變化的X坐標(biāo)X1的范圍(X＜-0.5、X＞0.5)中，插入損耗的平均值變低。
圖17表示在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中形成2磁區(qū)構(gòu)造的磁光光學(xué)部件的其它結(jié)構(gòu)。圖17表示向+Z方向看的磁光光學(xué)部件的結(jié)構(gòu)。如圖17所示，兩個(gè)永久磁鐵90f、90g與圖15中所示的結(jié)構(gòu)不同，彼此按±Y方向鄰接的方式配置。借助永久磁鐵90f、90g，在法拉第旋轉(zhuǎn)器20上形成具有-Y側(cè)的磁區(qū)B、+Y側(cè)的磁區(qū)A和作為兩磁區(qū)A、B邊界的疇壁I的二磁區(qū)構(gòu)造。疇壁I與XZ面大致平行。
一邊使永久磁鐵90f、90g和磁軛相對法拉第旋轉(zhuǎn)器20沿±Y方向相對地移動(dòng)，使形成在法拉第旋轉(zhuǎn)器20上的磁區(qū)結(jié)構(gòu)變化，一邊測定磁光光學(xué)部件的插入損耗。圖18是表示圖17中所示的磁光光學(xué)部件的插入損耗的磁區(qū)結(jié)構(gòu)依賴性的曲線圖。橫軸表示永久磁鐵90f、90g的邊界面的Y坐標(biāo)Y1(mm)，縱軸表示損耗(dB)。使測定波長為1550nm。如圖18所示，在光入射區(qū)34和光射出區(qū)35穿過疇壁I時(shí)(Y10)時(shí)，插入損耗變動(dòng)增大，測得最大值(約9.4dB)。插入損耗的變動(dòng)幅度達(dá)到約9.4dB，非常之大。
如圖13至圖18所示，顯然為減少磁光光學(xué)部件的插入損耗的變動(dòng)幅度，必需使疇壁I(I1～I(xiàn)3)不穿過光入射區(qū)34和光射出區(qū)35。并且顯然為降低磁光光學(xué)部件的插入損耗，使光入射區(qū)34和光射出區(qū)35中的磁化方向一致是有效的。在圖13中所示的磁光光學(xué)部件中，因?yàn)椴皇侨鐖D15所示那樣的二磁區(qū)結(jié)構(gòu)，而是在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中形成三磁區(qū)結(jié)構(gòu)，所以使光入射區(qū)34和光射出區(qū)35中的磁化方向一致。
在圖2(圖3)和圖9所示的結(jié)構(gòu)中，光入射區(qū)34和光射出區(qū)35沒有被疇壁I穿過?？墒侨鐖D4和圖10所示那樣，在這些結(jié)構(gòu)中，損耗變動(dòng)比較大。該損耗變動(dòng)被認(rèn)為是因?yàn)楫牨贗(I1、I2)沒有相對法拉第旋轉(zhuǎn)器20的光入射、射出面垂直而產(chǎn)生的。具體地說，疇壁I相對光入射射出面變成傾斜，或者疇壁I不是平面形狀而是曲面形狀時(shí)引起損耗變動(dòng)。這起因于法拉第旋轉(zhuǎn)器20的磁區(qū)A的折射率和磁區(qū)B的折射率稍有不同。也就是說，因?yàn)楣馐鄬Ξ牨贗的入射位置隨著疇壁I移動(dòng)而相對地變化，所以當(dāng)疇壁I是曲面形狀時(shí)，光束相對疇壁I的入射角就不是一定的，光路隨著磁區(qū)A與磁區(qū)B的折射率差而變化。另外疇壁I即使是平面形狀，相對光入射射出面變傾斜時(shí)，因?yàn)楣馐斑M(jìn)方向因被全反射膜30、31反射的次數(shù)而變化，所以光束相對疇壁I的入射角隨著疇壁I的位置而變化，光路發(fā)生變化。在如圖11所示的偏振光控制器2″中，著手于磁路的結(jié)構(gòu)，使疇壁I成為平面形狀，并使其相對光入射和射出面垂直。借此可以如圖12所示那樣減少損耗變動(dòng)。
第3實(shí)施方式接著用圖19和圖20說明本發(fā)明第3實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件。圖19表示作為本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件的偏振光控制器3的結(jié)構(gòu)。而圖20表示偏振光控制器3的要部結(jié)構(gòu)。在圖19和圖20中，選取與圖1和圖2相同的坐標(biāo)系。圖20(a)表示從+Y方向看的偏振光控制器3的要部的構(gòu)造，圖20(b)表示從-Z方向看偏振光控制器3的要部的結(jié)構(gòu)。如圖19和圖20(a)、(b)所示那樣，在本實(shí)施方式中，光入射區(qū)34和光射出區(qū)35共同配置在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的一個(gè)表面22側(cè)。表面22中的光束入射的光入射區(qū)34附近形成無反射膜32(在圖20(b)未示出)，在光束射出的光射出區(qū)35附近形成無反射膜33(在圖20(b)中未示出)。在表面22的其它部分上形成全反射膜30(在圖6(b)中未示出)。在另一表面23的幾乎整體上形成全反射膜31。
