JP3963739B2

JP3963739B2 - 磁場印加ユニット

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Publication number: JP3963739B2
Application number: JP2002057045A
Authority: JP
Inventors: 誠美佐々木; 暢洋福島; 智立花
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-03-04
Also published as: US20030165002A1; US6753997B2; JP2003255290A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気光学効果を利用した磁場印加ユニットに関し、特に磁気光学結晶に任意の磁場分布を与えることができる磁場印加ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信分野では、高品質画像や高品質映像等の大容量データをリアルタイムに伝送するため、大容量・高速データ通信の研究開発が盛んに行われている。特にインターネットを利用したデータ伝送は急成長を続け、同時にネットワークトラフィック急増が課題となってきている。そこで、インターネットの急成長に伴うネットワークトラフィック急増に対応するため、光ファイバを利用した光通信技術が開発されている。この中で、１本の光ファイバに波長の異なる複数の光信号を伝送することで、更に大容量のデータ伝送が可能となる波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）という技術がある。そして、この技術を実用化するためにＷＤＭが可能な長距離通信網の整備が進められている。
【０００３】
このような長距離通信では、光ファイバにおける損失を補償するために、光信号を増幅する光増幅器が必須である。この増幅方式としては、光信号を一度電気信号に変換してから増幅するものと、光信号のまま増幅するものと２通りの方式が存在する。これらの方式のうち後者が低コストで実現できるため、特に注目されている。
【０００４】
しかしながら、この後者の方式を利用した光増幅器には、各波長の光信号の増幅に対して非線形性があり、この光増幅器が複数段接続されると各波長の光信号に対する強度偏差が大きくなり、クロストークなどの影響が大きくなる。その結果、信号の復元が困難となる。換言すれば、一般にゲインチルト（利得傾斜）と呼ばれる利得の波長依存性が存在し、これがＷＤＭシステムにおいて伝送距離を制限する要因となっている。
【０００５】
そこで、利得の波長依存性を抑圧するために、波長多重信号を一度分波し、各チャンネルの光信号毎に適切な減衰を与え強度を平坦にした後、再度波長多重する方法が必要となる。従来、これを実現するために、複数の光アッテネータで各チャンネルの光信号毎に任意の減衰を与える方式をとっていた。しかしながら、この方式では、光アッテネータがＷＤＭのチャンネル数分だけ必要になり、複雑な構成あるいは大型な装置になるという課題があった。
【０００６】
これを解決する手段として、特開平１１−１１９１７８号公報には磁気光学効果を利用した可変光アッテネータが提案されている。この光デバイスは、磁気光学結晶と、磁気光学結晶に任意の磁界（以下、表現を磁場に統一する）分布を与える手段とを備え、１台の光デバイスでチャンネル毎に任意の減衰を与えることが可能である。
【０００７】
ここで、従来の可変光アッテネータについて、図１７を参照して説明する。
図１７は、従来の可変光アッテネータの原理図である。図１７によると、光の波長多重信号は、光ファイバ４１０の内部を進行し、分散素子４２０，４３０で一次元（Ｘ）方向に波長分波される。そして、磁気光学結晶４５５に入射し、反射膜４５６により反射して同様の経路で帰還する。ここで、磁気光学結晶４５５には、永久磁石４５７ａ（Ｓ極），永久磁石４５７ｂ（Ｎ極）により磁気光学結晶４５５の磁化の強さが飽和させられ、更に制御回路４６０からの電気信号（電流）を受けた主磁極４５４により任意の磁場分布が与えられる。これにより、分波された光信号はそれぞれの磁場強度に応じてファラデー回転を受ける。そして、このファラデー回転角（磁場強度）に応じて、光信号が減衰するように複屈折結晶４４０が配置されており、チャンネル毎に任意の減衰を与えることが可能となる。
【０００８】
また、上記した磁場印加ユニット４５０を類推できる従来例として、磁気表示媒体に垂直磁場を作用させる磁気書き込み用ヘッド（以下、磁気ヘッドユニットと称する）があり、例えば以下に示す２つの技術が知られている。
【０００９】
まず、従来例１として特開平８−１６７１１２号公報に記載されている磁場印加ユニットの構成について、図１３を参照して説明する。
図１３は、従来例１の磁気ヘッドユニットを示す図である。図１３によると、従来例１の磁気ヘッドユニットは、磁性材料で形成された磁性芯２０８と、コイル端子２１４ａ，２１４ｂを備え磁性芯２０８の周囲に巻回するコイル２０６と、保持部（以下、保持孔と称する）２１０、スリット溝２１２、フレキシブル回路基板２１６を備え、保持孔２１０内にコイル２０６と共に磁性芯２０８を収納させる非磁性材料で形成された保持板（保持部材）２０４と、から構成される。各保持孔２１０は、保持板２０４の端面部に開口された孔であって、その側面部には開口部としてスリット溝２１２が形成されている。各保持孔２１０には、空芯状をなすコイル２０６が挿入され、その内部には磁性芯２０８が挿入される。そして、コイル２０６のコイル端子２１４ａ，２１４ｂは、スリット溝２１２から保持孔２１０の外部に引き出されて、配線部材として設置されたフレキシブル回路基板２１６にあるスルーホール２１７を通り、フレキシブル回路基板２１６の導体に半田付け等によって電気的に接続される。このような構成により、コイル２０６には、フレキシブル回路基板２１６を通して独立した駆動電流が与えられ、選択的に所望の磁場が磁性芯２０８に発生する。
【００１０】
次に、従来例２として特開平１１−２１９５０７号公報に記載されている磁気ヘッドユニットの構成について、図１４および図１５を参照して説明する。
図１４は、従来例２の磁気ヘッドユニットを示す図であり、図１５は、図１４のＣ部における拡大断面図である。図１４および図１５によると、従来例２の磁気ヘッドユニットは、微小なコイルユニット３２０が直線状に配置された磁気書き込み用ヘッドであり、フレキシブル基板３０４、電気絶縁性基板３１１、端面３１１ａ、電気絶縁性基板３１２、端子３１３、共通電極３１４、個別電極３１５、コイルユニット３２０から構成される。コイルユニット３２０は、磁性芯として機能する細長形状の磁性層３２３と、磁性層３２３の長手方向を中心軸として巻回されるコイル線を構成するコイル層３２１，３２２，３２４，３２５とを有し、基板の端面３１１ａに沿って複数配置される。また、コイルユニット３２０は、２つの電気絶縁性基板３１１，３１２で挟まれ支持される。電気絶縁性基板３１１には、端子３１３、共通電極３１４、個別電極３１５が形成される。各コイルユニット３２０のコイル線の一端は、共通電極３１４に共通接続され、共通電極３１４は２つの端子３１３に接続される。一方、コイル線の他端は個別電極３１５に個別接続され、個別電極３１５は複数の端子３１３にそれぞれ接続される。フレキシブル基板３０４は、電気絶縁性基板３１１の一端側に配置された端子３１３と電気接続をとるように接着固定される。このような構成により、各コイルユニット３２０は、電気絶縁性基板３１１の端面３１１ａに対して、略垂直な方向に磁場Ｈを発生する。
【００１１】
次に、上記したコイルユニット３２０の基板製造方法について、図１６を参照して説明する。
