(57)【要約】【課題】本発明は、磁気光学光部品に関し、小型、低消費電力で、かつ製造の容易な磁気光学光部品を提供することを目的とする。【解決手段】互いにほぼ平行な表面２２、２３を備え、Ｚ方向の磁化容易軸を有するファラデー回転子２０と、表面２２の一部に形成された全反射膜３０と、表面２３の一部に形成された全反射膜３１と、ファラデー回転子２０に光が入射する光入射領域３４と、全反射膜３１、３０で交互に反射した光がファラデー回転子２０から出射する光出射領域３５と、ファラデー回転子２０に所定の磁区構造を形成し、かつ光入射領域３４及び光出射領域３５での磁化の向きが一致するように、ファラデー回転子２０に対してＺ方向の磁界成分を印加する永久磁石と、ファラデー回転子２０に印加される磁界成分が０となる位置を可変とする電磁石とを有するように構成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向した第１及び第２の表面を備える磁気光学結晶と、
前記磁気光学結晶の前記第１の表面側の少なくとも一部に配置された第１の全反射部と、
前記磁気光学結晶の前記第２の表面側の少なくとも一部に配置された第２の全反射部と、
前記磁気光学結晶に光が入射する光入射領域と、
前記第１及び第２の全反射部で交互に反射した前記光が前記磁気光学結晶から出射する光出射領域と、
前記光入射領域及び前記光出射領域において磁壁が存在しないように、前記磁気光学結晶に対して磁界を印加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。
【請求項２】
請求項１記載の磁気光学光部品であって、
前記磁界印加機構は、前記光入射領域及び前記光出射領域での磁化の向きが一致するように、前記磁気光学結晶に対して磁界を印加すること
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、
前記光入射領域は前記第１の表面上に配置され、
前記光出射領域は前記第２の表面上に配置されていること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の磁気光学光部品であって、
前記光入射領域及び前記光出射領域は、共に前記第１の表面上に配置されていること
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、
前記磁気光学結晶は所定の磁化容易軸を有し、前記磁化容易軸に平行な一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５記載の磁気光学光部品であって、
前記磁界印加機構は、前記磁気光学結晶に印加される前記所定方向の磁界成分が０となる位置を可変とする電磁石と、前記磁気光学結晶に形成される複数の磁区にそれぞれ対応して少なくとも１個ずつ配置された永久磁石とを有すること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項７】
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、前記磁気光学結晶に固定磁界を印加する少なくとも１個の永久磁石と、前記固定磁界の方向とは異なる方向の可変磁界を前記磁気光学結晶に印加する電磁石とを備え、前記可変磁界と前記固定磁界との合成磁界が前記磁気光学結晶の飽和磁界以上の強さを有するように前記可変磁界の強さを変化させ、前記磁気光学結晶の磁化の向きを変化させること
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項８】
対向した第１及び第２の表面を備える磁気光学結晶と、
前記磁気光学結晶の前記第１の表面側の少なくとも一部に配置された第１の全反射部と、
前記磁気光学結晶の前記第２の表面側の少なくとも一部に配置された第２の全反射部と、
前記磁気光学結晶に光が入射する光入射領域と、
前記第１及び第２の全反射部の表面で交互に反射した前記光が前記磁気光学結晶から出射する光出射領域と、
前記第１の全反射部の裏面に近接して配置された一端部と前記第２の全反射部の裏面に近接して配置された他端部とを備えたヨークと、前記ヨークに巻き回されたコイルとを有し、前記磁気光学結晶に可変磁界を印加する電磁石と、前記磁気光学結晶に固定磁界を印加する少なくとも１個の永久磁石とを備えた磁界印加機構と
を有することを特徴とする磁気光学光部品。
【請求項９】
請求項８記載の磁気光学光部品であって、
前記磁気光学結晶は所定の磁化容易軸を有し、前記磁化容易軸に平行な一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とを含むこと
を特徴とする磁気光学光部品。
【請求項１０】
請求項８記載の磁気光学光部品であって、
前記可変磁界の方向と前記固定磁界の方向とは互いに異なり、
前記磁界印加機構は、前記可変磁界と前記固定磁界との合成磁界が前記磁気光学結晶の飽和磁界以上の強さを有するように前記可変磁界の強さを変化させ、前記磁気光学結晶の磁化の向きを変化させること
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、磁気光学光部品に関し、特に、偏波制御器や光変調器、可変光アッテネータ、光アイソレータ、光サーキュレータ等の磁気光学光部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝送速度４０Ｇｂｐｓの高速光通信においては、偏波モード分散が主要な伝送劣化要因の１つとなっている。このため近年では、偏波モード分散の影響を補償する偏波モード分散（ＰＭＤ）補償器の検討が活発に行われている。ＰＭＤ補償器の主要な構成デバイスの１つとして、光の偏波状態を制御する偏波制御器がある。非特許文献１に開示されているように、偏波制御器を構成する光学デバイスとしては、リチウムナイオベート（ＬＮ）や液晶、ファイバスクイーザ、可変ファラデー回転子等が知られている。とりわけ可変ファラデー回転子を用いた偏波制御器は、応答時間が数百μｓｅｃと十分に短く、構造もガーネット結晶で構成されているため、挿入損失、偏波依存損失（ＰＤＬ）等の光学特性や信頼性も従来の受動モジュールと同程度の特性が得られる。したがって可変ファラデー回転子を用いれば、他のデバイスに比べてバランスの取れた偏波制御器を構成できる（非特許文献１参照）。可変ファラデー回転子は、磁気光学結晶と、磁気光学結晶に磁界を印加する電磁石とを有している。電磁石に流す電流量を変化させて磁気光学結晶に印加する磁界の強度を制御することにより、磁気光学結晶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。
【０００３】
磁気光学結晶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（磁気光学結晶）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。
【０００４】
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。
【０００５】
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、１０３で表される２つの磁界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Ｚ方向の磁界１０１により飽和磁化１０２の状態となる。次に電磁石１１５によりＸ方向の磁界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り、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。
【０００６】
このように、永久磁石１１４によりＺ方向の磁界１０１をファラデー回転子１１３に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、さらに電磁石１１５によりＸ方向の磁界１０３をファラデー回転子１１３に印加する。そして、２つの磁界１０１、１０３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、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、ヒステリシスを生じさせずに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。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された磁界印加方法では、永久磁石１１４により磁界１０１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により印加する磁界１０３を強くする必要がある。このため、電磁石１１５を大型化するか、もしくは電磁石１１５に大電流を流す必要があり、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。
【０００８】
また、ファラデー回転子１１３は、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）法により育成された磁性ガーネット単結晶膜を用いて作製される。磁性ガーネット単結晶膜の膜成長面に沿う方向に光を透過させると消光比等の特性が低下するため、一般には膜成長面に垂直な方向に光を透過させる。ところがこの場合、ファラデー回転子１１３の膜成長面に垂直な方向の厚さは最大で４００μｍ程度であり、得られるファラデー回転角は４５°程度である。このため、１８０度以上の偏波回転角の可変幅が必要となる偏波制御器では、ファラデー回転子１１３を複数（通常６枚〜８枚）用いる必要がある。したがって、磁気光学光部品の小型化、低価格化がさらに困難になってしまう。
【特許文献１】特許第２８１５５０９号公報
【特許文献２】米国特許第５６５７１５１号明細書
【特許文献３】特開平７−１９９１３７号公報
【特許文献４】米国特許第４２３９３３７号明細書
【特許文献５】米国特許第３４２０６０１号明細書
【非特許文献１】池田和弘、他５名、「無限追尾型偏波制御器の開発」、古河電工時報、平成１５年１月、第１１１号、ｐ．３１−３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、小型で低消費電力、低価格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】
