CN100399111C - 法拉第转子及用其的光部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及如同光衰减器和光开关或极化波控制器等使法拉第旋转角变化，控制光的偏振面的光部件，其目的在于提供可采用小型的耗电低的磁路，而且可把法拉第转子的插入损失抑制至较低程度的光部件。按照具有由石榴石单晶形成的法拉第转子、把小于法拉第转子的饱和磁场Hs的外部磁场H施加到法拉第转子的磁路的原则构成。

Description

法拉第转子及用其的光部件

本申请系母案(申请号：03101284.1)的分案。

技术领域

本发明涉及采用铋置换稀土族铁石榴石单晶，对光的偏振面进行可逆控制的法拉第转子，还涉及利用了该转子的光部件(光隔离器、光循环器、光开关、光衰减器、偏振面控制器等)。

此外，本发明涉及法拉第转子用的在Bi置换稀土族铁石榴石材料的表面被形成的防反射膜及采用了该膜的光部件。

背景技术

现有技术1

由液相外延法(LPE法)生成的Bi置换稀土族铁石榴石膜以往作为光隔离器用的法拉第转子被广泛用于光通信系统。尤其是近年来作为不同于光隔离器的其它用途，在磁光学式光衰减器和光开关及极化波控制器等中已采用法拉第转子，用于WDM(光波长复用通信)系统(比如，参照特开平6-51255号公报)。

光隔离器通过对法拉第转子施加外部磁场，或使法拉第转子自身成为永久磁铁，使光的前进方向与磁矩方向几乎相同，发生规定的法拉第旋转角。

另一方面，在利用了法拉第转子的磁光学型光衰减器等光部件中，对法拉第转子施加其方位不同于光的前进方向的外部磁场H，使法拉第旋转角可逆地变化。

此时，通过施加法拉第转子的饱和磁场Hs或其大小(强度)超过该磁场的外部磁场H，降低由法拉第转子所具有的磁区构造引起的光的衍射损失。法拉第转子在液相外延生长时，在生长方向上发生磁各向异性(生长感应磁各向异性)，在晶体的生长方向形成易磁化方位(易磁化轴)。因此，光入射面与晶体生长方向几乎正交，而且在不实施热处理的法拉第转子的情况下，即使对光入射面施加斜向的外部磁场H，磁矩的方位也几乎不偏离晶体的生长方向。

为此，在接近1000℃的高温下对法拉第转子进行热处理，减少生长感应磁各向异性。这样，易磁化轴不处于与晶体生长同一方向的<111>方位，而处于由于形状磁各向异性效果而在与生长面的面方向接近的方向上存在的其它<111>方位。如图24所示，<111>方位在基片上有4个方位。第1方位是与基片面垂直的<111>方位α，其余的3个方位<111>方位β1、β2、β3与基片面大约呈20°的角度，从<111>方位α看去，方位β1-β2之间、方位β2-β3之间、方位β3-β1之间的角度分别为120°。当生长感应磁各向异性减少时，磁矩方位由于圆片状生长的外延膜的形状效果，易于朝向与基片面平行的方位。因此磁矩方位将朝向与平行于基片面的方位最接近的方位β1、β2、β3这3个方位。这样，可根据其大小超过饱和磁场Hs的外部磁场H的施加方向的变化，改变法拉第转子的磁矩方位，获得其旋转角可变的法拉第转子。

图8是表示施加于法拉第转子的外部磁场H与法拉第旋转角的关系的图表。横轴表示外部磁场H(Oe)，纵轴表示法拉第旋转角(deg.)。曲线α表示对实施了热处理的法拉第转子施加了外部磁场H情况下的法拉第旋转角，曲线β表示对未实施热处理的法拉第转子施加了外部磁场H情况下的法拉第旋转角。横轴值Hsβ表示未实施热处理的法拉第转子的饱和磁场Hs的大小(强度)。横轴值Hsα表示实施了热处理的法拉第转子的饱和磁场Hs的大小。此外在图8的示例中，外部磁场H是构成法拉第转子的石榴石单晶的生长方向，被施加到光入射出射方向。

生长感应磁各向异性越小，根据外部磁场H的方向变化，磁矩方位越容易移动。越在高温下进行长时间的热处理，越易发生原子的再排列，生长感应磁各向异性越减少。但同时饱和磁场Hs也更大。其结果是，如图8所示，通过热处理减少了生长感应磁各向异性的法拉第转子的饱和磁场Hsα与未进行热处理的法拉第转子的饱和磁场Hsβ相比其值大为增加。

因此用于发生使法拉第转子饱和的外部磁场H的磁铁(永久磁铁或电磁铁)便呈大型化。此外发生构成用于使法拉第旋转角可变的合成磁场的可变磁场的电磁铁也呈大型化，因而有必要在线圈内流通大电流，从而产生在搭载了该法拉第转子及磁路的光部件大型化的同时制造成本上升的问题。如果热处理不足则会残留生长感应磁各向异性，即使改变外部磁场H的方向，磁矩方位也不移动，法拉第旋转角不能充分变化。

此外在本说明书中，把即使对法拉第转子施加更大的磁场，法拉第旋转角也不再增加的最小强度的磁场作为饱和磁场Hs。

现有技术2

如上所述，在由液相外延法生成的Bi置换稀土族铁石榴石单晶膜中在膜生长方向上发生生长感应磁各向异性。因此石榴石单晶膜的磁矩方位被固定在与外延生长方向相同的方向上。对一般光隔离器使用的法拉第转子，由于使磁矩方位与石榴石单晶膜的外延生长方向处于相同的方向后使用，因而基于这种外延生长的石榴石单晶膜所特有的磁特征在使用上不会产生问题。

然而，在可变光衰减器之类的可改变法拉第旋转角的构成下的法拉第转子中，有必要在不同于石榴石单晶膜的外延生长方向的方向上施加磁场，使磁矩方位相对石榴石单晶膜的外延生长方向倾斜。此时，较强的生长感应磁各向异性成为使磁矩方位倾斜变化的阻碍原因。因此通过在1000℃以上的高温下对Bi置换稀土族铁石榴石单晶膜进行热处理，减弱生长感应磁各向异性，按照磁矩方位朝向外加磁场的方向的原则进行控制，获得法拉第旋转角可变的法拉第转子(比如，参照特开平10-1398号公报)。

如果通过热处理减弱石榴石单晶膜的生长感应磁各向异性，虽然磁矩方位易于朝向石榴石单晶膜的膜生长方向以外，但反过来也难以朝向膜生长方向。因此，热处理后的石榴石单晶膜的膜生长方向的饱和磁场Hs与热处理前相比将较大。使膜生长方向的外加磁场强度从0开始慢慢增大，并测定法拉第旋转角，把法拉第旋转角不再变化时的外加磁场作为饱和磁场Hs。图2表示把小于饱和磁场Hs的外部磁场H(未图示)几乎垂直施加到了法拉第转子1的光入射面的状态。如图2所示，由于磁矩2的一部分朝向外加磁场方向，其它部分朝向反方向，因而石榴石单晶膜具有不同的磁区构造。

如果在施加了小于饱和磁场Hs的外部磁场H的状态下向法拉第转子1入射具有特定偏振面的光Ii，则将成为磁矩2在正向与反向区域内具有不同偏振面的光。因此如图2所示，将发生光的衍射，衍射光I r被作为散射光输出，输出光Io减少，发生光损失，因而使用了法拉第转子1的光部件的光损失增大。

因此，用于减弱石榴石单晶膜的生长感应磁各向异性的热处理有必要在通过施加外部磁场H可容易地改变磁矩2的方位的同时，选择饱和磁场Hs尽量不增加的条件予以实施。不过，对于在满足上述内容的条件下实施了热处理的法拉第转子，会发生由于施加磁场后使磁矩方位与外加磁场方向一致时的磁矩方位的再现性降低，因而不能在所需范围正确改变法拉第旋转角的问题。因此会发生比如不能通过磁光学型光衰减器得到足够的衰减的问题。

现有技术3

防反射膜是为防止在光部件和与其折射率不同的物质相接的界面发生的光的反射，在光部件的光入射面及光出射面形成的光学薄膜。

在光通信系统中采用的各种光部件中，也通过在光透过的界面形成防反射膜，减少反射引起的返光。在作为光通信用的无源部件的光隔离器及光衰减器中被使用的法拉第转子中，在其光入射/出射两面也形成防反射膜，装配到装置内。法拉第转子的防反射膜在作为法拉第转子的构成材料的磁性石榴石与空气的界面，或磁性石榴石与环氧树脂系树脂的界面被形成。环氧树脂系树脂用于粘接法拉第转子与其它光部件，光从其粘接面透过。