図１６は、従来例２におけるコイルユニット３２０の基板製造方法を示す工程図である。まず、図１６（ａ）に示すように、電気絶縁性基板３１１上に銅を蒸着した後、エッチングによって所定パターンに形成し、矩形コイルの下側部分となるコイル層３２１を形成する。このとき、端子、共通電極および個別電極も同時に形成する（図示せず）。次に、図１６（ｂ）に示すように、スクリーン印刷によって絶縁材である合成樹脂をコイル層３２１の上に塗布して、下側の電気絶縁層３２６を所定パターンに形成する。次に、図１６（ｃ）に示すように、Ｆｅ−Ｎｉを所定パターンのマスクを用いて電気絶縁層３２６の上に蒸着して、磁性層３２３を形成する。次に、図１６（ｄ）に示すように、スクリーン印刷によって合成樹脂を磁性層３２３の上側面および左右側面に塗布して、電気絶縁層３２７〜３２９を形成する。こうして、磁性層３２３の周囲は電気絶縁層によって覆われる。次に、図１６（ｅ）に示すように、無電解銅メッキによって電気絶縁層３２６〜３２９を挟み込むようにコイル層３２１の露出部分の上に銅膜を析出させ、矩形コイルの側面部分となるコイル層３２４，３２５を形成する。次に、図１６（ｆ）に示すように、電気絶縁層３２７〜３２９の上にコイル層３２４，３２５と電気接続が得られるように銅を蒸着した後、エッチングによって所定パターンに形成し、矩形コイルの上側部分となるコイル層３２２を形成する。こうして１個のコイルユニット３２０が完成する。次に、図１６（ｇ）に示すように、各コイルユニット間の隙間を電気絶縁材である合成樹脂で充填して、充填層３３０を形成する。その後、電気絶縁性基板３１２を載せて固定することにより、磁気書き込み用ヘッドが完成する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明で実現しようとする磁場印加ユニットは、前述した図１７に示されるような光通信デバイスへの適用を目的としている。したがって、図１７において、磁気光学結晶４５５に任意の磁場分布を与える磁場印加ユニット４５０は、一次元（Ｘ）方向に連続的な磁場分布を発生し、且つ、高さ（Ｙ）方向には、少なくとも磁気光学結晶に入射する光ビーム幅（励振幅）と同等の範囲で均一磁場分布を発生する機能を必要とする。また、その特性の安定性、信頼性に加え、小型化と低コスト化の実現も不可欠である。
【００１３】
しかしながら、前述した従来例では以下のような課題があり、これら要求の実現が困難であった。
まず、従来例１の磁気ヘッドユニットは、磁性芯２０８およびコイル２０６から成るコイルユニットを個別部品として１個ずつ組み立てた後、スリット溝２１２に平行、且つ直線状に多数配列して構成される。コイルユニットを個別部品で構成した場合、各磁性芯２０８にそれぞれコイル２０６を巻く作業や、コイル端子２１４ａ，２１４ｂの半田付け処理等、多大な労力を要するため量産性・低コスト化が困難であった。また、ヘッドの小型化のために、磁性芯２０８およびコイル２０６の寸法やコイルユニットの配列ピッチを小さく設計すると、コイル２０６の細線化や巻数減、磁性芯２０８の細径化を余儀なくされ、その結果、途端に部品加工が困難になり、加工精度や組立精度、部品強度等が不十分となり、コスト増加をもたらす。また、当然ながら小型化にも限界があった。
【００１４】
次に、従来例２の磁気ヘッドユニットは、コイルユニット３２０を構成する磁性層３２３、電気絶縁層３２６〜３２９、およびコイル層３２１，３２２，３２４，３２５を薄膜技術や厚膜技術を用いて形成しているため、小型で高精度のコイルユニット３２０を再現性良く製作することが可能である。しかしながら、ここで用いられる磁性芯（磁性層３２３）は蒸着による成膜で形成されるため、その厚みはたかだか数十μｍが限界である。このため、このコイルユニット３２０を配列した磁気ヘッドユニットでは、一次元（Ｘ）方向の連続的な磁場分布を発生することは可能であるが、高さ（Ｙ）方向の均一磁場範囲は数十μｍ以下に制限されることになる。通常、光ファイバから出射する光をレンズでコリメートした光ビームの幅（励振幅）は、数百μｍ（〜５００μｍ）程度であり、本発明の目的も例外では無い。すなわち、従来例２のようなプロセスによる成膜技術は、高さ（Ｙ）方向に数百μｍの均一磁場をつくるのに十分な厚みの磁性層をつくることが非常に困難であった。
【００１５】
また、従来例１，２ともに、コイルユニットは磁性体を介在した閉磁路が形成されていないため、磁性芯から発生した磁場が分散しやすい。コイルユニットを複数、高密度に配列した場合、ある磁性芯を励磁させると、被磁化体を通して、隣接するコイルユニットへ磁場の回り込みが生じ、また、隣接コイルユニットの励磁状況により磁場の回り込み方も変化するといった、特性の不安定性を招きやすい。さらに外部ノイズにも弱くなるといった課題があった。
【００１６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、小型化しても最適な磁場分布を形成し、且つ隣接磁場の干渉を低減することができる磁場印加ユニット、磁場印加ユニットの基板製造方法、光デバイス、および光減衰器を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明は、生産性に優れた実装方法を実現することができる磁場印加ユニット、磁場印加ユニットの基板製造方法、光デバイス、および光減衰器を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、光信号の減衰を制御するための磁場印加ユニットにおいて、非磁性材料からなり、凹部を有する絶縁基板と、前記絶縁基板上に、前記凹部を囲むように、導電性材料の膜からなる少なくとも１層以上のスパイラル状パターンで形成されるコイルと、磁場発生部を有し、一部を前記凹部に嵌合して前記絶縁基板上に複数整列配置され、任意の合成磁場分布を発生する磁性材料からなる主磁極と、前記磁場発生部に対向して配置され、前記磁場発生部と対向する側と反対の側から光ビームが入射されると共に、前記任意の合成磁場分布の磁場を複数の前記主磁極により印加される被磁化体と、前記被磁化体の前記磁場発生部と対向する側と反対の側に配置されて、前記光ビームが通過可能に構成された磁性体と、前記絶縁基板上に保持され、前記被磁化体に対し磁場を印加し、前記被磁化体の磁化の強さを飽和させる永久磁石と、を有し、前記主磁極の前記磁場発生部から前記被磁化体を前記光ビームが入射する側へ貫通し前記磁性体を介して前記主磁極に戻る経路の閉磁路が形成されていることを特徴とする磁場印加ユニットが提供される。
【００１９】
このような磁場印加ユニットによれば、非磁性材料からなる絶縁基板上に導電性材料の膜からなる、少なくとも１層以上のスパイラル状パターンで形成されるコイルに所定の電気信号が印加される。磁性材料からなる主磁極は、絶縁基板上のコイルで囲まれた凹部に、その一部を嵌合して絶縁基板上に複数整列配置され、印加された電気信号によって、任意の合成磁場分布を発生する。この合成磁場分布の磁場は、光ビームが入射される被磁化体に印加される。ここで、永久磁石は、被磁化体に対し、磁場を印加し被磁化体の磁化の強さを飽和させる。磁場印加ユニットでは、被磁化体の光ビーム入射側へ貫通する閉磁路が形成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の磁場印加ユニットの平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。図１によると、磁場印加ユニット３０は、非磁性材料からなるベース基板（以下、絶縁基板と称する）３１と、絶縁基板３１上に形成され導電性材料の膜からなるスパイラル状コイル３２ａと、スパイラル状コイル３２ａの中心部に設けられる凹部３３ａと、その一部を凹部３３ａに嵌合し磁性材料からなる主磁極３４ａと、主磁極３４ａにより磁場を印加される被磁化体３５と、から構成される。磁場発生部３４ａ１は、主磁極３４ａの被磁化体３５側先端を示し磁場を発生させる。なお、スパイラル状コイル３２ａ、凹部３３ａ、主磁極３４ａ、および磁場発生部３４ａ１は、図１に示すように同様のものが複数配置されている。ただし、本発明の説明においては、便宜上それらを代表し主磁極３４ｂ〜３４ｎとして図示している。また、本発明の構成要素として、図１１に示すように永久磁石３６ａ，３６ｂがあるが、永久磁石３６ａ，３６ｂの用途においては一般的に周知であり、特に形状、配置位置などは限定しない。ただし、後述する効果を実現するための必要要素となるので、詳細は図１１にて説明する。
【００２７】
