(57)【要約】【課題】本発明は、光の出射ポートを切り替える磁気光学光部品に関し、極めて簡素な構成で小型の磁気光学光部品を提供することを目的とする。【解決手段】複屈折板１１、ファラデー回転子２１、複屈折板１２、ファラデー回転子２２、複屈折板１３の順に配置されている。磁界印加機構６１、６２は、第１の状態でファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ側に磁区Ｂ、−Ｙ側に磁区Ａが形成され、第２の状態で＋Ｙ側に磁区Ａ、−Ｙ側に磁区Ｂが形成されるように磁界を印加する。これにより、光入射ポートＰ１（１）からの光を光出射ポートＰ１１（１１）又はＰ１２（１２）に切り替えて出射する。【選択図】図１
2005148600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光入射ポートから入射した光を所定の偏光方位の第１の光と前記偏光方位に直交する偏光方位の第２の光とに分離して出射する第１の複屈折板と、
前記第１の光が入射する第１領域と、前記第２の光が入射する第２領域とを有する第１の磁気光学結晶と、
前記第１領域を透過した前記第１の光を第３の光として透過させ、前記第２領域を透過した前記第２の光を第４の光として透過させる第２の複屈折板と、
前記第３の光が入射する第３領域と、前記第４の光が入射する第４領域とを有する第２の磁気光学結晶と、
第１の状態において、前記第１領域及び前記第３領域に第１の磁区が形成され、前記第２領域及び前記第４領域に前記第１の磁区とは磁化の向きが逆向きの第２の磁区が形成され、第２の状態において、前記第１領域及び前記第３領域に前記第２の磁区が形成され、前記第２領域及び前記第４領域に前記第１の磁区が形成されるように前記第１及び第２の磁気光学結晶に磁界を印加する磁界印加機構と、
前記第３領域を透過した前記第３の光と前記第４領域を透過した前記第４の光とを透過させて合波して出射させる第３の複屈折板と
を備えていることを特徴とする磁気光学光部品。
【請求項２】
請求項１記載の磁気光学光部品であって、
前記第１の磁区は、光の偏光方位を４５°回転させ、
前記第２の磁区は、前記第１の磁区の偏光方位回転方向と逆方向に光の偏光方位を４５°回転させること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気光学光部品であって、
前記第１及び第２の磁区の境界は直線状であること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項４】
請求項３記載の磁気光学光部品であって、
前記第１の磁気光学結晶の前記第１及び第２の磁区の境界と、第２の磁気光学結晶の前記第１及び第２の磁区の境界とは、光の入出射面側から見た場合に、ほぼ同じ位置にあること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
前記磁界印加機構は、半硬質磁石を含むこと
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
前記第１〜第４領域の全てで前記第１の磁区が形成されている第３の状態と、
前記第１〜第４領域の全てで前記第２の磁区が形成されている第４の状態とを有していること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項７】
第１の光入射ポートから入射した光を所定の偏光方位の第１の光と前記偏光方位に直交する偏光方位の第２の光とに分離して出射する第１の複屈折板と、
前記第１の光が入射する第１領域と、前記第２の光が入射する第２領域とを有する非相反性の磁気光学結晶と、
第１の状態において、前記第１領域に第１の磁区が形成され、前記第２領域に前記第１の磁区とは磁化の向きが逆向きの第２の磁区が形成され、第２の状態において、前記第１領域に前記第２の磁区が形成され、前記第２領域に前記第１の磁区が形成されるように前記磁気光学結晶に磁界を印加する磁界印加機構と、
前記第１領域を透過した前記第１の光を第３の光として透過させ、前記第２領域を透過した前記第２の光を第４の光として透過させる第２の複屈折板と、
前記第３及び第４の光を反射する反射部と、
前記反射部で反射して再び前記第２の複屈折板及び前記磁気光学結晶を通過した前記第３及び第４の光を透過させて合波して出射させる第３の複屈折板と
を備えていることを特徴とする磁気光学光部品。
【請求項８】
請求項７記載の磁気光学光部品であって、
前記第１の磁区は、光の偏光方位を４５°回転させ、
前記第２の磁区は、前記第１の磁区の偏光方位回転方向と逆方向に光の偏光方位を４５°回転させること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の磁気光学光部品であって、
前記第１及び第２の磁区の境界は直線状であること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
前記磁界印加機構は、半硬質磁石を含むこと
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
前記第１の複屈折板と前記第３の複屈折板は同一仕様の素子であり、互いに１８０°回転して配置されているとともに、
前記反射部は２面反射体であり、
前記反射部で反射した前記第３の光は前記第１領域を通過し、前記反射部で反射した前記第４の光は前記第２領域を通過すること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
前記第１及び第２領域の全てで前記第１の磁区が形成されている第３の状態と、
前記第１及び第２領域の全てで前記第２の磁区が形成されている第４の状態とを有していること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項１３】
第１の光入射ポートから入射した光を所定の偏光方位の第１の光と前記偏光方位に直交する偏光方位の第２の光とに分離して出射する第１の複屈折板と、
前記第１の光が入射する第１領域と、前記第２の光が入射する第２領域とを有する非相反性の磁気光学結晶と、
第１の状態において、前記第１領域に第１の磁区が形成され、前記第２領域に前記第１の磁区とは磁化の向きが逆向きの第２の磁区が形成され、第２の状態において、前記第１領域に前記第２の磁区が形成され、前記第２領域に前記第１の磁区が形成されるように前記磁気光学結晶に磁界を印加する磁界印加機構と、
前記第１領域を透過した前記第１の光を第３の光として透過させ、前記第２領域を透過した前記第２の光を第４の光として透過させる第２の複屈折板と、
前記第３及び第４の光を反射する反射部とを備えるとともに、
前記反射部で反射して再び前記第２の複屈折板及び前記磁気光学結晶を通過した前記第３及び第４の光は、前記第１の複屈折板により合波して出射することを特徴とする磁気光学光部品。
【請求項１４】
請求項１３記載の磁気光学光部品であって、
前記第１の磁区は、光の偏光方位を４５°回転させ、
前記第２の磁区は、前記第１の磁区の偏光方位回転方向と逆方向に光の偏光方位を４５°回転させること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の磁気光学光部品であって、
前記第１及び第２の磁区の境界は直線状であること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項１６】
請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
前記磁界印加機構は、半硬質磁石を含むこと
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の磁気光学光部品であって、
偏光方位を９０°回転させる少なくとも１枚の１／２波長板を含み、
前記反射部はレンズと反射膜により構成されているとともに、
前記反射部で反射した前記第３の光は前記第２領域を通過し、前記反射部で反射した前記第４の光は前記第１領域を通過すること
を特徴とする磁気光学光部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いられる磁気光学光部品に関し、特に、光の出射ポートを切り替える光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、光スイッチがある。光スイッチは、数多くの構成が知られている。図２１は、特許文献１に記載された従来の透過型光スイッチの構成を示している。図２１に示すように、この透過型光スイッチは、１本の入射側光ファイバ１０２と２本の出射側光ファイバ１２２、１２３との間に、レンズ１０４、複屈折板１０６、２枚の１／４波長板１０８、１０９からなる複合素子、ファラデー回転子１１０、複屈折板１１２、２枚の１／４波長板１１４、１１５からなる複合素子、ファラデー回転子１１６、複屈折板１１８、及び２つのレンズ１２０、１２１を有している。図２１に示す構成では、３種類で９枚の光学素子（３枚の複屈折板１０６、１１２、１１８、４枚の１／４波長板１０８、１０９、１１４、１１５、２枚のファラデー回転子１１０、１１６）が必要になり、光スイッチの構成が複雑になる。このため、光スイッチの小型化及び低価格化が困難になるという問題が生じる。また、２枚の１／４波長板を貼り合わせるのは困難であるため、複合素子の作製は困難である。
【０００３】
図２２は、特許文献１に記載された他の透過型光スイッチの構成を示している。図２２に示すように、この透過型光スイッチは、１本の入射側光ファイバ１０２と２本の出射側光ファイバ１２２、１２３との間に、レンズ１０４、複屈折板１０６、２枚のファラデー回転子１１０ａ、１１０ｂ、複屈折板１１２、２枚のファラデー回転子１１６ａ、１１６ｂ、複屈折板１１８、及び２つのレンズ１２０、１２１を有している。図２２に示す構成は、図２１に示す構成よりも簡素になっている。しかし、この構成においても、２種類で７枚の光学素子（３枚の複屈折板１０６、１１２、１１８、４枚のファラデー回転子１１０ａ、１１０ｂ、１１６ａ、１１６ｂ）が必要になる。このため、光スイッチの小型化及び低価格化が困難になるという問題が生じる。
【０００４】
また、特許文献２には、他の構成の透過型光スイッチが記載されている。この光スイッチは、電磁石のＣ型平板状ヨークに設けられたギャップ部にギャップ長の方向に垂直にファラデー回転子を挿入した構造を有している。ファラデー回転子の大部分はギャップ部からはみ出しており、はみ出し部分の一部に生じた磁化の飽和領域を光が透過するようになっている。電磁石への駆動電流の向きを切替えてスイッチング動作をさせるが、磁化反転の核を形成させる領域を要するためファラデー回転子が大型化すると共に構造が複雑になってしまうという問題が生じる。
【０００５】
特許文献３には、さらに他の構成の透過型光スイッチが記載されている。この光スイッチは、特許文献２と同様に、磁気光学結晶の一部に磁区構造を有する構成であるためファラデー回転子が大型化すると共に構造が複雑になってしまうという問題が生じる。
【特許文献１】特許第３００８９５９号公報
【特許文献２】特許第２７７２７５９号公報
【特許文献３】特表２００３−５０９７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、極めて簡素な構成で小型の磁気光学光部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、第１の光入射ポートから入射した光を所定の偏光方位の第１の光と前記偏光方位に直交する偏光方位の第２の光とに分離して出射する第１の複屈折板と、前記第１の光が入射する第１領域と、前記第２の光が入射する第２領域とを有する第１の磁気光学結晶と、前記第１領域を透過した前記第１の光を第３の光として透過させ、前記第２領域を透過した前記第２の光を第４の光として透過させる第２の複屈折板と、前記第３の光が入射する第３領域と、前記第４の光が入射する第４領域とを有する第２の磁気光学結晶と、第１の状態において、前記第１領域及び前記第３領域に第１の磁区が形成され、前記第２領域及び前記第４領域に前記第１の磁区とは磁化の向きが逆向きの第２の磁区が形成され、第２の状態において、前記第１領域及び前記第３領域に前記第２の磁区が形成され、前記第２領域及び前記第４領域に前記第１の磁区が形成されるように前記第１及び第２の磁気光学結晶に磁界を印加する磁界印加機構と、前記第３領域を透過した前記第３の光と前記第４領域を透過した前記第４の光とを透過させて合波して出射させる第３の複屈折板とを備え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。
【０００８】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１の磁区は、光の偏光方位を４５°回転させ、前記第２の磁区は、前記第１の磁区の偏光方位回転方向と逆方向に光の偏光方位を４５°回転させることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１及び第２の磁区の境界は直線状であることを特徴とする。
【００１０】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１の磁気光学結晶の前記第１及び第２の磁区の境界と、第２の磁気光学結晶の前記第１及び第２の磁区の境界とは、光の入出射面側から見た場合に、ほぼ同じ位置にあることを特徴とする。
【００１１】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記磁界印加機構は、半硬質磁石を含むことを特徴とする。
【００１２】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１〜第４領域の全てで前記第１の磁区が形成されている第３の状態と、前記第１〜第４領域の全てで前記第２の磁区が形成されている第４の状態とを有していることを特徴とする。
【００１３】
上記目的は、第１の光入射ポートから入射した光を所定の偏光方位の第１の光と前記偏光方位に直交する偏光方位の第２の光とに分離して出射する第１の複屈折板と、前記第１の光が入射する第１領域と、前記第２の光が入射する第２領域とを有する非相反性の磁気光学結晶と、第１の状態において、前記第１領域に第１の磁区が形成され、前記第２領域に前記第１の磁区とは磁化の向きが逆向きの第２の磁区が形成され、第２の状態において、前記第１領域に前記第２の磁区が形成され、前記第２領域に前記第１の磁区が形成されるように前記磁気光学結晶に磁界を印加する磁界印加機構と、前記第１領域を透過した前記第１の光を第３の光として透過させ、前記第２領域を透過した前記第２の光を第４の光として透過させる第２の複屈折板と、前記第３及び第４の光を反射する反射部と、前記反射部で反射して再び前記第２の複屈折板及び前記磁気光学結晶を通過した前記第３及び第４の光を透過させて合波して出射させる第３の複屈折板とを備え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。
【００１４】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１の磁区は、光の偏光方位を４５°回転させ、前記第２の磁区は、前記第１の磁区の偏光方位回転方向と逆方向に光の偏光方位を４５°回転させることを特徴とする。
【００１５】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１及び第２の磁区の境界は直線状であることを特徴とする。
【００１６】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記磁界印加機構は、半硬質磁石を含むことを特徴とする。