【００１０】
上記目的は、対向した第１及び第２の表面を備える磁気光学結晶と、前記磁気光学結晶の前記第１の表面側の少なくとも一部に配置された第１の全反射部と、前記磁気光学結晶の前記第２の表面側の少なくとも一部に配置された第２の全反射部と、前記磁気光学結晶に光が入射する光入射領域と、前記第１及び第２の全反射部で交互に反射した前記光が前記磁気光学結晶から出射する光出射領域と、前記光入射領域及び前記光出射領域において磁壁が存在しないように、前記磁気光学結晶に対して磁界を印加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。
【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、前記光入射領域及び前記光出射領域での磁化の向きが一致するように、前記磁気光学結晶に対して磁界を印加することを特徴とする。
【００１２】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記光入射領域は前記第１の表面上に配置され、前記光出射領域は前記第２の表面上に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記光入射領域及び前記光出射領域は、共に前記第１の表面上に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記磁気光学結晶は所定の磁化容易軸を有し、前記磁化容易軸に平行な一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とを含むことを特徴とする。
【００１５】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記磁界印加機構は、前記磁気光学結晶に印加される前記所定方向の磁界成分が０となる位置を可変とする電磁石と、前記磁気光学結晶に形成される複数の磁区にそれぞれ対応して少なくとも１個ずつ配置された永久磁石とを有す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、前記磁気光学結晶に固定磁界を印加する少なくとも１個の永久磁石と、前記固定磁界の方向とは異なる方向の可変磁界を前記磁気光学結晶に印加する電磁石とを備え、前記可変磁界と前記固定磁界との合成磁界が前記磁気光学結晶の飽和磁界以上の強さを有するように前記可変磁界の強さを変化させ、前記磁気光学結晶の磁化の向きを変化させることを特徴とする。
【００１７】
また上記目的は、対向した第１及び第２の表面を備える磁気光学結晶と、前記磁気光学結晶の前記第１の表面側の少なくとも一部に配置された第１の全反射部と、前記磁気光学結晶の前記第２の表面側の少なくとも一部に配置された第２の全反射部と、前記磁気光学結晶に光が入射する光入射領域と、前記第１及び第２の全反射部の表面で交互に反射した前記光が前記磁気光学結晶から出射する光出射領域と、前記第１の全反射部の裏面に近接して配置された一端部と前記第２の全反射部の裏面に近接して配置された他端部とを備えたヨークと、前記ヨークに巻き回されたコイルとを有し、前記磁気光学結晶に可変磁界を印加する電磁石と、前記磁気光学結晶に固定磁界を印加する少なくとも１個の永久磁石とを備えた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。
【００１８】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記磁気光学結晶は所定の磁化容易軸を有し、前記磁化容易軸に平行な一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とを含むことを特徴とする。
【００１９】
上記本発明の磁気光学光部品であって、前記可変磁界の方向と前記固定磁界の方向とは互いに異なり、前記磁界印加機構は、前記可変磁界と前記固定磁界との合成磁界が前記磁気光学結晶の飽和磁界以上の強さを有するように前記可変磁界の強さを変化させ、前記磁気光学結晶の磁化の向きを変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、小型で低消費電力、低価格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】
【００２１】
〔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及び図２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１の構成を示し、図２は磁気光学光部品１の要部構成を示している。ここで図１及び図２では、磁気光学光部品１の磁気光学結晶の光入射面に平行な面内であって当該面内に射影した光ビームの進行方向にＸ軸をとり、当該面内であってＸ軸に垂直な方向にＹ軸をとっている。また、光入出射面に垂直な方向にＺ軸をとっている。図１は磁気光学光部品１を−Ｙ方向に見た構成を示し、図２（ａ）は磁気光学光部品１の要部を＋Ｙ方向に見た構成を示し、図２（ｂ）は磁気光学光部品１の要部を−Ｚ方向に見た構成を示している。
【００２２】
図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、磁気光学光部品１は、磁気光学結晶であるファラデー回転子２０を有している。ファラデー回転子２０は、例えば、ＬＰＥ法により形成された磁性ガーネット単結晶膜を用いて作製され、膜成長面に垂直な方向（Ｚ方向）に磁化容易軸が現れる垂直磁化性を有している。ファラデー回転子２０はほぼ直方体状の形状を有し、共にＸＹ面に平行で互いに対向する表面２２、２３を有している。一方の表面２２のうち光ビームが入射する光入射領域３４近傍には無反射膜３２（図１及び図２（ｂ）では図示せず）が形成され、表面２２の他の部分には全反射膜（全反射部）３０（図２（ｂ）では図示せず）が形成されている。また、他方の表面２３のうち光ビームが出射する光出射領域３５近傍には無反射膜３３（図１及び図２（ｂ）では図示せず）が形成され、表面２３の他の部分には全反射膜３１（図２（ｂ）では図示せず）が形成されている。光入射領域３４はファラデー回転子２０の−Ｘ側に位置し、光出射領域３５はファラデー回転子２０の＋Ｘ側に位置している。全反射膜３０、３１は、ファラデー回転子２０の各表面２２、２３に、誘電体多層膜又はアルミニウム等の金属薄膜を蒸着して形成されている。Ｚ方向に見ると、光入射領域３４近傍の領域には全反射膜３０、３１のうち全反射膜３１のみが形成され、光出射領域３５近傍の領域には全反射膜３０のみが形成され、光入射領域３４と光出射領域３５との間の領域には全反射膜３０、３１が重なって形成されている。光ビームは、光入射領域３４からファラデー回転子２０内に入射し、全反射膜３１、３０表面で交互に複数回反射（多重反射）して光出射領域３５から出射するようになっている。なお、ファラデー回転子２０の各表面２２、２３に全反射膜３０、３１をそれぞれ直接形成するのではなく、全反射膜３０が形成された基板（例えばガラス基板）をファラデー回転子２０の表面２２側に配置し、全反射膜３１が形成された基板をファラデー回転子２０の表面２３側に配置してもよい。これら２枚の基板は、例えばファラデー回転子２０の各表面２２、２３にそれぞれほぼ接して配置される。また、全反射膜３０、３１に代えて、金属研磨面等を全反射部として用いることもできる。
【００２３】
磁気光学光部品１は、例えば「Ｃ」字状のヨーク（電磁ヨーク）４２（図１ではヨーク４２の両端部４２ａ、４２ｂのみを示している）と、ヨーク４２に巻き回されたコイルとを備えた電磁石（磁界印加機構）を有している。ヨーク４２の一方の端部４２ａは、その先端面４２ｃと全反射膜３０の裏面とが対向するように、全反射膜３０の裏面に近接して配置されている。ヨーク４２の他方の端部４２ｂは、その先端面４２ｄと全反射膜３１の裏面とが対向するように、全反射膜３１の裏面に近接して配置されている。端部４２ａの先端面４２ｃと端部４２ｂの先端面４２ｄとは、ファラデー回転子２０のほぼ中央部を挟んで互いに向き合うように配置されている。
【００２４】
ヨーク４２の一方の端部４２ａの＋Ｘ方向に隣接して、例えばフェライト磁石、希土類磁石等の永久磁石（磁界印加機構）４６が配置されている。永久磁石４６内部の磁束の向きは、図中矢印で示すように−Ｚ方向（すなわち永久磁石４６の磁化の向きは−Ｚ方向）である。永久磁石４６の−Ｚ側の先端部は、例えば全反射膜３０の裏面に接触している。また、ヨーク４２の他方の端部４２ｂの−Ｘ方向に隣接して、永久磁石４７が配置されている。永久磁石４７内部の磁束の向きは＋Ｚ方向（すなわち永久磁石４７の磁化の向きは＋Ｚ方向）である。永久磁石４７の＋Ｚ側の先端部は、例えば全反射膜３１の裏面に接触している。
【００２５】
ファラデー回転子２０の−Ｘ側の領域には、永久磁石４７によって＋Ｚ方向の磁界成分が飽和磁界（ファラデー回転子２０の磁化を飽和させるのに必要な磁界）以上の強さで印加されている。したがってこの領域は、図中矢印で示すように＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａになっている。ファラデー回転子２０の＋Ｘ側の領域には、永久磁石４６によって−Ｚ方向の磁界成分が飽和磁界以上の強さで印加されている。したがってこの領域は、−Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ｂになっている。磁区Ａの領域と磁区Ｂの領域との間には、境界領域（境界面）である磁壁Ｉが形成されている。磁壁Ｉでは、印加磁界のＺ方向成分がほぼ０になっている。ここで、光入射領域３４は磁区Ａの領域内に位置し、光出射領域３５は磁区Ｂの領域内に位置している。ファラデー回転子２０の磁区Ａの領域の単位光路長あたりのファラデー回転角を＋θｆｓ（飽和のファラデー回転角）とすると、磁区Ｂの領域の単位光路長あたりのファラデー回転角は−θｆｓとなる。
【００２６】
