JP2005221644A - Magnetooptic optical component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信システムに用いられる可変光アッテネータなどの磁気光学光部品に関する。 The present invention relates to a magneto-optical component such as a variable optical attenuator used in an optical communication system.
光通信システムに用いられる磁気光学光部品の1つとして、可変光アッテネータがある。可変光アッテネータとして、印加した磁界の強度によりファラデー回転角を変化させて光の減衰量を制御するいわゆる磁気光学型可変光アッテネータが知られている。磁気光学型可変光アッテネータは、機械的な可動部がないため信頼性が高く、また小型化し易いという利点を有している。磁気光学型可変光アッテネータは、磁気光学素子(磁気光学結晶)と、磁気光学素子に磁界を印加する電磁石とを有している。電磁石のコイルに流す電流量を変化させて磁気光学素子に印加する磁界の強度を制御することにより、磁気光学素子の磁化の強さを変化させてファラデー回転角を制御できるようになっている。 One of magneto-optic optical components used in an optical communication system is a variable optical attenuator. As a variable optical attenuator, a so-called magneto-optical variable optical attenuator is known that controls the attenuation of light by changing the Faraday rotation angle according to the intensity of an applied magnetic field. The magneto-optic variable optical attenuator has the advantage that it has high mechanical reliability and is easy to miniaturize because there is no mechanical moving part. The magneto-optic variable optical attenuator has a magneto-optic element (magneto-optic crystal) and an electromagnet that applies a magnetic field to the magneto-optic element. By controlling the intensity of the magnetic field applied to the magneto-optical element by changing the amount of current flowing through the coil of the electromagnet, the Faraday rotation angle can be controlled by changing the intensity of magnetization of the magneto-optical element.
磁気光学素子に印加する磁界を制御する方法は、例えば特許文献1に開示されている。図25を用いて当該磁界制御方法について説明する。図25(a)は可変光アッテネータを示しており、当該可変光アッテネータはファラデー回転子(磁気光学素子)113と偏光子112とを備えている。また、当該可変光アッテネータは、ファラデー回転子113に対して互いに直交する方向に磁界を印加する永久磁石114及び電磁石115と、電磁石115に駆動電流を与える可変電流源116とを有している。
A method for controlling the magnetic field applied to the magneto-optical element is disclosed in
永久磁石114によりファラデー回転子113に印加される磁界の方向はファラデー回転子113における光ビーム117の透過方向と平行であり、電磁石115によりファラデー回転子113に印加される磁界の方向はファラデー回転子113における永久磁石114による磁界印加方向及び光ビーム117の透過方向に垂直である。
The direction of the magnetic field applied to the Faraday
図25(b)において、矢印102、105はファラデー回転子113内の磁化方向とその大きさを表すベクトルであり、矢印101、103は外部から印加される印加磁界の方向と大きさを表すベクトルであり、矢印104は、矢印101と矢印103の合成磁界の方向と大きさを表すベクトルである。図中Z方向はファラデー回転子113中の光の伝播方向であり、X方向はZ方向に直交している。ファラデー回転子113は、外部永久磁石114による垂直磁界101により飽和磁化102の状態となる。次に電磁石115による水平磁界103を印加すると外部磁界は合成磁界104となり、ファラデー回転子113は磁化105の状態になる。この磁化105の大きさは飽和磁化102の大きさと同じである。したがってファラデー回転子113は飽和磁化の状態にある。
In FIG. 25 (b),
このように、永久磁石114によりファラデー回転子113に垂直磁界を予め印加してファラデー回転子113を飽和磁化の状態にしておいて、さらにファラデー回転子113の面内方向に配置した電磁石115で水平磁界を印加する。そして、2つの磁界の合成磁界104によりファラデー回転子113の磁化の方向を磁化102から磁化105まで角度θだけ回転させてZ方向の磁化成分106の大きさを制御している。この磁化成分106の大きさに依存してファラデー回転角は変化する。この方法の場合には、ファラデー回転子113は常に飽和磁化領域で使用されるためヒステリシスが生じることがなく、再現性よくファラデー回転角を変化させることができるという特徴を有する。
As described above, a vertical magnetic field is applied in advance to the Faraday
しかしながら、特許文献1に開示された磁界印加方法では、永久磁石114による垂直方向の磁界を印加した状態で磁化を一様に回転させるために、電磁石115により印加する面内方向磁界を強くする必要がある。このため、大型の電磁石115を用いるか、あるいは電磁石115のコイルに大電流を流す必要がある。したがって、磁気光学光部品の小型化、低消費電力化が困難であるという問題が生じている。
However, in the magnetic field application method disclosed in
上記のような可変光アッテネータは、例えば、波長多重光通信システムにおいて各チャンネルの光量を調整するために用いられる。実際に使用される減衰量の範囲は、0dBから10dB(又はそれ以上)までである。可変光アッテネータは光アイソレータと組み合わせて使用されることが多いが、可変光アッテネータと光アイソレータとを個別に設けると装置が大型化及び高価格化する。装置の小型化及び低価格化を実現するために、両者を一体化した光アイソレータ機能付き可変光アッテネータが求められている。光アイソレータの機能としては、システムに大きく依存するが、最低でも15dB以上のアイソレーション値が必要である。また、可変光アッテネータには、波長多重通信において各チャンネルの光を遮断する光シャッタ機能も必要とされている。光シャッタの機能としては、システムに依存するが、おおよそ40dB以上の減衰量が必要である。 The variable optical attenuator as described above is used, for example, to adjust the light amount of each channel in a wavelength division multiplexing optical communication system. The range of attenuation used in practice is from 0 dB to 10 dB (or more). The variable optical attenuator is often used in combination with an optical isolator, but if the variable optical attenuator and the optical isolator are separately provided, the apparatus becomes large and expensive. In order to realize downsizing and cost reduction of the apparatus, a variable optical attenuator with an optical isolator function that integrates both is required. The function of the optical isolator largely depends on the system, but at least an isolation value of 15 dB or more is required. In addition, the variable optical attenuator is also required to have an optical shutter function that blocks light of each channel in wavelength multiplexing communication. The function of the optical shutter depends on the system, but an attenuation of about 40 dB or more is required.
可変光アッテネータに光アイソレータの機能を付加したものとして、いくつかの構成が知られている。特許文献2には、モータにより偏光子又は検光子を回転させて、減衰量を可変にさせながら逆方向損失を一定の値に維持する光アイソレータ機能付き可変光アッテネータが開示されている。この構成では、常に一定の逆方向損失を維持できるものの、偏光子又は検光子を回転させる機構が必要となる。したがって、装置が大型化するだけでなく、可動部を有するため長期信頼性に問題がある。
Several configurations are known in which the function of an optical isolator is added to a variable optical attenuator.
また、特許文献3に開示された光アイソレータ機能付き可変光アッテネータは、光アッテネータに光アイソレータの機能を有する光学素子を追加したものである。光アイソレータとして機能する部分に用いられる第1の磁気光学結晶には飽和磁界が印加され、光アッテネータとして機能する部分に用いられる第2の磁気光学結晶には可変の磁界が印加される。そのため、第1の磁気光学結晶と第2の磁気光学結晶とを近接して配置することができず、装置が大型化してしまうという問題がある。また、40dB以上の減衰量が必要な光シャッタ機能については全く考慮されていない。
The variable optical attenuator with an optical isolator function disclosed in
さらに特許文献4や特許文献5には、磁気光学結晶を2枚以上使用した光アッテネータが開示されているが、光アイソレータ機能については全く考慮されていない。例えば、特許文献5に記載された光アッテネータでは40dB以上の減衰量を実現しているが、光アイソレータとしては動作しない。 Further, Patent Documents 4 and 5 disclose optical attenuators using two or more magneto-optical crystals, but the optical isolator function is not considered at all. For example, the optical attenuator described in Patent Document 5 achieves an attenuation of 40 dB or more, but does not operate as an optical isolator.
また特許文献6には、光アイソレータを利用した光アッテネータが記載されているが、光アイソレーションと光アッテネーションとを同時に実現する具体的な構成は示されていない。 Patent Document 6 describes an optical attenuator using an optical isolator, but does not show a specific configuration for simultaneously realizing optical isolation and optical attenuation.
さらに特許文献7では、光アッテネータにおける光アッテネーションに最適なファラデー回転角について考察されているが、光アイソレータについては全く考慮されていない。 Further, in Patent Document 7, although the Faraday rotation angle optimum for optical attenuation in the optical attenuator is considered, the optical isolator is not considered at all.
以上説明したように、従来の光アイソレータ機能付き可変光アッテネータは、可変光アッテネータに単純に光アイソレータを組み合わせているだけであるため、装置の小型化が困難であるという問題を有している。また、上記の各特許文献は、単なる可変光アッテネータを開示しているに過ぎず、光アイソレータの機能についていずれも言及していない。さらに、上記の各特許文献は、光アイソレータ及び光シャッタの機能を共に有する可変光アッテネータについていずれも言及していない。
本発明の目的は、光シャッタの機能を有し、小型、低価格、低消費電力でかつ高速な可変光アッテネータ等の磁気光学光部品を提供することにある。また、本発明の目的は、上記の可変光アッテネータ等に光アイソレータの機能をさらに付加した磁気光学光部品を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a magneto-optical optical component such as a variable optical attenuator having an optical shutter function, small size, low price, low power consumption and high speed. Another object of the present invention is to provide a magneto-optical component in which the function of an optical isolator is further added to the above variable optical attenuator and the like.
上記目的は、光路上に順に配置された第1乃至第3の偏光子と、光入出射面に平行でない方向の磁化により構成される磁区Aと、前記磁区Aの磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成される磁区Bと、前記磁区A及び磁区Bの境界となる平面状の磁壁と、光ビームの透過する光透過領域とをそれぞれ備えた第1及び第2の磁気光学素子と、前記第1及び第2の磁気光学素子に可変磁界を印加して前記磁壁の位置をそれぞれ可変とする磁界印加機構とを有する磁気光学光部品であって、前記第1の磁気光学素子は前記第1の偏光子と前記第2の偏光子との間に配置されており、前記第2の磁気光学素子は前記第2の偏光子と前記第3の偏光子との間に配置されていることを特徴とする磁気光学光部品によって達成される。 The above-described object is that the first to third polarizers arranged in order on the optical path, the magnetic domain A configured by magnetization in a direction not parallel to the light incident / exit surface, and the magnetization direction of the magnetic domain A are opposite to each other First and second magneto-optical elements each including a magnetic domain B configured by magnetization in a direction, a planar magnetic domain wall that is a boundary between the magnetic domain A and the magnetic domain B, and a light transmission region through which a light beam is transmitted A magneto-optical optical component having a magnetic field applying mechanism that applies a variable magnetic field to the first and second magneto-optical elements to change the position of the domain wall, respectively. The second polarizer is disposed between the first polarizer and the second polarizer, and the second magneto-optical element is disposed between the second polarizer and the third polarizer. This is achieved by a magneto-optic optical component characterized in that.
