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JP2002311387A - 多段反射型ファラデー回転子 - Google Patents

多段反射型ファラデー回転子

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Publication number
JP2002311387A
JP2002311387A JP2001118523A JP2001118523A JP2002311387A JP 2002311387 A JP2002311387 A JP 2002311387A JP 2001118523 A JP2001118523 A JP 2001118523A JP 2001118523 A JP2001118523 A JP 2001118523A JP 2002311387 A JP2002311387 A JP 2002311387A
Authority
JP
Japan
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faraday rotator
faraday
wavelength
reflection type
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001118523A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Matsushita
毅 松下
Mitsuteru Inoue
光輝 井上
Hideki Kato
英樹 加藤
Akio Takayama
昭夫 高山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Minebea Co Ltd
Original Assignee
Minebea Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Minebea Co Ltd filed Critical Minebea Co Ltd
Priority to JP2001118523A priority Critical patent/JP2002311387A/ja
Priority to US10/123,230 priority patent/US6678092B2/en
Publication of JP2002311387A publication Critical patent/JP2002311387A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G02F2201/17—Multi-pass arrangements, i.e. arrangements to pass light a plurality of times through the same element, e.g. by using an enhancement cavity

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長帯域幅の拡大及び低廉化を図ることがで
きる多段反射型ファラデー回転子を提供する。 【解決手段】 多段反射型ファラデー回転子２０は、中
心波長（波長特性）がそれぞれλ１〜λ６である反射型
の第一〜第六のファラデー回転子２２ａ〜２２ｆを有し
ている。入射光は、反射を繰り返しながら、第一〜第六
のファラデー回転子２２ａ〜２２ｆに入射し、光の波長
と一致した中心波長を有するファラデー回転子でファラ
デー回転が生じる。ファラデー回転子２２ａ〜２２ｆ
は、反射型であり出射光の帯域幅は透過型と比較して広
くなる上、各中心波長が異なっているので、実効的な波
長範囲が広くなる（波長帯域幅の拡大が図れる）。波長
帯域幅の拡大のために従来技術で必要とされた高価な光
学部品を用いなくて済むので、装置の低廉化を図ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信、
光記録、光計測システム等に用いられる光アイソレー
タ、光サーキュレータを構成する多段反射型ファラデー
回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザを光源とした光ファイバ通
信システム、特に高速ディジタル伝送やアナログ直接変
調方式による光システムにおいては、光ファイバ回路中
に使用している光コネクタ接続点や光回路部品等からの
反射光が半導体レーザや光増幅器に戻ると、周波数特性
の劣化や雑音の発生のために高品質な伝送が困難とな
る。この反射光を除去する目的で光アイソレータが使用
されている。
【０００３】光アイソレータは、一定の偏光面の光のみ
を通過させる一対の偏光子及び検光子と、光の偏光面を
４５度回転させるファラデー回転子と、ファラデー回転
子に磁場を印加する永久磁石とから大略構成されてい
る。
【０００４】光アイソレータの構成部材のうち、光アイ
ソレータの性能に大きく影響するのはファラデー回転子
である。そして、ファラデー回転子には、偏光面を４５
度回転させるのに必要な素子長が短いこと及び光透過率
が大きいことが要求される。これまで、ファラデー回転
子としては、イットリウム鉄ガーネット(YIG) バルク単
結晶（厚みが約２ｍｍ）と、イットリウムの一部を磁気
光学性能指数の大きいビスマスで置換したビスマス置換
希土類鉄ガーネット(BiYIG)厚膜単結晶（厚みが数百μ