ここで、磁場印加ユニット３０において、非磁性材料からなる絶縁基板３１上には、導電性材料の膜からなる少なくとも１層以上のスパイラル状コイル３２ａが形成されている。（図１にはスパイラルパターンの詳細は図示せず。）なお、スパイラルパターンの形状は、磁場を発生させるコイルの特性を持つものであれば、どのような形状でもよい。そして、絶縁基板３１上の、スパイラル状コイル３２ａの中心部には、角錐形状の凹部３３ａが設けられている。また、その凹部３３ａとの嵌合部と同一形状で磁性材料からなる主磁極３４ａが、その一部を凹部３３ａに嵌合して絶縁基板３１上に整列配置される。さらに、被磁化体３５は、複数配列した主磁極３４ａの磁場発生部３４ａ１直近に配置される。そこで、スパイラル状コイル３２ａに電気信号（電流）を流すことで、主磁極３４ａより発生する磁場Ｈが被磁化体３５に印加される。なお、絶縁基板３１は、半導体材料であればどのような材料でもよく、例えばシリコン等を使用することができる。そこで、絶縁基板３１にシリコンを使用した場合の製造方法について、図３を参照して説明する。
【００２８】
図３は、シリコン基板を用いた絶縁基板の製造方法を示す図である。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板１１１表面に絶縁膜１１２ａ，１１２ｂを形成し、凹溝形成位置の裏面に絶縁膜１１２ｂを除去した開口部１１３を設ける。次に、図３（ｂ）のように、絶縁膜１１２ｂをマスクとして、異方性エッチングにより凹部３３ａを形成する。このとき、凹部３３ａの底面には絶縁膜１１２ａが残る。この際、薄いシリコン層が残っていても良い（図示せず）。その後、図３（ｃ）のように、シリコン基板１１１表面に導電材料薄膜でスパイラルパターン１１４を形成する。その上に絶縁材料薄膜１１５を積層し、コイル端子位置１１６ａ，１１６ｂ、次層スパイラルパターンとの電気的コンタクト位置１１７ａ，１１７ｂ、および凹溝形成位置１１８、それぞれの位置の絶縁材料薄膜１１５を除去する。次に、図３（ｄ）のように、２層目（ここでは最終層）のスパイラルパターン１１９を形成し、さらにその上に絶縁材料で薄膜１２０を積層する。その後、同様にコイル端子位置１１６ａ，１１６ｂおよび凹溝形成位置１１８、それぞれの位置の薄膜１２０を除去する。その後、図３（ｅ）のように、シリコン基板１１１表面に保護膜１２１を成膜し凹溝形成位置１１８の保護膜１２１を除去する。最後に、保護膜１２１をマスクとして、凹部３３ａの底面に残った絶縁膜１１２ａ（異方性エッチング時に残ったシリコン層を含む）を除去することで、図３（ｆ）のように、絶縁基板３１を完成する。ここで、凹部３３ａの底面の絶縁膜除去工程は、シリコン基板１１１の裏面側（各図の下側）からＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）等のエッチング手段で実施することもでき、この場合、シリコン基板１１１表面の保護膜１２１は必ずしも必要ではない。
【００２９】
図４は、本発明の磁場印加ユニットから発生する磁場の分布図である。図４において、縦軸は磁場強度を示し、横軸は磁場発生部３４ａ１の配列位置を示す。ここで、磁場発生部３４ａ１は、主磁極３４ａに対応した磁場発生部位であるが、図１にて前述した３４ｂ〜３４ｎの磁場発生部位も磁場発生部３４ａ１に代表して説明する。また、破線で示した各分布曲線は、それぞれ磁場発生部３４ａ１から発生した個別磁場分布を示している。この個別磁場分布は、磁場発生部３４ａ１の横幅の大きさに比例する。例えば、横幅が狭い場合には磁場強度は中央に集中分布し、横幅が広い場合には磁場強度は広範囲に分布している。そして、これらの個別磁場分布を合成することによって、合成した分布曲線である合成磁場分布Ｃｍが得られる。すなわち、複数の主磁極から発生する磁場を合成することによって、合成磁場分布Ｃｍが得られる。この合成磁場分布Ｃｍの分布曲線形状は、前述した磁場発生部３４ａ１に比例するだけでなく、各磁場発生部の間の距離である配列ピッチｄ１，ｄ２，ｄ３をそれぞれ変えることによっても変化させることができる。したがって、このような合成磁場分布Ｃｍを利用することによって、入力された光信号に対して、磁場強度を任意に設定できる合成磁場を印加することができる。つまり、入力された光信号には、光信号強度の分布に対応した合成磁場を印加、具体的には光信号強度が大きいところに対して、磁場強度の大きい磁場を印加することができる。
【００３０】
また、絶縁基板３１上に配置される複数の主磁極３４ａは、その磁場発生部３４ａ１の先端形状および配列ピッチｄ１，ｄ２，ｄ３が個別に異なっていても良く、図４のように、合成磁場分布Ｃｍが所望の形状となるように最適化される。
【００３１】
このように、本発明では、非磁性材料からなる絶縁基板３１にある、スパイラル状コイル３２ａの中心部分に凹部３３ａを設け、これに主磁極３４ａを嵌合するので、主磁極３４ａの位置が容易に定まり、簡易組立で主磁極３４ａを所望のピッチで配列することができる。また、主磁極３４ａ（磁性芯）単体を個別部品として扱い、コイルを絶縁基板上にプロセスで一括形成する（図３参照）ことにより、従来のように磁性芯およびコイルから成るコイルユニットを１個ずつ組み立てる必要が無くなる。このため、磁性芯にコイルを巻く作業やコイル端子の半田付け処理等が不要となり、製造の簡易化が図れる。さらに、主磁極３４ａを個別部品とすれば、プロセスでは不可能な、広い断面積の磁場発生部３４ａ１を容易に実現できる。また、コイルをプロセスで形成すれば細径化が可能であり、高密度化にも対応できる。
【００３２】
また、凹部３３ａとスパイラル状コイル３２ａを形成する絶縁基板３１は、図３の製造工程に従えば、シリコン基板１１１を用いることで容易に作製できる。すなわち、凹部３３ａは異方性エッチングにより容易に形成でき、その位置も精度良く決めることができる。このとき図３（ｂ）のように凹部３３ａ底面に絶縁膜１１２ａ（シリコン層があっても良い）を残すことで、シリコン基板１１１表面は平坦面が確保されるのでスパイラル状コイル３２ａ等の微細パターニングも可能となる。最後に凹部３３ａ底面を除去すれば、所望の絶縁基板３１が実現できる。また、全ての工程がプロセスに依るため、量産も容易となる。また、シリコンは熱伝導性に優れた材料であり、絶縁基板３１としてシリコンを選択することにより、スパイラル状コイル３２ａの通電に伴う発熱を抑えることができる。その結果、発生磁場の特性安定化やコイルの焼き切れ防止の効果を、大きくすることができる。
【００３３】
さらに、主磁極３４ａの先端（磁場発生部３４ａ１）形状および配列ピッチｄ１，ｄ２，ｄ３を個別に異なるものとし、所望の合成磁場分布Ｃｍを形成するためにそれぞれのパラメータを最適化すれば、最小の主磁極数で磁場印加ユニット３０を構成することができる。その結果、磁場発生に必要な消費電力を、最小にすることができる。
【００３４】
次に、本発明の他の実施の形態（第２〜第６）について、図５〜図１０を参照して説明する。
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態における磁場印加ユニットの平面図であり、図６は図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。図５および図６において、磁場印加ユニット４０は、非磁性材料からなる絶縁基板４１と、絶縁基板４１上に形成され導電性材料の膜からなるスパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２と、スパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２の中心部に設けられる凹部（以下、本図において貫通孔と称する）４３ａ１，４３ａ２と、その一部を貫通孔４３ａ１，４３ａ２に嵌合し磁性材料からなる主磁極４４ａと、主磁極４４ａにより磁場を印加される被磁化体４５と、少なくとも表面に磁性を有し絶縁基板４１を載置した第２の基板４６（絶縁基板４１を第１の基板と考える）と、から構成される。磁場発生部４４ａ１は、主磁極４４ａの被磁化体４５側先端を示し、被磁化体４５への磁場の印加口である。また、絶縁基板４１の中央には、被磁化体４５を収納する収納孔４７を備えている。さらに、第２の基板４６は、光ビームＰｂを入出射する開口４８を備えている。なお、スパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２、貫通孔４３ａ１，４３ａ２、主磁極４４ａ、および磁場発生部４４ａ１は、図５に示すように同様のものが複数配置されている。ただし、本実施の形態では、図６のように主磁極４４ａに関連した部位で代表して説明する。また、第３〜第４の実施の形態、ならびに実施例においても、同様に各図を代表部位とする。
