(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化や軽量化が図れ、複数の波長に対して用いることができる光アイソレータ用素子及び光アイソレータ用素子を用いた光アイソレータを提供する。【解決手段】磁気光学効果を用いた磁気光学素子１３と、磁気光学素子の光路の一端側に設けた第一の偏光子１と、光路の他端側に設けた第二の偏光子２と、を有し、磁気光学素子は、第一の偏光子を通って入射した入射光の偏光面を回転させるとともに入射光を反射して反射光とする第一の磁化層１４と、反射光を第一の磁化層に戻すための反射層と、を有するように光アイソレータ用素子１０１を構成した。また、光アイソレータ用素子と、第一の磁化層と反射層１５との間の反射回数を調整する調整部と、を有するように光アイソレータを構成した。【選択図】図１
2012098485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気光学効果を用いた磁気光学素子と、前記磁気光学素子の光路の一端側に設けた第一の偏光子と、前記光路の他端側に設けた第二の偏光子と、を有し、
前記磁気光学素子は、前記第一の偏光子を通って入射した入射光の偏光面を回転させるともに入射光を反射して反射光とする第一の磁化層と、前記反射光を前記第一の磁化層に戻すための反射層と、を有していることを特徴とする光アイソレータ用素子。
【請求項２】
前記反射層が、前記反射光の偏光面を回転させるとともに前記反射光を反射して前記第一の磁化層に戻すための第二の磁化層であり、
前記第一の磁化層の第一の磁化方向と前記第二の磁化層の第二の磁化方向とが対向方向または逆方向であることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ用素子。
【請求項３】
前記第一の磁化層が、細孔を有する多孔質層と、前記多孔質層の細孔に形成された磁性体とを有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光アイソレータ用素子。
【請求項４】
前記第一の磁化層が、光を透過する透光性基材の一方の主面側に形成されているとともに、
前記第二の磁化層が、前記透光性基材の他方の主面側に形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光アイソレータ用素子。
【請求項５】
前記第一の磁化層が、第一の基材の片面側に形成され、前記第二の磁化層が、第二の基材の片面側に形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光アイソレータ用素子。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の光アイソレータ用素子と、
前記第一の磁化層と前記反射層との間の反射回数を調整する調整部と、を有していることを特徴とする光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から出射された光が各種光学素子や被加工物等で反射された反射戻り光を除去するために用いられる光アイソレータ用素子及び該光アイソレータ用素子を用いた光アイソレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、光通信用モジュールや加工機等において、レーザ光源等の光源から出射した光は、各種光学素子や被加工物等の端面や内部で、その一部が反射されたり散乱されたりする。この反射や散乱した光の一部は、反射戻り光として光源に戻ろうとするが、この僅かな反射戻り光が、出力変動やノイズなどの光源の不安定化を引きおこしたり、加工機などの光出力の高い光源では、光源そのものを破壊したりする。そこで、光アイソレータを用いて、この反射戻り光を防止している。
【０００３】
従来、この種の光アイソレータは、ファラデーアイソレータが良く用いられており、特許文献１では、一般的な構成を有している光アイソレータが提案されている。図１２に示すように、光アイソレータ９０１は、２枚の偏光子９１１、９２２の間にファラデー回転子９３３を設置し、直接接合することにより積層し、この一体化した光アイソレータ用素子９０４を筒状の磁石９０５内に部品ホルダを介して収納することにより構成されている。通常、ファラデー回転子９３３は、飽和磁界内において所定の波長をもつ光の偏光面を４５°回転する厚みに調整され、また、２つの偏光子９１１、９２２は、それぞれの透過偏光方向が４５°回転方向にずれるように回転調整されて構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０２２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、そのファラデー回転子９３３に強い磁化を印加するために、磁石９０５または電磁石等を用いなければいけなく、そのため、小型化や軽量化が難しいと言った課題があった。また、用いる波長と、ファラデー回転子９３３の材質によって決まるヴェルデ定数と、ファラデー回転子９３３の厚み（光路距離）とで、偏光面の回転角が決まるため、所定の波長に合わせて設計された光アイソレータは、他の波長に対して用いることができないと言う課題もあった。