【００１７】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１の複屈折板と前記第３の複屈折板は同一仕様の素子であり、互いに１８０°回転して配置されているとともに、前記反射部は２面反射体であり、前記反射部で反射した前記第３の光は前記第１領域を通過し、前記反射部で反射した前記第４の光は前記第２領域を通過することを特徴とする。
【００１８】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１及び第２領域の全てで前記第１の磁区が形成されている第３の状態と、前記第１及び第２領域の全てで前記第２の磁区が形成されている第４の状態とを有していることを特徴とする。
【００１９】
上記目的は、第１の光入射ポートから入射した光を所定の偏光方位の第１の光と前記偏光方位に直交する偏光方位の第２の光とに分離して出射する第１の複屈折板と、前記第１の光が入射する第１領域と、前記第２の光が入射する第２領域とを有する非相反性の磁気光学結晶と、第１の状態において、前記第１領域に第１の磁区が形成され、前記第２領域に前記第１の磁区とは磁化の向きが逆向きの第２の磁区が形成され、第２の状態において、前記第１領域に前記第２の磁区が形成され、前記第２領域に前記第１の磁区が形成されるように前記磁気光学結晶に磁界を印加する磁界印加機構と、前記第１領域を透過した前記第１の光を第３の光として透過させ、前記第２領域を透過した前記第２の光を第４の光として透過させる第２の複屈折板と、前記第３及び第４の光を反射する反射部とを備えるとともに、前記反射部で反射して再び前記第２の複屈折板及び前記磁気光学結晶を通過した前記第３及び第４の光は、前記第１の複屈折板により合波して出射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。
【００２０】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１の磁区は、光の偏光方位を４５°回転させ、前記第２の磁区は、前記第１の磁区の偏光方位回転方向と逆方向に光の偏光方位を４５°回転させることを特徴とする。
【００２１】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記第１及び第２の磁区の境界は直線状であることを特徴とする。
【００２２】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記磁界印加機構は、半硬質磁石を含むことを特徴とする。
【００２３】
上記本発明の磁気光学光部品であって、偏光方位を９０°回転させる少なくとも１枚の１／２波長板を含み、前記反射部はレンズと反射膜により構成されているとともに、前記反射部で反射した前記第３の光は前記第２領域を通過し、前記反射部で反射した前記第４の光は前記第１領域を通過することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、極めて簡素な構成で小型の磁気光学光部品を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔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１２を用いて説明する。図１は、本実施の形態による磁気光学光部品として透過型光スイッチ１の構成を模式的に示している。図１（ａ）、（ｂ）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。図１（ａ）は光スイッチ１を−Ｙ方向に見た構成を示し、図１（ｂ）は光スイッチ１を−Ｘ方向に見た構成を示している。
【００２６】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、透過型光スイッチ１は、−Ｚ方向側に配置された４本の光ファイバ４１、４２、４３、４４と、＋Ｚ方向側に配置された４本の光ファイバ４５、４６、４７、４８とに接続されている。光ファイバ４１、４２、４３、４４は、ＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に向かって所定ピッチＰでこの順に隣り合って配置されている。光ファイバ４１、４２、４３、４４の−Ｚ側の端部は、それぞれ外部から光が入射する光入射ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４（図ではそれぞれ（１）、（２）、（３）、（４）と示している）になっている。また、光ファイバ４５、４６、４７、４８は、ＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に向かって所定ピッチＰでこの順に隣り合って配置されている。出力側の光ファイバ４５は入力側の光ファイバ４１に対して１ピッチＰ分だけ−Ｘ方向及び−Ｙ方向にずれて位置している。光ファイバ４５、４６、４７、４８の＋Ｚ側の端部は、光出射ポートＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４（図ではそれぞれ（１１）、（１２）、（１３）、（１４）と示している）になっている。光ファイバ４１〜４４の＋Ｚ方向には、光ファイバ４１〜４４から出射した発散光を平行光に変換するレンズ５１〜５４がそれぞれ配置されている。レンズ５１〜５４の＋Ｚ方向には複屈折板１１、ファラデー回転子（磁気光学結晶）２１、複屈折板１２、ファラデー回転子２２、複屈折板１３がこの順に配置されている。複屈折板１１、１２、１３、及びファラデー回転子２１、２２は平行平板型の光学素子であり、ＸＹ面にほぼ平行な光入出射面を有している。複屈折板１３の＋Ｚ方向には、複屈折板１３から出射した平行光を収束光に変換して光ファイバ４５〜４８に入射させるレンズ５５〜５８が配置されている。
【００２７】
光スイッチ１やそれを収容する装置を小型化するには、レンズ５１〜５８の小型化が重要になる。図２（ａ）は、小型化が可能なレンズの構成の例を示している。図２（ａ）に示すように、シングルモードの光ファイバ４０の先端部には、光ファイバ４０と同軸の円柱形状を有する屈折率分布レンズ（ＧＩ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｉｎｄｅｘ）レンズ）５０が融着されている。ＧＩレンズ５０は、シングルモードの光ファイバ４０の直径とほぼ等しい直径（例えば１２５μｍ）を有している。光ファイバ４０及びＧＩレンズ５０は、互いに一体化されてレンズ付き光ファイバとして機能する。ＧＩレンズ５０は、その円柱軸に垂直な端面５０ａを有している。光ファイバ４０からＧＩレンズ５０に入射した光は平行光に変換され、端面５０ａから端面５０ａに垂直な方向（光ファイバ４０及びＧＩレンズ５０の円柱軸に平行な方向）に出射する。ＧＩレンズ５０は、球面レンズ等と比較して外径を小さくできるため、図１に示す本実施の形態の光スイッチ１のレンズ５１〜５８として用いるのに適している。
【００２８】
図２（ｂ）は、レンズの構成の変形例を示している。図２（ｂ）に示すように、ＧＩレンズ５０の代わりに小型の球レンズ５９を光ファイバ４０に固着したレンズ付き光ファイバも本実施の形態に好適である。
【００２９】
次に、図３を用いて複屈折板の光学軸について説明する。図３（ａ）は図１のＸＹＺ座標系に複屈折板ＢＰを配置して−Ｚ方向に見た状態を示し、図３（ｂ）は複屈折板１１を−Ｘ方向に見た状態を示している。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、複屈折板ＢＰの光学軸ＯＡはＹＺ面に平行に配置されている。光学軸ＯＡとＸＺ平面とのなす角度は、−Ｘ方向に見てＸ軸について時計回りに約４５°になっている。光入出射面（本例ではＸＹ面に平行）ＢＰａ、ＢＰｂに垂直に入射した光は、常光と異常光とに分離して、互いに異なる光路上に出射する。このとき、異常光は常光に対して例えば図３（ｂ）に示すように下方（−Ｙ方向）に軸ずれする。以下、図３（ａ）のように複屈折板ＢＰを−Ｚ方向に見た図では、＋Ｚ方向に入射した光の異常光が下方（−Ｙ方向）に軸ずれすることを下向きの片矢印Ｃで表すことにする。
【００３０】
図１に示す複屈折板１１の光学軸ＯＡ１１（不図示）を図３に示す複屈折板ＢＰに即して説明すると、光学軸ＯＡ１１は−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに複屈折板ＢＰの光学軸ＯＡを４５°回転した方向に向いている。光学軸ＯＡ１１とＸＺ平面とのなす角度は、−Ｘ方向に見てＸ軸について時計回りに約４５°になっている。これにより、異常光は常光に対して−Ｘ方向及び−Ｙ方向の双方に軸ずれするようになっている。
【００３１】
複屈折板１２は、図３において、Ｚ軸を回転軸として−Ｚ方向に見て複屈折板ＢＰを反時計回りに９０°回転させた状態の光学軸を有している。複屈折板１２の光学軸ＯＡ１２（不図示）はＸＺ面に平行に配置されている。光学軸ＯＡ１２とＹＺ平面とのなす角度は、＋Ｙ方向に見てＹ軸について時計回りに約４５°になっている。光入出射面に垂直に入射した光は、常光と異常光とに分離して、互いに異なる光路上に出射する。このとき、異常光は常光に対して−Ｘ方向に軸ずれする。
【００３２】
複屈折板１３は、複屈折板１１と同じ光学軸の方向を有している。複屈折板１１と１３は、例えば同一の結晶から同一形状に切り出した同一仕様の素子である。複屈折板１１〜１３を構成する結晶としては、ルチル（ＴｉＯ2）やイットリウム・バナデート（ＹＶＯ4）等が用いられる。なお、複屈折性結晶の光学特性により、図３（ｂ）に示す光学軸ＯＡの配置で図中上方に軸ずれする複屈折板１１〜１３を組み合わせて用いるようにしてもよい。
【００３３】
図１に戻り、例えば光入射ポートＰ１（１）に入射して＋Ｚ方向に進む光は、複屈折板１１に入射すると、常光と異常光とに分離して出射する。常光は軸ずれせずにファラデー回転子２１の＋Ｙ側の領域に入射する。異常光は、−Ｘ方向及び−Ｙ方向の双方向に軸ずれし、ファラデー回転子２１の−Ｙ側の領域に入射する。複屈折板１２の光学軸は、ＸＺ面に平行である。＋Ｚ方向に進む光が複屈折板１２に入射したときの異常光の軸ずれする方向は−Ｘ方向である。複屈折板１３の光学軸は、複屈折板１１の光学軸に平行である。したがって、複屈折板１３に＋Ｚ方向に入射した光の異常光が軸ずれする方向は、複屈折板１１に＋Ｚ方向に入射した光の異常光の軸ずれする方向と同方向である。
【００３４】
非相反光学素子であるファラデー回転子２１、２２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２１、２２の−Ｙ方向には、磁界印加機構６１が配置され、＋Ｙ方向には磁界印加機構６２が配置されている。磁界印加機構６１は、コイル６１ａと、コイル６１ａを貫通して一体となる半硬質磁石６１ｂ、６１ｃとを有している。半硬質磁石６１ｂ、６１ｃの他端で形成されるギャップ間にファラデー回転子２１、２２の−Ｙ側が挟まれるように位置している。
【００３５】
半硬質磁石６１ｂ、６１ｃは、永久磁石より保磁力が小さく、コイル６１ａに通電して逆方向の磁界を印加することにより磁化を反転できるようになっている。半硬質磁石６１ｂ、６１ｃは、コイル６１ａの通電を止めて印加磁界をゼロにしてもコイル６１ａ通電時の磁化状態を保持する自己保持型の特性を有している。従って、所定の電流レベル（例えば、１００（ｍＡ）程度）で所定の時間長（例えば、１（ｍｓ）程度）の電流パルスをコイル６１ａに供給し、当該電流を流す方向を切替えることにより半硬質磁石６１ｂ、６１ｃのギャップ間の磁界の向きを切替えることができるようになっている。
【００３６】
同様に、磁界印加機構６２は、コイル６２ａとコイル６２ａを貫通して一体となる半硬質磁石６２ｂ、６２ｃとを有している。半硬質磁石６２ｂ、６２ｃの他端で形成されるギャップ間にファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ側が挟まれるように位置している。
【００３７】
図１（ｂ）は、コイル６１ａに所定の電流パルスを供給して、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃのギャップ間に、矢印αで示すように向きが＋Ｚ方向の磁界を生じさせた状態を示している。また、コイル６２ａに所定の電流パルスを供給して、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃのギャップ間に、矢印βで示すように向きが−Ｚ方向の磁界を生じさせた状態を示している。
【００３８】
ファラデー回転子２１、２２のほぼ中央から−Ｙ側の領域に印加される磁界は、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃによる＋Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。一方、ファラデー回転子２１、２２のほぼ中央から＋Ｙ側の領域に印加される磁界は、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃによる−Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。双方の領域に印加する磁界の強さをファラデー回転子２１、２２の飽和磁界以上にすることにより、＋Ｚ方向の磁界が印加されている領域には磁化を一様に一方向にした磁区Ａが形成され、−Ｚ方向の磁界が印加されている領域には磁化を磁区Ａとは逆方向に一様にした磁区Ｂが形成される。磁区Ａと磁区Ｂとの間には、ＸＺ面にほぼ平行な境界面の磁壁Ｉが形成されている。本例での磁区Ａのファラデー回転角は、例えば−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°であり、磁区Ｂのファラデー回転角は、同様にして反時計回りに４５°である。ファラデー回転子２１、２２は非相反性を有しているので、ファラデー回転子２１、２２の２つの光入出射面のいずれから光が入射しても上記回転角の条件は保たれる。
【００３９】
このように互いに逆向きの磁界を生じる半硬質磁石６１ｂ、６１ｃと、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃとを用い、ファラデー回転子２１、２２に対して所定の強さ及びその勾配を有する磁界を印加することによって、ファラデー回転子２１、２２にそれぞれ２磁区構造を形成できる。図１（ｂ）では、２つのファラデー回転子２１、２２の−Ｙ側の領域にそれぞれ磁区Ａが形成され、＋Ｙ側の領域にそれぞれ磁区Ｂが形成されている。この状態においてファラデー回転子２１の磁区Ａ、Ｂ及び磁壁Ｉは、Ｚ方向に見ると、ファラデー回転子２２の磁区Ａ、Ｂ及び磁壁Ｉにそれぞれ重なるように配置されている。
【００４０】
ここで、ファラデー回転子２１、２２の磁区Ａと磁区Ｂとの境界面である磁壁Ｉについて説明する。図４は、ファラデー回転子２１、２２をＺ方向に見た磁区構造を示している。図４に示すように、ファラデー回転子２１、２２の磁壁Ｉは直線状（平面状）になっている。本例では、複屈折板１１により分離した常光及び異常光のうち一方を磁区Ａに入射させ、他方を磁区Ｂに入射させる必要がある。図５（ａ）は直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子ＦＲ１を示し、図５（ｂ）は非直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子ＦＲ２を示している。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、磁区Ａに入射する一方の光Ｌ３１と磁区Ｂに入射する他方の光Ｌ３２との間の分離距離を比較すると、非直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子ＦＲ２の分離距離ｄ２は、直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子ＦＲ１の分離距離ｄ１より長くする必要がある。分離距離は複屈折板１１、１３の厚さに比例するため、分離距離を長くするためには複屈折板１１の厚さを厚くする必要がある。また、複屈折板１１の厚さが厚くなるとビーム径をより大きくする必要があり、これに伴いレンズ５１〜５４が大型化してしまう。したがって、光スイッチ１の小型化のためには、図４及び図５（ａ）に示すように磁壁Ｉを直線状にすることが望ましい。磁壁Ｉを直線状にするには、十分な大きさの勾配を有する磁界を印加する必要がある。例えば、磁界の勾配を徐々に変化させることにより、磁壁Ｉがほぼ直線状になる条件を見出すことができる。