ｍ）からなるもの等がある。最近では、光アイソレータ
の小型化に有利であることから、BiYIG厚膜単結晶が多
く使用されている。
【０００５】また、近年では、光の局在による磁気光学
効果（ファラデー効果はこの磁気光学効果の一種であ
る。）のエンハンスメントをおこす１次元磁性フォトニ
ック結晶からなるファラデー回転子（磁気光学体）も提
案されている。この１次元磁性フォトニック結晶からな
るファラデー回転子（磁気光学体）は、厚みが数μｍ程
度で大きなファラデー回転角を得ることができることか
ら、光アイソレータの大幅な小型化と低価格化が達成で
きると期待されている。
【０００６】この１次元磁性フォトニック結晶とは、１
種類以上の誘電体薄膜と磁気光学薄膜をファブリペロー
共振器構造を構成するように積層したものである。特
に、屈折率が異なる２種類の誘電体薄膜を積層した周期
的誘電体多層膜二組で磁気光学薄膜を挟み込んだ膜構造
とすることにより、優れた磁気光学効果の増大が確認さ
れている。
【０００７】ところで、このような単純な構造では、周
期的誘電体多層膜の積層数を多くしてファラデー回転角
を大きくすると光の透過率が減少するという問題が発生
する。この点の対策としては、ファブリペロー共振器を
誘電体薄膜を介して多段接続することが有効であること
が示されている。しかし、この方法は積層数の大幅な増
加をもたらし製造コストの増加を招いていた。
【０００８】この様な状況下で、本発明者らは、誘電体
薄膜と磁気光学薄膜からなる積層膜を積層した方向の最
上面か最下面に金属反射膜を形成して、金属反射膜が形
成されていない側から入射した光を、金属反射膜が存在
する側で反射させるファラデー回転子（反射型積層膜フ
ァラデー回転子）を発明した。そして、本構造（反射型
積層膜ファラデー回転子）の最適化を検討した結果、従
来の透過型のファラデー回転子よりも大幅に少ない積層
数で良好な磁気光学特性を得ることができた。また、反
射型積層膜ファラデー回転子は、反射機能を発揮するた
めに、必ずしも金属反射膜を用いなくてもよく、誘電体
多層膜の構成によって、良好な反射特性を有することが
できる。
【０００９】金属反射膜を用いた反射型積層膜ファラデ
ー回転子の膜構造を図１４に示し、また、その反射型積
層膜ファラデー回転子を用いた光アイソレータの構成例
を図１５に示す。図１４及び図１５において、光アイソ
レータ１は、一定の偏光面の光のみを通過させる一対の
偏光子２及び検光子３と、光の偏光面を４５度回転させ
る反射型積層膜ファラデー回転子４と、反射型積層膜フ
ァラデー回転子４に磁場を印加する永久磁石(図示省略)
とから大略構成されている。反射型積層膜ファラデー回
転子４は、基板５と、基板５上に形成された積層膜６と
から大略構成されている。積層膜６は、２種類の誘電体
薄膜７，８からなる周期的誘電体多層膜９，１０二組
と、該二組の周期的誘電体多層膜９，１０に挟まれた磁
気光学薄膜１１と、図１４下側の周期的誘電体多層膜９
の基板５側に形成された金属反射膜１２とから構成され
ている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、通信容量の
拡大の観点から、一本の光ファイバに複数の波長の光を
伝送する波長多重伝送方式（ＷＤＭ：Wavelength Divis
ion Multiplexing）が主流になってきている。波長間隔
は、０．４〜１．６ｎｍであるから、４０チャンネルの
ＷＤＭでは、６０ｎｍの波長帯域が必要になる。このた
め、光アイソレータ、ひいてはファラデー回転子におい
ても、少なくとも６０ｎｍの波長帯域が必要になる。そ
の帯域幅は更に拡大する方向でＷＤＭシステムの開発が
進められている。
【００１１】しかしながら、積層膜から構成されたファ
ラデー回転子（積層膜ファラデー回転子）は、動作する
波長範囲が狭いことから、個々の波長には対応できるも
のの、一つのファラデー回転子をもって広い波長範囲に
対応することは困難である。積層膜ファラデー回転子の
波長帯域幅の拡大策として、本発明者らは、入射光の波
長に依存して積層膜への入射位置と角度を変えられる機
能を有した光学部品を用いる方法を特願２０００−３１
２００３で提案している。この光学部品は、具体的には
プリズム分光器や回折格子であり、その作製には特殊な
設計と加工技術を必要とし、ファラデー回転子のコスト
の上昇を招いていた。また、ファラデー回転子を構成す
る積層膜の更なる積層数の低減も求められていた。
【００１２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、波長帯域幅の拡大及び低廉化を図ることができる多
段反射型ファラデー回転子を提供することを目的とす
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る多段反射
型ファラデー回転子の発明は、少なくとも磁気光学薄膜
と１種類以上の誘電体薄膜とから構成される積層膜から
なり、かつ反射特性を有するファラデー回転子を複数個
備え、該複数個のファラデー回転子はその波長特性が異
なると共に、前記複数個のファラデー回転子に関して、
一のファラデー回転子からの反射光の他のファラデー回
転子への入射が連続して順次行われるように多段配置し
たことを特徴とする。
【００１４】請求項２に係る多段反射型ファラデー回転
子の発明は、少なくとも磁気光学薄膜と１種類以上の誘
電体薄膜とから構成される膜厚が連続的に又はステップ
状に変化する積層膜からなり、かつ反射特性を有するフ
ァラデー回転子と、該ファラデー回転子の積層膜と向か