本発明は、上述した課題を解決するもので、小型化や軽量化を行うことができ、しかも、複数の波長に対して用いることができる光アイソレータ用素子及び該光アイソレータ用素子を用いた光アイソレータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題を解決するために、本発明の光アイソレータ用素子は、磁気光学効果を用いた磁気光学素子と、前記磁気光学素子の光路の一端側に設けた第一の偏光子と、前記光路の他端側に設けた第二の偏光子と、を有し、前記磁気光学素子は、前記第一の偏光子を通って入射した入射光の偏光面を回転するとともに反射して反射光とする第一の磁化層と、前記反射光を前記第一の磁化層に戻すための反射層と、を有していることを特徴としている。
【０００７】
これによれば、本発明の光アイソレータ用素子は、磁気光学素子に設けられた第一の磁化層と反射層を用い、この第一の磁化層への反射を繰り返すことで、第一の偏光子を通って入射した入射光の偏光面を回転し、入射光と出射光の偏光面の角度を変えることができる。このため、偏光面が回転して第二の偏光子を透過した出射光の一部が、各種光学素子や被加工物等で反射されて反射戻り光となった際、その反射戻り光は、第二の偏光子を透過し磁気光学素子を再び通過することで、さらに偏光面が回転した光となり、第一の偏光子１を透過できなくなる。この事により、磁石を用いることなく光アイソレータ用素子を作製できるので、小型化や軽量化が図られる。
【０００８】
また、本発明の光アイソレータ用素子は、前記反射層が、前記反射光の偏光面を回転するとともに反射して前記第一の磁化層に戻すための第二の磁化層であり、
前記第一の磁化層の第一の磁化方向と前記第二の磁化層の第二の磁化方向とが対向方向または逆方向であることを特徴としている。
【０００９】
これによれば、磁気光学素子に設けられた第一の磁化層及び第二の磁化層を用い、この2つの磁化層への反射を繰り返すことで、入射光と出射光の偏光面の角度を変えることができる。この事により、磁石を用いることなく光アイソレータ用素子を作製できるので、小型化することができる。また、2つの磁化層を対向して設けているため、第一の磁化層による反射回数を減らせて磁気光学素子の長さを短くすることができるので、更に、小型化することができる。
【００１０】
また、本発明の光アイソレータ用素子は、前記第一の磁化層が、細孔を有する多孔質層と、前記多孔質層の細孔に形成された磁性体とを有していることを特徴としている。
【００１１】
これによれば、第一の磁化層に作製された磁性体が細孔の中に細かく分けられて形成されているので、通常に成膜された磁性膜を磁化する場合と比較して、磁性膜の膜厚方向に磁化させ易くなる。このため、極カー効果の効果が充分に得られるようになり、入射光を確実に回転偏光させられるとともに、回転角が確実に得られて反射回数を減らせるので、磁気光学素子の長さを短くすることができる。この事により、安定した光アイソレート効果が得られる上、更に、小型化が図られた光アイソレータ用素子が得られる。
【００１２】
また、本発明の光アイソレータ用素子は、前記第一の磁化層が、光を透過する透光性基材の一方の主面側に形成されているとともに、前記第二の磁化層が、前記透光性基材の他方の主面側に形成されていることを特徴としている。
【００１３】
これによれば、一つの透光性基材を挟んで２つの磁化層（第一の磁化層、第二の磁化層）が形成されているので、簡単な構造で磁気光学素子を作製することができる。この事により、光アイソレータ用素子を小型化することができる。
【００１４】
本発明の光アイソレータ用素子は、前記第一の磁化層が、第一の基材の片面側に形成され、前記第二の磁化層が、第二の基材の片面側に形成されていることを特徴としている。
【００１５】
これによれば、第一の基材と第二の基材と、２つの基材を用いているので、第一の基材と第二の基材との間隔を調整することができ、この間隔を変えて反射の回数を変えることができる。このため、同じ部材を用いて波長の違いに対応した磁気光学素子を作製することができる。この事により、簡単な設計で、複数の波長に対応した光アイソレータ用素子を作製することができる。
【００１６】
本発明の光アイソレータは、請求項１ないし請求項５に記載の光アイソレータ用素子と、前記第一の磁化層と前記反射層との間の反射回数を調整する調整部と、を有していることを特徴としている。
【００１７】
これによれば、第一の磁化層と反射層との間の反射回数を調整する調整部を有していることで、磁気光学素子を通過する光の反射の回数を変えることができる。この事により、異なった波長の光により異なった反射回数に設計される場合でも、用いる異なった波長の光に対して、同じ光アイソレータを用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光アイソレータ用素子は、磁気光学素子に設けられた第一の磁化層と反射層を用い、その第一の磁化層への反射を繰り返すことで、第一の偏光子を通って入射した入射光の偏光面を回転し、入射光と出射光の偏光面の角度を変えることができる。この事により、磁石を用いることなく光アイソレータ用素子を作製できるので、小型化や軽量化が図られる。また、本発明の光アイソレータは、第一の磁化層と反射層との間の反射回数を調整する調整部を有していることで、磁気光学素子を通過する光の反射の回数を変えることができる。この事により、異なった波長の光により異なった反射回数に設計される場合でも、用いる異なった波長の光に対して、同じ光アイソレータを用いることができる。
【００１９】