【００４１】
本実施の形態の光スイッチ１は半硬質磁石６１ｂ、６１ｃ及び半硬質磁石６２ｂ、６２ｃを有しているが、保持力の比較的高い材料を用いてラッチングタイプのファラデー回転子２１、２２を作製して予め２磁区構造を形成することにより、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃ及び半硬質磁石６２ｂ、６２ｃを用いずに光スイッチ１を構成してもよい。
また、ファラデー回転子２１、２２の２磁区構造を安定化させるために、特許文献３に記載されているように磁区Ａ、Ｂの境界部分に切欠きなどを形成してもよい。このように、保持力の高い材料を用いてファラデー回転子２１、２２を作製して磁区構造を形成することにより、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃ及び半硬質磁石６２ｂ、６２ｃを用いないようにすることも可能である。なお、この場合には、コイル６１ａ、６２ａを貫通して一体となる、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃ及び半硬質磁石６２ｂ、６２ｃと同様の形状をした電磁ヨークを設けるようにする。
【００４２】
実際に外部磁界無しで２磁区構造を実現した磁気光学結晶の磁区構造を図６に示す。厚さが０．３ｍｍの磁気光学結晶の磁壁となる部分に、幅０．０３ｍｍ、深さ０．１５ｍｍの溝部を形成した。磁区は溝部にピン止めされるので、溝部を挟んだ２磁区構造が外部磁界無しで実現できる。２磁区構造は、溝部の幅が広い程、深さが深い程、外部から加わる磁界に対して安定になる。しかし、幅が広いと図５で説明した分離距離を長くする必要があり、また深さが深すぎると結晶が割れやすくなるという問題もあるので、適切な溝の条件を決める必要がある。
【００４３】
再び図１に戻り、コイル６１ａに図１（ｂ）の状態を形成したときと逆方向の電流パルスを供給すると、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃのギャップ間に、矢印αと逆向きの−Ｚ方向の磁界を生じさせることができる。また、コイル６２ａに図１（ｂ）の状態を形成したときと逆方向の電流パルスを供給すると、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃのギャップ間に、矢印βと逆向きの＋Ｚ方向の磁界を生じさせることができる。
【００４４】
これにより、ファラデー回転子２１、２２のほぼ中央から−Ｙ側の領域は、磁界印加機構６１により−Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。一方、ファラデー回転子２１、２２のほぼ中央から＋Ｙ側の領域は、磁界印加機構６２により＋Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。双方の領域に印加する磁界の強さをファラデー回転子２１、２２の飽和磁界以上にすることにより、ファラデー回転子２１、２２のほぼ中央から＋Ｙ側の領域に磁区Ａ（＋Ｚ方向の磁界が印加されて磁化を一様に一方向にした磁区）が形成され、磁壁Ｉを挟んでファラデー回転子２１、２２のほぼ中央から−Ｙ側の領域に磁区Ｂ（−Ｚ方向の磁界が印加されて磁化を磁区Ａとは逆方向に一様にした磁区）が形成される。
【００４５】
さらに、コイル６１ａ、６２ａに流す電流パルスを制御することにより、ファラデー回転子２１、２２のほぼ中央から−Ｙ側の領域を磁区Ａから磁区Ｂにさせることができ、これにより、ファラデー回転子２１、２２のほぼ全領域を磁区Ｂにすることができる。同様にして、ファラデー回転子２１、２２のほぼ中央から＋Ｙ側の領域を磁区Ｂから磁区Ａにさせることができ、これにより、ファラデー回転子２１、２２のほぼ全領域を磁区Ａにすることができる。
【００４６】
本実施の形態では、プリズムや複合素子を用いず、５枚の平行平板型の光学素子（２枚のファラデー回転子２１、２２、及び３枚の複屈折板１１、１２、１３）を用いて透過型光スイッチ１を構成できる。また、ファラデー回転子２１、２２や複屈折板１１、１３として、それぞれ同一の結晶から切り出された同一仕様の素子を使用できる。このため、仕様としては３種の光学素子を用いて透過型光スイッチ１を構成できることになる。したがって本実施の形態によれば、光スイッチ１の素子構成が極めて簡素になり小型化及び低価格化が容易になる。
【００４７】
次に、本実施の形態による透過型光スイッチ１の動作について図７乃至図１０を用いて説明する。図７乃至図１０は、光スイッチ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７乃至図１０では、４つある光入射ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４のうち、光入射ポートＰ１、Ｐ２（図ではそれぞれ（１）、（２）と示している）から入射した光を例にして示している。図７乃至図１０の（ａ）は、図１に示す複屈折板１１の−Ｚ側の光入射面Ｚ１での光の偏光状態を示し、図７乃至図１０の（ｂ）は複屈折板１１の＋Ｚ側の光出射面Ｚ２での光の偏光状態を示している。図７乃至図１０の（ｃ）は複屈折板１２の−Ｚ側の光入射面Ｚ３での光の偏光状態を示し、図７乃至図１０の（ｄ）は複屈折板１２の＋Ｚ側の光出射面Ｚ４での光の偏光状態を示している。図７乃至図１０の（ｅ）は複屈折板１３の−Ｚ側の光入射面Ｚ５での光の偏光状態を示し、図７乃至図１０の（ｆ）は複屈折板１３の＋Ｚ側の光出射面Ｚ６での光の偏光状態を示している。なお、図７乃至図１０では、理解を容易にするために、複屈折板１１、ファラデー回転子２１、複屈折板１２、ファラデー回転子２２、及び複屈折板１３を−Ｚ方向に見た状態も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。また、各光の偏光方位は両矢印で示している。
【００４８】
まず、図１（ａ）、（ｂ）の実線及び破線による図示と共に、図７（ａ）〜（ｆ）を用いて、磁界印加機構６１、６２により、２つのファラデー回転子２１、２２の−Ｙ側の領域（第１領域及び第３領域）にそれぞれ磁区Ａ（第１の磁区）が形成され、＋Ｙ側の領域（第２領域及び第４領域）にそれぞれ磁区Ｂ（第２の磁区）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、Ｐ２から入射した光の状態について説明する。
【００４９】
まず、光入射ポートＰ１から入射した光の状態について説明する。
図７（ａ）に示すように、光入射ポートＰ１（１）から入射した光Ｌ１１は、複屈折板（第１の複屈折板）１１に入射する。複屈折板１１に入射した光Ｌ１１は、図７（ｂ）に示すように、常光Ｌ１２ａ（第２の光）と異常光Ｌ１２ｂ（第１の光）とに分離して複屈折板１１から出射する。常光成分の光Ｌ１２ａは複屈折板１１を直進してファラデー回転子（第１の磁気光学結晶）２１の＋Ｙ側の領域（第２領域）の磁区Ｂに入射し、異常光成分の光Ｌ１２ｂは複屈折板１１で矢印Ｃ１方向に軸ずれしてファラデー回転子２１の−Ｙ側の領域（第１領域）の磁区Ａに入射する。ファラデー回転子２１の磁区Ａのファラデー回転角は例えば−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°であり、磁区Ｂのファラデー回転角は例えば−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°である。図７（ｃ）に示すように、光Ｌ１２ａ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Ｌ１３ａ（第２の光）としてファラデー回転子２１から出射し、光Ｌ１２ｂは偏光方位が時計回りに４５°回転した光Ｌ１３ｂ（第１の光）としてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂの偏光方位は互いにＹ軸に平行になり、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板（第２の複屈折板）１２の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面（ＸＺ面）に共に垂直になる。
【００５０】
このため、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂは複屈折板１２の一方の表面に入射して共に常光となり、矢印Ｃ２方向への軸ずれをせずにそのまま直進して、図７（ｄ）に示すように、複屈折板１２の他方の表面から光Ｌ１４ａ（第４の光）、Ｌ１４ｂ（第３の光）として出射する。次に、光Ｌ１４ａはファラデー回転子（第２の磁気光学結晶）２２の＋Ｙ側の領域（第４領域）の磁区Ｂに入射し、光Ｌ１４ｂはファラデー回転子２２の−Ｙ側の領域（第３領域）の磁区Ａに入射する。ファラデー回転子２２の磁区Ａのファラデー回転角は例えば−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°であり、磁区Ｂのファラデー回転角は例えば−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°である。図７（ｅ）に示すように、光１４ａは−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°回転した光Ｌ１５ａ（第４の光）としてファラデー回転子２２から出射し、光Ｌ１４ｂは偏光方位が時計回りに４５°回転した光Ｌ１５ｂ（第３の光）としてファラデー回転子２２から出射する。光Ｌ１５ａの偏光方位と光Ｌ１５ｂの偏光方位は、互いにほぼ直交している。光Ｌ１５ａは偏光方位が複屈折板（第３の複屈折板）１３の光学軸に平行なので複屈折板１３に入射して異常光となり矢印Ｃ３方向に軸ずれする。光Ｌ１５ｂは偏光方位が複屈折板１３の光学軸に直交するので複屈折板１３に入射して常光となり、軸ずれせずにそのまま直進する。図７（ｆ）に示すように、光Ｌ１５ａ（第４の光）は軸ずれして光Ｌ１５ｂ（第３の光）と合波し、光Ｌ１６として複屈折板１３から出射する。光Ｌ１６は、光出射ポートＰ１１（１１）に入射して外部に出射する。光入射ポートＰ１（１）に入射した光は、偏光に依存せずに全て光出射ポートＰ１１（１１）から出射することになる。
【００５１】
次に、第１の状態において光入射ポートＰ２（２）から入射した光の状態について説明する。光入射ポートＰ２（２）は、光入射ポートＰ１（１）に対してＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に所定ピッチＰだけ移動した位置に配置されている。一方、光出射ポートＰ１２（１２）は、光出射ポートＰ１１（１１）に対してＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に所定ピッチＰだけ移動した位置に配置されている。従って、光入射ポートＰ２（２）から入射した光Ｌ２１は、図７（ａ）〜（ｆ）に示すように、光入射ポートＰ１（１）から入射した光Ｌ１１と同様の偏光状態変化及び光路変化を経て、光Ｌ２６となって光出射ポートＰ１２（１２に入射して外部に出射する。光入射ポートＰ２（２）に入射した光は、偏光に依存せずに全て光出射ポートＰ１２（１２）から出射することになる。
【００５２】
このように、本実施の形態による光スイッチ１では、第１の状態において、光入射ポートＰ１（１）からの入力光は光出射ポートＰ１１（１１）から出力し、光入射ポートＰ２（２）からの入力光は光出射ポートＰ１２（１２）から出力するようになっている。同様にして、光入射ポートＰ３（３）からの入力光は光出射ポートＰ１３（１３）から出力する。
【００５３】
次に、磁界印加機構６１、６２により、２つのファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ側の領域にそれぞれ磁区Ａが形成され、−Ｙ側の領域にそれぞれ磁区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、Ｐ２から入射した光の状態について、図１（ａ）、（ｂ）の実線及び破線による図示と共に、図８（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。
【００５４】
まず、光入射ポートＰ１から入射した光の状態について説明する。
図８（ａ）に示すように、光入射ポートＰ１（１）から入射した光Ｌ１１は、複屈折板１１に入射する。複屈折板１１に入射した光Ｌ１１は、図８（ｂ）に示すように、常光Ｌ１２ａと異常光Ｌ１２ｂとに分離して複屈折板１１から出射する。常光成分の光Ｌ１２ａは複屈折板１１を直進してファラデー回転子２１の磁区Ａに入射し、異常光成分の光Ｌ１２ｂは複屈折板１１で矢印Ｃ１方向に軸ずれしてファラデー回転子２１の磁区Ｂに入射する。図８（ｃ）に示すように、光Ｌ１２ａ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Ｌ１３ａとしてファラデー回転子２１から出射し、光Ｌ１２ｂは偏光方位が反時計回りに４５°回転した光Ｌ１３ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂの偏光方位は互いにＸ軸に平行になり、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板１２の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面（ＸＺ面）に共に平行になる。
【００５５】
このため、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂは複屈折板１２の一方の表面に入射して共に異常光となり、矢印Ｃ２方向へ軸ずれして、図８（ｄ）に示すように、複屈折板１２の他方の表面から光Ｌ１４ａ、Ｌ１４ｂとして出射する。次に、光Ｌ１４ａはファラデー回転子２２の磁区Ａに入射し、光Ｌ１４ｂはファラデー回転子２２の磁区Ｂに入射する。図８（ｅ）に示すように、光１４ａは−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°回転した光Ｌ１５ａとしてファラデー回転子２２から出射し、光Ｌ１４ｂは偏光方位が反時計回りに４５°回転した光Ｌ１５ｂとしてファラデー回転子２２から出射する。光Ｌ１５ａの偏光方位と光Ｌ１５ｂの偏光方位は、互いにほぼ直交している。光Ｌ１５ａは偏光方位が複屈折板１３の光学軸に平行なので複屈折板１３に入射して異常光となり矢印Ｃ３方向に軸ずれする。光Ｌ１５ｂは偏光方位が複屈折板１３の光学軸に直交するので複屈折板１３に入射して常光となり、軸ずれせずにそのまま直進する。図８（ｆ）に示すように、光Ｌ１５ａは軸ずれして光Ｌ１５ｂと合波し、光Ｌ１６として複屈折板１３から出射する。光出射ポートＰ１２（１２）は、光出射ポートＰ１１（１１）に対してＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に所定ピッチＰだけ移動した位置に配置されている。光Ｌ１６は、光出射ポートＰ１２（１２）に入射して外部に出射する。光入射ポートＰ１（１）に入射した光は、偏光に依存せずに全て光出射ポートＰ１２（１２）から出射することになる。