如圖19所示，從輸入用單模光纖50作為發(fā)散光射出的光經(jīng)透鏡54變換成平行光后入射到法拉第旋轉(zhuǎn)器20的光入射區(qū)34上。向法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)入射的光一邊被全反射膜31、30交替反射，一邊通過法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)，從光射出區(qū)35射出，經(jīng)透鏡56會(huì)聚在輸出用單模光纖52中。在圖20中，表示作為平行光的光束的中心軸上的光路L2，從光路L2向-X方向偏移的光路L1、和從光路L2向+X方向偏移的光路L3。
另外，偏振光控制器3具有包括“C”字狀磁軛42、和卷繞在磁軛42上的線圈44的電磁鐵40。磁軛42的一個(gè)端部42a按其頂端與全反射膜30的背面相對的方式接近全反射膜30的背面配置。磁軛42的另一端部42b按使其頂端與全反射膜31的背面相對的方式接近全反射膜31的背面配置。在端部42b頂端的圖19中左側(cè)埋入永久磁鐵47，在端部42b頂端的圖19中右側(cè)埋入永久磁鐵46。端部42b的頂端面42d、永久磁鐵46的表面46a和永久磁鐵47的表面47a大體上配置在同一平面內(nèi)。永久磁鐵46、47的磁化方向都是+Z方向。永久磁鐵46、47也可以分別直接與磁軛42的端部42b接觸，也可以通過粘合劑層等分別接近端部42b而配置。端部42a的頂端面42c和端部42b的頂端面42d夾著法拉第旋轉(zhuǎn)器20互相面對地配置。
法拉第旋轉(zhuǎn)器20面對永久磁鐵47的區(qū)域變成通過+Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A1。法拉第旋轉(zhuǎn)器20面對永久磁鐵46的區(qū)域變成通過與磁區(qū)A同方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A2。在磁區(qū)A1的區(qū)域與磁區(qū)A2的區(qū)域之間的區(qū)域變成通過與磁區(qū)A1、A2反向(-Z方向)的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B1。在磁區(qū)A1的區(qū)域與磁區(qū)B1的區(qū)域之間形成疇壁I1，在磁區(qū)A2的區(qū)域與磁區(qū)B1的區(qū)域之間形成疇壁I2。在此，光入射區(qū)34位于磁區(qū)A1的區(qū)域內(nèi)，光射出區(qū)35位于磁區(qū)A2的區(qū)域內(nèi)。并且施加在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的磁區(qū)B1的區(qū)域的-Z方向的磁場分量在疇壁I1與疇壁I2的中間部(法拉第旋轉(zhuǎn)器20的中央部)最強(qiáng)，越靠近疇壁I1、I2就越弱。在疇壁I1、I2處，施加磁場的Z方向分量變成0。
當(dāng)在電磁鐵40的線圈44中流過電流時(shí)，形成通過磁軛42和法拉第旋轉(zhuǎn)器20的閉磁路，對被磁軛42的二個(gè)頂端面42c、42d夾著的區(qū)域附近的法拉第旋轉(zhuǎn)器20施加例如+Z方向的磁場。由此，施加磁場的Z方向分量變成0的邊界區(qū)域向法拉第旋轉(zhuǎn)器20的中央部移動(dòng)。也就是說，二個(gè)疇壁I1、I2分別向互相接近的方向移動(dòng)，磁區(qū)B1區(qū)域的寬度根據(jù)施加磁場的強(qiáng)度而變窄。另外，在電磁鐵40的線圈44中流過反向的電流時(shí)，在被軛鐵42的二個(gè)頂端面42c、42d夾著的區(qū)域附近的法拉第旋轉(zhuǎn)器20上施加-Z方向的磁場。借此施加磁場的Z方向分量變成0的邊界區(qū)域向離開法拉第旋轉(zhuǎn)器20的中央部的方向移動(dòng)。也就是說，二個(gè)疇壁I1、I2分別向互相遠(yuǎn)離的方向移動(dòng)，磁區(qū)B1區(qū)域的寬度根據(jù)施加磁場的強(qiáng)度而變寬。在本例的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)槭勾跑?2的二個(gè)頂端面42c、42d比較接近地配置，所以能用小電流施加所希望的強(qiáng)度的磁場。
光在法拉第旋轉(zhuǎn)器20內(nèi)傳輸時(shí)產(chǎn)生的偏振光旋轉(zhuǎn)角，與通過+Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A1、A2內(nèi)的光程和通過-Z方向磁化構(gòu)成的磁區(qū)B1內(nèi)的光程的差成比例。因此與第2實(shí)施方式相同，一邊保持光入射區(qū)34位于磁區(qū)A1內(nèi)，光射出區(qū)35位于磁區(qū)A2內(nèi)這種狀態(tài)，一邊通過電磁鐵40施加可變磁場，使疇壁I1、I2移動(dòng)，借此可使偏振光旋轉(zhuǎn)角可變。從而可以使入射在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中的光束的偏振光面只旋轉(zhuǎn)所希望的角度而射出。
