特許 7579681 磁界センサヘッド及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-30

(45)【発行日】2024-11-08

(54)【発明の名称】磁界センサヘッド及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/032 20060101AFI20241031BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20241031BHJP

   G02B 6/26 20060101ALI20241031BHJP

   G02B 6/27 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

G01R33/032

G01R33/02 A

G02B6/26

G02B6/27

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020192695

(22)【出願日】2020-11-19

(65)【公開番号】P2022081259

(43)【公開日】2022-05-31

【審査請求日】2023-09-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000166948

【氏名又は名称】シチズンファインデバイス株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】宮本 光教

(72)【発明者】

【氏名】久保 利哉

【審査官】島田 保

(56)【参考文献】

【文献】特表２００２－５２８７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６２８９１５６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０４９４７０３５（ＵＳ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０９０８４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１２６００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２４３０３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／００－３３／２６

Ｇ０２Ｂ ６／２６－６／２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバと、
一端が前記光ファイバに光学的に接続されたＧＩファイバと、
前記ＧＩファイバの他端に接合された磁性膜と、
前記磁性膜の前記ＧＩファイバに接合された面と反対の面に接合された反射膜と、
前記反射膜の前記磁性膜に接合された面と反対の面に接合され、一端に前記磁性膜及び前記反射膜が積層された棒状部材を形成する支持部材と、
を有する、ことを特徴とする磁気センサヘッド。

【請求項2】

前記ＧＩファイバのクラッド径は、前記光ファイバのクラッド径と同一である、請求項１に記載の磁気センサヘッド。

【請求項3】

前記棒状部材は、前記磁性膜の前記ＧＩファイバに接合された面、及び前記支持部材の前記反射膜の前記磁性膜に接合された面の反対の面を正方形状の底面とする四角柱形状を有する、請求項２に記載の磁気センサヘッド。

【請求項4】

前記磁性膜は、希土類鉄ガーネットである、請求項３に記載の磁気センサヘッド。

【請求項5】

前記棒状部材の底面の辺の長さは、２０μｍ以上であり且つ前記ＧＩファイバのクラッド径以下である、請求項４に記載の磁気センサヘッド。

【請求項6】

前記棒状部材の底面の対角線の長さは、前記ＧＩファイバのクラッド径以下である、請求項５に記載の磁気センサヘッド。

【請求項7】

前記ＧＩファイバから前記反射膜に導入される光のビーム径は、２０μｍ以上であり且つ前記反射膜の辺の長さ以下である、請求項５に記載の磁気センサヘッド。

【請求項8】

光ファイバの一端とＧＩファイバの一端とを融解接続し、
支持部材に反射膜及び磁性膜が積層され且つ前記磁性膜を正方形状の底面とする四角柱形状を有する棒状部材の前記底面を、前記ＧＩファイバの他端に接着剤によって接着する
ことを含み、
前記棒状部材の底面の辺の長さは、２０μｍ以上であり且つ前記ＧＩファイバのクラッド径以下である、
ことを更に含む、ことを特徴とする磁気センサヘッドの製造方法。

【請求項9】

前記棒状部材の底面の辺の長さは、前記ＧＩファイバのクラッド径以下である、請求項８に記載の磁気センサヘッドの製造方法。

【請求項10】

基材の上に反射層を積層し、
前記反射層の上に磁性層を作成し、
前記反射層及び前記磁性層が積層された基材を、前記磁性層が正方形状の平面形状を有するようにハーフダイシングして、前記基材に一端が接合された前記棒状部材を形成し、
前記棒状部材を前記基材から切断する、
ことを更に含む、請求項８又は９に記載の磁気センサヘッドの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁界センサヘッド及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

コアに非軸対称な応力を加えることで、伝搬する光の偏波面保持性を高めた偏波保持ファイバ（Polarization Maintaining Fiber、ＰＭＦ）が知られている。偏波保持ファイバとして、ＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバ、ボウタイ（Bow-tie）ファイバ及び楕円ジャケット（Elliptical Jacket）ファイバ等が知られている。