したがって、本発明の光アイソレータ用素子及び該光アイソレータ用素子を用いた光アイソレータは、小型化や軽量化を行うことができ、しかも、複数の波長に対して用いることができる光アイソレータ用素子及び該光アイソレータ用素子を用いた光アイソレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の光アイソレータ用素子を説明する構成図である。
【図２】磁気光学効果であるファラデー効果を説明する模式図である。
【図３】磁気光学カー効果を説明する模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態の光アイソレータ用素子に用いられる第一の磁化層を説明する構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態の光アイソレータ用素子に用いられる第一の磁化層の製造方法を説明する構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態の光アイソレータ用素子を説明する構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態の光アイソレータ用素子を説明する構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態の光アイソレータを説明する構成図である。
【図９】本発明の第４実施形態の光アイソレータを説明する図で、図９（ａ）は、調整部で調整した一例を示した構成図で、図９（ｂ）は、調整部で調整した他の一例を示した構成図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の光アイソレータ用素子の変形例１を説明する構成図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の光アイソレータ用素子の第一の磁化層の変形例２を説明する構成図である
【図１２】従来例の光アイソレータの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の光アイソレータ用素子１０１を説明する構成図である。なお、図中に示す破線は、光の光路の一例（光の光路の全てを表したものではない）を示している。図１に示すように、光アイソレータ用素子１０１は、磁気光学効果を用いた磁気光学素子１３と、磁気光学素子１３の光路の一端側に設けた第一の偏光子１と、光路の他端側に設けた第二の偏光子２とを備えて構成されている。また、磁気光学素子１３は、第一の偏光子１を通って入射した入射光ＩＬの偏光面を回転するとともに反射して反射光ＲＬとする第一の磁化層１４と、反射光ＲＬを第一の磁化層１４に戻すための反射層１５と、を有している。そして、第一の磁化層１４と反射層１５とで反射が繰り返された光は、出射光ＯＬとして磁気光学素子１３から第二の偏光子２を通って、光アイソレータ用素子１０１外に出射される。また、第一の磁化層１４は、基材９上に設けられている。
【００２２】
磁気光学素子１３に用いられている磁気光学効果は、一般に知られているファラデー効果を用いていており、特に、本発明の第１実施形態の光アイソレータ用素子１０１は、反射光に対するファラデー効果である磁気光学カー効果を用いている。図２は、磁気光学効果であるファラデー効果を説明する模式図である。また、図３は、磁気光学カー効果を説明する図であって、図３（ａ）は、極カー効果の模式図で、図３（ｂ）は、縦カー効果の模式図で、図３（ｃ）は、横カー効果の模式図である。
【００２３】
ファラデー効果（磁気旋光とも言う）とは、図２に示すように、ある物質Ｘに磁場がかけられた状態の際、その磁場方向ＨＤと平行な方向に、直線偏光ＳＰの光ＯＰをその物質Ｘに入射させ、その透過した光が楕円偏光ＥＰになるとともに、その偏光面がＳの角度で回転する現象のことである。図２では、物質Ｘの外周に備えたコイル等に電流Ｉを流すことにより磁場を作り出しているが、特許文献１の従来技術では、磁場を作り出すために磁石９０５を用いている。また、特許文献１の従来技術では、偏光面を回転させるための物質Ｘに、ビスマス置換ガーネット結晶等の材質からなるファラデー回転子９３３を用いている。
【００２４】
また、ファラデー効果による偏光面の回転角度（以下磁気旋光角と言う）Ｓｆは、光路長をＬ、磁界の強さをＨとすると、以下の式で表される。
Ｓｆ＝Ｖ×Ｌ×Ｈ
ここでのVは、物質Ｘの種類と直線偏光ＳＰの光ＯＰの波長、温度に依存する定数であり、ヴェルデ定数と呼ばれている。
【００２５】
磁気旋光角Ｓｆは、用いる光の波長と物質Ｘからヴェルデ定数Ｖが決まれば、光路長Ｌと磁界の強さＨによって決まる。特許文献１の光アイソレータ９０１では、用いた磁石９０５による飽和磁界内において、所定の波長をもつ光の偏光面を４５°回転するように、ファラデー回転子９３３の厚み，すなわち光路長Ｌを設計している。また、２つの偏光子９１１、９２２は、それぞれの透過偏光方向が４５°回転方向にずれるように回転調整されて構成されている。これにより、偏光面が４５°回転して偏光子９２２を透過した光の一部が、各種光学素子や被加工物等で反射されて反射戻り光となった際、その反射戻り光は、偏光子９２２を再び透過し、ファラデー回転子９３３を通過することで、透過偏光方向が４５°回転方向にずれるようにさらに回転する。その事により、ファラデー回転子９３３を通過した反射戻り光は、入射光に対して偏光面が９０°回転した光となり、透過偏光方向が偏光子９１１と直交するようになるので、偏光子９１１を透過できなくなる。したがって、光アイソレータ９０１によって、各種光学素子や被加工物等で反射された反射戻り光を除去することができる。