如特开平4-230701号公报中公开的，这些防反射膜一般由采用蒸镀法形成的折射率各异的多种材质的薄膜构成。因此，传统的防反射膜按照对比如波长λ为1310nm及1550nm的光通信系统中使用的一种特定波长的光得到低反射率的原则被形成。

随着近年通信数据量的迅猛增加，现在的光通信技术通过采用波长复用(WDM)光通信系统，使通信中使用的光的波长λ达到多个，由此实现通信容量的大幅增强。在这种波长复用光通信中使用的光与传统的单一波长光相比，多种波长的光在宽频带内分散，从光纤及光无源部件中通过。不过在目前的光通信技术中，对于比如1550nm波长的光，在法拉第旋转角达到45度(deg.)的法拉第转子中，形成对1550nm的单一波长光具有低反射率的防反射膜。因此在该防反射膜中，对于1550nm以外波长的光不能充分发挥防反射功能。因此出现1550nm以外波长的光在法拉第转子的光入射面被反射后发生返光，或者法拉第转子的插入损失增大的问题。

此外，由于在波长复用光通信系统中使用的波长有多个，因而在这些光源中使用的法拉第转子按照对于特定波长的光旋转角达到45deg.的原则被制作。由于磁性石榴石具有如果入射光的波长不同则法拉第旋转角也不同的特性，因而有必要制作对每种波长旋转角都达到45deg.的法拉第转子。因而在现有技术的防反射膜的蒸镀工序中，在为各波长用制作的各法拉第转子中，形成了对于该波长为最佳的防反射膜。由于防反射膜由蒸镀等真空成膜法通过批量处理形成，因而如果波长数增加，则成膜次数也增加，产生防反射膜的工序变得复杂，生产性下降的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供可采用小型的耗电小的磁路、而且可把法拉第转子的插入损失抑制到低程度的光部件。

此外，本发明的目的在于提供即使对Bi置换稀土族铁石榴石单晶膜进行热处理，减弱生长感应磁各向异性，也可使法拉第旋转角稳定并可变，而且可变角度较大的法拉第转子及采用了该转子的光部件。

此外，本发明的目的在于提供在宽频带获得低反射率的以低成本可容易地形成的防反射膜及采用了该膜的光部件。

上述第1目的通过下述光部件达到，该光部件的特征在于：具有法拉第转子，其由石榴石单晶形成；磁路，其把小于上述法拉第转子的饱和磁场Hs的外部磁场H施加到上述法拉第转子。

上述本发明的光部件的特征在于：上述石榴石单晶以Bi_aA_3-aFe_{5- x}M_xO₁₂(这里，A是Y、Lu、Yb、Er、Ho、Dy、Tb、Gd、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca的一种以上的元素，a满足0.6≤a≤2.0。M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir、Pt的一种以上的元素，x满足0≤x≤1.5。)表示。

上述本发明的光部件的特征在于：上述石榴石单晶以Bi_bA_cB_{3-b- c}Fe_5-xM_xO₁₂(这里，A是Y、Lu、Yb、Er、Ho、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca的一种以上的元素，B是Tb、Gd、Dy的一种以上的元素，b及c满足0.6≤b≤2.0、0.6＜b+c≤3.0。M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir、Pt的一种以上的元素，x满足0≤x≤1.5。)表示。

上述本发明的光部件的特征在于：把上述外部磁场H的大小作为|H|，把上述饱和磁场Hs的大小作为|Hs|，在0.4×|Hs|＜|H|＜|Hs|的范围施加上述外部磁场H。

上述本发明的光部件的特征在于：上述磁路对上述法拉第转子的光入射面斜向施加上述外部磁场H。

上述本发明的光部件的特征在于：上述磁路作为多个磁场的合成磁场把上述外部磁场H施加到上述法拉第转子。

此外上述第2目的通过下述法拉第转子达到，其特征在于：具有石榴石单晶，如果把在对上述石榴石单晶的光入射面几乎垂直方向施加了饱和磁场Hs时的饱和旋转角设为Fs，则施加了上述饱和磁场Hs的0.9倍强度的外部磁场H时的法拉第旋转角F满足1>F/Fs≥0.96的关系。

上述本发明的法拉第转子，其特征在于：上述石榴石单晶以Bi_aA_3-aFe_5-xM_xO₁₂(这里，A是Y、Lu、Yb、Er、Ho、Dy、Tb、Gd、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca中一种以上的元素，a满足0.6≤a≤2.0。M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir、Pt中一种以上的元素，x满足0≤x≤1.5。)表示。

上述本发明的法拉第转子，其特征在于：上述石榴石单晶以Bi_bA_cB_3-b-cFe_5-xM_xO₁₂(这里，A是Y、Lu、Yb、Er、Ho、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca中一种以上的元素，B是Tb、Gd、Dy中1种以上的元素，b及c满足0.6＜b≤2.0、0.6＜b+c≤3.0。M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir、Pt中一种以上的元素，x满足0≤x≤1.5。)表示。

上述本发明的法拉第转子，其特征在于：控制上述外部磁场H的大小，使上述法拉第旋转角F变化。

此外，上述目的通过下述光部件达到，其特征在于：具有上述本发明的法拉第转子；把上述外部磁场H施加到上述法拉第转子的磁路。

此外上述第3目的通过下述防反射膜达到，其特征在于：在基片面上，满足0.17≤nd/λ≤0.80的第1Ta₂O₅层、满足0.02≤nd/λ≤0.54的第1SiO₂层、满足0.16≤nd/λ≤0.38的第2Ta₂O₅层、满足0.20≤nd/λ≤0.29的第2SiO₂层按该顺序被层叠(在此，λ是透过光的波长，n是各层的折射率，d是各层的膜厚)。

在上述本发明的防反射膜中，特征在于：上述基片面的对面侧与空气接触。

上述本发明的防反射膜的特征在于：以上述透过光的波长λ为中心，在λ±70nm的波长频带反射率为0.1％以下。

上述本发明的防反射膜的特征在于：上述波长λ为1310nm≤λ≤1750nm。

此外，上述目的通过下述采用了石榴石单晶的光部件达到，其特征在于：在上述石榴石单晶的光入射面及光出射面，形成有上述本发明的防反射膜。

上述本发明的光部件的特征在于：上述石榴石单晶以Bi_aA_3-aFe_{5- x}M_xO₁₂(这里，A是Y、Lu、Yb、Er、HO、Dy、Tb、Gd、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca的一种以上的元素，M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir的一种以上的元素，a及x满足1.0≤a≤2.4、0＜x≤1.5。)表示。

上述本发明的光部件的特征在于：上述石榴石单晶以Bi_aA_bB_{3-a- b}Fe_5-xM_xO₁₂(这里，A是Er、Dy、Tb、Sm、Nd、Pr的一种以上的元素，B是Y、Lu、Yb、Ho、Gd、Ce、La、Pb、Ca的一种以上的元素，M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir的一种以上的元素，a、b及x满足1.0≤a≤2.4、0≤b≤0.1、0＜x≤1.5。)表示。

上述本发明的光部件的特征在于：在光的波长λ为1460nm≤λ≤1530nm的全部范围，光的反射率为0.1％以下。

上述本发明的光部件的特征在于：在光的波长λ为1530nm≤λ≤1565nm的全部范围，光的反射率为0.1％以下。

上述本发明的光部件的特征在于：在光的波长λ为1565nm≤λ≤1625nm的全部范围，光的反射率为0.1％以下。

上述本发明的光部件的特征在于：上述石榴石单晶被作为法拉第转子使用。

此外上述目的通过下述光隔离器达到，该光隔离器具有在光入射/出射面形成有防反射膜的法拉第转子，其特征在于：上述防反射膜是以上所述的本发明的防反射膜。

此外，上述目的通过下述光衰减器达到，该光衰减器具有在光入射/出射面形成有防反射膜的法拉第转子，其特征在于：上述防反射膜是以上所述的本发明的防反射膜。

附图说明

图1是基于本发明实施方式1的光部件的动作原理说明，是说明磁矩方向与外部磁场H的大小(强度)关系的附图。

图2是基于本发明实施方式1的光部件的动作原理说明，是说明磁矩方向与基于衍射光的光损失关系的附图。

图3是表示未实施热处理的法拉第转子磁区构造的附图。

图4是说明实施了热处理的法拉第转子1的磁矩方向与外部磁场H的大小(强度)关系的附图。

图5是表示对实施了热处理的法拉第转子1施加的外部磁场H与法拉第旋转角关系的图表。

图6是表示基于本发明实施方式1的实施例1-1所涉及的光部件的概略构成附图。

图7是表示基于图6所示的光部件的法拉第旋转角的变更动作的附图。

图8是表示对法拉第转子施加的外部磁场H与法拉第旋转角关系的图表。

图9是对基于本发明实施方式2的法拉第转子的动作原理说明图。横轴表示热处理时间，纵轴的下段表示膜生长方向的饱和磁场Hs的强度(Oe)，中段表示法拉第旋转角(deg.)，上段表示施加了饱和磁场Hs的0.9倍强度的磁场时的法拉第旋转角F相对施加了饱和磁场Hs时的饱和旋转角Fs的比例F/Fs。