【００５６】
次に、第２の状態において光入射ポートＰ２（２）から入射した光の状態について説明する。光入射ポートＰ２（２）は、光入射ポートＰ１（１）に対してＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に所定ピッチＰだけ移動した位置に配置されている。一方、光出射ポートＰ１３（１３）は、光出射ポートＰ１２（１２）に対してＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に所定ピッチＰだけ移動した位置に配置されている。従って、光入射ポートＰ２（２）から入射した光Ｌ２１は、図８（ａ）〜（ｆ）に示すように、光入射ポートＰ１（１）から入射した光Ｌ１１と同様の偏光状態変化及び光路変化を経て、光Ｌ２６となって光出射ポートＰ１３（１３に入射して外部に出射する。光入射ポートＰ２（２）に入射した光は、偏光に依存せずに全て光出射ポートＰ１３（１３）から出射することになる。
【００５７】
このように、本実施の形態による光スイッチ１では、第２の状態において、光入射ポートＰ１（１）からの入力光は光出射ポートＰ１２（１２）から出力し、光入射ポートＰ２（２）からの入力光は光出射ポートＰ１３（１３）から出力するようになっている。同様にして、光入射ポートＰ３（３）からの入力光は光出射ポートＰ１４（１４）から出力する。
【００５８】
以上説明した本実施の形態による透過型光スイッチ１を第１及び第２の状態で用いることにより、種々の入出力ポートの組合せによる透過型光スイッチを実現できる。例えば、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１１（１１）及びＰ１２（１２）を用いることにより１×２光スイッチを実現できる。この場合には、第１の状態において、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１１（１１）とが光学的に接続され、第２の状態において、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１２（１２）に光学的に接続される。
【００５９】
また、光入射ポートＰ１（１）及びＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）を用いることにより２×１光スイッチを実現できる。この場合には、第１の状態において、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続され、第２の状態において、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続される。
【００６０】
また、光出射ポートＰ１４（１４）を光入射ポートＰ１（１）に接続すると共に、光入射ポートＰ２（２）及び光入射ポートＰ３（３）と光出射ポートＰ１２（１２）及びＰ１３（１３）を用いることにより２×２光スイッチを実現できる。この場合には、第１の状態において、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続され、また、光入射ポートＰ３（３）と光出射ポートＰ１３（１３）とが光学的に接続され、第２の状態において、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１３（１３）が光学的に接続され、光入射ポートＰ３（３）は光出射ポートＰ１４（１４）及び光入射ポートＰ１（１）を介して光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続される。
【００６１】
本実施の形態では、互いに同一の光学特性を有する複屈折板１１、１３のうち一方を常光として通過した光は他方を異常光として通過し、逆に複屈折板１１、１３のうち一方を異常光として通過した光は他方を常光として通過する。また、第１のファラデー回転子２１を通過した後、第２のファラデー回転子２２に入射するまでの間は、分離した２つの光の偏光方位は同一になっている。したがって、本実施の形態による光スイッチ１では、２つの偏光成分の光路長が等しいため、偏波モード分散（ＰＭＤ；Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）値がゼロになる。
【００６２】
次に、磁界印加機構６１、６２により、２つのファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ側の領域の磁区を磁区Ｂから磁区Ａに変換して、２つのファラデー回転子２１、２２の光入出射面のほぼ全面に磁区Ａだけ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、Ｐ２から入射した光の状態について、図９（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。
【００６３】
まず、光入射ポートＰ１から入射した光の状態について説明する。
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、複屈折板１１に入射する。複屈折板１１に入射した光Ｌ１１は、図９（ｂ）に示すように、常光Ｌ１２ａと異常光Ｌ１２ｂとに分離して複屈折板１１から出射する。常光成分の光Ｌ１２ａは複屈折板１１を直進してファラデー回転子２１に入射し、異常光成分の光Ｌ１２ｂは複屈折板１１で矢印Ｃ１方向に軸ずれしてファラデー回転子２１に入射する。ファラデー回転子２１はほぼ全体が磁区Ａであり、磁区Ａのファラデー回転角は−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°である。従って、図９（ｃ）に示すように、２つの光Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ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Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ１３ａの偏光方位は、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板１２の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面（ＸＺ面）に平行になる。一方、光Ｌ１３ｂの偏光方位は、ＸＺ面に垂直になる。
【００６４】
このため、光Ｌ１３ａは複屈折板１２の一方の表面に入射して異常光となり、矢印Ｃ２方向へ軸ずれして、図９（ｄ）に示すように、複屈折板１２の他方の表面から光Ｌ１４ａとして出射する。光Ｌ１３ｂは複屈折板１２の一方の表面に入射して常光となり、矢印Ｃ２方向へ軸ずれせずにそのまま直進して、図９（ｄ）に示すように、複屈折板１２の他方の表面から光Ｌ１４ｂとして出射する。ファラデー回転子２２はほぼ全体が磁区Ａである。従って、図９（ｅ）に示すように、２つの光Ｌ１４ａ、Ｌ１４ｂ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Ｌ１５ａ、Ｌ１５ｂとしてファラデー回転子２２から出射する。光Ｌ１５ａの偏光方位と光Ｌ１５ｂの偏光方位は、互いにほぼ直交している。光Ｌ１５ａは偏光方位が複屈折板１３の光学軸に平行なので複屈折板１３に入射して異常光となり矢印Ｃ３方向に軸ずれする。光Ｌ１５ｂは偏光方位が複屈折板１３の光学軸に直交するので複屈折板１３に入射して常光となり、軸ずれせずにそのまま直進する。図９（ｆ）に示すように、光Ｌ１５ａは軸ずれして光Ｌ１６ａとなって複屈折板１３から出射して光出射ポートＰ１２（１２）に入射して外部に出射する。また、軸ずれせずに複屈折板１３を透過する光Ｌ１５ｂは、そのまま光Ｌ１６ｂとして光出射ポートＰ１１（１１）に入射して外部に出射する。このように、第３の状態での動作によれば、光入射ポートＰ１（１）に入射した光を、−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りにＹ軸から４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ１６ｂと、同反時計回りに４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ１６ａとに分離して、光Ｌ１６ｂを光出射ポートＰ１１（１１）に出力し、光Ｌ１６ａを光出射ポートＰ１２（１２）に出力することができる。
【００６５】
次に、第３の状態において光入射ポートＰ２（２）から入射した光の状態について説明する。光入射ポートＰ２（２）は、光入射ポートＰ１（１）に対してＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に所定ピッチＰだけ移動した位置に配置されている。一方、光出射ポートＰ１３（１３）は、光出射ポートＰ１２（１２）に対してＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に所定ピッチＰだけ移動した位置に配置されている。従って、光入射ポートＰ２（２）から入射した光Ｌ２１は、図９（ａ）〜（ｆ）に示すように、光入射ポートＰ１（１）から入射した光Ｌ１１と同様の偏光状態変化及び光路変化を経て、一部は光Ｌ２６ａとなって複屈折板１３から出射して光出射ポートＰ１３（１３）に入射して外部に出射する。また、残余は光Ｌ２６ｂとして光出射ポートＰ１２（１２）に入射して外部に出射する。この場合も、光入射ポートＰ２（２）に入射した光を、−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りにＹ軸から４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ２６ｂと、同反時計回りに４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ２６ａとに分離して、光Ｌ２６ｂを光出射ポートＰ１２（１２）に出力し、光Ｌ２６ａを光出射ポートＰ１３（１３）に出力することができる。
【００６６】
以上説明した本実施の形態による透過型光スイッチ１を第３の状態で用いることにより、偏光分離機能や偏光合成機能を併せ持つ磁気光学光部品を実現できる。例えば、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１１（１１）及びＰ１２（１２）を用いることにより上述のような偏光分離機能を実現できる。また、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）及びＰ１３（１３）の組み合わせでも同様の偏光分離機能が得られる。同様にして、光入射ポートＰ３（３）と光出射ポートＰ１３（１３）及びＰ１４（１４）の組み合わせでも同様の偏光分離機能が得られる。
【００６７】
また、例えば、光入射ポートＰ１（１）に入射した光のうち−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りにＹ軸から４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ１６ａ（第４の光）と、光入射ポートＰ２（２）に入射した光のうち−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りにＹ軸から４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ２６ｂ（第６の光）とを合波して光出射ポートＰ１２（１２）に出力する偏光合成機能を実現できる。
【００６８】
次に、磁界印加機構６１、６２により、２つのファラデー回転子２１、２２の−Ｙ側の領域の磁区を磁区Ａから磁区Ｂに変換して、２つのファラデー回転子２１、２２の光入出射面のほぼ全面に磁区Ｂだけが形成されている状態（第４の状態）における光入射ポートＰ１、Ｐ２から入射した光の状態について、図１０（ａ）〜（ｆ）を用いて説明する。
【００６９】
まず、光入射ポートＰ１から入射した光の状態について説明する。
図１０（ａ）に示すように、光入射ポートＰ１（１）から入射した光Ｌ１１は、複屈折板１１に入射する。複屈折板１１に入射した光Ｌ１１は、図１０（ｂ）に示すように、常光Ｌ１２ａと異常光Ｌ１２ｂとに分離して複屈折板１１から出射する。常光成分の光Ｌ１２ａは複屈折板１１を直進してファラデー回転子２１に入射し、異常光成分の光Ｌ１２ｂは複屈折板１１で矢印Ｃ１方向に軸ずれしてファラデー回転子２１に入射する。ファラデー回転子２１はほぼ全体が磁区Ｂであり、磁区Ｂのファラデー回転角は−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°である。従って、図１０（ｃ）に示すように、２つの光Ｌ１２ａ、Ｌ１２ｂ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Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ１３ａの偏光方位は、光Ｌ１３ａ、Ｌ１３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板１２の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面（ＸＺ面）に垂直になる。一方、光Ｌ１３ｂの偏光方位は、ＸＺ面に平行になる。
【００７０】
このため、光Ｌ１３ａは複屈折板１２の一方の表面に入射して常光となり、軸ずれせずにそのまま直進して、図１０（ｄ）に示すように、複屈折板１２の他方の表面から光Ｌ１４ａとして出射する。光Ｌ１３ｂは複屈折板１２の一方の表面に入射して異常光となり、矢印Ｃ２方向へ軸ずれして、図１０（ｄ）に示すように、複屈折板１２の他方の表面から光Ｌ１４ｂとして出射する。ファラデー回転子２２はほぼ全体が磁区Ｂである。従って、図１０（ｅ）に示すように、２つの光Ｌ１４ａ、Ｌ１４ｂ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Ｌ１５ａ、Ｌ１５ｂとしてファラデー回転子２２から出射する。光Ｌ１５ａの偏光方位と光Ｌ１５ｂの偏光方位は、互いにほぼ直交している。光Ｌ１５ａは偏光方位が複屈折板１３の光学軸に平行なので複屈折板１３に入射して異常光となり矢印Ｃ３方向に軸ずれする。光Ｌ１５ｂは偏光方位が複屈折板１３の光学軸に直交するので複屈折板１３に入射して常光となり、軸ずれせずにそのまま直進する。図１０（ｆ）に示すように、光Ｌ１５ａは軸ずれして光Ｌ１６ａとなって複屈折板１３から出射して光出射ポートＰ１１（１１）に入射して外部に出射する。また、軸ずれせずに複屈折板１３を透過する光Ｌ１５ｂは、そのまま光Ｌ１６ｂとして光出射ポートＰ１２（１２）に入射して外部に出射する。このように、第４の状態での動作によれば、光入射ポートＰ１（１）に入射した光を、−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りにＹ軸から４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ１６ａと、時計回りに４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ１６ｂとに分離することができ、さらに、光Ｌ１６ａを光出射ポートＰ１１（１１）に出力し、光Ｌ１６ｂを光出射ポートＰ１２（１２）に出力することができる。
【００７１】