【００２６】
一方、磁気光学カー効果とは、図３に示すように、直線偏光の光（入射光ＩＬ）を磁化した物質Ｙの表面にあてると、反射光ＲＬがその偏光面の回転した光となる現象である。大きく分けて、図３（ａ）に示すように、反射面の法線方向と平行に磁化ＭＫがある場合の極カー効果（polar Kerr effect）と、図３（ｂ）に示すように、磁化ＭＫが反射面内にあって，かつ，入射方向と平行である場合の縦カー効果（longitudinal Kerr effect）と、図３（ｃ）に示すように、磁化ＭＫが反射面内にあって，かつ，入射方向と垂直である場合の横カー効果（transverse Kerr effect）と、３つに分けられる。但し、斜めに磁界をかける場合もあるので、この３つに限るものではない。そして、極カー効果は、入射光ＩＬが垂直に入射した場合に最も大きな効果を示し、縦カー効果は、入射光ＩＬの入射角に強く依存する効果を示す。しかし、横カー効果は、磁気旋光・磁気円二色性などの偏光の変化を伴わず、反射光ＲＬの強度が磁化ＭＫの向きと大きさに応じて変化する効果を示す。
【００２７】
本発明の第１実施形態の光アイソレータ用素子１０１は、極カー効果を用いており、第一の磁化層１４は、図１に示すように、基材９に対して、垂直な方向に磁化Ｍされている。そのため、第一の偏光子１を通って入射した直線偏光の光（入射光ＩＬ）は、第一の磁化層１４によって、その偏光面が回転するとともに反射して反射光ＲＬ１となっている。その際に、偏光面が、極カー効果による磁気旋光角（以下カー回転角と言う）Ｓｋだけ回転している。
【００２８】
さらに、第一の磁化層１４から反射してきた反射光ＲＬ１は、反射層１５によって、再び第一の磁化層１４に反射光ＲＬ２として戻され、第一の磁化層１４によって、その偏光面が更に回転するとともに反射して再び反射光ＲＬ３となる。反射光ＲＬ３の偏光面は、カー回転角Ｓｋだけさらに回転したので、２×Ｓｋ回転している。このようにして、第一の磁化層１４でｎ回反射が繰り返された光は、出射光ＯＬとして磁気光学素子１３から第二の偏光子２を通って、光アイソレータ用素子１０１外に出射される。その際の出射光ＯＬの偏光面は、ｎ×Ｓｋ回転している。
【００２９】
光アイソレータ用素子１０１は、第一の磁化層１４による飽和磁界内において、所定の波長をもつ光の偏光面を４５°回転するように、第一の磁化層１４の磁性物質の種類、磁界の強さ、光の入射角度、反射回数を考慮して設計している。例えば、第一の磁化層１４の磁性物質の種類、磁界の強さ等で、１回の反射によるカー回転角Ｓｋが３°となる場合、１５回の反射回数になるように、光の入射角度，第一の磁化層１４と反射層１５との間隔を考慮して、磁気光学素子１３の長さを決めている。また、反射は百回以上行うことが可能であるので、１回の反射によるカー回転角Ｓｋが０.５°以下のものでも対応が可能である。
【００３０】
また、第一の偏光子１及び第二の偏光子２は、それぞれの透過偏光方向が４５°回転方向にずれるように回転調整されて構成されている。これにより、偏光面が４５°回転して第二の偏光子２を透過した出射光ＯＬの一部が、各種光学素子や被加工物等で反射されて反射戻り光ＢＬとなった際、その反射戻り光ＢＬは、第二の偏光子２を再び透過し、磁気光学素子１３を通過することで、透過偏光方向が４５°回転方向にさらにずれるように回転する。その事により、磁気光学素子１３を通過した反射戻り光ＢＬは、入射光ＩＬに対して偏光面が９０°回転した光となり、第一の偏光子１の透過偏光方向と直交するようになるので、第一の偏光子１を透過できなくなる。したがって、光アイソレータ用素子１０１によって、各種光学素子や被加工物等で反射された反射戻り光ＢＬを除去することができる。
【００３１】
これによれば、本発明の光アイソレータ用素子１０１は、磁気光学素子１３に設けられた第一の磁化層１４と反射層１５を用い、その第一の磁化層１４への反射を繰り返すことで、第一の偏光子１を通って入射した入射光ＩＬの偏光面を回転し、入射光ＩＬと出射光ＯＬの偏光面の角度Ｓｎを変えることができる。このため、偏光面が回転して第二の偏光子２を透過した出射光ＯＬの一部が、各種光学素子や被加工物等で反射されて反射戻り光ＢＬとなった際、その反射戻り光ＢＬは、第二の偏光子２を透過し磁気光学素子１３を再び通過することで、さらに偏光面が回転した光となり、第一の偏光子１を透過できなくなる。この事により、磁石を用いることなく光アイソレータ用素子１０１を作製できるので、小型化や軽量化が図られる。
【００３２】
第一の偏光子１及び第二の偏光子２は、それぞれの透過偏光方向が４５°回転方向にずれるように回転調整されて構成されていれば良く、用いる光の波長に合わせたもので、一般に広く入手でき、使用されているものを用いる。また、それぞれの透過偏光方向が４５°回転方向にずれるように回転調整されていれば、最大限に反射戻り光ＢＬを遮断できるが、入射光ＩＬに対して反射戻り光ＢＬをある一定以下、例えば０.１％以下にできれば良く、略４５°に設計されていても良い。
【００３３】
反射層１５は、アルミニウムなどの反射率の高い金属材料又はこれらの金属材料を主成分とする合金材料の基材を用いる。或いは、金属基材，無機基材，合成樹脂基材等に、アルミニウムや銀などの反射率の高い金属材料又はこれらの金属材料を主成分とする合金材料を真空蒸着或いはスパッタリングすることによって形成しても良い。
