(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー回転子であって、
光の伝搬経路内に設けられた磁気光学結晶と；
光の伝搬経路に対して発生する磁界方向が第１の角度をなすように配置された、磁界強度の第１の温度係数を有する第１の永久磁石と；
光の伝搬経路に対して発生する磁界方向が前記第１の角度より大きな第２の角度をなすように配置された、前記第１の温度係数より大きな磁界強度の第２の温度係数を有する第２の永久磁石とを具備し；
前記第１及び第２の永久磁石の合成磁界の強度は前記磁気光学結晶における飽和磁界よりも大きくなるように設定されるとともに、
前記第１及び第２の永久磁石により発生された磁界の合成磁界によって前記磁気光学結晶を通過する光に生じるファラデー回転角が、温度変化にかかわらずほぼ一定に保たれることを特徴とするファラデー回転子。
【請求項２】
光の伝搬経路内に設けられ、温度上昇に対してファラデー回転角が減少する磁気光学結晶と、
光の伝搬経路に対して発生する磁界方向が第１の角度をなすように配置された、磁界強度の第１の温度係数を有する第１の永久磁石と；
光の伝搬経路に対して発生する磁界方向が前記第１の角度より大きな第２の角度をなすように配置された、前記第１の温度係数より大きな磁界強度の第２の温度係数を有する第２の永久磁石とを具備し；
前記第１及び第２の永久磁石の合成磁界の強度は前記磁気光学結晶における飽和磁界よりも大きくなるように設定されるとともに、
前記第１及び第２の永久磁石により発生された磁界の合成磁界の磁界方向と前記光の伝搬方向のなす角が、温度上昇に対して減少することを特徴とするファラデー回転子。
【請求項３】
前記第１の角度は０°であり、前記第１の永久磁石は光の伝搬方向と平行に配置されている請求項１または請求項２記載のファラデー回転子。
【請求項４】
前記第１及び第２の永久磁石は実質上互いに直交するように配置されている請求項３記載のファラデー回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファラデー回転子及びファラデー回転子を使用した光デバイスに関する。
【０００２】
ファラデー回転子は、光がその進行方向に平行な磁界の中を通過する際、偏光面が回転するというファラデー効果を利用して光の偏光状態の制御を行うためのデバイスである。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、ファラデー回転子は、磁化を有する磁気光学結晶と、この磁気光学結晶に磁化を生じさせるための永久磁石又は電磁石等から構成される磁界印加手段とからなり、磁化の生じた磁気光学結晶内部に光を通過させることにより、光の偏光面が回転される。磁気光学結晶を通過したことにより偏光面が回転した角度をファラデー回転角という。
【０００４】
ファラデー回転子は、磁界印加手段によって印加される磁界を制御することによって、磁気光学結晶内部に生じる光の進行方向と平行な磁化成分を変化させ、ファラデー回転角を制御できるため、偏光面の制御素子として多く利用されている。
【０００５】
ファラデー回転子を、波長板等の偏光変換素子や偏光子、偏光ビームスプリッタ等と組み合わせることにより、光アイソレータ、光アッテネータ、光スイッチ、光サーキュレータ等を含んだ様々な光デバイスを実現することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ファラデー回転子には、ファラデー回転角に温度依存性があり、室温を中心に目標とする回転角を設定すると、高温又は低温では目標回転角から回転角がずれ、その性能が劣化するという問題がある。
【０００７】
電磁石を用いてファラデー回転角を制御できるファラデー回転子も提案されているが、従来のファラデー回転子は温度変動に対してファラデー回転角を一定に制御することはできなかった。
【０００８】
また、従来提案されているファラデー回転子では、ファラデー回転角の制御は電流制御であった。通常の電子回路では、電圧で制御できることが望ましいが、電圧制御ファラデー回転子は提案されていない。
【０００９】
