光学装置的制造方法
光学装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光学装置，具体地设及利用法拉第旋转器的光学装置的小型化技 术。
【背景技术】
[0002] 在利用光纤作为传媒的光通信网络中，设置有将电信号转换为光信号后输送到光 通信网络的传送器，W及将光信号转换为电信号的接收器等各种装置（W下，称之为"光通 信装置"）。
[0003] 在运些光通信装置的光信号输入口或输出口，连接有调节光信号强度的光学衰减 器，或者连接有防止光信号返回光源方向的光隔离器等光学装置。而很多运样的光学装置 都W周知的法拉第旋转器为主体而构成。
[0004] 法拉第旋转器是由磁性石恼石单晶体等磁光材料构成的旋光元件，W及给该旋光 元件施加磁场的加磁装置等构成。加磁装置可W控制磁场的方向和大小，通常由永久磁体 和电磁体构成。该永久磁体在垂直于旋光元件的光输入面和输出面的方向施加永久磁场， 使旋光元件达到磁饱和。该电磁体给旋光元件施加与所述永久磁体的磁场正交的可变磁 场。在下述的专利文献1和2中记载有现有的法拉第旋转器的结构和工作原理。在专利文献3 中，记载有利用法拉第旋转器的现有光学衰减器，W及有关提高光学衰减器性能的技术。
[0005] <专利文献>
[0006] 专利文献1:日本专利公报特开平9-236784号。
[0007] 专利文献2:日本专利公报特开平6-51255号。
[000引专利文献3:日本专利公报特开2000-249997号。
[0009] <发明所要解决的技术问题>
[0010] 为了减少设置光通信装置及光学装置的空间，要求光通信装置和光学元件实现小 型化。针对运种要求，不仅可W考虑将光学装置及光通信装置本体小型化而实现，也可W考 虑通过将复数个装置的一体化而实现。在光通信的传输线上，光通信装置的前段或后段连 接有各种光学装置，将光学装置和光通信装置一体化，就可W减少光通信网络中设置光学 装置的空间。但是，光学装置一般在收纳有光学部件(双折射元件、旋光元件等)的壳体的两 端连接有光纤准直器，使其前后伸出有一段光纤，即形成"尾纤式"。运种光学装置的光纤通 常与构成光通信网络的光纤用烙接等方式进行连接。因此，如果将光学装置内装到光通信 装置中，需要为连接在光学装置的光纤留有空间。而在光通信装置内留出光纤的空间，必然 加大光通信装置的尺寸。
[0011] 因此，可W考虑采用自由空间型光学装置。也就是说，在光通信装置内不使用光纤 传输光信号，而是用准直光(光束)通过空间传输信号，并在光通信装置内的光路上设置构 成光学装置的光学部件。由于自由空间型光学装置不使用光纤，所W可W省去为光纤留出 的空间。另外，还可W消除在光纤的烙接处发生的损失，从而提高光信号的传输效率。
[0012] 如上所述，自由空间型光学装置可W减少光通信网络中设置光学装置的空间。但 是，对于收容有光学装置的光通信装置也有小型化的要求。运使将具有法拉第旋转器的光 学装置设置到光通信装置内变得更困难。具体的讲，尽管沿光路的直线方向，可W省去为设 置光纤而留出的空间，但是法拉第旋转器带有为使旋光元件达到磁饱和而施加偏置磁场的 永久磁体，W及产生可变磁场控制法拉第旋转角的电磁体，所W缩小与光路垂直的方向的 尺寸比较困难。当然，伴随着小型化，还需要维持光学装置的性能。
[0013] 本发明的主要目的是，对于具有法拉第旋转器的光学装置，在不降低其性能的情 况下实现其小型化。
【发明内容】
[0014] 为达到上述目的，本发明提供一种具备法拉第旋转器的光学装置，
[0015] 所述法拉第旋转器具有由磁光材料构成的旋光元件、两个永久磁体W及电磁体，
[0016] 设定光行进的方向为前后方向，所述旋光元件的前后具有所述光的输入面和输出 面，在其左右具有相互平行的面，
[0017] 所述两个永久磁体为平板状，W不同磁极相对的方式分别安装在所述旋光元件的 左右侧面，对所述旋光元件施加向左或向右的永久磁场，
[0018] 具有在前后方向的全长范围支持安装有所述永久磁体的所述旋光元件的轴部，
[0019] 所述电磁体主要由在所述轴部的周围缠绕导线而形成的、W前后方向为轴的线圈 构成，其对所述旋光元件施加前后方向的可变磁场。
[0020] 优选所述旋光元件由偶数个磁光晶体膜在前后方向叠加构成，前后相邻的所述磁 光晶体膜的晶面互为180°。
[0021] 所述光学装置还可W在所述线圈的前端，W同轴的方式连接有由中空圆筒形永久 磁体构成的圆筒磁体，
[0022] 在所述圆筒磁体的内侧，设置有由磁光材料构成、前后具有光输入面和输出面的 补偿膜，
[0023] 在所述圆筒磁体发生于中空圆筒内的前后方向的磁场的作用下，所得到的所述补 偿膜的法拉第旋转角，与在圆筒磁体的后方漏磁的作用下，所得到的所述旋光元件的法拉 第旋转角之和为90°，
[0024] 所述电磁体的可变磁场的方向是抵消所述漏磁的方向。
[0025] 进而还可W在所述补偿膜与所述旋光元件之间夹有前后开口的框状间隔器。
[00%]上述任一种光学装置还可W具有支架，
[0027] 所述轴部的前端和后端相对于所述线圈的前端和后端向前方和后方突出，
[0028] 所述支架从下方支持所述轴部的突出部位，将所述线圈的轴维持在水平。
[0029] 所述轴部可W是中空圆筒形，也可W是具有下方的底面和左右的侧面，其前后方 向的断面形状是将下方作为底部的C字形。所述轴部也可W是将下方作为底部、上方开放 的箱型，为露出所述旋光元件的所述光的输入面和输出面，在其前面和后面设有开口。另 夕h所述轴部还可W是左右相对的平板状，从左右夹持安装有所述永久磁体的所述旋光元 件。
[0030] <发明的效果>
[0031] 本发明的光学装置能够在维持性能的同时实现小型化。作为自由空间型光学装置 通过内装在与光通信相关的各种装置内，能够减小光通信网络中设置光学装置的空间。
【附图说明】
[0032] 图IA是表示本发明第1实施例的光学装置的示意图。
[0033] 图IB是表示本发明第1实施例的光学装置的示意图。
[0034] 图IC是表示本发明第1实施例的光学装置的示意图。
[0035] 图2是表示第1实施例光学装置尺寸的示意图。
[0036] 图3A是表示本发明第2实施例的光学装置的示意图。
[0037] 图3B是表示本发明第2实施例的光学装置的示意图。
[0038] 图3C是表示本发明第2实施例的光学装置的示意图。
[0039] 图4是说明第2实施例光学装置的工作原理的示意图。
[0040] 图5A是表示第2实施例光学装置性能的图。
[0041 ]图5B是表示第2实施例光学装置性能的图。
[0042] 图6A是表示本发明第3实施例的光学装置的示意图。
[0043] 图6B是表示本发明第3实施例的光学装置的示意图。
[0044] 图6C是表示本发明第3实施例的光学装置的示意图。
[0045] 图7A是表示第3实施例的变形例的示意图。
[0046] 图7B是表示第3实施例的变形例的示意图。
[0047] 图8A是表示第3实施例的其他变形例的示意图。
[0048] 图8B是表示第3实施例的其他变形例的示意图。
[0049] 图9A是为了比较第1~第3实施例、W及第3实施例的变形例的光学装置的尺寸的 示意图。
[0050] 图9 B是为了比较第1~第3实施例、W及第3实施例的变形例的光学装置的尺寸的 示意图。
[0051] 图9C是为了比较第1~第3实施例、W及第3实施例的变形例的光学装置的尺寸的 示意图。
[0052] 图10是表示本发明其他实施例的光学装置的示意图。
[0化3] <附图中的标记>