【００３４】
基材９は、ガラス基材、合成樹脂基材、シリコン基材、金属基材等のリジット基板やプラスチックフィルム等のフィルム基板が用いられる。特に、屈折率などの光学的特性、耐薬液性、耐熱性、機械的強度等を考慮して、ガラス基材が好適に用いられる。ガラス基材としては、石英ガラス、硼珪酸ガラス、ソーダカラス等が用いられる。また、加工の容易性や軽量化の観点から、合成樹脂基材やプラスチックフィルムも用いられる。合成樹脂基材あるいはプラスチックフィルムの樹脂材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、アクリル、ポリイミド、ポリアラミドなどの樹脂が用いられる。
【００３５】
図４は、本発明の第１実施形態の光アイソレータ用素子１０１に用いられる第一の磁化層１４を説明する構成図である。第一の磁化層１４は、図４に示すように、細孔１７ｈを有する多孔質層１７と、多孔質層１７の細孔１７ｈに形成された磁性体１６とを有している。これにより、第一の磁化層１４に作製された磁性体１６が細孔１７ｈの中に細かく分けられて形成されているので、通常に成膜された磁性膜を磁化する場合と比較して、磁性膜の膜厚方向に磁化Ｍさせ易くなる。この事により、極カー効果の効果が充分に得られるようになり、入射光ＩＬを確実に回転偏光させられるとともに、反射回数を減らせ磁気光学素子１３の長さを短くすることができる。
【００３６】
図５は、本発明の第１実施形態の光アイソレータ用素子１０１に用いられる第一の磁化層１４の製造方法を説明する図であって、図５（ａ）は、基材９にベース膜４Ｂを成膜した状態の構成図で、図５（ｂ）は、ベース膜４Ｂを陽極酸化した後の多孔質層１７を説明する構成図で、図５（ｃ）は、多孔質層１７の細孔１７ｈに磁性体１６形成した状態の構成図で、図５（ｄ）は、磁性体１６が磁化Ｍされた第一の磁化層１４を説明する構成図である。
【００３７】
先ず、図５（ａ）に示すように、基材９にベース膜４Ｂを成膜する。ベース膜４Ｂの成膜方法は、用いる基材９に対してパーティクル除去や有機物除去を行う洗浄を行い、その後、基材９の片面に真空蒸着或いはスパッタリングでベース膜４Ｂを成膜する。ベース膜４Ｂの材料には、アルミニウム、タンタル、ニオブ、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン等の金属材料又はこれらの金属材料を主成分とする合金材料を用いる。特に、図４に示すような細孔１７ｈを生じ易い材料として、チタンやアルミニウムの金属材料が好適に用いられる。また、真空蒸着或いはスパッタリング以外の成膜方法として、化学めっき（電解めっき或いは無電解めっき）を用いても良い。また、図５（ａ）では示していないが、基材９が金属基材の場合、ベース膜４Ｂを成膜しないで、基材９の表面を陽極酸化しても良い。また、陽極酸化を行うベース膜４Ｂや基材９の表面は、陽極酸化後の形状に影響を与えるので、平坦に形成されているのがより好適である。
【００３８】
次に、図５（ｂ）に示すように、ベース膜４Ｂを陽極酸化し、細孔１７ｈを有する多孔質層１７を作製する。陽極酸化の方法は、ベース膜４Ｂの表面を、リン酸溶液、シュウ酸溶液、硫酸溶液、フッ化アンモニウム溶液等の電解液に浸漬し、電流（主に直流電流）をかけて、酸化膜を形成させることである。
【００３９】
多孔質層１７の形成方法は、ベース膜４Ｂの種類、陽極酸化の条件や電解液を選択することによって、陽極酸化で酸化膜が形成されると同時に、形成された酸化膜のエッチングと再堆積のバランスで細孔１７ｈが形成されて、多孔質の酸化膜層が形成されることである。例えば、ベース膜４Ｂにアルミニウム、電解液にリン酸溶液を用いた場合、隣接する細孔１７ｈの間隔（ピッチ）が、１５０〜５００ｎｍとなる。他に、ベース膜４Ｂにチタン、電解液にエチレングリコール溶媒のフッ化アンモニウム溶液を用いた場合、隣接する細孔１７ｈの間隔（ピッチ）が、１５０〜５００ｎｍとなる。ベース膜４Ｂとして膜厚が約５００ｎｍで成膜されたチタンは、陽極酸化処理後、チタニアの多孔質層１７として膜厚が約１５００ｎｍとなっており、隣接する細孔１７ｈの間隔（ピッチ）と多孔質層１７の膜厚とのＳ／Ｎ比が３以上になるような縦長の細孔として形成されている。
【００４０】
また、細孔１７ｈの大きさ、形状、数等は、用いたベース膜４Ｂや電解液の種類、陽極酸化の条件等で、目的に応じて適宜調整できるが、細孔１７ｈのＳ／Ｎ比の調整は、陽極酸化処理後にリン酸溶液に浸漬させるなどの処理によって、細孔１７ｈの直径を増加させて行うこともできる。また、陽極酸化処理後に、後述する磁性体１６の磁化をより容易にするため、多孔質層１７の結晶化アニール処理を行うこともある。なお、多孔質層１７の形成のため、陽極酸化を好適に用いたが、細孔ができれば陽極酸化に限るものではない。
【００４１】
次に、図５（ｃ）に示すように、細孔１７ｈに磁性体１６を作製する。磁性体１６の成膜方法は、細孔１７ｈに成膜するため、化学めっきや気相成長法が好適である。他に、真空蒸着、スパッタリング等を用いても良い。磁性体１６の材料には、鉄やコバルトを主成分とする強磁性材料を好適に用いるが、保磁力が大きい材料がより好ましい。また、細孔１７ｈのＳ／Ｎ比が高ければ高いほど、基材９に対して垂直に磁化Ｍさせやすいので、垂直に磁化Ｍさせ難い磁性材料であっても利用できる。
【００４２】