按照本實(shí)施方式，與第2實(shí)施方式同樣，可以實(shí)現(xiàn)小型、低電力消耗電力且高速而低價(jià)格的磁光光學(xué)部件。
第4實(shí)施方式接著用圖21和圖22說明本發(fā)明第4實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件。針對用于PMD補(bǔ)償器的偏振光控制器，需要的是對所謂的偏光變動(dòng)不用連續(xù)地飽和就能跟蹤的無限跟蹤型(參照非專利文獻(xiàn)1)。在無限跟蹤型偏振光控制器中，一般必需多個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器(可變法拉第旋轉(zhuǎn)器)和配置在各法拉第旋轉(zhuǎn)器之間的多個(gè)1/4波長片。
圖21表示作為本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件的偏振光控制器4的要部結(jié)構(gòu)。在圖21中，選擇與圖1和圖2(a)、(b)同樣的坐標(biāo)系。如圖21所示，本實(shí)施方式的偏振光控制器4具有1個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器21。法拉第旋轉(zhuǎn)器21具有大致長方體的形狀，并具有共同平行于XY面的表面22、23。一個(gè)表面22中在入射光束的光入射區(qū)34附近形成無反射膜32，在光束射出的光射出區(qū)35附近形成無反射膜33。在表面22的其它部分形成全反射膜30。并且另一表面23中在光束射出的光射出區(qū)38和光束入射的光入射區(qū)39附近形成無反射膜36，在表面23的其它部分形成全反射膜31a、31b。
從光入射區(qū)34入射到法拉第旋轉(zhuǎn)器21上的光束，被全反射膜31a、30交替反射后從光射出區(qū)38一次射出。從光射出區(qū)38射出的光束通過1/4波長片60被反射板62反射，從光入射區(qū)39再次入射到法拉第旋轉(zhuǎn)器21中。從光入射區(qū)39再次入射到法拉第旋轉(zhuǎn)器21上的光束被全反射膜30、31b交替反射后從光射出區(qū)35射出。
在法拉第旋轉(zhuǎn)器21上通過圖中未示出的永久磁鐵施加預(yù)定的磁場。借此法拉第旋轉(zhuǎn)器21的光入射區(qū)34附近的區(qū)域變成通過+Z方向磁化構(gòu)成的磁區(qū)A1。法拉第旋轉(zhuǎn)器21的光射出區(qū)38和光入射區(qū)39附近的區(qū)域變成通過與磁區(qū)A1同方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A2。法拉第旋轉(zhuǎn)器21的光射出區(qū)35附近的區(qū)域變成通過與磁區(qū)A1、A2同方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A3。在法拉第旋轉(zhuǎn)器21的磁區(qū)A1與磁區(qū)A2之間的區(qū)域變成通過與磁區(qū)A1、A2、A3反向(-Z方向)的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B1。法拉第旋轉(zhuǎn)器21的磁區(qū)A2和磁區(qū)A3之間的區(qū)域形成通過與磁區(qū)B1同方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B2。在磁區(qū)A1區(qū)域與磁區(qū)B1區(qū)域之間形成疇壁I1，在磁區(qū)A2區(qū)域與磁區(qū)B1區(qū)域之間形成疇壁I2。在磁區(qū)A2區(qū)域與磁區(qū)B2區(qū)域之間形成疇壁I3，在磁區(qū)A3區(qū)域與磁區(qū)B2區(qū)域之間形成疇壁I4。
當(dāng)通過圖中未示出的電磁鐵在磁區(qū)B1區(qū)域附近施加預(yù)定強(qiáng)度的+Z方向的磁場時(shí)，疇壁I1、I2向互相接近的方向移動(dòng)，磁區(qū)B1的寬度根據(jù)施加磁場的強(qiáng)度而變窄。同樣地，當(dāng)在磁區(qū)B2區(qū)域附近施加預(yù)定強(qiáng)度的+Z方向的磁場時(shí)，疇壁13、14向互相接近的方向移動(dòng)，磁區(qū)B2的寬度根據(jù)施加磁場的強(qiáng)度而變窄。