[0化4] Ia~If光学装置；10、10c~IOf轴部;20、20c~20f线圈部;30a、30b、30d光学元件； 31旋光元件;32、33双折射元件(起偏器或检偏器）；34磁光晶体膜;35永久磁体;36双折射元 件(相位器）；37补偿膜;38间隔器;40圆筒形永久磁体;50支座。
【具体实施方式】
[0化日]本申请基于2013年8月9日提交的日本专利申请（【申请号】2013-165965)主张优先 权，并援用该申请的内容。
[0056] 下面结合附图对本发明的实施例进行说明。在W下说明的附图中，对相同的或类 似的部分附有相同的标记，并有省略重复说明的情况。
[0057] ===第1实施例===
[0058] 图1A、图1B、图IC表示本发明第1实施例的光学装置Ia的结构。图IA是表示光学装 置la外观的立体图。图IB是表示光学装置la的内部结构的局部解剖立体图。图IC是构成光 学装置Ia的光学元件30a的立体图。W下，为了明确地表示光学装置Ia中各部位的相对位置 关系，W通过光学装置Ia的光的行进方向为前后方向，并如图所示，规定前后左右上下各个 方向。图1A、图1B、图IC是从右上方观看光学装置Ia时的立体图。
[0059] 如图IA所示，光学装置Ia由轴部10、线圈部20W及光学元件30a构成。轴部10由中 空圆筒形的树脂构成，具有前后方向的圆筒轴。线圈部20与轴部10同轴设置在其外部，呈中 空圆筒形。光学元件30a保持在轴部10的中空圆筒内。光学元件30a主要由在前后具有光束 输入面和输出面的复数个光学部件(31~33)构成。而且，从轴部10前后的任一个端面（11、 12)的开口输入的光束，将透过构成光学元件30a的各个光学部件(31~33)，从另一个端面 (12、11)的开口输出。
[0060] 图IB是从左方观看轴部10和线圈部20的断面图（W下，也称其为"纵断面图"）。如 图IB所示，线圈部20是将导线21W轴部10为轴缠绕的线圈。在线圈部20的表面覆盖有绝缘 带22。收容在轴部10内部的光学元件30a包括构成法拉第旋转器的旋光元件31和双折射元 件(32、33)，^及永久磁体35。旋光元件31由磁光材料构成。双折射元件(32、33)由金红石单 晶等构成。永久磁体35给旋光元件31施加永久磁场。
[0061] 光学元件30a的各个光学部件(31~33)从前后方向观看时，是在左右上下方向各 有一边的正方形。光学元件30a是将光学部件（31~33)沿前后方向叠加而构成。具体地讲， 如图IC所示，在前端和后端设有双折射元件（32、33)，而在前后的双折射元件(32、33)之间 设有方柱形旋光元件31。前后的双折射元件(32、33)实质上相同，其前后方向的一个端面是 W前后方向为法线的平坦面，另一端面是斜面，是所谓"模形双折射元件"。运前后两个双折 射元件(32、33)相对的内侧的面为平坦面，朝向外侧的面为斜面。另外，前后两个双折射元 件(32、33)的配置关系相当于W前后方向为轴相对旋转180°，使两者的斜面方向相反。
[0062] 旋光元件31是将偶数个平板状磁光晶体膜34沿前后方向叠加，而形成的W前后方 向为轴的方柱形。分别在旋光元件31的左右侧面，W不同磁极相对的方式用粘结剂粘贴有 平板状永久磁体35。旋光元件31、永久磁体35W及线圈部20构成法拉第旋转器。永久磁体35 对旋光元件31在左右方向上施加一个方向的偏置磁场，线圈部20对旋光元件31在前后方向 上施加可变磁场。
[0063] 在旋光元件31中，前后相邻的磁光晶体膜34W晶向相反的方式叠加在一起。运样， 即使薄板状永久磁体35不能产生强大的磁场，也可W使每个磁光晶体膜34达到接近磁饱和 的状态。而且，即使每个磁光晶体膜34没有达到完全磁饱和，前后的磁光晶体膜34相互作 用，使磁光特性相互抵消，也可W使旋光元件31整体实质上达到磁饱和状态。当然，如果有 可W产生强大磁场的板状永久磁体或者有费尔德常数很大的磁光物质，也可W用一体的方 柱形磁光物质构成磁光晶体部。第1实施例的光学装置Ia作为光学衰减器工作，其光学部件 (31~33)的设置、基本工作原理、W及穿过光学装置Ia前后的光束的光路等，都与记载在专 利文献1~3的现有的光学衰减器相同。第1实施例的光学装置Ia的特征在于，在产生可变磁 场的线圈部20的内部，设置了由磁光晶体膜34构成的方柱形旋光元件31和施加偏置磁场的 平板状永久磁体35。运个特征可W使光学装置Ia在上下左右方向的尺寸实质上缩小到线圈 部20的外径尺寸，解决了光学装置Ia难W设置到光通信装置内部的问题。
[0064] 图2表示从前方观看实际制作的第1实施例的光学装置Ia的各个部分的尺寸。构成 光学元件30a的光学部件(31~33)，从前后方向观看时的平面形状是边长a = lmm的正方形。 安装在旋光元件31的左右的永久磁体是薄板状(例如，厚度为10WI1)。轴部10的内周(1) 1具有 与光学元件30a的外周相接的尺寸。轴部10的外径(62为2.02mm。在轴部10的外围，通过缠绕 导线形成有厚度t = lmm的线圈部20。所W，光学装置Ia形成一个总体的外径(63约为4.02mm 的极细的圆筒形，使其能够作为自由空间型光学装置设置到小型化的各种光通信装置内 部。
[00化]二二二第2实施例===
[0066] 第1实施例的光学装置Ia是具有最基本结构的实施例。根据组装到光通信装置中 的形态W及所要求的性能，光学装置还有在基本结构上附加几个光学部件的实施形态。所 W，作为第2实施例的光学装置，例举在基本结构上附加几个光学部件的光学装置。
[0067] 图3A、图3B、图3C是第2实施例的光学装置Ib的结构图。图3A是表示该光学装置Ib 外观的立体图。图3B是将光学装置Ib的局部剖开的立体图。图3C是构成光学装置Ib的光学 元件30b的立体图。在第2实施例中，也像第1实施例那样规定了光学装置化的前后上下左右 各个方向。第2实施例的光学装置Ib是具有能够补偿法拉第旋转器(20、31、35)的法拉第旋 转角的波长相关性W及溫度相关性的结构（W下，也称其为"补偿部"）的光学衰减器。如图 3A所示，光学装置化的外观形状是在线圈部20的前方连接有中空圆筒形的铁氧体永久磁体 (W下，也称"圆筒磁体"）40。另外，如图3B所示，与第1实施例相同，线圈部20是在线圈的表 面覆盖绝缘带22而构成，该线圈是在中空圆筒形的轴部10的周围缠绕导线21形成的。圆筒 磁体40与轴部10同轴设置，两者的中空部具有相同的内径，在线圈部20与圆筒磁体40相连 接的状态下，两者的中空部形成一个连续的中空圆筒。在该中空圆筒的部分收纳有光学元 件 30b。
[0068] 如图3C所示，光学元件30b由W下光学部件从前向后顺序设置而构成:作为起偏器 的模形双折射元件32、由磁光晶体膜构成的补偿膜37、旋光元件31、作为检偏器的模形双折 射元件33、W及用于补偿相位差的厚板状双折射元件36。
[0069] 在此对光学元件30b W及各个光学部件(31~33、36、37)进行更详细的说明。与第1 实施例相同，旋光元件31是将偶数个磁光晶体膜34沿前后方向叠加而成，形成方柱形，在其 左右侧面安装有平板状永久磁体35。第2实施例的光学元件30b与第1实施例的光学元件30a 的不同点在于，在前方的双折射元件3 2和旋光元件31之间插入了由磁光晶体构成的补偿膜 37。另外，第2实施例的光学装置化是偏振无关型光学装置，由于使用双折射元件(32、33)作 为起偏器和检偏器，输入到光学元件30b的光束将分为对应于寻常光和非常光的相互垂直 的两个线偏振光，通过光学元件30b内部。众所周知，在寻常光与非常光之间会发生起源于 相位差的偏振模色散(PMD)。因此，第2实施例在后方双折射元件33的后侧追加了起相位差 板作用的厚板状双折射元件（W下，也称为"相位器"）36。此外，尽管不是光学部件，在补偿 膜37和旋光元件31之间插入了前后开口的矩形框状的间隔器38。