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第1の磁気光学素子の磁壁と前記光ビームとの間の距離と、前記第2の磁気光学素子の磁壁と前記光ビームとの間の距離とは互いに異なることを特徴とする。 The magneto-optic optical component of the present invention, wherein the distance between the domain wall of the first magneto-optic element and the light beam, and the distance between the domain wall of the second magneto-optic element and the light beam. Are different from each other.
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第1の磁気光学素子の磁壁と前記光ビームとの間の距離と、前記第2の磁気光学素子の磁壁と前記光ビームとの間の距離との差は、光のビーム径の0.8倍以上であることを特徴とする。 The magneto-optic optical component of the present invention, wherein the distance between the domain wall of the first magneto-optic element and the light beam, and the distance between the domain wall of the second magneto-optic element and the light beam. The difference is that it is 0.8 times or more the beam diameter of light.
また、上記目的は、外部から入射した光を第1の光ビームとして出射する第1の偏光子と、前記第1の光ビームを反射して、前記第1の光ビームと異なる光路上を前記第1の光ビームの進む方向と異なる方向に進む前記第2の光ビームとして出射する反射部と、前記第2の光ビームを入射して外部に出射する第2の偏光子と、光入出射面に平行でない方向の磁化により構成される磁区Aと、前記磁区Aの磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成される磁区Bと、前記磁区A及び磁区Bの境界となる平面状の磁壁と、前記第1の光ビームが透過する第1の光透過領域と、前記第2の光ビームが透過する第2の光透過領域とを備えた磁気光学素子と、前記磁気光学素子と前記反射部との間に配置された第3の偏光子と、前記磁気光学素子に可変磁界を印加して前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構とを有することを特徴とする磁気光学光部品によって達成される。 Further, the object is to reflect a first polarizer that emits light incident from the outside as a first light beam, and to reflect the first light beam on a different optical path from the first light beam. A reflecting portion that emits as the second light beam traveling in a direction different from the traveling direction of the first light beam; a second polarizer that enters the second light beam and emits the same; A magnetic domain A constituted by magnetization in a direction not parallel to the plane, a magnetic domain B constituted by magnetization in a direction opposite to the magnetization direction of the magnetic domain A, and a planar shape serving as a boundary between the magnetic domain A and the magnetic domain B A magneto-optical element comprising a domain wall, a first light transmission region through which the first light beam is transmitted, and a second light transmission region through which the second light beam is transmitted; the magneto-optical element; A third polarizer disposed between the reflecting portion and the magneto-optical element can be used. It is achieved by the magneto-optical device characterized by having a magnetic field application mechanism by applying a magnetic field to vary the position of the domain wall.
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記磁気光学素子における前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとの距離は、光のビーム径の0.8倍以上であることを特徴とする。 The magneto-optic optical component according to the invention is characterized in that the distance between the first light beam and the second light beam in the magneto-optical element is at least 0.8 times the beam diameter of the light. And
本発明によれば、光シャッタの機能を有し、小型、低価格、低消費電力でかつ高速な可変光アッテネータ等の磁気光学光部品を実現できる。また、本発明によれば、上記の可変光アッテネータ等に光アイソレータの機能をさらに付加した磁気光学光部品を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a magneto-optical optical component such as a variable optical attenuator that has a function of an optical shutter and is small, low cost, low power consumption and high speed. Further, according to the present invention, it is possible to realize a magneto-optical component in which the function of an optical isolator is further added to the above variable optical attenuator or the like.
〔第1の実施の形態〕
本発明の第1の実施の形態による磁気光学光部品について図1乃至図17を用いて説明する。まず、本実施の形態による磁気光学光部品の動作原理について図1乃至図3を用いて説明する。図1乃至図3は、磁気光学素子であるファラデー回転子20にそれぞれ条件を変えて磁界を印加している状態を示している。図1(a)、図2(a)、及び図3(a)は、ファラデー回転子20を光入出射面に垂直な方向に見た状態を示している。ここで、光学では「光入射面」を入射光線と境界面の法線を含む面と定義する場合があるが、本明細書での「光入出射面」は、この定義ではなく、ファラデー回転子20(あるいは他の光学素子)において光が入射/出射する面のことを意味する。ファラデー回転子20の中央付近の円で囲んだ領域は、光ビームが透過する光透過領域Cである。例えば紙面手前から紙面後方に向かって進む直線偏光の光は、ファラデー回転子20の光透過領域Cに入射し、偏光方位を所定角度回転させられて紙面後方に射出する。ファラデー回転子20は、例えば液相エピタキシャル(LPE)法により育成され、膜成長面に垂直な方向に磁化容易軸が現れる垂直磁化性を備えた磁性ガーネット単結晶膜で形成されている。ファラデー回転子20の両側には、後述する電磁石とともに磁界印加機構を構成する永久磁石M1、M2が配置されている。2つの永久磁石M1、M2は、例えばほぼ同一の磁力を有しており、互いの磁極は逆向き(着磁の方向が正反対)に配置されている。例えば永久磁石M1内部の磁束は紙面後方から手前に向いており、永久磁石M2内部の磁束は紙面手前から後方に向いている。また、永久磁石M1より永久磁石M2の方が、ファラデー回転子20の光透過領域Cから遠い位置に配置されている。
[First Embodiment]
A magneto-optical component according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the operation principle of the magneto-optical component according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3 show a state in which a magnetic field is applied to the
図1(b)、図2(b)、及び図3(b)は、図1(a)、図2(a)、及び図3(a)のそれぞれに示したX−X線で切断したファラデー回転子20の断面での磁区構造を模式的に示している。図1(b)、図2(b)、及び図3(b)において、永久磁石M1内部の磁束は下向きであり、永久磁石M2内部の磁束は上向きである。
1 (b), 2 (b), and 3 (b) were cut along the lines XX shown in FIGS. 1 (a), 2 (a), and 3 (a), respectively. The magnetic domain structure in the cross section of the
図1(c)、図2(c)、及び図3(c)は、光軸に平行な方向(ファラデー回転子20の光入出射面に垂直な方向)に印加される磁界の向きと強さを矢印の向きと長さで模式的に表している。図示において、横方向はファラデー回転子20の断面の横方向の位置に対応し、縦方向は光軸に平行な方向を表している。
1 (c), 2 (c), and 3 (c) show the direction and strength of a magnetic field applied in a direction parallel to the optical axis (direction perpendicular to the light incident / exit surface of the Faraday rotator 20). This is schematically represented by the direction and length of the arrow. In the figure, the horizontal direction corresponds to the horizontal position of the cross section of the
さて、図1(a)〜(c)は、永久磁石M1、M2だけでファラデー回転子20に磁界を印加している状態を示している。図1(c)に示すように、ファラデー回転子20の永久磁石M1に近い左側部分では磁界は図中上向きに(つまり、図1(a)において紙面後方に向かって)印加されている。一方、永久磁石M2に近い右側部分では磁界は図中下向きに(つまり、図1(a)において紙面手前に向かって)印加される。ファラデー回転子20に印加される磁界成分は、光入出射面内の所定方向で単調に変化している。図1(b)のファラデー回転子20内の矢印で示すように、ファラデー回転子20内の磁化の向きは、永久磁石M1と永久磁石M2によりファラデー回転子20に印加される磁界の向きと同じになる。永久磁石M1、M2はほぼ等しい磁力を有しているが、互いに磁極が逆向きであってファラデー回転子20からの距離は永久磁石M1の方が近いため、ファラデー回転子20内部では図1(c)に示すように上向きの磁界、つまり光の進行方向と同方向の磁界が支配的になる。飽和磁界以上の強さの磁界が印加された領域には、磁化を一様に一方向にした磁区が形成される。したがって、図1(b)に示すように、ファラデー回転子20内部では、磁化を一様に上向き(光の進行方向と同方向)にした磁区Aの領域の方が、磁化を一様に下向き(光の進行方向と逆方向)にした磁区Bの領域より支配的になる。これにより、図1(c)に示すように光入出射面に垂直方向の磁界が0となる位置Oにおいて、図1(a)、(b)に示すように磁区Aと磁区Bとの平面状の境界(以下、「磁壁I」という)が形成され、光透過領域Cは磁区Aの領域内に完全に包含される。
1A to 1C show a state in which a magnetic field is applied to the
磁壁Iをほぼ平面状に維持するには、図1(c)、図2(c)、及び図3(c)に示した光入出射面に対する垂直方向磁界が0となる位置O近傍での磁界強度の勾配が、十分大きければよい。また、位置Oが光入射面内で直線状になるように一様な垂直方向磁界を印加することにより、磁壁Iを再現性良く安定して移動させることができる。これにより、従来から問題とされている磁区構造のヒステリシスが生じない、繰り返し再現性に優れた磁気光学光部品を実現できる。 In order to maintain the domain wall I in a substantially flat shape, the position near the position O where the perpendicular magnetic field with respect to the light incident / exit surface shown in FIGS. 1 (c), 2 (c), and 3 (c) becomes zero. It is sufficient that the gradient of the magnetic field strength is sufficiently large. Further, by applying a uniform vertical magnetic field so that the position O is linear in the light incident surface, the domain wall I can be stably moved with good reproducibility. As a result, it is possible to realize a magneto-optic optical component having excellent reproducibility and free from hysteresis of the magnetic domain structure, which has been a problem in the past.