【0003】

また、偏波保持ファイバを使用した磁界センサヘッドが知られている。例えば、特許文献１には、第１偏波保持ファイバの速相軸及び低速軸に対して速相軸及び低速軸を４５度傾斜させた第２偏波保持ファイバを偏波保持ファイバと、グラニュラー膜であるファラデー回転子との間に配置した磁界センサヘッドが記載されている。特許文献１に記載される磁界センサヘッドでは、第２偏波保持ファイバが偏波保持ファイバに導入された直線偏波光を円偏波光に変換する偏波変換素子として機能して、１／４波長板を使用することなくファラデー回転子に送受光を伝送できる。

【0004】

特許文献１に記載される磁界センサヘッドでは、１／４波長板を使用することなくファラデー回転子に送受光が伝送可能であるが、磁界センサヘッドの検出感度を更に向上させることが望まれている。特許文献２には、ＧＲＩＮレンズを光ファイバと磁性膜との間に配置した磁界センサヘッドが記載される。特許文献２に記載される磁界センサヘッドは、ＧＲＩＮレンズを光ファイバと磁性膜との間に配置することで、光が入射する磁性膜の領域をコア径よりも大きくして、検出感度を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－１２６００６号公報

【文献】特表２００２－５２８７０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献２に記載される磁界センサヘッドは、光ファイバとファラデー回転子との間にＧＲＩＮレンズが配置されるため、光ファイバとＧＲＩＮレンズとの間の光軸調整が煩雑となり、製造することが容易ではない。

【0007】

本発明は、製造が容易にあり且つ検出感度が高い磁界センサヘッドを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る磁界センサヘッドは、光ファイバと、一端が光ファイバに光学的に接続されたＧＩファイバと、ＧＩファイバの他端に接合された磁性膜と、磁性膜のＧＩファイバに接合された面と反対の面に接合された反射膜と、反射膜の磁性膜に接合された面と反対の面に接合された支持部材とを有する。

【0009】

さらに、本発明に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバのクラッド径は、光ファイバのクラッド径と同一であることが好ましい。

【0010】

さらに、本発明に係る磁界センサヘッドでは、磁性膜、反射膜及び支持部材は、磁性膜のＧＩファイバに接合された面、及び支持部材の反射膜の磁性膜に接合された面の反対の面を正方形状の底面とする四角柱形状を有する棒状部材を形成することが好ましい。

【0011】

さらに、本発明に係る磁界センサヘッドでは、磁性膜は、希土類鉄ガーネットであることが好ましい。

【0012】

さらに、本発明に係る磁界センサヘッドでは、棒状部材の底面の辺の長さは、２０μｍ以上であり且つＧＩファイバのクラッド径以下であることが好ましい。

【0013】

さらに、本発明に係る磁界センサヘッドでは、棒状部材の底面の対角線の長さは、ＧＩファイバのクラッド径以下であることが好ましい。

【0014】

さらに、本発明に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバから反射膜に導入される光のビーム径は、２０μｍ以上であり且つ反射膜の辺の長さ以下であることが好ましい。

【0015】

また、本発明に係る磁界センサヘッドの製造方法は、光ファイバの一端とＧＩファイバの一端とを融解接続し、支持部材に反射膜及び磁性膜が積層され且つ磁性膜を正方形状の底面とする四角柱形状を有する棒状部材の底面を、ＧＩファイバの他端に接着剤によって接着することを含み、棒状部材の底面の辺の長さは、２０μｍ以上であり且つＧＩファイバのクラッド径以下である。

【0016】

さらに、本発明に係る磁界センサヘッドの製造方法では、基材の上に反射層を積層し、反射層の上に磁性層を作成し、反射層及び磁性層が積層された基材を、磁性層が正方形状の平面形状を有するようにハーフダイシングして、基材に一端が接合された棒状部材を形成し、棒状部材を基材から切断することを更に含むことが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る発明では、ＧＲＩＮレンズの代わりにＧＩファイバを使用することで、検出感度が高い磁界センサヘッドが容易に製造可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】実施形態に係る磁界センサヘッドを有する磁界センサ装置を示すブロック図である。

