磁光光学部件的制作方法

专利名称：磁光光学部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁光光学部件，特别是涉及偏振光控制器或光调制器，可变光衰减器、光隔离器、光循环器等磁光光学部件。
背景技术：
在传送速度40Gbps的高速光通讯中，偏振模色散变成主要的传送劣化要因之一。为此近年来补偿偏振模色散的影响的偏振模色散(PMD)补偿器的研究正在活跃地进行。作为PMD补偿器的主要构成器件之一，有控制光偏振状态的偏振光控制器。如在非专利文献1中所公开的那样，作为构成偏振光控制器的光学器件，铌酸锂(LN)或液晶等、光纤スクイ一ザ、可变法拉第旋转器等是公知的。特别是因为用可变法拉第旋转器的偏振光控制器，其响应时间相当短，达到数百μsec，构造也由石榴石晶体构成，所以插入损耗、偏振光相关损耗(PDL)等光学特性和可靠性也能得到与过去的被动模件(module)相同程度的特性。因此，如用可变法拉第旋转器，则与其它器件相比，可构成获得均衡的偏振光控制器(参照非专利文献1)。可变法拉第旋转器包括磁光晶体，以及在磁光晶体上施加磁场的电磁铁。通过使在电磁铁中流过的电流量变化，控制施加在磁光晶体上的磁场强度，就可以通过使磁光晶体的磁化强度变化来控制法拉第旋转角。
在例如专利文献1中公开了控制施加在磁光晶体上的磁场的方法。现用图25就该磁场控制方法进行说明。图25(a)表示可变光衰减器，该可变光衰减器包括法拉第旋转器(磁光晶体)113和偏振器112。另外，该可变光衰减器具有在与相对法拉第旋转器113互相正交的方向施加磁场的永久磁铁114和电磁铁115，以及对电磁铁115供给驱动电流的可变电流源116。
由永久磁铁114施加在法拉第旋转器113上的磁场方向与法拉第旋转器113中的光束117的透射方向平行，由电磁铁115施加在法拉第旋转器113上的磁场方向与由法拉第旋转器113中的永久磁铁114产生的磁场施加方向和光束117的透射方向垂直。
在图25(b)中，箭头102、105是表示法拉第旋转器113内的磁化方向及其大小的矢量，箭头101、103是表示从外部施加的施加磁场方向和大小的矢量，箭头104是表示由箭头101、103表示的两个磁场的合成磁场的方向和大小的矢量。图中Z方向是法拉第旋转器113中光的传播方向，X方向与Z方向正交。法拉第旋转器113由外部永久磁铁114产生的Z方向的磁场101变成饱和磁化102的状态。接着当由电磁铁115施加X方向的磁场103时，外部磁场变成合成磁场104，法拉第旋转器113变成磁化105的状态。该磁化105的大小与饱和磁化102的大小相同，因此法拉第旋转器113处在饱和磁化状态。
这样，通过永久磁铁114在法拉第旋转器113上预先施加Z方向的磁场101，使法拉第旋转器113变成饱和磁化状态，再通过电磁铁115在法拉第旋转器113上施加X方向的磁场103。然后通过二个磁场101、103的合成磁场104使法拉第旋转器113的磁化方向从磁化102到磁化105只旋转角度θ，控制Z方向的磁化分量106的大小。法拉第旋转角根据该磁化分量106的大小而变化，在该方法的场合，因为法拉第旋转器113常在饱和磁化区使用，所以具有能不产生滞后而再现性好地使法拉第旋转角变化的特征。
然而，在专利文献1中记载的磁场施加方法中，为了在由永久磁铁114施加磁场101的状态下使磁化一致地旋转，而必需加强由电磁铁115施加的磁场103。为此必需使电磁铁115大型化，或者使电磁铁115中流过大电流，引起难以使磁光光学部件小型化、电力消耗低的问题。
另外，法拉第旋转器113采用通过液相外延(LPE)法长成的磁性石榴石单晶膜制作。因为当使光在沿磁性石榴石单晶膜的膜生长面的方向透过时，消光比等特性下降，所以一般使光在垂直于膜生长面的方向透过。可是在这时，与法拉第旋转器113的膜生长面垂直方向的厚度最大是400μm左右，获得的法拉第旋转角是45°左右。因此对于需要180度以上的偏振光旋转角可变幅度的偏振光控制器而言，必需用多个(通常6个～8个)法拉第旋转器113。从而使磁光光学部件的小型化、低成本化变成更加困难。
专利文献1特许第2815509号公报专利文献2美国专利第5657151号说明书专利文献3特开平7-199137号公报专利文献4美国专利第4239337号说明书专利文献5美国专利第3420601号说明书非专利文献1池田和弘等5人，“无限追尾型偏波制御器の开发”，古河电工时报，平成15年1月，第111号，第31-36页。

发明内容
本发明的目的是提供小型、低电力消耗电力和低价格的磁光光学部件。
上述目的通过以下述为特征的磁光光学部件来达到，其包括具有对置的第1和第2表面的磁光晶体；配置在上述磁光晶体的上述第1表面侧的至少一部分上的第1全反射部；配置在上述磁光晶体的上述第2表面侧的至少一部分上的第2全反射部；光向上述磁光晶体入射的光入射区；由上述第1和第2全反射部交替反射的上述光从上述磁光晶体射出的光射出区；按上述光入射区和上述光射出区中不存在畴壁的方式对上述磁光晶体施加磁场畴壁的磁场施加机构。
作为上述本发明的磁光光学部件，其特征在于上述磁场施加机构对上述磁光晶体施加磁场，使在上述光入射区和上述光射出区内的磁化方向一致。
作为上述本发明的磁光光学部件，其特征在于上述光入射区配置在上述第1表面上，上述光射出区配置在上述第2表面上。
作为上述本发明的磁光光学部件，其特征在于上述光入射区和上述光射出区同时配置在上述第1表面上。
作为上述本发明的磁光光学部件，其特征在于上述磁光晶体具有给定的易磁化轴，包括通过平行于上述易磁化轴的单方向磁化构成的磁区A和通过与上述磁区A的磁化方向相反方向的磁化构成的磁区B。
作为上述本发明的磁光光学部件，其特征在于上述磁场施加机构包括使施加在上述磁光晶体上的上述规定方向的磁场成分为0的位置可变的电磁铁、和分别与形成在上述磁光晶体上的多个磁区对应，每个至少配置1个的永久磁铁。
作为上述本发明的磁光光学部件，其特征在于上述磁场施加机构包括在上述磁光晶体上施加固定磁场的至少一个永久磁铁、和在上述磁光晶体上施加与上述固定磁场方向不同方向的可变磁场的电磁铁，使上述可变磁场的强度变化，而使上述可变磁场与上述固定磁场的合成磁场具有上述磁光晶体的饱和磁场以上的强度，并使上述磁光晶体的磁化方向变化。
另外，上述目的通过具有以下述特征的磁光光学部件来达到，其包括具有对置的第1和第2表面的磁光晶体；配置在上述磁光晶体的上述第1表面侧的至少一部分上的第1全反射部；配置在上述磁光晶体的上述第2表面侧的至少一部分上的第2全反射部；光向上述磁光晶体入射的光入射区；被上述第1和第2全反射部表面交替反射的上述光从上述磁光晶体射出的光射出区；磁场施加机构，该磁场施加机构包括在上述磁光晶体上施加可变磁场的电磁铁和在上述磁光晶体上施加固定磁场的至少一个永久磁铁，其中该电磁铁包括接近上述第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轭、和卷绕在上述磁轭上的线圈。
作为上述本发明的磁光光学部件，其特征在于上述磁光晶体具有给定的易磁化轴，包括通过平行于上述易磁化轴的单方向磁化构成的磁区A和通过与上述磁区A的磁化方向相反方向的磁化构成的磁区B。
作为上述本发明的磁光光学部件，其特征在于上述可变磁场的方向与上述固定磁场的方向互相不同，上述磁场施加机构使上述可变磁场的强度变化，以使上述可变磁场与上述固定磁场的合成磁场具有上述磁光晶体的饱和磁场以上的强度，并使上述磁光晶体的磁化方向变化。
本发明的优点是可以实现小型、低电力消耗和价格低的磁光光学部件。


图1是表示本发明的第1实施方式的磁光光学部件结构的图。
图2是表示本发明的第1实施方式的磁光光学部件要部结构的图。
图3是表示在本发明的第1实施方式的磁光光学部件中可能产生的问题点的图。
图4是表示本发明的第1实施方式的磁光光学部件的偏振光转角与损耗的磁通势依赖性的曲线图。