い合う位置に配置されて前記ファラデー回転子からの反
射光を入射して反射する少なくとも一つの反射体とを備
えたことを特徴とする。請求項３に係る多段反射型ファ
ラデー回転子の発明は、少なくとも磁気光学薄膜と１種
類以上の誘電体薄膜とから構成される膜厚が一定の積層
膜からなり、かつ反射特性を有するファラデー回転子
と、該ファラデー回転子の積層膜と一定の角度をもって
向かい合うように配置されて前記ファラデー回転子から
の反射光を入射して反射する少なくとも一つの反射体と
を備えたことを特徴とする。
【００１５】請求項４記載の発明は、請求項２または請
求項３記載の構成において、前記積層膜及び前記反射体
は、透光性基板の一面及び該一面と反対側の面にそれぞ
れが対向するように形成されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項２から請求項４までのい
ずれかに記載の構成において、前記反射体に代えて、少
なくとも磁気光学薄膜と１種類以上の誘電体薄膜とから
構成される積層膜からなり、かつ反射特性を有するファ
ラデー回転子を設けたことを特徴とする。請求項６記載
の発明は、請求項１から請求項５までのいずれかに記載
の構成において、前記積層膜は、屈折率が異なる２種類
の誘電体薄膜からなる周期的誘電体多層膜二組と、該二
組の周期的誘電体多層膜に挟まれた磁気光学薄膜と、前
記一組の周期的誘電体多層膜の前記磁気光学薄膜と接触
している面の反対面に形成され、光を反射する金属薄膜
とからなることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の第１実施の形態
に係る多段反射型ファラデー回転子２０を図１及び図２
に基づいて説明する。なお、図１４および図１５に示す
部材及び部分と同等の部材及び部分については同一の符
号を付し、その説明は適宜、省略する。
【００１７】この第１実施の形態の説明に先だって、第
１実施の形態に係る多段反射型ファラデー回転子２０が
用いる反射型積層膜ファラデー回転子（以下、適宜反射
型ファラデー回転子という。）及び透過型積層膜ファラ
デー回転子（以下、適宜、透過型ファラデー回転子とい
う。）の波長特性等について、図１２及び図１３に基づ
いて説明する。反射型ファラデー回転子におけるファラ
デー回転角の波長帯域幅は、透過型ファラデー回転子と
同様に狭いが、出射光の帯域幅は透過型ファラデー回転
子と比較して非常に広いという性質がある。
【００１８】中心波長を１３００ｎｍとして設計した代
表的な透過型ファラデー回転子の波長特性を図１２(１)
及び（２）に示し、中心波長を１３００ｎｍとして設計
した代表的な反射型ファラデー回転子の波長特性を図１
２(３)及び（４）に示す。ファラデー回転に関しては、
透過型ファラデー回転子及び反射型ファラデー回転子と
も、それぞれ図１２（１）及び(３)に示すように、波長
１３００ｎｍ（この波長を中心波長と呼ぶ。）近傍のみ
で生じる。
【００１９】これに対して、出射光（透過型ファラデー
回転子の場合は透過光、反射型ファラデー回転子の場合
は反射光）に関しては、透過型ファラデー回転子の場合
には、図１２（２）に示すように、１３００ｎｍの近傍
のみで１００％の出射光が得られる。一方、反射型ファ
ラデー回転子の場合には、図１２（４）に示すように、
１２００〜１５００ｎｍの広い波長範囲で１００％の出
射光が得られるようになっている。
【００２０】従って、後述するように個々の波長（波長
特性、中心波長）の異なる反射型ファラデー回転子を複
数多段接続する（全反射を繰り返しながら、全てのファ
ラデー回転子に光が入射するようにする）と、入射した
光は、その入射した光の波長と一致した中心波長を有す
るファラデー回転子〔反射型ファラデー回転子〕を通過
（反射）する際にファラデー回転が生じる。それ以外
（入射した光の波長と一致した中心波長を有するもの以
外）のファラデー回転子〔反射型ファラデー回転子〕で
は、ファラデー回転はほとんど生ずることなく、光の損
失も伴わず反射する。従って、多段接続されたファラデ
ー回転子〔反射型ファラデー回転子〕全体として見てみ
ると、図１３に示すように、実効的な波長範囲が広いフ
ァラデー回転子とみなすことが可能となる。図１３中、
λ１〜λ６は、第１実施の形態の第一〜第六のファラデ
ー回転子がそれぞれ有する中心波長（波長特性）に対応
している。
【００２１】第１実施の形態に係る多段反射型ファラデ
ー回転子２０は、図１及び図２に示すように、一定の偏
光面の光のみを通過させる一対の偏光子２及び検光子３
と、当該多段反射型ファラデー回転子２０に磁場を印加
する永久磁石(図示省略)と共に、光アイソレータ２１を
構成している。多段反射型ファラデー回転子２０は、６
つの反射型ファラデー回転子（以下、第一のファラデー
回転子２２ａ、第二のファラデー回転子２２ｂ、第三の
ファラデー回転子２２ｃ、第四のファラデー回転子２２
ｄ、第五のファラデー回転子２２ｅ、第六のファラデー
回転子２２ｆという）を有している。第一〜第六のファ
ラデー回転子２２ａ〜２２ｆはそれぞれλ１〜λ６（λ
１＜λ２＜λ３＜λ４＜λ５＜λ６）の中心波長（波長
特性）を有している。第一〜第六のファラデー回転子２
２ａ〜２２ｆは、後述する積層膜２４を有し、その積層
膜２４を構成する各層の膜厚は、前記中心波長と多層膜
〔当該積層膜２４〕への入射角度を考慮して決めてい
る。なお、第一〜第六のファラデー回転子２２ａ〜２２
ｆの基本的な膜構造（成分など）については、同等構成
を有しており、以下、その構成を第一のファラデー回転