[0070] 在上述构造的光学元件30b中，补偿膜37设置在圆筒磁体40内，由圆筒磁体40和补 偿膜37构成补偿部。补偿膜37将从前方输入的线偏振光旋转相应的角度后从后方输出，该 旋转角对应于圆筒磁体40所施加的前后方向的永久磁场的大小。运个旋转角根据旋光元件 31的法拉第旋转角的波长相关性W及溫度相关性而设定。有关光学衰减器中的补偿膜37对 波长相关性W及溫度相关性的补偿原理，在前述的专利文献3中有所记载。
[0071] 如上所述，在第2实施例的光学装置lb中，构成光学元件30b的光学部件(31~33、 36、37)的种类、数量W及配置等与W往的尾纤式光学装置相同。但是，第2实施例光学装置 Ib在将第1实施例的光学装置Ia的概念扩展到具有补偿部的光学装置时，其组成、构造 、W 及适于运种组成、构造的可变磁场的施加方法上具有特征，该特征不仅可W确实地消除法 拉第旋转器对波长W及溫度的相关性，而且能够实现小型化。
[0072] 在第2实施例的光学装置Ib中，法拉第旋转器的外形实质上与圆筒形线圈部20- 致，而且补偿部的外形也与圆筒磁体40-致。光学装置Ib整体具有将圆筒形的线圈部20和 圆筒磁体40前后相连接的外形。所W，虽然与第1实施例相比，由于追加了圆筒磁体40和相 位器36,导致前后方向的尺寸加大，但是构成光学元件30b的光学部件(31~33、36、37)的排 列与尾纤式相同，光学元件30b在前后方向的尺寸并没有变大。与在光学元件的前后两端设 有光纤准直器W及与其相连接的光纤的尾纤式光学装置相比，实现了大幅度的小型化。当 然，在上下左右方向的尺寸与第1实施例相同，是圆筒形线圈部20的直径尺寸。
[0073] 在第2实施例的光学装置化中，有必要将补偿膜37准确地设置在圆筒磁体40内部 的前后方向的中间位置，W便对其施加前后均等的永久磁场。为此，需要将补偿膜37和旋光 元件31分开设置。在运个例子中，两者之间需要1~1.2mm的间隔。当然可W将补偿膜37固定 在圆筒磁体40的内面。本实施例则是在补偿膜37与旋光元件31之间插入矩形框状间隔器 38,而准确的设置补偿膜37的前后位置。即使在框状间隔器38的前后端面胶接补偿膜37和 旋光元件31时可能有粘结剂流出，该粘结剂也将附着在间隔器38的内面，不会发生流出的 粘结剂遮挡光路的情况。
[0074] 在光学装置Ib中，圆筒磁体40与发生可变磁场的线圈部20W紧密结合的方式设置 在前后方向上。为控制旋光元件31的法拉第旋转角由线圈部20发生的可变磁场，W及为赋 予补偿膜37-定的法拉第旋转角由圆筒磁体40发生的永久磁场，作为前后方向的磁场，都 将施加到旋光元件31。由圆筒磁体40发生的永久磁场的磁束的一部分将成为漏磁流入线圈 部20内。因此，第2实施例是在考虑了圆筒磁体40与线圈部20的连接结构的基础上，设置补 偿部的法拉第旋转角。
[0075] 图4是说明为补偿膜37设定法拉第旋转角的方法的示意图。图4是从右侧观看的剖 面图，表示了圆筒磁体40和线圈部20发生的磁场的状态。在此，设圆筒磁体40的前端为討及， 后端为N极。如图4所示，由圆筒磁体40生成的前后方向的磁场(Ml、M2)，有从后方向前方穿 过圆筒磁体40内部的补偿膜37的磁场M1，还有从圆筒磁体40的后端向后方侵入到线圈部20 内的漏磁M2。由于旋光元件31在漏磁M2的作用下也将产生一个法拉第旋转角，所W将起源 于漏磁M2的法拉第旋转角与补偿膜37的法拉第旋转角之和设定在90°。使线圈部20在抵消 圆筒磁体40的漏磁的方向发生可变磁场M3。在运个例子中，可变磁场M3的方向是从后方朝 向前方。由此，旋光元件31的溫度系数和波长系数可W由补偿部的溫度系数和波长系数相 抵消。对旋光元件31施加可变磁场M3，使其法拉第旋转角从最初的90°逐渐变小，当法拉第 旋转角达到0°时，衰减量将成为最大。图5A、图5B表示第2实施例的光学装置Ib的波长相关 特性和溫度相关特性。图5A表示波长相关特性，图中用曲线100表示室溫下波长分别为 1530nm、1550nm、1565nm的光的衰减率与流过线圈部20导线21的电流的关系。如曲线100所 示，从所有波长的光得到了几乎相同的特性，从而确认到补偿部消除旋光元件31的波长相 关性的效果。图5B表示溫度相关特性的曲线101。曲线101表示分别在溫度-5°C、25°C、70°C 下线圈电流与衰减率的关系，W及在各种电流下的最大衰减率与最小衰减率之差(溫度相 关损失:TOL)。如曲线101所示，不论在哪个溫度下都得到了几乎相同的特性，T化的最大值 也不超过5地，从而确认到补偿部也消除旋光元件31的溫度相关性的效果。
[0076] ===第3实施例===
[0077] 在上述的第1和第2实施例中，旋光元件31设置在圆筒形的轴部10的内部，光学装 置（la、lb)的外形是W前后方向为轴的圆筒形。而光学元件（30a、3化)大致为方柱形。运使 轴部10的内面与光学元件(30a、3化)的外面之间生成空隙。如果能够消除运个空隙，就可W 使光学装置进一步小型化。另外，由于外形是圆筒形，所W难W将光学装置（la、lb)放置在 平坦面。作为第3实施例，例举可W进一步实现小型化，并便于设置的光学装置。
[0078] 图6A、图6B、图6C是表示第3实施例的光学装置Ic结构的示意图。图6A是表示光学 装置Ic外观的立体图。图6B是表示光学元件30a和轴部IOc的立体图。图6C是表示从光学装 置Ic去除了线圈部20后的状态的立体图。对图6A、图6B、图6C所示的光学装置Ic,也像第1和 第2实施例一样规定了前后上下左右的方向。如图6A所示，第3实施例的光学装置Ic的线圈 部20c是中空的方柱形。如图6B详示，轴部IOc的形状从前方观看时是下方有底部、上方开放 的C字形。在左右侧面贴有永久磁体35的旋光元件31设置在轴部IOc的内侧，并与轴部IOc 的底面13W及左右侧面14相接。所W，从前方观看光学装置Ic时，光学元件30c的外面与轴 部IOc的内面处于相接的状态，两者之间没有间隙。在轴部IOc的周围缠绕导线形成中空方 筒形的线圈部20c，由旋光元件31、永久磁体35W及线圈部20构成的法拉第旋转器形成一体 的方柱形。此外，如图6C所示，为了使旋光元件31的上表面39不与线圈部20的导线直接接 触，在从旋光元件31的上表面39到轴部IOc外围的范围覆盖有绝缘带15。运样，第3实施例的 光学装置Ic通过在C字形的轴部IOc的内侧，W不留间隙而相接的状态设置旋光元件31，能 够实现比第1实施例的光学装置Ia更进一步的小型化。此外，由于线圈部20c是方柱形，直接 设置在平坦面时的稳定性高，便于设置到光通信装置的内部。
[0079] <变形例>