图10是为说明基于本发明实施方式2的法拉第转子的动作原理，说明未实施热处理的法拉第转子的磁矩方向与外部磁场H关系的附图。

图11是为说明基于本发明实施方式2的法拉第转子的动作原理，说明实施了热处理的法拉第转子的磁矩方向与外部磁场H关系的附图。

图12是为说明基于本发明实施方式2的法拉第转子的动作原理，说明未实施热处理的法拉第转子的法拉第旋转角与外部磁场H关系的附图。

图13是为说明基于本发明实施方式2的法拉第转子的动作原理，说明实施了热处理的法拉第转子的法拉第旋转角与外部磁场H关系的附图。

图14是表示基于本发明实施方式2的法拉第转子及采用了该转子的光隔离器的概略构成的附图。

图15是表示基于本发明实施方式2的法拉第转子及采用了该转子的光衰减器的概略构成的附图。

图16是表示在磁石榴石单晶基片31的光入射/出射两面形成了基于本发明实施方式3的防反射膜的状态的附图。

图17是表示在磁石榴石单晶基片31的光入射/出射两面形成了基于本发明实施方式3的实施例1中的防反射膜的状态的附图。

图18是表示基于本发明实施方式3的实施例3-1所涉及的防反射膜特性的附图。

图19是表示基于本发明实施方式3的实施例3-2所涉及的防反射膜特性的附图。

图20是表示基于本发明实施方式3的实施例3-3所涉及的防反射膜特性的附图。

图21是表示基于本发明实施方式3的实施例3-4所涉及的防反射膜特性的附图。

图22是表示基于本发明实施方式3的实施例3-5所涉及的防反射膜特性的附图。

图23是表示基于本发明实施方式3的比较例所涉及的防反射膜特性的附图。

图24是说明易磁化轴不在与晶体生长同一方向的<111>方位，而在与生长面的面方向接近的方向上的其它<111>方位的附图。

具体实施方式

[实施方式1]

利用图1至图7对基于本发明实施方式1的光部件作以说明。首先，利用图1至图4对基于本实施方式的光部件的动作原理作以说明。图1是说明磁矩方向与外部磁场H的大小(强度)的关系的附图。图2是说明磁矩方向与基于衍射光的光损失的关系的附图。图1及图2表示未实施热处理的法拉第转子1。此外法拉第转子1的光入射面与石榴石单晶的晶体生长方向几乎正交。

如图1(a)所示，由于构成未实施热处理的法拉第转子1的石榴石单晶在晶体生长方向有易磁化轴，因而在未施加磁场状态下的法拉第转子1内的磁矩2的一部分朝向易磁化轴的一个方向，其余的朝向相反方向，形成不同的磁区构造。

如图1(b)所示，当在法拉第转子1上施加大于饱和磁场Hs的外部磁场H后，磁矩2在全部范围朝向一个方向，形成相同的磁区构造。即使对该状态的法拉第转子1入射比如在光通信中使用的波长为1550nm的光Ii，也不会发生由磁区构造引起的光损失(插入损失)。不过，施加小于饱和磁场Hs的外部磁场H后，如图2所示，磁矩2的一部分朝向外加磁场的方向，其余部分朝向相反方向，具有不同的磁区构造。图3是表示未实施热处理的法拉第转子1的磁区构造的显微镜照片。如图3所示，法拉第转子1的磁区构造呈衍射格状。在未施加磁场的状态下使直线偏振光的光在法拉第转子1上入射，通过偏光镜观察了输出光。放大倍数为50倍。当在该状态下的法拉第转子1上入射具有特定偏振面的光Ii后，则将成为磁矩2在正向与反向区域内具有不同偏振面的光。因此如图2所示，将发生光的衍射，衍射光Ir被作为散射光输出，输出光Io减少，发生光损失。

图4是说明实施了热处理的法拉第转子1的磁矩方向与外部磁场H的大小(强度)的关系的附图。此外，法拉第转子1的光入射面与石榴石单晶的晶体生长方向几乎正交。

如图4(a)所示，构成进行了热处理的法拉第转子1的石榴石单晶从易磁化轴与晶体生长同一方向的<111>方位变为与生长面的面方向接近的方向上的其它<111>方位，无外加磁场状态下的法拉第转子1内的磁矩2的一部分朝向易磁化轴的一个方向，其余部分朝向相反方向，形成不同的磁区构造。

如图4(c)所示，在对进行了热处理的法拉第转子1施加了大于饱和磁场Hs的外部磁场H的情况下，与未进行热处理的法拉第转子的情况同样，磁矩2朝向一个方向，磁区构造达到相同，不发生光损失。

与此相对，如图4(b)所示，在对进行了热处理的法拉第转子1施加只比饱和磁场Hs小规定量的外部磁场H的情况下，由于失去生长感应磁各向异性，因而磁矩2均朝向接近于外部磁场H的方向的方向，在法拉第转子1中不产生明确的磁区构造。因此即使施加小于饱和磁场Hs的外部磁场H，也只发生少量的光衍射，几乎不发生光损失。但即使是进行了热处理的法拉第转子1，如果外部磁场H小于规定值，则磁区的构造将达到明确，发生基于衍射的光损失。

根据利用图8所作的说明，虽然通过热处理除去法拉第转子的生长感应磁各向异性后饱和磁场Hs的大小变大，但如上所述，即使施加比饱和磁场Hs小规定量的外部磁场H，光损失也不会达到足以影响到装置的特性那样大的值。这样，如果施加小于饱和磁场Hs的外部磁场H，以控制法拉第旋转角，则用于发生磁场的磁路可成为小型，电磁铁的消耗电流也可减少。其结果是，可实现采用了法拉第转子和磁路的光部件的小型化及低耗电化。

图5是表示对实施了热处理的法拉第转子1施加的外部磁场H与法拉第旋转角的关系的图表，表示与图8所示的曲线α相同的曲线。横轴表示外部磁场H(Oe)，纵轴表示法拉第旋转角(deg.)。横轴的值Hs表示实施了热处理的法拉第转子的饱和磁场Hs的大小。此外横轴的值0.4×Hs表示饱和磁场Hs的大致4成的大小。此外，在图5中，作为构成法拉第转子的石榴石单晶的生长方向，在光入射出射方向施加外部磁场H。

实验结果如图5所示，当外部磁场H弱化实施了热处理的法拉第转子1的饱和磁场Hs的强度的大致4成后，法拉第转子1内的磁区构造变得明确，基于衍射的光损失将增加，因而作为光部件的特性将产生问题。因此，如果把在光入射方向施加了外部磁场H时的饱和磁场Hs的大小设为|Hs|，把外部磁场H的大小设为|H|，则|H|最好小于|Hs|，而且为|Hs|的4成以上的磁场强度。即，最好在图5的两个箭头d所示的范围内采用外部磁场H的大小|H|。如果对实施了热处理的法拉第转子1在光的入射方向上施加饱和磁场Hs的4成强度的外部磁场H，磁矩2将几乎朝向磁场方向，法拉第旋转角将达到施加了饱和磁场Hs的旋转角的大约9成的值。在这种条件下，不会形成明确的磁区构造，光损失也不大。

构成法拉第转子1的石榴石单晶以Bi_aA_3-aFe_5-xM_xO₁₂(这里，A是Y、Lu、Yb、Er、Ho、Dy、Tb、Gd、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca的一种以上的元素，a满足0.6≤a≤2.0。M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir、Pt的一种以上的元素，x满足0≤x≤1.5。)表示。

或者构成法拉第转子1的石榴石单晶以Bi_bA_cB_3-b-cFe_5-xM_xO₁₂(这里，A是Y、Lu、Yb、Er、Ho、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca的一种以上的元素，B是Tb、Gd、Dy的一种以上的元素，b及c满足0.6≤b≤2.0、0.6＜b+c≤3.0。M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir、Pt的一种以上的元素，x满足0≤x≤1.5。)表示。

如果在磁石榴石稀土族的主要组成中采用Gd、Tb或Dy，则可减小饱和磁场Hs，对于磁路的小型化及耗电的降低有效。这样作为其效果，如果在化学式中设为0＜3-b-c≤2.4的量，则特别有效。