最後に、図５（ｄ）に示すように、磁性体１６を基材９に対して垂直に磁化Ｍさせるため、基材９に対して垂直な方向に磁場を印加しアニール処理を行ない、第一の磁化層１４を作製する。磁場中アニール処理は、真空或いは還元雰囲気中で数百℃に加熱して行う。なお、真空或いは還元雰囲気中で処理を行うのがより好ましいが、大気中で処理を行っても良い。また、処理温度を合わせることができれば、前述した多孔質層１７の結晶化アニール処理もこの工程で同時に行っても良い。磁性体１６が細孔１７ｈに形成されており、基材９に対して垂直方向に細長い形状をしているので、通常に成膜された磁性膜を磁化する場合と比較して、磁性膜の膜厚方向に磁化Ｍさせ易くなっている。
【００４３】
以上により、本発明の光アイソレータ用素子１０１は、磁気光学素子１３に設けられた第一の磁化層１４と反射層１５を用い、その第一の磁化層１４への反射を繰り返すことで、第一の偏光子１を通って入射した入射光ＩＬの偏光面を回転し、入射光ＩＬと出射光ＯＬの偏光面の角度Ｓｎを変えることができる。このため、偏光面が回転して第二の偏光子２を透過した出射光ＯＬの一部が、各種光学素子や被加工物等で反射されて反射戻り光ＢＬとなった際、その反射戻り光ＢＬは、第二の偏光子２を透過し磁気光学素子１３を再び通過することで、さらに偏光面が回転した光となり、第一の偏光子１を透過できなくなる。この事により、磁石を用いることなく光アイソレータ用素子１０１を作製できるので、小型化や軽量化が図られる。
【００４４】
また、第一の磁化層１４に作製された磁性体１６が細孔１７ｈの中に細かく分けられて形成されているので、通常に成膜された磁性膜を磁化する場合と比較して、磁性膜の膜厚方向に磁化Ｍさせ易くなる。このため、極カー効果の効果が充分に得られるようになり、入射光ＩＬを確実に回転偏光させられるとともに、回転角が確実に得られて反射回数を減らせるので、磁気光学素子１３の長さを短くすることができる。この事により、安定した光アイソレート効果が得られる上、更に、小型化が図られた光アイソレータ用素子１０１が得られる。
【００４５】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態の光アイソレータ用素子１０２を説明する構成図である。本発明の第２実施形態の光アイソレータ用素子１０２は、第１実施形態の光アイソレータ用素子１０１に対し、反射層１５が第二の磁化層５５であるところが異なっている。なお、第１実施形態と同じ部材は同じ符号を付しており、説明を省略する。
【００４６】
本発明の光アイソレータ用素子１０２は、図６に示すように、磁気光学効果を用いた磁気光学素子２３と、磁気光学素子２３の光路の一端側に設けた第一の偏光子１と、光路の他端側に設けた第二の偏光子２とを備えて構成されている。また、磁気光学素子２３は、第一の偏光子１を通って入射した入射光ＩＬの偏光面を回転するとともに反射して反射光ＲＬとする第一の磁化層１４と、第一の磁化層１４から反射してきた反射光ＲＬの偏光面を回転するとともに反射して第一の磁化層１４に戻すための第二の磁化層５５と、を有している。さらに、第一の磁化層１４の第一の磁化方向ＭＤ１と第二の磁化層５５の第二の磁化方向ＭＤ２とが対向方向または逆方向である。なお、図６に示す第一の磁化方向ＭＤ１と第二の磁化方向ＭＤ２は逆方向である。
【００４７】
本発明の第２実施形態の光アイソレータ用素子１０２は、光アイソレータ用素子１０１と同様に、極カー効果を用いており、第一の偏光子１を通って入射した直線偏光の入射光ＩＬは、第一の磁化層１４によって、その偏光面が回転するとともに反射して反射光ＲＬ１となり、その際、偏光面が、極カー効果によるカー回転角Ｓｋだけ回転する。さらに、第一の磁化層１４から反射してきた反射光ＲＬ１は、第二の磁化層５５によって、反射光ＲＬ１の偏光面をさらに回転するとともに反射して反射光ＲＬ２として再び第一の磁化層１４に戻される。このようにして、第一の磁化層１４及び第二の磁化層５５でｎ回反射が繰り返された光は、出射光ＯＬとして磁気光学素子２３から第二の偏光子２を通って、光アイソレータ用素子１０２外に出射される。その際の出射光ＯＬの偏光面は、ｎ×Ｓｋ回転している。
【００４８】
光アイソレータ用素子１０２は、光アイソレータ用素子１０１と同様に、第一の磁化層１４及び第二の磁化層５５による飽和磁界内において、所定の波長をもつ光の偏光面を４５°回転するように、第一の磁化層１４の磁性物質の種類、磁界の強さ、光の入射角度、反射回数を考慮して設計している。また、第一の偏光子１及び第二の偏光子２は、それぞれの透過偏光方向が４５°回転方向にずれるように回転調整されて構成されている。したがって、光アイソレータ用素子１０２によって、各種光学素子や被加工物等で反射された反射戻り光ＢＬを除去することができる。
【００４９】
これによれば、磁気光学素子２３に設けられた第一の磁化層１４及び第二の磁化層５５を用い、この2つの磁化層への反射を繰り返すことで、入射光ＩＬと出射光ＯＬの偏光面の角度Ｓｎを変えることができる。この事により、磁石を用いることなく光アイソレータ用素子１０２を作製できるので、小型化することができる。また、2つの磁化層を対向して設けているため、第一の磁化層１４による反射回数を減らせて磁気光学素子２３の長さを短くすることができるので、更に、小型化することができる。
【００５０】