光在法拉第旋轉(zhuǎn)器21內(nèi)傳輸時(shí)產(chǎn)生的偏振光旋轉(zhuǎn)角，與通過+Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A(A1、A2、A3)內(nèi)的光程和通過-Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B(B1、B2)內(nèi)的光程的差成比例。因此在一邊保持光入射區(qū)34位于磁區(qū)A1內(nèi)，光射出區(qū)38和光入射區(qū)39位于磁區(qū)A2內(nèi)，光射出區(qū)35位于磁區(qū)A3內(nèi)這種狀態(tài)，一邊通過利用電磁鐵例如沿+Z方向施加可變磁場，使疇壁I1、I2、I3、I4移動(dòng)，改變磁區(qū)B1、B2的寬度，由此使磁區(qū)A內(nèi)的光程與磁區(qū)B內(nèi)的光程的差變化，從而可使偏振光旋轉(zhuǎn)角可變。在本實(shí)施方式中，一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器21的圖中左側(cè)部分和圖中右側(cè)部分成為分別的法拉第旋轉(zhuǎn)器而發(fā)揮作用。如果用另一個(gè)反射片使從光射出區(qū)35射出的光束反射，再入射到法拉第旋轉(zhuǎn)器21中的話，則可以使一個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器21作為3個(gè)(或三個(gè)以上)的法拉第旋轉(zhuǎn)器而發(fā)揮作用。因此可以用1個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器21構(gòu)成無限跟蹤型偏振光控制器。另外按照本實(shí)施方式，可以與第2實(shí)施方式同樣地實(shí)現(xiàn)小型、低電力消耗電力且高速而低價(jià)格的磁光光學(xué)部件。
圖22表示本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件結(jié)構(gòu)的變形例。如圖22所示，本變形例的偏振光控制器4′具有例如2個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器20a、20b。二個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器20a、20b以使法拉第旋轉(zhuǎn)器20a的光射出區(qū)35a和法拉第旋轉(zhuǎn)器20b的光入射區(qū)34b夾持著1/4波長片60而面對的方式配置。從法拉第旋轉(zhuǎn)器20a的光射出區(qū)35a射出的光透過1/4波長片60后，入射至法拉第旋轉(zhuǎn)器20b的光入射區(qū)34b。法拉第旋轉(zhuǎn)器20a具有共同與XY面平行且互相面對的表面22a、23a。一個(gè)表面22a中在來自帶透鏡的光纖58的光射入的光入射區(qū)34a附近形成無反射膜32a，在表面22a的其它部分形成全反射膜30a。另一表面23a中在光射出區(qū)35a附近形成無反射膜33a，在表面23a的其它部分形成全反射膜31a。在法拉第旋轉(zhuǎn)器20a上施加可變磁場的電磁鐵的磁軛的一個(gè)端部42a以使其頂端面42c與全反射膜30a的背面相對的方式鄰近全反射膜30a的背面而配置。磁軛的另一端部42b以其頂端面42d與全反射膜31a的背面相對的方式鄰近全反射膜31a的背面而配置。端部42a的頂端面42c和端部42b的頂端面42d以夾持著法拉第旋轉(zhuǎn)器20a而互相面對的方式配置。
在端部42a的+X方向配置永久磁鐵67a，在端部42a的-X方向配置永久磁鐵68a。永久磁鐵67a的磁化方向是+Z方向，永久磁鐵68a的磁化方向是-Z方向。并且，在端部42b的-X方向配置永久磁鐵69a，在永久磁鐵69a的進(jìn)一步-X方向配置永久磁鐵66a。永久磁鐵69a的磁化方向是-Z方向，永久磁鐵66a的磁化方向是+Z方向。法拉第旋轉(zhuǎn)器20a的光入射區(qū)34a附近的區(qū)域變成通過+Z方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A1，光射出區(qū)35a附近的區(qū)域變成與磁區(qū)A1相同方向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)A2。磁區(qū)A1與磁區(qū)A2之間的區(qū)域變成通過與磁區(qū)A1、A2反向的磁化構(gòu)成的磁區(qū)B1。在磁區(qū)A1與磁區(qū)B1之間形成疇壁I1，在磁區(qū)B1與磁區(qū)A2之間形成疇壁I2。在本例的構(gòu)成中，結(jié)果是，永久磁鐵66a與磁區(qū)A1對應(yīng)配置，永久磁鐵68a、69a對應(yīng)磁區(qū)B1配置，永久磁鐵67a對應(yīng)磁區(qū)A2配置。