【図2】第１偏波保持ファイバの図１に示すＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【図3】（ａ）は図１に示す磁性膜、反射膜及び支持部材により形成される棒状部材の斜視図であり、図３（ｂ）は（ａ）に示す磁性膜の平面写真であり、図３（ｃ）は第１偏波保持ファイバと磁性膜との位置関係を示す図である。

【図4】図１に示す信号処理部の回路ブロック図である。

【図5】図１に示す磁性膜、反射膜及び支持部材により形成される棒状部材の製造方法を示す図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は第４工程を示し、（ｅ）は第５工程を示す。

【図6】図１に示す磁界センサヘッドの製造方法を示す図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は第４工程を示し、（ｅ）は第５工程を示す。

【図7】変形例に係る磁界センサヘッドにおける第１偏波保持ファイバと磁性膜との位置関係を示す図である。

【図8】ＧＩファイバの好ましい長さの一例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下図面を参照して、本発明に係る磁界センサヘッド及びその製造方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0020】

（実施形態に係る磁界センサヘッドの構成及び機能）
図１は、実施形態に係る磁界センサヘッドを有する磁界センサ装置を示すブロック図である。

【0021】

磁界センサ装置１は、発光部１０と、光分岐部２０と、磁界センサヘッド３０と、検出信号発生部４０とを有する。発光部１０は、発光素子１１と、アイソレータ１２と、偏光子１３とを有する。

【0022】

発光素子１１は、例えば半導体レーザ又は発光ダイオードである。具体的には、発光素子１１として、ファブリペローレーザー、スーパールミネッセンスダイオード等を好ましく用いることができる。

【0023】

アイソレータ１２は、発光素子１１から入射された光を光分岐部２０側に透過すると共に、光分岐部２０から入射された光を発光素子１１側に透過しないことで、発光素子１１を保護する。アイソレータ１２は、例えば偏光依存型光アイソレータであり、偏光無依存型光アイソレータであってもよい。

【0024】

偏光子１３は、発光素子１１が発した光を直線偏波光に偏光するための光学素子であり、その種類は特に限定されない。偏光子１３で得られる直線偏波光は、光分岐部２０を介して磁界センサヘッド３０に入射光１０１として入射される。

【0025】

光分岐部２０は、発光部１０から出射された光を磁界センサヘッド３０に透過すると共に、磁界センサヘッド３０から出射された戻り光１０２を検出信号発生部４０に分岐する。なお、透過及び分岐の方向は逆であってもよい。光分岐部２０は、例えばハーフミラーであるが、光ファイバを結合分岐する光カプラ、光を分割するビームスプリッタ、及び光サーキュレータ等の光を分波可能な他の光学素子であってもよい。

【0026】

磁界センサヘッド３０は、第１偏波保持ファイバ３１と、第２偏波保持ファイバ３２と、ＧＩファイバ３３と、磁性膜３４と、反射膜３５と、支持部材３６とを有し、少なくともその一部が所定の磁界内に配置可能である。磁性膜３４、反射膜３５及び支持部材３６は、棒状部材３７を形成する。磁界センサヘッド３０は、発光部１０が出射した直線偏波光が入射光１０１として導入されると共に、導入された入射光１０１に応じた戻り光１０２を導出する。

【0027】

検出信号発生部４０は、偏光分離素子４１と、第１受光素子４２と、第２受光素子４３と、信号処理部５０とを有し、第１偏波保持ファイバ３１から導出された戻り光１０２を受光する。偏光分離素子４１は、プリズム型、平面型、ウェッジ基板型及び光導波路型等の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、第１偏波保持ファイバ３１から導出された戻り光１０２をＳ偏光成分４４とＰ偏光成分４５とに分離する。

【0028】

第１受光素子４２及び第２受光素子４３のそれぞれは、例えばＰＩＮフォトダイオードである。第１受光素子４２はＳ偏光成分４４を受光し、第２受光素子４３はＰ偏光成分４５を受光する。第１受光素子４２及び第２受光素子４３のそれぞれは、受光した光を光電変換して、受光した光の光量の応じた電気信号を出力する。