よって、本発明の目的は、温度変動に係わらずファラデー回転角を一定に制御できるファラデー回転子を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、ファラデー回転子であって、光の伝搬経路内に設けられた磁気光学結晶と；光の伝搬経路に対して発生する磁界方向が第１の角度をなすように配置された、磁界強度の第１の温度係数を有する第１の永久磁石と；光の伝搬経路に対して発生する磁界方向が前記第１の角度より大きな第２の角度をなすように配置された、前記第１の温度係数より大きな磁界強度の第２の温度係数を有する第２の永久磁石とを具備し；前記第１及び第２の永久磁石の合成磁界の強度は前記磁気光学結晶における飽和磁界よりも大きくなるように設定されるとともに、前記第１及び第２の永久磁石により発生された磁界の合成磁界によって前記磁気光学結晶を通過する光に生じるファラデー回転角が、温度変化にかかわらずほぼ一定に保たれることを特徴とするファラデー回転子が提供される。
【００１３】
好ましくは、第１の永久磁石はその磁界方向が光の伝搬方向と平行となるように配置されており、第２の永久磁石はその磁界方向が第１の永久磁石の磁界方向と直交するように配置されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明第１実施形態のファラデー回転子の斜視図が示されている。
【００１６】
ファラデー回転子２は、磁気光学結晶４と、磁気光学結晶４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６と電磁石８とを含んでいる。電磁石８にはコイル９が巻回されており、可変電流源１０によりコイル９に駆動電流が供給される。
【００１７】
光ビームが透過するのに十分な程度の厚さの比較的薄い磁気光学結晶４を用いることによって、飽和磁界（磁気光学結晶の磁化を飽和させる磁界の強さ或いはファラデー回転角を飽和させるのに必要とされる磁界の強さ）を小さくすることができる。
【００１８】
磁気光学結晶４としては、薄く切り出されたＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）やエピタキシャル結晶成長させた（ＧｄＢｉ）3 （ＦｅＡｌＧａ）5 Ｏ12等を用いることができる。
【００１９】
永久磁石６により磁気光学結晶４に印加される磁界の方向は磁気光学結晶４における光ビーム１２の透過方向と平行であり、電磁石８により磁気光学結晶４に印加される磁界の方向は磁気光学結晶４における永久磁石６による磁界印加方向及び光ビーム１２の透過方向に垂直である。
【００２０】
磁気光学結晶４に入射する光ビーム１２は直線偏光であり、その偏光方向はファラデー回転子２によりファラデー回転させられる。ファラデー回転角はファラデー回転子２を用いる目的によって異なり、光アイソレータの場合にはファラデー回転角は４５°に設定される。
【００２１】
永久磁石６及び電磁石８による合成磁界の強さは、磁気光学結晶４における飽和磁界よりも常に大きくなるように設定される。その理由は磁気光学結晶４の飽和磁界よりも小さな磁界が印加された場合には、磁気光学結晶４内に多数の磁区が生じ、各磁区間の界面おける光の散乱等の不都合が生じるからである。
【００２２】
以下の説明で用いるＸＹＺ直交三次元座標系において、Ｚ軸は磁気光学結晶４の透過光の伝搬方向と平行であり、Ｙ軸は磁気光学結晶４の厚み方向と平行である。即ち、この実施形態では、永久磁石６による印加磁界の方向はＺ軸に平行であり、電磁石８による印加磁界の方向はＸ軸に平行である。
【００２３】
図２は、図１に示されたファラデー回転子２において、磁気光学結晶４に与えられる磁界及び磁気光学結晶４の磁化の方向及び強さ（大きさ）を説明するための図である。
【００２４】
今、永久磁石６のみによって磁気光学結晶４に符号１０１で示されるように磁界が印加されている場合、磁気光学結晶４の磁化は符号１０２で示すようにＺ軸と平行になる。このときの印加磁界の強さ（磁界ベクトル１０１の長さ）は、磁気光学結晶４の磁化の強さ（磁化ベクトル１０２の長さ）が飽和するように設定される。
【００２５】
電磁石８による磁界が符号１０３で示されるようにＸ軸に平行に印加されると、合成磁界は符号１０４で示されるように磁界ベクトル１０１及び１０３の合成ベクトルとなる。