【００３５】
ここで、磁場印加ユニット４０には、非磁性材料からなる絶縁基板４１上に、導電性材料の膜からなる少なくとも１層以上のスパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２が形成されている。（図５にはスパイラルパターンの詳細は図示せず。）そして、絶縁基板４１上の、スパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２の中心部には、貫通孔４３ａ１，４３ａ２が設けられ、磁性材料からなる主磁極４４ａは、その一部を貫通孔４３ａ１，４３ａ２に嵌合して絶縁基板４１上に整列配置される。この絶縁基板４１は少なくとも表面に磁性を有する第２の基板４６上に搭載され、また主磁極４４ａは貫通孔４３ａ１，４３ａ２を通って第２の基板４６の磁性表面と接触する。また、絶縁基板４１の中央には被磁化体４５を収納する収納孔４７が設けられており、図６のように、被磁化体４５が第２の基板４６の磁性面で接触保持される。この被磁化体４５は、主磁極４４ａの磁場発生部４４ａ１直下に位置する。そこで、スパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２に電流を流すことで、主磁極４４ａより発生する磁場Ｈが被磁化体４５に印加されるとともに、“主磁極４４ａ−被磁化体４５−第２の基板４６の磁性面”の経路で閉磁路Ｃｍ４０ａを形成する。このような状態で、第２の基板４６の開口４８では、被磁化体４５への光ビームＰｂが入出射され、光ビームＰｂは被磁化体４５内で磁場Ｈを受けることになる。
【００３６】
また、図６のように、主磁極４４ａを２つ以上のスパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２と磁気的に結合させ、複数のコイルから生じる磁束が主磁極の磁場発生部４４ａ１に集中するように構成しているが、１つあるいは３つ以上のコイルにより構成することもできる。さらに、１つの主磁極４４ａに結合する複数のスパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２を電気的に直列接続しても良い（図示せず）。また、スパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２を絶縁基板４１上で千鳥状交互に密集配置することもできる。
【００３７】
このように、閉磁路Ｃｍ４０ａを形成して被磁化体４５に磁場Ｈを印加することにより、主磁極４４ａから発生する磁場の分散や、隣接する主磁極への磁場の回り込み等が生じにくくなり、被磁化体４５に印加される合成磁場分布を安定させることができる。また、外部ノイズに対しても強くすることができる。
【００３８】
また、主磁極４４ａを２つ以上のスパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２と磁気的に結合させることにより、複数のスパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２から生じる磁束を主磁極４４ａの磁場発生部３４ａ１に集中することができ、磁場印加効率の向上が図れる。また、一般に、コイルから発生する磁束はコイルの巻数に比例し、コイルの占有面積はコイルの巻数の２乗に比例する。すなわち、コイルの磁束を２倍にしようとして巻数を２倍にすると、４倍のコイル面積が必要となる。しかしながら、図６のように、主磁極４４ａと結合するスパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２を複数とし、例えば同じ巻数のコイルを１個から２個に増やせばコイルから発生するトータルの磁束を２倍にでき、且つ、コイル占有面積も２倍で済むといったメリットがある。このため、複数のスパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２を主磁極４４ａと結合する構成とすれば、狭いコイル面積で高い磁場印加効率を得ることができ、また、主磁極間の間隔をより挟ピッチ化することができる。このとき、１つの主磁極に結合する複数のコイルを電気的に直列接続すれば、コイル端子数が削減できるので、ワイヤボンディング等の電気接続工程が簡易化できる。さらに、スパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２を図６のように千鳥状交互に配置すれば、主磁極の挟ピッチ化に大きく寄与することができる。
［第３の実施の形態］
図７は、本発明の第３の実施の形態における磁場印加ユニットの側断面図である。図７において、磁場印加ユニット５０は、非磁性材料からなる絶縁基板５１と、絶縁基板５１上に形成され導電性材料の膜からなるスパイラル状コイル５２ａと、スパイラル状コイル５２ａの中心部に設けられる凹部（以下、本図において貫通孔と称する）５３ａと、その一部を貫通孔５３ａに嵌合し磁性材料からなる主磁極５４ａと、主磁極５４ａにより磁場を印加される被磁化体５５と、少なくとも表面に磁性を有し絶縁基板５１を載置した第２の基板５６と、第２の基板５６に載置され磁性体からなる第３の基板５７と、から構成される。磁場発生部５４ａ１は、主磁極５４ａの被磁化体５５側先端を示し、被磁化体５５への磁場Ｈの印加口である。また、第３の基板５７は、光ビームＰｂを入出射する開口５８を備えている。
【００３９】
ここで、磁場印加ユニット５０において、非磁性材料からなる絶縁基板５１には、スパイラル状コイル５２ａおよびコイル中心部の貫通孔５３ａが設けられている。この絶縁基板５１は、少なくとも表面に磁性を有する第２の基板５６上に搭載され、主磁極５４ａは貫通孔５３ａを通って第２の基板５６の磁性表面と接触するように取り付けられる。この主磁極５４ａの磁場発生部５４ａ１直近の絶縁基板５１上には、被磁化体５５が配置される。また、磁性体からなる第３の基板５７が、被磁化体５５の主磁極５４ａと対向する面の反対側に、且つ、第２の基板５６の磁性表面と接触するように配置される。そこで、スパイラル状コイル５２ａに電流を流すことで主磁極５４ａより発生する磁場Ｈが被磁化体５５に印加され、“主磁極５４ａ−被磁化体５５−第３の基板５７（磁性体）−第２の基板５６の磁性面”の経路で閉磁路Ｃｍ５０ａを形成する。このような状態で、第３の基板５７（磁性体）に設けられた開口５８では、被磁化体５５への光ビームＰｂが入出射され、光ビームＰｂは被磁化体５５内で磁場Ｈを受けることになる。
【００４０】
このように、磁性体からなる第３の基板５７を、被磁化体５５の主磁極５４ａと対向する面の反対側に、且つ、第２の基板５６の磁性表面と接触するように配置すれば、図６と違った構成で閉磁路Ｃｍ５０ａが形成できるので、アプリケーションに合わせた磁場印加ユニットの設計が可能となる。
［第４の実施の形態］
図８のように、少なくとも表面に磁性を有する第２の基板として、磁性ガラス６６を選択することもできる。
【００４１】
図８は、本発明の第４の実施の形態における磁場印加ユニットの側断面図である。なお、図８の構成部位の機能は、一部を除いて図６と同様であるため、図６との差異を中心に説明する。図８において、磁場印加ユニット６０は、磁場発生部位を中心にして、対称的な経路からなる二つの閉磁路を形成する磁場発生部６４ａ１（図６の磁場発生部４４ａ１に対応）と、図６における開口４８を無くし、少なくとも表面に磁性を有する磁性ガラス６６（図６の第２の基板４６に対応）と、に図６の構成に対して変更したものである。
【００４２】