图5是表示本发明的第2实施方式的磁光光学部件结构的图。
图6是表示本发明的第2实施方式的磁光光学部件的要部结构的图。
图7是表示永久磁铁和磁轭的配置的图。
图8是表示在图7中所示的配置的永久磁铁附近的磁场分量强度的曲线图。
图9是表示本发明的第2实施方式的实施例2-1的磁光光学部件的要部结构的图。
图10是表示本发明第2实施方式的实施例2-1的磁光光学部件的偏振光旋转角和损耗的磁通势依赖性的曲线图。
图11是表示本发明第2实施方式的实施例2-2的磁光光学部件的要部结构的图。
图12是表示本发明第2实施方式的实施例2-2的磁光光学部件的偏振光旋转角和损耗的磁通势依赖性的曲线图。
图13是说明磁光光学部件的插入损耗的磁区结构依赖性的图。
图14是表示磁光光学部件的插入损耗的磁区结构依赖性的曲线图。
图15是说明磁光光学部件的插入损耗的磁区结构依赖性的曲线图。
图16是表示磁光光学部件的插入损耗的磁区结构依赖性的曲线图。
图17是说明磁光光学部件的插入损耗的磁区结构依赖性的图。
图18是表示磁光光学部件的插入损耗的磁区结构依赖性的曲线图。
图19是表示本发明第3实施方式的磁光光学部件结构的图。
图20是表示本发明第3实施方式的磁光光学部件要部结构的图。
图21是表示本发明的第4实施方式的磁光光学部件要部结构的图。
图22是表示本发明第4实施方式的磁光光学部件结构的变形例的图。
图23是表示本发明第5实施方式的磁光光学部件结构的图。
图24是表示本发明第6实施方式的磁光光学部件要部结构的图。
图25是说明现有技术的磁光光学部件的概略结构和操作原理的图。
符号说明1 磁光光学部件2、2′、2″、3、4、4′、6 偏振光控制器5 光隔离器20、20a、20b、21、24 法拉第旋转器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 无反射膜34、34a、34b、39 光入射区35、35a、35b、38 光射出区
40 电磁铁42、70、71、72 磁轭42a、42b、42e、42f 端部42c、42d、42g、42h、70d、71d 顶端面44 线圈46、47、48、49、66a、66b、67a、67b、68a、68b、69a、69b、84、85、86、87、88、90a、90b、90c、90d、90e、90f、90g 永久磁铁46a、46b、46c、47a、47b、47c 表面50 输入用单模光纤52 输出用单模光纤54、56 透镜58、59 带透镜的光纤60 1/4波长片62 反射片80、81、82 偏振器具体实施方式
第1实施方式现在用图1和图2说明本发明第1实施方式的磁光光学部件。图1表示本实施方式的磁光光学部件1的结构，图2表示磁光光学部件1的要部结构。在此，在图1和图2中，把在与磁光光学部件1的磁光晶体的光入射面平行的面内向该面内投射的光束的前进方向设为X轴，在该面内与X轴垂直的方向设为Y轴。并且把Z轴选为与光入射及射出面垂直的方向。图1表示沿-Y方向看的磁光光学部件1的结构，图2(a)表示沿+Y方向看的磁光光学部件1的要部的结构，图2(b)表示沿-Z方向看的磁光光学部件1的要部的结构。
如图1和图2(a)、(b)所示那样，磁光光学部件1具有作为磁光晶体的法拉第旋转器20。法拉第旋转器20例如用通过LPE法形成的磁性石榴石单结晶膜制作，具有沿垂直于膜生长面的方向(Z方向)显现易磁化轴的垂直磁化性。法拉第旋转器20具有大致长方体的形状，并具有同时平行于XY面并互相对置的表面22、23。其中一个表面22中在光束入射的光入射区34附近形成无反射膜32(在图1和图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(在图2(b)中未示出)。另外，另一表面23中射出光束的光射出区35附近形成无反射膜33(在图1和图2(b)中未示出)，在表面23的其它部分上形成全反射膜31(在图2(b)中未示出)。光入射区34位于法拉第旋转器20的-X侧，光射出区35位于法拉第旋转器20的+X侧。通过在法拉第旋转器20的各表面22、23上蒸镀电介体多层膜或铝等金属薄膜形成全反射膜30、31。如沿Z方向看去，在光入射区34附近的区域只形成全反射膜30、31中的全反射膜31，在光射出区35附近的区域只形成全反射膜30，在光入射区34和光射出区35之间的区域叠加而形成全反射膜30、31。光束从光入射区34入射到法拉第旋转器20内，被全反射膜31、30表面交替多次反射(多重反射)就从光射出区35射出。另外在法拉第旋转器20的各表面22、23上并不一定非要分别直接形成全反射膜30、31，而也可以将形成有全反射膜30的基板(例如玻璃基板)配置在法拉第旋转器20的表面22侧，将形成有全反射膜31的基板配置在法拉第旋转器20的表面23侧。将这二块基板例如大体以接触方式分别配置在法拉第旋转器20的各表面22、23上。另外，也可以用金属抛光面等代替全反射膜30、31作为全反射部。
磁光光学部件1具有包括例如“C”字状的磁轭(电磁轭)42(在图1中只示出磁轭42的两端部42a、42b)、和卷绕在磁轭42上的线圈的电磁铁(磁场施加机构)。磁轭42的一个端部42a接近全反射膜30的背面配置，以使其顶端面42c与全反射膜30的背面相对。磁轭42的另一端部42b接近全反射膜31的背面配置，以使其顶端面42d与全反射膜31的背面相对。端部42a的顶端面42c和端部42b的顶端面42d以夹持法拉第旋转器20的大体中央部、互相相对的方式配置。
例如铁氧体磁铁、稀土类磁铁等永久磁铁(磁场施加机构)46以沿磁轭42一个端部42a的+X方向邻接的方式配置。永久磁铁46内部的磁通方向如图中箭头所表示那样，是-Z方向(即永久磁铁46的磁化方向为-Z方向)。永久磁铁46的-Z侧的顶端部接触例如全反射膜30的背面。另外，永久磁铁47以沿磁轭42另一端部42b的-X方向邻接的方式配置。永久磁铁47内部的磁通方向为+Z方向(即永久磁铁47的磁化方向为+Z方向)。永久磁铁47的+Z侧的顶端部接触例如全反射膜31的背面。
在法拉第旋转器20的-X侧的区域上，由永久磁铁47将+Z方向的磁场分量施加到饱和磁场(使法拉第旋转器20的磁化饱和所必需的磁场)以上的强度。因此该区变成为如图中箭头所表示那样通过+Z方向的磁化构成的磁区A。在法拉第旋转器20的+X侧的区域中，由永久磁铁46将-Z方向的磁场分量施加到饱和磁场以上的强度。因此该区变成为通过-Z方向的磁化构成的磁区B。在磁区A的区域与磁区B的区域之间形成作为边界区(边界面)的畴壁I。在畴壁I，施加磁场的Z方向分量几乎变成0。在此，光入射区34位于磁区A区域内，光射出区35位于磁区B区域内。如果设法拉第旋转器20的磁区A区域的每单位光程的法拉第旋转角为+θfs(饱和法拉第旋转角)，则磁区B区域的每单位光程的法拉第旋转角为-θfs。
当在电磁铁的线圈里流过电流时，例如+Z方向的磁场被施加在被磁轭42的两端部42a、42b夹持的区域附近的法拉第旋转器20上。因此畴壁I向+X方向移动。即，磁区A区域随施加磁场的强度而变宽，而磁区B区域依其程度而变窄。另外，当在电磁铁线圈里流过反向电流时，-Z方向的磁场就施加在被磁轭42的两端部42a、42b夹持的区域附近的法拉第旋转器20上。因此畴壁I向-X方向移动。即，磁区A的区域随着施加磁场的强度而变窄，磁区B的区域依该程度而变宽。在本例的构成中，因为使磁轭42的两端部42a、42b的各顶端面42c、42d相对接近而配置，所以可以有效地在法拉第旋转器20上施加磁场，并且用小电流就能施加所希望强度的磁场。畴壁I在比光入射区34更靠近+X侧，比光射出区35更靠近-X侧的区域内移动，在光入射区34和光射出区35上不存在畴壁I。