【００２６】
この合成磁界１０４により磁気光学結晶４には符号１０５で示されるような磁化が生じる。磁化ベクトル１０５と磁界ベクトル１０４は平行であり、磁化ベクトル１０５の長さは磁化ベクトル１０２の長さに一致する。
【００２７】
磁気光学結晶４の磁化の強さが一定であるからといって、磁気光学結晶４におけるファラデー回転への寄与度が同じであるとは限らない。ファラデー回転角が当該磁化の方向と光の伝搬方向の関係にも依存するからである。
【００２８】
即ち、磁化１０２が生じている状態と磁化１０５が生じている状態を比較すると、磁化１０２のＺ成分（磁化１０２そのもの）に対して磁化１０５のＺ成分１０６が減少している分だけ、後者のファラデー回転角は小さくなる。
【００２９】
上述したように、ファラデー回転角には温度依存性があり、室温でファラデー回転角を所定角度に設定すると、高温又は低温ではこの所定角度からのずれが生じ、ファラデー回転子の性能が劣化する。
【００３０】
例えば、磁気光学結晶４としてＹＩＧを採用した場合には、高温になるほどファラデー回転角は小さくなる。本実施形態のファラデー回転子２は、温度変動に応じて電磁石８のコイル９に流す電流を制御して、常に一定のファラデー回転角が得られるようにしたものである。
【００３１】
再び図１を参照すると、符号１４はサーミスタ等の温度センサを示しており、特に図示しないが温度センサ１４は熱伝導性のよい材料を介してファラデー回転子２に取り付けられている。
【００３２】
温度センサ１４で検出した検出温度はコントローラ１６に入力される。コントローラ１６は、例えばマイクロ・プロセッサ・ユニット（ＭＰＵ）から構成される。
【００３３】
コントローラ１６では温度変動による補正値を算出して、この補正値に基づいて可変電流源１０を制御する。コントローラ１６の機能を図３のフローチャートを参照して説明する。
【００３４】
まず、ステップ１１０においてファラデー回転角指示信号をコントローラ１６に入力する。例えば、ファラデー回転子２を光アイソレータとして使用する場合には、４５°のファラデー回転角となるような指示信号を入力する。
【００３５】
次に、ステップ１１１で温度センサ１４の電流値を取り込み、ステップ１１２でこの電流値を温度データに変換する。
ステップ１１３で温度センサ１４で検出した検出温度から標準温度（室温）を引き、温度差ΔＴを求める。ステップ１１４でΔＴにファラデー回転子の温度係数を掛けて、補正値を算出する（ステップ１１５）。
【００３６】
このファラデー回転子の温度係数は磁気光学結晶を構成する物質により定まるものであり、例えばＹＩＧは−０．０６°／°Ｃの温度係数を有している。この温度係数はプログラムに予め組み込まれている。
【００３７】
ステップ１１５で補正値を算出した後、ステップ１１６に進み駆動電流値を算出する。ファラデー回転角と駆動電流の関係はプログラム中にテーブルとして予め記憶されている。
【００３８】
この駆動電流値をステップ１１７で駆動回路（可変電流源１０）に入力し、電磁石８のコイル９に可変電流源１０からこの駆動電流を供給する。
このように、温度センサ１４で検出した温度変化に応じて、電磁石８のコイル９に流す電流を変化させるようにしたので、本実施形態のファラデー回転子２は温度変動に係わらず常に一定の所望とするファラデー回転角を得ることができる。
【００３９】
例えば、９０°回転子の場合、ファラデー回転子２の温度係数は約０．１°／°Ｃとなる。故に温度が２０°Ｃ変化すれば、ファラデー回転角は約２°変化する。４５°ファラデー回転子の場合には、温度が２０°Ｃ変化すればファラデー回転角は約１°変化する。
【００４０】
図４のグラフから、ファラデー回転角を６０°変化させるには約３６ｍＡの駆動電流が必要だから、ファラデー回転角を約１°変化させるためには０．６ｍＡの駆動電流の補正を必要とする。
【００４１】
この補正はプログラム中に組み込むことができる。ステップ１１６で駆動電流を算出する前に、ファラデー回転角を補正しておけば、補正動作を一回に減らすことができる。
【００４２】