子２２ａを例にして説明する。
【００２２】第一のファラデー回転子２２ａ（第二〜第
六のファラデー回転子２２ｂ〜２２ｆ）は、基板２３
と、基板２３上に形成された積層膜２４とから大略構成
されている。積層膜２４は、低屈折率誘電体薄膜２５
〔SiO2、屈折率１．４２〕及び高屈折率誘電体薄膜２６
〔Ta2O5、屈折率２．１４〕の２種類の誘電体薄膜から
なる周期的誘電体多層膜二組（便宜上、図２下側のもの
を第１組周期的誘電体多層膜２７といい、図２上側のも
のを第２組周期的誘電体多層膜２８という。）と、第１
組、第２組周期的誘電体多層膜２７，２８に挟まれた磁
気光学薄膜２９〔ビスマス置換希土類ガーネット（BiYI
G）、屈折率２．３６〕と、第１組周期的誘電体多層膜
２７の基板２３側に形成された金属反射膜３０〔Al〕と
から構成されている。なお、金属反射膜３０は、磁気光
学薄膜に磁場を印加するSmCo等の硬磁性薄膜から構成さ
れていてもよい。また、基板２４が磁気光学薄膜に磁場
を印加するフェライト磁石等の硬磁性体から構成されて
いてもよい。
【００２３】第１組周期的誘電体多層膜２７は膜構造
が、（Ta2O5/SiO2）Y多層膜とされ、また、第２組周期
的誘電体多層膜２８は、（SiO2/Ta2O5）X多層膜（但し
Ｘ＜Ｙ）とされている。第一のファラデー回転子２２ａ
（第二〜第六のファラデー回転子２２ｂ〜２２ｆ）は、
各膜構造を上述したように構成したことにより、全体の
膜構造が、（SiO2/Ta2O5）X／BiYIG／（Ta2O5/SiO2）Y
／Al（但しＸ＜Ｙ）とされている。
【００２４】第一のファラデー回転子２２ａ（第二〜第
六のファラデー回転子２２ｂ〜２２ｆ）の作製は、初め
に基板２３にAl〔金属反射膜３０〕を１００ｎｍ以上成
膜する。この場合、基板２３は透光性を有するものでな
くてもよい。Alの成膜方法としては、スパッタ、蒸着等
の薄膜作製技術を適用できる。
【００２５】続いて、光の入射角を考慮して例えば光学
長がλ／４（λは光の波長）〔この光学長は所望の中心
波長を確保するため、ファラデー回転子毎に決める〕の
低屈折率誘電体薄膜２５〔SiO2〕を成膜し、次に、例え
ば光学長がλ／４の高屈折率誘電体薄膜２６〔Ta2O5〕
〔この光学長は所望の中心波長を確保するため、ファラ
デー回転子毎に決める〕を形成する。この工程をＹ回繰
返すことにより、第１組周期的誘電体多層膜２７〔（Ta
2O5/SiO2）Y多層膜〕が作製される。
【００２６】次に、第１組周期的誘電体多層膜２７の上
に例えば光学長がλ／２〔この光学長は所望の中心波長
を確保するため、ファラデー回転子毎に決める〕のBiYI
G〔磁気光学薄膜２９〕を形成する。この場合も、スパ
ッタ、蒸着等の薄膜作製技術を適用できるが、光学長の
制御と共に所定のファラデー効果が得られるように磁気
光学薄膜２９の組成を正確に制御することが大切であ
る。磁気光学薄膜２９にBiYIGを用いた場合、成膜直後
はアモルファス構造をなして磁性を持たないため、高温
熱処理して結晶化させる必要がある。熱処理は、２種類
の誘電体薄膜の組合せと熱処理温度によっては通常の電
気炉を用いて行うことができるし、その熱処理に伴って
発生する多層膜構造や金属反射膜の乱れが問題となる場
合には、本発明者らが特願平１１−２８３５１２号で提
案した赤外線ビーム加熱装置を用いてもよい。
【００２７】次に、ファブリペロー共振器のもう一方の
反射鏡の役割をなす第２組周期的誘電体多層膜２８
〔（SiO2/Ta2O5）X多層膜〕を形成することにより積層
膜２４の作製は終了する。
【００２８】以上の工程で作製された積層膜２４を、ダ
イシングマシン等を用いて所定の大きさに切断すること
により、膜構造が上記（SiO2/Ta2O5）X／BiYIG／（Ta2O
5/SiO2）Y／Al（但しＸ＜Ｙ）とされたファラデー回転
子２２（第一〜第六のファラデー回転子２２ａ〜２２
ｆ）が完成する。反射型ファラデー回転子（第一〜第六
のファラデー回転子２２ａ〜２２ｆ）は、極力、光の損
失が発生しない構造の積層膜を用いる必要があるが、本
実施の形態では、積層膜２４を図２に示すような上記膜
構造とすることにより、光の損失を抑えることができ
る。
【００２９】多段反射型ファラデー回転子２０は、第
一、第三、第五のファラデー回転子２２ａ，２２ｃ，２
２ｅについて、その第２組周期的誘電体多層膜２８を同
一方向（図１上側）に向けて、この順に配置する一方、
第二、第四、第六のファラデー回転子２２ｂ，２２ｄ，
２２ｆについて、第２組周期的誘電体多層膜２８を図１
下側（第一、第三、第五のファラデー回転子２２ａ，２
２ｃ，２２ｅ側）に向けて配置している。第一、第三、
第五のファラデー回転子２２ａ，２２ｃ，２２ｅと第
二、第四、第六のファラデー回転子２２ｂ，２２ｄ，２
２ｆとは図１上下方向に所定距離を空けて配置され、か
つ相互に図１左右方向にずれて（例えば第二のファラデ
ー回転子２２ｂは図１左右方向で第一、第三のファラデ
ー回転子２２ａ，２２ｃの間に入るように）配置されて
いる。
【００３０】上述したように各ファラデー回転子（第一
〜第六のファラデー回転子２２ａ〜２２ｆ）を配置する
ことにより、偏光子２からの光が、第一のファラデー回
転子２２ａに入射して反射され、第一のファラデー回転
子２２ａからの反射光が第二のファラデー回転子２２ｂ
に入射して反射され、以下、同様にして、第三〜第六の
ファラデー回転子２２ｃ〜２２ｆで光の入射及び反射が
行われ、第六のファラデー回転子２２ｆからの反射光が
検光子３に入射するようになっている。すなわち、第一