ここで、磁場印加ユニット６０において、被磁化体６５は、ベース基板（被磁性材料からなる絶縁基板６１＋磁性ガラス６６）に保持され、主磁極６４ａ直下に配置されている。そこで、スパイラル状コイル６２ａ１，６２ａ２に電流を流すことで、主磁極６４ａより発生する磁場Ｈが印加され、“主磁極６４ａ−被磁化体６５−磁性ガラス６６”の経路で閉磁路Ｃｍ６０ａを形成する。なお、この閉磁路Ｃｍ６０ａは、磁場発生部６４ａ１を中心にして、対称的な経路からなる二つの閉磁路である。このような状態で、磁性ガラス６６には、被磁化体６５への光ビームＰｂが入出射され、光ビームＰｂは被磁化体６５内で磁場Ｈを受けることになる。ここで、被磁化体６５への光ビームＰｂの入出射は、磁性ガラス６６を通して行うので開口は必要としない。
【００４３】
このように、少なくとも表面に磁性を有する第２の基板として、磁性ガラス６６を選択すれば、図６のように光ビームＰｂの入出射のための開口４８を設ける必要が無く、絶縁基板６１と第２の基板（磁性ガラス６６）の張り合わせも相対位置を気にしないので、より簡単に磁場印加ユニットを組み立てることができる。また、主磁極６４ａから発生する磁場Ｈを主磁極６４ａに対向する面全体で受ける閉磁路Ｃｍ６０ａを形成できるので、図６のように被磁化体６５内部の磁場が磁場方向（Ｚ方向）に一様でない、いわゆる磁場ムラが生じにくく、特性安定化が可能となる。
［第５の実施の形態］
図９のように、磁性を有する第３の基板７７が、光学部品７８を保持するホルダを兼ねることもできる。
【００４４】
図９は、本発明の第５の実施の形態における磁場印加ユニットの側断面図である。なお、図９の構成部位の機能は、一部を除いて図７と同様であるため、図７との差異を中心に説明する。図９において、磁場印加ユニット７０は、図７における開口５８に光学部品７８（レンズ）を固定した第３の基板７７（図７の第３の基板５７に対応）に、図７の構成に対して変更したものである。
【００４５】
ここで、磁場印加ユニット７０において、スパイラル状コイル７２ａに電流を流すことで、主磁極７４ａより発生する磁場Ｈが被磁化体７５に印加され、“主磁極７４ａ−被磁化体７５−第３の基板７７（磁性体）−第２の基板７６の磁性面”の経路で閉磁路Ｃｍ７０ａを形成する。このような状態で、光ビームＰｂは光学部品７８を通過して、被磁化体７５へ入出射され、光ビームＰｂは被磁化体７５内で磁場Ｈを受けることになる。
【００４６】
このように、磁性体からなる第３の基板７７が光学部品７８を保持するホルダを兼ねれば、被磁化体７５に入出射する光ビームＰｂに他の光学的制御を与えることができるので、光学機能を集積した複合機能型磁場印加ユニットを容易に構成することができる。また、部品削減にも効果がある。
［第６の実施の形態］
また、図１０のように、磁性を有する第３の基板が、磁性ガラスからなるレンズ部品８７であっても良い。
【００４７】
図１０は、本発明の第６の実施の形態における磁場印加ユニットの側断面図である。なお、図１０の構成部位の機能は、一部を除いて図７と同様であるため、図７との差異を中心に説明する。図１０において、磁場印加ユニット８０は、図７における第３の基板５７を、磁性ガラスからなるレンズ部品８７に変更したものである。ここで、磁場印加ユニット７０において、スパイラル状コイル８２ａ１，８２ａ２に電流を流すことで、主磁極８４ａより発生する磁場Ｈが被磁化体８５に印加され、“主磁極８４ａ−被磁化体８５−レンズ部品８７−第２の基板８６の磁性面”の経路で閉磁路Ｃｍ８０ａを形成する。このような状態で、光ビームＰｂはレンズ部品８７で集光され、被磁化体８５へ入出射する。そして、光ビームＰｂは被磁化体８５内で磁場Ｈを受けることになる。
【００４８】
このように、図７における磁性体からなる第３の基板を、磁性ガラスからなるレンズ部品８７とすれば、被磁化体８５に入出射する光ビームＰｂに集光機能を付加できるとともに、主磁極８４ａから発生する磁場Ｈを主磁極８４ａに対向する面全体で受ける閉磁路Ｃｍ８０ａを形成できるので、被磁化体８５に磁場ムラが生じにくく特性安定化が可能となる。
［第７の実施の形態］
上述の全ての磁場印加ユニットにおいて、被磁化体を磁気光学結晶とし、磁気光学結晶に光ビームＰｂが通過（入出射）するように光学系配置すれば、図１１および図１２のように、磁気光学効果を利用した光減衰器（図１１、図１２において、可変光アッテネータと称する）、および光デバイスを構成することができる。
【００４９】
図１１は、本発明の第７の実施の形態における可変光アッテネータの構成図である。図１１において、可変光アッテネータ２０は、入射した多重光信号を平行にするコリメータ２１と、平行になった多重光信号を波長別の光信号に分波（分散）させる分散素子２２と、波長別光信号の分散を抑え平方向にする分散素子２３と、光信号を偏光分離する複屈折結晶２４と、光信号に磁場を印加する磁場印加ユニット３０と、から構成される。ここで、磁場印加ユニット３０は、主磁極３４（主磁極３４ａ〜３４ｎで構成）、磁気光学結晶３５ａ、反射膜３５ｂ、永久磁石３６ａ，３６ｂを有する。なお、可変光アッテネータ２０は、光サーキュレータ１６により光信号が入出射される。また、可変光アッテネータ２０は、制御回路１５により磁場強度調節のための電気信号が入力される。
【００５０】
このような構成により、光ファイバを通って光サーキュレータ１６のポート１６ａに入射した多重光信号は、光サーキュレータ１６のポート１６ｂ、光ファイバ１１ｅを通過してコリメータ２１により平行な多重光信号に調整される。平行に調整された多重光信号は、分散素子２２により波長別に分波（分散）される。分散された各光信号は、分散素子２３により、分散を抑えるように平方向化される。平方向となった各光信号は、複屈折結晶２４により偏光分離される。偏光分離された各光信号には、制御回路１５から所定の電気信号が印加された磁場印加ユニット３０により、磁気光学結晶３５ａ内にて磁場を印加されることで、各光信号の偏光面に対しファラデー回転が与えられる。ここで、磁気光学結晶３５ａ内にて印加される磁場は、永久磁石３６ａ（Ｓ極），永久磁石３６ｂ（Ｎ極）により磁気光学結晶３５ａの磁化の強さを飽和させ、主磁極３４により磁化の方向および強さを任意に変化させたものである。このように偏光回転を任意に変化させられた各光信号は、再び複屈折結晶２４の通過時に所定の減衰が与えられる。すなわち、各光信号の入出射時において、偏光回転の変化の大きさに応じた減衰が与えられる。そして、入射経路を逆に進み、光サーキュレータ１６のポート１６ｂに出射した光信号は、光サーキュレータ１６のポート１６ｃから、光信号強度が平坦な多重光信号として出射される。
【００５１】
図１２は、本発明の第７の実施の形態における光デバイスの構成図である。図１２において、光デバイス１は、多重伝送された各光信号の強度を平坦にするものであり、光信号を伝送する光ファイバ１１ａ〜１１ｆと、光信号を増幅する光アンプ１２と、光信号を分岐する光カプラ１３と、光信号の光信号強度を測定するマルチチャンネル光モニタ１４と、光信号強度に応じた電気信号を印加する制御回路１５と、光信号の経路を変更する光サーキュレータ１６と、光信号の光信号強度を調整する可変光アッテネータ２０と、から構成される。
【００５２】
このような構成により、光ファイバ１１ａ内を進行する多重光信号（弱）Ｐｉは、光アンプ１２により増幅され、光ファイバ１１ｂへ出射される。増幅された多重光信号は、光カプラ１３により一部が分岐され、光ファイバ１１ｃへ出射される。また残りの多重光信号は、光ファイバ１１ｄへ出射される。この光ファイバ１１ｃへ出射された一部の多重光信号は、マルチチャンネル光モニタ１４により光信号強度を測定され、強度測定値が制御回路１５へ出力される。一方、光ファイバ１１ｄへ出射された多重光信号は、光サーキュレータ１６により経路変更され、光ファイバ１１ｅへ出射される。光ファイバ１１ｅへ出射された多重光信号は、可変光アッテネータ２０により所望の減衰が与えられ、光信号強度が平坦化された多重光信号として光ファイバ１１ｅへ出射される。この減衰は、可変光アッテネータ２０にて、制御回路１５により強度測定値に応じた電気信号が与えられ、磁場強度を可変調整することにより行われる。そして、光信号強度が平坦化された多重光信号は、再び光サーキュレータ１６に戻り経路変更され、光ファイバ１１ｆへ出射されて多重光信号（強）Ｐｏとして長距離伝送される。
【００５３】