【0029】

図２は、第１偏波保持ファイバ３１の図１に示すＡ－Ａ線に沿う断面図である。

【0030】

第１偏波保持ファイバ３１は、ＰＡＮＤＡファイバであり、コア３１０と、一対の応力付与部３１１及び３１２と、クラッド３１４とを有する。第１偏波保持ファイバ３１のコア径は約１０μｍであり、クラッド径は１２５μｍである。コア３１０は、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）により形成されるクラッド３１４よりも屈折率が大きくなるように例えば二酸化ケイ素に二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）を添加して形成される。一対の応力付与部３１１及び３１２のそれぞれは、例えば二酸化ケイ素に酸化ホウ素（Ｂ₂Ｏ₃）を添加して形成され、第１偏波保持ファイバ３１の紡糸の冷却工程においてクラッド３１４より大きく収縮してＸ軸方向に引張応力を付与する。

【0031】

第１偏波保持ファイバ３１は、発光部１０から光分岐部２０を介して導入される入射光１０１の偏光面２０１が遅相軸であるＸ軸及び速相軸であるＹ軸のそれぞれに対して４５度傾斜して導入されるように配置される。第１偏波保持ファイバ３１は、導入される入射光１０１の偏光面２０１に対してＸ軸及びＹ軸が４５度傾斜して配置されることで、導入された入射光１０１を、Ｘ軸に沿って伝搬する第１直線偏波と、Ｙ軸に沿って伝搬する第２直線偏波とに分離して伝搬する。Ｘ軸に導入される第１直線偏波の振幅は、Ｙ軸に導入される第２直線偏波の振幅と等しい。

【0032】

なお、第１偏波保持ファイバ３１は、ＰＡＮＤＡファイバであるが、ボウタイファイバ及び楕円ジャケットファイバ等の他の偏波保持ファイバであってもよい。

【0033】

第２偏波保持ファイバ３２は、第１偏波保持ファイバ３１と同様にＰＡＮＤＡファイバである。第２偏波保持ファイバ３２の構成は、第１偏波保持ファイバ３１の構成と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。第２偏波保持ファイバ３２のコア径及びクラッド径は、第１偏波保持ファイバ３１のコア径及びクラッド径と同一である。

【0034】

第２偏波保持ファイバ３２は、第１偏波保持ファイバ３１の遅相軸及び速相軸に対して第２遅相軸及び第２速相軸を４５度傾斜して第１偏波保持ファイバ３１に光学的に接続される。第２偏波保持ファイバ３２は、例えば融着接続によって第１偏波保持ファイバ３１に接続される。なお、第２偏波保持ファイバ３２は、接着剤を介する接続等の融着接続以外の接続方法によって第１偏波保持ファイバ３１に接続されてもよい。特許文献１に記載されるように、第２偏波保持ファイバ３２は、ビート長の４分の１の長さを有することで、１／４波長板として機能する。

【0035】

ＧＩファイバ３３は、コアの屈折率を放射線状に分布させることで、第２偏波保持ファイバ３２からコアに導入された光をピッチＰの周期を有する正弦波で伝送する光ファイバである。ＧＩファイバ３３の一端は、第２偏波保持ファイバ３２を介して第１偏波保持ファイバ３１に光学的に接続される。ＧＩファイバ３３のクラッド径は、第１偏波保持ファイバ３１及び第２偏波保持ファイバ３２のクラッド径と同一である。

【0036】

ＧＩファイバ３３は、ピッチＰの４分の１の長さを有することで、第２偏波保持ファイバ３２から導入された光をコリメート光としてと磁性膜３４に導出する。また、磁性膜３４から導入されたコリメート光を第２偏波保持ファイバ３２のコアに導出する。

【0037】

図３（ａ）は磁性膜３４、反射膜３５及び支持部材３６により形成される棒状部材３７の斜視図であり、図３（ｂ）は磁性膜３４の平面写真であり、図３（ｃ）は第１偏波保持ファイバ３１と磁性膜３４との位置関係を示す図である。

【0038】

磁性膜３４の表面３４ａは、正方形状の平面形状を有し、ＧＩファイバ３３の他端に不図示の接着材によって接着されることでＧＩファイバ３３の他端に接合される。磁性膜３４のＧＩファイバ３３に接合された面と反対の面は、反射膜３５の一方の面に接合される。反射膜３５の磁性膜３４に接合された面と反対の面は、支持部材３６の一方の端面に接合される。