図５を参照すると、上述したファラデー回転子２を光アッテネータに使用した場合の実施形態が示されている。光アッテネータ１７は光ファイバ１８と、レンズ２０と、テーパー状の複屈折結晶２２と、図１に示したファラデー回転子２とテーパー状の複屈折結晶２４と、レンズ２６と、光ファイバ２８とが図示しない光源の側からこの順序で配列して構成されている。
【００４３】
複屈折結晶２２及び２４の材質は例えばルチルであり、これらの形状は同じである。複屈折結晶２２の頂部及び底部はそれぞれ複屈折結晶２４の底部及び頂部に対向し、且つ対応する面は互いに平行である。
【００４４】
また、複屈折結晶２２及び２４の光学軸は紙面に垂直な平面内にあり、各光学軸の位置関係はアッテネータの零入力時の損失の設定による。以下の説明では零入力時に損失が最小になるように定めることとし、複屈折結晶２２の光学軸と複屈折結晶２４の光学軸が互いに平行であるとする。
【００４５】
符号３０はサーミスタ等の温度センサであり、温度センサ３０の検出温度はコントローラ３２に入力され、コントローラ３２で温度変動による駆動電流の変化を演算し、駆動回路３４を制御する。この制御方法は、上述したファラデー回転子２の制御方法と概略同様である。
【００４６】
光ファイバ１８の出射光はレンズ２０によりコリメートビームに変換され、このコリメートビームはビーム太さを無視して符号３６で示されている。ビーム３６は複屈折結晶２２において、その常光線に相当するビーム３８と異常光線に相当するビーム４０に分離される。ビーム３８の偏光方向とビーム４０の偏光方向は互いに直交している。
【００４７】
ビーム３８及び４０はファラデー回転子２で偏光方向をそれぞれ同じ角度だけ回転され、それぞれビーム３９及び４１になる。ビーム３９は複屈折結晶２４においてその常光線成分であるビーム４２と異常光線成分であるビーム４３に分離される。また、ビーム４１は複屈折結晶２４において、その異常光線成分であるビーム４４と常光成分であるビーム４５に分離される。
【００４８】
ビーム４２乃至４５がそれぞれ受けてきた屈折の履歴と複屈折結晶２２及び２４の形状及び配置形態とを考慮すると、ビーム４２とビーム４４は互いに平行であり、ビーム４３とビーム４５は互いに平行ではない。従って、ビーム４２乃至４５のうちビーム４２及び４４のみをレンズ２６により絞り込んで光ファイバ２８に入射させることができる。
【００４９】
さて、ビーム４２及び４４のトータルパワーとビーム４３及び４５のトータルパワーの比はファラデー回転子におけるファラデー回転角に依存する。
よって、目標とするアッテネーション値に応じてファラデー回転子２のファラデー回転角を制御することにより、光ファイバ１８から出射された光ビームを所望の減衰率で減衰させて光ファイバ２８に入力することができる。減衰率の制御は、ファラデー回転子２の電磁石のコイルに流す電流を駆動回路３４により調整することにより行う。
【００５０】
ところで、所望の減衰率を得たい場合にも温度変動が生じると、ファラデー回転子２のファラデー回転角は変化し、所望の減衰率を得ることができない。よって、本実施形態の光アッテネータでは温度センサ３０によりファラデー回転子２の周囲温度を検出し、この検出温度に応じて予めプログラムされたソフトウェアにより電磁石のコイルに流す駆動電流を制御する。
【００５１】
図６を参照して、温度変動に応じたファラデー回転角の制御方法について説明する。まず、ステップ２１０でアッテネーション値をコントローラ３２に入力すると、ステップ２１１でコントローラ３２はファラデー回転角指示信号を算出する。
【００５２】
次いでステップ２１２に進み、サーミスタ等の温度センサ３０で検出した電流値をコントローラ３２に取り込む。本フローチャートのステップ２１２からステップ２１８は図３に示したフローチャートのステップ１１１からステップ１１７に対応しているので、その説明を省略する。このように、ファラデー回転子２の電磁石の駆動電流を温度変動に応じて調整することにより、温度変動に係わらず所望とする減衰率を常に得ることができる。
【００５３】
次に図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して、ファラデー回転子２を光アイソレータに採用した場合について説明する。本実施形態の構成は、図５に示した光アッテネータの構成と実質上同一である。しかし、ファラデー回転子２のファラデー回転角は４５°に設定されており、このため駆動回路６４による駆動電流の調整幅は小さいものでよい。