このように、被磁化体を磁気光学結晶とすれば、磁気光学結晶内を通過する光ビームに対して、磁場強度の分布に応じたファラデー効果を生じさせることができる。このため、図１１、図１２のような可変光アッテネータおよび光デバイスが実現可能となる。
【００５４】
これにより、特性の優れた磁場印加ユニットを小型で、且つ、量産に適した構成で提供できるとともに、磁場印加ユニットを用いた光デバイスおよび光減衰器を低コスト、小型で実現することができる。
［実施例］
次に、本発明の磁場印加ユニットにおける実施例について、図を参照して説明する。なお、実施例の説明は、前述した実施の形態において説明した図１〜図１１を参照する。
【００５５】
図１は、前述したように本発明による磁場印加ユニットの構成例であり、図２はその断面を示している。本実施例において、非磁性材料からなる絶縁基板３１はシリコンで構成され、前述した図３の工程に従い製造することができる。
【００５６】
まず、図３（ａ）のように、シリコン基板１１１の表面（両面）にＳｉＯ₂からなる非磁性の絶縁層（以下、本図においてＳｉＯ₂膜と称する）１１２ａ，１１２ｂを熱酸化工程により成膜後、シリコン基板１１１裏面の凹溝形成位置１１８にシリコンが露出した開口部１１３を設ける。ＳｉＯ₂膜１１２ｂの除去は、例えばＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）で実施される。ここで、シリコン基板１１１表面に形成する非磁性絶縁層は、ＳｉＯ₂の他、Ａｌ₂Ｏ₃を用いても良く、スパッタリング等の他の成膜方法を適用することもできる。次に、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液による異方性エッチングで、図３（ｂ）のように、凹部３３ａを形成する。このとき、凹部３３ａ底面にはＳｉＯ₂膜１１２ａが残る。この際、薄いシリコン層が残っていても良い（図示せず）。その後、図３（ｃ）のように、シリコン基板１１１表面にＣｒ／Ｃｕ／Ｃｒ（Ｃｒ：接合層）の３層からなるスパイラルパターン１１４（コイル）を蒸着等により形成する。その上に、例えばＳｉＯ₂からなる絶縁材料薄膜１１５をスパッタリングや蒸着等により積層し、コイル端子位置１１６ａ，１１６ｂ、次層スパイラルパターンとの電気的コンタクト位置１１７ａ，１１７ｂ、および凹溝形成位置１１８のＳｉＯ₂層をエッチングで除去する。さらに、図３（ｄ）のように、２層目（ここでは最終層）のスパイラルパターン１１９、および、その上にＳｉＯ₂からなる薄膜（以下、本図においてＳｉＯ₂膜と称する）１２０を同様に形成する。ＳｉＯ₂膜１２０は、コイル端子位置１１６ａ，１１６ｂおよび凹溝形成位置１１８がエッチングで除去される。その後、図３（ｅ）のように、シリコン基板１１１表面に、例えばポリイミドの保護膜１２１を成膜し、凹溝形成位置１１８の保護膜をエッチングで除去する。最後に、保護膜１２１をマスクとして、凹部３３ａ底面に残ったＳｉＯ₂膜１１２ａ（異方性エッチング時に残ったシリコン層を含む）をエッチングで除去することで、図３（ｆ）のように、絶縁基板３１を完成する。ここで、凹部３３ａ底面のＳｉＯ₂層除去工程は、シリコン基板１１１裏面側からＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）等のエッチング手段で実施することもでき、この場合、シリコン基板１１１表面の保護膜は必ずしも必要ではない。また、ここでは非磁性材料からなるベース基板としてシリコンを選択したが、この他に、例えばＩｎＰ（インジウム燐）のように異方性エッチングが可能な半導体材料を選択することもできる。
【００５７】
磁性材料からなる主磁極３４ａは、例えば、材料としてパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）を選択し型による打ち抜きで形成することができる。主磁極３４ａは、その一部が絶縁基板３１の凹部３３ａに嵌合するように、絶縁基板３１上に搭載され接着剤で固定される。これにより、主磁極の磁場発生部３４ａ１が一列に整列する。被磁化体３５は、複数配列した主磁極の磁場発生部３４ａ１直近に配置され、スパイラル状コイル３２ａに電流を流すことで各主磁極より発生する合成磁場が被磁化体３５に印加される。
【００５８】
ここで、絶縁基板３１上に搭載される複数の主磁極は、その先端形状および配列ピッチが個別に異なっていても良い。例えば、図４に示される合成磁場分布Ｃｍを作るために、形状の異なる２種類の主磁極３４ａを使用する。すなわち、形成したい合成磁場分布Ｃｍに対し、変化が大きい領域には、急峻な磁場分布を発生する幅の狭い主磁極３４ａを挟ピッチ間隔で配置し、変化の小さい領域には、緩やかな磁場分布を発生する幅の広い主磁極３４ａを広ピッチで配置する。これにより、所望の合成磁場分布Ｃｍを最小の主磁極数で効率良く形成することができる。
【００５９】
図５〜６は、前述したように磁場印加ユニットの他の構成例を示している。本実施例において、絶縁基板４１は、シリコンを用い前述と同様の工程でスパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２および凹部４３ａ１，４３ａ２を形成している。ここで、凹部４３ａ１，４３ａ２は、特に貫通孔であることを必須とする。また、被磁化体４５を収納する収納孔４７は異方性エッチングで凹部４３ａ１，４３ａ２と同時に形成される。絶縁基板４１は、例えばＭｎ−Ｚｎフェライトからなる第２の基板（以下、本図において磁性基板と称する）４６上に搭載され、接着固定される。被磁化体４５は、収納孔４７内で底面の一部が磁性基板４６と接触するように保持され、側面が収納孔４７（凹部状）の壁で保持される。ここで、磁性基板４６の被磁化体直下にあたる部分は開口４８とし、被磁化体４５への光ビームＰｂの入出射口としている。主磁極４４ａは、その一端が凹部４３ａ１，４３ａ２と嵌合して磁性基板４６と接触し、他端が被磁化体４５と対向するように、形状を略Ｊ字型とし、且つ、２つのスパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２と磁気的に結合するように設計されている。これは、例えばパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）の型打ち抜き等により形成される。主磁極４４ａは、図５のように交互に向きを変えて絶縁基板４１上に搭載され、接着固定される。これにより、主磁極の磁場発生部４４ａ１が被磁化体４５に対峙して一列に整列する。スパイラル状コイル４２ａ１，４２ａ２に電流を流すことで、複数のコイルから生じる磁束が主磁極の磁場発生部４４ａ１に集中し、各主磁極より発生する合成磁場が被磁化体４５に印加される。また、“主磁極４４ａ−被磁化体４５−磁性基板４６”の経路で閉磁路を形成する。
【００６０】
ここで、１つの主磁極に結合する複数のスパイラル状コイルは電気的に直列接続しても良い。また、スパイラル状コイルは複数列、不等ピッチで、例えば千鳥やダイヤモンド、ハニカム状に配置しても良い。
【００６１】
前述した図７のように、磁性体からなる第３の基板５７を、被磁化体５５の主磁極５４ａと対向する面の反対側に、且つ、第２の基板５６の磁性表面と接触するように配置することもできる。本実施例において、第２の基板５６および第３の基板５７は、例えばＭｎ−ＺｎフェライトやＮｉ−Ｚｎフェライトで構成され、磁性を示す表面同士が接触するようにして接着固定される。第３の基板に開口５８を設ければ、被磁化体５５への光ビームＰｂの入出射口が確保できる。この構成で、スパイラル状コイル５２ａに電流を流すことで主磁極５４ａより発生する磁場Ｈが被磁化体５５に印加され、“主磁極５４ａ−被磁化体５５−第３の基板５７（磁性体）−第２の基板５６の磁性面”の経路で閉磁路Ｃｍ５０ａが形成される。
【００６２】