[0080] 对于第3实施例，可W考虑几个具有不同轴部形状的变形例。图7A、图7B表示对应 于光学装置Id的变形例，其如同第2实施例的光学装置Ib,具有补偿膜37。图7A是表示其外 观的立体图。图7B是表示光学装置Id的轴部IOd和光学元件30d的立体图。如图7A所示，光学 装置Id在方柱形线圈部的前方连接有圆柱磁体。如图7B所示， 轴部IOd是上方开放的箱型， 在其前后设有可通过光路的孔16。从设置在光学元件30d的后端的相位器36到旋光元件31 的光学部件设置在箱型的轴部IOd内，而置于旋光元件31前方的光学部件(32、37) W及间隔 器38设置在箱型轴部IOd的前方。图8A、图8B表示第3实施例的其他变形例。图8A表示轴部 IOe和设置在该轴部IOe内侧的光学元件30a。图8B表示该变形例的光学装置Ie的外观。如图 8A所示，轴部IOe是相对的两个板状，该板状轴部IOe从左右夹持旋光元件31。光学元件30a 的结构与第1实施例相同。如图8B所示，具有轴部IOe的光学装置Ie由于轴部IOe没有底面， 所W能够进一步减小上下方向的尺寸。
[0081] 为了比较上述实施例中的光学装置（la~Ie)的尺寸，图9A、图9B、图9C表示了从前 方观看运些光学装置(la~Ie)时的线圈部的断面。图9A表示第1和第2实施例中的光学装置 (1曰、化)的尺寸。图9B表示图6A、图6B、图6C所示的第2实施例的光学装置1C、或者图7A、图7B 所示的光学装置Id的尺寸。图9C表示图8A、图8B所示的光学装置Ie的尺寸。如图9A、图9B、图 9C所示，如果对所有的光学装置（la~le)设有相同的轴部厚度tl和线圈部厚度t2,则相对 于具有中空圆筒形轴部10的光学装置（la、Ib),具有C字形轴部（IOcUOd)的光学装置 (10c、IOd)，W及具有相对的两个板状的轴部IOe的光学装置Ie可W进一步缩小上下左右的 尺寸。而相对于具有C字形轴部（IOcUOd)的光学装置（lc、ld)，具有相对的两个板状的轴 部IOe的光学装置Ie可W进一步缩小上下方向的尺寸(al>a2 = a3、bl>b2>b3)。
[0082]表1表示实际制作的各个实施例中的光学装置(la~le)的各部位尺寸。
[0085] 相对于具有中空圆筒形轴部10的光学装置(la及Ib),具有C字形断面或者板状断 面的轴部（IOc~IOe)的光学装置（Ic~Ie)的左右方向的尺寸约为90%，上下方向的尺寸分 别约为82 %和75 %。
[0086] ===其他实施例===
[0087] 上述实施例的光学装置（la~Ie)是作为光学衰减器使用的光学装置，当然本发明 不限于上述功能的光学装置，只要具有法拉第旋转器的光学装置都可W适用本发明。所W， 双折射元件的形状不限于模形，侧面形状也可W是平行四边形等。另外，如果是偏振相关型 光学装置，则不需要前方的双折射元件32,将后方的双折射元件33换成偏振片即可。
[0088] 上述实施例的光学装置（la~Ie) W内装在光通信装置内部为前提，其装配的位置 使通过光通信装置内部的光束沿方柱形旋光元件31的中屯、轴行进。但是，如果将光学装置 (la~Ie)的上下方向作为高度方向的话，由于每个实施例的光学装置（la~Ie)非常小，对 于光学装置（la~Ie)来讲，有时从光学装置（la~Ie)的最低点到光束的高度会显得过高。 因此，如图10所示的光学装置If,可W使轴部IOf相对于线圈部20f向前后方向突出，然后在 该突出部的下方设置支架50, W此调节光学元件30a的高度位置。在图10所示的例子中，使 对应于第2实施例的光学装置Ic的C字形轴部IOf相对于线圈部20f向前后方向突出。支架 50的左右方向的形状是上方开放的C字形，在其前端面51和后端面52设有矩形开口部53， 从下方和侧方与轴部IOf相接。当然，对于与第1实施例的光学装置Ia相同的中空圆筒形轴 部10,可W在支架的前端面和后端面设置半圆形的开口部，从下方支持圆筒形轴部10。
[0089] 上述实施例的光学装置虽然考虑的是作为自由空间型设置在各种光通信装置内 部的情况，但是通过将其收纳在具有光纤准直器的一体的壳体内，也可W对应尾纤式。
[0090] 上述的实施例是为了便于理解本发明而进行的说明，不是对本发明的限定性解 释。本发明在不脱离其宗旨的基础上可W进行变更和改良，本发明还包括其等同物。
[0091] <发明的实用性>
[0092] 本发明例如可W利用于光通信技术。
【主权项】
1. 一种具备法拉第旋转器的光学装置， 其特征在于： 所述法拉第旋转器具有由磁光材料构成的旋光元件、两个永久磁体以及电磁体， 设定光行进的方向为前后方向，所述旋光元件的前后具有所述光的输入面和输出面， 在其左右具有相互平行的面， 所述两个永久磁体为平板状，以不同磁极相对的方式分别安装在所述旋光元件的左右 侧面，对所述旋光元件施加向左或向右的永久磁场， 具有在前后方向的全长范围支持安装有所述永久磁体的所述旋光元件的轴部， 所述电磁体主要由在所述轴部的周围缠绕导线而形成的、以前后方向为轴的线圈构 成，其对所述旋光元件施加前后方向的可变磁场。2. 根据权利要求1所述的光学装置， 其特征在于： 所述旋光元件由偶数个磁光晶体膜在前后方向叠加构成，前后相邻的所述磁光晶体膜 的晶面互为180°。3. 根据权利要求1或2所述的光学装置， 其特征在于： 在所述线圈的前端，以同轴的方式连接有由中空圆筒形永久磁体构成的圆筒磁体， 在所述圆筒磁体的内侧，设置有由磁光材料构成、前后具有光输入面和输出面的补偿 膜， 在所述圆筒磁体发生于中空圆筒内的前后方向的磁场的作用下，所得到的所述补偿膜 的法拉第旋转角，与在圆筒磁体的后方漏磁的作用下，所得到的所述旋光元件的法拉第旋 转角之和为90°， 所述电磁体的可变磁场的方向是抵消所述漏磁的方向。4. 根据权利要求3所述的光学装置， 其特征在于： 在所述补偿膜与所述旋光元件之间夹有前后开口的框状间隔器。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的光学装置， 其特征在于： 具有支架， 所述轴部的前端和后端相对于所述线圈的前端和后端向前方和后方突出， 所述支架从下方支持所述轴部的突出部位，将所述线圈的轴维持在水平。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的光学装置， 其特征在于:所述轴部是中空圆筒形。7. 根据权利要求1至5中任一项所述的光学装置， 其特征在于： 所述轴部具有下方的底面和左右的侧面，其前后方向的断面形状是将下方作为底部的 匚字形。8. 根据权利要求1至5中任一项所述的光学装置， 其特征在于： 所述轴部是将下方作为底部、上方开放的箱型，为露出所述旋光元件的所述光的输入 面和输出面，在其前面和后面设有开口。9.根据权利要求1至5中任一项所述的光学装置， 其特征在于： 所述轴部是左右相对的平板状，从左右夹持安装有所述永久磁体的所述旋光元件。
【专利摘要】本发明涉及一种具备法拉第旋转器的光学装置，该法拉第旋转器具有由磁光材料构成的旋光元件(31)、两个永久磁体(35)以及电磁体(20)。设定光行进的方向为前后方向，旋光元件的前后具有光的输入面和输出面，在其左右具有相互平行的面。两个永久磁体为平板状，以不同磁极相对的方式分别安装在旋光元件的左右侧面，对旋光元件施加向左或向右的永久磁场。该光学装置还具有在前后方向的全长范围支持安装有永久磁体的旋光元件的轴部。电磁体主要由在轴部的周围缠绕导线而形成的、以前后方向为轴的线圈构成，其对旋光元件施加前后方向的可变磁场。据此，光学装置在上下左右方向的尺寸可以缩小到线圈的外径尺寸，实现小型化。
【IPC分类】G02F1/09
【公开号】CN105492961
【申请号】CN201480044749
【发明人】小野博章, 大田犹子
【申请人】湖北工业株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月7日
【公告号】EP3032321A1, US20160202506, WO2015020140A1