ここで、光透過領域Cが磁区A領域内にあるときのファラデー回転角を+θfs(飽和のファラデー回転角)とする。すなわち、紙面手前からファラデー回転子20に入射し、光透過領域Cを透過した直線偏光の光は、偏光方位を+θfsだけ回転させられて紙面後方に射出する。
本実施の形態では、磁区A及び磁区Bの磁化の向きが光入出射面に垂直(光伝搬方向に平行)になっている。しかし、ファラデー回転子20のファラデー回転角は磁化の光伝搬方向成分によって変化するため、磁化の向きは光入出射面に平行(光伝搬方向に垂直)でなければ他の方向であってもよい。
Here, the Faraday rotation angle when the light transmission region C is in the magnetic domain A region is defined as + θfs (saturated Faraday rotation angle). That is, the linearly polarized light that has entered the
In the present embodiment, the magnetization directions of the magnetic domain A and the magnetic domain B are perpendicular to the light incident / exit surface (parallel to the light propagation direction). However, since the Faraday rotation angle of the
ここでは、永久磁石M1を永久磁石M2よりファラデー回転子20に近づけることにより光透過領域Cを磁区Aの領域内に入るようにしているが、例えば、永久磁石M1の磁力を永久磁石M2のそれより強くして、ファラデー回転子20に対して両者がほぼ等距離になるように配置して光透過領域Cを磁区Aの領域内に入れるようにしてもよい。あるいは、永久磁石M2を用いずに永久磁石M1だけを用いて光透過領域Cを磁区Aの領域内に入れるようにしてもよい。
Here, the permanent magnet M1 is moved closer to the
次に、図2(a)〜(c)では、不図示の電磁石に通電して、永久磁石M1、M2による磁界に加えて光の進行方向と逆方向の磁界を印加して、光入出射面に垂直方向の磁界が0となる位置Oを図の左方向に移動させ、ファラデー回転子20のほぼ中央に位置させる。これにより図2(c)に示すように、ファラデー回転子20内部は左半分に図中上向き(光の進行方向と同方向)の磁界が印加され、右半分に下向き(光の進行方向と逆方向)の磁界が印加される状態となる。したがって、図2(b)に示すように、磁壁Iも図の左方向に移動してファラデー回転子20のほぼ中央に位置する。ファラデー回転子20には、磁化を一様に上向き(光の進行方向と同方向)にした磁区Aの領域と、磁化を一様に下向き(光の進行方向と逆方向)にした磁区Bの領域とが、中央の磁壁Iを境界として左右半々に形成される。これにより図2(b)に示すように、光透過領域Cには、磁区Aの領域と磁区Bの領域とがほぼ半々に存在するようになり、両方の磁区が均等に含まれるためファラデー回転角θfは0°となる。すなわち、紙面手前からファラデー回転子20に入射し、光透過領域Cを透過した直線偏光の光は、偏光方位を回転させられずに紙面後方に射出する。
Next, in FIGS. 2A to 2C, an electromagnet (not shown) is energized, and a magnetic field in the direction opposite to the light traveling direction is applied in addition to the magnetic field generated by the permanent magnets M1 and M2. The position O at which the magnetic field perpendicular to the surface is 0 is moved to the left in the figure, and is positioned approximately at the center of the
次に、図3(a)〜(c)では、不図示の電磁石のコイルにさらに大電流を流して光の進行方向と逆方向の磁界をさらに印加し、図3(c)に示すように、光入出射面に垂直方向の磁界が0となる位置Oをさらに図の左方向に移動させる。これにより図3(c)に示すように、ファラデー回転子20内部では図中下向き(光の進行方向と逆方向)の磁界が支配的になる。したがって、図3(b)に示すように、ファラデー回転子20には、磁化を一様に下向き(光の進行方向と逆方向)にした磁区Bの領域の方が、磁化を一様に上向き(光の進行方向と同方向)にした磁区Aの領域より支配的になる。これにより図3(c)に示すように、光透過領域Cは、磁区Bの領域内に完全に包含される。光透過領域Cが磁区Bの領域内にあるときのファラデー回転角は−θfsとなる。すなわち、紙面手前からファラデー回転子20に入射し、光透過領域Cを透過した直線偏光の光は、偏光方位を−θfsだけ回転させられて紙面後方に射出する。
Next, in FIGS. 3A to 3C, a larger current is applied to a coil of an electromagnet (not shown) to further apply a magnetic field in the direction opposite to the traveling direction of light, as shown in FIG. Then, the position O at which the magnetic field perpendicular to the light incident / exit surface is 0 is further moved to the left in the figure. As a result, as shown in FIG. 3C, a magnetic field in the downward direction (opposite to the traveling direction of light) is dominant in the
図4は、本実施の形態による磁気光学光部品として透過型可変光アッテネータの要部構成を模式的に示している。図4では、光の進行方向にZ軸をとり、Z軸に直交する面内で互いに直交する2方向にX軸及びY軸をとっている。また、光ビームの中心軸上をX=0としている。図4に示すように、可変光アッテネータは、外部から光が入射する光入射ポートP1(図示せず)側から順に、偏光ガラス(偏光子)30、ファラデー回転子20、偏光ガラス31、ファラデー回転子21、及び偏光ガラス32を有している。偏光ガラス30、31、32に代えて、くさび複屈折偏光子、複屈折板等を用いることもできる。ファラデー回転子20、21には、不図示の磁界印加機構により所定の分布の磁界が印加され、磁区構造が形成されている。ファラデー回転子20は、例えば磁化の向きを一様に+Z方向にした磁区A1と、磁化の向きを一様に−X方向にした磁区B1と、磁区A1、B1の境界であり例えばYZ面に平行な磁壁I1とを有している。ファラデー回転子21は、磁化の向きを一様に磁区A1の磁化の向きと同一にした磁区A2と、磁化の向きを一様に磁区B1の磁化の向きと同一にした磁区B2と、磁区A2、B2の境界であり磁壁I1にほぼ平行な磁壁I2とを有している。ファラデー回転子20の磁壁I1とファラデー回転子21の磁壁I2とは、電磁石のコイルに流す電流を制御することにより±X方向に移動できるようになっている。磁壁I1、I2は互いに異なる平面内に配置され、図4に示す構成では磁壁I1を含む平面が磁壁I2を含む平面よりも+X方向に位置している。
FIG. 4 schematically shows a main configuration of a transmissive variable optical attenuator as a magneto-optical component according to the present embodiment. In FIG. 4, the Z axis is taken in the light traveling direction, and the X axis and the Y axis are taken in two directions perpendicular to each other in a plane perpendicular to the Z axis. Further, X = 0 on the central axis of the light beam. As shown in FIG. 4, the variable optical attenuator includes a polarizing glass (polarizer) 30, a
ここで、ファラデー回転子20の磁区Aのファラデー回転角は+θf1とし、磁区Bのファラデー回転角は−θf1とする。また、ファラデー回転子21の磁区Aのファラデー回転角は+θf2とし、磁区Bのファラデー回転角は−θf2とする。偏光ガラス30の光学軸と偏光ガラス31の光学軸との間の相対角度をφ1とし、偏光ガラス31の光学軸と偏光ガラス32の光学軸との間の相対角度をφ2とする。また、ファラデー回転子20の磁壁I1のX座標をX1とし、ファラデー回転子21の磁壁I2のX座標をX2とする。
Here, the Faraday rotation angle of the magnetic domain A of the
偏光ガラス30、31、32の消光比がファラデー回転子20、21の消光比Sより十分大きいとすると、磁区Aiを通過した光の順方向(+Z方向)透過率Fai、及び磁区Aiを通過した光の逆方向(−Z方向)透過率Baiは、次式のようになる。
Fai=(1−S)cos2(φi−θfi)+Ssin2(φi−θfi)
Bai=(1−S)cos2(−φi−θfi)+Ssin2(−φi−θfi)
Assuming that the extinction ratio of the
Fai = (1−S) cos 2 (φi−θfi) + Ssin 2 (φi−θfi)
Bai = (1−S) cos 2 (−φi−θfi) + Ssin 2 (−φi−θfi)
一方、磁区Biを通過した光の順方向透過率Fbi、及び磁区Biを通過した光の逆方向透過率Bbiは、次式のようになる。
Fbi=(1−S)cos2(φi+θfi)+Ssin2(φi+θfi)
Bbi=(1−S)cos2(−φi+θfi)+Ssin2(−φi+θfi)
On the other hand, the forward transmittance Fbi of the light passing through the magnetic domain Bi and the reverse transmittance Bbi of the light passing through the magnetic domain Bi are expressed by the following equations.
Fbi = (1-S) cos 2 (φi + θfi) + Ssin 2 (φi + θfi)
Bbi = (1-S) cos 2 (−φi + θfi) + Ssin 2 (−φi + θfi)
ここでi=1or2である。これらの式より、Bai=Fbi、Bbi=Faiの関係が成り立つ。例えば、φi=θfi=45°、S=0.001の場合、Fai=Bbi=0.999であり、Fbi=Bai=0.001である。 Here, i = 1 or 2. From these expressions, the relationship of Bai = Fbi and Bbi = Fai is established. For example, when φi = θfi = 45 ° and S = 0.001, Fai = Bbi = 0.999 and Fbi = Bai = 0.001.
2つのファラデー回転子20、21を通過する光の透過率は、通過する各磁区の透過率の積になる。例えば磁区A1、A2を通過する光の順方向透過率はFa1×Fa2、磁区A1、B2を通過する光の順方向透過率はFa1×Fb2というようになる。
ここで、光ビームをガウシアンビームと仮定し、磁壁I1、I2の位置(X座標)が互いの相対的位置を保ちつつ可変である可変光アッテネータの順方向損失と逆方向損失とを算出した。φ1=θf1=φ2=θf2=45°とし、ファラデー回転子20、21の消光比を0.001とした。
以下では、可変光アッテネータとして、順方向損失が0〜10dBの範囲を光量調整で使用すると考えた。また、光アイソレータの機能としては最低15dB以上の逆方向損失(アイソレーション)が必要であり、光シャッタの機能としては40dB以上の順方向損失が必要であると考えた。
The transmittance of light passing through the two
Here, assuming that the light beam is a Gaussian beam, the forward loss and the reverse loss of the variable optical attenuator in which the positions of the domain walls I1 and I2 (X coordinate) are variable while maintaining their relative positions are calculated. φ1 = θf1 = φ2 = θf2 = 45 °, and the extinction ratio of the
In the following, it is considered that the range of 0 to 10 dB in the forward loss is used for the light amount adjustment as the variable optical attenuator. Further, it was considered that a reverse loss (isolation) of at least 15 dB or more is necessary for the function of the optical isolator, and a forward loss of 40 dB or more is necessary for the function of the optical shutter.