【００５４】
光アイソレータ４６は、図７（Ａ）に示されるように、順方向の光の伝搬方向上流側にある光ファイバ４８と、光ファイバ４８から出射した光をコリメートビームにするレンズ５０と、ウェッジ状の複屈折結晶からなる偏光子５２と、回転角が４５°に設定されたファラデー回転子２と、ウェッジ状の複屈折結晶からなる偏光子５４と、レンズ５６と、光ファイバ５８とを備えており、これらの構成要素は光の進行方向にこの順序で配置されている。
【００５５】
偏光子５２及び５４は、偏光子５２の頂部及び底部がそれぞれ偏光子５４の底部及び頂部に対向し、且つ対応する面が互いに平行となるように設けられている。偏光子５２及び５４の配置関係は図５に示した光アッテネータの複屈折結晶２２及び２４の配置関係と逆であるが、どちらの配置関係も採用可能である。
【００５６】
偏光子５４の光学軸は偏光子５２の光学軸に対してファラデー回転子２における旋光の方向と同じ方向に４５°回転されている。そして、光ファイバ４８からの順方向の光がレンズ５０、偏光子５２、ファラデー回転子２及び偏光子５４をこの順序で通過してレンズ５６により焦点を結んだとき、この焦点が光ファイバ５８のコア端面内に位置するように設定されている。
【００５７】
更に、光ファイバ５８からの逆方向の光がレンズ５６、偏光子５４、ファラデー回転子２及び偏光子５２をこの順序で通過してレンズ５０により焦点を結んだとき、この焦点が光ファイバ４８のコア端面外に位置するようにされている。
【００５８】
しかして、光ファイバ４８から出射してレンズ５０でコリメートされたビームが偏光子５２に順方向で入射すると、偏光成分によって偏光子５２における屈折率が異なるので、入射光は常光線及び異常光線に分かれて別方向に屈折してファラデー回転子２に入射する。
【００５９】
偏光子５４の光学軸は偏光子５２の光学軸に対してファラデー回転子２における旋光の方向と同じ方向に４５°回転されているので、偏光子５２における常光線及び異常光線は、ファラデー回転子２でそれぞれ４５°旋光されて、偏光子５４においてもそれぞれ常光線及び異常光線となる。
【００６０】
従って、偏光子５４を透過した常光線及び異常光線は互いに平行となって出射される。この常光線及び異常光線のコリメートビームは、レンズ５６により収束されて光ファイバ５８に入射する。
【００６１】
一方、図示しない光コネクタ端面等で反射してきた反射帰還光は、図７（Ｂ）に示すように、偏光子５４に入射したあと、常光線及び異常光線に分かれて別方向に屈折され、ファラデー回転子２に入射して偏光面を４５°回転させられて出射する。
【００６２】
偏光面が４５°回転した偏光子５４における常光線は、偏光子５２において異常光線としての屈折をうける。また、偏光面が４５°回転した偏光子５４における異常光線は、偏光子５２において異常光線としての屈折を受ける。
【００６３】
従って、偏光子５２から逆方向に出射する光の進行方向は、順方向の光の進行方向とは異なる。そのため、逆方向の光をレンズ５０を通過させても、この光は光ファイバ４８には結合されない。
【００６４】
ところで、上述したようにファラデー回転子２のファラデー回転角は温度により変動し、室温においてファラデー回転子２の回転角を４５°に設定した場合にも、温度が変動するとこの回転角が変化し、十分な消光比の光アイソレータを実現することができない。
【００６５】
よって、本実施形態の光アイソレータ４６では、温度センサ６０によりファラデー回転子２の周囲温度を検出し、この検出温度をコントローラ６２に入力する。
【００６６】
コントローラ６２では上述したように検出温度に応じて駆動電流の補正値を算出し、この補正値に基づいて駆動回路６４を制御し、温度が変化してもファラデー回転角が常に４５°となるように電磁石のコイルに流す駆動電流を調整する。
【００６７】
次に、図８及び図９を参照してファラデー回転子２を光スイッチ７５に使用した場合の実施形態について説明する。図８において、符号７６，７８は水晶から形成された１／２波長板、８０，８２は方解石又はルチル等の平板状複屈折板である。
【００６８】