【0039】

磁性膜３４、反射膜３５及び支持部材３６は、磁性膜３４の表面３４ａ及び支持部材３６の磁性膜３４に接合された端面と反対の端面３５ａを底面とする四角柱上の棒状部材３７を形成する。磁性膜３４の表面３４ａが正方形状の平面形状を有するので、磁性膜３４、反射膜３５及び支持部材３６によって形成される棒状部材３７の底面の形状は、正方形である。

【0040】

磁性膜３４の表面３４ａの一辺の長さは、１２５μｍであり、ＧＩファイバ３３のクラッド径と同一であり、磁性膜３４は、表面３４ａの中心がＧＩファイバ３３の中心に一致するように配置される。磁性膜３４の表面３４ａの一辺の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と同一であり且つ表面３４ａの中心がＧＩファイバ３３の中心に一致するので、磁性膜３４は、表面３４ａの辺の中心にＧＩファイバ３３の外縁が内接するように配置される。

【0041】

磁性膜３４は、希土類鉄ガーネットを希少金属元素で置換したＲ_xＹ_3-xＦｅ₅Ｏ₁₂の組成式で表されるガーネット型結晶構造を有する単結晶であり、ＧＩファイバ３３から出射された円偏波光の位相を磁界センサ素子が配置される磁界に応じて変化させるファラデー回転子である。Ｒは希少金属（Ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｍｅｔａｌ）であり、Ｙと置換可能な元素である。

【0042】

希土類元素は、単独で安定してＦｅとガーネット型結晶構造を形成するＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕからなる群から選ばれる一種又は二種以上の元素であり、代表的にはＹである。この希土類元素をＢｉやＣｅで置換したガーネット単結晶は特に大きなファラデー効果を有しているため、ファラデー素子として好ましく用いられる。

【0043】

図３（ｂ）に示すように磁性膜３４は、幅が１０μｍ程度であり且つ長さが１００μｍ以上である縞状磁区を有する。第１偏波保持ファイバ３１及び第２偏波保持ファイバ３２のコア径は１０μｍ程度であり、入射光１０１を第２偏波保持ファイバ３２のコアから磁性膜３４に直接導出すると、磁化による光変調を適切に得られないおそれがある。ＧＩファイバ３３によって１２５μｍ程度まで光束を広げることで、適切に光変調を得ることができる。

【0044】

反射膜３５は、磁性膜３４を透過した光を磁性膜３４に向けて反射して戻り光１０２を発生するミラー素子である。反射膜３５は、磁界センサヘッド３０を透過した円偏波光と回転方向が反対の円偏波光を磁性膜３４に出射する。反射膜３５としては、例えば、銀（Ａｇ）膜、金（Ａｕ）膜、アルミニウム（Ａｌ）膜又は誘電体多層膜ミラー等を用いることができる。特に、反射率の高いＡｇ膜及び耐食性が高いＡｕ膜が成膜上簡便で好ましい。反射膜３５の厚さは、９８％以上の十分な反射率を確保できる大きさであればよく、例えばＡｇ膜の場合には、５０ｎｍ以上かつ２００ｎｍ以下であることが好ましい。反射膜３５を用いて磁性膜３４内で光を往復させることにより、ファラデー回転角を大きくすることができる。

【0045】

支持部材３６は、ガラスにより形成された端面が正方形状の直方体状の部材であり、一端に磁性膜３４及び反射膜３５と共に棒状部材３７を形成する。

【0046】

図４は、信号処理部５０の回路ブロック図である。

【0047】

信号処理部５０は、第１増幅回路５１と、第２増幅回路５２と、第１除算回路５３と、第２除算回路５４と、差動増幅回路５５とを有する。信号処理部５０は、第１受光素子４２及び第２受光素子４３により光電変換された電気信号から２つの偏光成分の強度を差分検出し、検出した数値を電流値に置き換える。