図5は、磁壁I1を含む平面と磁壁I2を含む平面との間の距離(磁壁I1と光ビームの中心軸との距離と、磁壁I2と光ビームの中心軸との距離との差)がビーム径の1.5倍である可変光アッテネータ((X1−X2)/(ビーム径)=1.5)の順方向損失及び逆方向損失を示すグラフである。グラフの横軸はビーム径で規格化した磁壁I1のX座標(X1/(ビーム径))を表し、縦軸は損失(dB)を表している。図5に示すように、磁壁I1が+X方向に移動するとともに順方向損失は増加し、逆方向損失は減少している。順方向損失が0〜10dBの範囲において、逆方向損失は30dB以上の値が維持されている。したがって、この可変光アッテネータは光アイソレータとして機能している。また、磁壁I1がさらに+X方向に移動すると順方向損失は60dB(≧40dB)となり、この可変光アッテネータは光シャッタとして機能する。なお、この可変光アッテネータは、順方向損失40dB以上の領域では逆方向損失が小さくなり光アイソレータとしては機能しない。しかし、光シャッタとして機能させるときには光を遮断できればよく、光アイソレータとして機能させる必要はないため問題にはならない。 FIG. 5 shows the distance between the plane including the domain wall I1 and the plane including the domain wall I2 (the difference between the distance between the domain wall I1 and the central axis of the light beam and the distance between the domain wall I2 and the central axis of the light beam). It is a graph which shows the forward loss and reverse loss of the variable optical attenuator ((X1-X2) / (beam diameter) = 1.5) which is 1.5 times the beam diameter. The horizontal axis of the graph represents the X coordinate (X1 / (beam diameter)) of the domain wall I1 normalized by the beam diameter, and the vertical axis represents the loss (dB). As shown in FIG. 5, as the domain wall I1 moves in the + X direction, the forward loss increases and the reverse loss decreases. In the range where the forward loss is 0 to 10 dB, the backward loss is maintained at 30 dB or more. Therefore, this variable optical attenuator functions as an optical isolator. When the domain wall I1 further moves in the + X direction, the forward loss becomes 60 dB (≧ 40 dB), and this variable optical attenuator functions as an optical shutter. Note that this variable optical attenuator does not function as an optical isolator because the backward loss is small in the region where the forward loss is 40 dB or more. However, when functioning as an optical shutter, it suffices if light can be blocked, and there is no need to function as an optical isolator.
図6は、磁壁I1を含む平面と磁壁I2を含む平面との間の距離がビーム径の0.8倍である可変光アッテネータ((X1−X2)/(ビーム径)=0.8)の順方向損失及び逆方向損失を示すグラフである。図6に示すように、順方向損失が0〜10dBの範囲において、逆方向損失は約15dB以上の値が維持されている。したがって、この可変光アッテネータは光アイソレータとして機能している。また、磁壁I1がさらに+X方向に移動すると順方向損失は60dB(≧40dB)となり、この可変光アッテネータは光シャッタとして機能する。なお、この可変光アッテネータは、順方向損失40dB以上の領域では逆方向損失が小さくなり光アイソレータとしては機能しないが、上記と同様の理由で問題にはならない。 FIG. 6 shows a variable optical attenuator ((X1-X2) / (beam diameter) = 0.8) in which the distance between the plane including the domain wall I1 and the plane including the domain wall I2 is 0.8 times the beam diameter. It is a graph which shows a forward direction loss and a reverse direction loss. As shown in FIG. 6, in the range where the forward loss is 0 to 10 dB, the reverse loss is maintained at a value of about 15 dB or more. Therefore, this variable optical attenuator functions as an optical isolator. When the domain wall I1 further moves in the + X direction, the forward loss becomes 60 dB (≧ 40 dB), and this variable optical attenuator functions as an optical shutter. This variable optical attenuator does not function as an optical isolator because the reverse loss is small in a region where the forward loss is 40 dB or more, but it does not cause a problem for the same reason as described above.
図7は、磁壁I1と磁壁I2とが同一平面内にある可変光アッテネータ((X1−X2)/(ビーム径)=0)の順方向損失及び逆方向損失を示すグラフである。図7に示すように、順方向損失が10dBのときの逆方向損失は1dB以下になっている。したがって、この可変光アッテネータは光アイソレータとして機能していない。
このように、磁壁I1を含む平面と磁壁I2を含む平面との距離がビーム径の0.8倍以上(|X1−X2|/(ビーム径)≧0.8)であれば、光アイソレータ及び光シャッタとして機能する可変光アッテネータが得られる。
FIG. 7 is a graph showing the forward loss and the backward loss of the variable optical attenuator ((X1-X2) / (beam diameter) = 0) in which the domain wall I1 and the domain wall I2 are in the same plane. As shown in FIG. 7, when the forward loss is 10 dB, the reverse loss is 1 dB or less. Therefore, this variable optical attenuator does not function as an optical isolator.
Thus, if the distance between the plane including the domain wall I1 and the plane including the domain wall I2 is 0.8 times or more the beam diameter (| X1-X2 | / (beam diameter) ≧ 0.8), the optical isolator and A variable optical attenuator that functions as an optical shutter is obtained.
図8は、本実施の形態による透過型可変光アッテネータ1の構成を示している。図8に示すように、可変光アッテネータ1は、偏光ガラス30、ファラデー回転子20、偏光ガラス31、ファラデー回転子21、及び偏光ガラス32が光路上にこの順に並んで配置された光学素子を有している。
FIG. 8 shows the configuration of the transmissive variable
また、可変光アッテネータ1は、ファラデー回転子20、21に対し光軸に平行な方向に飽和磁界を印加する永久磁石66、67、68、69と、ファラデー回転子20、21に対し光軸に平行な方向に可変磁界を印加する電磁石70とを有している。電磁石70はコの字状のヨーク71とヨーク71に巻き回されたコイル72とを有している。ヨーク71の一端部(図中左方)のうち図中上方には永久磁石66が埋め込まれ、図中下方には永久磁石67が埋め込まれている。ヨーク71の他端部(図中右方)のうち図中上方には永久磁石68が埋め込まれ、図中下方には永久磁石69が埋め込まれている。永久磁石66、68の磁極の向きは図中右向きであり、永久磁石67、69の磁極の向きは図中左向きである。永久磁石68は光軸との距離が永久磁石66より近く、永久磁石67は光軸との距離が永久磁石69より近くなっている。各永久磁石66、67、68、69の位置を調整することにより、ファラデー回転子20の磁壁I1及びファラデー回転子21の磁壁I2の位置を調整できる。
The variable
電磁石70のヨーク71両端部には、光を透過させるための光導入窓73がそれぞれ設けられている。偏光ガラス30、ファラデー回転子20、偏光ガラス31、ファラデー回転子21、及び偏光ガラス32は、ヨーク71の両端部間に位置している。ヨーク71の一端部の光導入窓73から入射した光は、各光学素子の光軸を通ってヨーク71の他端部の光導入窓73から射出するようになっている。電磁石70のコイル72に通電することによりヨーク71及びヨーク71両端部間の光学素子を通る閉磁路が形成され、予め光軸に平行に飽和磁界が印加されているファラデー回転子20、21に対し、光軸に平行な所望の磁界を印加できるようになっている。これにより、ファラデー回転子20、21の磁壁I1、I2を±X方向に移動させることができる。
ここで、磁壁I1を含む平面と磁壁I2を含む平面との間の距離が例えばビーム径の1.0倍以上である可変光アッテネータ1の動作について図9乃至図14を用いて説明する。図9乃至図14は、可変光アッテネータ1を構成する各光学素子を通過する光の偏光状態を+Z方向に見た図である。図9乃至図14の(a)は、偏光ガラス30の−Z側の光入出射面Z1での光の偏光状態を示している(図4参照)。図9乃至図14の(b)は、偏光ガラス30の+Z側の光入出射面Z2での光の偏光状態を示している。図9乃至図14の(c)は、偏光ガラス31の−Z側の光入出射面Z3での光の偏光状態を示している。図9乃至図14の(d)は、偏光ガラス31の+Z側の光入出射面Z4での光の偏光状態を示している。図9乃至図14の(e)は、偏光ガラス32の−Z側の光入出射面Z5での光の偏光状態を示している。図9乃至図14の(f)は、偏光ガラス32の+Z側の光入出射面Z6での光の偏光状態を示している。
Here, the operation of the variable
図9乃至図14では、理解を容易にするために、偏光ガラス30、31、32、及びファラデー回転子20、21を+Z方向に見た状態を併せて模式的に図示している。また、各(a)〜(f)には各光の位置を示すために仮想方眼を示している。各光の偏光方位は両矢印で示している。
9 to 14 schematically show the
まず、不図示の磁界印加機構によりファラデー回転子20、21の双方の光透過領域に磁区Aが形成されている状態(第1の状態)における光入射ポートP1(1)から入射した光の状態について、図9を用いて説明する。図9(a)に示すように、光入射ポートP1(1)から入射した光L11は、偏光ガラス30の一方の表面に入射する。図9(b)に示すように、光L11のうち偏光ガラス30の透過軸(図中両矢印で示す)に平行な偏光成分は偏光ガラス30を透過し、他方の表面から偏光光L12として出射する。光L12はファラデー回転子20の磁区Aに入射し、図9(c)に示すように、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について時計回りに45°回転した光L13としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L13の偏光方位は偏光ガラス31の透過軸に平行になる。光L13は偏光ガラス31の一方の表面に入射し、偏光ガラス31で吸収されずに透過して、図9(d)に示すように他方の表面から光L14として出射する。光L14はファラデー回転子21の磁区Aに入射し、図9(e)に示すように、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について時計回りに45°回転した光L15としてファラデー回転子21から出射する。これにより、光L15の偏光方位は偏光ガラス32の透過軸に平行になる。光L15は偏光ガラス32の一方の表面に入射し、偏光ガラス32で吸収されずに透過して、図9(f)に示すように他方の表面から光L16として出射する。光L16は、光出射ポートP2(2)に入射して外部に出射する。したがって、光入射ポートP1(1)に入射した光は、光出射ポートP2(2)から出射することになる。