また、本発明の光アイソレータ用素子１０２は、図６に示すように、第一の磁化層１４が、第一の基材１９の片面側に形成され、第二の磁化層５５が、第二の基材５９の片面側に形成されている。これにより、第一の基材１９と第二の基材５９と、２つの基材を用いているので、第一の基材１９と第二の基材５９との間隔を調整することができ、この間隔を変えて反射の回数を変えることができる。この事により、同じ部材を用いて波長の違いに対応した磁気光学素子２３を作製することができる。
【００５１】
第二の磁化層５５は、第一の磁化層１４と同様に、細孔１７ｈを有する多孔質層１７と、多孔質層１７の細孔１７ｈに形成された磁性体１６とを有していて、多孔質層１７の材質と磁性体１６の材質も同様なものを用いている。但し、第二の磁化層５５は、第一の磁化層１４から反射してきた反射光ＲＬの偏光面を回転するとともに反射して第一の磁化層１４に戻す機能を有していれば良く、第一の磁化層１４と同様の材質や層構成にしなくても良い。
【００５２】
第一の基材１９及び第二の基材５９は、基材９と同様に、ガラス基材、合成樹脂基材、シリコン基材、金属基材等のリジット基板やプラスチックフィルム等のフィルム基板が用いられる。特に、屈折率などの光学的特性、耐薬液性、耐熱性、機械的強度等を考慮して、ガラス基材が好適に用いられる。ガラス基材としては、石英ガラス、硼珪酸ガラス、ソーダカラス等が用いられる。
【００５３】
以上により、本発明の光アイソレータ用素子１０２は、磁気光学素子２３に設けられた第一の磁化層１４及び第二の磁化層５５を用い、この2つの磁化層への反射を繰り返すことで、入射光ＩＬと出射光ＯＬの偏光面の角度Ｓｎを変えることができる。この事により、磁石を用いることなく光アイソレータ用素子１０２を作製できるので、小型化することができる。また、2つの磁化層を対向して設けているため、第一の磁化層１４による反射回数を減らせて磁気光学素子２３の長さを短くすることができるので、更に、小型化することができる。
【００５４】
また、第一の基材１９と第二の基材５９と、２つの基材を用いているので、第一の基材１９と第二の基材５９との間隔を調整することができ、この間隔を変えて反射の回数を変えることができる。この事により、同じ部材を用いて波長の違いに対応した磁気光学素子２３を作製することができる。したがって、簡単な設計で、複数の波長に対応した光アイソレータ用素子１０２を作製することができる。
【００５５】
［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態の光アイソレータ用素子１０３を説明する構成図である。本発明の第３実施形態の光アイソレータ用素子１０３は、第２実施形態の光アイソレータ用素子１０２に対し、透光性基材１８を設けているところが異なっている。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同じ部材は同じ符号を付しており、説明を省略する。
【００５６】
本発明の光アイソレータ用素子１０３は、図７に示すように、磁気光学素子３３の第一の磁化層１４が、光を透過する透光性基材１８の一方の主面側に形成されているとともに、磁気光学素子３３の第二の磁化層５５が、透光性基材１８の他方の主面側に形成されている。なお、図７に示す第一の磁化方向ＭＤ１と第二の磁化方向ＭＤ２は対向方向である。
【００５７】
本発明の第３実施形態の光アイソレータ用素子１０３は、光アイソレータ用素子１０２と同様に、極カー効果を用いており、第一の偏光子１を通って入射した直線偏光の入射光ＩＬは、第一の磁化層１４によって、その偏光面がカー回転角Ｓｋだけ回転するとともに反射して反射光ＲＬ１となり、透光性基材１８中を伝搬する。さらに、第一の磁化層１４から反射してきた反射光ＲＬ１は、第二の磁化層５５によって、反射光ＲＬ１の偏光面をさらに回転するとともに反射して反射光ＲＬ２として透光性基材１８中を伝搬し、再び第一の磁化層１４に戻される。このようにして、第一の磁化層１４及び第二の磁化層５５でｎ回反射が繰り返された光は、出射光ＯＬとして磁気光学素子３３から第二の偏光子２を通って、光アイソレータ用素子１０３外に出射される。その際の出射光ＯＬの偏光面は、ｎ×Ｓｋ回転している。
【００５８】
透光性基材１８は、透光性のあるガラス基材、合成樹脂基材等のリジット基板やプラスチックフィルム等のフィルム基板が用いられる。特に、屈折率などの光学的特性、耐薬液性、耐熱性、機械的強度等を考慮して、ガラス基材が好適に用いられる。ガラス基材としては、石英ガラス、硼珪酸ガラス、ソーダカラス等が用いられる。また、反射効率を向上させるため、第一の磁化層１４及び第二の磁化層５５の屈折率より大きい屈折率を有するガラス基材を選定するのがより好ましい。
【００５９】
以上により、本発明の光アイソレータ用素子１０３は、一つの透光性基材１８を挟んで2つの磁化層（第一の磁化層１４、第二の磁化層５５）が形成されているので、簡単な構造で磁気光学素子３３を作製することができる。この事により、光アイソレータ用素子を小型化することができる。
【００６０】
［第４実施形態］
図８は、本発明の第４実施形態の光アイソレータ１１１を説明する構成図である。また、図９は、本発明の第４実施形態の光アイソレータ１１１を説明する図であって、図９（ａ）は、調整部１１５で調整した一例を示した構成図で、図９（ｂ）は、調整部１１５で調整した他の一例を示した構成図である。なお、第１実施形態及び第２実施形態と同じ部材は同じ符号を付しており、説明を省略する。
【００６１】