法拉第旋轉(zhuǎn)器20b具有共同平行于XY面并互相面對的表面22b、23b。一個(gè)表面22b中在光入射區(qū)34b附近形成無反射膜32b，在表面22b的其它部分形成全反射膜30b。另一表面23b中在帶有透鏡的光纖59一側(cè)，在光射出的光射出區(qū)35b附近形成無反射膜33b，在表面23b的其它部分形成全反射膜31b。在法拉第旋轉(zhuǎn)器20b上施加可變磁場的電磁鐵的磁軛的一個(gè)端部42e以使其頂端面42g與全反射膜30b的背面相對的方式，接近全反射膜30b的背面而配置。磁軛的另一端部42f以使其頂端面42h與全反射膜31b的背面相對的方式接近全反射膜31b的背面而配置。端部42e的頂端面42g與端部42f的頂端面42h夾持著法拉第旋轉(zhuǎn)器20b而互相面對地配置。
永久磁鐵67b配置在端部42e的+X方向，永久磁鐵68b配置在端部42e的-X方向。永久磁鐵67b的磁化方向是+Z方向，永久磁鐵68b的磁化方向是-Z方向。另外，在端部42f的-X方向配置永久磁鐵69b，并且進(jìn)一步在永久磁鐵69b的-X方向配置永久磁鐵66b。永久磁鐵69b的磁化方向是-Z方向。永久磁鐵66b的磁化方向是+Z方向。法拉第旋轉(zhuǎn)器20b的光入射區(qū)34b附近的區(qū)域變成通過+Z方向磁化構(gòu)成的磁區(qū)A3，光射出區(qū)35b附近的區(qū)域變成通過與磁區(qū)A3同方向磁化構(gòu)成的磁區(qū)A4。磁區(qū)A3與磁區(qū)A4之間的區(qū)域變成通過與磁區(qū)A3、A4反方向磁化構(gòu)成的磁區(qū)B2。在磁區(qū)A3與磁區(qū)B2之間形成疇壁I3，在磁區(qū)B2與磁區(qū)A4之間形成疇壁I4。在本例的構(gòu)成中，結(jié)果是，對應(yīng)磁區(qū)A3配置永久磁鐵66b，對應(yīng)磁區(qū)B2配置永久磁鐵68b、69b，對應(yīng)磁區(qū)A4配置永久磁鐵67b。
雖然本變形例的偏振光控制器4′與圖21所示的偏振光控制器4相比，必需二個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器20a、20b，但不需要求精正確調(diào)整角度的反射片62。因此偏振光控制器4′具有組裝容易，并實(shí)現(xiàn)小型化的優(yōu)點(diǎn)。另外雖然偏振光控制器4′是具有二個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器20a、20b的二段式結(jié)構(gòu)，但也可以通過用三個(gè)或以上的法拉第旋轉(zhuǎn)器構(gòu)成三段或以上的多段結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施方式中以偏振光控制器4、4′為例舉例說明磁光光學(xué)部件，然而通過在各個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器的前后配置偏振器振器連接成多段，也可實(shí)現(xiàn)利用偏振光旋轉(zhuǎn)角的波長依賴性的可變?yōu)V光器，本實(shí)施方式通過利用多次反射可使偏振光旋轉(zhuǎn)角的可變幅度容易地變寬，所以也適用于作為可變?yōu)V光器。
第5實(shí)施方式接著用圖23就本發(fā)明第5實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件進(jìn)行說明。雖然在至此為止的實(shí)施方式中，是以使用電磁鐵的可變磁光光學(xué)部件為例舉例的，但本發(fā)明不限于此。例如也可以不用電磁鐵，通過調(diào)整永久磁鐵的位置，將偏振光旋轉(zhuǎn)角調(diào)整到最佳值后，固定該永久磁鐵，由此也適用于光隔離器或光循環(huán)器。采用該結(jié)構(gòu)，可以降低插入損耗，并且能微調(diào)偏振光旋轉(zhuǎn)角，因此可實(shí)現(xiàn)隔離性能高的高性能二段式光隔離器、光循環(huán)器。作為具體的構(gòu)成，例如可以在磁光晶體的前后配置偏振器，可以應(yīng)用訖今公知的偏振器和法拉第旋轉(zhuǎn)器的元件組合。也可以通過移動(dòng)永久磁鐵，而可移動(dòng)磁區(qū)。
圖23表示作為本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件的光隔離器5的結(jié)構(gòu)。如圖23所示，按照本實(shí)施方式，例如對于圖21中所示的結(jié)構(gòu)，用偏振器81替換1/4波長片60，并在無反射膜32之前(光入射側(cè))和無反射膜33之后(光射出側(cè))進(jìn)一步分別配置偏振器80、82。在與法拉第旋轉(zhuǎn)器21的表面23中圖中左側(cè)區(qū)域面對的位置上從左開始順次配置永久磁鐵84、85。永久磁鐵84的磁化方向是+Z方向，永久磁鐵85的磁化方向是-Z方向。在與法拉第旋轉(zhuǎn)器21的表面23中圖中右側(cè)區(qū)域面對的位置上從左開始順次配置永久磁鐵87、88。永久磁鐵87內(nèi)部的磁通方向是-Z方向，永久磁鐵88內(nèi)部的磁通方向是+Z方向。并且在與法拉第旋轉(zhuǎn)器21的表面22中中央部附近面對的位置上配置永久磁鐵86。永久磁鐵86的磁化方向是+Z方向。各永久磁鐵84、85、86、87和88在調(diào)整位置后固定，使法拉第旋轉(zhuǎn)器21內(nèi)的疇壁I1、I2、I3和I4配置在所希望的位置上。按照本變形例，因?yàn)橹挥靡粋€(gè)磁光晶體就能實(shí)現(xiàn)2段式光隔離器或光循環(huán)器，所以可以達(dá)到組裝簡化和低成本化。同樣也可實(shí)現(xiàn)3段式或以上的光隔離器或光旋轉(zhuǎn)循環(huán)器。