電磁石のコイルに電流を流すと、ヨーク４２の両端部４２ａ、４２ｂに挟まれた領域近傍のファラデー回転子２０には、例えば＋Ｚ方向の磁界が印加される。これにより、磁壁Ｉは＋Ｘ方向に移動する。すなわち、磁区Ａの領域は印加磁界の強さに応じて広くなり、磁区Ｂの領域はその分だけ狭くなる。一方、電磁石のコイルに逆向きの電流を流すと、ヨーク４２の両端部４２ａ、４２ｂに挟まれた領域近傍のファラデー回転子２０には、−Ｚ方向の磁界が印加される。これにより、磁壁Ｉは−Ｘ方向に移動する。すなわち、磁区Ａの領域は印加磁界の強さに応じて狭くなり、磁区Ｂの領域はその分だけ広くなる。本例の構成では、ヨーク４２の両端部４２ａ、４２ｂの各先端面４２ｃ、４２ｄを比較的近接させて配置しているため、ファラデー回転子２０に効率よく磁界を印加でき、小電流で所望の強さの磁界を印加できるようになっている。磁壁Ｉは、光入射領域３４より＋Ｘ側であって光出射領域３５より−Ｘ側の領域内を移動し、光入射領域３４及び光出射領域３５には存在しないようになっている。
【００２７】
図２に光線Ｌで示す光が多重反射しながらファラデー回転子２０内を伝搬した際に生じる偏波回転角は、＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａ内の光路長と、−Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ｂ内の光路長との差に比例する。したがって、電磁石により±Ｚ方向に可変磁界を印加し、磁壁Ｉを±Ｘ方向に移動させることによって、磁区Ａ内の光路長と磁区Ｂ内の光路長との差を変化させて偏波回転角を可変にすることができる。これにより、ファラデー回転子２０に入射した光ビームの偏波面を所望の角度だけ回転させて出射できる。
【００２８】
本実施の形態では、垂直磁化性を有するファラデー回転子２０が用いられている。ＬＰＥ法により育成された磁性ガーネット単結晶膜は、通常、成長誘導磁気異方性により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有している。このため、磁性ガーネット単結晶膜の磁化の向きは膜成長面に垂直な方向になる。特許文献１に記載された磁界印加方法のようにファラデー回転子の磁化の向きを回転させるためには、磁性ガーネット単結晶膜を育成した後にさらに１０００℃前後の高温で長時間熱処理を施し、成長誘導磁気異方性を低減させる必要がある。したがって、ファラデー回転子の製造工程が増加してしまうという問題が生じていた。本実施の形態では、例えば、磁化容易軸を磁区Ａ、Ｂ内の磁化の向きと一致させれば、ファラデー回転子２０を作製する際に高温で長時間熱処理を施す必要がないため、ファラデー回転子２０の製造工程を削減でき、製造が容易で低価格の磁気光学光部品を実現できる。
【００２９】
また、本実施の形態では、特許文献１に記載されたような磁気光学結晶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を移動させてファラデー回転子２０内の磁区構造を変化させる磁壁移動方式が用いられている。このため、小型の電磁石で所望の偏波回転角を得ることができる。したがって、本実施の形態によれば小型かつ低消費電力の磁気光学光部品を実現できる。また、応答速度は、通常、電磁石のＬ（インダクタンス）により制限されているため、電磁石を小型化できればＬを低減でき、応答速度の高速化も実現できる。
【００３０】
さらに、本実施の形態では、ヨークの両端部４２ａ、４２ｂがファラデー回転子２０を膜厚方向に挟んで互いに対向して配置されている。このため、ヨーク両端部４２ａ、４２ｂを互いに近接して配置でき、可変磁界を効率よくファラデー回転子２０に印加できる。したがって、磁気光学光部品をさらに小型化、低消費電力化できる。
また、本実施の形態では、ファラデー回転子２０は常に２磁区構造の状態になっており、ヒステリシスを生じさせずに再現性よく偏波回転角を変化させることができる。
【００３１】
〔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３乃至図１８を用いて説明する。まず、上記第１の実施の形態による磁気光学光部品１に生じ得る問題点について説明する。図３は図２に対応し、磁気光学光部品１のファラデー回転子２０内を伝搬する光の光路を示している。図３では図２と異なって光のビーム径を考慮し、ほぼ平行光である光ビームの中心軸上の光路Ｌ２（実線）と、光路Ｌ２より−Ｘ方向にずれた光路Ｌ１（長い破線）と、光路Ｌ２より＋Ｘ方向にずれた光路Ｌ３（短い破線）とを図示している。図３に示すように、第１の実施の形態による磁気光学光部品１では、磁区Ａ内の光路長と磁区Ｂ内の光路長とが各光路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３毎にそれぞれ異なってしまう。光路Ｌ１は、磁区Ａ内の光路長が光路Ｌ２より長く、磁区Ｂ内の光路長が光路Ｌ２より短い。また光路Ｌ３は、磁区Ａ内の光路長が光路Ｌ２より短く、磁区Ｂ内の光路長が光路Ｌ２より長い。このように磁区Ａ内の光路長と磁区Ｂ内の光路長とが各光路毎に異なってしまうと、光路によって偏波回転角が異なってしまうことになる。このため、光がファラデー回転子２０を通過して出力用光ファイバの光入射端に集光されるときに回折損失が生じてしまう。
【００３２】
図４は、第１の実施の形態による磁気光学光部品１の偏波回転角及び損失の起磁力依存性を示すグラフである。横軸は起磁力ＮＩ（コイルの巻き数Ｎと当該コイルに流れる電流Ｉとの積）（ＡＴ）を表し、縦軸は偏波回転角（ｄｅｇ．）及び損失（ｄＢ）を表している。線ａ１は偏波回転角の起磁力依存性を示し、線ｂ１は損失の起磁力依存性を示している。ここで、偏波回転角は相対値であり、起磁力ＮＩが０ＡＴのときの偏波回転角を０ｄｅｇ．としている。図４に示すように、磁気光学光部品１では４００ｄｅｇ．以上の偏波回転角の可変幅が得られるものの、損失（回折損失）の平均値が約１．８ｄＢと比較的高く、損失の変動幅が約３．０ｄＢと比較的大きくなっている。したがって、第１の実施の形態による磁気光学光部品１は、透過光量を変調させる光変調器等には適用できるものの、損失が低く損失の変動幅の小さいことが要求される偏波制御器等には適用できないという問題を有している。
【００３３】
図５は、上記の問題点を解決する本実施の形態による磁気光学光部品としての偏波制御器２の構成を示している。また図６は、偏波制御器２の要部構成を示している。図５及び図６では、図１及び図２と同様に座標系をとっている。図６（ａ）は偏波制御器２の要部を＋Ｙ方向に見た構成を示し、図６（ｂ）は偏波制御器２の要部を−Ｚ方向に見た構成を示している。図５及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、偏波制御器２は、磁気光学結晶であるファラデー回転子２０を有している。ファラデー回転子２０は、ＬＰＥ法により形成された磁性ガーネット単結晶膜を用いて作製され、膜成長面に垂直な方向（Ｚ方向）に磁化容易軸が現れる垂直磁化性を有している。ファラデー回転子２０はほぼ直方体状の形状を有し、共にＸＹ面に平行な表面２２、２３を有している。一方の表面２２のうち光ビームが入射する光入射領域３４近傍には無反射膜３２（図６（ｂ）では図示せず）が形成され、表面２２の他の部分には全反射膜３０（図６（ｂ）では図示せず）が形成されている。また、他方の表面２３のうち光ビームが出射する光出射領域３５近傍には無反射膜３３が形成され、表面２３の他の部分には全反射膜３１が形成されている。
【００３４】
図５に示すように、入力用のシングルモード光ファイバ５０から発散光として出射した光は、レンズ５４により平行光に変換されてファラデー回転子２０の光入射領域３４に入射する。ファラデー回転子２０内に入射した光は、全反射膜３１、３０表面で交互に反射しながらファラデー回転子２０内を通過し、光出射領域３５から出射してレンズ５６により出力用のシングルモード光ファイバ５２に集光するようになっている。図６（ａ）、（ｂ）では、平行光である光ビームの中心軸上の光路Ｌ２と、光路Ｌ２より−Ｘ方向にずれた光路Ｌ１と、光路Ｌ２より＋Ｘ方向にずれた光路Ｌ３とを示している。
【００３５】
また偏波制御器２は、「Ｃ」字状のヨーク４２と、ヨーク４２に巻き回されたコイル４４とを備えた電磁石４０を有している。ヨーク４２の一方の端部４２ａは、その先端と全反射膜３０の裏面とが対向するように、全反射膜３０の裏面に近接して配置されている。端部４２ａの先端の一部（図５中右側）には永久磁石４６が埋め込まれている。端部４２ａの先端面４２ｃと永久磁石４６の表面４６ａとはほぼ同一面内に配置されている。永久磁石４６の磁化の向きは＋Ｚ方向である。永久磁石４６の磁化の向きにほぼ垂直な表面４６ａは、ヨーク４２の端部４２ａに対面しないように配置されている。ヨーク４２の他方の端部４２ｂは、その先端と全反射膜３１の裏面とが対向するように、全反射膜３１の裏面に近接して配置されている。端部４２ｂの先端の一部（図５中左側）には永久磁石４７が埋め込まれている。端部４２ｂの先端面４２ｄと永久磁石４７の表面４７ａとはほぼ同一面内に配置されている。永久磁石４７の磁化の向きは＋Ｚ方向である。永久磁石４７の磁化の向きにほぼ垂直な表面４７ａは、ヨーク４２の端部４２ｂに対面しないように配置されている。永久磁石４６、４７は、ヨーク４２の端部４２ａ、４２ｂにそれぞれ直接接触していてもよいし、接着剤層等を介して端部４２ａ、４２ｂにそれぞれ近接して配置されていてもよい。端部４２ａの先端面４２ｃと端部４２ｂの先端面４２ｄとは、ファラデー回転子２０を挟んで互いに向き合うように配置されている。
【００３６】
ここで、永久磁石４６、４７により生じる磁界について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、ヨーク４２に代えて、ヨーク４２の端部４２ａに対応する位置に配置されたヨーク７０と、ヨーク４２の端部４２ｂに対応する位置に配置されたヨーク７１とを用いた構成を示している。ヨーク７０には、永久磁石４６の表面４６ｂ、４６ｃの２面が接触している。ヨーク７０の先端面７０ｄと永久磁石４６の表面４６ａとは、ほぼ同一平面上に配置されている。ヨーク７１には、永久磁石４７の表面４７ｂ、４７ｃの２面が接触している。ヨーク７１の先端面７１ｄと永久磁石４７の表面４７ａとは、ほぼ同一平面上に配置されている。図７では、先端面７０ｄ及び表面４６ａに平行な面と表面４６ｂとの交線の延びる方向にＹ軸をとり、先端面７０ｄ及び表面４６ａに平行な面内でＹ軸に直交する方向にＸ軸をとっている。また、先端面７０ｄ及び表面４６ａに直交する方向にＺ軸をとっている。先端面７０ｄの中心と先端面７１ｄの中心とを結ぶ線分の中心に原点をとっている。永久磁石４６、４７のＸ軸方向の幅ｗ１は０．４ｍｍであり、Ｚ軸方向の長さｌ１は０．６ｍｍであり、Ｙ軸方向の厚さは１．０ｍｍである。また、ヨーク７０、７１のＸ軸方向の幅ｗ２は０．８ｍｍであり、Ｚ軸方向の長さｌ２は１．０ｍｍであり、Ｙ軸方向の厚さは１．０ｍｍである。ヨーク７０の先端面７０ｄとヨーク７１の先端面７１ｄとの間の間隔ｄ１は０．６ｍｍである。永久磁石４６、４７の残留磁束密度を９２００Ｇ（＝０．９２Ｔ）として磁界分布を計算した。