如果B i的量在化学式中成为0.6以下，则法拉第旋转系数(旋转角/转子厚度)将变小，为获得规定的法拉第旋转角，法拉第转子的厚度将增厚，单晶膜的生成将变得困难。此外如果Bi的量在化学式中成为2.0以上，则在单晶膜的外延生长时生成条件将不稳定，不能获得具有良好质量的单晶膜。因此，Bi量在上述化学式中最好处于0.6≤a≤2.0，或0.6≤b≤2.0的范围。

虽然M是可置换Fe的元素，但添加这些元素对于减小法拉第转子的饱和磁场Hs是有效的。不过，如果在化学式中把这些元素1.5以上与Fe进行置换，则磁石榴石的居里点将降到动作温度(比如室温(大约25℃))以下，不再能起到法拉第转子的作用。因此M的量最好为0≤x≤1.5。

综上所述，如果在磁矩2的方向可变的法拉第转子1中使光入射，改变在法拉第转子1上施加的外部磁场H的方位及强度，则光的偏光面所接收的法拉第旋转角可变化，可构成旋转角可变型法拉第转子1。在这种法拉第转子1及磁路中，如果把法拉第转子1的饱和磁场Hs设为|Hs|，通过把满足0.4×|Hs|＜|H|＜|Hs|的关系的外部磁场H施加到法拉第转子1，可构成小型的耗电小的磁路，同时可把法拉第转子1的光损失抑制到较低。该效果在把并非合成了2个磁场的磁场而是单一的磁场施加到了不同于光的前进方向的方位的情况下也有效。

以下利用具体实施例作以说明。

[实施例1-1]

通过液相外延法生成其组成为Bi_1.2Gd_1.2Yb_0.5Pb_0.05Fe_4.15Ga_0.8Pt_0.01Ge_0.04O₁₂的磁石榴石单晶膜，加工后制成了片状磁石榴石单晶。边在垂直方向上改变大小边对制作出的单晶片的基片面施加外部磁场H，测定了法拉第旋转角。把即使施加外部磁场H法拉第旋转角也不再增加的最小外部磁场H作为饱和磁场Hs，在室温下测定的饱和磁场Hs为|Hs|＝110Oe。

在1100℃下对该单晶基片进行30小时的热处理，以同样的方法在室温下测定的饱和磁场Hs，如图5所示为|Hs|＝240Oe。对热处理结束后的石榴石单晶进行进一步加工，在光的入射面和出射面蒸镀防反射膜(AR镀层)，作为法拉第转子1。在制作出的法拉第转子1上在光的入射出射方向施加饱和磁场Hs的大小|Hs|＝240Oe的外部磁场H，在评估光的插入损失时，在插入损失为0.03dB下法拉第旋转角为30deg.(度)(参照图5)。把所施加的外部磁场H的强度设为150Oe，同样测定插入损失，在插入损失为0.05dB下法拉第旋转角为29.8deg.(参照图5)。此外把所施加的外部磁场H的强度设为96Oe，同样测定插入损失，在插入损失为0.20dB下法拉第旋转角为27.2deg.(参照图5)。即使在该程度的插入损失下，光部件的动作上没有问题。

图6表示本实施例所涉及的光部件的概略构成。此外，图7表示基于图6所示的光部件的法拉第旋转角的可变动作。在图6中，光部件10具备法拉第转子1和磁路。磁路具有永久磁铁12和电磁铁14。在法拉第转子1的入射光Ii的入射侧和出射光Io的出射侧配置具有磁极的一组永久磁铁12。如图7(a)所示，通过这些永久磁铁12，在光的入射出射方向施加固定磁场H1。此外，与法拉第转子1相对，在与固定磁场H1的方向几乎正交的方向上配置施加可变磁场H2的电磁铁14。可变磁场H2的强度可通过改变流经电磁铁14的线圈(未图示)的电流控制。

如图7(a)、(b)所示，外部磁场H由固定磁场H1与可变磁场H2的合成磁场提供。通过改变可变磁场H2的大小，可改变外部磁场H的方向，使法拉第转子1的光入射出射方向上的磁化强度变化。

对光部件10中的法拉第转子1的法拉第旋转角进行了评估。把光的入射出射方向上的磁场(固定磁场H1)的强度设为与饱和磁场Hs相等的240Oe(参照图7(a))，按照法拉第旋转角达到15deg.即旋转角的减少量为15deg.的原则对由电磁铁14发生的可变磁场H2的强度进行了调节(参照图7(b))。在磁场强度调节时流经电磁铁14的线圈的电流为100mA。

与此相对，把光的入射出射方向上的固定磁场H1的强度设为150Oe(参照图7(a))，按照法拉第旋转角达到14.8deg.即旋转角的减少量接近15deg.的原则对由电磁铁14发生的可变磁场H2的强度进行了调节(参照图7(b))。在磁场强度调节时流经电磁铁14的线圈的电流为63mA。

此外，把光的入射出射方向上的固定磁场H1的强度设为相当于饱和磁场Hs的0.4倍的96Oe(参照图7(a))，按照法拉第旋转角达到13.2deg.即旋转角的减少量接近15deg.的原则对由电磁铁14发生的可变磁场H2的强度进行了调节(参照图7(b))。在磁场强度调节时流经电磁铁14的线圈的电流为41mA。

如上所述，本实施例的光部件10具有由石榴石单晶形成的法拉第转子1、把小于法拉第转子1的饱和磁场Hs的外部磁场H施加到法拉第转子1的磁路。在这种构成中，通过改变施加于法拉第转子1的外部磁场H的方位及强度，使磁矩2的方向变化，可使法拉第旋转角变化。

在基于本实施例的光部件10的法拉第转子1及磁路中，如果把在法拉第转子1的光入射方向上施加了磁场时的饱和磁场Hs的大小设为|Hs|，通过把其大小|H|满足0.4×|Hs|＜|H|＜|Hs|的关系的外部磁场H施加到法拉第转子1，可构成小型的耗电较小的磁路，同时还可把法拉第转子1的光损失抑制至较低。

[实施方式2]

利用图9至图15对基于本发明实施方式2的法拉第转子及利用了该转子的光部件作以说明。首先，利用图9对基于本实施方式的法拉第转子的动作原理作以说明。图9的横轴表示热处理时间，纵轴的下段表示膜生长方向的饱和磁场Hs的强度(Oe)，中段表示法拉第旋转角(deg.)，上段表示施加了饱和磁场Hs的0.9倍强度的磁场时的法拉第旋转角F相对施加了饱和磁场Hs时的饱和旋转角Fs的比例F/Fs。

生长感应磁各向异性通过以在外延生长时产生的温度变动及融液对流的变动为原因在膜生长方向上发生微小的周期性组成变动而发生。如果对外延膜进行热处理，由于能引起原子的再排列，膜生长方向上的周期性组成变动减少，因而生长感应磁各向异性减少。越在高温下进行长时间的热处理，生长感应磁各向异性越小。磁石榴石单晶的易磁化轴是<111>的结晶方位。通常，磁石榴石单晶膜的生成中使用的CaMgZr置换GGG基片以(111)面作为生成面。

因此，在石榴石单晶中多个存在的易磁化轴<111>中的一个朝向与GGG基片的生成面垂直的方位，与生长感应磁各向异性的方位一致。通过这些方位的一致，磁石榴石单晶膜的磁矩方位被固定到生长方向。通过热处理生长感应磁各向异性减少后，磁矩方位也易于朝向膜生长方向以外的<111>的结晶方位。尤其是，由于对法拉第转子以片状生成的单晶膜进行加工，作为同样的片状光学元件形成，因而如果假如没有生长感应磁各向异性的影响，则根据形状效果，磁矩的方位将朝向从膜生长方向倾斜的<111>方位。

如图9下段所示，与热处理前相比，热处理后的膜生长方向的饱和磁场Hs更大。此外，热处理时间越长，膜生长方向上的饱和磁场Hs越大。因此，如上所述，以往在用于减弱生长感应磁各向异性的热处理中，在可在任意方向改变磁矩方位的同时，作为尽量不增加饱和磁场Hs的条件，选择比如图9所示的“传统条件”的热处理时间。

不过，如图9中段所示，所获得的法拉第旋转角F从热处理开始便急剧减小，如果其热处理时间不远大于“传统条件”的热处理时间，则其变动量便不稳定。

因此，如果在以尽量不增加饱和磁场Hs作为第1条件的“传统条件”的热处理时间内进行热处理，则如图9中段所示，热处理时间只有少许波动，发生所获得的法拉第旋转角较大变动的问题。因此，将发生不能通过磁光学型光衰减器等得到正确的充分衰减的问题。