在图2中由光线L所示的光一边多次反射一边在法拉第旋转器20内传输时产生的偏振光旋转角与由通过+Z方向的磁化构成的磁区A内的光程，和通过-Z方向的磁化构成的磁区B内的光程的差成比例。因此通过用电磁铁在±Z方向施加可变磁场并使畴壁I沿±X方向移动，可以使磁区A内的光程与磁区B内的光程的差变化，使偏振光旋转角可变。因此可以使入射在法拉第旋转器20中的光束的偏振面仅旋转所希望的角度射出。
在本实施方式中，用具有垂直磁化性的法拉第旋转器20。用LPE法生长的磁性石榴石单晶膜通常具有因生长感应磁各向异性而在垂直于膜生长面的方向上表现易磁化轴的垂直磁化性。因此磁性石榴石单晶膜的磁化方向变成为垂直于膜生长面的方向。为了如在专利文献1中所记载的磁场施加方法所述那样，使法拉第旋转器的磁化方向旋转，而必须在生长完磁性石榴石单晶膜后再进行在1000℃左右的高温下的长时间热处理，使生长感应磁各向异性减低。因此引起法拉第旋转器的制造工序增加这样的问题。在本实施方式中如果例如使易磁化轴与磁区A、B内的磁化方向一致，则因为没有必要进行在制作法拉第旋转器20时高温下的长时间热处理，所以可以减少法拉第旋转器20的制造工序，并可以实现制造容易、低价格的磁光光学部件。
另外，在本实施方式中，不是专利文献1中所记载那样的、使磁光晶体的磁化一致旋转的磁化旋转方式，而使用使畴壁I移动，使法拉第旋转器20内的磁区结构变化的畴壁移动方式。因此用小型的电磁铁就能获得所希望的偏振光旋转角。因此按照本实施方式，可以实现小型并电力消耗低的磁光光学部件。另外因为响应速度通常受电磁铁的L(电感)制约，所以如果能使电磁铁小型化的话，就能实现降低L、提高响应速度。
还有，在本实施方式中，磁轭的两端部42a、42b沿膜厚方向夹持法拉第旋转器20而互相相对配置。因此可以使磁轭两端部42a、42b互相接近配置，可以有效地在法拉第旋转器20上施加可变磁场。因此可以使磁光光学部件进一步小型化，降低电力消耗。
另外，在本实施方式中，法拉第旋转器20通常成为二磁区构造的状态，可以小产生滞后而再现性良好地使偏振光旋转角变化。
第2实施方式下面参照图3至图18说明本发明第2实施方式的磁光光学部件。首先就上述第1实施方式的磁光光学部件1中可能产生的问题点进行说明。
图3与图2相对应，表示在磁光光学部件1的法拉第旋转器20内传输光的光路。在图3中与图2不同，考虑光的波束径，图示出了作为大致平行光的光束的中心轴上的光路L2(实线)，从光路L2向-X方向偏移的光路L1(长的虚线)，从光路L2向+X方向偏移的光路L3(短的虚线)。如图3所示，在第1实施方式的磁光光学部件1中，磁区A内的光程与磁区B内的光程就各光路L1、L2、L3每个都分别不同。光路L1中磁区A内的光程比光路L2长，磁区B内的光程比光路L2短。另外光路L3，磁区A内的光程比光路L2短，磁区B内的光路比光路L2长。这样，当磁区A内的光程和磁区B内的光程就各光路每个都不同时，偏振光旋转角就随光路而不同。因此在光通过法拉第旋转器20后会聚在输出用光纤的光入射端时产生衍射损耗。
图4是表示第1实施方式的磁光光学部件1的偏振光旋转角和损耗的磁通势依赖性的曲线图。横轴代表磁通势NI(线圈的匝数N与在该线圈中流过的电流I的乘积)(AT)，纵轴代表偏振光旋转角(度)和损耗(dB)。线a1表示偏振光旋转角的磁通势依赖性，线b1表示损耗的磁通势依赖性。在此，偏振光旋转角是相对值，设磁通势NI为0AT时的偏振光旋转角为0度。如图4所示，虽然在磁光光学部件1上获得了400度以上的偏振光旋转角的可变幅度，但损耗(衍射损耗)的平均值比较高，约为1.8dB，损耗的变动幅度比较大，约3.0dB。因此，虽然第1实施方式的磁光光学部件1可以适用于对透射光量进行调制的光调制器等上，但具有不能适用于要求损耗低而且损耗变动幅度小的偏振光控制器等这样的问题。
图5表示作为解决上述问题的本实施方式的磁光光学部件的偏振光控制器2的结构。而图6表示偏振光控制器2的要部结构。在图5和图6中采用与图1和图2相同的坐标系。图6(a)表示沿+Y方向看的偏振光控制器2的要部的结构，图6(b)表示沿-Z方向看的偏振光控制器2的要部的结构。如图5和图6(a)、(b)所示，偏振光控制器2具有作为磁光晶体的法拉第旋转器20。法拉第旋转器20用通过LPE法形成的磁性石榴石单晶膜制作，它具有沿垂直于膜生长面的方向(Z方向)表现易磁化轴的垂直磁化性。法拉第旋转器20具有大致长方体的形状，具有共同平行于XY面的表面22、23。其中一个表面22中在光束入射的光入射区34附近形成无反射膜32(在图6(b)中未示出)，在表面22的其它部分上形成全反射膜30(在图6(b)中未示出)。另外在另一表面23中，光束射出的光射出区35附近形成无反射膜33，在表面23的其它部分形成全反射膜31。
如图5所示，从输入用单模光纤50作为发散光射出的光被透镜54转换成平行光后，入射到法拉第旋转器20的光入射区34。入射到法拉第旋转器20内的光一边被全反射膜31、30表面交替反射，一边通过法拉第旋转器20内，从光射出区35射出后被透镜56会聚于输出用单模光纤52。图6(a)、(b)表示作为平行光的光束的中心轴上的光路L2，从光路L2向-X方向偏移的光路L1，和从光路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”字状的磁轭42和卷绕在磁轭42上的线圈44的电磁铁40。磁轭42的一个端部42a按使其顶端与全反射膜30的背面相对的方式接近全反射膜30的背面而配置。在端部42a的顶端的一部分(在图5中右侧)中埋入永久磁铁46。端部42a的顶端面42c和永久磁铁46的表面46a配置在大致同一平面内。永久磁铁46的磁化方向是+Z方向。大致垂直于永久磁铁46的磁化方向的表面46a与磁轭42的端部42a不相面对地配置。在磁轭42的另一端部42b按使其顶端与全反射膜31的背面相对的方式接近全反射膜31的背面而配置。在端部42b的顶端的一部分(在图5中左侧)中埋入永久磁铁47。端部42b的顶端面42d与永久磁铁47的表面47a大体上配置在同一平面内。永久磁铁47的磁化方向是+Z方向。大体上垂直于永久磁铁47的磁化方向的表面47a与磁轭42的端部42b不相面对地配置。永久磁铁46、47也可以分别直接接触磁轭42的端部42a、42b，也可以通过粘合剂层等分别接近端部42a、42b而配置。端部42a的顶端面42c和端部42b的顶端面42d夹持法拉第旋转器20而互相面对面地配置。
在此，用图7和图8说明由永久磁铁46、47产生的磁场。图7表示用配置在对应于磁轭42的端部42a的位置上的磁轭70、和配置在对应于磁轭42的端部42b的位置上磁轭71代替磁轭42的结构。永久磁铁46的二个表面46b、46c接触在磁轭70上。磁轭70的顶端面70d和永久磁铁46的表面46a大体上配置在同一平面上。永久磁铁47的表面47b、47c这接触在磁轭71上。磁轭71的顶端面71d和永久磁铁47的表面47a配置在大致同一平面上。在图7中，把平行于顶端面70d和表面46a的面与表面46b的交线的延长方向作为Y轴，把在平行于顶端面70d和表面46a的面内与Y轴正交的方向作为X轴，并且把与顶端面70d和表面46a正交的方向作为Z轴。把连接顶端面70d的中心和顶端面71d的中心的线段的中心作为原点。永久磁铁46、47的X轴方向的宽w1是0.4mm，Z轴方向的长度l1是0.6mm，Y轴方向的厚度是1.0mm。并且磁轭70、71的X轴方向的宽w2是0.8mm，Z轴方向的长度l2是1.0mm，Y轴方向的厚度是1.0mm。磁轭70的顶端面70d与磁轭71的顶端面71d之间的间隙d1是0.6mm。设永久磁铁46、47的剩余磁通密度为9200G(＝0.92T)来计算磁场分布。
图8是表示由永久磁铁46、47产生的磁场分布的曲线图，横轴表示X方向的位置(mm)，纵轴表示Z方向的磁场强度Hz(Oe(1Oe79.6A/m))。在此，在把离开永久磁铁46、47大致等距离地配置时的法拉第旋转器20(用图7中的虚线表示)的中心作为坐标系的原点，设图7的右方向为+X方向，设图7的上方向为+Z方向。如图8所示，在包含表面47b的面内(X＝-0.2)和包含表面46b的面内(X＝0.2)，磁场强度Hz几乎为0。在从包含表面47b的面开始向永久磁铁47侧(X＜-0.2)产生+Z方向的磁场，在从包含表面46b的面开始向永久磁铁46侧(X＞0.2)产生+Z方向的磁场。在包含表面47b的面与包含表面46b的面之间(-0.2＜X＜0.2)产生-Z方向的磁场。