本発明の光アイソレータ１１１は、図８に示すように、第２実施形態の光アイソレータ用素子と、第一の磁化層１４と第二の磁化層５５との間の反射回数を調整する調整部１１５と、を有している。また、調整部１１５は、磁気光学素子２３を調整するために、第一の基材１９及び第二の基材５９を支持する支持部材と、この支持部材を駆動する駆動部と、この駆動部を制御する制御部とを有している。図８には、支持部材の一部を図示している。
【００６２】
図９（ａ）に示すように、調整部１１５によって、第一の磁化層１４と第二の磁化層５５との間隔を狭めている。この事により、磁気光学素子２３を通過する光の反射の回数が多くなっている。一方、第一の磁化層１４と第二の磁化層５５との間隔を広げることにより、磁気光学素子２３を通過する光の反射の回数を減らすこともできる。
【００６３】
また、図９（ｂ）に示すように、調整部１１５によって磁気光学素子２３を傾けることにより、磁気光学素子２３への入射光ＩＲの入射角度を変えている。この事により、図９（ｂ）では、磁気光学素子２３を通過する光の反射の回数が多くなっている。一方、磁気光学素子２３を逆に傾けることにより、磁気光学素子２３を通過する光の反射の回数を減らすこともできる。
【００６４】
このようにして、調整部１１５によって、磁気光学素子２３を通過する光の反射の回数を変えることができると、用いる光の波長が異なった場合、一回の反射で生じるカー回転角Ｓｋが異なるので、異なった反射回数に対応した設計ができるようになる。したがって、異なった波長の光を用いた場合でも、同じ光アイソレータを用いることができる。
【００６５】
以上により、第一の磁化層１４と第二の磁化層５５との間の反射回数を調整する調整部１１５を有していることで、磁気光学素子２３を通過する光の反射の回数を変えることができる。この事により、異なった波長の光により異なった反射回数に設計される場合でも、用いる異なった波長の光に対して、同じ光アイソレータを用いることができる。
【００６６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。
【００６７】
＜変形例１＞
図１０は、本発明の第２実施形態の光アイソレータ用素子１０２の変形例１を説明する構成図である。変形例１は、第２実施形態の光アイソレータ用素子１０２に対し、第二の磁化層５５が形成されている第二の基材５９の面が異なっている。また、第二の基材５９は、透光性のある基材を用いている。これにより、反射光ＲＬの光路の一部を第二の基材５９にしているので、光アイソレータ用素子１０２と比較すると、磁気光学素子４３の厚みを小さくできる。
【００６８】
＜変形例２＞
図１１は、本発明の第１実施形態の光アイソレータ用素子１０１の第一の磁化層１４の変形例２を説明する構成図である。変形例２は、第１実施形態の光アイソレータ用素子１０１に対し、基材９及び第一の磁化層１４の構成が異なっていて、基材９に設けられた第一の磁化層１４を挟むようにして、磁性層Ｇ４ａ、磁性層Ｇ４ｂが設けられている。これにより、この両側の磁性層Ｇ４によって、磁気の流れが安定して、第一の磁化層１４の磁化Ｍを安定させ易くなる。このため、極カー効果の効果が充分に得られるようになり、入射光ＩＬを確実に回転偏光させられることができる。
【００６９】
＜変形例３＞
第３実施形態において、第二の磁化層５５が反射層１５であってもよい。
【００７０】
＜変形例４＞
変形例１において、第二の磁化層５５が反射層１５であってもよい。
【００７１】
＜変形例５＞
変形例１において、第一の基材１９に透光性のある基材を用いれば、第一の基材１９の反対側主面に第一の磁化層１４を設けても良い。
【００７２】
＜変形例６＞
変形例１において、第一の基材１９に透光性のある基材を用いれば、第一の基材１９を第二の基材５９に、第一の磁化層１４を第二の磁化層５５にと、入れ替えて構成しても良い。
【００７３】
＜変形例７＞
第４実施形態では、第２実施形態の光アイソレータ用素子１０２を用いたが、第１実施形態の光アイソレータ用素子１０１或いは第３実施形態の光アイソレータ用素子１０３を用いても良い。
【００７４】
本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変更して実施することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  第一の偏光子
２  第二の偏光子
１３、２３、３３、４３  磁気光学素子
１４  第一の磁化層
１５  反射層
５５  第二の磁化層
１６  磁性体
１７  多孔質層
１８  透光性基材
１９  第一の基材
５９  第二の基材
１０１、１０２、１０３  光アイソレータ用素子
１１１  光アイソレータ
１１５  調整部
ＭＤ１  第一の磁化方向
ＭＤ２  第二の磁化方向
ＩＬ  入射光
ＲＬ、ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３  反射光
【図１】
2012098485.tif 000003
【図２】
2012098485.tif 000004
【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】
2012098485.tif 000011
【図１０】
2012098485.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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