複屈折板８０は偏光分離膜８４を有する偏光プリズム８６とファラデー回転子２との間に挿入されている。１／２波長板７６は、偏光プリズム８６と複屈折板８０の間に複屈折板８０の下方部分に対向するように挿入されている。
【００６９】
複屈折板８２は、ファラデー回転子２と偏光分離膜８８を有する偏光プリズム９０の間に挿入されている。１／２波長板７８は、偏光プリズム９０と複屈折板８２の間に複屈折板８２の上方部分に対向するように挿入されている。
【００７０】
ファラデー回転子２は印加される磁界が光の進行方向と同一の場合には、偏光面を時計廻り方向に４５°回転し、逆方向の場合は偏光面を反時計廻りに４５°回転する。また、１／２波長板９２は偏光面を常に反時計廻り方向に４５°回転する。
【００７１】
今、ファラデー回転子２に印加される磁界を矢印方向にして、光ファイバ９４から偏光プリズム８６に光ビーム１２６を入射させると、光ビーム１２６は偏光プリズム８６によりＰ偏光１２８とＳ偏光１３２に分離される。
【００７２】
Ｐ偏光１２８は、１／２波長板７６を通過する際に偏光面が９０°回転されてＳ偏光となり、更に複屈折板８０，８２を通過する際に偏光分離膜８４に起因する漏話成分が点線で示すように屈折され並進ずれを生じる。
【００７３】
一方、Ｓ偏光１３０は、複屈折板８０，８２を通過する際に偏光分離膜８４に起因する漏話成分が点線で示すように屈折され並進ずれを起こす。更に、１／２波長板７８を通過する際に偏光面が９０°回転されてＰ偏光となる。
【００７４】
よって、Ｐ偏光は偏光分離膜８８を通過し、Ｓ偏光は偏光分離膜８８で反射されるので、ほとんどの光は光ビーム１３２として合成され、光ファイバ９６に結合される。
【００７５】
一方、偏光プリズム９０から上方に出射される点線で示した漏話成分は上述したように並進ずれを起こしているため、光ファイバ９８に結合されることはない。
【００７６】
ファラデー回転子２の印加磁界方向が図示矢印方向の場合には、ファラデー回転子２の旋光方向と１／２波長板９２の旋光方向は互いに逆方向となり旋光が相殺されるため、図８の場合には光ビームがファラデー回転子２及び１／２波長板９２を通過することによりその偏光面は何ら影響を受けることはない。
【００７７】
次に、図９に示すようにファラデー回転子２に印加する磁界方向を図８の印加方向と逆方向にして、光ファイバ９４から偏光プリズム８６に光ビーム１２６を入射させると、偏光プリズム８６により分離されたＰ偏光１２８及びＳ偏光１３０は、複屈折板８０を通過するまでは図８の状態と同様であるが、ファラデー回転子２及び１／２波長板９２を通過する際にその偏光面が９０°回転される。
【００７８】
よって、１／２波長板９２から出射するとＰ偏光１２８はＰ偏光のままであるが、Ｓ偏光１３０はＰ偏光となる。１／２波長板９２から出射した光は複屈折板８２を通過する際に屈折して点線で示す漏話成分と光路が一致する。
【００７９】
その後、１／２波長板７８を通過するＰ偏光は偏光面が９０°回転されてＳ偏光となり、偏光プリズム９０の偏光分離膜８８で反射される。一方、Ｐ偏光は偏光分離膜８８を通過し、合成ビーム１３４が光ファイバ９８に結合される。一方、偏光プリズム９０から右方向に出射する点線で示す漏話成分は並進ずれを起こしているため、光ファイバ９６に結合されることはない。
【００８０】
以上説明したように、偏光分離膜８４，８８の漏話が大きくても、漏話成分が光ファイバ９６，９８に結合されることはなく、光スイッチの漏話を低減することができる。
【００８１】
しかし、上述したようにファラデー回転子２の回転角は温度変動により変化する。よって、温度が変化したときにはファラデー回転角の変動に起因する漏話成分が発生することになる。
【００８２】
よって、本実施形態の光スイッチ７５では、温度センサ１２０でファラデー回転子２の温度を検出し、この検出温度をコントローラ１２２に入力する。コントローラ１２２では上述したように温度変動に起因する補正値を求め、この補正値に基づいた駆動電流を算出する。
【００８３】
駆動回路１２４がファラデー回転子２のコイルにこのようにして算出した駆動電流を供給することにより、温度変動に係わらず常に一定のファラデー回転角を得ることができる。これにより、ファラデー回転角の変動に起因する漏話を低減することができる。