另外，作為能利用在第1至第5實(shí)施方式中的磁光晶體，必需在相對表面22、23垂直的方向上有易磁化軸。這是因?yàn)殡m然在上述實(shí)施方式中，針對外部磁場儀就對表面22、23垂直方向的分量(Z方向分量)進(jìn)行了說明，但在具有這樣的垂直磁化性的磁光學(xué)晶體中，垂直方向的分量的磁場大致上決定了磁區(qū)結(jié)構(gòu)。雖然也存在與表面22、23平行的面內(nèi)方向的磁場分量(X方向分量和Y方向分量)，但對磁區(qū)結(jié)構(gòu)影響不大。
第6實(shí)施方式接著用圖24說明本發(fā)明第6實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件。圖24表示作為本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件的偏振光控制器6的結(jié)構(gòu)。在圖24中采用與圖1和圖2相同的坐標(biāo)系。如圖24所示，本實(shí)施方式的偏振光控制器6具有1個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器24。在本實(shí)施方式中，如后所述，采用使磁化旋轉(zhuǎn)而控制偏振光旋轉(zhuǎn)角的磁化旋轉(zhuǎn)方式。因此，法拉第旋轉(zhuǎn)器24用通過在1000℃上下的溫度下進(jìn)行數(shù)小時(shí)左右的熱處理而使生長感應(yīng)磁各向異性消失的磁性石榴石單晶膜制作。
偏振光控制器6具有永久磁鐵46、47、包括磁軛(在圖24中只示出磁軛的兩端部42a、42b)和卷繞在磁軛上的線圈的電磁鐵。永久磁鐵46配置在法拉第旋轉(zhuǎn)器24的-X方向，永久磁鐵47配置在法拉第旋轉(zhuǎn)器24的+X方向。永久磁鐵46、47的磁化方向均是+X方向。電磁鐵的磁軛的一個(gè)端部42a以使其頂端面42c與在法拉第旋轉(zhuǎn)器24的一個(gè)表面上形成的全反射膜30的背面相對的方式接近全反射膜30的背面而配置。磁軛的另一端部42b以使其頂端面42d與在法拉第旋轉(zhuǎn)器24的另一表面上形成的全反射膜31的背面相對的方式接近全反射膜31的背面而配置。端部42a的頂端面42c和端部42b的頂端面42d以夾持著法拉第旋轉(zhuǎn)器24而互相面對的方式配置。
在電磁鐵的線圈中不流過電流時(shí)，對法拉第旋轉(zhuǎn)器24通過永久磁鐵46、47以飽和磁場以上的強(qiáng)度施加+X方向的磁場。因此，法拉第旋轉(zhuǎn)器24在+X方向磁化，處在飽和磁化的狀態(tài)。因?yàn)榉ɡ谛D(zhuǎn)角取決于磁化的Z方向分量，所以在線圈中不流過電流時(shí)的法拉第旋轉(zhuǎn)角大致是0°。當(dāng)在線圈中流過電流時(shí)，被法拉第旋轉(zhuǎn)器24的磁軛兩端部42a、42b夾著的區(qū)域由電磁鐵施加例如+Z方向的可變磁場。即，施加在法拉第旋轉(zhuǎn)器24的該區(qū)域上的外部磁場為由永久磁鐵46、47施加的+X方向的磁場和由電磁鐵施加的+Z方向的可變磁場的合成磁場。通過使在線圈中流動(dòng)的電流變化，使具有飽和磁場以上強(qiáng)度的合成磁場的方向變化，由此在被法拉第旋轉(zhuǎn)器24的磁軛兩端部42a、42b夾著的區(qū)域中，一邊維持飽和磁化的狀態(tài)，一邊改變磁化的方向(圖中的箭頭a)，使磁化的Z方向分量變化。因?yàn)榉ɡ谛D(zhuǎn)角隨著磁化的Z方向分量變化，所以通過控制在線圈中流動(dòng)的電流，可以調(diào)整法拉第旋轉(zhuǎn)角。在此，在法拉第旋轉(zhuǎn)器24的光入射區(qū)34和光射出區(qū)35附近的區(qū)域中，幾乎不施加電磁鐵產(chǎn)生的磁場。因此在光入射區(qū)34和光射出區(qū)35附近的區(qū)域中的磁化方向(圖中的箭頭b)都保持+X方向。
在本實(shí)施方式中，法拉第旋轉(zhuǎn)器24的光入射區(qū)34附近的區(qū)域中的磁化方向與光射出區(qū)35附近的區(qū)域中的磁化方向變成相同。因此，由于在作為平行光的光束的全部光路中偏振光旋轉(zhuǎn)角是相同的，所以在通過法拉第旋轉(zhuǎn)器24后會(huì)聚于輸出用光纖中時(shí)不產(chǎn)生衍射損耗。并且在本實(shí)施方式中，在法拉第旋轉(zhuǎn)器24上不存在疇壁I。因此，由于疇壁I當(dāng)然也不穿過光入射區(qū)34和光射出區(qū)35，所以可以使插入損耗的變動(dòng)幅度變小。因此本實(shí)施方式的磁光光學(xué)部件可以適用于要求損耗低和損耗變動(dòng)幅度小的偏振光控制器。