First, the state of light incident from the light incident port P1 (1) in a state where the magnetic domain A is formed in the light transmission region of both the
次に、不図示の磁界印加機構により磁壁I1、I2が移動し、ファラデー回転子20の光透過領域に磁区Bが形成され、ファラデー回転子21の光透過領域に磁区Aが形成されている状態(第2の状態)における光入射ポートP1(1)から入射した光の状態について、図10を用いて説明する。図10(a)に示すように、光入射ポートP1(1)から入射した光L21は、偏光ガラス30の一方の表面に入射する。図10(b)に示すように、光L21のうち偏光ガラス30の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス30を透過し、他方の表面から偏光光L22として出射する。光L22はファラデー回転子20の磁区Bに入射し、図10(c)に示すように、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について反時計回りに45°回転した光L23としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L23の偏光方位は偏光ガラス31の透過軸に垂直になる。光L23は偏光ガラス31で吸収され、偏光ガラス31を透過しない。したがって、光入射ポートP1(1)に入射した光は、光出射ポートP2(2)から出射しないことになる。
Next, the domain walls I1 and I2 are moved by a magnetic field application mechanism (not shown), the magnetic domain B is formed in the light transmission region of the
次に、不図示の磁界印加機構により磁壁I1、I2がさらに移動し、ファラデー回転子20、21の双方の光透過領域に磁区Bが形成されている状態(第3の状態)における光入射ポートP1(1)から入射した光の状態について、図11を用いて説明する。図11(a)に示すように、光入射ポートP1(1)から入射した光L31は、偏光ガラス30の一方の表面に入射する。図11(b)に示すように、光L31のうち偏光ガラス30の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス30を透過し、他方の表面から偏光光L32として出射する。光L32はファラデー回転子20の磁区Bに入射し、図11(c)に示すように、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について反時計回りに45°回転した光L33としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L33の偏光方位は偏光ガラス31の透過軸に垂直になる。光L33は偏光ガラス31で吸収され、偏光ガラス31を透過しない。したがって、光入射ポートP1(1)に入射した光は、光出射ポートP2(2)から出射しないことになる。
Next, the light incident port in a state (third state) in which the domain walls I1 and I2 are further moved by a magnetic field application mechanism (not shown) and the magnetic domain B is formed in the light transmission regions of both the
なお、ファラデー回転子20の作製誤差や温度波長変化に伴うファラデー回転角の角度ずれ、又は各光学素子の光学軸の角度ずれ等によって、第2の状態での光L23及び第3の状態での光L33の偏光方位が偏光ガラス31の透過軸に垂直にならず、一部の光が偏光ガラス31を透過してしまうこともあり得る。第2の状態では、偏光ガラス31を透過した光は、図9(d)〜(f)に示す第1の状態と同様に光出射ポートP2(2)に入射して外部に出射する。これに対し第3の状態では、偏光ガラス31を透過した光は、ファラデー回転子21の磁区Bに入射して偏光ガラス32の透過軸に垂直になるように偏光方位が回転するため、光出射ポートP2(2)に入射しないようになっている。したがって、第3の状態では第2の状態よりさらに高い減衰量が得られるようになっている。
Note that the light L23 in the second state and the light in the third state due to an error in the
次に、第1の状態における光出射ポートP2(2)から入射した光の状態について、図12を用いて説明する。図12(f)に示すように、光出射ポートP2(2)から入射した光L41は、偏光ガラス32の一方の表面に入射する。図12(e)に示すように、光L41のうち偏光ガラス32の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス32を透過し、他方の表面から偏光光L42として出射する。光L42はファラデー回転子21の磁区Aに入射し、図12(d)に示すように、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について時計回りに45°回転した光L43としてファラデー回転子21から出射する。これにより、光L43の偏光方位は偏光ガラス31の透過軸に垂直になる。光L43は偏光ガラス31で吸収され、偏光ガラス31を透過しない。したがって、光出射ポートP2(2)に入射した光は、光入射ポートP1(1)から出射しないことになる。
Next, the state of light incident from the light exit port P2 (2) in the first state will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 12 (f), the
次に、第2の状態における光出射ポートP2(2)から入射した光の状態について、図13を用いて説明する。図13(f)に示すように、光出射ポートP2(2)から入射した光L51は、偏光ガラス32の一方の表面に入射する。図13(e)に示すように、光L51のうち偏光ガラス32の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス32を透過し、他方の表面から偏光光L52として出射する。光L52はファラデー回転子21の磁区Aに入射し、図13(d)に示すように、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について時計回りに45°回転した光L53としてファラデー回転子21から出射する。これにより、光L53の偏光方位は偏光ガラス31の透過軸に垂直になる。光L53は偏光ガラス31で吸収され、偏光ガラス31を透過しない。したがって、光出射ポートP2(2)に入射した光は、光入射ポートP1(1)から出射しないことになる。
Next, the state of light incident from the light emission port P2 (2) in the second state will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 13 (f), the
次に、第3の状態における光出射ポートP2(2)から入射した光の状態について、図14を用いて説明する。図14(f)に示すように、光出射ポートP2(2)から入射した光L61は、偏光ガラス32の一方の表面に入射する。図14(e)に示すように、光L61のうち偏光ガラス32の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス32を透過し、他方の表面から偏光光L62として出射する。光L62はファラデー回転子21の磁区Bに入射し、図14(d)に示すように、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について反時計回りに45°回転した光L63としてファラデー回転子21から出射する。これにより、光L63の偏光方位は偏光ガラス31の透過軸に平行になる。光L63は偏光ガラス30の一方の表面に入射し、偏光ガラス31で吸収されずに透過して、図14(c)に示すように他方の表面から光L64として出射する。光L64はファラデー回転子20の磁区Bに入射し、図14(b)に示すように、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について反時計回りに45°回転した光L65としてファラデー回転子21から出射する。これにより、光L65の偏光方位は偏光ガラス30の透過軸に平行になる。光L65は偏光ガラス30の一方の表面に入射し、偏光ガラス30で吸収されずに透過して、図14(a)に示すように他方の表面から光L66として出射する。光L66は、光入射ポートP1(1)に入射して外部に出射する。したがって、光出射ポートP2(2)に入射した光は、光入射ポートP1(1)から出射することになる。
Next, the state of light incident from the light emission port P2 (2) in the third state will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 14 (f), the light L 61 incident from the light exit port P 2 (2) is incident on one surface of the
ここで、第2の状態では、ファラデー回転角の角度ずれや各光学素子の光学軸の角度ずれ等により偏光ガラス31を透過した光が、図14(a)〜(c)に示す第3の状態と同様に光入射ポートP1(1)に入射して外部に出射する。これに対し第1の状態では、偏光ガラス31を透過した光は、ファラデー回転子20の磁区Aに入射して偏光ガラス30の透過軸に垂直になるように偏光方位が回転するため、光入射ポートP1(1)に入射しないようになっている。したがって、第1の状態では第2の状態よりさらに高い減衰量が得られるようになっている。
Here, in the second state, the light transmitted through the
図15は、本実施の形態による磁気光学光部品の変形例として可変光アッテネータ1’の構成を模式的に示している。図15に示すように、永久磁石66、67、68、69は不図示の電磁石70のヨーク71から離して配置してもよい。また、電磁石70を設けず、永久磁石66、67、68、69の位置を可変にすることによりファラデー回転子20、21の磁壁I1、I2を移動させるようにしてもよい。
FIG. 15 schematically shows the configuration of a variable optical attenuator 1 'as a modification of the magneto-optical component according to this embodiment. As shown in FIG. 15, the
図16は、本実施の形態による磁気光学光部品の他の変形例として可変光アッテネータ1’’の構成を模式的に示している。図16に示すように、偏光ガラス30、ファラデー回転子20、偏光ガラス31、ファラデー回転子21、及び偏光ガラス32は、光入出射面が光路に対して斜めに傾くように配置されている。本例では、各光学素子は図中上方の端部が右側に傾くように配置され、それぞれの光入出射面は互いにほぼ平行になっている。光ビームは各光学素子に入射する度に屈折するため、光路は徐々に図中下方に移動している。これにより、ファラデー回転子20には光入出射面中央の領域αに光ビームが入射するのに対して、ファラデー回転子21には光入出射面中央より下方の領域βに光ビームが入射する。ファラデー回転子20、21には、共通の永久磁石66、67により磁界が印加されているが、ファラデー回転子20の磁壁I1と光ビームとの距離と、ファラデー回転子21の磁壁I2と光ビームとの距離とが互いに異なっている。各光学素子の傾斜角度を調整することにより、磁壁I1と光ビームとの間の距離と、磁壁I2と光ビームとの間の距離との差を調整できる。また、各光学素子を光路に対して斜めに傾くように配置することで、各光学素子からの反射戻り光が光導波路などの光導波機構(不図示)に結合することを防止できる。なお、本例では各光学素子の光入出射面は互いにほぼ平行になっているが、各光学素子の傾斜方向及び傾斜角度をそれぞれ独立に設定してもよい。また、各光学素子の傾斜方向及び傾斜角度を調整して、入射光と出射光の光軸を一致させるようにしてもよい。このようにすると、各光学素子に光を入出射させる例えば2本の光導波機構を同軸に配置できるので、磁気光学光部品の組立てが容易になる。
FIG. 16 schematically shows a configuration of a variable
本実施の形態による可変光アッテネータ1、1’、1’’によれば、磁気光学素子の磁化を一様に回転させる磁化回転方式ではなく、磁壁Iを移動させて光透過領域C内の磁区構造を変化させる磁壁移動方式を用いているため、小型の電磁石でファラデー回転角を変化させることができ、小型かつ低消費電力の磁気光学光部品が実現できる。また、応答速度は、通常、電磁石のL(インダクタンス)により制限されており、電磁石が小型化できればLを低減できるため、応答速度の高速化が実現できる。
According to the variable
また、本実施の形態による可変光アッテネータ1、1’、1’’によれば、磁界印加機構によりファラデー回転子20、21の磁壁Iを移動させ、第1の状態、第2の状態と第3の状態との間で徐々に変化させることによって、光入射ポートP1(1)に入射した光の減衰量を連続的に変化させることができる。また可変光アッテネータ1、1’、1’’は、第1及び第2の状態では光出射ポートP2(2)に入射した光は光入射ポートP1(1)から出射しないため、光アイソレータとしての機能も有する。さらに可変光アッテネータ1、1’、1’’は、第3の状態では非常に高い減衰量が得られるので、光シャッタとしての機能も有する。従来の光アッテネータでは高減衰の得られる範囲が狭い場合があるが、可変光アッテネータ1、1’、1’’では、図5及び図6に示すように高減衰の領域で減衰量が飽和しているため、光シャッタとしての動作が安定している。また可変光アッテネータ1、1’、1’’では、永久磁石の配置位置を変えてファラデー回転子20の磁壁I1及びファラデー回転子21の磁壁I2の位置を調整することにより、電磁石のコイルに電流を流していない状態で光を遮断する、いわゆるダーク光アッテネータも実現できる。