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种光学装置，具体地设及利用法拉第旋转器的光学装置的小型化技 术。
【背景技术】
[0002] 在利用光纤作为传媒的光通信网络中，设置有将电信号转换为光信号后输送到光 通信网络的传送器，W及将光信号转换为电信号的接收器等各种装置（W下，称之为"光通 信装置"）。
[0003] 在运些光通信装置的光信号输入口或输出口，连接有调节光信号强度的光学衰减 器，或者连接有防止光信号返回光源方向的光隔离器等光学装置。而很多运样的光学装置 都W周知的法拉第旋转器为主体而构成。
[0004] 法拉第旋转器是由磁性石恼石单晶体等磁光材料构成的旋光元件，W及给该旋光 元件施加磁场的加磁装置等构成。加磁装置可W控制磁场的方向和大小，通常由永久磁体 和电磁体构成。该永久磁体在垂直于旋光元件的光输入面和输出面的方向施加永久磁场， 使旋光元件达到磁饱和。该电磁体给旋光元件施加与所述永久磁体的磁场正交的可变磁 场。在下述的专利文献1和2中记载有现有的法拉第旋转器的结构和工作原理。在专利文献3 中，记载有利用法拉第旋转器的现有光学衰减器，W及有关提高光学衰减器性能的技术。
[0005] <专利文献>
[0006] 专利文献1:日本专利公报特开平9-236784号。
[0007] 专利文献2:日本专利公报特开平6-51255号。
[000引专利文献3:日本专利公报特开2000-249997号。
[0009] <发明所要解决的技术问题>
[0010] 为了减少设置光通信装置及光学装置的空间，要求光通信装置和光学元件实现小 型化。针对运种要求，不仅可W考虑将光学装置及光通信装置本体小型化而实现，也可W考 虑通过将复数个装置的一体化而实现。在光通信的传输线上，光通信装置的前段或后段连 接有各种光学装置，将光学装置和光通信装置一体化，就可W减少光通信网络中设置光学 装置的空间。但是，光学装置一般在收纳有光学部件(双折射元件、旋光元件等)的壳体的两 端连接有光纤准直器，使其前后伸出有一段光纤，即形成"尾纤式"。运种光学装置的光纤通 常与构成光通信网络的光纤用烙接等方式进行连接。因此，如果将光学装置内装到光通信 装置中，需要为连接在光学装置的光纤留有空间。而在光通信装置内留出光纤的空间，必然 加大光通信装置的尺寸。
[0011] 因此，可W考虑采用自由空间型光学装置。也就是说，在光通信装置内不使用光纤 传输光信号，而是用准直光(光束)通过空间传输信号，并在光通信装置内的光路上设置构 成光学装置的光学部件。由于自由空间型光学装置不使用光纤，所W可W省去为光纤留出 的空间。另外，还可W消除在光纤的烙接处发生的损失，从而提高光信号的传输效率。
[0012] 如上所述，自由空间型光学装置可W减少光通信网络中设置光学装置的空间。但 是，对于收容有光学装置的光通信装置也有小型化的要求。运使将具有法拉第旋转器的光 学装置设置到光通信装置内变得更困难。具体的讲，尽管沿光路的直线方向，可W省去为设 置光纤而留出的空间，但是法拉第旋转器带有为使旋光元件达到磁饱和而施加偏置磁场的 永久磁体，W及产生可变磁场控制法拉第旋转角的电磁体，所W缩小与光路垂直的方向的 尺寸比较困难。当然，伴随着小型化，还需要维持光学装置的性能。
[0013] 本发明的主要目的是，对于具有法拉第旋转器的光学装置，在不降低其性能的情 况下实现其小型化。
【发明内容】
[0014] 为达到上述目的，本发明提供一种具备法拉第旋转器的光学装置，
[0015] 所述法拉第旋转器具有由磁光材料构成的旋光元件、两个永久磁体W及电磁体，
[0016] 设定光行进的方向为前后方向，所述旋光元件的前后具有所述光的输入面和输出 面，在其左右具有相互平行的面，
[0017] 所述两个永久磁体为平板状，W不同磁极相对的方式分别安装在所述旋光元件的 左右侧面，对所述旋光元件施加向左或向右的永久磁场，
[0018] 具有在前后方向的全长范围支持安装有所述永久磁体的所述旋光元件的轴部，
[0019] 所述电磁体主要由在所述轴部的周围缠绕导线而形成的、W前后方向为轴的线圈 构成，其对所述旋光元件施加前后方向的可变磁场。
[0020] 优选所述旋光元件由偶数个磁光晶体膜在前后方向叠加构成，前后相邻的所述磁 光晶体膜的晶面互为180°。
[0021] 所述光学装置还可W在所述线圈的前端，W同轴的方式连接有由中空圆筒形永久 磁体构成的圆筒磁体，
[0022] 在所述圆筒磁体的内侧，设置有由磁光材料构成、前后具有光输入面和输出面的 补偿膜，
[0023] 在所述圆筒磁体发生于中空圆筒内的前后方向的磁场的作用下，所得到的所述补 偿膜的法拉第旋转角，与在圆筒磁体的后方漏磁的作用下，所得到的所述旋光元件的法拉 第旋转角之和为90°，
[0024] 所述电磁体的可变磁场的方向是抵消所述漏磁的方向。
[0025] 进而还可W在所述补偿膜与所述旋光元件之间夹有前后开口的框状间隔器。
[00%]上述任一种光学装置还可W具有支架，
[0027] 所述轴部的前端和后端相对于所述线圈的前端和后端向前方和后方突出，
[0028] 所述支架从下方支持所述轴部的突出部位，将所述线圈的轴维持在水平。
[0029] 所述轴部可W是中空圆筒形，也可W是具有下方的底面和左右的侧面，其前后方 向的断面形状是将下方作为底部的C字形。所述轴部也可W是将下方作为底部、上方开放 的箱型，为露出所述旋光元件的所述光的输入面和输出面，在其前面和后面设有开口。另 夕h所述轴部还可W是左右相对的平板状，从左右夹持安装有所述永久磁体的所述旋光元 件。
[0030] <发明的效果>
[0031] 本发明的光学装置能够在维持性能的同时实现小型化。作为自由空间型光学装置 通过内装在与光通信相关的各种装置内，能够减小光通信网络中设置光学装置的空间。
【附图说明】
[0032] 图IA是表示本发明第1实施例的光学装置的示意图。
[0033] 图IB是表示本发明第1实施例的光学装置的示意图。
[0034] 图IC是表示本发明第1实施例的光学装置的示意图。
[0035] 图2是表示第1实施例光学装置尺寸的示意图。
[0036] 图3A是表示本发明第2实施例的光学装置的示意图。
[0037] 图3B是表示本发明第2实施例的光学装置的示意图。
[0038] 图3C是表示本发明第2实施例的光学装置的示意图。
[0039] 图4是说明第2实施例光学装置的工作原理的示意图。
[0040] 图5A是表示第2实施例光学装置性能的图。
[0041 ]图5B是表示第2实施例光学装置性能的图。
[0042] 图6A是表示本发明第3实施例的光学装置的示意图。
[0043] 图6B是表示本发明第3实施例的光学装置的示意图。
[0044] 图6C是表示本发明第3实施例的光学装置的示意图。
[0045] 图7A是表示第3实施例的变形例的示意图。
[0046] 图7B是表示第3实施例的变形例的示意图。
[0047] 图8A是表示第3实施例的其他变形例的示意图。
[0048] 图8B是表示第3实施例的其他变形例的示意图。
[0049] 图9A是为了比较第1~第3实施例、W及第3实施例的变形例的光学装置的尺寸的 示意图。
[0050] 图9 B是为了比较第1~第3实施例、W及第3实施例的变形例的光学装置的尺寸的 示意图。
[0051] 图9C是为了比较第1~第3实施例、W及第3实施例的变形例的光学装置的尺寸的 示意图。
[0052] 图10是表示本发明其他实施例的光学装置的示意图。
[0化3] <附图中的标记>