接下来，利用图10及图11对磁矩2的方位与外部磁场H的关系作以说明。图10表示未实施热处理的法拉第转子1。此外，法拉第转子1的光入射面与石榴石单晶的晶体生长方向几乎正交。

如图10(a)所示，由于构成未实施热处理的法拉第转子1的石榴石单晶在晶体生长方向有易磁化轴，因而在未施加磁场状态下的法拉第转子1内，形成磁矩2的一部分朝向易磁化轴的一个方向、其余的朝向相反方向的不同的磁区构造。

如图10(b)所示，如果把对石榴石单晶的光入射面几乎垂直方向的成分大于饱和磁场Hs的外部磁场H倾斜地施加到法拉第转子1，则磁矩2在全部范围朝向一个方向，磁区构造达到相同。把在该状态下获得的法拉第转子1的法拉第旋转角设为饱和旋转角Fs。

图11表示实施了热处理的法拉第转子1的磁矩2的方位与外部磁场H的关系。此外，法拉第转子1的光入射面与石榴石单晶的晶体生长方向几乎正交。

如图11(a)所示，在构成进行了热处理的法拉第转子1的石榴石单晶中，易磁化轴从晶体生长方向变为沿(100)结晶面的方位，无外加磁场状态下的法拉第转子1内的磁矩2的一部分朝向易磁化轴的一个方向，其余部分朝向相反方向，形成不同的磁区构造。

如图11(b)所示，如果把对光入射面几乎垂直方向的成分大于饱和磁场Hs的外部磁场H倾斜地施加到实施了热处理的法拉第转子1，则与未实施热处理的法拉第转子1的情况相同，磁矩2在全范围朝向一个方向，磁区构造达到相同。但由于在基片面法线方向上存在倾斜的易磁化轴，磁矩2的方位仿随外部磁场H的方向，从基片面法线方向倾斜，因而所得到的法拉第旋转角F将小于饱和旋转角Fs。

磁石榴石单晶膜的热处理时间如果延长，生长感应磁各向异性将减少，根据外部磁场H的影响，磁矩2的方位容易改变。如果在图9所示的“传统条件”附近的热处理时间内实施热处理，由于磁矩方位的可变性急剧增大，因而如图9中段所示，法拉第旋转角F的变动率也增大。此外，热处理时间延长后，基于外部磁场H的磁矩方位的可变性几乎达到稳定。这是因为随着生长感应磁各向异性变弱，磁矩方位的可变性难以受到生长感应磁各向异性的影响。因此如图9中段所示，法拉第旋转角F的变动率变小并稳定。

此外，如图9下段所示，热处理时间增长后饱和磁场Hs急剧增加。这表明通过热处理，磁矩方位易于朝向膜生长方向以外，其结果是，为了反过来使磁矩方位朝向膜生长方向，需要更强的外部磁场H。如上所述，如果把小于饱和磁场Hs的磁场施加到法拉第转子1，将产生衍射损失，元件特性变劣，因而传统上在饱和磁场Hs尽量不增大的“传统条件”下实施热处理。然而，这种热处理条件取决于热处理时间的变动，磁矩方位的可变性也是最大的变动条件。在“传统条件”及其附近的热处理时间，基于热处理时的炉温变动及试样位置的细微温差等热处理条件的差异对磁矩方位的变动量有大的影响。因此如图9中段所示，造成了法拉第旋转角F的旋转角度偏差也增大的结果。

不过，如图9的“改善条件”所示，通过实施其时间长于“传统条件”的热处理，可减小磁矩方位的变动，降低基于热处理时间的法拉第旋转角F的偏差，获得对热处理时间变动没有依赖性的稳定的法拉第旋转角F。

图12表示对未实施热处理的法拉第转子1施加的外部磁场H与法拉第旋转角F的关系。横轴表示外部磁场H(Oe)，纵轴表示法拉第旋转角(deg.)。横轴的值Hs表示未实施热处理的法拉第转子1的饱和磁场Hs的大小。此外，横轴的值0.9×Hs表示饱和磁场Hs的大致9成的大小。此外，在图12中，作为构成法拉第转子1的石榴石单晶的生长方向，在光入射出射方向施加外部磁场H。

图13表示对实施了热处理的法拉第转子1施加的外部磁场H与法拉第旋转角的关系。横轴表示外部磁场H(Oe)，纵轴表示法拉第旋转角(deg.)。横轴的值Hs表示实施了热处理的法拉第转子1的饱和磁场Hs的大小。此外，横轴的值0.9×Hs表示饱和磁场Hs的大致9成的大小。此外，在图13中同样，作为构成法拉第转子的石榴石单晶的生长方向，在光入射出射方向施加外部磁场H。

如果对图12及图13进行比较说明，在通过热处理饱和磁场Hs增大了的法拉第转子1中，施加了其强度接近于饱和磁场Hs的外部磁场H的法拉第旋转角F达到非常接近于饱和旋转角Fs的值。比如，在未实施图12所示的热处理的法拉第转子1中施加了饱和磁场Hs0.9倍的外部磁场H的情况下的法拉第旋转角F除以饱和旋转角Fs的值F/Fs，如图9上段所示，达到0.94。与此相对，在实施了“传统条件”的热处理的法拉第转子1中施加了饱和磁场Hs 0.9倍的外部磁场H的情况下的F/Fs，如图9上段所示，达到0.95。此外在改善了法拉第旋转角F的取决于热处理时间的变动的“改善条件”下的热处理中，F/Fs如图9上段所示达到0.96以上。如该图9上段所示，F/Fs在无热处理时为0.94，在“传统条件”的热处理的时间下为0.95。根据基于本实施方式的“改善条件”的热处理时间，F/Fs为0.96以上。

如果为改善取决于法拉第旋转角F的热处理时间的变动而实施长时间的热处理，则饱和磁场Hs将增加，但通过采用可施加更大的外部磁场H的外部磁路可减少衍射损失。此外，如图13所示，发现了由于在实施了长时间热处理的法拉第转子1中，除了施加了显著小于饱和磁场Hs的外部磁场H的情况，即使在比如饱和磁场Hs的0.9倍以下的外部磁场H中，法拉第旋转角F也能达到饱和磁场Hs下的饱和旋转角Fs的0.96倍以上，因而几乎不发生衍射损失，很耐于实际应用。

这样，如同从图12及图13可看出的那样，在外部磁场H与法拉第旋转角F的关系中存在明确的相关性，此外，如同从图9可看出的那样，在法拉第旋转角F的变动性中存在与热处理时间的明确的相关性。因此，通过利用热处理制作施加了其大小为饱和磁场Hs的0.9倍的外部磁场H的情况下的法拉第旋转角F除以饱和旋转角Fs的值F/Fs达到0.96以上的法拉第转子1，可以抑制法拉第旋转角F的变动性，达到稳定化，而且把可变旋转角度的大小维持在接近于施加了饱和磁场Hs的情况的状态。

本实施方式下的法拉第转子1的石榴石单晶的特征是以Bi_aA_{3- a}Fe_5-xM_xO₁₂(这里，A是Y、Lu、Yb、Er、Ho、Dy、Tb、Gd、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca中一种以上的元素，a满足0.6≤a≤2.0。M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir、Pt中一种以上的元素，x满足0≤x≤1.5。)表示。

此外本实施方式下的法拉第转子1的石榴石单晶的特征是以Bi_bA_cB_3-b-cFe_5-xM_xO₁₂(这里，A是Y、Lu、Yb、Er、Ho、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca中一种以上的元素，B是Tb、Gd、Dy中1种以上的元素，b及c满足0.6＜b≤2.0、0.6＜b+c≤3.0。M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir、Pt中一种以上的元素，x满足0≤x≤1.5。)表示。

如果在磁石榴石单晶的稀土族的主要组成中采用Gd、Tb及Dy，则可减小饱和磁场Hs，对磁路的小型化及耗电的降低有效。这样，如果在化学式中把其范围设为从0至2.4则特别有效。

如果Bi的量在化学式中达到0.6以下，则法拉第旋转系数(法拉第旋转角F/法拉第转子厚度T)将变小，为获得规定的法拉第旋转角F必须加厚法拉第转子1，因而单晶膜的生成将变得困难。此外，如果B i的量在化学式中达到2.0以上，则在单晶膜的外延生长时生成条件将不稳定，不能获得具有良好质量的单晶膜。因此，Bi量最好处于从0.6至2.0的范围。

虽然M是可置换Fe的元素，但添加这些元素对于减小法拉第转子1的饱和磁场Hs是有效的。不过，如果在化学式中这些元素的1.5以上的量与Fe进行置换，则磁石榴石单晶的居里点将降到动作温度以下，不再能起到法拉第转子1的作用。因此M的量最好从0至1.5。