Further, according to the variable
一般に、光シャッタ機能を有する高減衰の磁気光学型可変光アッテネータは、本実施の形態の可変光アッテネータ1、1’、1’’と同様に、ファラデー回転子を2枚用いる2段型の構成が必要である。一方、可変光アッテネータに光アイソレータ機能を追加するためには、単純には、ファラデー回転子を3枚用いる3段型の構成が必要となる。
本実施の形態では、光を遮断する際には光アイソレータとして機能する必要がないことに着目し、2段型という簡易な構成で多機能な光部品を実現している。本実施の形態の可変光アッテネータ1、1’、1’’は素子構成が簡易なため、小型化、低価格化が可能になる。
Generally, a high-attenuation magneto-optic variable optical attenuator having an optical shutter function is a two-stage configuration using two Faraday rotators, like the variable
In this embodiment, paying attention to the fact that it is not necessary to function as an optical isolator when blocking light, a multifunctional optical component is realized with a simple configuration of two-stage type. Since the variable
〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施の形態による磁気光学光部品について図17乃至図24を用いて説明する。図17は、本実施の形態による磁気光学光部品として反射型可変光アッテネータ2の構成を模式的に示している。図17では光の進行方向にZ軸をとり、外部からの光が反射型可変光アッテネータ2の備える2面反射体(反射部)38に向かう方向を+Z方向としている。また、Z軸に直交する面内で互いに直交する2方向にX軸及びY軸をとっている。図17(a)は反射型可変光アッテネータ2を+Y方向に見た構成を示し、図17(b)は反射型可変光アッテネータ2を−X方向に見た構成を示している。
[Second Embodiment]
Next, a magneto-optical component according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 17 schematically shows the configuration of the reflective variable
図17(a)、(b)に示すように、反射型可変光アッテネータ2は、2本の光ファイバ41、42に接続されている。光ファイバ41の−Z側の端部は、外部から光が入射する光入射ポートP1(1)になっている。光ファイバ42の+Z側の端部は、外部に光を出射する光出射ポートP2(2)になっている。各光ファイバ41、42の+Z方向には、光ファイバ41、42から出射した発散光を平行光に変換するレンズ51、52がそれぞれ配置されている。
As shown in FIGS. 17A and 17B, the reflective
レンズ51の+Z方向には偏光ガラス30が配置され、レンズ52の+Z方向には偏光ガラス32が配置されている。2つの偏光ガラス30、32はXY面に平行に隣接配置されて、Z軸に垂直な光入出射面を有している。偏光ガラス30、32の+Z方向には、ファラデー回転子20が配置されている。ファラデー回転子20には、不図示の磁界印加機構により所定の分布の磁界が印加され、磁区構造が形成されている。ファラデー回転子20の磁壁IはYZ面に平行であり、電磁石のコイルに流す電流を制御することにより±X方向(図中矢印で示す)に移動できるようになっている。
A
ファラデー回転子20の+Z方向には、偏光ガラス31が配置されている。偏光ガラス31の+Z側には、例えば直角プリズム等の2面反射体38が配置されている。2面反射体38は、2面反射により光路を変更する機能を有する。2面反射体38は、図17に示すような直角プリズム以外に、2枚の反射鏡を組み合わせた構造でもよい。ファラデー回転子20には、+Z方向に進む光が透過する光透過領域と、2面反射体38で反射して−Z方向に進む光が透過する光透過領域とが異なる位置に形成される。
A
次に、本実施の形態による反射型可変光アッテネータ2の動作について説明する。図18乃至図23は、反射型可変光アッテネータ2を構成する各光学素子を通過する光の偏光状態を+Z方向に見た図である。図18乃至図23の(a)は、偏光ガラス30、32の−Z側の光入出射面Z1での光の偏光状態を示している(図17参照)。図18乃至図23の(b)は、偏光ガラス30、32の+Z側の光入出射面Z2での光の偏光状態を示している。図18乃至図23の(c)は、偏光ガラス31の−Z側の光入出射面Z3での光の偏光状態を示している。図18乃至図23の(d)は、偏光ガラス31の+Z側の光入出射面Z4での光の偏光状態を示している。
Next, the operation of the reflective variable
図18乃至図23では、理解を容易にするために、偏光ガラス30、32、ファラデー回転子20、及び偏光ガラス31を+Z方向に見た状態と、2面反射体38を−Y方向に見た状態とを併せて模式的に図示している。また、各(a)〜(d)には各光の位置を示すために仮想方眼を示している。各光の偏光方位は両矢印で示している。
18 to 23, for easy understanding, the
まず、不図示の磁界印加機構によりファラデー回転子20に磁区Aが形成されている状態(第1の状態)における光入射ポートP1(1)から入射した光の状態について、図18を用いて説明する。第1の状態では、+Z方向に進む光と−Z方向に進む光とがファラデー回転子20をそれぞれ透過する2つの光透過領域は、共に磁区Aの領域内に完全に包含されている。図18(a)の左側に示すように、光入射ポートP1(1)から入射した光L111は、偏光ガラス30の一方の表面に入射する。図18(b)の左側に示すように、光L111のうち偏光ガラス30の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス30を透過し、他方の表面から偏光光L112として出射する。光L112はファラデー回転子20の磁区Aに入射する。図18(c)の左側に示すように、光L112は、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について時計回りに45°回転した光L113としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L113の偏光方位は、偏光ガラス31の透過軸に平行になる。光L113は、偏光ガラス31の一方の表面に入射し、偏光ガラス31で吸収されずに透過して、図18(d)の左側に示すように他方の表面から光L114として出射する。光L114は2面反射体38で反射して、図18(d)の右側に示すように、光路が変更された光L115として偏光ガラス31の他方の表面に入射する。
First, the state of light incident from the light incident port P1 (1) when the magnetic domain A is formed in the
光L115は、偏光ガラス31で吸収されずに透過して、図18(c)の右側に示すように偏光ガラス31の他方の表面から光L116として出射する。光L116は、ファラデー回転子20の磁区Aに入射する。ファラデー回転子20は非相反性を有しているので、図18(b)の右側に示すように、光L116は偏光方位が+Z方向に見てZ軸について時計回りに45°回転した光L117としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L117の偏光方位は偏光ガラス32の透過軸に平行になる。光L117は偏光ガラス32の一方の表面に入射し、偏光ガラス32で吸収されずに透過して、図18(a)の右側に示すように他方の表面から光L118として出射する。光L118は、光出射ポートP2(2)に入射して外部に出射する。したがって、光入射ポートP1(1)に入射した光は、光出射ポートP2(2)から出射することになる。
The light L115 is transmitted without being absorbed by the
次に、不図示の磁界印加機構により磁壁Iが+X方向に移動し、ファラデー回転子20の+X側の領域に磁区Aが形成され、−X側の領域に磁区Bが形成されている状態(第2の状態)における光入射ポートP1(1)から入射した光の状態について、図19を用いて説明する。第2の状態では、+Z方向に進む光がファラデー回転子20を透過する光透過領域は磁区Aの領域内に完全に包含され、−Z方向に進む光がファラデー回転子20を透過する光透過領域は磁区Bの領域内に完全に包含されている。図19(a)の左側に示すように、光入射ポートP1(1)から入射した光L121は、偏光ガラス30の一方の表面に入射する。図19(b)の左側に示すように、光L121のうち偏光ガラス30の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス30を透過し、他方の表面から偏光光L122として出射する。光L122はファラデー回転子20の磁区Aに入射する。図19(c)の左側に示すように、光L122は、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について時計回りに45°回転した光L123としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L123の偏光方位は、偏光ガラス31の透過軸に平行になる。光L123は、偏光ガラス31の一方の表面に入射し、偏光ガラス31で吸収されずに透過して、図19(d)の左側に示すように他方の表面から光L124として出射する。光L124は2面反射体38で反射して、図19(d)の右側に示すように、光路が変更された光L125として偏光ガラス31の他方の表面に入射する。
Next, the domain wall I is moved in the + X direction by a magnetic field application mechanism (not shown), the magnetic domain A is formed in the + X side region of the
光L125は、偏光ガラス31で吸収されずに透過して、図19(c)の右側に示すように偏光ガラス31の他方の表面から光L126として出射する。光L126は、ファラデー回転子20の磁区Bに入射する。図19(b)の右側に示すように、光L126は偏光方位が+Z方向に見てZ軸について反時計回りに45°回転した光L127としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L127の偏光方位は偏光ガラス32の透過軸に垂直になる。光L127は偏光ガラス32で吸収され、偏光ガラス32を透過しない。したがって、光入射ポートP1(1)に入射した光は、光出射ポートP2(2)から出射しないことになる。
The light L125 is transmitted without being absorbed by the
次に、不図示の磁界印加機構により磁壁Iがさらに+X方向に移動し、ファラデー回転子20に磁区Bが形成されている状態(第3の状態)における光入射ポートP1(1)から入射した光の状態について、図20を用いて説明する。第3の状態では、+Z方向に進む光と−Z方向に進む光とがファラデー回転子20をそれぞれ透過する2つの光透過領域は、共に磁区Bの領域内に完全に包含されている。図20(a)の左側に示すように、光入射ポートP1(1)から入射した光L131は、偏光ガラス30の一方の表面に入射する。図20(b)の左側に示すように、光L131のうち偏光ガラス30の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス30を透過し、他方の表面から偏光光L132として出射する。光L132はファラデー回転子20の磁区Bに入射する。図20(c)の左側に示すように、光L132は、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について反時計回りに45°回転した光L133としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L133の偏光方位は、偏光ガラス31の透過軸に垂直になる。光L133は偏光ガラス31で吸収され、偏光ガラス31を透過しない。したがって、光入射ポートP1(1)に入射した光は、光出射ポートP2(2)から出射しないことになる。
Next, the domain wall I is further moved in the + X direction by a magnetic field application mechanism (not shown), and is incident from the light incident port P1 (1) in the state where the magnetic domain B is formed in the Faraday rotator 20 (third state). The state of light will be described with reference to FIG. In the third state, the two light transmission regions in which the light traveling in the + Z direction and the light traveling in the −Z direction are transmitted through the