另外，在本實(shí)施方式中，因?yàn)榇跑椀膬啥瞬?2a、42b分別接近全反射膜30、31配置，所以可以有效地在法拉第旋轉(zhuǎn)器24上施加可變磁場，可以使磁光光學(xué)部件小型化，電力低消耗化。并且在本實(shí)施方式中，因?yàn)榉ɡ谛D(zhuǎn)器24通常在飽和磁化區(qū)域中使用，所以可以不產(chǎn)生滯后而再現(xiàn)性良好地使偏振光旋轉(zhuǎn)角變化。
本實(shí)施方式中采用了小型化和低電力消耗化比較困難的磁化旋轉(zhuǎn)方式。但是，因?yàn)樵诒緦?shí)施方式中，通過多次反射而使法拉第旋轉(zhuǎn)器24內(nèi)的光程變長，所以即使磁化的旋轉(zhuǎn)角度小，也能獲得大的偏振光旋轉(zhuǎn)角，并能獲得偏振光旋轉(zhuǎn)角寬的可變范圍。因此，按照本實(shí)施方式，即使用磁化旋轉(zhuǎn)方式，也能實(shí)現(xiàn)比較小型和低電力消耗的磁光光學(xué)部件。
另外，在上述第1至第6實(shí)施方式中，必需使光束的束徑小到多重反射的光束不互相重疊的程度。但是，因?yàn)楫?dāng)束徑變小時(shí)，光束因衍射而容易擴(kuò)展，所以必須設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?。雖然適當(dāng)?shù)氖鴱街凳艽殴饩w的厚度、光向磁光晶體的入射角度等左右，但實(shí)用上40～100μm左右的束徑是合適的。作為使用這樣小的束徑的光束的光學(xué)系統(tǒng)，除了可以應(yīng)用如圖5和圖19所示那樣的光纖50、52和透鏡54、56分開配置的光學(xué)系統(tǒng)以外，也可應(yīng)用采用了如圖22所示那樣使透鏡和光纖一體化的帶透鏡的光纖58、59或通過加熱使光纖的頂端部分的芯擴(kuò)大的芯擴(kuò)大型光纖等的光學(xué)系統(tǒng)。帶透鏡光纖58、59或芯擴(kuò)大型的光纖與分開配置透鏡的場合相比，適于小型化，還或使組裝簡易。
另外，在本說明書中的“磁光光學(xué)部件”不僅指由磁光晶體、磁場施加機(jī)構(gòu)等構(gòu)成的元件式部件，而且指根據(jù)需要包括透鏡、光波導(dǎo)機(jī)構(gòu)(光纖或光波導(dǎo))、用于流過電流的電極和容納它們的筐體等的部件。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，可以有各種變型。
例如雖然在上述實(shí)施方式中，作為磁光光學(xué)部件是以偏振光控制器和光調(diào)制器等為例說明的，但本發(fā)明不限于此。也可適用于通過使在電磁鐵40的線圈44中流過的電流變化，可變地控制光的衰減量的可變光衰減器等其它的磁光光學(xué)部件。在將例如圖5所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于可變光衰減器時(shí)，也可以在透鏡54與法拉第旋轉(zhuǎn)器20之間配置偏振器，在法拉第旋轉(zhuǎn)器20與透鏡56之間配置檢偏器。
另外，如果能在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中形成與上述實(shí)施方式同樣的磁區(qū)構(gòu)造，按任何方式配置永久磁鐵都可以。例如也可以使具有互相反向的磁極的二個(gè)永久磁鐵鄰近而分別配置在端部42a、42b的各頂端上。
另外，雖然上述實(shí)施方式中是舉永久磁鐵46、47接觸(接近)磁軛42而配置的例子說明的，但本發(fā)明不限于此。例如使永久磁鐵46、47離開磁軛42，分別在法拉第旋轉(zhuǎn)器20的±X方向上配置，在法拉第旋轉(zhuǎn)器20中形成與上述實(shí)施方式相同的磁區(qū)構(gòu)造也可以。
雖然在上述實(shí)施方式中，作為法拉第旋轉(zhuǎn)器以用LPE法生長的磁性石榴石單晶膜為例子說明的，但本發(fā)明不限于此。例如也可以用熔融法，F(xiàn)Z法，固相法等制作的磁性石榴石或正鐵氧體等。
權(quán)利要求