【0048】

第１増幅回路５１及び第２増幅回路５２のそれぞれは、オペアンプ及び抵抗素子等により形成されるアナログ増幅回路である。

【0049】

第１増幅回路５１は、第１受光素子４２からＳ偏光成分４４の光量Ｌｐに応じた第１電気信号Ｅｓ１が入力され、入力された第１電気信号Ｅｓ１を増幅して第１増幅電気信号Ｅｓ２を出力する。第２増幅回路５２は、第２受光素子４３からＰ偏光成分４５の光量Ｌｐに応じた第２電気信号Ｅｐ１が入力され、入力された第２電気信号Ｅｐ１を増幅して第２増幅電気信号Ｅｐ２を出力する。

【0050】

第１除算回路５３及び第２除算回路５４のそれぞれは、オペアンプ及び抵抗素子等により形成されるアナログ除算回路である。

【0051】

第１除算回路５３は、第２増幅電気信号Ｅｐ２で第１増幅電気信号Ｅｓ２を除算し、除算した出力値を示す第１アナログ信号（Ｅｓ２／Ｅｐ２）を差動増幅回路５５のマイナス入力端子に出力する。第２除算回路５４は、第１増幅電気信号Ｅｓ２で第２増幅電気信号Ｅｐ２を除算し、除算した出力値を示す第２アナログ信号（Ｅｐ２／Ｅｓ２）を差動増幅回路５５のマイナス入力端子に出力する。

【0052】

差動増幅回路５５は、例えばオペアンプであり、第１除算回路５３から入力される第１アナログ信号（Ｅｓ２／Ｅｐ２）と第２除算回路５４から入力される第２アナログ信号（Ｅｐ２／Ｅｓ２）を差動増幅して検出信号Ｅｄを出力する。

【0053】

（実施形態に係る磁界センサヘッドの製造方法）
図５は磁性膜３４、反射膜３５及び支持部材３６により形成される棒状部材３７の製造方法を示す図であり、図５（ａ）は第１工程を示し、図５（ｂ）は第２工程を示し、図５（ｃ）は第３工程を示し、図５（ｄ）は第４工程を示し、図５（ｅ）は第５工程を示す。

【0054】

まず、第１工程において、複数の支持部材３６の基材であるガラスの基材４００が提供される。ガラスの基材４００の表面４０１の辺のそれぞれは、正方形である支持部材３６の端面の整数倍の長さを有する。ガラスの基材４００の高さは、支持部材３６の長さよりも長い。

【0055】

次いで、第２工程において、ガラスの基材４００の表面４０１に反射膜３５の基材である反射層４１０が積層される。反射層４１０は、銀、金及びアルミニウム等の反射膜３５を形成する部材をガラスの基材４００の表面４０１に蒸着することにより形成される。

【0056】

次いで、第３工程において、ガラスの基材４００の表面４０１に反射膜３５の基材である磁性層４２０が積層される。磁性層４２０は、例えばフラックス成長法、金属有機化学気相成長法及びゾルゲル法等の既知の積層法により反射層４１０の表面に積層される。

【0057】

次いで、第４工程において、反射層４１０及び磁性層４２０が積層された基材４００を、磁性層が正方形状の平面形状を有するように格子状にハーフダイシングする。基材４００の深さは、支持部材３６の長さと同一である。基材４００がハーフダイシングされることにより、底面が基材４００によって固定され、表面に磁性膜３４及び反射膜３５が積層された棒状部材３７が形成される。

【0058】

そして、第５工程において、第４工程で形成された棒状部材３７のそれぞれを基材４００から切断して、棒状部材３７の製造が終了する。

【0059】

図６は磁界センサヘッド３０の製造方法を示す図であり、図６（ａ）は第１工程を示し、図６（ｂ）は第２工程を示し、図６（ｃ）は第３工程を示し、図６（ｄ）は第４工程を示し、図６（ｅ）は第５工程を示す。

【0060】

まず、第１工程において、第１偏波保持ファイバ３１の端部に、第２偏波保持ファイバ３２の基材４４０が、互いの遅相軸及び速相軸が４５度傾斜するように融着接続される。次いで、第２工程において、第１偏波保持ファイバ３１の端部と接続された端部からの距離がビート長の４分の１の長さとなるように、ファイバクリーバー５００で基材４５０を切断して第２偏波保持ファイバ３２を形成する。