再返回到图5和图6(a)、(b)，法拉第旋转器20与永久磁铁47相对的区域变成通过+Z方向磁化构成的磁区A1，法拉第旋转器20的与永久磁铁46相对的区域变成通过与磁区A1相同方向的磁化构成的磁区A2。磁区A1的区域与磁区A2的区域之间的区域变成通过与磁区A1、A2相反方向(-Z方向)的磁化构成的磁区B1。在磁区A1的区域与磁区B1的区域之间形成作为边界面的畴壁I1，在磁区A2的区域与磁区B1的区域之间形成畴壁I2。在此，光入射区34位于磁区A1的区域内，光射出区35位于磁区A2的区域内。并且，施加在法拉第旋转器20的磁区B1的区域中的-Z方向的磁场分量在畴壁I1与畴壁I2的中间部(法拉第旋转器20的中央部)处最强，越靠近畴壁I1、I2就越弱。在畴壁I1、I2上，施加磁场的Z方向分量变成0。
当在电磁铁40的线圈44中流过电流时，就形成通过磁轭42和法拉第旋转器20的闭合磁路，在被磁轭42的二个顶端面42c、42d夹着的区域附近的法拉第旋转器20上，施加例如+Z方向的磁场。借此使施加磁场的Z方向分量变为0的边界区向法拉第旋转器20的中央部移动。即，二个畴壁I1、I2分别向互相靠近的方向移动，磁区B1的区域宽度随着施加磁场的强度而变窄。另外，当在电磁铁40的线圈44中流过反向电流时，被磁轭42的二个顶端面42c、42d夹着的区域附近的法拉第旋转器20上施加-Z方向的磁场。借此使施加磁场的Z方向分量变成0的边界区向远离法拉第旋转器20的中央部的方向移动。即二个畴壁I1、I2分别向互相远离的方向移动，磁区B1的区域的宽度随施加磁场的强度而变宽。在本例的结构中，因为使磁轭42的二个顶端面42c、42d比较接近而配置，所以小电流就能施加所希望强度的磁场。畴壁I1、I2比光入射区34更向+X侧，比光射出区35更向-X侧的区域内移动，使得在光入射区34和光射出区35中不存在畴壁I1、I2。
光在法拉第旋转器20内传输时产生的偏振光旋转角，和通过+Z方向的磁化构成的磁区A(A1、A2)内的光程与通过-Z方向的磁化构成的磁区B(B1)内的光程的差成比例。因此在一边保持光入射区34位于磁区A1内，光射出区35位于磁区A2内这样的状态，一边由电磁铁40沿+Z方向施加可变磁场，使畴壁I1、I2移动而使磁区B1的宽度变窄，或通过电磁铁40沿-Z方向施加可变磁场，使畴壁I1、I2移动而使磁区B1的宽度变宽，借此可以使磁区A内的光程与磁区B内的光程的差变化，使偏振光旋转角可变。由此，入射至法拉第旋转器20中的光束的偏振面就可以仅旋转所希望的角度而射出。
如以上说明的那样，在本实施方式中，在通过同方向磁化而构成的磁区A1、A2内分别配置光入射区34和光射出区35。如图6(a)所示，例如虽然光路L1在磁区A1内的光程比光路L2长，但在磁区A2内的光程比光路L2短该相应的程度。虽然光路L3在磁区A1内的光程比光路L2短，但在磁区A2内的光路长比光路L2长该相应的程度。磁区B1内的光程与光路L1、L2、L3无关，是一定的。因此磁区A1和A2内的光程与磁区B1内的光程的差在作为平行光的光束的全部光路中一致。因此，由于偏振光旋转角与光路无关而相同，所以在通过法拉第旋转器20后会聚在输出用单模光纤52中时不产生衍射损耗。因此本实施方式的磁光光学部件也能适用于要求损耗小且损耗的变动幅度小的偏振光控制器2。并且在本实施方式中，因为通过使入射在法拉第旋转器20中的光多次反射而使法拉第旋转器20内的光程变长，所以即使法拉第旋转器20的厚度很薄也获得大的偏振光旋转角，并且获得宽广的偏振光旋转角可变范围。因此，因不需要用多个法拉第旋转器20，所以可以实现小型、低价格和低电力消耗的偏振光控制器2。
另外，在本实施方式的磁光光学部件中使用具有垂直磁化性的法拉第旋转器20。因此，在用通过LPE法生长的磁性石榴石单晶膜制作法拉第旋转器20时不需高温下长时间的热处理。从而可以减少法拉第旋转器20的制造工序，可以实现制造容易、价格低的磁光光学部件。
另外，因为在本实施方式中，采用使法拉第旋转器20内的磁区结构变化的方式，所以可以与第1实施方式同样地，实现磁光光学部件小型化、降低消耗电力和高速化。另外在本实施方式中，因为磁轭42的两端部42a、42b分别接近全反射膜30、31配置，所以可有效地在法拉第旋转器20上施加可变磁场，可使磁光光学部件进一步小型化和降低电力消耗。另外，在本实施方式中，法拉第旋转器20通常处于3磁区构造的状态，可以不发生磁滞后而再现性良好地使偏振光旋转角变化。
下面用实施例具体说明根据本实施方式的磁光光学部件。
实施例2-1现在就本实施方式的实施例2-1的磁光光学部件进行说明。图9表示本实施例的偏振光控制器2的要部结构。在图9中，与图1和图2同样地构造坐标系。如图9所示，偏振光控制体2具有包括磁轭42(在图9中只示出端部42a和42b)、和卷绕在磁轭42上的线圈的电磁铁。磁轭42的一个端部42a接近全反射膜30的背面配置，使其顶端面42c与全反射膜30的背面相对。磁轭42的另一端部42b接近全反射膜31的背面配置，使其顶端面42d与全反射膜31的背面相对。端部42a的顶端面42c与端部42b的顶端面42d夹持着法拉第旋转器20互相面对而配置。
使永久磁铁48向磁轭42的一个端部42a的+X方向邻接而配置。永久磁铁48的磁化方向是-Z方向。永久磁铁46沿+X方向邻接永久磁铁48而配置。永久磁铁46的磁化方向是+Z方向。永久磁铁46、48的-Z侧的顶端接触例如全反射膜30的背面。而永久磁铁47邻接另一端部42b的-X方向而配置。永久磁铁47的磁化方向是+Z方向。永久磁铁47的+Z侧的顶端接触例如全反射膜31的背面。
在法拉第旋转器20的-X侧的区域中，由永久磁铁47以饱和磁场以上的强度施加+Z方向的磁场分量。因此该区域变成通过+Z方向的磁化构成的磁区A1。在法拉第旋转器20的+X侧的区域中，由永久磁铁46施加+Z方向磁场分量至饱和磁场以上的强度。因此该区域变成通过与磁区A1相同方向的磁化构成的磁区A2。在磁区A1与磁区A2之间的区域中，由永久磁铁48施加-Z方向的磁场分量至饱和磁场以上的强度。因此该区域变成通过与磁区A1、A2反方向磁化构成的磁区B1。在磁区A1的区域与磁区B1的区域之间形成畴壁I1，在磁区A2的区域与磁区B1的区域之间形成畴壁I2。这样，在法拉第旋转器20中形成3磁区结构，永久磁铁46、47、48与各磁区对应各配置1个。光入射区34位于磁区A1的区域内，光射出区35位于磁区A2的区域内。
图10是表示本实施例偏振光控制器2’的偏振光旋转角和损耗的磁通势依赖性的曲线图。横轴和纵轴与图4中所示曲线图相同。线a2表示偏振光旋转角的磁通势依赖性，线b2表示损耗的磁通势依赖性。如图10所示，本实施例的偏振光控制器2’的损耗平均值是约1.0dB，损耗的变动幅度是1.2dB左右。与图4所示的2磁区结构的磁光光学部件1的损耗的磁通势依赖性相比，偏振光控制器2’的损耗低，损耗变动小。因此，显然本实施例可以适用于要求损耗低而损耗变动幅度小的偏振光控制器。
实施例2-2下面就本实施形式的实施例2-2的磁光光学部件进行说明。图11表示本实施例的偏振光控制器2″的要部结构。在图11中，与图1和图2同样地选取坐标系。如图11所示，偏振光控制器2″除了与图9所示的偏振光控制器2″同样的结构外，还具有邻接磁轭42的端部42b的+X方向而配置的永久磁铁49。永久磁铁49的磁化方向是-Z方向。在法拉第旋转器20中，形成磁区A1、B1、A2的三磁区结构。在本实施例中，对应磁区A1、A2分别各配一个永久磁铁46、47，对应磁区B1配置两个永久磁铁48、49。光入射区34位于磁区A1的区域内，光射出区35位于磁区A2的区域内。