以下利用具体的实施例作说明。

[实施例2-1]

通过液相外延法生成其组成为Bi_1.2Gd_1.2Yb_0.5Pb_0.05Fe_4.15Ga_0.8Pt_0.01Ge_0.04O₁₂的磁石榴石单晶膜，加工后制成了片状磁石榴石单晶。通过在相对该单晶片面垂直的方向上施加外部磁场H，测定法拉第旋转角F，在室温下评估的饱和磁场Hs为110Oe，施加了饱和磁场Hs的饱和旋转角Fs为30deg.施加了饱和磁场Hs0.9倍的外部磁场H＝99Oe时的法拉第旋转角F为28.2deg.法拉第旋转角F/饱和旋转角Fs为0.94。

在1100℃下对10个这种单晶进行15小时的热处理，以同样的方法在室温下评估的饱和磁场Hs均为150Oe，施加了饱和磁场Hs的饱和旋转角Fs为30deg.施加了饱和磁场Hs0.9倍的外部磁场H＝135Oe时的法拉第旋转角F为28.8deg.法拉第旋转角F/饱和旋转角Fs为0.96。在由这些单晶组成的法拉第转子1上在与光入射出射面垂直的方向上施加135Oe的外部磁场H1，并在横向上施加300Oe的外部磁场H2，测定了法拉第旋转角F。获得了10个法拉第转子1的法拉第旋转角F的变动量为2.2～2.5deg.可变旋转角为26.3～26.6deg.的稳定的法拉第旋转角特性。

[实施例2-2]

通过液相外延法生成其组成为Bi_1.2Tb_0.8Ho_0.9Pb_0.05Fe_4.15Ga_0.8、Pt_0.01Ge_0.04O₁₂的磁石榴石单晶膜，加工后制成了片状磁石榴石单晶。通过在相对该单晶片面垂直的方向上施加外部磁场H，测定法拉第旋转角F，在室温下评估的饱和磁场Hs为110Oe，施加了饱和磁场Hs的饱和旋转角Fs为30deg.施加了饱和磁场Hs0.9倍的外部磁场H＝99Oe时的法拉第旋转角F为28.2deg.法拉第旋转角F/饱和旋转角Fs为0.94。

在1100℃下对10个这种单晶进行30小时的热处理，以同样的方法在室温下评估的饱和磁场Hs均为300Oe，施加了饱和磁场Hs的饱和旋转角Fs为30deg.施加了饱和磁场Hs0.9倍的外部磁场H＝270Oe时的法拉第旋转角F为29.7deg.法拉第旋转角F/饱和旋转角Fs为0.99。在由这些单晶组成的法拉第转子1上在与光入射出射面垂直的方向上施加150Oe的外部磁场H1，并在横向上施加350Oe的外部磁场H2，测定了法拉第旋转角F。获得了10个法拉第转子1的法拉第旋转角F的变动量为2.0～2.2deg.可变旋转角为27.5～27.7deg.的稳定的法拉第旋转角特性。

[比较例2-1]

通过液相外延法生成其组成为Bi_1.2Gd_1.2Yb_0.5Pb_0.05Fe_4.15Ga_0.8Pt_0.01Ge_0.04O₁₂的磁石榴石单晶膜，加工后制成了片状磁石榴石单晶。通过在相对该单晶片面垂直的方向上施加外部磁场H，测定法拉第旋转角F，在室温下评估的饱和磁场Hs为110Oe，施加了饱和磁场Hs的饱和旋转角Fs为30deg.施加了饱和磁场Hs0.9倍的外部磁场H＝99Oe时的法拉第旋转角F为28.2deg.法拉第旋转角F/饱和旋转角Fs为0.94。

在1100℃下对10个这种单晶进行10小时的热处理，以同样的方法在室温下评估的饱和磁场Hs均为120Oe，施加了饱和磁场Hs的饱和旋转角Fs为30deg.施加了饱和磁场Hs0.9倍的外部磁场H＝108Oe时的法拉第旋转角F为28.5deg.法拉第旋转角F/饱和旋转角Fs为0.95。在由这些单晶组成的法拉第转子1上在与光入射出射面垂直的方向上施加120Oe的外部磁场H1，并在横向上施加300Oe的外部磁场H2，测定了法拉第旋转角F。成为了10个法拉第转子1的法拉第旋转角F的变动量为4.8～11.0deg.可变旋转角为19.0～25.2deg.偏差的不稳定的法拉第旋转角特性。

如上所述，根据本实施方式，通过对由Bi置换稀土族铁石榴石单晶膜制作的法拉第转子进行热处理，把施加了饱和磁场Hs的0.9倍磁场的情况下的法拉第旋转角F除以饱和旋转角Fs后的值F/Fs设为0.96以上，可获得能控制法拉第旋转角F的变动量并使其稳定，而且可变角度较大的法拉第转子1及采用了该转子的光部件。

接下来，利用图14，对作为采用了基于本实施方式的法拉第转子的光部件的光隔离器100的概略构成作以说明。图14表示本实施例涉及的光隔离器100的概略构成。在图14中，光隔离器100具有基于本实施方式的法拉第转子1。在法拉第转子1的光入射侧配置偏光镜28，在法拉第转子1的光出射侧配置检光镜29。

为对法拉第转子1施加饱和磁场，提供规定的法拉第旋转角，设置有磁路。磁路具有一组环型永久磁铁23、24。环型永久磁铁23、24在法拉第转子1的入射光I i的入射侧和出射光Io的出射侧配置有磁极。由环型永久磁铁23、24对法拉第转子1在光的入射出射方向上施加饱和磁场。

接下来，利用图15，对作为采用了基于本实施方式的法拉第转子的光部件的光衰减器110的概略构成作以说明。图15表示本实施例涉及的光衰减器110的概略构成。在图15中，光衰减器110具有基于本实施方式的法拉第转子1。在法拉第转子1的光入射侧按光的入射顺序配置偏光镜28和旋光镜27，在法拉第转子1的光出射侧配置检光镜29。为对法拉第转子1施加饱和磁场，提供规定的法拉第旋转角，设置有磁路。磁路具有环型永久磁铁23、24，一组环型永久磁铁23、24在法拉第转子1的入射光Ii的入射侧和出射光Io的出射侧配置有磁极。由这些环型永久磁铁23、24在光的入射出射方向上施加固定磁场。

此外，与法拉第转子1相对在与固定磁场方向几乎正交的方向上配置有施加可变磁场的电磁铁26。可变磁场的强度可通过改变流经电磁铁26的线圈(来图示)的电流予以控制。通过改变可变磁场的强度可控制法拉第旋转角，控制出射光量的衰减率。

[实施方式3]

利用图16至图23对基于本发明实施方式3的防反射膜及其形成方法以及采用了防反射膜的光部件作以说明。首先，对本实施方式的概要作以说明。如果把WDM等光通信系统中利用的光的波长频带的中心波长设为λ，则通过至少在λ±70nm的全范围内，在磁石榴石单晶的光入射面及光出射面形成光的反射率达到0.1％以下的防反射膜，可以解决传统的在特定波长以外的波长下光的反射率变大的问题。

由于在波长复用光通信中在S光带(1460nm≤λ≤1530nm)、C光带(1530nm≤λ≤1565nm)、L光带(1565nm≤λ≤1625nm)之类的各特定波长频带内构成通信系统，因而，如果在这些特定的全部频带内能使防反射膜的反射率处于0.1％以下，则可提供适合各系统的法拉第转子。即，即使在施行了这种防反射膜的法拉第转子内入射波长各异的多种光，也可同样减少法拉第转子表面的反射光，有效于光通信系统的稳定的动作。

此外，对于由氧化物薄膜构成的防反射膜，如果实施通信用光部件要求的可靠性试验，由于膜的变质，将发生防止光反射的频带产生变动的现象。为了实现即使波长频带发生变动也能得到必要的反射率特性，有必要在比光通信中使用的全波长频带更大的波长频带内反射率达到0.1％以下，有必要在大于S、C、L光带的各自频带幅度的140nm波长频带内使反射率达到0.1％以下。

防反射膜可通过增加折射率各异的氧化物薄膜的层数把这些薄膜的膜厚设置为适当的值，对防止光反射的波长频带及反射率进行更精密的控制。因此为在磁性石榴石单晶上形成有效于波分复用光通信系统的140nm以上的宽频带用防反射膜，有必要用4层以上的氧化物薄膜形成防反射膜。层数增加后可得到更宽频带的防反射膜，对于特性是有利的。不过，如果层数增加则成膜工序将延长，因而于成本不利。此外，基于构成防反射膜的材料的光吸收的法拉第转子的光插入损失会增大。因此，构成防反射膜的氧化物薄膜的层数最好为20层以下。此外，如果考虑到可靠性可得到保障，没有光的吸收等，最好用Ta₂O₅，SiO₂，TiO₂，ZrO₂，Y₂O₃，LaF₃，Al₂O₃，MgF₂等材质构成防反射膜。