また、前述した図８のように、少なくとも表面に磁性を有する第２の基板として、磁性ガラス６６を選択することもできる。本実施例において、磁性ガラス６６は、例えば酸化テルビウムを含むガラスで構成される。被磁化体６５は、収納孔６７内で底面が磁性ガラス６６と接触するように保持され、側面が収納孔６７（凹部状）の壁で保持される。被磁化体６５へ光ビームＰｂの入出射は、磁性ガラス６６を通して行われる。主磁極６４ａは、被磁化体６５をまたがるように凹部６３ａ１，６３ａ２に差し込まれ、磁性ガラス６６と接触する。同時に、主磁極の磁場発生部６４ａ１と被磁化体６５が対向する。絶縁基板６１上のスパイラル状コイル６２ａ１，６２ａ２は、発生した磁束が主磁極の磁場発生部６４ａ１に集中するように、その向きが予め設定されている。この構成で、“主磁極６４ａ−被磁化体６５−磁性ガラス６６”の経路で閉磁路Ｃｍ６０ａが形成され、被磁化体６５に磁場Ｈが印加される。
【００６３】
さらに、前述した図９および図１０は、磁性を有する第３の基板を使用した他の実施例を示している。本実施例では、図９のように磁性を有する第３の基板をレンズホルダ（以下、本図において単に第３の基板と称する）７７とし、光ビームＰｂを被磁化体７５に集光する位置に光学部品７８（レンズ）を配置することもできる。ここで、保持する部品はレンズに限定されない。閉磁路は、“主磁極７４ａ−被磁化体７５−第３の基板７７（磁性体）−第２の基板７６の磁性面”の経路で形成され、被磁化体７５に磁場Ｈが印加される。また、磁性ガラスでレンズ部品８７を形成し、図１０のように光ビームＰｂを被磁化体８５に集光する位置にレンズ部品８７を配置しても良い。ここで、磁性ガラスで形成する光学部品はレンズに限定されない。閉磁路は、“主磁極８４ａ−被磁化体８５−レンズ部品８７（磁性ガラスレンズ）−第２の基板８６の磁性面”の経路で形成され、被磁化体８５に磁場Ｈが印加される。
【００６４】
図１１は、上記磁場印加ユニットを用いた可変光アッテネータの実施例を示している。上述の全ての磁場印加ユニットにおいて、被磁化体として磁気光学結晶３５ａを選択し、主磁極３４（主磁極３４ａ〜３４ｎで構成）と対向する面に光ビームの反射膜３５ｂを形成する。この磁場印加ユニットに対して図１１のように、光ビームが開口あるいは磁性ガラスを通って磁気光学結晶３５ａに入出射するように光学系を配置すれば、磁気光学効果を利用した可変光アッテネータ２０を構成することができる。すなわち、本実施例において、光ファイバ１１ｅより入射した波長多重信号光は、分散素子（グレーティング）２２，２３で空間的に分波され、複屈折結晶２４で常光線、異常光線に偏向分離された後、磁気光学結晶３５ａに入射する。磁気光学結晶３５ａ内では、磁場印加ユニット３０（主磁極３４）から与える合成磁場の強度分布を調整することで、各チャンネルの光信号に任意の偏向回転を与えることができる。磁気光学結晶３５ａ内を反射往復後、再び複屈折結晶２４を通過する際に、各チャンネルの光信号は与えられた偏向回転に応じてその一部が屈折し光路からはずれる。その後、再度分散素子２２，２３で合波され光ファイバ１１ｅに結合するとき、光路から外れた一部の光信号は光ファイバに結合できないため、出力光信号は入力光信号に比べて減衰することになる。この原理により、任意の磁場分布を与えられる本発明の磁場印加ユニットを用いて、チャンネル毎に任意の減衰を与える可変光アッテネータが可能となる。
【００６５】
（付記１）光信号の減衰を制御するための磁場印加ユニットにおいて、
非磁性材料からなり、凹部を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板上に、前記凹部に位置を合わせて、導電性材料の膜からなる少なくとも１層以上のスパイラル状パターンで形成されるコイルと、
一部を前記凹部に嵌合して前記絶縁基板上に複数整列配置し、任意の合成磁場分布を発生する磁性材料からなる主磁極と、
前記絶縁基板上に保持され、前記任意の合成磁場分布の磁場を複数の前記主磁極により印加される被磁化体と、
前記絶縁基板上に保持され、前記被磁化体に対し磁場を印加し、前記被磁化体の磁化の強さを飽和させる永久磁石と、
を有することを特徴とする磁場印加ユニット。
【００６６】
（付記２）前記絶縁基板は、表面に絶縁膜を施したシリコン基板であることを特徴とする付記１記載の磁場印加ユニット。
（付記３）前記凹部は、角錐形状の穴であることを特徴とする付記１記載の磁場印加ユニット。
【００６７】
（付記４）前記主磁極は、先端形状および配列間隔が個別に異なることを特徴とする付記１記載の磁場印加ユニット。
（付記５）前記主磁極は、少なくとも２つ以上の前記コイルと磁気的に接続し、２つ以上の前記コイルから発生する磁束が、前記主磁極の磁場発生部に集中するように構成されていることを特徴とする付記１記載の磁場印加ユニット。
【００６８】
（付記６）前記２つ以上のコイルは、前記主磁極の磁場発生部に磁束が集中するように、前記絶縁基板上で、相互に直接接続されていることを特徴とする付記５記載の磁場印加ユニット。
【００６９】
（付記７）前記複数のスパイラル状コイルは、前記絶縁基板上で千鳥状交互に配列していることを特徴とする付記１記載の磁場印加ユニット。
（付記８）前記絶縁基板と前記主磁極は、前記絶縁基板が少なくとも表面に磁性を有する第２の基板の上に搭載され、前記絶縁基板の前記凹溝を貫通穴とし、前記主磁極が前記貫通穴を通って前記第２の基板の磁性表面と接触するように取り付けられ、且つ、前記第２の基板の磁性表面は、主磁極と対向する前記被磁化体の面に対し、閉磁路が反対側に回り込むように配置されていることを特徴とする付記１記載の磁場印加ユニット。
【００７０】
（付記９）前記閉磁路は、“主磁極−被磁化体−第２の基板”の経路でループしていることを特徴とする付記８記載の磁場印加ユニット。
（付記１０）前記絶縁基板と前記主磁極は、前記絶縁基板が少なくとも表面に磁性を有する第２の基板の上に搭載され、前記絶縁基板の前記凹溝を貫通穴とし、前記主磁極が前記貫通穴を通って前記第２の基板の磁性表面と接触するように取り付けられ、且つ、磁性体からなる第３の基板を、主磁極と対向する前記被磁化体の面に対して反対側に配置し、前記第２の基板の磁性表面と接触させることにより閉磁路を形成することを特徴とする付記１記載の磁場印加ユニット。
【００７１】
（付記１１）前記閉磁路は、“主磁極−被磁化体−第３の基板−第２の基板”の経路でループしていることを特徴とする付記１０記載の磁場印加ユニット。
（付記１２）少なくとも前記第２の基板もしくは前記第３の基板が磁性ガラスであることを特徴とする付記１０記載の磁場印加ユニット。
【００７２】
（付記１３）前記第２の基板もしくは前記第３の基板が、光学部品を保持するホルダを兼ねることを特徴とする付記１０記載の磁場印加ユニット。
（付記１４）前記第２の基板もしくは前記第３の基板が磁性ガラスからなり、レンズ機能を有することを特徴とする付記１０記載の磁場印加ユニット。
【００７３】
（付記１５）磁性部材の嵌合部を形成し、且つ、基板上にコイルを形成する磁場印加ユニットの基板製造方法において、
シリコン基板の両面に表面の絶縁膜と裏面の絶縁膜を形成し、凹溝形成位置である前記裏面の絶縁膜の一部を除去した開口部を設ける工程、
前記表面の絶縁膜をマスクとして、エッチングにより凹部を形成し、前記凹部の底面には前記表面の絶縁膜を残す工程、
前記シリコン基板の表面に導電材料薄膜でスパイラルパターンを形成し、その上に絶縁材料薄膜を積層し、コイル端子位置、次層スパイラルパターンとの電気的コンタクト位置、および凹溝形成位置の前記絶縁材料薄膜を除去する工程、
次層のスパイラルパターンを形成し、さらにその上に絶縁材料で薄膜を積層し、コイル端子位置および凹溝形成位置の前記薄膜を除去する工程、
前記凹部の底面に残った前記絶縁膜を除去する工程、
からなることを特徴とする磁場印加ユニットの基板製造方法。
【００７４】
（付記１６）前記絶縁基板は、少なくとも前記凹部の一部を異方性エッチングで形成することを特徴とする付記１５記載の磁場印加ユニットの基板製造方法。
【００７５】
（付記１７）前記凹溝底面の絶縁膜を除去する工程は、シリコン裏面側からＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）によりエッチングすることを特徴とする付記１５記載の磁場印加ユニットの基板製造方法。
【００７６】
（付記１８）前記凹溝底面の絶縁膜を除去する工程は、前記シリコン基板の表面に保護膜を成膜し凹溝形成位置の前記保護膜を除去し、前記保護膜をマスクとして、前記絶縁膜を除去することを特徴とする付記１５記載の磁場印加ユニットの基板製造方法。