〜第六のファラデー回転子２２ａ〜２２ｆは、一のファ
ラデー回転子からの反射光の他のファラデー回転子への
入射が連続して順次行われるように多段配置されたもの
になっている。
【００３１】上述したように構成した多段反射型ファラ
デー回転子２０では、外部から入射した光（偏光子２か
らの光）は、反射を繰り返しながら、いずれのファラデ
ー回転子（第一〜第六のファラデー回転子２２ａ〜２２
ｆ）にも入射することになり、光の波長と一致した中心
波長を有するファラデー回転子でファラデー回転が生じ
ることになる。すなわち、λ１の波長の光に対しては、
中心波長（波長特性）がλ１である第一のファラデー回
転子２２ａでファラデー回転が生じ、また、λ２の波長
の光に対しては、中心波長がλ２である第二のファラデ
ー回転子２２ｂでファラデー回転が生じ、以下、同様
に、λ３〜λ６の波長の光に対しては、中心波長がλ３
〜λ６である、第三〜第六のファラデー回転子２２ｃ〜
２２ｆでそれぞれファラデー回転が生じることになる。
【００３２】また、光が他のファラデー回転子〔光の波
長と一致しない中心波長を有するファラデー回転子、例
えばλ１の波長の光に対する第一のファラデー回転子２
２ａ（λ１）以外の第二〜第六のファラデー回転子２２
ｂ〜２２ｆ〕を通過（反射）する際には、ファラデー回
転は生じず、光は損失を生じることなく通過する。
【００３３】さらに、第一〜第六のファラデー回転子２
２ａ〜２２ｆは、反射型ファラデー回転子であり、図１
２及び図１３を用いて説明したように、第一〜第六のフ
ァラデー回転子２２ａ〜２２ｆにおける出射光の帯域幅
は透過型ファラデー回転子と比較して非常に広く、例え
ば１２００〜１５００ｎｍの広い波長範囲で１００％の
出射光が得られるという性質がある。
【００３４】また、中心波長がλ１〜λ６であってそれ
ぞれ波長（中心波長）がそれぞれ異なる第一〜第六のフ
ァラデー回転子２２ａ〜２２ｆを複数多段接続した（全
反射を繰り返しながら、全ての第一〜第六のファラデー
回転子２２ａ〜２２ｆに光が入射するようにした）の
で、上述したように、入射した光は、その入射した光の
波長と一致した中心波長を有するファラデー回転子〔反
射型ファラデー回転子〕を通過（反射）する際にファラ
デー回転が生じる一方、それ以外（入射した光の波長と
一致した中心波長を有するもの以外）のファラデー回転
子〔反射型ファラデー回転子〕では、ファラデー回転は
ほとんど生ずることなく、光の損失も伴わず反射する。
このため、多段接続された第一〜第六のファラデー回転
子２２ａ〜２２ｆ〔多段反射型ファラデー回転子２０〕
全体として、図１３を用いて説明したように、実効的な
波長範囲が広くなる、すなわち波長帯域幅の拡大を図る
ことができる。
【００３５】さらに、波長帯域幅の拡大のために従来技
術で必要とされたプリズム分光器や回折格子等の高価な
光学部品を用いることなく、比較的簡易な構成で波長帯
域幅の拡大を果たすことができるので、光学部品を用い
なくて済む分、装置の低廉化を図ることができる。前記
第１実施の形態では、中心波長（波長特性）がそれぞれ
λ１、 … 、λ６である第一〜第六のファラデー回転
子２２ａ〜２２ｆを設けた場合を例にしたが、予め入射
するレーザ光の波長がわかっている場合には、それぞれ
の波長に中心波長を合せたファラデー回転子を配置する
ように構成してもよい。
【００３６】第１実施の形態の多段反射型ファラデー回
転子２０の第二、第四、第六のファラデー回転子２２
ｂ，２２ｄ，２２ｆに代えて、図３に示すように，第
一、第三、第五のファラデー回転子２２ａ，２２ｃ，２
２ｅの積層膜と向かい合う位置に配置されて第一、第
三、第五のファラデー回転子２２ａ，２２ｃ，２２ｅか
らの反射光を入射して反射する少なくとも１枚の反射体
４１（複数枚としてもよい。）を設けるように構成して
もよい（第２実施の形態）。なお、反射体としては、光
学研磨された金属板であってもよく、また光学研磨され
たガラス基板に金属あるいは誘電体多層膜からなる反射
膜が形成されたものであってもよい。金属はＡｌ以外に
も磁気光学薄膜に磁場を印加するSmCo等の硬磁性薄膜で
あってもよい。
【００３７】この第２実施の形態も、前記第１実施の形
態と略同様に、実効的な波長範囲が広くなる、すなわち
波長帯域幅の拡大を図ることができると共に、比較的簡
易な構成で波長帯域幅の拡大を果たすことができ、ひい
ては装置の低廉化を図ることができる。
【００３８】第１実施の形態の多段反射型ファラデー回
転子２０の第二、第四、第六のファラデー回転子２２
ｂ，２２ｄ，２２ｆは、それぞれ中心波長がそれぞれ、
λ２、λ４、λ６である場合を例にしたが、これに代え
て、図４に示すように、第二、第四、第六のファラデー
回転子２２ｂ１，２２ｄ１，２２ｆ１が中心波長λ１、
λ２、λ３を有するものを用い、第一、第三、第五のフ
ァラデー回転子２２ａ，２２ｃ，２２ｅ及び第二、第
四、第六のファラデー回転子２２ｂ１，２２ｄ１，２２
ｆ１の各ファラデー回転角をそれぞれ２２．５度とする
ように構成してもよい（第３実施の形態）。
【００３９】この第３実施の形態も、前記第１実施の形
態と略同様に、実効的な波長範囲が広くなる、すなわち
波長帯域幅の拡大を図ることができると共に、比較的簡
易な構成で波長帯域幅の拡大を果たすことができ、また
各ファラデー回転子を構成する積層膜の積層数を低減で
き、ひいては装置の低廉化を図ることができる。
【００４０】次に、本発明の第４実施の形態の多段反射
型ファラデー回転子２０を図５に基づいて説明する。第
４実施の形態の多段反射型ファラデー回転子２０は、図