【００３７】
図８は、永久磁石４６、４７により生じる磁界の分布を示すグラフである。横軸はＸ方向の位置（ｍｍ）を表し、縦軸はＺ方向の磁界強度Ｈｚ（Ｏｅ（１Ｏｅ≒７９．６Ａ／ｍ））を表している。ここでは、永久磁石４６、４７からほぼ等距離になるように配置したときのファラデー回転子２０（図７中破線で示す）の中心に座標系の原点をとり、図７の右方向を＋Ｘ方向とし、図７の上方向を＋Ｚ方向としている。図８に示すように、表面４７ｂを含む面内（Ｘ＝−０．２）及び表面４６ｂを含む面内（Ｘ＝０．２）では、磁界強度Ｈｚがほぼ０になっている。表面４７ｂを含む面より永久磁石４７側（Ｘ＜−０．２）では＋Ｚ方向の磁界が生じており、表面４６ｂを含む面より永久磁石４６側（Ｘ＞０．２）では＋Ｚ方向の磁界が生じている。表面４７ｂを含む面と表面４６ｂを含む面との間（−０．２＜Ｘ＜０．２）では−Ｚ方向の磁界が生じている。
【００３８】
図５及び図６（ａ）、（ｂ）に戻り、ファラデー回転子２０の永久磁石４７に対向する領域は、＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａ１になっている。ファラデー回転子２０の永久磁石４６に対向する領域は、磁区Ａ１と同じ向きの磁化により構成される磁区Ａ２になっている。磁区Ａ１の領域と磁区Ａ２の領域との間の領域は、磁区Ａ１、Ａ２と逆向き（−Ｚ方向）の磁化により構成される磁区Ｂ１になっている。磁区Ａ１の領域と磁区Ｂ１の領域との間には境界面である磁壁Ｉ１が形成され、磁区Ａ２の領域と磁区Ｂ１の領域との間には磁壁Ｉ２が形成される。ここで、光入射領域３４は磁区Ａ１の領域内に位置し、光出射領域３５は磁区Ａ２の領域内に位置している。また、ファラデー回転子２０の磁区Ｂ１の領域に印加される−Ｚ方向の磁界成分は、磁壁Ｉ１と磁壁Ｉ２との中間部（ファラデー回転子２０の中央部）で最も強く、磁壁Ｉ１、Ｉ２に近づくほど弱くなっている。磁壁Ｉ１、Ｉ２上では、印加磁界のＺ方向成分が０になっている。
【００３９】
電磁石４０のコイル４４に電流を流すと、ヨーク４２とファラデー回転子２０とを通る閉磁路が形成され、ヨーク４２の２つの先端面４２ｃ、４２ｄに挟まれた領域近傍のファラデー回転子２０には、例えば＋Ｚ方向の磁界が印加される。これにより印加磁界のＺ方向成分が０となる境界領域は、ファラデー回転子２０の中央部に向かって移動する。すなわち、２つの磁壁Ｉ１、Ｉ２が互いに近づく方向にそれぞれ移動し、磁区Ｂ１の領域の幅は印加磁界の強さに応じて狭くなる。一方、電磁石４０のコイル４４に逆向きの電流を流すと、ヨーク４２の２つの先端面４２ｃ、４２ｄに挟まれた領域近傍のファラデー回転子２０には−Ｚ方向の磁界が印加される。これにより印加磁界のＺ方向成分が０となる境界領域は、ファラデー回転子２０の中央部から離れる方向に移動する。すなわち、２つの磁壁Ｉ１、Ｉ２が互いに遠ざかる方向にそれぞれ移動し、磁区Ｂ１の領域の幅は印加磁界の強さに応じて広くなる。本例の構成では、ヨーク４２の２つの先端面４２ｃ、４２ｄを比較的近接させて配置しているため、小電流で所望の強さの磁界を印加できるようになっている。磁壁Ｉ１、Ｉ２は、光入射領域３４より＋Ｘ側であって光出射領域３５より−Ｘ側の領域内を移動し、光入射領域３４及び光出射領域３５には存在しないようになっている。
【００４０】
ファラデー回転子２０内を光が伝搬した際に生じる偏波回転角は、＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａ（Ａ１、Ａ２）内の光路長と、−Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ｂ（Ｂ１）内の光路長との差に比例する。したがって、光入射領域３４が磁区Ａ１内に位置し、光出射領域３５が磁区Ａ２内に位置しているという状態を保ちつつ、電磁石４０により＋Ｚ方向に可変磁界を印加し、磁壁Ｉ１、Ｉ２を移動させて磁区Ｂ１の幅を狭くしたり、電磁石４０により−Ｚ方向に可変磁界を印加し、磁壁Ｉ１、Ｉ２を移動させて磁区Ｂ１の幅を広くしたりすることによって、磁区Ａ内の光路長と磁区Ｂ内の光路長との差を変化させて偏波回転角を可変にすることができる。これにより、ファラデー回転子２０に入射した光ビームの偏波面を所望の角度だけ回転させて出射できる。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態では、同方向の磁化により構成される磁区Ａ１、Ａ２内に、光入射領域３４と光出射領域３５とがそれぞれ配置されるようになっている。図６（ａ）に示すように、例えば光路Ｌ１は、磁区Ａ１内の光路長が光路Ｌ２よりも長いものの、磁区Ａ２内の光路長がその分だけ光路Ｌ２よりも短くなっている。光路Ｌ３は、磁区Ａ１内の光路長が光路Ｌ２よりも短いものの、磁区Ａ２内の光路長がその分だけ光路Ｌ２よりも長くなっている。磁区Ｂ１内の光路長は、光路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３によらず一定である。このため、磁区Ａ１及びＡ２内の光路長と磁区Ｂ１内の光路長との差は、平行光である光ビームの全ての光路で一致している。したがって、偏波回転角が光路によらず同一であるため、ファラデー回転子２０を通過して出力用のシングルモード光ファイバ５２に集光されるときに回折損失が生じない。このため本実施の形態の磁気光学光部品は、損失が低く損失の変動幅の小さいことが要求される偏波制御器２にも適用できる。また、本実施の形態では、ファラデー回転子２０に入射した光を多重反射させることによってファラデー回転子２０内の光路長が長くなっているため、ファラデー回転子２０の厚さが薄くても大きい偏波回転角が得られ、かつ偏波回転角の広い可変範囲が得られる。このため、複数のファラデー回転子２０を用いる必要がないため、小型、低価格かつ低消費電力の偏波制御器２を実現できる。
【００４２】
また、本実施の形態の磁気光学光部品には、垂直磁化性を有するファラデー回転子２０が用いられている。このため、ＬＰＥ法により育成された磁性ガーネット単結晶膜を用いてファラデー回転子２０を作製する際に、高温で長時間熱処理する必要がない。したがって、ファラデー回転子２０の製造工程を削減でき、製造が容易で低価格の磁気光学光部品を実現できる。
【００４３】
さらに本実施の形態では、ファラデー回転子２０内の磁区構造を変化させる方式としたため、第１の実施の形態と同様に、磁気光学光部品の小型化、低消費電力化及び高速化を実現できる。また本実施の形態では、ヨーク４２の両端部４２ａ、４２ｂが全反射膜３０、３１にそれぞれ近接して配置されているため、可変磁界を効率よくファラデー回転子２０に印加でき、磁気光学光部品をさらに小型化、低消費電力化できる。さらに本実施の形態では、ファラデー回転子２０は常に３磁区構造の状態になっており、ヒステリシスを生じさせずに再現性よく偏波回転角を変化させることができる。
以下、本実施の形態による磁気光学光部品について実施例を用いて具体的に説明する。
【００４４】
（実施例２−１）
本実施の形態の実施例２−１による磁気光学光部品について説明する。図９は、本実施例による偏波制御器２’の要部構成を示している。図９では、図１及び図２と同様に座標系をとっている。図９に示すように、偏波制御器２’は、ヨーク４２（図９では端部４２ａ、４２ｂのみ示している）と、ヨーク４２に巻き回されたコイルとを備えた電磁石を有している。ヨーク４２の一方の端部４２ａは、その先端面４２ｃと全反射膜３０の裏面とが対向するように、全反射膜３０の裏面に近接して配置されている。ヨーク４２の他方の端部４２ｂは、その先端面４２ｄと全反射膜３１の裏面とが対向するように、全反射膜３１の裏面に近接して配置されている。端部４２ａの先端面４２ｃと端部４２ｂの先端面４２ｄとは、ファラデー回転子２０を挟んで互いに向き合うように配置されている。
【００４５】
ヨーク４２の一方の端部４２ａの＋Ｘ方向に隣接して、永久磁石４８が配置されている。永久磁石４８の磁化の向きは−Ｚ方向である。永久磁石４８の＋Ｘ方向に隣接して、永久磁石４６が配置されている。永久磁石４６の磁化の向きは＋Ｚ方向である。永久磁石４６、４８の−Ｚ側の先端は、例えば全反射膜３０の裏面に接触している。また、他方の端部４２ｂの−Ｘ方向に隣接して、永久磁石４７が配置されている。永久磁石４７の磁化の向きは＋Ｚ方向である。永久磁石４７の＋Ｚ側の先端は、例えば全反射膜３１の裏面に接触している。
【００４６】
ファラデー回転子２０の−Ｘ側の領域には、永久磁石４７によって＋Ｚ方向の磁界成分が飽和磁界以上の強さで印加されている。したがってこの領域は、＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａ１になっている。ファラデー回転子２０の＋Ｘ側の領域には、永久磁石４６によって＋Ｚ方向の磁界成分が飽和磁界以上の強さで印加されている。したがってこの領域は、磁区Ａ１と同じ向きの磁化により構成される磁区Ａ２になっている。磁区Ａ１と磁区Ａ２の間の領域には、永久磁石４８によって−Ｚ方向の磁界成分が飽和磁界以上の強さで印加されている。したがってこの領域は、磁区Ａ１、Ａ２と逆向きの磁化により構成される磁区Ｂ１になっている。磁区Ａ１の領域と磁区Ｂ１の領域との間には磁壁Ｉ１が形成され、磁区Ａ２の領域と磁区Ｂ１の領域との間には磁壁Ｉ２が形成されている。このように、ファラデー回転子２０には３磁区構造が形成され、永久磁石４６、４７、４８は各磁区に対応して１個ずつ配置されている。光入射領域３４は磁区Ａ１の領域内に位置し、光出射領域３５は磁区Ａ２の領域内に位置している。
【００４７】
図１０は、本実施例による偏波制御器２’の偏波回転角及び損失の起磁力依存性を示すグラフである。横軸及び縦軸は図４に示したグラフと同様である。線ａ２は偏波回転角の起磁力依存性を示し、線ｂ２は損失の起磁力依存性を示している。図１０に示すように、本実施例による偏波制御器２’の損失の平均値は約１．０ｄＢであり、損失の変動幅は１．２ｄＢ程度である。図４に示した２磁区構造の磁気光学光部品１の損失の起磁力依存性と比較すると偏波制御器２’の損失は低く、損失変動は小さくなっている。したがって、本実施例は損失が低く損失の変動幅の小さいことが要求される偏波制御器に適用できることが分かる。
【００４８】
（実施例２−２）