[0化4] Ia~If光学装置；10、10c~IOf轴部;20、20c~20f线圈部;30a、30b、30d光学元件； 31旋光元件;32、33双折射元件(起偏器或检偏器）；34磁光晶体膜;35永久磁体;36双折射元 件(相位器）；37补偿膜;38间隔器;40圆筒形永久磁体;50支座。
【具体实施方式】
[0化日]本申请基于2013年8月9日提交的日本专利申请（【申请号】2013-165965)主张优先 权，并援用该申请的内容。
[0056] 下面结合附图对本发明的实施例进行说明。在W下说明的附图中，对相同的或类 似的部分附有相同的标记，并有省略重复说明的情况。
[0057] ===第1实施例===
[0058] 图1A、图1B、图IC表示本发明第1实施例的光学装置Ia的结构。图IA是表示光学装 置la外观的立体图。图IB是表示光学装置la的内部结构的局部解剖立体图。图IC是构成光 学装置Ia的光学元件30a的立体图。W下，为了明确地表示光学装置Ia中各部位的相对位置 关系，W通过光学装置Ia的光的行进方向为前后方向，并如图所示，规定前后左右上下各个 方向。图1A、图1B、图IC是从右上方观看光学装置Ia时的立体图。
[0059] 如图IA所示，光学装置Ia由轴部10、线圈部20W及光学元件30a构成。轴部10由中 空圆筒形的树脂构成，具有前后方向的圆筒轴。线圈部20与轴部10同轴设置在其外部，呈中 空圆筒形。光学元件30a保持在轴部10的中空圆筒内。光学元件30a主要由在前后具有光束 输入面和输出面的复数个光学部件(31~33)构成。而且，从轴部10前后的任一个端面（11、 12)的开口输入的光束，将透过构成光学元件30a的各个光学部件(31~33)，从另一个端面 (12、11)的开口输出。
[0060] 图IB是从左方观看轴部10和线圈部20的断面图（W下，也称其为"纵断面图"）。如 图IB所示，线圈部20是将导线21W轴部10为轴缠绕的线圈。在线圈部20的表面覆盖有绝缘 带22。收容在轴部10内部的光学元件30a包括构成法拉第旋转器的旋光元件31和双折射元 件(32、33)，^及永久磁体35。旋光元件31由磁光材料构成。双折射元件(32、33)由金红石单 晶等构成。永久磁体35给旋光元件31施加永久磁场。
[0061] 光学元件30a的各个光学部件(31~33)从前后方向观看时，是在左右上下方向各 有一边的正方形。光学元件30a是将光学部件（31~33)沿前后方向叠加而构成。具体地讲， 如图IC所示，在前端和后端设有双折射元件（32、33)，而在前后的双折射元件(32、33)之间 设有方柱形旋光元件31。前后的双折射元件(32、33)实质上相同，其前后方向的一个端面是 W前后方向为法线的平坦面，另一端面是斜面，是所谓"模形双折射元件"。运前后两个双折 射元件(32、33)相对的内侧的面为平坦面，朝向外侧的面为斜面。另外，前后两个双折射元 件(32、33)的配置关系相当于W前后方向为轴相对旋转180°，使两者的斜面方向相反。
[0062] 旋光元件31是将偶数个平板状磁光晶体膜34沿前后方向叠加，而形成的W前后方 向为轴的方柱形。分别在旋光元件31的左右侧面，W不同磁极相对的方式用粘结剂粘贴有 平板状永久磁体35。旋光元件31、永久磁体35W及线圈部20构成法拉第旋转器。永久磁体35 对旋光元件31在左右方向上施加一个方向的偏置磁场，线圈部20对旋光元件31在前后方向 上施加可变磁场。
[0063] 在旋光元件31中，前后相邻的磁光晶体膜34W晶向相反的方式叠加在一起。运样， 即使薄板状永久磁体35不能产生强大的磁场，也可W使每个磁光晶体膜34达到接近磁饱和 的状态。而且，即使每个磁光晶体膜34没有达到完全磁饱和，前后的磁光晶体膜34相互作 用，使磁光特性相互抵消，也可W使旋光元件31整体实质上达到磁饱和状态。当然，如果有 可W产生强大磁场的板状永久磁体或者有费尔德常数很大的磁光物质，也可W用一体的方 柱形磁光物质构成磁光晶体部。第1实施例的光学装置Ia作为光学衰减器工作，其光学部件 (31~33)的设置、基本工作原理、W及穿过光学装置Ia前后的光束的光路等，都与记载在专 利文献1~3的现有的光学衰减器相同。第1实施例的光学装置Ia的特征在于，在产生可变磁 场的线圈部20的内部，设置了由磁光晶体膜34构成的方柱形旋光元件31和施加偏置磁场的 平板状永久磁体35。运个特征可W使光学装置Ia在上下左右方向的尺寸实质上缩小到线圈 部20的外径尺寸，解决了光学装置Ia难W设置到光通信装置内部的问题。
[0064] 图2表示从前方观看实际制作的第1实施例的光学装置Ia的各个部分的尺寸。构成 光学元件30a的光学部件(31~33)，从前后方向观看时的平面形状是边长a = lmm的正方形。 安装在旋光元件31的左右的永久磁体是薄板状(例如，厚度为10WI1)。轴部10的内周(1) 1具有 与光学元件30a的外周相接的尺寸。轴部10的外径(62为2.02mm。在轴部10的外围，通过缠绕 导线形成有厚度t = lmm的线圈部20。所W，光学装置Ia形成一个总体的外径(63约为4.02mm 的极细的圆筒形，使其能够作为自由空间型光学装置设置到小型化的各种光通信装置内 部。
[00化]二二二第2实施例===
[0066] 第1实施例的光学装置Ia是具有最基本结构的实施例。根据组装到光通信装置中 的形态W及所要求的性能，光学装置还有在基本结构上附加几个光学部件的实施形态。所 W，作为第2实施例的光学装置，例举在基本结构上附加几个光学部件的光学装置。
[0067] 图3A、图3B、图3C是第2实施例的光学装置Ib的结构图。图3A是表示该光学装置Ib 外观的立体图。图3B是将光学装置Ib的局部剖开的立体图。图3C是构成光学装置Ib的光学 元件30b的立体图。在第2实施例中，也像第1实施例那样规定了光学装置化的前后上下左右 各个方向。第2实施例的光学装置Ib是具有能够补偿法拉第旋转器(20、31、35)的法拉第旋 转角的波长相关性W及溫度相关性的结构（W下，也称其为"补偿部"）的光学衰减器。如图 3A所示，光学装置化的外观形状是在线圈部20的前方连接有中空圆筒形的铁氧体永久磁体 (W下，也称"圆筒磁体"）40。另外，如图3B所示，与第1实施例相同，线圈部20是在线圈的表 面覆盖绝缘带22而构成，该线圈是在中空圆筒形的轴部10的周围缠绕导线21形成的。圆筒 磁体40与轴部10同轴设置，两者的中空部具有相同的内径，在线圈部20与圆筒磁体40相连 接的状态下，两者的中空部形成一个连续的中空圆筒。在该中空圆筒的部分收纳有光学元 件 30b。
[0068] 如图3C所示，光学元件30b由W下光学部件从前向后顺序设置而构成:作为起偏器 的模形双折射元件32、由磁光晶体膜构成的补偿膜37、旋光元件31、作为检偏器的模形双折 射元件33、W及用于补偿相位差的厚板状双折射元件36。
[0069] 在此对光学元件30b W及各个光学部件(31~33、36、37)进行更详细的说明。与第1 实施例相同，旋光元件31是将偶数个磁光晶体膜34沿前后方向叠加而成，形成方柱形，在其 左右侧面安装有平板状永久磁体35。第2实施例的光学元件30b与第1实施例的光学元件30a 的不同点在于，在前方的双折射元件3 2和旋光元件31之间插入了由磁光晶体构成的补偿膜 37。另外，第2实施例的光学装置化是偏振无关型光学装置，由于使用双折射元件(32、33)作 为起偏器和检偏器，输入到光学元件30b的光束将分为对应于寻常光和非常光的相互垂直 的两个线偏振光，通过光学元件30b内部。众所周知，在寻常光与非常光之间会发生起源于 相位差的偏振模色散(PMD)。因此，第2实施例在后方双折射元件33的后侧追加了起相位差 板作用的厚板状双折射元件（W下，也称为"相位器"）36。此外，尽管不是光学部件，在补偿 膜37和旋光元件31之间插入了前后开口的矩形框状的间隔器38。