５に示すように、１枚の基板２３ａ上に形成され、膜厚
が図５左側（偏光子２側）から右側〈検光子３側〉にな
るに従って厚くなるように連続的に変化する積層膜２４
ａからなり、かつ反射特性を有する１つのファラデー回
転子２２１と、ファラデー回転子２２１の積層膜２４ａ
と向かい合う位置に配置されてファラデー回転子２２１
からの反射光を入射して反射する一つ（複数であっても
よい。）の反射体４１とから、大略構成されている。反
射体４１は、基板２３ａと平行に配置されている。積層
膜２４ａの一端側（図５左側）に一定の角度をもって入
射した光が、積層膜２４ａと反射体４１との間で反射を
繰り返し、最終的には積層膜２４ａの他端側（図５右
側）から出射するように構成している。
【００４１】前記第２実施の形態の多段反射型ファラデ
ー回転子２０（図３）では、個々の波長に対応した３つ
のファラデー回転子（第一、第三、第五のファラデー回
転子２２ａ，２２ｃ，２２ｅ）を設け、ファラデー回転
子を個別に備えたものになっているが、第４実施の形態
（図５）では、膜厚が連続的に異なるように構成した積
層膜２４ａからなる１つのファラデー回転子２２１を設
けて入射した光の個々の波長に対応するようにしてい
る。すなわち、第４実施の形態の多段反射型ファラデー
回転子２０では、積層膜２４ａでの反射を繰り返す度
に、反射する位置での積層膜２４ａの厚みが変化するこ
とになり、入射した光の波長に対応した積層膜２４ａの
厚み（光学長）の位置でファラデー回転が生じる。この
第４実施の形態も、前記第１実施の形態と略同様に、実
効的な波長範囲が広くなる、すなわち波長帯域幅の拡大
を図ることができると共に、比較的簡易な構成で波長帯
域幅の拡大を果たすことができ、ひいては装置の低廉化
を図ることができる。
【００４２】上記第４実施の形態では、直接積層膜２４
ａに光を入射させるようにした場合を例にしたが、これ
に代えて、図６に示すように、積層膜２４ａが形成され
ている透光性基板５０を介して光を入射させるように構
成してもよい（第５実施の形態）。この場合には、透光
性基板５０の積層膜２４ａが形成されている反対の面に
反射体４１を設ければよい。反射体４１としては、金属
あるいは誘電体多層膜等の薄膜状のものがよい。金属に
は、磁気光学薄膜に磁場を印加するSmCo等の硬磁性薄膜
も適用できる。なお、図６に示すように、偏光子２及び
検光子３に関して、透光性基板５０における光が入射す
る面及び透光性基板５０における光が出射する面にそれ
ぞれを直接に設けるようにしてもよい。この第５実施の
形態では、上述したように積層膜２４ａ及び反射体４１
を配置したことにより、積層膜２４ａ及び反射体４１
は、透光性基板５０の一面（図６下側の面）及び該一面
と反対側の面（図６上側の面）にそれぞれが対向するよ
うに形成されたものになっている。
【００４３】この第５実施の形態も、前記第１実施の形
態と略同様に、実効的な波長範囲が広くなる、すなわち
波長帯域幅の拡大を図ることができると共に、比較的簡
易な構成で波長帯域幅の拡大を果たすことができ、ひい
ては装置の低廉化を図ることができる。
【００４４】前記第５実施の形態の構成において、反射
体４１に代えて、磁気光学薄膜２９及び少なくとも１種
類の誘電体薄膜から構成される積層膜からなり、かつ反
射特性を有するファラデー回転子を設けるように構成
(図示省略)してもよい。
【００４５】前記第４実施の形態の多段反射型ファラデ
ー回転子２０では、ファラデー回転子２２１が、膜厚が
一方側から他方側になるに従って連続的に厚くなる積層
膜２４ａからなり、かつ反射特性を有するものである場
合を例にしたが、これに代えて、図７に示すように、膜
厚が一方側から他方側になるに従ってステップ状に厚く
なる積層膜２４ｂからなり、かつ反射特性を有するファ
ラデー回転子２２２を用いるように構成してもよい（第
６実施の形態）。この第６実施の形態も、前記第４実施
の形態と略同様に、実効的な波長範囲が広くなる、すな
わち波長帯域幅の拡大を図ることができると共に、比較
的簡易な構成で波長帯域幅の拡大を果たすことができ、
ひいては装置の低廉化を図ることができる。
【００４６】前記第４実施の形態の構成(図５)におい
て、反射体４１に代えて、図８に示すように、磁気光学
薄膜２９及び少なくとも１種類の誘電体薄膜から構成さ
れる積層膜２４ｃからなり、かつ反射特性を有するファ
ラデー回転子２２３を設けるように構成してもよい（第
７実施の形態）。この第７実施の形態も、前記第４実施
の形態と略同様に、実効的な波長範囲が広くなる、すな
わち波長帯域幅の拡大を図ることができると共に、比較
的簡易な構成で波長帯域幅の拡大を果たすことができ、
ひいては装置の低廉化を図ることができる。
【００４７】前記第４実施の形態（図５）では、ファラ
デー回転子２２１の積層膜２４ａとして、膜厚が図５左
側（偏光子２側）から右側〈検光子３側〉になるに従っ
て厚くなるように連続的に変化するものを用いたが、こ
れに代えて、図９に示すように、膜厚が、偏光子２側
（図９左側）及び検光子３側〈図９右側〉で薄く、中央
部になるに従い厚くなる積層膜２４ｄを設けてファラデ
ー回転子２２４を構成するようにしてもよい（第８実施
の形態）。この第８実施の形態も、前記第４実施の形態
と略同様に、実効的な波長範囲が広くなる、すなわち波
長帯域幅の拡大を図ることができると共に、比較的簡易
な構成で波長帯域幅の拡大を果たすことができ、ひいて
は装置の低廉化を図ることができる。また、第８実施の
形態（図９）において、積層膜２４ｄの膜厚を左右対称