本実施の形態の実施例２−２による磁気光学光部品について説明する。図１１は、本実施例による偏波制御器２’’の要部構成を示している。図１１では、図１及び図２と同様に座標系をとっている。図１１に示すように、偏波制御器２’’は、図９に示した偏波制御器２’’と同様の構成に加えて、ヨーク４２の端部４２ｂの＋Ｘ方向に隣接して配置された永久磁石４９を有している。永久磁石４９の磁化の向きは−Ｚ方向である。ファラデー回転子２０には、磁区Ａ１、Ｂ１、Ａ２の３磁区構造が形成されている。本実施例では、磁区Ａ１、Ａ２に対応して永久磁石４６、４７がそれぞれ１個ずつ配置され、磁区Ｂ１に対応して永久磁石４８、４９が２個配置されている。光入射領域３４は磁区Ａ１の領域内に位置し、光出射領域３５は磁区Ａ２の領域内に位置している。
【００４９】
図１２は、本実施例による偏波制御器２’’の偏波回転角及び損失の起磁力依存性を示すグラフである。横軸及び縦軸は図４に示したグラフと同様である。線ａ３は偏波回転角の起磁力依存性を示し、線ｂ３は損失の起磁力依存性を示している。図１２に示すように、本実施例による偏波制御器２’’の損失の平均値は約０．５ｄＢであり、損失の変動幅は０．１６ｄＢ程度である。図１０に示した偏波制御器２’の損失の起磁力依存性と比較して、偏波制御器２’’の損失はさらに低く、損失変動はさらに小さくなっている。したがって、本実施例は損失が低く損失の変動幅の小さいことが要求される偏波制御器に適していることが分かる。
【００５０】
ここで、磁気光学光部品の挿入損失の磁区構造依存性について説明する。図１３は、ファラデー回転子に３磁区構造が形成される磁気光学光部品の構成を示している。図１３に示すように、ファラデー回転子２０は、後に説明する第３の実施の形態と同様に、一方の表面２２側に共に配置された光入射領域３４及び光出射領域３５を有している。ファラデー回転子２０の±Ｘ方向の長さは２ｍｍであり、±Ｙ方向の幅は０．８ｍｍであり、±Ｚ方向の厚さは０．４２ｍｍである。全反射膜３０の±Ｘ方向の長さは１．０ｍｍである。
【００５１】
ファラデー回転子２０の＋Ｚ方向には、±Ｘ方向に配列する複数の永久磁石（図１３では５つ示している）９０ａ〜９０ｅが配置されている。各永久磁石９０ａ〜９０ｅの±Ｘ方向の長さは０．６ｍｍであり、±Ｙ方向の幅は０．８ｍｍであり、±Ｚ方向の厚さは１．０ｍｍである。各永久磁石９０ａ〜９０ｅは、＋Ｚ方向に配置されたヨーク７２にそれぞれ接触している。永久磁石９０ａ、９０ｃ、９０ｅの磁化の向きは−Ｚ方向であり、永久磁石９０ｂ、９０ｄの磁化の向きは＋Ｚ方向である。永久磁石９０ａ〜９０ｅによって、ファラデー回転子２０には所定の磁区構造が形成される。図１３に示す状態では、−Ｘ側から順に磁区Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２が形成されている。光透過領域３４は磁区Ｂ１の領域内に位置し、光出射領域３５は磁区Ｂ２の領域内に位置している。磁区Ａ１と磁区Ｂ１との間には磁壁Ｉ１が形成され、磁区Ｂ１と磁区Ａ２との間には磁壁Ｉ２が形成され、磁区Ａ２と磁区Ｂ２との間には磁壁Ｉ３が形成されている。磁壁Ｉ１〜Ｉ３は、それぞれＹＺ面にほぼ平行になっている。このようにファラデー回転子２０には４磁区構造が形成されているが、光ビームが透過する光入射領域３４と光出射領域３５との間の領域は、磁区Ｂ１、Ａ２、Ｂ２からなる３磁区構造になっている。すなわち、ファラデー回転子２０には実質的に３磁区構造が形成されていることになる。
【００５２】
永久磁石９０ａ〜９０ｅ及びヨーク７２をファラデー回転子２０に対して相対的に±Ｘ方向に移動させ、ファラデー回転子２０に形成される磁区構造を変化させながら、磁気光学光部品の挿入損失を測定した。図１４は、図１３に示す磁気光学光部品の挿入損失の磁区構造依存性を示すグラフである。横軸は永久磁石９０ｃの中心位置のＸ座標Ｘ１（ｍｍ）を表し、縦軸は損失（ｄＢ）を表している。ファラデー回転子２０の中心位置に座標系の原点をとり、測定波長を１５５０ｎｍとした。図１４に示すように、ファラデー回転子２０の光入射領域３４と光出射領域３５との間に３磁区構造が形成されるＸ座標Ｘ１の範囲（−０．２ｍｍ〜０．２ｍｍ）では、挿入損失の平均値が約０．２５ｄＢと比較的低く、挿入損失の変動幅が約０．１９ｄＢと比較的小さくなっている。ただし、Ｘ座標Ｘ１が０．３ｍｍ程度のときには、磁壁Ｉ１が光入射領域３４を横切り、磁壁Ｉ３が光出射領域３５を横切ることになるため、損失が大きく変動し最大０．９ｄＢ程度になっている。
【００５３】
図１５は、ファラデー回転子２０に２磁区構造が形成される磁気光学光部品の構成を示している。図１５に示す構成では、図１３に示す永久磁石９０ａ〜９０ｅに代えて、±Ｘ方向に隣接する２つの永久磁石９０ｆ、９０ｇが配置されている。各永久磁石９０ｆ、９０ｇの±Ｘ方向の長さは３ｍｍであり、±Ｙ方向の幅は３ｍｍであり、±Ｚ方向の厚さは２．０ｍｍである。永久磁石９０ｆの磁化の向きは＋Ｚ方向であり、永久磁石９０ｇの磁化の向きは−Ｚ方向である。永久磁石９０ｆ、９０ｇによって、ファラデー回転子２０には−Ｘ側の磁区Ｂと＋Ｘ側の磁区Ａと両磁区Ａ、Ｂの境界である磁壁Ｉとを有する２磁区構造が形成されている。
【００５４】
永久磁石９０ｆ、９０ｇ及びヨーク７２をファラデー回転子２０に対して相対的に±Ｘ方向に移動させ、ファラデー回転子２０に形成される磁区構造を変化させながら、磁気光学光部品の挿入損失を測定した。図１６は、図１５に示す磁気光学光部品の挿入損失の磁区構造依存性を示すグラフである。横軸は永久磁石９０ｆ、９０ｇの境界面のＸ座標Ｘ１（ｍｍ）を表し、縦軸は損失（ｄＢ）を表している。測定波長は１５５０ｎｍとした。図１６に示すように、磁壁Ｉが光入射領域３４と光出射領域３５との間に位置し、ファラデー回転子２０に２磁区構造が形成されるＸ座標Ｘ１の範囲（−０．５＜Ｘ１＜０．５）では、挿入損失の平均値が約０．９０ｄＢと比較的高くなっている。ただし、挿入損失の変動幅は約０．４８ｄＢと比較的小さくなっている。磁壁Ｉが光入射領域３４又は光出射領域３５を横切るとき（Ｘ１＝−０．５、０．５）には、挿入損失が大きく変動している。光入射領域３４と光出射領域３５との間に磁壁Ｉが存在せず、ファラデー回転子２０が実質的に単磁区構造となりファラデー回転角の変化が生じないＸ座標Ｘ１の範囲（Ｘ＜−０．５、Ｘ＞０．５）では、挿入損失の平均値は低くなっている。
【００５５】
図１７は、ファラデー回転子２０に２磁区構造が形成される磁気光学光部品の他の構成を示している。図１７では、磁気光学光部品を＋Ｚ方向に見た構成を示している。図１７に示すように、２つの永久磁石９０ｆ、９０ｇは、図１５に示す構成と異なり互いに±Ｙ方向に隣接するように配置されている。永久磁石９０ｆ、９０ｇによって、ファラデー回転子２０には−Ｙ側の磁区Ｂと＋Ｙ側の磁区Ａと両磁区Ａ、Ｂの境界である磁壁Ｉとを有する２磁区構造が形成されている。磁壁ＩはＸＺ面にほぼ平行になっている。
【００５６】
永久磁石９０ｆ、９０ｇ及びヨークをファラデー回転子２０に対して相対的に±Ｙ方向に移動させ、ファラデー回転子２０に形成される磁区構造を変化させながら、磁気光学光部品の挿入損失を測定した。図１８は、図１７に示す磁気光学光部品の挿入損失の磁区構造依存性を示すグラフである。横軸は永久磁石９０ｆ、９０ｇの境界面のＹ座標Ｙ１（ｍｍ）を表し、縦軸は損失（ｄＢ）を表している。測定波長は１５５０ｎｍとした。図１８に示すように、光入射領域３４及び光出射領域３５が磁壁Ｉを横切るとき（Ｙ１≒０）に、挿入損失が大きく変動して最大値（約９．４ｄＢ）をとる。挿入損失の変動幅は約９．４ｄＢと極めて大きくなる。
【００５７】
図１３乃至図１８に示したように、磁気光学光部品の挿入損失の変動幅を小さくするには、磁壁Ｉ（Ｉ１〜Ｉ３）が光入射領域３４及び光出射領域３５を横切らないことが必要であることが分かった。また、磁気光学光部品の挿入損失を低くするためには、光入射領域３４及び光出射領域３５での磁化の向きを一致させることが有効であることが分かった。図１３に示す磁気光学光部品では、図１５に示すような２磁区構造ではなく３磁区構造をファラデー回転子２０に形成することによって、光入射領域３４及び光出射領域３５での磁化の向きを一致させている。
【００５８】
図２（図３）及び図９に示した構成では、光入射領域３４及び光出射領域３５を磁壁Ｉが横切らないようになっている。しかし、図４及び図１０に示すように、これらの構成では損失変動が比較的大きくなっている。この損失変動は、磁壁Ｉ（Ｉ１、Ｉ２）がファラデー回転子２０の光入出射面に対して垂直になっていないために生じると考えられる。具体的には、磁壁Ｉが光入出射面に対して斜めになっていたり、磁壁Ｉが平面状ではなく曲面状であったりする場合に損失変動が生じる。これは、ファラデー回転子２０の磁区Ａの屈折率と磁区Ｂの屈折率とがわずかに異なることに起因する。すなわち、光ビームの磁壁Ｉに対する入射位置は磁壁Ｉが移動することによって相対的に変化するため、磁壁Ｉが曲面状であると光ビームの磁壁Ｉに対する入射角が一定にならず、磁区Ａ及び磁区Ｂの屈折率差によって光路が変化してしまう。また、磁壁Ｉが平面状であっても光入出射面に対して斜めになっている場合、光ビームの進行方向は全反射膜３０、３１で反射する度に変化するため、磁壁Ｉの位置によっては光ビームの磁壁Ｉに対する入射角が変化し、光路が変化してしまう。図１１に示した偏波制御器２’’では、磁気回路の構成を工夫して、磁壁Ｉが平面状かつ光入出射面に対して垂直になるようにしている。これにより、図１２に示したように損失変動を低減できる。
【００５９】
〔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磁気光学光部品について図１９及び図２０を用いて説明する。図１９は、本実施の形態による磁気光学光部品としての偏波制御器３の構成を示している。また図２０は、偏波制御器３の要部構成を示している。図１９及び図２０では、図１及び図２と同様に座標系をとっている。図２０（ａ）は偏波制御器３の要部を＋Ｙ方向に見た構成を示し、図２０（ｂ）は偏波制御器３の要部を−Ｚ方向に見た構成を示している。図１９及び図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態では、光入射領域３４と光出射領域３５とが共にファラデー回転子２０の一方の表面２２側に配置されている。表面２２のうち光ビームが入射する光入射領域３４近傍には無反射膜３２（図２０（ｂ）では図示せず）が形成され、光ビームが出射する光出射領域３５近傍には無反射膜３３（図２０（ｂ）では図示せず）が形成されている。表面２２の他の部分には全反射膜３０（図６（ｂ）では図示せず）が形成されている。他方の表面２３のほぼ全体には全反射膜３１が形成されている。