なお、ファラデー回転子20の作製誤差や温度波長変化に伴うファラデー回転角の角度ずれ、又は各光学素子の光学軸の角度ずれ等によって、第2の状態での光L127の偏光方位が偏光ガラス32の透過軸に垂直にならず、一部の光が偏光ガラス32を透過してしまうこともあり得る。また、第3の状態での光L133の偏光方位が偏光ガラス31の透過軸に垂直にならず、一部の光が偏光ガラス31を透過してしまうこともあり得る。第2の状態では、偏光ガラス32を透過した光は、光出射ポートP2(2)に入射して外部に出射する。これに対し第3の状態では、偏光ガラス31を透過した光は、2面反射体38で反射してファラデー回転子20の磁区Bに入射し、偏光ガラス32の透過軸に垂直になるように偏光方位が回転するため、光出射ポートP2(2)に入射しないようになっている。したがって、第3の状態では第2の状態よりさらに高い減衰量が得られるようになっている。
Note that the polarization direction of the light L127 in the second state is changed to the
次に、第1の状態における光出射ポートP2(2)から入射した光の状態について図21を用いて説明する。図21(a)の右側に示すように、光出射ポートP2(2)から入射した光L141は、偏光ガラス32の一方の表面に入射する。図21(b)の右側に示すように、光L141のうち偏光ガラス32の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス32を透過し、他方の表面から偏光光L142として出射する。光L142はファラデー回転子20の磁区Aに入射する。図21(c)の右側に示すように、光L142は、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について時計回りに45°回転した光L143としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L143の偏光方位は、偏光ガラス31の透過軸に垂直になる。光L143は偏光ガラス31で吸収され、偏光ガラス31を透過しない。したがって、光出射ポートP2(2)に入射した光は、光入射ポートP1(1)から出射しないことになる。
Next, the state of light incident from the light emission port P2 (2) in the first state will be described with reference to FIG. As shown on the right side of FIG. 21A, the light L <b> 141 that has entered from the light exit port P <b> 2 (2) enters one surface of the
次に、第2の状態における光出射ポートP2(2)から入射した光の状態について図22を用いて説明する。図22(a)の右側に示すように、光出射ポートP2(2)から入射した光L151は、偏光ガラス32の一方の表面に入射する。図22(b)の右側に示すように、光L151のうち偏光ガラス32の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス32を透過し、他方の表面から偏光光L152として出射する。光L152はファラデー回転子20の磁区Bに入射する。図22(c)の右側に示すように、光L152は、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について反時計回りに45°回転した光L153としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L153の偏光方位は、偏光ガラス31の透過軸に平行になる。光L153は、偏光ガラス31の一方の表面に入射し、偏光ガラス31で吸収されずに透過して、図22(d)の右側に示すように他方の表面から光L154として出射する。光L154は2面反射体38で反射して、図22(d)の左側に示すように、光路が変更された光L155として偏光ガラス31の他方の表面に入射する。
Next, the state of light incident from the light emission port P2 (2) in the second state will be described with reference to FIG. As shown on the right side of FIG. 22A, the light L <b> 151 that has entered from the light exit port P <b> 2 (2) enters one surface of the
光L155は、偏光ガラス31で吸収されずに透過して、図22(c)の左側に示すように偏光ガラス31の他方の表面から光L156として出射する。光L156は、ファラデー回転子20の磁区Aに入射する。図22(b)の左側に示すように、光L156は、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について時計回りに45°回転した光L157としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L157の偏光方位は偏光ガラス30の透過軸に垂直になる。光L157は偏光ガラス30で吸収され、偏光ガラス30を透過しない。したがって、光出射ポートP2(2)に入射した光は、光入射ポートP1(1)から出射しないことになる。
The light L155 is transmitted without being absorbed by the
次に、第3の状態における光出射ポートP2(2)から入射した光の状態について図23を用いて説明する。図23(a)の右側に示すように、光出射ポートP2(2)から入射した光L161は、偏光ガラス32の一方の表面に入射する。図23(b)の右側に示すように、光L161のうち偏光ガラス32の透過軸に平行な偏光成分は偏光ガラス32を透過し、他方の表面から偏光光L162として出射する。光L162はファラデー回転子20の磁区Bに入射する。図23(c)の右側に示すように、光L162は、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について反時計回りに45°回転した光L163としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L163の偏光方位は、偏光ガラス31の透過軸に平行になる。光L163は、偏光ガラス31の一方の表面に入射し、偏光ガラス31で吸収されずに透過して、図23(d)の右側に示すように他方の表面から光L164として出射する。光L164は2面反射体38で反射して、図23(d)の左側に示すように、光路が変更された光L165として偏光ガラス31の他方の表面に入射する。
Next, the state of light incident from the light emission port P2 (2) in the third state will be described with reference to FIG. As shown on the right side of FIG. 23A, the light L161 incident from the light exit port P2 (2) is incident on one surface of the
光L165は、偏光ガラス31で吸収されずに透過して、図23(c)の左側に示すように偏光ガラス31の他方の表面から光L166として出射する。光L166は、ファラデー回転子20の磁区Bに入射する。図23(b)の左側に示すように、光L166は、偏光方位が+Z方向に見てZ軸について反時計回りに45°回転した光L167としてファラデー回転子20から出射する。これにより、光L167の偏光方位は偏光ガラス30の透過軸に平行になる。光L167は、偏光ガラス30の一方の表面に入射し、偏光ガラス30で吸収されずに透過して、図23(a)の左側に示すように他方の表面から光L168として出射する。光L168は、光入射ポートP1(1)に入射して外部に出射する。したがって、光出射ポートP2(2)に入射した光は、光入射ポートP1(1)から出射することになる。
The light L165 is transmitted without being absorbed by the
光入射ポートP1(1)から入射した光において、光が+Z方向に進む部分(図18乃至図20の左側)と、光が−Z方向に進む部分(図18乃至図20の右側)との2つに分けて考えると、図18に示す第1の状態では、光が+Z方向に進む部分及び光が−Z方向に進む部分の両方で透過状態になっている。図19に示す第2の状態では、光が+Z方向に進む部分では透過状態であるが、光が−Z方向に進む部分では非透過状態になっている。ここで、非透過状態であっても波長温度変化や作製誤差に起因する偏光子、波長板、ファラデー回転子の角度ずれにより、図18と同じ光路を進む光が少しは存在する。図20に示す第3の状態では、光が+Z方向に進む部分及び光が−Z方向に進む部分の両方で非透過状態になっているため、非常に高い減衰量が得られる。 In the light incident from the light incident port P1 (1), a portion where the light travels in the + Z direction (left side in FIGS. 18 to 20) and a portion where the light travels in the −Z direction (right side in FIGS. 18 to 20). When divided into two, in the first state shown in FIG. 18, both the portion where the light travels in the + Z direction and the portion where the light travels in the −Z direction are in a transmissive state. In the second state shown in FIG. 19, the light is transmitted in the + Z direction, but is not transmitted in the −Z direction. Here, even in the non-transmission state, there is a small amount of light that travels in the same optical path as in FIG. 18 due to the angular deviation of the polarizer, the wave plate, and the Faraday rotator due to wavelength temperature changes and fabrication errors. In the third state shown in FIG. 20, since both the portion where the light travels in the + Z direction and the portion where the light travels in the −Z direction are in a non-transmissive state, a very high attenuation can be obtained.
また、光出射ポートP2(2)から入射した光において、光が+Z方向に進む部分(図21乃至図23の右側)と、光が−Z方向に進む部分(図21乃至図23の左側)との2つに分けて考えると、図23に示す第3の状態では、光が+Z方向に進む部分及び光が−Z方向に進む部分の両方で透過状態になっている。図22に示す第2の状態では、光が+Z方向に進む部分では透過状態であるが、光が−Z方向に進む部分では非透過状態になっている。ここで、非透過状態であっても上記と同様に図23と同じ光路を進む光が少しは存在する。図21に示す第1の状態では、光が+Z方向に進む部分及び光が−Z方向に進む部分の両方で非透過状態になっているため、非常に高い減衰量が得られる。 Further, in the light incident from the light exit port P2 (2), a portion where the light travels in the + Z direction (right side in FIGS. 21 to 23) and a portion where the light travels in the −Z direction (left side in FIGS. 21 to 23). In the third state shown in FIG. 23, both the portion where the light travels in the + Z direction and the portion where the light travels in the −Z direction are in a transmissive state. In the second state illustrated in FIG. 22, the light is transmitted in the + Z direction, but is not transmitted in the −Z direction. Here, even in the non-transmission state, there is a small amount of light traveling on the same optical path as in FIG. In the first state shown in FIG. 21, both the portion where the light travels in the + Z direction and the portion where the light travels in the −Z direction are in a non-transmissive state, and thus a very high attenuation can be obtained.