图12是表示本实施例的偏振光控制器2”的偏振光旋转角和损耗的磁通势依赖性的曲线图。横轴和纵轴与图4所表示的曲线图相同。线a3表示磁振光旋转角的磁通势依赖性，线b3表示损耗的磁通势依赖性。如图12所示，本实施例的偏振光控制器2″的损耗平均值是约0.5dB，损耗变动幅度是0.16dB左右。与图10所示的偏振光控制器2’的损耗的磁通势依赖性相比，偏振光控制器2″的损耗变得更低，损耗变动变得更小。因此显然本实施例可适用于要求损耗低而损耗变动幅度小的偏振光控制器。
在此，就磁光光学部件的插入损耗的磁区构造依赖性进行说明。图13表示在法拉第旋转器中形成三磁区结构的磁光光学部件的结构。如图13所示，法拉第旋转器20与后面说明的第3实施方式同样，具有在一个表面22侧同时配置的光入射区34和光射出区35。法拉第旋转器20的±X方向的长度是2mm，±Y方向的宽度是0.8mm，±Z方向的厚度是0.42mm。全反射膜30的±X方向的长度是1.0mm。
在法拉第旋转器20的+Z方向配置沿±X方向排列的多个永久磁铁(在图13示出5个)90a～90e。各永久磁铁90a～90e的±X方向的长度是0.6mm，±Y方向的宽度是0.8mm，±Z方向的厚度是1.0mm。各永久磁铁90a～90e分别接触沿+Z方向配置的磁轭72。永久磁铁90a、90c、90e的磁化方向是-Z方向，永久磁铁90b、90d的磁化方向是+Z方向。借助永久磁铁90a～90e在法拉第旋转器20上形成规定的磁区结构。在图13中所示的状态下，从-X侧开始，顺次形成磁区A1、B1、A2、B2。光透过区34位于磁区B1的区域内，光射出区35位于磁区B2的区域内。在磁区A1与磁区B1之间形成畴壁I1。在磁区B1与磁区A2之间形成畴壁I2，在磁区A2与磁区B2之间形成畴壁I3。畴壁I1～I3分别与YZ平面大体平行。这样在法拉第旋转器20上形成4磁区结构，透过光束的光入射区34与光射出区35之间的区域形成由磁区B1、A2、B2构成的3磁区结构。即，由此在法拉第旋转器20中基本上形成三磁区结构。
一边使永久磁铁90a～90e和磁轭72相对法拉第旋转器20向±X方向相对移动，使形成于法拉第旋转器20上的磁区结构变化，一边测定磁光光学部件的插入损耗。图14是表示图13中所示的磁光光学部件的插入损耗的磁区结构依赖性的曲线图。横轴表示永久磁铁90c的中心位置的X坐标X1(mm)，纵轴表示损耗(dB)。把坐标原点选在法拉第旋转器20的中心位置，使测定波长为1550nm。如图14所示，在法拉第旋转器20的光入射区34与光射出区35之间形成三磁区结构的X坐标X1的范围(-0.2mm～0.2mm)中，插入损耗平均值为约0.25dB，比较低，插入损耗的变动幅度为约0.19dB，比较低。但在X坐标X1为0.3mm左右时，因为畴壁I1穿过光入射区34，畴壁I3穿过光射出区35，所以损耗变动增大，最大达到0.9dB左右。
图15表示在法拉第旋转器20中形成二磁区结构的磁光光学部件的构成。在图15所示的结构中，代替图13中所示的永久磁铁90a～90e，配置了±X方向邻接的二个永久磁铁90f、90g。各永久磁铁90f、90g的±X方向的长度是3mm，±Y方向的宽度是3mm，±Z方向的厚度是2.0mm。永久磁铁90f的磁化方向是+Z方向，永久磁铁90g的磁化方向是-Z方向，由永久磁铁90f、90g在法拉第旋转器20中形成具有-X侧的磁区B、+X侧的磁区A和作为两磁区A、B的边界的畴壁I的二磁区构造。
一边使永久磁铁90f、90g和磁轭72相对法拉第旋转器20沿±X方向相对移动，使形成在法拉第旋转器20上的磁区结构变化，一边测定磁光光学部件的插入损耗。图16是表示图15中所示的磁光光学部件的插入损耗的磁区结构依赖性的曲线图。横轴表示永久磁铁90f、90g的边界面的X坐标X1(mm)，纵轴表示损耗(dB)。使测定波长为1550nm。如图16所示，畴壁I位于光入射区34与光射出区35之间，在法拉第旋转器20上形成二磁区结构的X坐标X1的范围(-0.5＜X1＜0.5)中，插入损耗平均值为约0.90dB，比较高。但插入损耗的变动幅度为约0.48dB，比较小。在畴壁I穿过光入射区34或光射出区35时(X1＝-0.5、0.5)，插入损耗变动增大。在光入射区34与光射出区35之间不存在畴壁I，法拉第旋转器20基本上变成单磁区结构，法拉第旋转角不产生变化的X坐标X1的范围(X＜-0.5、X＞0.5)中，插入损耗的平均值变低。
图17表示在法拉第旋转器20中形成2磁区构造的磁光光学部件的其它结构。图17表示向+Z方向看的磁光光学部件的结构。如图17所示，两个永久磁铁90f、90g与图15中所示的结构不同，彼此按±Y方向邻接的方式配置。借助永久磁铁90f、90g，在法拉第旋转器20上形成具有-Y侧的磁区B、+Y侧的磁区A和作为两磁区A、B边界的畴壁I的二磁区构造。畴壁I与XZ面大致平行。
一边使永久磁铁90f、90g和磁轭相对法拉第旋转器20沿±Y方向相对地移动，使形成在法拉第旋转器20上的磁区结构变化，一边测定磁光光学部件的插入损耗。图18是表示图17中所示的磁光光学部件的插入损耗的磁区结构依赖性的曲线图。横轴表示永久磁铁90f、90g的边界面的Y坐标Y1(mm)，纵轴表示损耗(dB)。使测定波长为1550nm。如图18所示，在光入射区34和光射出区35穿过畴壁I时(Y10)时，插入损耗变动增大，测得最大值(约9.4dB)。插入损耗的变动幅度达到约9.4dB，非常之大。
如图13至图18所示，显然为减少磁光光学部件的插入损耗的变动幅度，必需使畴壁I(I1～I3)不穿过光入射区34和光射出区35。并且显然为降低磁光光学部件的插入损耗，使光入射区34和光射出区35中的磁化方向一致是有效的。在图13中所示的磁光光学部件中，因为不是如图15所示那样的二磁区结构，而是在法拉第旋转器20中形成三磁区结构，所以使光入射区34和光射出区35中的磁化方向一致。
在图2(图3)和图9所示的结构中，光入射区34和光射出区35没有被畴壁I穿过。可是如图4和图10所示那样，在这些结构中，损耗变动比较大。该损耗变动被认为是因为畴壁I(I1、I2)没有相对法拉第旋转器20的光入射、射出面垂直而产生的。具体地说，畴壁I相对光入射射出面变成倾斜，或者畴壁I不是平面形状而是曲面形状时引起损耗变动。这起因于法拉第旋转器20的磁区A的折射率和磁区B的折射率稍有不同。也就是说，因为光束相对畴壁I的入射位置随着畴壁I移动而相对地变化，所以当畴壁I是曲面形状时，光束相对畴壁I的入射角就不是一定的，光路随着磁区A与磁区B的折射率差而变化。另外畴壁I即使是平面形状，相对光入射射出面变倾斜时，因为光束前进方向因被全反射膜30、31反射的次数而变化，所以光束相对畴壁I的入射角随着畴壁I的位置而变化，光路发生变化。在如图11所示的偏振光控制器2″中，着手于磁路的结构，使畴壁I成为平面形状，并使其相对光入射和射出面垂直。借此可以如图12所示那样减少损耗变动。
第3实施方式接着用图19和图20说明本发明第3实施方式的磁光光学部件。图19表示作为本实施方式的磁光光学部件的偏振光控制器3的结构。而图20表示偏振光控制器3的要部结构。在图19和图20中，选取与图1和图2相同的坐标系。图20(a)表示从+Y方向看的偏振光控制器3的要部的构造，图20(b)表示从-Z方向看偏振光控制器3的要部的结构。如图19和图20(a)、(b)所示那样，在本实施方式中，光入射区34和光射出区35共同配置在法拉第旋转器20的一个表面22侧。表面22中的光束入射的光入射区34附近形成无反射膜32(在图20(b)未示出)，在光束射出的光射出区35附近形成无反射膜33(在图20(b)中未示出)。在表面22的其它部分上形成全反射膜30(在图6(b)中未示出)。在另一表面23的几乎整体上形成全反射膜31。