1.一種磁光光學(xué)部件，其特征在于，包括具有對置的第1和第2表面的磁光晶體；配置在上述磁光晶體的上述第1表面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚系牡?全反射部；配置在上述磁光晶體的上述第2表面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚系牡?全反射部；光向上述磁光晶體入射的光入射區(qū)；被上述第1和第2全反射部交替反射的上述光從上述磁光晶體射出的光射出區(qū)；以使在上述光入射區(qū)和上述光射出區(qū)中不存在疇壁的方式對上述磁光晶體施加磁場的磁場施加機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述磁場施加機(jī)構(gòu)以使在上述光入射區(qū)和上述光射出區(qū)中的磁化方向一致的方式對上述磁光晶體施加磁場。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述光入射區(qū)配置在上述第1表面上，上述光射出區(qū)配置在上述第2表面上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述光入射區(qū)和上述光射出區(qū)都配置在上述第1表面上。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述磁光晶體具有預(yù)定的易磁化軸，包括通過平行于上述易磁化軸的單方向磁化而構(gòu)成的磁區(qū)A和通過與上述磁區(qū)A的磁化方向相反方向的磁化而構(gòu)成的磁區(qū)B。
6.如權(quán)利要求5所述的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述磁場施加機(jī)構(gòu)包括使施加在上述磁光晶體上的上述預(yù)定方向的磁場分量為0的位置可變的電磁鐵、和分別與形成于上述磁光晶體上的多個(gè)磁區(qū)對應(yīng)而每個(gè)至少各配置1個(gè)的永久磁鐵。
7.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述磁場施加機(jī)構(gòu)包括在上述磁光晶體上施加固定磁場的至少一個(gè)永久磁鐵、和在上述磁光晶體上施加與上述固定磁場的方向不同的方向的可變磁場的電磁鐵，以使上述可變磁場與上述固定磁場的合成磁場具有上述磁光晶體的飽和磁場以上的強(qiáng)度的方式，使上述可變磁場的強(qiáng)度變化，使上述磁光晶體的磁化方向變化。
8.一種磁光光學(xué)部件，其特征在于，包括具有對置的第1和第2表面的磁光晶體；配置在上述磁光晶體的上述第1表面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚系牡?全反射部；配置在上述磁光晶體的上述第2表面?zhèn)鹊闹辽僖徊糠稚系牡?全反射部；光向上述磁光晶體入射的光入射區(qū)；被上述第1和第2全反射部表面交替反射的上述光從上述磁光晶體射出的光射出區(qū)；磁場施加機(jī)構(gòu)，該磁場施加機(jī)構(gòu)包括在上述磁光晶體上施加可變磁場的電磁鐵和在上述磁光晶體上施加固定磁場的至少一個(gè)永久磁鐵，其中該電磁鐵包括具有接近上述第1全反射部背面配置的一個(gè)端部和接近上述第2全反射部背面配置的另一端部的磁軛、和卷繞在上述磁軛上的線圈。
9.如權(quán)利要求8所述的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述磁光晶體具有預(yù)定的易磁化軸，包括通過平行于上述易磁化軸的單方向磁化而構(gòu)成的磁區(qū)A和通過與上述磁區(qū)A的磁化方向相反方向的磁化而構(gòu)成的磁區(qū)B。
10.如權(quán)利要求8所述的磁光光學(xué)部件，其特征在于上述可變磁場的方向與上述固定磁場的方向互相不同，上述磁場施加機(jī)構(gòu)以使上述可變磁場與上述固定磁場的合成磁場具有上述磁光晶體的飽和磁場以上的強(qiáng)度的方式使上述可變磁場的強(qiáng)度變化，使上述磁光晶體的磁化方向變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁光光學(xué)部件，以提供小型、低電力消耗、并制造容易的磁光光學(xué)部件為目的。其結(jié)構(gòu)是，包括具有大致互相平行的表面(22、23)并具有Z方向的易磁化軸的法拉第旋轉(zhuǎn)器(20)、形成于表面(22)一部分上的全反射膜(30)、形成在表面(23)的一部分上的全反射膜(31)、光入射在法拉第旋轉(zhuǎn)器(20)上的光入射區(qū)(34)、由全反射膜(31、30)交替反射的光從法拉第旋轉(zhuǎn)器(20)射出的光射出區(qū)(35)、永久磁鐵和使施加在法拉第旋轉(zhuǎn)器(20)上的磁場分量為0的位置可變的電磁鐵，所述永久磁鐵以在法拉第旋轉(zhuǎn)器(20)上形成預(yù)定的磁區(qū)結(jié)構(gòu)并使在光入射區(qū)(34)和光射出區(qū)(35)中的磁化方向一致的方式對法拉第旋轉(zhuǎn)器(20)施加Z方向的磁場分量。
文檔編號G02F1/09GK1601333SQ20041008747
公開日2005年3月30日 申請日期2004年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者巖塚信治 申請人:Tdk株式會(huì)社