次に、第４の状態において光入射ポートＰ２（２）から入射した光の状態について説明する。光入射ポートＰ２（２）は、光入射ポートＰ１（１）に対してＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に所定ピッチＰだけ移動した位置に配置されている。一方、光出射ポートＰ１３（１３）は、光出射ポートＰ１２（１２）に対してＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に所定ピッチＰだけ移動した位置に配置されている。従って、光入射ポートＰ２（２）から入射した光Ｌ２１は、図１０（ａ）〜（ｆ）に示すように、光入射ポートＰ１（１）から入射した光Ｌ１１と同様の偏光状態変化及び光路変化を経て、一部は光Ｌ２６ａとなって複屈折板１３から出射して光出射ポートＰ１２（１２）に入射して外部に出射する。また、残余は光Ｌ２６ｂとして光出射ポートＰ１３（１３）に入射して外部に出射する。この場合も、光入射ポートＰ２（２）に入射した光を、−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りにＹ軸から４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ２６ａと、同時計回りに４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ２６ｂとに分離することができ、さらに、光Ｌ２６ａを光出射ポートＰ１２（１２）に出力し、光Ｌ２６ｂを光出射ポートＰ１３（１３）に出力することができる。
【００７２】
以上説明した本実施の形態による透過型光スイッチ１を第４の状態で用いることにより、偏光分離機能や偏光合成機能を併せ持つ磁気光学光部品を実現できる。例えば、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１１（１１）及びＰ１２（１２）を用いることにより上述のような偏光分離機能を実現できる。また、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）及びＰ１３（１３）の組み合わせでも同様の偏光分離機能が得られる。同様にして、光入射ポートＰ３（３）と光出射ポートＰ１３（１３）及びＰ１４（１４）の組み合わせでも同様の偏光分離機能が得られる。
【００７３】
また、例えば、光入射ポートＰ１（１）に入射した光のうち−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りにＹ軸から４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ１６ｂ（第３の光）と、光入射ポートＰ２（２）に入射した光のうち−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りにＹ軸から４５°回転した偏光方位を有する光Ｌ２６ａ（第６の光）とを合波して光出射ポートＰ１２（１２）に出力する偏光合成機能を実現できる。
【００７４】
次に、図１１及び図１２を用いて、磁界印加機構の変形例について説明する。図１１に示す磁界印加機構６３は、ファラデー回転子２１、２２の−Ｙ方向に配置され、磁界印加機構６４は＋Ｙ方向に配置されている。磁界印加機構６３は、コイル６３ａと、コイルを貫通して一体となる電磁ヨーク７０ａ、７０ｂと、半硬質磁石６３ｂ、６３ｃとを有している。電磁ヨーク７０ａ、７０ｂの他端には半硬質磁石６３ｂ、６３ｃの一端がそれぞれ接続されている。半硬質磁石６３ｂ、６３ｃの他端で形成されるギャップ間にファラデー回転子２１、２２の−Ｙ側が挟まれるように位置している。同様に、磁界印加機構６４は、コイル６４ａと、コイルを貫通して一体となる電磁ヨーク７１ａ、７１ｂと、半硬質磁石６４ｂ、６４ｃとを有している。電磁ヨーク７１ａ、７１ｂの他端には半硬質磁石６４ｂ、６４ｃの一端がそれぞれ接続されている。半硬質磁石６４ｂ、６４ｃの他端で形成されるギャップ間にファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ側が挟まれるように位置している。本変形例による磁界印加機構６３、６４の構成によっても図１（ｂ）に示した磁界印加機構６１、６２と同様の動作及び効果を得ることができる。
【００７５】
図１２に示す磁界印加機構６５は、コイル６５ａと、電磁ヨーク７２ａ、７２ｂ、７２ｃと、半硬質磁石６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ、６５ｅとを有している。コイルを貫通して一体となる電磁ヨーク７２ａ、７２ｂの他端には半硬質磁石６５ｂ、６５ｅの一端がそれぞれ接続されている。半硬質磁石６５ｂ、６５ｅの他端側には、半硬質磁石６５ｃ、６５ｄが対向して配置されている。半硬質磁石６５ｃと６５ｄは、電磁ヨーク７２ｃで接続されている。
【００７６】
半硬質磁石６５ｄ、６５ｅで形成されるギャップ間にファラデー回転子２１、２２の−Ｙ側が挟まれるように位置している。半硬質磁石６５ｂ、６５ｃで形成されるギャップ間にファラデー回転子２１、２２の＋Ｙ側が挟まれるように位置している。本変形例による磁界印加機構６５の構成は、ファラデー回転子２１、２２を全体として磁区Ａ又は磁区Ｂにすることはできない。従って、上記第３及び第４の状態を実現できないため偏光分離／合成機能は得られないが、光スイッチ機能としての構成を簡素化して低コストで磁界印加機構を実現できる。
【００７７】
〔第２の実施の形態〕
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１３乃至図１７を用いて説明する。図１３は、本実施の形態による磁気光学光部品として反射型光スイッチ１０の構成を模式的に示している。図１３では、光の進行方向にＺ軸をとり、外部からの光が反射型光スイッチ１０の備える２面反射体（反射部）３２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１３（ａ）は反射型光スイッチ１０を−Ｙ方向に見た構成を示し、図１３（ｂ）は反射型光スイッチ１０を−Ｘ方向に見た構成を示している。
【００７８】
図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、反射型光スイッチ１０は、例えば７本の光ファイバ４１、４２、４３、４５、４６、４７、４８に接続されている。光ファイバ４１、４２、４３は、ＸＺ面に平行な面内で＋Ｘ方向に所定ピッチＰでこの順に隣り合って配置されている。各光ファイバ４１、４２、４３の−Ｚ側の端部は、それぞれ外部から光が入射する光入射ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３（図ではそれぞれ（１）、（２）、（３）と示している）になっている。また、光ファイバ４５、４６、４７、４８は、ＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に向かって所定ピッチＰでこの順に隣り合って配置されている。入力側の光ファイバ４１に対し出力側の光ファイバ４５は、所定ピッチ数分だけ−Ｘ方向及び−Ｙ方向にずれて位置している。光ファイバ４５、４６、４７、４８の−Ｚ側の端部は、光出射ポートＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４（図ではそれぞれ（１１）、（１２）、（１３）、（１４）と示している）になっている。光ファイバ４１〜４３の＋Ｚ方向には、光ファイバ４１〜４３から出射した発散光を平行光に変換するレンズ５１〜５３がそれぞれ配置されている。光ファイバ４５〜４８の＋Ｚ方向には、光ファイバ４５〜４８に入射する平行光を集束光に変換するレンズ５５〜５８がそれぞれ配置されている。反射型光スイッチ１０やそれを収容する装置を小型化するためには、レンズ５１〜５３、及びレンズ５５〜５８の小型化が重要になる。本実施の形態においても、図２（ａ）、（ｂ）に示す小型化が可能なレンズが用いられている。
【００７９】
レンズ５１〜５３の＋Ｚ方向には複屈折板１４が配置され、レンズ５５〜５８の＋Ｚ方向には複屈折板１６が配置されている。２つの複屈折板１４、１６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。
【００８０】
複屈折板１４の光学軸ＯＡ１４（不図示）の向き及び異常光の軸ずれの方向は、図３に示した複屈折板ＢＰのそれらと同じである。また、複屈折板１６の光学軸ＯＡ１６（不図示）の向き及び異常光の軸ずれの方向は、複屈折板１４をＺ軸回りに１８０°回転した状態に等しい。
【００８１】
複屈折板１４、１６の＋Ｚ方向には、ファラデー回転子２１が配置されている。ファラデー回転子２１の−Ｙ方向には、第１の実施の形態の図１に示しているのと同様の磁界印加機構６１が配置され、＋Ｙ方向には磁界印加機構６２が配置されている。また、磁界印加機構６１、６２に代えて、第１の実施の形態で説明した図１１及び図１２に示す磁界印加機構を用いることももちろん可能である。
【００８２】
図１３（ｂ）は、コイル６２ａに所定の電流パルスを供給して、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃのギャップ間に、矢印αで示すように向きが＋Ｚ方向の磁界を生じさせた状態を示している。また、コイル６１ａに所定の電流パルスを供給して、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃのギャップ間に、矢印βで示すように向きが−Ｚ方向の磁界を生じさせた状態を示している。
【００８３】
ファラデー回転子２１のほぼ中央から＋Ｙ側の領域に印加される磁界は、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃによる＋Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。一方、ファラデー回転子２１のほぼ中央から−Ｙ側の領域に印加される磁界は、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃによる−Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。双方の領域に印加する磁界の強さをファラデー回転子２１の飽和磁界以上にすることにより、＋Ｚ方向の磁界が印加されている領域には磁化を一様に一方向にした磁区Ａが形成され、−Ｚ方向の磁界が印加されている領域には磁化を磁区Ａとは逆方向に一様にした磁区Ｂが形成される。磁区Ａと磁区Ｂとの間には、ＸＺ面にほぼ平行な境界面の磁壁Ｉが形成されている。本例での磁区Ａのファラデー回転角は、例えば−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°であり、磁区Ｂのファラデー回転角は、同様にして反時計回りに４５°である。ファラデー回転子２１は非相反性を有しているので、ファラデー回転子２１の光入出射面のいずれから光が入射しても上記回転角の条件は保たれる。
【００８４】
コイル６１ａに図１３（ｂ）の状態を形成したときと逆方向の電流パルスを供給すると、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃのギャップ間に、矢印βと逆向きの＋Ｚ方向の磁界を生じさせることができる。また、コイル６２ａに図１３（ｂ）の状態を形成したときと逆方向の電流パルスを供給すると、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃのギャップ間に、矢印αと逆向きの−Ｚ方向の磁界を生じさせることができる。
【００８５】
これにより、ファラデー回転子２１のほぼ中央から−Ｙ側の領域は、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃによる＋Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。一方、ファラデー回転子２１のほぼ中央から＋Ｙ側の領域は、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃによる−Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。双方の領域に印加する磁界の強さをファラデー回転子２１の飽和磁界以上にすることにより、ファラデー回転子２１のほぼ中央から−Ｙ側の領域に磁区Ａが形成され、磁壁Ｉを挟んでファラデー回転子２１のほぼ中央から＋Ｙ側の領域に磁区Ｂが形成される。
【００８６】
さらに、コイル６１ａ、６２ａに流す電流パルスを制御することにより、ファラデー回転子２１のほぼ中央から−Ｙ側の領域を磁区Ｂから磁区Ａにさせることができ、これにより、ファラデー回転子２１のほぼ全領域を磁区Ａにすることができる。同様にして、ファラデー回転子２１のほぼ中央から＋Ｙ側の領域を磁区Ａから磁区Ｂにさせることができ、これにより、ファラデー回転子２１のほぼ全領域を磁区Ｂにすることができる。
【００８７】
ファラデー回転子２１の＋Ｚ方向には、複屈折板１５が配置されている。複屈折板１５は例えば複屈折板１１、１２と同一の結晶を用いて作製されている。複屈折板１５の光学軸ＯＡ１５（不図示）は、図１３に示す座標系を用いて示すと、−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りにＹ軸から４５°回転した方向に向いている。光学軸ＯＡ１５とＸＺ平面とのなす角度は、−Ｘ方向に見てＸ軸について時計回りに約４５°になっている。また、異常光は常光に対して−Ｘ方向及び−Ｙ方向の双方に軸ずれするようになっている。
複屈折板１５の＋Ｚ側には、例えば直角プリズム等の２面反射体３２が配置されている。２面反射体３２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３２は、図１３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。
【００８８】
本実施の形態では、４枚の光学素子（３枚の複屈折板１４、１５、１６、及び１枚のファラデー回転子２１）を用いて反射型光スイッチ１０を構成できる。したがって本実施の形態によれば、反射型光スイッチ１０の素子構成が単純になり小型化及び低価格化が容易になる。
【００８９】
次に、本実施の形態による反射型光スイッチ１０の動作について図１４乃至図１７を用いて説明する。図１４乃至図１７は、反射型光スイッチ１０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１４乃至図１７では、３つある光入射ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３のうち、光入射ポートＰ１（図では（１）と示している）から入射した光を例示している。図１４乃至図１７の（ａ）は、図１３に示すように、複屈折板１４、１６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１４乃至図１７の（ｂ）は、複屈折板１４、１６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１４乃至図１７の（ｃ）は、複屈折板１５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１４乃至図１７の（ｄ）は、複屈折板１５の＋Ｚ側の光入出射面Ｚ４での光の偏光状態を示している。
【００９０】
図１４乃至図１７では、理解を容易にするために、複屈折板１４、１６、ファラデー回転子２１、及び複屈折板１５を−Ｚ方向に見た状態と、２面反射体３２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。また、各光の偏光方位は両矢印で示している。
【００９１】