【００６０】
図１９に示すように、入力用のシングルモード光ファイバ５０から発散光として出射した光は、レンズ５４により平行光に変換されてファラデー回転子２０の光入射領域３４に入射する。ファラデー回転子２０内に入射した光は、全反射膜３１、３０で交互に反射しながらファラデー回転子２０内を通過し、光出射領域３５から出射してレンズ５６により出力用のシングルモード光ファイバ５２に集光するようになっている。図２０では、平行光である光ビームの中心軸上の光路Ｌ２と、光路Ｌ２より−Ｘ方向にずれた光路Ｌ１と、光路Ｌ２より＋Ｘ方向にずれた光路Ｌ３とを示している。
【００６１】
また偏波制御器３は、「Ｃ」字状のヨーク４２と、ヨーク４２に巻き回されたコイル４４とを備えた電磁石４０を有している。ヨーク４２の一方の端部４２ａは、その先端と全反射膜３０の裏面とが対向するように、全反射膜３０の裏面に近接して配置されている。ヨーク４２の他方の端部４２ｂは、その先端と全反射膜３１の裏面とが対向するように、全反射膜３１の裏面に近接して配置されている。端部４２ｂの先端の図１９中左側には永久磁石４７が埋め込まれ、端部４２ｂの先端の図１９中右側には永久磁石４６が埋め込まれている。端部４２ｂの先端面４２ｄと永久磁石４６の表面４６ａと永久磁石４７の表面４７ａとはほぼ同一面内に配置されている。永久磁石４６、４７の磁化の向きは共に＋Ｚ方向である。永久磁石４６、４７は、ヨーク４２の端部４２ｂにそれぞれ直接接触していてもよいし、接着剤層等を介して端部４２ｂにそれぞれ近接して配置されていてもよい。端部４２ａの先端面４２ｃと端部４２ｂの先端面４２ｄとは、ファラデー回転子２０を挟んで互いに向き合うように配置されている。
【００６２】
ファラデー回転子２０の永久磁石４７に対向する領域は、＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａ１になっている。ファラデー回転子２０の永久磁石４６に対向する領域は、磁区Ａ１と同じ向きの磁化により構成される磁区Ａ２になっている。磁区Ａ１の領域と磁区Ａ２の領域との間の領域は、磁区Ａ１、Ａ２と逆向き（−Ｚ方向）の磁化により構成される磁区Ｂ１になっている。磁区Ａ１の領域と磁区Ｂ１の領域との間には磁壁Ｉ１が形成され、磁区Ａ２の領域と磁区Ｂ１の領域との間には磁壁Ｉ２が形成される。ここで、光入射領域３４は磁区Ａ１の領域内に位置し、光出射領域３５は磁区Ａ２の領域内に位置している。また、ファラデー回転子２０の磁区Ｂ１の領域に印加される−Ｚ方向の磁界成分は、磁壁Ｉ１と磁壁Ｉ２との中間部（ファラデー回転子２０の中央部）で最も強く、磁壁Ｉ１、Ｉ２に近づくほど弱くなっている。磁壁Ｉ１、Ｉ２上では、印加磁界のＺ方向成分が０になっている。
【００６３】
電磁石４０のコイル４４に電流を流すと、ヨーク４２とファラデー回転子２０とを通る閉磁路が形成され、ヨーク４２の２つの先端面４２ｃ、４２ｄに挟まれた領域近傍のファラデー回転子２０には、例えば＋Ｚ方向の磁界が印加される。これにより印加磁界のＺ方向成分が０となる境界領域は、ファラデー回転子２０の中央部に向かって移動する。すなわち、２つの磁壁Ｉ１、Ｉ２が互いに近づく方向に向かってそれぞれ移動し、磁区Ｂ１の領域の幅は印加磁界の強さに応じて狭くなる。一方、電磁石４０のコイル４４に逆向きの電流を流すと、ヨーク４２の２つの先端面４２ｃ、４２ｄに挟まれた領域近傍のファラデー回転子２０には−Ｚ方向の磁界が印加される。これにより印加磁界のＺ方向成分が０となる境界領域は、ファラデー回転子２０の中央部から離れる方向に移動する。すなわち、２つの磁壁Ｉ１、Ｉ２が互いに遠ざかる方向にそれぞれ移動し、磁区Ｂ１の領域の幅は印加磁界の強さに応じて広くなる。本例の構成では、ヨーク４２の２つの先端面４２ｃ、４２ｄを比較的近接させて配置しているため、小電流で所望の強さの磁界を印加できるようになっている。
【００６４】
ファラデー回転子２０内を光が伝搬した際に生じる偏波回転角は、＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａ１、Ａ２内の光路長と、−Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ｂ１内の光路長との差に比例する。したがって、第２の実施の形態と同様に、光入射領域３４が磁区Ａ１内に位置し、光出射領域３５が磁区Ａ２内に位置しているという状態を保ちつつ、電磁石４０により可変磁界を印加して磁壁Ｉ１、Ｉ２を移動させることによって、偏波回転角を可変にすることができる。これにより、ファラデー回転子２０に入射した光ビームの偏波面を所望の角度だけ回転させて出射できる。
本実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、小型、低消費電力かつ高速で低価格の磁気光学光部品を実現できる。
【００６５】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態による磁気光学光部品について図２１及び図２２を用いて説明する。ＰＭＤ補償器に用いられる偏波制御器には、あらゆる偏光変動に対して連続的に飽和することなく追従できる無限追尾型が求められる（非特許文献１参照）。無限追尾型偏波制御器には、一般に複数のファラデー回転子（可変ファラデー回転子）と各ファラデー回転子間に配置される複数の１／４波長板とが必要になる。
【００６６】
図２１は、本実施の形態による磁気光学光部品としての偏波制御器４の要部構成を示している。図２１では、図１及び図２（ａ）、（ｂ）と同様に座標系をとっている。図２１に示すように、本実施の形態の偏波制御器４は、１つのファラデー回転子２１を有している。ファラデー回転子２１はほぼ直方体状の形状を有し、共にＸＹ面に平行な表面２２、２３を有している。一方の表面２２のうち光ビームが入射する光入射領域３４近傍には無反射膜３２が形成され、光ビームが出射する光出射領域３５近傍には無反射膜３３が形成されている。表面２２の他の部分には全反射膜３０が形成されている。また、他方の表面２３のうち光ビームが出射する光出射領域３８及び光ビームが入射する光入射領域３９近傍には無反射膜３６が形成され、表面２３の他の部分には全反射膜３１ａ、３１ｂが形成されている。
【００６７】
光入射領域３４からファラデー回転子２１に入射した光ビームは、全反射膜３１ａ、３０で交互に反射して光出射領域３８から一旦出射する。光出射領域３８から出射した光ビームは１／４波長板６０を通過して反射板６２で反射し、光入射領域３９からファラデー回転子２１に再度入射する。光入射領域３９からファラデー回転子２１に再度入射した光ビームは、全反射膜３０、３１ｂで交互に反射して光出射領域３５から出射する。
【００６８】
ファラデー回転子２１には、不図示の永久磁石によって所定の磁界が印加されている。これによりファラデー回転子２１の光入射領域３４近傍の領域は、＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａ１になっている。ファラデー回転子２１の光出射領域３８及び光入射領域３９近傍の領域は、磁区Ａ１と同じ向きの磁化により構成される磁区Ａ２になっている。ファラデー回転子２１の光出射領域３５近傍の領域は、磁区Ａ１、Ａ２と同じ向きの磁化により構成される磁区Ａ３になっている。ファラデー回転子２１の磁区Ａ１と磁区Ａ２との間の領域は、磁区Ａ１、Ａ２、Ａ３と逆向き（−Ｚ方向）の磁化により構成される磁区Ｂ１になっている。ファラデー回転子２１の磁区Ａ２と磁区Ａ３との間の領域は、磁区Ｂ１と同じ向きの磁化により構成される磁区Ｂ２になっている。磁区Ａ１の領域と磁区Ｂ１の領域との間には磁壁Ｉ１が形成され、磁区Ａ２の領域と磁区Ｂ１の領域との間には磁壁Ｉ２が形成されている。磁区Ａ２の領域と磁区Ｂ２の領域との間には磁壁Ｉ３が形成され、磁区Ａ３の領域と磁区Ｂ２の領域との間には磁壁Ｉ４が形成されている。
【００６９】
不図示の電磁石により磁区Ｂ１の領域近傍に所定強度の＋Ｚ方向の磁界を印加すると、磁壁Ｉ１、Ｉ２が互いに近づく方向に移動し、磁区Ｂ１の幅は印加磁界の強さに応じて狭くなる。同様に磁区Ｂ２の領域近傍に所定強度の＋Ｚ方向の磁界を印加すると、磁壁Ｉ３、Ｉ４が互いに近づく方向に移動し、磁区Ｂ２の幅は印加磁界の強さに応じて狭くなる。
【００７０】
ファラデー回転子２１内を光が伝搬した際に生じる偏波回転角は、＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａ（Ａ１、Ａ２、Ａ３）内の光路長と、−Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ｂ（Ｂ１、Ｂ２）内の光路長との差に比例する。したがって、光入射領域３４が磁区Ａ１内に位置し、光出射領域３８及び光入射領域３９が磁区Ａ２内に位置し、光出射領域３５が磁区Ａ３内に位置しているという状態を保ちつつ、電磁石により例えば＋Ｚ方向に可変磁界を印加して磁壁Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を移動させ、磁区Ｂ１、Ｂ２の幅を変化させることによって、磁区Ａ内の光路長と磁区Ｂ内の光路長との差を変化させて偏波回転角を可変にすることができる。本実施の形態では、１つのファラデー回転子２１の図中左側部分と図中右側部分とが別のファラデー回転子として機能するようになっている。光出射領域３５から出射した光ビームを他の反射板を用いて反射させ、ファラデー回転子２１にまた入射するようにすれば、１つのファラデー回転子２１を３つ（又はそれ以上）のファラデー回転子として機能させることもできる。したがって、１つのファラデー回転子２１を用いて無限追尾型偏波制御器を構成できるようになる。また、本実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、小型、低消費電力かつ高速で低価格の磁気光学光部品を実現できる。
【００７１】