[0070] 在上述构造的光学元件30b中，补偿膜37设置在圆筒磁体40内，由圆筒磁体40和补 偿膜37构成补偿部。补偿膜37将从前方输入的线偏振光旋转相应的角度后从后方输出，该 旋转角对应于圆筒磁体40所施加的前后方向的永久磁场的大小。运个旋转角根据旋光元件 31的法拉第旋转角的波长相关性W及溫度相关性而设定。有关光学衰减器中的补偿膜37对 波长相关性W及溫度相关性的补偿原理，在前述的专利文献3中有所记载。
[0071] 如上所述，在第2实施例的光学装置lb中，构成光学元件30b的光学部件(31~33、 36、37)的种类、数量W及配置等与W往的尾纤式光学装置相同。但是，第2实施例光学装置 Ib在将第1实施例的光学装置Ia的概念扩展到具有补偿部的光学装置时，其组成、构造 、W 及适于运种组成、构造的可变磁场的施加方法上具有特征，该特征不仅可W确实地消除法 拉第旋转器对波长W及溫度的相关性，而且能够实现小型化。
[0072] 在第2实施例的光学装置Ib中，法拉第旋转器的外形实质上与圆筒形线圈部20- 致，而且补偿部的外形也与圆筒磁体40-致。光学装置Ib整体具有将圆筒形的线圈部20和 圆筒磁体40前后相连接的外形。所W，虽然与第1实施例相比，由于追加了圆筒磁体40和相 位器36,导致前后方向的尺寸加大，但是构成光学元件30b的光学部件(31~33、36、37)的排 列与尾纤式相同，光学元件30b在前后方向的尺寸并没有变大。与在光学元件的前后两端设 有光纤准直器W及与其相连接的光纤的尾纤式光学装置相比，实现了大幅度的小型化。当 然，在上下左右方向的尺寸与第1实施例相同，是圆筒形线圈部20的直径尺寸。
[0073] 在第2实施例的光学装置化中，有必要将补偿膜37准确地设置在圆筒磁体40内部 的前后方向的中间位置，W便对其施加前后均等的永久磁场。为此，需要将补偿膜37和旋光 元件31分开设置。在运个例子中，两者之间需要1~1.2mm的间隔。当然可W将补偿膜37固定 在圆筒磁体40的内面。本实施例则是在补偿膜37与旋光元件31之间插入矩形框状间隔器 38,而准确的设置补偿膜37的前后位置。即使在框状间隔器38的前后端面胶接补偿膜37和 旋光元件31时可能有粘结剂流出，该粘结剂也将附着在间隔器38的内面，不会发生流出的 粘结剂遮挡光路的情况。
[0074] 在光学装置Ib中，圆筒磁体40与发生可变磁场的线圈部20W紧密结合的方式设置 在前后方向上。为控制旋光元件31的法拉第旋转角由线圈部20发生的可变磁场，W及为赋 予补偿膜37-定的法拉第旋转角由圆筒磁体40发生的永久磁场，作为前后方向的磁场，都 将施加到旋光元件31。由圆筒磁体40发生的永久磁场的磁束的一部分将成为漏磁流入线圈 部20内。因此，第2实施例是在考虑了圆筒磁体40与线圈部20的连接结构的基础上，设置补 偿部的法拉第旋转角。
[0075] 图4是说明为补偿膜37设定法拉第旋转角的方法的示意图。图4是从右侧观看的剖 面图，表示了圆筒磁体40和线圈部20发生的磁场的状态。在此，设圆筒磁体40的前端为討及， 后端为N极。如图4所示，由圆筒磁体40生成的前后方向的磁场(Ml、M2)，有从后方向前方穿 过圆筒磁体40内部的补偿膜37的磁场M1，还有从圆筒磁体40的后端向后方侵入到线圈部20 内的漏磁M2。由于旋光元件31在漏磁M2的作用下也将产生一个法拉第旋转角，所W将起源 于漏磁M2的法拉第旋转角与补偿膜37的法拉第旋转角之和设定在90°。使线圈部20在抵消 圆筒磁体40的漏磁的方向发生可变磁场M3。在运个例子中，可变磁场M3的方向是从后方朝 向前方。由此，旋光元件31的溫度系数和波长系数可W由补偿部的溫度系数和波长系数相 抵消。对旋光元件31施加可变磁场M3，使其法拉第旋转角从最初的90°逐渐变小，当法拉第 旋转角达到0°时，衰减量将成为最大。图5A、图5B表示第2实施例的光学装置Ib的波长相关 特性和溫度相关特性。图5A表示波长相关特性，图中用曲线100表示室溫下波长分别为 1530nm、1550nm、1565nm的光的衰减率与流过线圈部20导线21的电流的关系。如曲线100所 示，从所有波长的光得到了几乎相同的特性，从而确认到补偿部消除旋光元件31的波长相 关性的效果。图5B表示溫度相关特性的曲线101。曲线101表示分别在溫度-5°C、25°C、70°C 下线圈电流与衰减率的关系，W及在各种电流下的最大衰减率与最小衰减率之差(溫度相 关损失:TOL)。如曲线101所示，不论在哪个溫度下都得到了几乎相同的特性，T化的最大值 也不超过5地，从而确认到补偿部也消除旋光元件31的溫度相关性的效果。
[0076] ===第3实施例===
[0077] 在上述的第1和第2实施例中，旋光元件31设置在圆筒形的轴部10的内部，光学装 置（la、lb)的外形是W前后方向为轴的圆筒形。而光学元件（30a、3化)大致为方柱形。运使 轴部10的内面与光学元件(30a、3化)的外面之间生成空隙。如果能够消除运个空隙，就可W 使光学装置进一步小型化。另外，由于外形是圆筒形，所W难W将光学装置（la、lb)放置在 平坦面。作为第3实施例，例举可W进一步实现小型化，并便于设置的光学装置。
[0078] 图6A、图6B、图6C是表示第3实施例的光学装置Ic结构的示意图。图6A是表示光学 装置Ic外观的立体图。图6B是表示光学元件30a和轴部IOc的立体图。图6C是表示从光学装 置Ic去除了线圈部20后的状态的立体图。对图6A、图6B、图6C所示的光学装置Ic,也像第1和 第2实施例一样规定了前后上下左右的方向。如图6A所示，第3实施例的光学装置Ic的线圈 部20c是中空的方柱形。如图6B详示，轴部IOc的形状从前方观看时是下方有底部、上方开放 的C字形。在左右侧面贴有永久磁体35的旋光元件31设置在轴部IOc的内侧，并与轴部IOc 的底面13W及左右侧面14相接。所W，从前方观看光学装置Ic时，光学元件30c的外面与轴 部IOc的内面处于相接的状态，两者之间没有间隙。在轴部IOc的周围缠绕导线形成中空方 筒形的线圈部20c，由旋光元件31、永久磁体35W及线圈部20构成的法拉第旋转器形成一体 的方柱形。此外，如图6C所示，为了使旋光元件31的上表面39不与线圈部20的导线直接接 触，在从旋光元件31的上表面39到轴部IOc外围的范围覆盖有绝缘带15。运样，第3实施例的 光学装置Ic通过在C字形的轴部IOc的内侧，W不留间隙而相接的状态设置旋光元件31，能 够实现比第1实施例的光学装置Ia更进一步的小型化。此外，由于线圈部20c是方柱形，直接 设置在平坦面时的稳定性高，便于设置到光通信装置的内部。
[0079] <变形例>
[0080] 对于第3实施例，可W考虑几个具有不同轴部形状的变形例。图7A、图7B表示对应 于光学装置Id的变形例，其如同第2实施例的光学装置Ib,具有补偿膜37。图7A是表示其外 观的立体图。图7B是表示光学装置Id的轴部IOd和光学元件30d的立体图。如图7A所示，光学 装置Id在方柱形线圈部的前方连接有圆柱磁体。如图7B所示， 轴部IOd是上方开放的箱型， 在其前后设有可通过光路的孔16。从设置在光学元件30d的后端的相位器36到旋光元件31 的光学部件设置在箱型的轴部IOd内，而置于旋光元件31前方的光学部件(32、37) W及间隔 器38设置在箱型轴部IOd的前方。图8A、图8B表示第3实施例的其他变形例。图8A表示轴部 IOe和设置在该轴部IOe内侧的光学元件30a。图8B表示该变形例的光学装置Ie的外观。如图 8A所示，轴部IOe是相对的两个板状，该板状轴部IOe从左右夹持旋光元件31。光学元件30a 的结构与第1实施例相同。如图8B所示，具有轴部IOe的光学装置Ie由于轴部IOe没有底面， 所W能够进一步减小上下方向的尺寸。