まず、図１４を用いて、磁界印加機構６１、６２により、ファラデー回転子２１の＋Ｙ側の領域（第１領域）に磁区Ａ（第１の磁区）が形成され、−Ｙ側の領域（第２領域）に磁区Ｂ（第２の磁区）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から入射した光の状態について説明する。図１４は、図１（ａ）の実線及び破線で示す光線のように、光入射ポートＰ１（１）から入射して光出射ポートＰ１１（１１）から外部に出射する光を示している。図１４（ａ）の左側に示すように、光入射ポートＰ１から入射した光Ｌ１は、複屈折板（第１の複屈折板）１４に入射して、図１４（ｂ）の左側に示すように、常光Ｌ２ａ（第１の光）と矢印Ｃ１方向へ軸ずれした異常光Ｌ２ｂ（第２の光）とに分離し、複屈折板１４から出射する。次いで、常光成分の光Ｌ２ａはファラデー回転子２１の磁区Ａに入射し、異常光成分の光Ｌ２ｂはファラデー回転子２１の磁区Ｂに入射する。図１４（ｃ）の左側に示すように、光Ｌ２ａ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Ｌ３ａ（第１の光）としてファラデー回転子２１から出射し、光Ｌ２ｂは偏光方位が反時計回りに４５°回転した光Ｌ３ｂ（第２の光）としてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの偏光方位は、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板（第２の複屈折板）１５の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面に平行になる。次いで、図１４（ｄ）の左側に示すように、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂは複屈折板１５の一方の表面に入射して異常光となって、それぞれ矢印Ｃ２方向へ軸ずれして複屈折板１５の他方の表面から光Ｌ４ａ（第３の光）、Ｌ４ｂ（第４の光）として出射する。光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは２面反射体３２で反射して、図１４（ｄ）の右側に示すように、それぞれ光路が変更された光Ｌ５ａ（第３の光）、Ｌ５ｂ（第４の光）として複屈折板１５の他方の表面に入射する。
【００９２】
図１４（ｃ）の右側に示すように、光Ｌ５ａ、Ｌ５ｂはそれぞれ矢印Ｃ２と逆方向へ軸ずれして複屈折板１５の一方の表面から光Ｌ６ａ（第３の光）、Ｌ６ｂ（第４の光）として出射する。光Ｌ６ａはファラデー回転子２１の磁区Ａに入射し、光Ｌ６ｂは磁区Ｂに入射する。図１４（ｂ）の右側に示すように、光Ｌ６ａ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Ｌ７ａ（第３の光）としてファラデー回転子２１から出射し、光Ｌ６ｂは偏光方位が反時計回りに４５°回転した光Ｌ７ｂ（第４の光）としてファラデー回転子２１から出射する。光Ｌ７ａは複屈折板（第３の複屈折板）１６に入射して異常光となり、光Ｌ７ｂは複屈折板１２に入射して常光となる。図１４（ａ）の右側に示すように、光Ｌ７ａは矢印Ｃ３の逆方向へ軸ずれして光Ｌ７ｂと合波し、光Ｌ８として複屈折板１６から出射する。光Ｌ８は、光出射ポートＰ１１（１１）に入射して外部に出射する。光入射ポートＰ１（１）に入射した光は、偏光に依存せずに全て光出射ポートＰ１１（１１）から出射することになる。
【００９３】
このように、本実施の形態による反射型光スイッチ１０では、第１の状態において、光入射ポートＰ１（１）からの入力光は光出射ポートＰ１１（１１）から出力し、光入射ポートＰ２（２）からの入力光は光出射ポートＰ１２（１２）から出力するようになっている。同様にして、光入射ポートＰ３（３）からの入力光は光出射ポートＰ１３（１３）から出力する。
【００９４】
次に、磁界印加機構６１、６２により、ファラデー回転子２１の＋Ｙ側の領域に磁区Ｂが形成され、−Ｙ側の領域に磁区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から入射した光の状態について図１５（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図１５は、光入射ポートＰ１（１）から入射して光出射ポートＰ１２（１２）から外部に出射する光を示している。図１５（ａ）の左側に示すように、光入射ポートＰ１から入射した光Ｌ１は、複屈折板１４に入射して、図１５（ｂ）の左側に示すように、常光Ｌ２ａと矢印Ｃ１方向へ軸ずれした異常光Ｌ２ｂとに分離し、複屈折板１４から出射する。次いで、常光成分の光Ｌ２ａはファラデー回転子２１の磁区Ｂに入射し、異常光成分の光Ｌ２ｂはファラデー回転子２１の磁区Ａに入射する。図１５（ｃ）の左側に示すように、光Ｌ２ａ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Ｌ３ａとしてファラデー回転子２１から出射し、光Ｌ２ｂは偏光方位が時計回りに４５°回転した光Ｌ３ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの偏光方位は、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板１５の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面に垂直になる。次いで、図１５（ｄ）の左側に示すように、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂは複屈折板１５の一方の表面に入射して常光となって、軸ずれせずに直進して複屈折板１５の他方の表面から光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂとして出射する。光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは２面反射体３２で反射して、図１５（ｄ）の右側に示すように、それぞれ光路が変更された光Ｌ５ａ、Ｌ５ｂとして複屈折板１５の他方の表面に入射する。
【００９５】
図１５（ｃ）の右側に示すように、光Ｌ５ａ、Ｌ５ｂは軸ずれせずに直進して複屈折板１５の一方の表面から光Ｌ６ａ、Ｌ６ｂとして出射する。光Ｌ６ａはファラデー回転子２１の磁区Ｂに入射し、光Ｌ６ｂは磁区Ａに入射する。図１５（ｂ）の右側に示すように、光Ｌ６ａ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Ｌ７ａとしてファラデー回転子２１から出射し、光Ｌ６ｂは偏光方位が時計回りに４５°回転した光Ｌ７ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。光Ｌ７ａは複屈折板１６に入射して異常光となり、光Ｌ７ｂは複屈折板１２に入射して常光となる。図１５（ａ）の右側に示すように、光Ｌ７ａは矢印Ｃ３の逆方向へ軸ずれして光Ｌ７ｂと合波し、光Ｌ８として複屈折板１６から出射する。光Ｌ８は、光出射ポートＰ１２（１２）に入射して外部に出射する。光入射ポートＰ１（１）に入射した光は、偏光に依存せずに全て光出射ポートＰ１２（１２）から出射することになる。
【００９６】
このように、本実施の形態による反射型光スイッチ１０では、第２の状態において、光入射ポートＰ１（１）からの入力光は光出射ポートＰ１２（１２）から出力し、光入射ポートＰ２（２）からの入力光は光出射ポートＰ１３（１３）から出力するようになっている。同様にして、光入射ポートＰ３（３）からの入力光は光出射ポートＰ１４（１４）から出力する。
【００９７】
以上説明した本実施の形態による反射型光スイッチ１０を第１及び第２の状態で用いることにより、種々の入出力ポートの組合せによる反射型光スイッチを実現できる。例えば、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１１（１１）及びＰ１２（１２）を用いることにより１×２光スイッチを実現できる。この場合には、第１の状態において、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１１（１１）とが光学的に接続され、第２の状態において、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続される。
【００９８】
また、光入射ポートＰ１（１）及びＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）を用いることにより２×１光スイッチを実現できる。この場合には、第１の状態において、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続され、第２の状態において、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続される。
【００９９】
また、光出射ポートＰ１４（１４）を光入射ポートＰ１（１）に接続すると共に、光入射ポートＰ２（２）及び光入射ポートＰ３（３）と光出射ポートＰ１２（１２）及びＰ１３（１３）を用いることにより２×２光スイッチを実現できる。この場合には、第１の状態において、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続され、また、光入射ポートＰ３（３）と光出射ポートＰ１３（１３）とが光学的に接続され、第２の状態において、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１３（１３）が光学的に接続され、光入射ポートＰ３（３）は光出射ポートＰ１４（１４）及び光入射ポートＰ１（１）を介して光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続される。
【０１００】
本実施の形態では、互いに同一の光学特性を有する複屈折板１４、１６のうち一方を常光として通過した光は他方を異常光として通過し、逆に複屈折板１４、１６のうち一方を異常光として通過した光は他方を常光として通過する。また、ファラデー回転子２１を通過した後、再びファラデー回転子２１に入射するまでの間は、分離した２つの光の偏光方位は同一になっている。したがって、本実施の形態による透過型光スイッチ１０では、２つの偏光成分の光路長が等しいため、ＰＭＤ値がゼロになる。
【０１０１】
次に、磁界印加機構６１、６２により、ファラデー回転子２１の−Ｙ側の領域の磁区を磁区Ｂから磁区Ａに変換して、ファラデー回転子２１の光入出射面のほぼ全面に磁区Ａだけ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から入射した光の状態について、図１６（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【０１０２】
図１６（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Ｌ１は、複屈折板１４に入射して、図１６（ｂ）の左側に示すように、常光Ｌ２ａと矢印Ｃ１方向へ軸ずれした異常光Ｌ２ｂとに分離し、複屈折板１４から出射してファラデー回転子２１に入射する。ファラデー回転子２１はほぼ全体が磁区Ａであり、磁区Ａのファラデー回転角は−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°である。従って、図１６（ｃ）の左側に示すように、２つの光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ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Ｌ３ａ、Ｌ３ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ３ａの偏光方位は、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板１５の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面に平行になる。一方、光Ｌ３ｂの偏光方位は、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板１５の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面に垂直になる。このため、図１６（ｄ）の左側に示すように、光Ｌ３ａは複屈折板１５の一方の表面に入射して異常光となり、矢印Ｃ２方向へ軸ずれして、図１６（ｄ）に示すように、複屈折板１５の他方の表面から光Ｌ１４ａとして出射する。光Ｌ１３ｂは複屈折板１５の一方の表面に入射して常光となり、矢印Ｃ２方向へ軸ずれせずにそのまま直進して、図１６（ｄ）に示すように、複屈折板１５の他方の表面から光Ｌ１４ｂとして出射する。光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは２面反射体３２で反射して、図１６（ｄ）の右側に示すように、それぞれ光路が変更された光Ｌ５ａ、Ｌ５ｂとして複屈折板１５の他方の表面に入射する。
【０１０３】
図１６（ｃ）の右側に示すように、光Ｌ５ａは複屈折板１５の他方の表面に入射して異常光となり、矢印Ｃ２の逆方向へ軸ずれして、図１６（ｄ）に示すように、複屈折板１５の一方の表面から光Ｌ６ａとして出射する。光Ｌ５ｂは複屈折板１５の他方の表面に入射して常光となり、矢印Ｃ２方向へ軸ずれせずにそのまま直進して、図１６（ｄ）に示すように、複屈折板１５の一方の表面から光Ｌ６ｂとして出射する。光Ｌ６ａ、６ｂはファラデー回転子２１の磁区Ａに入射する。図１６（ｂ）の右側に示すように、光Ｌ６ａ、Ｌ６ｂ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Ｌ７ａ、Ｌ７ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。光Ｌ７ａは複屈折板１６に入射して異常光となり、光Ｌ７ｂは複屈折板１２に入射して常光となる。図１６（ａ）の右側に示すように、光Ｌ７ａは矢印Ｃ３の逆方向へ軸ずれして複屈折板１６から出射して光Ｌ８ａとして、光出射ポートＰ１１（１１）に入射して外部に出射する。
【０１０４】
また、軸ずれせずに複屈折板１６を透過する光Ｌ７ｂは、そのまま光Ｌ８ｂとして光出射ポートＰ１２（１２）に入射して外部に出射する。このように、第３の状態での動作によれば、光入射ポートＰ１（１）に入射した光を、Ｙ軸に平行な偏光方位を有する光Ｌ８ａと、それと直交するＸ軸に平行な偏光方位を有する光Ｌ８ｂとに分離して、光Ｌ８ａを光出射ポートＰ１１（１１）に出力し、光Ｌ８ｂを光出射ポートＰ１２（１２）に出力することができる。
【０１０５】
以上説明した本実施の形態による反射型光スイッチ１０を第３の状態で用いることにより、偏光分離機能や偏光合成機能を併せ持つ磁気光学光部品を実現できる。例えば、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１１（１１）及びＰ１２（１２）を用いることにより上述のような偏光分離機能を実現できる。また、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）及びＰ１３（１３）の組み合わせでも同様の偏光分離機能が得られる。同様にして、光入射ポートＰ３（３）と光出射ポートＰ１３（１３）及びＰ１４（１４）の組み合わせでも同様の偏光分離機能が得られる。
【０１０６】
また、例えば、光入射ポートＰ１（１）に入射した光のうちＸ軸に平行な偏光方位を有する光Ｌ８ｂと、光入射ポートＰ２（２）に入射した光のうちＹ軸に平行な偏光方位を有する光とを合波して光出射ポートＰ１２（１２）に出力する偏光合成機能を実現できる。
【０１０７】
次に、磁界印加機構６１、６２により、ファラデー回転子２１の＋Ｙ側の領域の磁区を磁区Ａから磁区Ｂに変換して、ファラデー回転子２１の光入出射面のほぼ全面に磁区Ｂだけが形成されている状態（第４の状態）における光入射ポートＰ１から入射した光の状態について、図１７（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【０１０８】