如图19所示，从输入用单模光纤50作为发散光射出的光经透镜54变换成平行光后入射到法拉第旋转器20的光入射区34上。向法拉第旋转器20内入射的光一边被全反射膜31、30交替反射，一边通过法拉第旋转器20内，从光射出区35射出，经透镜56会聚在输出用单模光纤52中。在图20中，表示作为平行光的光束的中心轴上的光路L2，从光路L2向-X方向偏移的光路L1、和从光路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”字状磁轭42、和卷绕在磁轭42上的线圈44的电磁铁40。磁轭42的一个端部42a按其顶端与全反射膜30的背面相对的方式接近全反射膜30的背面配置。磁轭42的另一端部42b按使其顶端与全反射膜31的背面相对的方式接近全反射膜31的背面配置。在端部42b顶端的图19中左侧埋入永久磁铁47，在端部42b顶端的图19中右侧埋入永久磁铁46。端部42b的顶端面42d、永久磁铁46的表面46a和永久磁铁47的表面47a大体上配置在同一平面内。永久磁铁46、47的磁化方向都是+Z方向。永久磁铁46、47也可以分别直接与磁轭42的端部42b接触，也可以通过粘合剂层等分别接近端部42b而配置。端部42a的顶端面42c和端部42b的顶端面42d夹着法拉第旋转器20互相面对地配置。
法拉第旋转器20面对永久磁铁47的区域变成通过+Z方向的磁化构成的磁区A1。法拉第旋转器20面对永久磁铁46的区域变成通过与磁区A同方向的磁化构成的磁区A2。在磁区A1的区域与磁区A2的区域之间的区域变成通过与磁区A1、A2反向(-Z方向)的磁化构成的磁区B1。在磁区A1的区域与磁区B1的区域之间形成畴壁I1，在磁区A2的区域与磁区B1的区域之间形成畴壁I2。在此，光入射区34位于磁区A1的区域内，光射出区35位于磁区A2的区域内。并且施加在法拉第旋转器20的磁区B1的区域的-Z方向的磁场分量在畴壁I1与畴壁I2的中间部(法拉第旋转器20的中央部)最强，越靠近畴壁I1、I2就越弱。在畴壁I1、I2处，施加磁场的Z方向分量变成0。
当在电磁铁40的线圈44中流过电流时，形成通过磁轭42和法拉第旋转器20的闭磁路，对被磁轭42的二个顶端面42c、42d夹着的区域附近的法拉第旋转器20施加例如+Z方向的磁场。由此，施加磁场的Z方向分量变成0的边界区域向法拉第旋转器20的中央部移动。也就是说，二个畴壁I1、I2分别向互相接近的方向移动，磁区B1区域的宽度根据施加磁场的强度而变窄。另外，在电磁铁40的线圈44中流过反向的电流时，在被轭铁42的二个顶端面42c、42d夹着的区域附近的法拉第旋转器20上施加-Z方向的磁场。借此施加磁场的Z方向分量变成0的边界区域向离开法拉第旋转器20的中央部的方向移动。也就是说，二个畴壁I1、I2分别向互相远离的方向移动，磁区B1区域的宽度根据施加磁场的强度而变宽。在本例的结构中，因为使磁轭42的二个顶端面42c、42d比较接近地配置，所以能用小电流施加所希望的强度的磁场。
光在法拉第旋转器20内传输时产生的偏振光旋转角，与通过+Z方向的磁化构成的磁区A1、A2内的光程和通过-Z方向磁化构成的磁区B1内的光程的差成比例。因此与第2实施方式相同，一边保持光入射区34位于磁区A1内，光射出区35位于磁区A2内这种状态，一边通过电磁铁40施加可变磁场，使畴壁I1、I2移动，借此可使偏振光旋转角可变。从而可以使入射在法拉第旋转器20中的光束的偏振光面只旋转所希望的角度而射出。
按照本实施方式，与第2实施方式同样，可以实现小型、低电力消耗电力且高速而低价格的磁光光学部件。
第4实施方式接着用图21和图22说明本发明第4实施方式的磁光光学部件。针对用于PMD补偿器的偏振光控制器，需要的是对所谓的偏光变动不用连续地饱和就能跟踪的无限跟踪型(参照非专利文献1)。在无限跟踪型偏振光控制器中，一般必需多个法拉第旋转器(可变法拉第旋转器)和配置在各法拉第旋转器之间的多个1/4波长片。
图21表示作为本实施方式的磁光光学部件的偏振光控制器4的要部结构。在图21中，选择与图1和图2(a)、(b)同样的坐标系。如图21所示，本实施方式的偏振光控制器4具有1个法拉第旋转器21。法拉第旋转器21具有大致长方体的形状，并具有共同平行于XY面的表面22、23。一个表面22中在入射光束的光入射区34附近形成无反射膜32，在光束射出的光射出区35附近形成无反射膜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区38和光束入射的光入射区39附近形成无反射膜36，在表面23的其它部分形成全反射膜31a、31b。
从光入射区34入射到法拉第旋转器21上的光束，被全反射膜31a、30交替反射后从光射出区38一次射出。从光射出区38射出的光束通过1/4波长片60被反射板62反射，从光入射区39再次入射到法拉第旋转器21中。从光入射区39再次入射到法拉第旋转器21上的光束被全反射膜30、31b交替反射后从光射出区35射出。
在法拉第旋转器21上通过图中未示出的永久磁铁施加预定的磁场。借此法拉第旋转器21的光入射区34附近的区域变成通过+Z方向磁化构成的磁区A1。法拉第旋转器21的光射出区38和光入射区39附近的区域变成通过与磁区A1同方向的磁化构成的磁区A2。法拉第旋转器21的光射出区35附近的区域变成通过与磁区A1、A2同方向的磁化构成的磁区A3。在法拉第旋转器21的磁区A1与磁区A2之间的区域变成通过与磁区A1、A2、A3反向(-Z方向)的磁化构成的磁区B1。法拉第旋转器21的磁区A2和磁区A3之间的区域形成通过与磁区B1同方向的磁化构成的磁区B2。在磁区A1区域与磁区B1区域之间形成畴壁I1，在磁区A2区域与磁区B1区域之间形成畴壁I2。在磁区A2区域与磁区B2区域之间形成畴壁I3，在磁区A3区域与磁区B2区域之间形成畴壁I4。
当通过图中未示出的电磁铁在磁区B1区域附近施加预定强度的+Z方向的磁场时，畴壁I1、I2向互相接近的方向移动，磁区B1的宽度根据施加磁场的强度而变窄。同样地，当在磁区B2区域附近施加预定强度的+Z方向的磁场时，畴壁13、14向互相接近的方向移动，磁区B2的宽度根据施加磁场的强度而变窄。
光在法拉第旋转器21内传输时产生的偏振光旋转角，与通过+Z方向的磁化构成的磁区A(A1、A2、A3)内的光程和通过-Z方向的磁化构成的磁区B(B1、B2)内的光程的差成比例。因此在一边保持光入射区34位于磁区A1内，光射出区38和光入射区39位于磁区A2内，光射出区35位于磁区A3内这种状态，一边通过利用电磁铁例如沿+Z方向施加可变磁场，使畴壁I1、I2、I3、I4移动，改变磁区B1、B2的宽度，由此使磁区A内的光程与磁区B内的光程的差变化，从而可使偏振光旋转角可变。在本实施方式中，一个法拉第旋转器21的图中左侧部分和图中右侧部分成为分别的法拉第旋转器而发挥作用。如果用另一个反射片使从光射出区35射出的光束反射，再入射到法拉第旋转器21中的话，则可以使一个法拉第旋转器21作为3个(或三个以上)的法拉第旋转器而发挥作用。因此可以用1个法拉第旋转器21构成无限跟踪型偏振光控制器。另外按照本实施方式，可以与第2实施方式同样地实现小型、低电力消耗电力且高速而低价格的磁光光学部件。
图22表示本实施方式的磁光光学部件结构的变形例。如图22所示，本变形例的偏振光控制器4′具有例如2个法拉第旋转器20a、20b。二个法拉第旋转器20a、20b以使法拉第旋转器20a的光射出区35a和法拉第旋转器20b的光入射区34b夹持着1/4波长片60而面对的方式配置。从法拉第旋转器20a的光射出区35a射出的光透过1/4波长片60后，入射至法拉第旋转器20b的光入射区34b。法拉第旋转器20a具有共同与XY面平行且互相面对的表面22a、23a。一个表面22a中在来自带透镜的光纤58的光射入的光入射区34a附近形成无反射膜32a，在表面22a的其它部分形成全反射膜30a。另一表面23a中在光射出区35a附近形成无反射膜33a，在表面23a的其它部分形成全反射膜31a。在法拉第旋转器20a上施加可变磁场的电磁铁的磁轭的一个端部42a以使其顶端面42c与全反射膜30a的背面相对的方式邻近全反射膜30a的背面而配置。磁轭的另一端部42b以其顶端面42d与全反射膜31a的背面相对的方式邻近全反射膜31a的背面而配置。端部42a的顶端面42c和端部42b的顶端面42d以夹持着法拉第旋转器20a而互相面对的方式配置。