に増減させた場合には、多段反射する光を積層膜２４ｄ
内の同じ膜厚の箇所を左右で２回通過（反射）させるこ
とができる。この場合には、一回の通過（反射）で生じ
るファラデー回転角は２２．５度でよく、従って積層膜
の積層数を低減できる。
【００４８】次に、本発明の第９実施の形態の多段反射
型ファラデー回転子２０を図１０に基づいて説明する。
第９実施の形態の多段反射型ファラデー回転子２０は、
図１０に示すように、１枚の基板２４ａ上に形成され、
膜厚が一定の積層膜２４ｅからなり、かつ反射特性を有
するファラデー回転子２２５と、ファラデー回転子２２
５の積層膜２４ｅと一定の角度をもって向かい合うよう
に配置されてファラデー回転子２２５からの反射光を入
射して反射する一つ（複数であってもよい。）の反射体
４１とから、大略構成されている。
【００４９】積層膜２４ｅの一端側（図１０左側）に一
定の角度をもって入射した光が、積層膜２４ｅと反射体
４１との間で反射を繰り返し、最終的には積層膜２４ｅ
の他端側（図１０右側）から出射するように構成してい
る。第９実施の形態の多段反射型ファラデー回転子２０
では、積層膜２４ｅでの反射を繰り返す度に、多層膜
（積層膜２４ｅ）への入射位置が変わると共に、反射体
４１が積層膜２４ｅと平行でないことから、多層膜（積
層膜２４ｅ）への入射角度が変わることになる。
【００５０】そして、入射角度が変わることにより、光
学長が変わり、光学長が変わることによりファラデー回
転子２２５としての中心波長が変わる。従って、入射し
た光の波長と中心波長が一致した位置（入射角度）でフ
ァラデー回転が生じることになる。その他の反射点で
は、ファラデー回転は生じることがなく、全反射を繰り
返した後、積層膜２４ｅの他端側から出射光として取り
出すことができる。なお、光学特性の微調整が行なえる
ように、反射体と積層膜の位置関係を微調整する機械的
な機構を設けてもよい。
【００５１】この第９実施の形態も、前記第１実施の形
態と略同様に、実効的な波長範囲が広くなる、すなわち
波長帯域幅の拡大を図ることができると共に、比較的簡
易な構成で波長帯域幅の拡大を果たすことができ、ひい
ては装置の低廉化を図ることができる。
【００５２】上記第９実施の形態（図１０）では、直接
積層膜２４ｅに光を入射させるようにした場合を例にし
たが、これに代えて、図１１に示すように、積層膜２４
ｅが形成されている透光性基板５０ａを介して光を入射
させるように構成してもよい（第１０実施の形態）。こ
の場合には、透光性基板５０ａの積層膜２４ｅが形成さ
れている反対の面に反射体４１を設ければよい。なお、
図１１に示すように、偏光子２及び検光子３に関して、
透光性基板５０ａにおける光が入射する面及び透光性基
板５０ａにおける光が出射する面にそれぞれを直接に設
けるようにしてもよい。
【００５３】この第１０実施の形態も、前記第１実施の
形態と略同様に、実効的な波長範囲が広くなる、すなわ
ち波長帯域幅の拡大を図ることができると共に、比較的
簡易な構成で波長帯域幅の拡大を果たすことができ、ひ
いては装置の低廉化を図ることができる。
【００５４】前記第１０実施の形態の構成において、反
射体４１に代えて、少なくとも磁気光学薄膜と１種類以
上の誘電体薄膜とから構成される積層膜からなり、かつ
反射特性を有するファラデー回転子を設けるように構成
(図示省略)してもよい。
【００５５】
【発明の効果】請求項１または請求項６に記載の発明に
よれば、外部から入射した光は、反射を繰り返しなが
ら、複数個のファラデー回転子に入射し、光の波長と一
致した中心波長を有するファラデー回転子でファラデー
回転が生じることになる。複数個のファラデー回転子
は、反射特性を有して（すなわち、反射型であり）出射
光の帯域幅は透過型ファラデー回転子と比較して広くな
る上、各波長特性（中心波長）が異なっているので、実
効的な波長範囲が広くなる、すなわち波長帯域幅の拡大
を図ることができる。波長帯域幅の拡大のために従来技
術で必要とされたプリズム分光器や回折格子等の高価な
光学部品を用いることなく、比較的簡易な構成で波長帯
域幅の拡大を果たすことができるので、装置の低廉化を
図ることができる。
【００５６】請求項２、請求項４、請求項５及び請求項
６のいずれかに記載の発明によれば、積層膜での反射を
繰り返す度に、反射する位置での積層膜の厚みが変化す
ることになり、入射した光の波長に対応した積層膜の厚
み（光学長）の位置でファラデー回転が生じる。
【００５７】請求項３、請求項４、請求項５及び請求項
６のいずれかに記載の発明によれば、積層膜での反射を
繰り返す度に、積層膜への入射位置が変わると共に、反
射体が積層膜と平行でないことから、積層膜への入射角
度が変わり、これに伴い光学長ひいてはファラデー回転
子としての中心波長が変わることになる。また、多段反
射構造の場合には、一回の反射で必ずしも４５度のファ
ラデー回転を生じさせる必要はなく、複数回の反射の総
計としてファラデー回転角が４５度となればよいことか
ら積層数を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る多段反射型ファ
ラデー回転子を模式的に示す図である。
【図２】図１の多段反射型ファラデー回転子を構成する
個々のファラデー回転子の膜構造を模式的に示す断面図
である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係る多段反射型ファ
ラデー回転子を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第３実施の形態に係る多段反射型ファ