图16表示在磁石榴石单晶基片31的光入射/出射两面形成了基于本实施方式的防反射膜30的状态。如图16所示，在磁石榴石单晶基片31两面上的第1层，形成满足0.17≤nd/λ≤0.80的第1Ta₂O₅层，在其上作为第2层形成满足0.02≤nd/λ≤0.54的第1SiO₂层。在第2层上的第3层形成满足0.16≤nd/λ≤0.38的第2Ta₂O₅层，在其上作为第4层堆叠满足0.20≤nd/λ≤0.29的第2SiO₂层。这里，λ是透过光的波长，n是各层的折射率，d是各层的膜厚。

此外，如果把空气的折射率设为1，则磁石榴石单晶基片31面上的第1及第2Ta₂O₅层的折射率n处于2.08≤n≤2.15的范围，第1及第2SiO₂层的折射率n处于1.45≤n≤1.47的范围。

虽然施用防反射膜30的法拉第转子大多由磁石榴石构成，但通过液相外延法由YIG等稀土族铁石榴石制作的Bi置换稀土族铁石榴石具有大量生产性方面的长处。此外，虽然比如Tb对于法拉第转子的温度特性或波长特性的改善是有效的元素，但由于在C光带及L光带中具有光吸收的特性，因而在磁石榴石中大量含有的情况下，存在着作为与宽频带防反射膜组合后采用多种波长的C光带及L光带用转子插入损失较大的问题。出于同样的理由，如果在光通信中使用的波长频带中具有光吸收性的Er，Dy，Tb，Sm，Nd，Pr在法拉第转子内大量含有，也会成为问题。然而，如果在磁石榴石的组成式中含有0.1以下的量，则插入损失不会过大，不会构成特性上的问题。因此，这些元素的含有量在0.1以下对于波长特性和温度特性及饱和磁场等诸特性的微调整是有用的。因此，如果用把在这些波长频带内没有光吸收性的Y，Lu，Yb，Ho，Gd，Ce，La，Pb，Ca等元素作为C侧的主成分的磁石榴石制作法拉第转子，在其上施行宽频带的防反射膜，则可获得在法拉第转子及其防反射膜两方中光的吸收及反射量非常少的宽频带波长用法拉第转子。此外，由于如果用作为同样光吸收较少的元素的Ga，Al，Sc，In，Si，Ge，Ti，Au，Ir置换磁石榴石Fe元素，可控制饱和磁场，因而在光隔离器之类装置的设计中是有用的。不过，如果置换1.5以上，则居里温度将降至室温附近，不能再作为法拉第转子使用，因而置换量最好为1.5以下。

在波分复用光通信中，经常在光纤的中途通过光纤放大器使光放大，有非常强的光从光纤内通过。在这种高强度光被插入法拉第转子的情况下，如果在法拉第转子的光透过面存在树脂，在基于该光的热的作用下树脂烧热，造成装置不良。因此，在光纤中途使用的极化依存隔离器之类的光无源部件所使用的法拉第转子有必要不用树脂粘接光透过面，而与空气接触，有必要在光透过面形成针对空气的防反射膜。因此，如果在法拉第转子的光透过面形成针对空气的宽波长频带的防反射膜，则对在高强度的光被插入的波分复用光通信系统中光无源部件不良的防止及特性的提高非常有效。

此外，在制作比如C光带使用的各种波长下旋转角为45deg.的法拉第转子时，如果使在C光带的全范围内反射率为0.1％以下的防反射膜成膜，则可在同一批量的成膜工序中在C光带用的各种法拉第转子中同时施行防反射膜。通过在各波长用的多种法拉第转子中同时形成这种宽频带防反射膜，在任何波长下都可降低光的反射率，可简化在传统的成膜中成为问题的复杂工序，可提高生产性。

以下利用实施例对基于本实施方式的防反射膜及采用了该膜的光部件作更具体的说明。作为各实施例中的要点，首先，在由Bi置换稀土族铁石榴石材料组成的法拉第转子的光入射/出射两面形成4层薄膜，得到了在140nm波长频带内光的反射率达到0.1％以下的防反射膜。这种防反射膜可减少波长复用光通信中使用的S光带、C光带及L光带的各自全波长频带内光的反射，对光无源部件的高性能化有效。此外可在各波长用的多种法拉第转子内同时使防反射膜成膜，提高生产性。

[实施例3-1]

图17表示在磁石榴石单晶基片31的光入射/出射两面形成了基于本实施例的防反射膜30的状态。如图17所示，在磁石榴石单晶基片(法拉第转子)1两面上的第1层，形成nd/λ＝0.19的第1Ta₂O₅层，在其上作为第2层形成nd/λ＝0.44的第1SiO₂层。接着，在第2层上作为第3层形成nd/λ＝0.33的第2Ta₂O₅层，在其上作为第4层形成nd/λ＝0.22的第2SiO₂层。

此外，如果把空气的折射率设为1，则磁石榴石单晶基片31面上的第1及第2Ta₂O₅层的折射率n为2.10，第1及第2SiO₂层的折射率n为1.46。

图17所示的构成按以下方法形成。首先，通过液相外延法在CaMgZr置换钆镓石榴石(GGG)单晶基片上生成了其组成式为Bi_1.1Tb_1.4Y_0.2Yb_0.1Ho_0.15Pb_0.05Fe_4.85Ga_0.1Ge_0.03Pt_0.02O₁₂的磁石榴石单晶。接下来按照对波长λ＝1310nm的光旋转角成为45deg.的原则对磁石榴石单晶进行加工，形成了法拉第转子1。在加工成了片状的法拉第转子1的两面，按Ta₂O₅，SiO₂，Ta₂O₅，SiO₂的顺序通过加设了离子加速器的真空蒸镀法进行薄膜蒸镀，按照各层的nd/λ值在第1层为0.190，在第2层为0.443，在第3层为0.325，在第4层为0.217的原则进行调整，形成针对空气的防反射膜，作为光部件。

通过分光光度计对该光部件的单侧面的防反射膜30的光反射率进行了评估。图18表示基于本实施例的防反射膜30的特性。图18的横轴表示在本实施例的防反射膜入射的光的波长(nm)，纵轴表示所得到的反射率(％)。如图18所示，在光的波长λ处于1240nm≤λ≤1370nm的全部范围内，得到反射率为0.02％，小于0.1％的特性。此外，在1240nm≤λ≤1370nm的全部范围内对所得到的法拉第转子的插入损失进行了评估，在损失为0.03dB下表示出了稳定的数值。因此得到了在1240nm≤λ≤1370nm的全范围内光的反射率及插入损失较低的具有优异特性的法拉第转子。

[实施例3-2]

通过液相外延法在CaMgZr置换钆镓石榴石单晶基片上生成了其组成式为Bi_1.0Gd_1.5Yb_0.3Ho_0.15Pb_0.05Fe_4.85Al_0.1Ge_0.03Pt_0.02O₁₂的磁石榴石单晶。接下来按照对波长λ＝1495nm的光旋转角成为45deg.的原则对磁石榴石单晶进行加工，形成了法拉第转子。在加工成了片状的法拉第转子的两面，按Ta₂O₅，SiO₂，Ta₂O₅，SiO₂的顺序通过加设了离子加速器的真空蒸镀法进行薄膜蒸镀，按照各层的nd/λ值在第1层为0.190，在第2层为0.443，在第3层为0.325，在第4层为0.217的原则进行调整，形成针对空气的防反射膜，作为光部件。

通过分光光度计对该光部件的单侧面的防反射膜的光反射率进行了评估。图19表示基于本实施例的防反射膜的特性。图19的横轴表示在本实施例的防反射膜入射的光的波长(nm)，纵轴表示所得到的反射率(％)。如图19所示，在光的波长λ处于包含S光带及C光带的1425nm≤λ≤1565nm的全部范围内，得到反射率为0.02％，小于0.1％的特性。此外在1425nm≤λ≤1565nm的全范围内对所得到的法拉第转子的插入损失进行了评估，在损失为0.03dB下表示出了稳定的数值。因此得到了在1425nm≤λ≤1565nm的全范围内光的反射率及插入损失较低的具有优异特性的法拉第转子。

[实施例3-3]