【００８４】
次に図１０を参照して、本発明第２実施形態のファラデー回転子６６について説明する。ファラデー回転子６６は、例えばＹＩＧ等の磁気光学結晶６８と、光ビーム７４の伝搬経路に対して発生する磁界方向が第１の角度をなすように配置された第１の永久磁石７０と、光ビーム７４の伝搬経路に対して発生する磁界方向が第１の角度より大きな第２の角度をなすように配置された第２の永久磁石７２とから構成される。
【００８５】
本実施形態では、第１の永久磁石７０はその磁界方向が光ビーム７４の伝搬方向と平行となるように配置されており、第２の永久磁石７２はその磁界方向が第１の永久磁石７０の磁界方向と直交するように配置されている。
【００８６】
本実施形態のファラデー回転子６６では、２個の永久磁石７０，７２によって磁気光学結晶６８に磁界が印加され、合成磁界の方向が光ビーム７４の伝搬方向となす角度に応じてファラデー回転角が異なる。一般的に永久磁石の磁力は温度によって変動する。
【００８７】
本実施形態のファラデー回転子６６では、２個の永久磁石７０，７２を使用しているため、ファラデー回転角が変わる要因は、永久磁石７０，７２による合成磁界方向の変化と、温度変動に応じて変化する磁気光学結晶の物性である。この２つの要因のうち、物性によって定まるほうは通常は調整できない。
【００８８】
しかし、合成磁界方向の変化は２つの永久磁石７０，７２の組み合わせ方、永久磁石７０，７２で発生される磁界を磁気光学結晶６８に導くヨークの材質及び構造によって調整することが可能である。例えば、一般的に永久磁石は高温になると磁力が弱くなるものが多く、磁界強度の温度係数は磁石の組成により決定される。
【００８９】
また、磁気光学結晶は高温になるとファラデー回転角が小さくなるものが多く、ファラデー回転角の温度係数は磁気光学結晶の物性によって異なる。実用的な磁気光学結晶は選択の幅が狭いため、磁気光学結晶単体で所望のファラデー回転角の温度係数を達成することはほとんど不可能である。しかし、異なる特性を有する永久磁石７０，７２を用いることにより、所望のファラデー回転角の温度係数を達成することができる。
【００９０】
図１０に示したファラデー回転子６６において、第１の永久磁石７０は磁界強度の温度係数が小さく無視できる材料で作られているものとする。例えば、第１の永久磁石７０は、Ｓｍ−Ｃｏ系材料から形成されている。
【００９１】
第２の永久磁石７２は磁界強度の温度係数が大きく、高温になると磁界強度が落ちる材料から作られているものとする。例えば、第２の永久磁石７２は、ＮｄＦｅＢ系材料から形成されている。
【００９２】
一方、磁気光学結晶６８は一般的に高温になるとファラデー回転角は小さくなる。例えばＹＩＧでは、温度が１°Ｃ上昇する毎にファラデー回転角は約０．０６°減少する。本実施形態のファラデー回転子６６は温度変動があってもファラデー回転角をほぼ一定に維持できるものである。
【００９３】
図１１を参照して、本実施形態のファラデー回転子６６の作用を説明する。第１の永久磁石７０の磁界強度はＡであり、温度変動があってもその磁界強度はほぼ一定である。また、第１の永久磁石７０の磁界方向は光ビーム７４の伝搬方向に平行である。
【００９４】
一方、常温の状態では第２の永久磁石７２の磁界強度はＢ2 であり、合成磁界の方向と第１の永久磁石７０の磁界方向とのなす角はθ２である。この場合のファラデー回転角は、もし磁界方向が光の進行方向に一致した場合のファラデー回転角をθＦとしたときに、θＦ cosθ２となる。
【００９５】
高温になると、第２の永久磁石７２の磁界強度はＢ1 に減少する。よって、合成磁界の方向と第１の永久磁石７０の磁界方向とがなす角はθ２より小さいθ１となる。よって、このときのファラデー回転角はθＦ cosθ１となり、θＦが一定とすればθＦ cosθ２より大きくなる。
【００９６】
しかし、高温になるとファラデー回転角が小さくなる磁気光学結晶６８を使用しているため、θＦは高温になると小さくなる。よって、２つの永久磁石７０，７２の合成磁界の方向がファラデー回転に与える効果と、磁気光学結晶６８の温度係数の効果は反対方向に働く。
【００９７】