図２２は、本実施の形態による磁気光学光部品の構成の変形例を示している。図２２に示すように、本変形例による偏波制御器４’は、例えば２枚のファラデー回転子２０ａ、２０ｂを有している。２枚のファラデー回転子２０ａ、２０ｂは、ファラデー回転子２０ａの光出射領域３５ａとファラデー回転子２０ｂの光入射領域３４ｂとが１／４波長板６０を挟んで対向するように配置されている。ファラデー回転子２０ａの光出射領域３５ａから出射した光は、１／４波長板６０を透過して、ファラデー回転子２０ｂの光入射領域３４ｂに入射するようになっている。ファラデー回転子２０ａは、共にＸＹ面に平行で互いに対向する表面２２ａ、２３ａを有している。一方の表面２２ａのうちレンズ付き光ファイバ５８からの光が入射する光入射領域３４ａ近傍には無反射膜３２ａが形成され、表面２２ａの他の部分には全反射膜３０ａが形成されている。他方の表面２３ａのうち光出射領域３５ａ近傍には無反射膜３３ａが形成され、表面２３ａの他の部分には全反射膜３１ａが形成されている。ファラデー回転子２０ａに可変磁界を印加する電磁石のヨークの一方の端部４２ａは、その先端面４２ｃと全反射膜３０ａの裏面とが対向するように、全反射膜３０ａの裏面に近接して配置されている。ヨークの他方の端部４２ｂは、その先端面４２ｄと全反射膜３１ａの裏面とが対向するように、全反射膜３１ａの裏面に近接して配置されている。端部４２ａの先端面４２ｃと端部４２ｂの先端面４２ｄとは、ファラデー回転子２０ａを挟んで互いに向き合うように配置されている。
【００７２】
端部４２ａの＋Ｘ方向には永久磁石６７ａが配置され、端部４２ａの−Ｘ方向には永久磁石６８ａが配置されている。永久磁石６７ａの磁化の向きは＋Ｚ方向であり、永久磁石６８ａの磁化の向きは−Ｚ方向である。また、端部４２ｂの−Ｘ方向には永久磁石６９ａが配置され、永久磁石６９ａのさらに−Ｘ方向には永久磁石６６ａが配置されている。永久磁石６９ａの磁化の向きは−Ｚ方向であり、永久磁石６６ａの磁化の向きは＋Ｚ方向である。ファラデー回転子２０ａの光入射領域３４ａ近傍の領域は＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａ１になっており、光出射領域３５ａ近傍の領域は磁区Ａ１と同じ向きの磁化により構成される磁区Ａ２になっている。磁区Ａ１と磁区Ａ２との間の領域は、磁区Ａ１、Ａ２と逆向きの磁化により構成される磁区Ｂ１になっている。磁区Ａ１と磁区Ｂ１との間には磁壁Ｉ１が形成され、磁区Ｂ１と磁区Ａ２との間には磁壁Ｉ２が形成されている。本例の構成では、磁区Ａ１に対応して永久磁石６６ａが配置され、磁区Ｂ１に対応して永久磁石６８ａ、６９ａが配置され、磁区Ａ２に対応して永久磁石６７ａが配置されていることになる。
【００７３】
ファラデー回転子２０ｂは、共にＸＹ面に平行で互いに対向する表面２２ｂ、２３ｂを有している。一方の表面２２ｂのうち光入射領域３４ｂ近傍には無反射膜３２ｂが形成され、表面２２ｂの他の部分には全反射膜３０ｂが形成されている。他方の表面２３ｂのうちレンズ付き光ファイバ５９側に光が出射する光出射領域３５ｂ近傍には無反射膜３３ｂが形成され、表面２３ｂの他の部分には全反射膜３１ｂが形成されている。ファラデー回転子２０ｂに可変磁界を印加する電磁石のヨークの一方の端部４２ｅは、その先端面４２ｇと全反射膜３０ｂの裏面とが対向するように、全反射膜３０ｂの裏面に近接して配置されている。ヨークの他方の端部４２ｆは、その先端面４２ｈと全反射膜３１ｂの裏面とが対向するように、全反射膜３１ｂの裏面に近接して配置されている。端部４２ｅの先端面４２ｇと端部４２ｆの先端面４２ｈとは、ファラデー回転子２０ｂを挟んで互いに向き合うように配置されている。
【００７４】
端部４２ｅの＋Ｘ方向には永久磁石６７ｂが配置され、端部４２ｅの−Ｘ方向には永久磁石６８ｂが配置されている。永久磁石６７ｂの磁化の向きは＋Ｚ方向であり、永久磁石６８ｂの磁化の向きは−Ｚ方向である。また、端部４２ｆの−Ｘ方向には永久磁石６９ｂが配置され、永久磁石６９ｂのさらに−Ｘ方向には永久磁石６６ｂが配置されている。永久磁石６９ｂの磁化の向きは−Ｚ方向であり、永久磁石６６ｂの磁化の向きは＋Ｚ方向である。ファラデー回転子２０ｂの光入射領域３４ｂ近傍の領域は＋Ｚ方向の磁化により構成される磁区Ａ３になっており、光出射領域３５ｂ近傍の領域は磁区Ａ３と同じ向きの磁化により構成される磁区Ａ４になっている。磁区Ａ３と磁区Ａ４との間の領域は、磁区Ａ３、Ａ４と逆向きの磁化により構成される磁区Ｂ２になっている。磁区Ａ３と磁区Ｂ２との間には磁壁Ｉ３が形成され、磁区Ｂ２と磁区Ａ４との間には磁壁Ｉ４が形成されている。本例の構成では、磁区Ａ３に対応して永久磁石６６ｂが配置され、磁区Ｂ２に対応して永久磁石６８ｂ、６９ｂが配置され、磁区Ａ４に対応して永久磁石６７ｂが配置されていることになる。
【００７５】
本変形例の偏波制御器４’では、図２１に示した偏波制御器４と比較すると２枚のファラデー回転子２０ａ、２０ｂが必要になるものの、正確な角度調整を要する反射板６２が不要になる。このため偏波制御器４’は、組立てが容易になり、かつ小型化するという利点を有している。また、偏波制御器４’は２枚のファラデー回転子２０ａ、２０ｂを有する２段型の構成であるが、３枚以上のファラデー回転子を用いることによって３段以上の多段構成にすることもできる。
【００７６】
本実施の形態では磁気光学光部品として偏波制御器４、４’を例に挙げているが、各ファラデー回転子の前後に偏光子を配置して多段に接続することによって、偏波回転角の波長依存性を利用した可変フィルタも実現できる。本実施の形態は、多重反射を用いることによって偏波回転角の可変幅を容易に広くできるため、可変フィルタとしても適している。
【００７７】
〔第５の実施の形態〕
次に、本発明の第５の実施の形態による磁気光学光部品について図２３を用いて説明する。これまでの実施の形態では、電磁石を用いた可変の磁気光学光部品を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。例えば、電磁石を用いず、永久磁石の位置を調整することにより偏波回転角を最適な値に調整した後、当該永久磁石を固定することによって、光アイソレータや光サーキュレータに適用することもできる。この構成によれば、挿入損失が低く、かつ、偏波回転角を微調整できるためアイソレーションも高い高性能な２段型の光アイソレータ、光サーキュレータを実現できる。具体的な構成としては、例えば磁気光学結晶の前後に偏光子を配置すればよく、従来から知られている偏光子とファラデー回転子との素子の組み合わせを適用できる。永久磁石を移動することにより、磁区を移動できるようにしてもよい。
【００７８】
図２３は、本実施の形態による磁気光学光部品として光アイソレータ５の構成を示している。図２３に示すように、本実施の形態では、例えば図２１に示す構成に対し、１／４波長板６０を偏光子８１に置き換えて、無反射膜３２の前（光入射側）及び無反射膜３３の後（光出射側）にそれぞれ偏光子８０、８２をさらに配置している。ファラデー回転子２１の表面２３のうち図中左側の領域に対向する位置には、左から順に永久磁石８４、８５が配置されている。永久磁石８４の磁化の向きは＋Ｚ方向であり、永久磁石８５の磁化の向きは−Ｚ方向である。ファラデー回転子２１の表面２３のうち図中右側の領域に対向する位置には、左から順に永久磁石８７、８８が配置されている。永久磁石８７内部の磁束の向きは−Ｚ方向であり、永久磁石８８内部の磁束の向きは＋Ｚ方向である。また、ファラデー回転子２１の表面２２のうち中央部近傍に対向する位置には、永久磁石８６が配置されている。永久磁石８６の磁化の向きは＋Ｚ方向である。各永久磁石８４、８５、８６、８７、８８は、ファラデー回転子２１内の磁壁Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４が所望の位置に配置されるように位置調整された後に固定されている。本変形例によれば、１枚のみの磁気光学結晶で２段型の光アイソレータや光サーキュレータを実現できるので、組立ての簡易化、低コスト化を達成できる。同様に、３段型以上の光アイソレータや光サーキュレータも実現できる。
【００７９】
なお、第１乃至第５の実施の形態に利用できる磁気光学結晶としては、表面２２、２３に対して垂直な方向に磁化容易軸を有することが必要である。上記実施の形態では、外部磁界については表面２２、２３に垂直方向の成分（Ｚ方向成分）のみについて議論したが、このような垂直磁化性を有する磁気光学結晶においては、垂直方向の成分の磁界が磁区構造をほぼ決定するためである。表面２２、２３に平行な面内方向の磁界成分（Ｘ方向成分及びＹ方向成分）も存在しているが、磁区構造には大きく影響しない。
【００８０】
〔第６の実施の形態〕
次に、本発明の第６の実施の形態による磁気光学光部品について図２４を用いて説明する。図２４は、本実施の形態による磁気光学光部品として偏波制御器６の構成を示している。図２４では、図１及び図２と同様に座標系をとっている。図２４に示すように、本実施の形態の偏波制御器６は、１枚のファラデー回転子２４を有している。本実施の形態では、後述のように磁化を回転させて偏波回転角を制御する磁化回転方式が用いられる。このため、ファラデー回転子２４は、１０００℃前後の温度で数時間程度の熱処理が施されて成長誘導磁気異方性が消失した磁性ガーネット単結晶膜を用いて作製されている。
【００８１】
偏波制御器６は、永久磁石４６、４７と、ヨーク（図２４ではヨークの両端部４２ａ、４２ｂのみを示している）とヨークに巻き回されたコイルとを備えた電磁石とを有している。永久磁石４６はファラデー回転子２４の−Ｘ方向に配置され、永久磁石４７はファラデー回転子２４の＋Ｘ方向に配置されている。永久磁石４６、４７の磁化の向きは共に＋Ｘ方向である。電磁石のヨークの一方の端部４２ａは、その先端面４２ｃとファラデー回転子２４の一方の表面に形成された全反射膜３０の裏面とが対向するように、全反射膜３０の裏面に近接して配置されている。ヨークの他方の端部４２ｂは、その先端面４２ｄとファラデー回転子２４の他方の表面に形成された全反射膜３１の裏面とが対向するように、全反射膜３１の裏面に近接して配置されている。端部４２ａの先端面４２ｃと端部４２ｂの先端面４２ｄとは、ファラデー回転子２４を挟んで互いに向き合うように配置されている。
【００８２】