通过液相外延法在CaMgZr置换钆镓石榴石单晶基片上生成了其组成式为Bi_1.1Gd_1.45Yb_0.4Pb_0.05Fe_4.95Ge_0.03Pt_0.02O₁₂的磁石榴石单晶。接下来按照对波长λ＝1562nm的光旋转角成为45deg.的原则对磁石榴石单晶进行加工，形成了法拉第转子。在加工成了片状的法拉第转子的两面，按Ta₂O₅，SiO₂，Ta₂O₅，SiO₂的顺序通过加设了离子加速器的真空蒸镀法进行薄膜蒸镀，按照各层的nd/λ值在第1层为0.190，在第2层为0.443，在第3层为0.325，在第4层为0.217的原则进行调整，形成针对空气的防反射膜，作为光部件。

通过分光光度计对该光部件的单侧面的防反射膜的光反射率进行了评估。图20表示基于本实施例的防反射膜的特性。图20的横轴表示在本实施例的防反射膜入射的光的波长(nm)，纵轴表示所得到的反射率(％)。如图20所示，在光的波长λ处于包含C光带及L光带的1492nm≤λ≤1632nm的全范围内，得到反射率为0.02％，小于0.1％的特性，在S光带(1460nm≤λ≤1530nm)的全部范围内，也得到了小于0.1％的特性。此外在1492nm≤λ≤1632nm的全范围内对所得到的法拉第转子的插入损失进行了评估，在损失为0.03dB下表示出了稳定的数值。因此得到了在1492nm≤λ≤1632nm的全范围内光的反射率及插入损失较低的具有优异特性的法拉第转子。

[实施例3-4]

通过液相外延法在CaMgZr置换钆镓石榴石单晶基片上生成了其组成式为Bi_1.1Gd_1.45Yb_0.4Pb_0.05Fe_4.95Ge_0.03Pt_0.02O₁₂的磁石榴石单晶。接下来按照对波长λ＝1615nm的光旋转角成为45deg.的原则对磁石榴石单晶进行加工，形成了法拉第转子。在加工成了片状的法拉第转子的两面，按Ta₂O₅，SiO₂，Ta₂O₅，SiO₂的顺序通过加设了离子加速器的真空蒸镀法进行薄膜蒸镀，按照各层的nd/λ值在第1层为0.190，在第2层为0.443，在第3层为0.325，在第4层为0.217的原则进行调整，形成针对空气的防反射膜，作为光部件。

通过分光光度计对该光部件的单侧面的防反射膜的光反射率进行了评估。图21表示基于本实施例的防反射膜的特性。图21的横轴表示在本实施例的防反射膜入射的光的波长(nm)，纵轴表示所得到的反射率(％)。如图21所示，在光的波长λ处于包含L光带的1545nm≤λ≤1685nm的全部范围内，得到反射率为0.02％，小于0.1％的特性。此外在1545nm≤λ≤1685nm的全部范围内对所得到的法拉第转子的插入损失进行了评估，在损失为0.03dB下表示出了稳定的数值。因此，得到了在1545nm≤λ≤1685nm的全范围内光的反射率及插入损失较低的具有优异特性的法拉第转子。

[实施例3-5]

通过液相外延法在CaMgZr置换钆镓石榴石单晶基片上生成了其组成式为Bi_1.1Gd_1.45Yb_0.4Pb_0.05Fe_4.95Ge_0.03Pt_0.02O₁₂的磁石榴石单晶。接下来按照对波长λ＝1750nm的光旋转角成为45deg.的原则对磁石榴石单晶进行加工，形成了法拉第转子。在加工成了片状的法拉第转子的两面，按Ta₂O₅，SiO₂，Ta₂O₅，SiO₂的顺序通过加设了离子加速器的真空蒸镀法进行薄膜蒸镀，按照各层的nd/λ值在第1层为0.190，在第2层为0.443，在第3层为0.325，在第4层为0.217的原则进行调整，形成针对空气的防反射膜，作为光部件。

通过分光光度计对该光部件的单侧面的防反射膜的光反射率进行了评估。图22表示基于本实施例的防反射膜的特性。图22的横轴表示在本实施例的防反射膜入射的光的波长(nm)，纵轴表示所得到的反射率(％)。如图22所示，在光的波长λ处于1680nm≤λ≤1820nm的全范围内，得到反射率为0.02％，小于0.1％的特性。此外，在1680nm≤λ≤1820nm的全范围内对所得到的法拉第转子的插入损失进行了评估，在损失为0.03dB下表示出了稳定的数值。因此，得到了在1680nm≤λ≤1820nm的全范围内光的反射率及插入损失较低的具有优异特性的法拉第转子。

[比较例3-1]

通过液相外延法在CaMgZr置换钆镓石榴石单晶基片上生成了其组成式为Bi_1.1Gd_1.45Yb_0.4Fb_0.05Fe_4.95Ge_0.03Pt_0.02O₁₂的磁石榴石单晶。接下来按照对波长λ＝1550nm的光旋转角成为45deg.的原则对磁石榴石单晶进行加工，形成了法拉第转子。在加工成了片状的法拉第转子的两面，按Ta₂O₅，SiO₂的顺序通过加设了离子加速器的真空蒸镀法进行薄膜蒸镀，形成针对空气的防反射膜，作为光部件。

通过分光光度计对该光部件的单侧面的防反射膜的光反射率进行了评估。图23表示基于比较例的防反射膜的特性。图23的横轴表示在本比较例的防反射膜入射的光的波长(nm)，纵轴表示所得到的反射率(％)。如图23所示，成为在光的波长λ为1480nm时反射率为0.16％，在λ＝1620nm时反射率为0.15％以下的特性。此外，在1480nm≤λ≤1620nm的全范围内对所得到的法拉第转子的插入损失进行了评估，在损失为0.03dB下表示出了稳定的数值。因此，认为虽然在1480nm≤λ≤1620nm的波长频带内损失情况良好，但在频带边界附近的波长下光的反射率有增大的倾向，发生返光，因而成为特性上的问题。

如上所述，根据本实施方式，在波分复用光通信中使用的宽频带波长中，得到0.1％以下的低反射率的法拉第转子用防反射膜。此外，由于对按每种波长制作的多种法拉第转子可以形成同一的防反射膜，因而可提高生产性。

如上所述，根据本发明，可使光部件的磁路小型化，采用耗电小的配置。此外可把法拉第转子的插入损失抑制到较低。

此外，根据本发明，可实现在宽频带下得到低反射率，可以以低成本容易地形成的防反射膜及采用了该膜的光部件。

此外，根据本发明，即使对Bi置换稀土族铁石榴石单晶膜进行热处理，减弱生长感应磁各向异性，也可得到能抑制法拉第旋转角的变动量并使之稳定，而且可变角度较大的法拉第转子及采用了该转子的光部件。

Claims (5)

1.一种法拉第转子，其特征在于：

具有进行过热处理的石榴石单晶，

如果把在对上述石榴石单晶的光入射面垂直方向施加了饱和磁场Hs时的饱和旋转角设为Fs，则在相对所述石榴石单晶的光入射面倾斜或垂直方向施加上述饱和磁场Hs的0.9倍强度的外部磁场H时，法拉第旋转角F满足1＞F/Fs≥0.96的关系。

2.权利要求1中记载的法拉第转子，其特征在于：

上述石榴石单晶用Bi_aA_3-aFe_5-xM_xO₁₂表示，其中，A是Y、Lu、Yb、Er、Ho、Dy、Tb、Gd、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca中一种以上的元素，a满足0.6≤a≤2.0，M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir、Pt中一种以上的元素，x满足0≤x≤1.5。

3.权利要求1中记载的法拉第转子，其特征在于：

上述石榴石单晶用Bi_bA_cB_3-b-cFe_5-xM_xO₁₂表示，其中，A是Y、Lu、Yb、Er、Ho、Eu、Sm、Nd、Pr、Ce、La、Pb、Ca中一种以上的元素，B是Tb、Gd、Dy中1种以上的元素，b及c满足0.6＜b≤2.0、0.6＜b+c≤3.0，M是Ga、Al、Sc、In、Si、Ge、Ti、Au、Ir、Pt中一种以上的元素，x满足0≤x≤1.5。

4.权利要求1中记载的法拉第转子，其特征在于：

控制上述外部磁场H的大小，使上述法拉第旋转角F变化。

5.一种光部件，其特征在于：具有：

具有进行过热处理的石榴石单晶的法拉第转子，如果把在对上述石榴石单晶的光入射面垂直方向施加了饱和磁场Hs时的饱和旋转角设为Fs，则沿相对所述石榴石单晶的光入射面倾斜或垂直方向施加上述饱和磁场Hs的0.9倍强度的外部磁场H时，法拉第旋转角F满足1＞F/Fs≥0.96的关系；

把上述外部磁场H施加到上述法拉第转子的磁路。

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