在端部42a的+X方向配置永久磁铁67a，在端部42a的-X方向配置永久磁铁68a。永久磁铁67a的磁化方向是+Z方向，永久磁铁68a的磁化方向是-Z方向。并且，在端部42b的-X方向配置永久磁铁69a，在永久磁铁69a的进一步-X方向配置永久磁铁66a。永久磁铁69a的磁化方向是-Z方向，永久磁铁66a的磁化方向是+Z方向。法拉第旋转器20a的光入射区34a附近的区域变成通过+Z方向的磁化构成的磁区A1，光射出区35a附近的区域变成与磁区A1相同方向的磁化构成的磁区A2。磁区A1与磁区A2之间的区域变成通过与磁区A1、A2反向的磁化构成的磁区B1。在磁区A1与磁区B1之间形成畴壁I1，在磁区B1与磁区A2之间形成畴壁I2。在本例的构成中，结果是，永久磁铁66a与磁区A1对应配置，永久磁铁68a、69a对应磁区B1配置，永久磁铁67a对应磁区A2配置。
法拉第旋转器20b具有共同平行于XY面并互相面对的表面22b、23b。一个表面22b中在光入射区34b附近形成无反射膜32b，在表面22b的其它部分形成全反射膜30b。另一表面23b中在带有透镜的光纤59一侧，在光射出的光射出区35b附近形成无反射膜33b，在表面23b的其它部分形成全反射膜31b。在法拉第旋转器20b上施加可变磁场的电磁铁的磁轭的一个端部42e以使其顶端面42g与全反射膜30b的背面相对的方式，接近全反射膜30b的背面而配置。磁轭的另一端部42f以使其顶端面42h与全反射膜31b的背面相对的方式接近全反射膜31b的背面而配置。端部42e的顶端面42g与端部42f的顶端面42h夹持着法拉第旋转器20b而互相面对地配置。
永久磁铁67b配置在端部42e的+X方向，永久磁铁68b配置在端部42e的-X方向。永久磁铁67b的磁化方向是+Z方向，永久磁铁68b的磁化方向是-Z方向。另外，在端部42f的-X方向配置永久磁铁69b，并且进一步在永久磁铁69b的-X方向配置永久磁铁66b。永久磁铁69b的磁化方向是-Z方向。永久磁铁66b的磁化方向是+Z方向。法拉第旋转器20b的光入射区34b附近的区域变成通过+Z方向磁化构成的磁区A3，光射出区35b附近的区域变成通过与磁区A3同方向磁化构成的磁区A4。磁区A3与磁区A4之间的区域变成通过与磁区A3、A4反方向磁化构成的磁区B2。在磁区A3与磁区B2之间形成畴壁I3，在磁区B2与磁区A4之间形成畴壁I4。在本例的构成中，结果是，对应磁区A3配置永久磁铁66b，对应磁区B2配置永久磁铁68b、69b，对应磁区A4配置永久磁铁67b。
虽然本变形例的偏振光控制器4′与图21所示的偏振光控制器4相比，必需二个法拉第旋转器20a、20b，但不需要求精正确调整角度的反射片62。因此偏振光控制器4′具有组装容易，并实现小型化的优点。另外虽然偏振光控制器4′是具有二个法拉第旋转器20a、20b的二段式结构，但也可以通过用三个或以上的法拉第旋转器构成三段或以上的多段结构。
本实施方式中以偏振光控制器4、4′为例举例说明磁光光学部件，然而通过在各个法拉第旋转器的前后配置偏振器振器连接成多段，也可实现利用偏振光旋转角的波长依赖性的可变滤光器，本实施方式通过利用多次反射可使偏振光旋转角的可变幅度容易地变宽，所以也适用于作为可变滤光器。
第5实施方式接着用图23就本发明第5实施方式的磁光光学部件进行说明。虽然在至此为止的实施方式中，是以使用电磁铁的可变磁光光学部件为例举例的，但本发明不限于此。例如也可以不用电磁铁，通过调整永久磁铁的位置，将偏振光旋转角调整到最佳值后，固定该永久磁铁，由此也适用于光隔离器或光循环器。采用该结构，可以降低插入损耗，并且能微调偏振光旋转角，因此可实现隔离性能高的高性能二段式光隔离器、光循环器。作为具体的构成，例如可以在磁光晶体的前后配置偏振器，可以应用讫今公知的偏振器和法拉第旋转器的元件组合。也可以通过移动永久磁铁，而可移动磁区。
图23表示作为本实施方式的磁光光学部件的光隔离器5的结构。如图23所示，按照本实施方式，例如对于图21中所示的结构，用偏振器81替换1/4波长片60，并在无反射膜32之前(光入射侧)和无反射膜33之后(光射出侧)进一步分别配置偏振器80、82。在与法拉第旋转器21的表面23中图中左侧区域面对的位置上从左开始顺次配置永久磁铁84、85。永久磁铁84的磁化方向是+Z方向，永久磁铁85的磁化方向是-Z方向。在与法拉第旋转器21的表面23中图中右侧区域面对的位置上从左开始顺次配置永久磁铁87、88。永久磁铁87内部的磁通方向是-Z方向，永久磁铁88内部的磁通方向是+Z方向。并且在与法拉第旋转器21的表面22中中央部附近面对的位置上配置永久磁铁86。永久磁铁86的磁化方向是+Z方向。各永久磁铁84、85、86、87和88在调整位置后固定，使法拉第旋转器21内的畴壁I1、I2、I3和I4配置在所希望的位置上。按照本变形例，因为只用一个磁光晶体就能实现2段式光隔离器或光循环器，所以可以达到组装简化和低成本化。同样也可实现3段式或以上的光隔离器或光旋转循环器。
另外，作为能利用在第1至第5实施方式中的磁光晶体，必需在相对表面22、23垂直的方向上有易磁化轴。这是因为虽然在上述实施方式中，针对外部磁场仪就对表面22、23垂直方向的分量(Z方向分量)进行了说明，但在具有这样的垂直磁化性的磁光学晶体中，垂直方向的分量的磁场大致上决定了磁区结构。虽然也存在与表面22、23平行的面内方向的磁场分量(X方向分量和Y方向分量)，但对磁区结构影响不大。
第6实施方式接着用图24说明本发明第6实施方式的磁光光学部件。图24表示作为本实施方式的磁光光学部件的偏振光控制器6的结构。在图24中采用与图1和图2相同的坐标系。如图24所示，本实施方式的偏振光控制器6具有1个法拉第旋转器24。在本实施方式中，如后所述，采用使磁化旋转而控制偏振光旋转角的磁化旋转方式。因此，法拉第旋转器24用通过在1000℃上下的温度下进行数小时左右的热处理而使生长感应磁各向异性消失的磁性石榴石单晶膜制作。
偏振光控制器6具有永久磁铁46、47、包括磁轭(在图24中只示出磁轭的两端部42a、42b)和卷绕在磁轭上的线圈的电磁铁。永久磁铁46配置在法拉第旋转器24的-X方向，永久磁铁47配置在法拉第旋转器24的+X方向。永久磁铁46、47的磁化方向均是+X方向。电磁铁的磁轭的一个端部42a以使其顶端面42c与在法拉第旋转器24的一个表面上形成的全反射膜30的背面相对的方式接近全反射膜30的背面而配置。磁轭的另一端部42b以使其顶端面42d与在法拉第旋转器24的另一表面上形成的全反射膜31的背面相对的方式接近全反射膜31的背面而配置。端部42a的顶端面42c和端部42b的顶端面42d以夹持着法拉第旋转器24而互相面对的方式配置。
在电磁铁的线圈中不流过电流时，对法拉第旋转器24通过永久磁铁46、47以饱和磁场以上的强度施加+X方向的磁场。因此，法拉第旋转器24在+X方向磁化，处在饱和磁化的状态。因为法拉第旋转角取决于磁化的Z方向分量，所以在线圈中不流过电流时的法拉第旋转角大致是0°。当在线圈中流过电流时，被法拉第旋转器24的磁轭两端部42a、42b夹着的区域由电磁铁施加例如+Z方向的可变磁场。即，施加在法拉第旋转器24的该区域上的外部磁场为由永久磁铁46、47施加的+X方向的磁场和由电磁铁施加的+Z方向的可变磁场的合成磁场。通过使在线圈中流动的电流变化，使具有饱和磁场以上强度的合成磁场的方向变化，由此在被法拉第旋转器24的磁轭两端部42a、42b夹着的区域中，一边维持饱和磁化的状态，一边改变磁化的方向(图中的箭头a)，使磁化的Z方向分量变化。因为法拉第旋转角随着磁化的Z方向分量变化，所以通过控制在线圈中流动的电流，可以调整法拉第旋转角。在此，在法拉第旋转器24的光入射区34和光射出区35附近的区域中，几乎不施加电磁铁产生的磁场。因此在光入射区34和光射出区35附近的区域中的磁化方向(图中的箭头b)都保持+X方向。