電磁石のコイルに電流を流していないとき、ファラデー回転子２４には、永久磁石４６、４７によって＋Ｘ方向の磁界が飽和磁界以上の強さで印加されている。したがってファラデー回転子２４は＋Ｘ方向に磁化され、飽和磁化の状態にある。ファラデー回転角は磁化のＺ方向成分に依存するため、コイルに電流を流していないときのファラデー回転角はほぼ０°である。コイルに電流を流すと、ファラデー回転子２４のヨーク両端部４２ａ、４２ｂに挟まれた領域には、例えば＋Ｚ方向の可変磁界が電磁石により印加される。すなわち、ファラデー回転子２４の当該領域に印加される外部磁界は、永久磁石４６、４７による＋Ｘ方向の磁界と電磁石による＋Ｚ方向の可変磁界との合成磁界になる。コイルに流す電流を変化させ、飽和磁界以上の強さを有する合成磁界の方向を変化させることによって、ファラデー回転子２４のヨーク両端部４２ａ、４２ｂに挟まれた領域では、飽和磁化の状態を維持しつつ磁化の向き（図中の矢印ａ）が変化し、磁化のＺ方向成分が変化する。ファラデー回転角は磁化のＺ方向成分に依存して変化するため、コイルに流す電流を制御することによりファラデー回転角を調整できる。ここで、ファラデー回転子２４の光入射領域３４及び光出射領域３５近傍の領域には、電磁石による磁界がほとんど印加されないようになっている。このため、光入射領域３４及び光出射領域３５近傍の領域での磁化の向き（図中の矢印ｂ）は共に＋Ｘ方向のままである。
【００８３】
本実施の形態では、ファラデー回転子２４の光入射領域３４近傍の領域での磁化の向きと、光出射領域３５近傍の領域での磁化の向きとが同一になっている。したがって、平行光である光ビームの全ての光路で偏波回転角が同一であるため、ファラデー回転子２４を通過して出力用の光ファイバに集光されるときに回折損失が生じない。また、本実施の形態ではファラデー回転子２４に磁壁Ｉが存在しない。したがって、光入射領域３４及び光出射領域３５を磁壁Ｉが横切ることはもちろんないため、挿入損失の変動幅を小さくできる。このため本実施の形態の磁気光学光部品は、損失が低く損失の変動幅が小さいことが要求される偏波制御器に適用できる。
【００８４】
また本実施の形態では、ヨークの両端部４２ａ、４２ｂが全反射膜３０、３１にそれぞれ近接して配置されているため、可変磁界を効率よくファラデー回転子２４に印加でき、磁気光学光部品を小型化、低消費電力化できる。さらに本実施の形態では、ファラデー回転子２４は常に飽和磁化領域で使用されるため、ヒステリシスを生じさせずに再現性よく偏波回転角を変化させることができる。
【００８５】
本実施の形態では、小型化及び低消費電力化の比較的困難な磁化回転方式が用いられている。しかしながら、本実施の形態では多重反射によりファラデー回転子２４内の光路長が長くなっているため、磁化の回転角度が小さくても大きい偏波回転角が得られ、かつ偏波回転角の広い可変範囲が得られる。したがって、本実施の形態によれば、磁化回転方式を用いても比較的小型で低消費電力の磁気光学光部品を実現できる。
【００８６】
ところで、上記第１乃至第６の実施の形態では、多重反射する光ビームが互いに重ならない程度に光ビームのビーム径を小さくする必要がある。しかしながら、ビーム径が小さくなると回折により光ビームが拡がり易くなるので、適切な値に設定する必要がある。磁気光学結晶の厚さ、磁気光学結晶への光の入射角度などにより、適切なビーム径の値は左右されるが、実用上、４０〜１００μｍ程度のビーム径が適している。このような小さいビーム径の光ビームを用いる光学系としては、図５及び図１９に示すような光ファイバ５０、５２と別個にレンズ５４、５６を配置した光学系以外に、図２２に示すようにレンズとファイバを一体化したレンズ付き光ファイバ５８、５９や、光ファイバの先端部分のコアを加熱により拡大したコア拡大光ファイバなどを用いた光学系も適用できる。レンズ付き光ファイバ５８、５９やコア拡大光ファイバは、レンズを別個に配置する場合と比較して小型化に適しており、また組立ても簡易化できる。
【００８７】
なお、本明細書中の「磁気光学光部品」は、磁気光学結晶や磁界印加機構などからなる素子的なものを意味するだけではなく、レンズ、光導波機構（光ファイバや光導波路）、電流を流すための電極、及びこれらを格納する筐体などを必要に応じて含んだものを意味する。
【００８８】
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、磁気光学光部品として偏波制御器や光変調器等を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。電磁石４０のコイル４４に流す電流を変化させて光の減衰量を可変に制御する可変光アッテネータ等の他の磁気光学光部品にも適用できる。例えば図５に示す構成を可変光アッテネータに適用する場合には、レンズ５４とファラデー回転子２０との間に偏光子を配置し、ファラデー回転子２０とレンズ５６との間に検光子を配置すればよい。
【００８９】
また、永久磁石は、上記実施の形態と同様の磁区構造をファラデー回転子２０に形成できれば、どのように配置してもよい。例えば、互いに逆向きの磁極を有する２つの永久磁石を隣接させて端部４２ａ、４２ｂの各先端にそれぞれ配置してもよい。
さらに、上記実施の形態では、永久磁石４６、４７をヨーク４２に接触（近接）させて配置した例を挙げたが、本発明はこれに限られない。例えば、永久磁石４６、４７をヨーク４２から離してファラデー回転子２０の±Ｘ方向にそれぞれ配置し、上記実施の形態と同様の磁区構造をファラデー回転子２０に形成してもよい。
上記実施の形態では、ファラデー回転子としてＬＰＥ法による磁性ガーネット単結晶膜の例を挙げたが、本発明はこれに限られない。例えば、フラックス法、ＦＺ法、固相法などで作製した磁性ガーネットやオルソフェライトなどを、用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による磁気光学光部品の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による磁気光学光部品の要部構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による磁気光学光部品において生じ得る問題点を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による磁気光学光部品の偏波回転角及び損失の起磁力依存性を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態による磁気光学光部品の構成を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による磁気光学光部品の要部構成を示す図である。
【図７】永久磁石及びヨークの配置を示す図である。
【図８】図７に示す配置の永久磁石近傍での磁界成分の強さを示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による磁気光学光部品の要部構成を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の実施例２−１による磁気光学光部品の偏波回転角及び損失の起磁力依存性を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の実施例２−２による磁気光学光部品の要部構成を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の実施例２−２による磁気光学光部品の偏波回転角及び損失の起磁力依存性を示すグラフである。
【図１３】磁気光学光部品の挿入損失の磁区構造依存性について説明する図である。
【図１４】磁気光学光部品の挿入損失の磁区構造依存性を示すグラフである。
【図１５】磁気光学光部品の挿入損失の磁区構造依存性について説明する図である。
【図１６】磁気光学光部品の挿入損失の磁区構造依存性を示すグラフである
【図１７】磁気光学光部品の挿入損失の磁区構造依存性について説明する図である。
【図１８】磁気光学光部品の挿入損失の磁区構造依存性を示すグラフである
【図１９】本発明の第３の実施の形態による磁気光学光部品の構成を示す図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態による磁気光学光部品の要部構成を示す図である。
【図２１】本発明の第４の実施の形態による磁気光学光部品の要部構成を示す図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態による磁気光学光部品の構成の変形例を示す図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態による磁気光学光部品の構成を示す図である。
【図２４】本発明の第６の実施の形態による磁気光学光部品の要部構成を示す図である。
【図２５】従来の磁気光学光部品の概略構成及び動作原理を説明する図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  磁気光学光部品
２、２’、２’’、３、４、４’、６  偏波制御器
５  光アイソレータ
２０、２０ａ、２０ｂ、２１、２４  ファラデー回転子
２２、２２ａ、２２ｂ、２３、２３ａ、２３ｂ  表面
３０、３０ａ、３０ｂ、３１、３１ａ、３１ｂ  全反射膜
３２、３２ａ、３２ｂ、３３、３３ａ、３３ｂ、３６  無反射膜
３４、３４ａ、３４ｂ、３９  光入射領域
３５、３５ａ、３５ｂ、３８  光出射領域
４０  電磁石
４２、７０、７１、７２  ヨーク
４２ａ、４２ｂ、４２ｅ、４２ｆ  端部
４２ｃ、４２ｄ、４２ｇ、４２ｈ、７０ｄ、７１ｄ  先端面
４４  コイル
４６、４７、４８、４９、６６ａ、６６ｂ、６７ａ、６７ｂ、６８ａ、６８ｂ、６９ａ、６９ｂ、８４、８５、８６、８７、８８、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ、９０ｅ、
９０ｆ、９０ｇ  永久磁石
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ  表面
５０  入力用のシングルモード光ファイバ
５２  出力用のシングルモード光ファイバ
５４、５６  レンズ
５８、５９  レンズ付き光ファイバ
６０  １／４波長板
６２  反射板
８０、８１、８２  偏光子
【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６】
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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２３】
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【図２４】
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【図２５】
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