【0061】

次いで、第３工程において、ファイバクリーバー５００で切断された第２偏波保持ファイバ３２の端部に、ＧＩファイバ３３の基材４５０が融着接続される。次いで、第４工程において、第２偏波保持ファイバ３２の端部と接続された端部からの距離がピッチＰの４分の１の長さとなるように、ファイバクリーバー５００で基材４５０を切断してＧＩファイバ３３を形成する。

【0062】

そして、ファイバクリーバー５００で切断されたＧＩファイバ３３の端部に、図５を参照して説明された製造法によって製造された棒状部材３７の磁性膜３４が、接着剤によって接着されて接合される。ＧＩファイバ３３のクラッド径と磁性膜３４の一辺の長さは同一なので、磁性膜３４の表面がＧＩファイバ３３の端面に接着されるとき、磁性膜３４の表面の辺の中央にＧＩファイバ３３の端面の外縁が接するようにセルフアライメントされる。

【0063】

（実施形態に係る磁界センサヘッドの作用効果）
磁界センサヘッド３０は、第２偏波保持ファイバ３２と磁性膜３４との間に配置されるＧＩファイバ３３が第２偏波保持ファイバ３２から導出される入射光１０１の光束を広げることで、検出感度を高くすることができる。

【0064】

また、磁界センサヘッド３０は、第２偏波保持ファイバ３２から導出される入射光１０１の光束を広げる素子として、第２偏波保持ファイバ３２との間の光学調芯が容易なＧＩファイバ３３を採用するので、容易に製造可能である。

【0065】

また、磁界センサヘッド３０では、ＧＩファイバ３３のクラッド径が第１偏波保持ファイバ３１及び第２偏波保持ファイバ３２のクラッド径に等しいので、第１偏波保持ファイバ３１及び第２偏波保持ファイバ３２とＧＩファイバ３３との間の光学調芯が更に容易になる。

【0066】

また、磁界センサヘッド３０では、磁性膜３４の表面３４ａの一辺の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と同一であるので、磁性膜３４をＧＩファイバ３３に接着剤によって接着するときに、磁性膜３４は、セルフアライメントされるので光学調芯が容易である。

【0067】

また、磁界センサヘッド３０を製造するとき、支持部材３６に反射膜３５及び磁性膜３４が積層された棒状部材３７をＧＩファイバ３３に接着剤によって接着するので、支持部材３６を把持してＧＩファイバ３３と磁性膜３４とを容易に接着できる。

【0068】

（実施形態に係る磁界センサヘッドの変形例）
磁界センサヘッド３０は、１／４波長板として機能する第２偏波保持ファイバ３２を有するが、実施形態に係る磁界センサヘッドは、第２偏波保持ファイバ３２を有していなくてもよい。実施形態に係る磁界センサヘッドが第２偏波保持ファイバ３２を有さないとき、磁界センサヘッドを含む磁界センサ装置の構造は、適宜変更される。

【0069】

また、磁界センサヘッド３０では、ＧＩファイバ３３のクラッド径は、第２偏波保持ファイバ３２のクラッド径と同一であるが、実施形態に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバのクラッド径は、接合される光ファイバのクラッド径と相違してもよい。

【0070】

また、磁界センサヘッド３０では、ＧＩファイバ３３の長さは、ピッチＰの４分の１であるが、実施形態に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバの長さは、ピッチＰの４分の３であってもよい。また、実施形態に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバの長さは、正数ｎ及びピッチＰによって、ｎ×Ｐ×（１±１／４）の長さであってもよい。

【0071】

また、磁界センサヘッド３０では、磁性膜３４の表面３４ａの一辺の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と同一であるが、実施形態に係る磁界センサヘッドでは、磁性膜の表面の一辺の長さは、２０μｍ以上であればよい。磁性膜の表面の一辺の長さを２０μｍ以上にすることで、適切に光変調を得ることが可能な程度の範囲の縞状磁区に入射光１０１を照射することができる。