在本实施方式中，法拉第旋转器24的光入射区34附近的区域中的磁化方向与光射出区35附近的区域中的磁化方向变成相同。因此，由于在作为平行光的光束的全部光路中偏振光旋转角是相同的，所以在通过法拉第旋转器24后会聚于输出用光纤中时不产生衍射损耗。并且在本实施方式中，在法拉第旋转器24上不存在畴壁I。因此，由于畴壁I当然也不穿过光入射区34和光射出区35，所以可以使插入损耗的变动幅度变小。因此本实施方式的磁光光学部件可以适用于要求损耗低和损耗变动幅度小的偏振光控制器。
另外，在本实施方式中，因为磁轭的两端部42a、42b分别接近全反射膜30、31配置，所以可以有效地在法拉第旋转器24上施加可变磁场，可以使磁光光学部件小型化，电力低消耗化。并且在本实施方式中，因为法拉第旋转器24通常在饱和磁化区域中使用，所以可以不产生滞后而再现性良好地使偏振光旋转角变化。
本实施方式中采用了小型化和低电力消耗化比较困难的磁化旋转方式。但是，因为在本实施方式中，通过多次反射而使法拉第旋转器24内的光程变长，所以即使磁化的旋转角度小，也能获得大的偏振光旋转角，并能获得偏振光旋转角宽的可变范围。因此，按照本实施方式，即使用磁化旋转方式，也能实现比较小型和低电力消耗的磁光光学部件。
另外，在上述第1至第6实施方式中，必需使光束的束径小到多重反射的光束不互相重叠的程度。但是，因为当束径变小时，光束因衍射而容易扩展，所以必须设定为适当的值。虽然适当的束径值受磁光晶体的厚度、光向磁光晶体的入射角度等左右，但实用上40～100μm左右的束径是合适的。作为使用这样小的束径的光束的光学系统，除了可以应用如图5和图19所示那样的光纤50、52和透镜54、56分开配置的光学系统以外，也可应用采用了如图22所示那样使透镜和光纤一体化的带透镜的光纤58、59或通过加热使光纤的顶端部分的芯扩大的芯扩大型光纤等的光学系统。带透镜光纤58、59或芯扩大型的光纤与分开配置透镜的场合相比，适于小型化，还或使组装简易。
另外，在本说明书中的“磁光光学部件”不仅指由磁光晶体、磁场施加机构等构成的元件式部件，而且指根据需要包括透镜、光波导机构(光纤或光波导)、用于流过电流的电极和容纳它们的筐体等的部件。
本发明不限于上述实施方式，可以有各种变型。
例如虽然在上述实施方式中，作为磁光光学部件是以偏振光控制器和光调制器等为例说明的，但本发明不限于此。也可适用于通过使在电磁铁40的线圈44中流过的电流变化，可变地控制光的衰减量的可变光衰减器等其它的磁光光学部件。在将例如图5所示的结构应用于可变光衰减器时，也可以在透镜54与法拉第旋转器20之间配置偏振器，在法拉第旋转器20与透镜56之间配置检偏器。
另外，如果能在法拉第旋转器20中形成与上述实施方式同样的磁区构造，按任何方式配置永久磁铁都可以。例如也可以使具有互相反向的磁极的二个永久磁铁邻近而分别配置在端部42a、42b的各顶端上。
另外，虽然上述实施方式中是举永久磁铁46、47接触(接近)磁轭42而配置的例子说明的，但本发明不限于此。例如使永久磁铁46、47离开磁轭42，分别在法拉第旋转器20的±X方向上配置，在法拉第旋转器20中形成与上述实施方式相同的磁区构造也可以。
虽然在上述实施方式中，作为法拉第旋转器以用LPE法生长的磁性石榴石单晶膜为例子说明的，但本发明不限于此。例如也可以用熔融法，FZ法，固相法等制作的磁性石榴石或正铁氧体等。
权利要求
1.一种磁光光学部件，其特征在于，包括具有对置的第1和第2表面的磁光晶体；配置在上述磁光晶体的上述第1表面侧的至少一部分上的第1全反射部；配置在上述磁光晶体的上述第2表面侧的至少一部分上的第2全反射部；光向上述磁光晶体入射的光入射区；被上述第1和第2全反射部交替反射的上述光从上述磁光晶体射出的光射出区；以使在上述光入射区和上述光射出区中不存在畴壁的方式对上述磁光晶体施加磁场的磁场施加机构。
2.如权利要求1所述的磁光光学部件，其特征在于上述磁场施加机构以使在上述光入射区和上述光射出区中的磁化方向一致的方式对上述磁光晶体施加磁场。
3.如权利要求1或2所述的磁光光学部件，其特征在于上述光入射区配置在上述第1表面上，上述光射出区配置在上述第2表面上。
4.如权利要求1或2所述的磁光光学部件，其特征在于上述光入射区和上述光射出区都配置在上述第1表面上。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的磁光光学部件，其特征在于上述磁光晶体具有预定的易磁化轴，包括通过平行于上述易磁化轴的单方向磁化而构成的磁区A和通过与上述磁区A的磁化方向相反方向的磁化而构成的磁区B。
6.如权利要求5所述的磁光光学部件，其特征在于上述磁场施加机构包括使施加在上述磁光晶体上的上述预定方向的磁场分量为0的位置可变的电磁铁、和分别与形成于上述磁光晶体上的多个磁区对应而每个至少各配置1个的永久磁铁。
7.如权利要求1至4中任意一项所述的磁光光学部件，其特征在于上述磁场施加机构包括在上述磁光晶体上施加固定磁场的至少一个永久磁铁、和在上述磁光晶体上施加与上述固定磁场的方向不同的方向的可变磁场的电磁铁，以使上述可变磁场与上述固定磁场的合成磁场具有上述磁光晶体的饱和磁场以上的强度的方式，使上述可变磁场的强度变化，使上述磁光晶体的磁化方向变化。
8.一种磁光光学部件，其特征在于，包括具有对置的第1和第2表面的磁光晶体；配置在上述磁光晶体的上述第1表面侧的至少一部分上的第1全反射部；配置在上述磁光晶体的上述第2表面侧的至少一部分上的第2全反射部；光向上述磁光晶体入射的光入射区；被上述第1和第2全反射部表面交替反射的上述光从上述磁光晶体射出的光射出区；磁场施加机构，该磁场施加机构包括在上述磁光晶体上施加可变磁场的电磁铁和在上述磁光晶体上施加固定磁场的至少一个永久磁铁，其中该电磁铁包括具有接近上述第1全反射部背面配置的一个端部和接近上述第2全反射部背面配置的另一端部的磁轭、和卷绕在上述磁轭上的线圈。
9.如权利要求8所述的磁光光学部件，其特征在于上述磁光晶体具有预定的易磁化轴，包括通过平行于上述易磁化轴的单方向磁化而构成的磁区A和通过与上述磁区A的磁化方向相反方向的磁化而构成的磁区B。
10.如权利要求8所述的磁光光学部件，其特征在于上述可变磁场的方向与上述固定磁场的方向互相不同，上述磁场施加机构以使上述可变磁场与上述固定磁场的合成磁场具有上述磁光晶体的饱和磁场以上的强度的方式使上述可变磁场的强度变化，使上述磁光晶体的磁化方向变化。
全文摘要
本发明涉及磁光光学部件，以提供小型、低电力消耗、并制造容易的磁光光学部件为目的。其结构是，包括具有大致互相平行的表面(22、23)并具有Z方向的易磁化轴的法拉第旋转器(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)、光入射在法拉第旋转器(20)上的光入射区(34)、由全反射膜(31、30)交替反射的光从法拉第旋转器(20)射出的光射出区(35)、永久磁铁和使施加在法拉第旋转器(20)上的磁场分量为0的位置可变的电磁铁，所述永久磁铁以在法拉第旋转器(20)上形成预定的磁区结构并使在光入射区(34)和光射出区(35)中的磁化方向一致的方式对法拉第旋转器(20)施加Z方向的磁场分量。
文档编号G02F1/09GK1601333SQ20041008747
公开日2005年3月30日 申请日期2004年8月27日 优先权日2003年8月29日
发明者岩塚信治 申请人:Tdk株式会社