図24は、本実施の形態による磁気光学光部品の変形例として反射型可変光アッテネータ2’の構成を模式的に示している。図24では図17と同様に座標系をとっている。図24(a)は反射型可変光アッテネータ2’を+Y方向に見た構成を示し、図24(b)は反射型可変光アッテネータ2’を−X方向に見た構成を示している。図24(a)、(b)に示すように、本変形例では、図17に示す反射型可変光アッテネータ2と比較すると、2面反射体38に代えて反射膜18が配置されている。反射膜18は、例えば偏光ガラス31の+Z側表面に成膜されている。また本変形例では、光ファイバ41、42が偏光ガラス30、32の光入出射面に対してXZ面内で斜めに配置され、光を斜め入射させるようになっている。ファラデー回転子20には、光入射ポートP1(1)又は光出射ポートP2(2)から反射膜18に向かって進む入射光が透過する光透過領域と、反射膜18で反射して入射光とは異なる光路上を異なる方向に進む反射光が透過する光透過領域とが、異なる位置に形成される。反射型可変光アッテネータ2’の動作は図18乃至図23に示す反射型可変光アッテネータ2の動作と同様であるので図示及び説明を省略する。
FIG. 24 schematically shows the configuration of a reflective variable optical attenuator 2 'as a modification of the magneto-optical component according to this embodiment. In FIG. 24, the coordinate system is taken as in FIG. FIG. 24A shows a configuration in which the reflective variable optical attenuator 2 'is viewed in the + Y direction, and FIG. 24B shows a configuration in which the reflective variable optical attenuator 2' is viewed in the -X direction. As shown in FIGS. 24A and 24B, in this modification, the
本変形例による可変光アッテネータ2’では、2面反射体38を用いる必要がないため、図17に示す可変光アッテネータ2よりさらに小型化、低価格化することが可能である。
In the variable
図17及び図24に示す反射型可変光アッテネータ2、2’では、図4に示す透過型可変光アッテネータの有する2枚のファラデー回転子20、21が1枚のファラデー回転子20で構成されていると考えることができる。したがって本実施の形態では、+Z方向に進む光ビームのファラデー回転子20における中心位置と、2面反射体38で反射して−Z方向に進む光ビームのファラデー回転子20における中心位置との距離が、光のビーム径の0.8倍以上であればよい。例えば図18では、光L112と光L117との距離を光のビーム径の0.8倍以上にすることにより、光アイソレータ及び光シャッタとして機能する反射型可変光アッテネータが得られる。2つの光透過領域間の距離は、図17に示す反射型可変光アッテネータ2では、2面反射体38への光の入射位置を変化させることにより調整できる。また、図24に示す反射型可変光アッテネータ2’では、反射膜18への光の入射角度や反射膜18とファラデー回転子20の距離を変化させることにより、2つの光透過領域間の距離を調整できる。
In the reflection type variable
本実施の形態による可変光アッテネータ2、2’によれば、上記第1の実施の形態と同様に光透過領域内の磁区構造を変化させる方式としたため、小型、低消費電力で高速な磁気光学光部品が実現できる。
According to the variable
また、本実施の形態による可変光アッテネータ2、2’によれば、磁界印加機構により磁壁Iを移動させ、ファラデー回転子20の磁区構造を第1の状態、第2の状態と第3の状態との間で徐々に変化させることによって、光入射ポートP1(1)に入射した光の減衰量を連続的に変化させることができる。また可変光アッテネータ2、2’は、第1及び第2の状態では光出射ポートP2(2)に入射した光は光入射ポートP1(1)から出射しないため、光アイソレータの機能も有する。さらに可変光アッテネータ2、2’は、第3の状態では非常に高い減衰量が得られるので、光シャッタの機能も有する。
Further, according to the variable
さらに本実施の形態による可変光アッテネータ2、2’は、図4に示す透過型の可変光アッテネータ1の構成と比較して、1枚のファラデー回転子20のみで2段型の構成を実現するとともに、一方のみに光ファイバ41、42が配置されているので、小型化、低価格化がさらに容易であるという特徴を有している。
Furthermore, the variable
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、磁界印加機構として永久磁石を用いているが、本発明はこれに限られない。例えば永久磁石に代えて、永久磁石より保磁力が小さく磁化を反転できる半硬質磁石を用いてももちろんよい。
また、偏光子としては偏光ガラス以外に、あらゆる種類の偏光子を使用することができ、例えば複屈折結晶板を用いてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, in the above embodiment, a permanent magnet is used as the magnetic field application mechanism, but the present invention is not limited to this. For example, instead of the permanent magnet, a semi-hard magnet that has a smaller coercive force than the permanent magnet and can reverse the magnetization may be used.
In addition to the polarizing glass, any kind of polarizer can be used as the polarizer. For example, a birefringent crystal plate may be used.
なお本願明細書中では、例えば光アッテネータ機能と光アイソレータ機能とを共に有する装置について、「光アイソレータ機能付き可変光アッテネータ」あるいは「光アイソレータの機能を有する可変光アッテネータ」等と表現している。しかし本発明は装置名称に拘束されず、例えば「可変光アッテネータ機能付き光アイソレータ」等の他の名称を有する均等構成の装置にももちろん適用できる。 In the present specification, for example, a device having both an optical attenuator function and an optical isolator function is expressed as “a variable optical attenuator having an optical isolator function”, “a variable optical attenuator having an optical isolator function”, or the like. However, the present invention is not restricted by the device name, and can of course be applied to a device having an equivalent configuration having another name such as “optical isolator with variable optical attenuator function”.
1、1’、1’’ 透過型可変光アッテネータ
2、2’ 反射型可変光アッテネータ
18 反射膜
20、21 ファラデー回転子
30、31、32 偏光ガラス
38 2面反射体
41、42 光ファイバ
51、52 レンズ
66、67、68、69 永久磁石
70 電磁石
71 ヨーク
72 コイル
73 光導入窓
1, 1 ′, 1 ″ transmission type variable
Claims (5)
光入出射面に平行でない方向の磁化により構成される磁区Aと、前記磁区Aの磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成される磁区Bと、前記磁区A及び磁区Bの境界となる平面状の磁壁と、光ビームの透過する光透過領域とをそれぞれ備えた第1及び第2の磁気光学素子と、
前記第1及び第2の磁気光学素子に可変磁界を印加して前記磁壁の位置をそれぞれ可変とする磁界印加機構とを有する磁気光学光部品であって、
前記第1の磁気光学素子は前記第1の偏光子と前記第2の偏光子との間に配置されており、
前記第2の磁気光学素子は前記第2の偏光子と前記第3の偏光子との間に配置されていること
を特徴とする磁気光学光部品。 First to third polarizers arranged in order on the optical path;
It becomes a boundary between the magnetic domain A and the magnetic domain B, and the magnetic domain A constituted by the magnetization in the direction opposite to the magnetization direction of the magnetic domain A First and second magneto-optical elements each having a planar domain wall and a light transmission region through which a light beam passes;
A magneto-optic optical component having a magnetic field application mechanism that applies a variable magnetic field to the first and second magneto-optical elements to vary the position of the domain wall.
The first magneto-optical element is disposed between the first polarizer and the second polarizer;
The magneto-optic optical component according to claim 1, wherein the second magneto-optical element is disposed between the second polarizer and the third polarizer.
前記第1の磁気光学素子の磁壁と前記光ビームとの間の距離と、前記第2の磁気光学素子の磁壁と前記光ビームとの間の距離とは互いに異なること
を特徴とする磁気光学光部品。 The magneto-optic optical component according to claim 1,
The distance between the magnetic wall of the first magneto-optical element and the light beam is different from the distance between the magnetic wall of the second magneto-optical element and the light beam. parts.
前記第1の磁気光学素子の磁壁と前記光ビームとの間の距離と、前記第2の磁気光学素子の磁壁と前記光ビームとの間の距離との差は、光のビーム径の0.8倍以上であること
を特徴とする磁気光学光部品。 The magneto-optic optical component according to claim 2,
The difference between the distance between the magnetic wall of the first magneto-optical element and the light beam and the distance between the magnetic wall of the second magneto-optical element and the light beam are 0. A magneto-optic optical component characterized by being 8 times or more.
前記第1の光ビームを反射して、前記第1の光ビームと異なる光路上を前記第1の光ビームの進む方向と異なる方向に進む前記第2の光ビームとして出射する反射部と、
前記第2の光ビームを入射して外部に出射する第2の偏光子と、
光入出射面に平行でない方向の磁化により構成される磁区Aと、前記磁区Aの磁化方向とは逆向きの方向の磁化により構成される磁区Bと、前記磁区A及び磁区Bの境界となる平面状の磁壁と、前記第1の光ビームが透過する第1の光透過領域と、前記第2の光ビームが透過する第2の光透過領域とを備えた磁気光学素子と、
前記磁気光学素子と前記反射部との間に配置された第3の偏光子と、
前記磁気光学素子に可変磁界を印加して前記磁壁の位置を可変とする磁界印加機構と
を有することを特徴とする磁気光学光部品。 A first polarizer that emits light incident from the outside as a first light beam;
A reflecting unit that reflects the first light beam and emits the second light beam traveling in a direction different from the traveling direction of the first light beam on a different optical path from the first light beam;
A second polarizer that enters the second light beam and emits the second light beam; and
It becomes a boundary between the magnetic domain A and the magnetic domain B, and the magnetic domain A constituted by the magnetization in the direction opposite to the magnetization direction of the magnetic domain A A magneto-optical element comprising a planar domain wall, a first light transmission region through which the first light beam is transmitted, and a second light transmission region through which the second light beam is transmitted;
A third polarizer disposed between the magneto-optical element and the reflecting unit;
A magneto-optic optical component comprising: a magnetic field application mechanism that applies a variable magnetic field to the magneto-optical element to change a position of the domain wall.
前記磁気光学素子における前記第1の光ビームと前記第2の光ビームとの距離は、光のビーム径の0.8倍以上であること
を特徴とする磁気光学光部品。 The magneto-optic optical component according to claim 4,
The magneto-optical component according to claim 1, wherein a distance between the first light beam and the second light beam in the magneto-optical element is 0.8 times or more a light beam diameter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004028243A JP2005221644A (en) | 2004-02-04 | 2004-02-04 | Magnetooptic optical component |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2004028243A JP2005221644A (en) | 2004-02-04 | 2004-02-04 | Magnetooptic optical component |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005221644A true JP2005221644A (en) | 2005-08-18 |
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| JP (1) | JP2005221644A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008028569A (en) * | 2006-07-19 | 2008-02-07 | Toshiba Corp | Tunable optical output device |
| CN106646928A (en) * | 2016-10-28 | 2017-05-10 | 京东方科技集团股份有限公司 | Anti-dazzling device and control method thereof |
-
2004
- 2004-02-04 JP JP2004028243A patent/JP2005221644A/en not_active Withdrawn
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