【0072】

また、磁界センサヘッド３０では、ＧＩファイバのクラッド径は、磁性膜の表面の対角線の長さ以上であり且つ磁性膜の表面の辺の長さ以下であるときに、磁性膜の表面をＧＩファイバに接着するときにセルフアライメントすることができる。

【0073】

図７は、変形例に係る磁界センサヘッドにおける第１偏波保持ファイバと磁性膜との位置関係を示す図である。

【0074】

図７に示す変形例に係る磁界センサヘッドは、磁性膜、反射膜及び支持部材のそれぞれを平面視したときの面積が磁界センサヘッド３０と相違する。磁性膜、反射膜及び支持部材のそれぞれを平面視したときの面積以外の変形例に係る磁界センサヘッドの構成要素の構成及び機能は、磁界センサヘッド３０の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0075】

磁性膜６４は、一辺の長さが８８．４μｍの正方形状の表面６４ａを有し、表面６４ａの対角線の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と一致し、４つの角がＧＩファイバの外縁に内接するように配置される。

【0076】

変形例に係る磁界センサヘッドでは、表面６４ａの対角線の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と一致するので、磁性膜６４の表面がＧＩファイバ３３に接着されるとき、表面６４ａの角がＧＩファイバ３３の端面の外縁が接するようにセルフアライメントされる。なお、棒状部材の底面の辺の長さは、ＧＩファイバのクラッド径以下であってもよい。

【0077】

また、実施形態に係る磁界センサヘッドでは、磁性膜の表面の対角線の長さがＧＩファイバのクラッド径以上であり且つ磁性膜の表面の辺の長さがＧＩファイバのクラッド径以下であるとき、磁性膜がセルフアライメントしてＧＩファイバに接着されるので光学調芯が容易である。

【0078】

図８は、ＧＩファイバ３３の好ましい長さの一例を説明するための図である。図８に示す例では、入射光１０１の波長は１５５０ｎｓであり、クラッド径は１２５μｍであり、ＮＡは０．１であり、√Ａは１．０である。

【0079】

図８に示す例では、ＧＩファイバ３３から反射膜に導入される入射光１０１のビーム径がＧＩファイバ３３のクラッド径と一致するときのＧＩファイバ３３の長さは、１．５５ｍｍである。本発明に係る磁界センサヘッド１で使用されるＧＩファイバ３３の長さを１．５５ｍｍとすることで、磁性膜３４の全面に亘って光を導入できる。

【0080】

また、ＧＩファイバ３３から反射膜に導入される入射光１０１のビーム径が２０μｍであるときのＧＩファイバ３３の長さは、１．０３ｍｍである。実施形態に係る磁界センサヘッドで使用されるＧＩファイバの長さを１．０３ｍｍとすることで、磁性膜の一辺の長さが２０μｍであるときに磁性膜の全面に亘って光を導入できる。

【0081】

また、ＧＩファイバ３３から反射膜に導入される入射光１０１のビーム径が８８．４ｍｍであるときのＧＩファイバ３３の長さは、１．４９ｍｍである。実施形態に係る磁界センサヘッドで使用されるＧＩファイバの長さを１．４９ｍｍとすることで、磁性膜の一辺の長さが８８．４ｍｍであり、磁性膜の対角線の長さがＧＩファイバ３３のクラッド径と一致するときに磁性膜の全面に亘って光を導入できる。

【0082】

実施形態に係る磁界センサヘッドでは、ＧＩファイバ３３の長さを図８において双方向矢印Ａで示される１．０３ｍｍ以上且つ１．５５ｍｍ以下とすることが好ましい。実施形態に係る磁界センサヘッドは、ＧＩファイバ３３の長さを１．０３ｍｍ以上且つ１．５５ｍｍ以下とすることで、ＧＩファイバ３３から反射膜に導入される入射光１０１のビーム径を２０μｍ以上であり且つ反射膜の辺の長さ以下とすることができる。

【符号の説明】

【0083】

１ 磁界センサ装置
１０ 発光部
２０ 光分岐部
３０ 磁界センサヘッド
３１ 第１偏波保持ファイバ
３２ 第２偏波保持ファイバ
３３ ＧＩファイバ
３４ 磁性膜
３５ 反射膜
３６ 支持部材
３７ 棒状部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】