ラデー回転子を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第４実施の形態に係る多段反射型ファ
ラデー回転子を模式的に示す図である。
【図６】本発明の第５実施の形態に係る多段反射型ファ
ラデー回転子を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第６実施の形態に係る多段反射型ファ
ラデー回転子を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第７実施の形態に係る多段反射型ファ
ラデー回転子を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第８実施の形態に係る多段反射型ファ
ラデー回転子を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の第９実施の形態に係る多段反射型フ
ァラデー回転子を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の第１０実施の形態に係る多段反射型
ファラデー回転子を示す工程図である。
【図１２】反射型積層膜ファラデー回転子及び透過型積
層膜ファラデー回転子におけるファラデー回転角及び出
射光率を比較して示す図である。
【図１３】反射型積層膜ファラデー回転子を多段接続し
た場合に得られる実効的な波長帯域幅を説明するための
図である。
【図１４】従来の反射型積層膜ファラデー回転子の膜構
造の一例を模式的に示す断面図である。
【図１５】従来の反射型積層膜ファラデー回転子を用い
て構成される光アイソレータの一例を示す図である。
【符号の説明】
２０ 多段反射型ファラデー回転子 ２２ａ〜２２ｆ 第一〜第六のファラデー回転子 ２２１，２２２，２２３，２２４，２２５ ファラデー
回転子 ２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ 積
層膜 ２９ 磁気光学薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 英樹 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社浜松製作所内 (72)発明者 高山 昭夫 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社浜松製作所内 Ｆターム(参考） 2H079 AA03 AA12 BA02 EA00 GA01 KA14 2H099 AA01 BA02 CA11

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも磁気光学薄膜と１種類以上の
    誘電体薄膜とから構成される積層膜からなり、かつ反射
    特性を有するファラデー回転子を複数個備え、該複数個
    のファラデー回転子はその波長特性が異なると共に、前
    記複数個のファラデー回転子に関して、一のファラデー
    回転子からの反射光の他のファラデー回転子への入射が
    連続して順次行われるように多段配置したことを特徴と
    する多段反射型ファラデー回転子。
  2. 【請求項２】 少なくとも磁気光学薄膜と１種類以上の
    誘電体薄膜とから構成される膜厚が連続的に又はステッ
    プ状に変化する積層膜からなり、かつ反射特性を有する
    ファラデー回転子と、該ファラデー回転子の積層膜と向
    かい合う位置に配置されて前記ファラデー回転子からの
    反射光を入射して反射する少なくとも一つの反射体とを
    備えたことを特徴とする多段反射型ファラデー回転子。
  3. 【請求項３】 少なくとも磁気光学薄膜と１種類以上の
    誘電体薄膜とから構成される膜厚が一定の積層膜からな
    り、かつ反射特性を有するファラデー回転子と、該ファ
    ラデー回転子の積層膜と一定の角度をもって向かい合う
    ように配置されて前記ファラデー回転子からの反射光を
    入射して反射する少なくとも一つの反射体とを備えたこ
    とを特徴とする多段反射型ファラデー回転子。
  4. 【請求項４】 請求項２または請求項３記載の構成にお
    いて、前記積層膜及び前記反射体は、透光性基板の一面
    及び該一面と反対側の面にそれぞれが対向するように形
    成されていることを特徴とする多段反射型ファラデー回
    転子。
  5. 【請求項５】 請求項２から請求項４までのいずれかに
    記載の構成において、前記反射体に代えて、少なくとも
    磁気光学薄膜と１種類以上の誘電体薄膜とから構成され
    る積層膜からなり、かつ反射特性を有するファラデー回
    転子を設けたことを特徴とする多段反射型ファラデー回
    転子。
  6. 【請求項６】 請求項１から請求項５までのいずれかに
    記載の構成において、前記積層膜は、屈折率が異なる２
    種類の誘電体薄膜からなる周期的誘電体多層膜二組と、
    該二組の周期的誘電体多層膜に挟まれた磁気光学薄膜
    と、前記一組の周期的誘電体多層膜の前記磁気光学薄膜
    と接触している面の反対面に形成され、光を反射する金
    属薄膜とからなることを特徴とする多段反射型ファラデ
    ー回転子。
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