【００７７】
（付記１９）多重伝送された各光信号の強度を減衰させる光減衰器において、
入射した多重光信号を平行にするコリメータと、
平行になった前記多重光信号を波長別の光信号に分散させる第１の分散素子と、
前記波長別の光信号の分散を抑えて各光信号を平方向にする第２の分散素子と、
前記各光信号を偏光分離する複屈折結晶と、
非磁性材料からなり、凹部を有する絶縁基板と、前記絶縁基板上に、前記凹部に位置を合わせて導電性材料の膜からなる少なくとも１層以上のスパイラル状パターンで形成されるコイルと、一部を前記凹部に嵌合して前記絶縁基板上に複数整列配置し、任意の合成磁場分布を発生する磁性材料からなる主磁極と、前記絶縁基板上に保持され、前記任意の合成磁場分布の磁場を複数の前記主磁極により印加される被磁化体と、前記絶縁基板上に保持され、前記被磁化体に対し磁場を印加し、前記被磁化体の磁化の強さを飽和させる永久磁石と、を備え、前記偏光分離された各光信号に磁場を印加し出射する磁場印加ユニットと、
を有し逆経路で前記多重光信号を出射することを特徴とする光減衰器。
【００７８】
（付記２０）多重伝送された各光信号の強度を平坦にする光デバイスにおいて、
多重光信号を伝送する光ファイバと、
前記多重光信号を増幅する光アンプと、
増幅された前記多重光信号を分岐する光カプラと、
前記多重光信号の分岐された一部の多重光信号に対し、光信号強度を測定するマルチチャンネル光モニタと、
前記光信号強度に応じた電気信号を制御対象デバイスに印加する制御回路と、
前記多重光信号と減衰された多重光信号の経路を変更する光サーキュレータと、
入射した前記多重光信号を平行にするコリメータと、平行になった前記多重光信号を波長別の光信号に分散させる第１の分散素子と、前記波長別の光信号の分散を抑えて各光信号を平方向にする第２の分散素子と、前記各光信号を偏光分離する複屈折結晶と、前記偏光分離された各光信号に磁場を印加し出射する磁場印加ユニットであって、非磁性材料からなり、凹部を有する絶縁基板と、前記絶縁基板上に、前記凹部に位置を合わせて、導電性材料の膜からなる少なくとも１層以上のスパイラル状パターンで形成されるコイル、一部を前記凹部に嵌合して前記絶縁基板上に複数整列配置し任意の合成磁場分布を発生する磁性材料からなる主磁極、前記絶縁基板上に保持され前記任意の合成磁場分布の磁場を複数の前記主磁極により印加される被磁化体、前記絶縁基板上に保持され前記被磁化体に対し磁場を印加し前記被磁化体の磁化の強さを飽和させる永久磁石、からなる磁場印加ユニットと、を備え、前記制御回路により所定の電気信号が印加され、前記多重光信号の光信号強度を平坦にして前記光サーキュレータへ出射する可変光アッテネータと、
を有することを特徴とする光デバイス。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、任意（断面）形状の主磁極単体を個別部品として扱い製造するようにしたので、磁場印加ユニットを小型、量産性に優れた構造で提供できる。また、簡易組立において、主磁極を任意の間隔で嵌合するようにしたので、一次元（Ｘ）方向に任意の磁場分布を、高さ（Ｙ）方向に任意の範囲で均一な磁場分布を発生させ、隣接磁場の干渉を低減することが可能となる。
【００８０】
また、シリコンを利用して放熱性に優れた構成、閉磁路を形成する磁場印加構成としたことにより、発生磁場の特性安定化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁場印加ユニットの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】シリコン基板を用いた絶縁基板の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の磁場印加ユニットから発生する磁場の分布図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における磁場印加ユニットの平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における磁場印加ユニットの側断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態における磁場印加ユニットの側断面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態における磁場印加ユニットの側断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態における磁場印加ユニットの側断面図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態における可変光アッテネータの構成図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態における光デバイスの構成図である。
【図１３】従来例１の磁気ヘッドユニットを示す図である。
【図１４】従来例２の磁気ヘッドユニットを示す図である。
【図１５】図１４のＢ部における拡大断面図である。
【図１６】従来例２におけるコイルユニットの基板製造方法を示す工程図である。
【図１７】従来の可変光アッテネータの原理図である。
【符号の説明】
１光デバイス
２０可変光アッテネータ
３０磁場印加ユニット
３２ａスパイラル状コイル
３３ａ凹部
３４ａ〜３４ｎ主磁極
３４主磁極
３４ａ１磁場発生部
３５被磁化体
３５ａ磁気光学結晶
３５ｂ反射膜
３６ａ，ｂ永久磁

Claims

光信号の減衰を制御するための磁場印加ユニットにおいて、
非磁性材料からなり、凹部を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板上に、前記凹部を囲むように、導電性材料の膜からなる少なくとも１層以上のスパイラル状パターンで形成されるコイルと、
磁場発生部を有し、一部を前記凹部に嵌合して前記絶縁基板上に複数整列配置され、任意の合成磁場分布を発生する磁性材料からなる主磁極と、
前記磁場発生部に対向して配置され、前記磁場発生部と対向する側と反対の側から光ビームが入射されると共に、前記任意の合成磁場分布の磁場を複数の前記主磁極により印加される被磁化体と、
前記被磁化体の前記磁場発生部と対向する側と反対の側に配置されて、前記光ビームが通過可能に構成された磁性体と、
前記絶縁基板上に保持され、前記被磁化体に対し磁場を印加し、前記被磁化体の磁化の強さを飽和させる永久磁石と、
を有し、
前記主磁極の前記磁場発生部から前記被磁化体を前記光ビームが入射する側へ貫通し前記磁性体を介して前記主磁極に戻る経路の閉磁路が形成されていることを特徴とする磁場印加ユニット。
前記絶縁基板および前記主磁極は、前記磁性体上に搭載され、前記絶縁基板の前記凹部は、貫通穴であり、前記主磁極の前記一部は、前記貫通穴を通って前記磁性体に接触し、
前記閉磁路は、前記主磁極の前記磁場発生部から前記被磁化体を前記光ビームが入射する側へ貫通し前記磁性体を通って前記磁性体から前記主磁極に戻る経路で形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁場印加ユニット。
前記絶縁基板および前記主磁極は、磁性を有する基板上に搭載され、前記絶縁基板の前記凹部は、貫通穴であり、前記主磁極の前記一部が前記貫通穴を通って前記基板に接触すると共に、前記磁性体が前記基板に接触し、
前記閉磁路は、前記主磁極の前記磁場発生部から前記被磁化体を前記光ビームが入射する側へ貫通し前記磁性体および前記基板を順に通って前記基板から前記主磁極に戻る経路で形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁場印加ユニット。
前記磁性体は、前記光ビームが通過可能な磁性ガラス、または前記光ビームを集光するレンズ機能を有する磁性ガラスであることを特徴とする請求項１記載の磁場印加ユニット。
前記磁性体は、前記光ビームが通過する部分に光学部品を保持するホルダを兼ねることを特徴とする請求項１記載の磁場印加ユニット。