図１７（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Ｌ１は、複屈折板１４に入射して、図１７（ｂ）の左側に示すように、常光Ｌ２ａと矢印Ｃ１方向へ軸ずれした異常光Ｌ２ｂとに分離し、複屈折板１４から出射してファラデー回転子２１に入射する。ファラデー回転子２１はほぼ全体が磁区Ｂであり、磁区Ｂのファラデー回転角は−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りに４５°である。従って、図１７（ｃ）の左側に示すように、２つの光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ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Ｌ３ａ、Ｌ３ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ３ａの偏光方位は、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板１５の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面に垂直になる。一方、光Ｌ３ｂの偏光方位は、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板１５の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面に平行になる。このため、図１７（ｄ）の左側に示すように、光Ｌ３ａは複屈折板１５の一方の表面に入射して常光となり、軸ずれせずに直進して、図１７（ｄ）に示すように、複屈折板１５の他方の表面から光Ｌ１４ａとして出射する。光Ｌ１３ｂは複屈折板１５の一方の表面に入射して異常光となり、矢印Ｃ２方向へ軸ずれして、図１７（ｄ）に示すように、複屈折板１５の他方の表面から光Ｌ１４ｂとして出射する。光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは２面反射体３２で反射して、図１７（ｄ）の右側に示すように、それぞれ光路が変更された光Ｌ５ａ、Ｌ５ｂとして複屈折板１５の他方の表面に入射する。
【０１０９】
図１７（ｃ）の右側に示すように、光Ｌ５ａは複屈折板１５の他方の表面に入射して常光となり、軸ずれせずに直進して、図１７（ｄ）に示すように、複屈折板１５の一方の表面から光Ｌ６ａとして出射する。光Ｌ５ｂは複屈折板１５の他方の表面に入射して異常光となり、矢印Ｃ２方向へ軸ずれして、図１７（ｄ）に示すように、複屈折板１５の一方の表面から光Ｌ６ｂとして出射する。光Ｌ６ａ、６ｂはファラデー回転子２１の磁区Ｂに入射する。図１７（ｂ）の右側に示すように、光Ｌ６ａ、Ｌ６ｂ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Ｌ７ａ、Ｌ７ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。光Ｌ７ａは複屈折板１６に入射して異常光となり、光Ｌ７ｂは複屈折板１２に入射して常光となる。図１７（ａ）の右側に示すように、光Ｌ７ａは矢印Ｃ３の逆方向へ軸ずれして複屈折板１６から出射して光Ｌ８ａとして、光出射ポートＰ１２（１２）に入射して外部に出射する。
【０１１０】
また、軸ずれせずに複屈折板１６を透過する光Ｌ７ｂは、そのまま光Ｌ８ｂとして光出射ポートＰ１１（１１）に入射して外部に出射する。このように、第４の状態での動作によれば、光入射ポートＰ１（１）に入射した光を、Ｙ軸に平行な偏光方位を有する光Ｌ８ｂと、それと直交するＸ軸に平行な偏光方位を有する光Ｌ８ａとに分離して、光Ｌ８ａを光出射ポートＰ１２（１２）に出力し、光Ｌ８ｂを光出射ポートＰ１１（１１）に出力することができる。
【０１１１】
以上説明した本実施の形態による反射型光スイッチ１０を第４の状態で用いることにより、偏光分離機能や偏光合成機能を併せ持つ磁気光学光部品を実現できる。例えば、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１１（１１）及びＰ１２（１２）を用いることにより上述のような偏光分離機能を実現できる。また、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）及びＰ１３（１３）の組み合わせでも同様の偏光分離機能が得られる。同様にして、光入射ポートＰ３（３）と光出射ポートＰ１３（１３）及びＰ１４（１４）の組み合わせでも同様の偏光分離機能が得られる。
【０１１２】
また、例えば、光入射ポートＰ１（１）に入射した光のうちＸ軸に平行な偏光方位を有する光Ｌ８ｂと、光入射ポートＰ２（２）に入射した光のうちＹ軸に平行な偏光方位を有する光とを合波して光出射ポートＰ１２（１２）に出力する偏光合成機能を実現できる。
【０１１３】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態による反射型光スイッチ１０’について図１８乃至図２０を用いて説明する。図１８は、本実施の形態による反射型光スイッチ１０’の構成を模式的に示している。図１８では図１３と同様に座標系をとっている。図１８（ａ）は反射型光スイッチ１０’を−Ｙ方向に見た構成を示し、図１８（ｂ）は反射型光スイッチ１０’を−Ｘ方向に見た構成を示している。図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態による反射型光スイッチ１０’は、例えば６本の光ファイバ４１、４２、４３、４５、４６、４７に接続されている。光ファイバ４１、４２、４３は、ＸＺ面に平行な面内で＋Ｘ方向に所定ピッチＰでこの順に隣り合って配置されている。各光ファイバ４１、４２、４３の−Ｚ側の端部は、それぞれ外部から光が入射する光入射ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３（図ではそれぞれ（１）、（２）、（３）と示している）になっている。また、光ファイバ４５、４６、４７は、ＸＺ面に平行な面内で−Ｘ方向に向かって所定ピッチＰでこの順に隣り合って配置されている。入力側の光ファイバ４１に対し出力側の光ファイバ４５は、所定ピッチ数分だけ−Ｘ方向にずれて位置している。光ファイバ４５、４６、４７の−Ｚ側の端部は、光出射ポートＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３（図ではそれぞれ（１１）、（１２）、（１３）と示している）になっている。光ファイバ４１〜４３の＋Ｚ方向には、光ファイバ４１〜４３から出射した発散光を平行光に変換するレンズ５１〜５３がそれぞれ配置されている。光ファイバ４５〜４７の＋Ｚ方向には、光ファイバ４５〜４７に入射する平行光を集束光に変換するレンズ５５〜５７がそれぞれ配置されている。反射型光スイッチ１０’やそれを収容する装置を小型化するためには、レンズ５１〜５３、及びレンズ５５〜５７の小型化が重要になる。本実施の形態においても、図２（ａ）、（ｂ）に示す小型化が可能なレンズが用いられている。
【０１１４】
レンズ５１〜５３、５５〜５７の＋Ｚ方向には複屈折板１７が配置されている。複屈折板１７はＺ軸に垂直な光入出射面を有している。複屈折板１７の光学軸ＯＡ１７（不図示）は、図１８に示す座標系を用いて示すと、−Ｚ方向に見てＺ軸について反時計回りにＹ軸から４５°回転した方向に向いている。光学軸ＯＡ１７とＸＺ平面とのなす角度は、−Ｘ方向に見てＸ軸について時計回りに約４５°になっている。また、異常光は常光に対して−Ｘ方向及び−Ｙ方向の双方に軸ずれするようになっている。
【０１１５】
複屈折板１７の＋Ｚ方向であって光出射ポートＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３に対応する位置には、光の偏光方位を９０°回転させるように１／２波長板２０が配置されている。１／２波長板２０の＋Ｚ方向には、ファラデー回転子２１が配置されている。ファラデー回転子２１の−Ｙ方向には、第１の実施の形態の図１に示しているのと同様の磁界印加機構６１が配置され、＋Ｙ方向には磁界印加機構６２が配置されている。また、磁界印加機構６１、６２に代えて、第１の実施の形態で説明した図１１及び図１２に示す磁界印加機構を用いることももちろん可能である。なお、図１８では、磁界印加機構６１及び磁界印加機構６２の詳細構成は省略して示している。
【０１１６】
本実施形態では、図１８（ｂ）中の矢印αで示すように、磁界印加機構６１により、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃのギャップ間の磁界の向きは＋Ｚ方向である。また、図１８（ｂ）中の矢印βで示すように、磁界印加機構６２により、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃのギャップ間の磁界の向きは−Ｚ方向である。ファラデー回転子２１のほぼ中央から−Ｙ側の領域に印加される磁界は、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃによる＋Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。一方、ファラデー回転子２１のほぼ中央から＋Ｙ側の領域に印加される磁界は、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃによる−Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。双方の領域に印加する磁界の強さをファラデー回転子２１の飽和磁界以上にすることにより、＋Ｚ方向の磁界が印加されている領域には磁化を一様に一方向にした磁区Ａが形成され、−Ｚ方向の磁界が印加されている領域には磁化を磁区Ａとは逆方向に一様にした磁区Ｂが形成される。磁区Ａと磁区Ｂとの間には、ＸＺ面にほぼ平行な境界面の磁壁Ｉが形成されている。本例での磁区Ａのファラデー回転角は、例えば−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°であり、磁区Ｂのファラデー回転角は、同様にして反時計回りに４５°である。ファラデー回転子２１は非相反性を有しているので、ファラデー回転子２１の光入出射面のいずれから光が入射しても上記回転角の条件は保たれる。
【０１１７】
コイル６１ａに図１８（ｂ）の状態を形成したときと逆方向の電流パルスを供給すると、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃのギャップ間に、矢印αと逆向きの−Ｚ方向の磁界を生じさせることができる。また、コイル６２ａに図１８（ｂ）の状態を形成したときと逆方向の電流パルスを供給すると、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃのギャップ間に、矢印βと逆向きの＋Ｚ方向の磁界を生じさせることができる。
【０１１８】
これにより、ファラデー回転子２１のほぼ中央から−Ｙ側の領域は、半硬質磁石６１ｂ、６１ｃによる−Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。一方、ファラデー回転子２１のほぼ中央から＋Ｙ側の領域は、半硬質磁石６２ｂ、６２ｃによる＋Ｚ方向の磁界成分が支配的になる。双方の領域に印加する磁界の強さをファラデー回転子２１の飽和磁界以上にすることにより、ファラデー回転子２１のほぼ中央から＋Ｙ側の領域に磁区Ａが形成され、磁壁Ｉを挟んでファラデー回転子２１のほぼ中央から−Ｙ側の領域に磁区Ｂが形成される。
【０１１９】
ファラデー回転子２１の＋Ｚ方向には、複屈折板１８が配置されている。複屈折板１８は例えば複屈折板１７と同一の結晶を用いて作製されている。複屈折板１８の光学軸ＯＡ１８（不図示）は、図１８に示す座標系を用いて示すと、ＸＺ面に平行である。複屈折板１８に＋Ｚ方向に入射した光の異常光は、＋Ｘ方向に軸ずれするようになっている。
【０１２０】
複屈折板１８の＋Ｚ方向には、反射部としてレンズ３４及び反射鏡３６が配置されている。レンズ３４には、屈折率分布型のロッドレンズ、球レンズ、非球面レンズなどが用いられる。反射鏡３６は、ガラス板に全反射膜を形成して作製され、レンズ３４の＋Ｚ方向に配置されている。反射鏡３６は、平行光がレンズ３４に入射した場合の焦点を含み、平行光の進行方向に垂直な面内に配置される。これにより、ある光路上を通る平行光がレンズ３４及び反射鏡３６に入射すると、反射光の光路は、上記の焦点を含み平行光の進行方向に平行な直線に対して対称な位置に変換される。反射鏡３６に代えて、レンズ３４に直接全反射膜を形成してもよい。
【０１２１】
本実施の形態では、４枚の光学素子（２枚の複屈折板１７、１８、１枚の１／２波長板２０、及び１枚のファラデー回転子２１）を用いて反射型光スイッチ１０’を構成できる。したがって本実施の形態によれば、反射型光スイッチ１０’の素子構成が単純になり小型化及び低価格化が容易になる。
また、本実施の形態では６つの光入出射ポートＰ１〜Ｐ３、Ｐ１１〜Ｐ１３（光ファイバ４１〜４３、４５〜４７）を一列に配置できるため、組立てが容易になるという利点がある。
【０１２２】
次に、本実施の形態による反射型光スイッチ１０’の動作について説明する。図１９乃至図２２は、反射型光スイッチ１０’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１９乃至図２２では、３つある光入射ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３のうち、光入射ポートＰ１（図では（１）と示している）から入射した光を例示している。図１９乃至図２２の（ａ）は、図１８に示す複屈折板１７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１９乃至図２２の（ｂ）は、複屈折板１７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１９乃至図２２の（ｃ）は、複屈折板１８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１９乃至図２２の（ｄ）は、複屈折板１８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１９乃至図２２では、理解を容易にするために、複屈折板１７、１／２波長板２０、ファラデー回転子２１、複屈折板１８、及び反射部（レンズ３４及び反射鏡３６）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）〜（ｄ）には各光の位置を示すために仮想方眼を示している。また、各光の偏光方位は両矢印で示している。
【０１２３】