[0081] 为了比较上述实施例中的光学装置（la~Ie)的尺寸，图9A、图9B、图9C表示了从前 方观看运些光学装置(la~Ie)时的线圈部的断面。图9A表示第1和第2实施例中的光学装置 (1曰、化)的尺寸。图9B表示图6A、图6B、图6C所示的第2实施例的光学装置1C、或者图7A、图7B 所示的光学装置Id的尺寸。图9C表示图8A、图8B所示的光学装置Ie的尺寸。如图9A、图9B、图 9C所示，如果对所有的光学装置（la~le)设有相同的轴部厚度tl和线圈部厚度t2,则相对 于具有中空圆筒形轴部10的光学装置（la、Ib),具有C字形轴部（IOcUOd)的光学装置 (10c、IOd)，W及具有相对的两个板状的轴部IOe的光学装置Ie可W进一步缩小上下左右的 尺寸。而相对于具有C字形轴部（IOcUOd)的光学装置（lc、ld)，具有相对的两个板状的轴 部IOe的光学装置Ie可W进一步缩小上下方向的尺寸(al>a2 = a3、bl>b2>b3)。
[0082]表1表示实际制作的各个实施例中的光学装置(la~le)的各部位尺寸。
[0085] 相对于具有中空圆筒形轴部10的光学装置(la及Ib),具有C字形断面或者板状断 面的轴部（IOc~IOe)的光学装置（Ic~Ie)的左右方向的尺寸约为90%，上下方向的尺寸分 别约为82 %和75 %。
[0086] ===其他实施例===
[0087] 上述实施例的光学装置（la~Ie)是作为光学衰减器使用的光学装置，当然本发明 不限于上述功能的光学装置，只要具有法拉第旋转器的光学装置都可W适用本发明。所W， 双折射元件的形状不限于模形，侧面形状也可W是平行四边形等。另外，如果是偏振相关型 光学装置，则不需要前方的双折射元件32,将后方的双折射元件33换成偏振片即可。
[0088] 上述实施例的光学装置（la~Ie) W内装在光通信装置内部为前提，其装配的位置 使通过光通信装置内部的光束沿方柱形旋光元件31的中屯、轴行进。但是，如果将光学装置 (la~Ie)的上下方向作为高度方向的话，由于每个实施例的光学装置（la~Ie)非常小，对 于光学装置（la~Ie)来讲，有时从光学装置（la~Ie)的最低点到光束的高度会显得过高。 因此，如图10所示的光学装置If,可W使轴部IOf相对于线圈部20f向前后方向突出，然后在 该突出部的下方设置支架50, W此调节光学元件30a的高度位置。在图10所示的例子中，使 对应于第2实施例的光学装置Ic的C字形轴部IOf相对于线圈部20f向前后方向突出。支架 50的左右方向的形状是上方开放的C字形，在其前端面51和后端面52设有矩形开口部53， 从下方和侧方与轴部IOf相接。当然，对于与第1实施例的光学装置Ia相同的中空圆筒形轴 部10,可W在支架的前端面和后端面设置半圆形的开口部，从下方支持圆筒形轴部10。
[0089] 上述实施例的光学装置虽然考虑的是作为自由空间型设置在各种光通信装置内 部的情况，但是通过将其收纳在具有光纤准直器的一体的壳体内，也可W对应尾纤式。
[0090] 上述的实施例是为了便于理解本发明而进行的说明，不是对本发明的限定性解 释。本发明在不脱离其宗旨的基础上可W进行变更和改良，本发明还包括其等同物。
[0091] <发明的实用性>
[0092] 本发明例如可W利用于光通信技术。
【主权项】
1. 一种具备法拉第旋转器的光学装置， 其特征在于： 所述法拉第旋转器具有由磁光材料构成的旋光元件、两个永久磁体以及电磁体， 设定光行进的方向为前后方向，所述旋光元件的前后具有所述光的输入面和输出面， 在其左右具有相互平行的面， 所述两个永久磁体为平板状，以不同磁极相对的方式分别安装在所述旋光元件的左右 侧面，对所述旋光元件施加向左或向右的永久磁场， 具有在前后方向的全长范围支持安装有所述永久磁体的所述旋光元件的轴部， 所述电磁体主要由在所述轴部的周围缠绕导线而形成的、以前后方向为轴的线圈构 成，其对所述旋光元件施加前后方向的可变磁场。2. 根据权利要求1所述的光学装置， 其特征在于： 所述旋光元件由偶数个磁光晶体膜在前后方向叠加构成，前后相邻的所述磁光晶体膜 的晶面互为180°。3. 根据权利要求1或2所述的光学装置， 其特征在于： 在所述线圈的前端，以同轴的方式连接有由中空圆筒形永久磁体构成的圆筒磁体， 在所述圆筒磁体的内侧，设置有由磁光材料构成、前后具有光输入面和输出面的补偿 膜， 在所述圆筒磁体发生于中空圆筒内的前后方向的磁场的作用下，所得到的所述补偿膜 的法拉第旋转角，与在圆筒磁体的后方漏磁的作用下，所得到的所述旋光元件的法拉第旋 转角之和为90°， 所述电磁体的可变磁场的方向是抵消所述漏磁的方向。4. 根据权利要求3所述的光学装置， 其特征在于： 在所述补偿膜与所述旋光元件之间夹有前后开口的框状间隔器。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的光学装置， 其特征在于： 具有支架， 所述轴部的前端和后端相对于所述线圈的前端和后端向前方和后方突出， 所述支架从下方支持所述轴部的突出部位，将所述线圈的轴维持在水平。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的光学装置， 其特征在于:所述轴部是中空圆筒形。7. 根据权利要求1至5中任一项所述的光学装置， 其特征在于： 所述轴部具有下方的底面和左右的侧面，其前后方向的断面形状是将下方作为底部的 匚字形。8. 根据权利要求1至5中任一项所述的光学装置， 其特征在于： 所述轴部是将下方作为底部、上方开放的箱型，为露出所述旋光元件的所述光的输入 面和输出面，在其前面和后面设有开口。9.根据权利要求1至5中任一项所述的光学装置， 其特征在于： 所述轴部是左右相对的平板状，从左右夹持安装有所述永久磁体的所述旋光元件。
【专利摘要】本发明涉及一种具备法拉第旋转器的光学装置，该法拉第旋转器具有由磁光材料构成的旋光元件(31)、两个永久磁体(35)以及电磁体(20)。设定光行进的方向为前后方向，旋光元件的前后具有光的输入面和输出面，在其左右具有相互平行的面。两个永久磁体为平板状，以不同磁极相对的方式分别安装在旋光元件的左右侧面，对旋光元件施加向左或向右的永久磁场。该光学装置还具有在前后方向的全长范围支持安装有永久磁体的旋光元件的轴部。电磁体主要由在轴部的周围缠绕导线而形成的、以前后方向为轴的线圈构成，其对旋光元件施加前后方向的可变磁场。据此，光学装置在上下左右方向的尺寸可以缩小到线圈的外径尺寸，实现小型化。
【IPC分类】G02F1/09
【公开号】CN105492961
【申请号】CN201480044749
【发明人】小野博章, 大田犹子
【申请人】湖北工业株式会社
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月7日
【公告号】EP3032321A1, US20160202506, WO2015020140A1
最新回复(0)