従って、適切なθ１とθ２を与える永久磁石を採用することにより、温度変動が磁気光学結晶６８のファラデー回転に与える影響を、２つの永久磁石７０，７２の合成磁界の方向の変化がファラデー回転に与える影響で相殺することができる。
【００９８】
永久磁石７０，７２と磁気光学結晶６８の間に軟磁性体のヨークを配置すると、軟磁性体の材質を適当に選択することにより、ファラデー回転の温度係数の調整が可能である。
【００９９】
磁気光学結晶６８及び永久磁石７０，７２の材質を適当に選択することにより、所望の大きさにファラデー回転角の温度係数を設定することが可能であり、温度に応じてファラデー回転角を変える必要がある光デバイスに適用できる。
【０１００】
図１２を参照すると、光アッテネータの第２実施形態のブロック図が示されている。電流駆動光アッテネータ１４０のハウジング１４２内には電圧−電流変換回路１４４が設けられている。この電圧−電流変換回路１４４で光アッテネータ１４０を駆動する。
【０１０１】
光アッテネータは光増幅器の内部などで光量の調整に用いられるが、調整のための制御信号は多くは電圧信号である。そこで、光アッテネータの制御は電圧信号で制御できることが望ましい。ハウジング１４２には制御信号端子１４６、電源端子１４８及びアース端子１５０が設けられている。符号１５２は光ビームを示している。
【０１０２】
図１３を参照して、電圧−電流変換回路１４４の実施形態について説明する。オペアンプ１６０の正相入力端１６４には制御信号入力端子１４６が接続されている。
【０１０３】
オペアンプ１６０の逆相入力端１６６とオペアンプ１６０の出力端との間には抵抗１６８が挿入されており、更にオペアンプ１６０の逆相入力端１６６は抵抗１７０を介して接地電位にプルダウンされている。
【０１０４】
オペアンプ１６０の出力はトランジスタ１７２のベースに供給され、ベース電圧の大きさに応じてファラデー回転子の電磁石１７４のコイル１７６に供給する駆動電流を制御する。
【０１０５】
以上の説明では、図１に示したファラデー回転子２を光アッテネータ、光アイソレータ及び光スイッチに適用した例について説明したが、本発明の応用例はこれに限定されるものではなく、ファラデー回転子を使用する光サーキュレータ、偏波コントローラ等の他の光デバイスにも同様に適用可能である。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明によれば、温度変動に係わらずファラデー回転角を常に一定に制御できるファラデー回転子を提供することができる。これにより、ファラデー回転子を用いた光デバイスの性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態に係るファラデー回転子の斜視図である。
【図２】図１における磁界及び磁化の説明図である。
【図３】ファラデー回転子の制御フローチャートである。
【図４】駆動電流とファラデー回転角との関係を示すグラフである。
【図５】光アッテネータの実施形態を示す図である。
【図６】光アッテネータの制御フローチャートを示す図である。
【図７】光アイソレータの実施形態を示す図である。
【図８】光スイッチの実施形態を示す図である。
【図９】光スイッチの実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るファラデー回転子の斜視図である。
【図１１】温度変化と合成磁界の関係を示す図である。
【図１２】光アッテネータの第２実施形態を示すブロック図である。
【図１３】電圧−電流変換回路を示す図である。
【符号の説明】
２，６６  ファラデー回転子
４，６８  磁気光学結晶
６，７０，７２  永久磁石
８  電磁石
１０  可変電流源
１４，３０，６０，１２０  温度センサ
１６，３２，６２，１２２  コントローラ
【図１】
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【図２】
0003773601.tif 000003
【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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