まず、図１９を用いて、磁界印加機構６１、６２により、ファラデー回転子２１の＋Ｙ側の領域（第２領域）に磁区Ｂ（第２の磁区）が形成され、−Ｙ側の領域（第１領域）に磁区Ａ（第１の磁区）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から入射した光の状態について説明する。図１９は、図１８（ａ）の実線で示す光線のように、光入射ポートＰ１（１）から入射して光出射ポートＰ１１（１１）から外部に出射する光を示している。図１９（ａ）の左側に示すように、光入射ポートＰ１から入射した光Ｌ１は、複屈折板（第１の複屈折板）１７に入射して、図１９（ｂ）の左側に示すように、常光Ｌ２ａと矢印Ｃ１方向へ軸ずれした異常光Ｌ２ｂとに分離し、複屈折板１７から出射する。次いで、常光成分の光Ｌ２ａ（第２の光）はファラデー回転子２１の磁区Ｂに入射し、異常光成分の光Ｌ２ｂ（第１の光）はファラデー回転子２１の磁区Ａに入射する。図１９（ｃ）の左側に示すように、光Ｌ２ａ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Ｌ３ａとしてファラデー回転子２１から出射し、光Ｌ２ｂは偏光方位が時計回りに４５°回転した光Ｌ３ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの偏光方位は、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板（第２の複屈折板）１８の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面に垂直になる。従って、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂは複屈折板１８の一方の表面に入射して常光となり、図１９（ｄ）の左側に示すように、軸ずれせずに複屈折板１８の他方の表面から光Ｌ４ａ（第４の光）、Ｌ４ｂ（第３の光）として出射する。光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂはレンズ３４を通過して反射鏡３６で反射し、図１９（ｄ）の右側に示すように光路が変換された光Ｌ５ａ（第４の光）、Ｌ５ｂ（第３の光）として複屈折板１８の他方の表面に入射する。
【０１２４】
光Ｌ５ａ、Ｌ５ｂは、複屈折板１８の他方の表面に入射して常光となり、図１９（ｃ）の右側に示すように、軸ずれせずに複屈折板１８の一方の表面から光Ｌ６ａ（第４の光）、Ｌ６ｂ（第３の光）として出射する。光Ｌ６ａはファラデー回転子２１の磁区Ａに入射し、光Ｌ６ｂは磁区Ｂに入射する。光Ｌ６ａは、偏光方位が−Ｚ方向に見てＺ軸について時計回りに４５°回転した光としてファラデー回転子２１から出射し、さらに１／２波長板２０に入射して、図１９（ｂ）の右側に示すように偏光方位がＺ軸について９０°回転した光Ｌ７ａ（第４の光）として出射する。光Ｌ６ｂは、偏光方位が反時計回りに４５°回転した光としてファラデー回転子２１から出射し、さらに１／２波長板２０に入射して、偏光方位がＺ軸について９０°回転した光Ｌ７ｂ（第３の光）として出射する。光Ｌ７ａは複屈折板（第３の複屈折板）１７に入射して異常光となり、光Ｌ７ｂは複屈折板１７に入射して常光となる。図１９（ａ）の右側に示すように、光Ｌ７ａは矢印Ｃ１と逆方向に軸ずれして光Ｌ７ｂと合波し、光Ｌ８として複屈折板１７から出射する。光Ｌ８は、光出射ポートＰ１１（１１）に入射して外部に出射する。光入射ポートＰ１（１）に入射した光は、偏光に依存せずに全て光出射ポートＰ１１（１１）から出射することになる。
【０１２５】
このように、本実施の形態による反射型光スイッチ１０’では、第１の状態において、光入射ポートＰ１（１）からの入力光は光出射ポートＰ１１（１１）から出力し、光入射ポートＰ２（２）からの入力光は光出射ポートＰ１２（１２）から出力するようになっている。同様にして、光入射ポートＰ３（３）からの入力光は光出射ポートＰ１３（１３）から出力する。
【０１２６】
次に、図２０を用いて、磁界印加機構６１、６２により、ファラデー回転子２１の＋Ｙ側の領域に磁区Ａが形成され、−Ｙ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から入射した光の状態について説明する。図２０は、図１８（ａ）の破線で示す光線のように、光入射ポートＰ１（１）から入射して光出射ポートＰ１２（１２）から外部に出射する光を示している。図２０（ａ）の左側に示すように、光入射ポートＰ１から入射した光Ｌ１は、複屈折板１７に入射して、図２０（ｂ）の左側に示すように、常光Ｌ２ａと矢印Ｃ１方向へ軸ずれした異常光Ｌ２ｂとに分離し、複屈折板１７から出射する。次いで、常光成分の光Ｌ２ａはファラデー回転子２１の磁区Ａに入射し、異常光成分の光Ｌ２ｂはファラデー回転子２１の磁区Ｂに入射する。図２０（ｃ）の左側に示すように、光Ｌ２ａ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Ｌ３ａとしてファラデー回転子２１から出射し、光Ｌ２ｂは偏光方位が反時計回りに４５°回転した光Ｌ３ｂとしてファラデー回転子２１から出射する。これにより、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの偏光方位は、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの進行方向に平行な直線と複屈折板１８の光学軸に平行な直線とが交差して形成される平面に平行になる。従って、光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂは複屈折板１８の一方の表面に入射して異常光となり、図２０（ｄ）の左側に示すように、矢印Ｃ２方向に軸ずれして複屈折板１８の他方の表面から光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂとして出射する。光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂはレンズ３４を通過して反射鏡３６で反射し、図２０（ｄ）の右側に示すように光路が変換された光Ｌ５ａ、Ｌ５ｂとして複屈折板１８の他方の表面に入射する。
【０１２７】
光Ｌ５ａ、Ｌ５ｂは、複屈折板１８の他方の表面に入射して異常光となり、図２０（ｃ）の右側に示すように、矢印Ｃ２と逆方向に軸ずれして複屈折板１８の一方の表面から光Ｌ６ａ、Ｌ６ｂとして出射する。光Ｌ６ａはファラデー回転子２１の磁区Ｂに入射し、光Ｌ６ｂは磁区Ａに入射する。光Ｌ６ａ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°回転した光としてファラデー回転子２１から出射し、さらに１／２波長板２０に入射して、図２０（ｂ）の右側に示すように偏光方位がＺ軸について９０°回転した光Ｌ７ａとして出射する。光Ｌ６ｂは、偏光方位が時計回りに４５°回転した光としてファラデー回転子２１から出射し、さらに１／２波長板２０に入射して、偏光方位がＺ軸について９０°回転した光Ｌ７ｂとして出射する。光Ｌ７ａは複屈折板（第３の複屈折板）１７に入射して異常光となり、光Ｌ７ｂは複屈折板１７に入射して常光となる。図２０（ａ）の右側に示すように、光Ｌ７ａは矢印Ｃ１と逆方向に軸ずれして光Ｌ７ｂと合波し、光Ｌ８として複屈折板１７から出射する。光Ｌ８は、光出射ポートＰ１２（１２）に入射して外部に出射する。光入射ポートＰ１（１）に入射した光は、偏光に依存せずに全て光出射ポートＰ１２（１２）から出射することになる。
【０１２８】
このように、本実施の形態による反射型光スイッチ１０’では、第２の状態において、光入射ポートＰ１（１）からの入力光は光出射ポートＰ１２（１２）から出力し、光入射ポートＰ２（２）からの入力光は光出射ポートＰ１３（１３）から出力するようになっている。
【０１２９】
以上説明した本実施の形態による反射型光スイッチ１０’を第１及び第２の状態で用いることにより、種々の入出力ポートの組合せによる反射型光スイッチを実現できる。例えば、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１１（１１）及びＰ１２（１２）を用いることにより１×２光スイッチを実現できる。この場合には、第１の状態において、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１１（１１）とが光学的に接続され、第２の状態において、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続される。
【０１３０】
また、光入射ポートＰ１（１）及びＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）を用いることにより２×１光スイッチを実現できる。この場合には、第１の状態において、光入射ポートＰ２（２）と光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続され、第２の状態において、光入射ポートＰ１（１）と光出射ポートＰ１２（１２）とが光学的に接続される。
【０１３１】
本実施の形態では、レンズ３４及び反射鏡３６による光路変換によって、ファラデー回転子２１の磁区Ａ及び磁区Ｂのうち一方を通過した入射光は、反射鏡３６で反射して反射光として戻るときに他方を通過する。両ファラデー回転子２１のファラデー回転角は大きさが同じで符号が互いに異なるので、光の偏光方位は結局元に戻ることになる。複屈折板１７とファラデー回転子２１との間の入射光路上又は反射光路上のいずれかには１／２波長板２０が配置されているため、複屈折板１７から出射する光Ｌ２ａ（又は光Ｌ２ｂ）の偏光方位と複屈折板１７に入射する光Ｌ７ａ（又は光Ｌ７ｂ）の偏光方位とはそれぞれ互いに直交する。したがって、複屈折板１７を常光として通過した光は、反射鏡３６で反射して戻るときに異常光として通過し、逆に複屈折板１７を異常光として通過した光は、反射鏡３６で反射して戻るときに常光として通過する。また、ファラデー回転子２１を通過した後、反射鏡３６で反射してファラデー回転子２１に再度入射するまでの間は、分離した２つの光の偏光方位は同一になっている。したがって、本実施の形態による反射型光スイッチ１０’によれば、ＰＭＤ値をゼロにすることができる。なお１／２波長板２０は、複屈折板１７とファラデー回転子２１との間ではなくファラデー回転子２１と複屈折板１８との間に配置してもよい。また１／２波長板２０は、図１８（ａ）に示すように、光出射ポートＰ１１〜Ｐ１３側に配置されているが、光入射ポートＰ１〜Ｐ３側に配置してもよい。
【０１３２】
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、上記第１の実施の形態では光入射ポート及び光出射ポートをそれぞれ４つ設け、上記第２の実施の形態では光入射ポートが３つで光出射ポートが４つ設けており、上記第３の実施の形態では光入射ポート及び光出射ポートをそれぞれ３つ設けているが、本発明はこれらに限らず、光入射ポート及び光出射ポートの本数や組み合わせは用途に応じて種々選択することが可能である。
【０１３３】
また、上記各実施の形態の説明では各光学素子に光を垂直入射させているが、各境界面からの反射光が元に戻るのを防止するため、実際には光学素子の光入射面が入射光に対して斜めになるように配置するのが望ましい。また、各複屈折板の軸ずれ量は互いに独立に設定可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による透過型光スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図２】小型化が可能なレンズの構成の例を示す図である。
【図３】複屈折板の光学軸について説明する図である。
【図４】ファラデー回転子２１、２２の磁区構造を示す図である。
【図５】直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子と非直線状の磁壁Ｉが形成されたファラデー回転子とを比較して示す図である。
【図６】外部磁界無しで２磁区構造を実現した磁気光学結晶の磁区構造を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態による第１の状態における透過型光スイッチ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８】本発明の第１の実施の形態による第２の状態における透過型光スイッチ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】本発明の第１の実施の形態による第３の状態における透過型光スイッチ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１０】本発明の第１の実施の形態による第４の状態における透過型光スイッチ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１１】本発明の第１の実施の形態による透過型光スイッチに用いられる磁界印加機構の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態による透過型光スイッチに用いられる磁界印加機構の他の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態による反射型光スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態による第１の状態における反射型光スイッチ１０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１５】本発明の第２の実施の形態による第２の状態における反射型光スイッチ１０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１６】本発明の第２の実施の形態による第３の状態における反射型光スイッチ１０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１７】本発明の第２の実施の形態による第４の状態における反射型光スイッチ１０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】本発明の第３の実施の形態による反射型光スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態による第１の状態における反射型光スイッチ１０’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２０】本発明の第３の実施の形態による第２の状態における反射型光スイッチ１０’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２１】従来の光スイッチの構成を示す図である。
【図２２】従来の光スイッチの他の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１３５】
１  透過型光スイッチ
１０、１０’  反射型光スイッチ
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８ＢＰ  複屈折板
２０  １／２波長板
２１、２２、ＦＲ１、ＦＲ２  ファラデー回転子
３２  ２面反射体
３４  レンズ
３６  反射鏡
４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８  光ファイバ
５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９  レンズ
６１、６２、６３、６４、６５  磁界印加機構
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａ  コイル
６１ｂ、６１ｃ、６２ｂ、６２ｃ、６３ｂ、６３ｃ、６４ｂ、６４ｃ、６５ｂ、６５ｃ  半硬質磁石
７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ  電磁ヨーク
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  光入射ポート
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４  光出射ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図６】
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