JP2002090525A - 磁気光学体及びこの磁気光学体を用いた光アイソレータ - Google Patents

磁気光学体及びこの磁気光学体を用いた光アイソレータ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な光透過率を確保できる磁気光学体及び
この磁気光学体を用いた光アイソレータを提供する。 【解決手段】 磁気光学薄膜２８を有する第１組１次元
磁性フォトニック結晶２１及び磁気光学薄膜３１を有す
る第２組１次元磁性フォトニック結晶２２を光学長がλ
／４＋ｍλ／２（λは光の波長、ｍは０または正の整
数）である低屈折率誘電体薄膜２３を介して積層した。
磁性体薄膜として磁気光学薄膜２８及び磁気光学薄膜３
１の複数が存在することから、磁性体薄膜の膜厚が厚く
なっているので、ファラデー回転角が大きくなる。第１
組、第２組１次元磁性フォトニック結晶２１，２２をつ
なぎ合わせる（λ／４＋ｍλ／２）厚さの低屈折率誘電
体薄膜２３が存在することから、大きな光透過率を得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信、
光計測システム等に用いられる光アイソレータの一構成
部材である４５°ファラデー回転子に用いる磁気光学体
及びこの磁気光学体を用いた光アイソレータに関する。
ここで、光アイソレータは、偏光子と、検光子と、ファ
ラデー効果等の磁気光学効果を有し偏光子及び検光子の
間に設けられる４５°ファラデー回転子と、４５°ファ
ラデー回転子に磁場を印加するための磁石とから構成さ
れ、光源（半導体レーザ）からの出射光を無損失で光フ
ァイバ等の伝送路に伝送させる一方、光ファイバ等から
の反射光を遮断して光源（半導体レーザ）に戻さないよ
うにするものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザを光源にする光ファイバ通
信システム、特に高速ディジタル伝送やアナログ直接変
調方式による光システムにおいては、光ファイバ回路中
に使用している光コネクタ接続点や光回路部品等からの
反射光が半導体レーザや光増幅器に戻ってくると、周波
数特性の劣化や雑音の発生のために高品質な伝送が困難
となる。この反射光を除去する目的で光アイソレータが
使用されている。
【０００３】図７に光アイソレータの構造を示し、図８
にその動作原理を示す。図７及び図８において、光アイ
ソレータ１は、一定の偏波面の光のみを通過させる一対
の偏光子２Ａ及び検光子２Ｂと、偏光子２Ａ及び検光子
２Ｂの間に設けられ光の偏光面を４５度回転させる４５
°ファラデー回転子３と、４５°ファラデー回転子３に
磁場Ｈを印加する永久磁石４とから大略構成されてい
る。
【０００４】図８（I）に示す順方向から入射してくる
光３０１は偏光していない光であるが、偏光子２Ａを通
過すると偏光子２Ａの偏光方向の成分だけの光３０２に
なる。次に、４５°ファラデー回転子３を通過すると偏
光方向が４５度回転した光３０３となる。この４５度回
転した光の偏光方向と平行になるように検光子２Ｂの偏
光方向をあわせると光は損失が最小の状態で検光子２Ｂ
を通過していく。一方、図８（II）のように、光ファイ
バなどから反射し逆方向に進んできた光３０５のうち、
検光子２Ｂの偏光方向の成分３０６だけがここを通過
し、４５°ファラデー回転子３に逆方向から入射する。
この光はファラデー効果特有の非相反性により、順方向
の場合と同じ向きにさらに４５度回転する。その結果、
４５°ファラデー回転子３を通過したあとは偏光子２Ａ
の偏光方向と直交した光３０７となり光は遮断されて光
源には戻らない。
【０００５】光アイソレータ１の構成部材のうち、光ア
イソレータ１の性能に大きく影響するのは４５°ファラ
デー回転子３である。そして、４５°ファラデー回転子
３には、偏光面を４５度回転させるのに必要な素子長が
短いこと及び光透過率が大きいことが要求される。これ
まで、４５°ファラデー回転子３として用いられる磁気
光学体の一例として、イットリウム鉄ガーネット(YIG)
バルク単結晶（厚さが約２ｍｍ）からなるもの、及びイ
ットリウムの一部を磁気光学性能指数の大きいビスマス
で置換したビスマス置換希土類鉄ガーネット(BiYIG)厚
膜単結晶（厚さが数百μｍ）からなるもの等がある。最
近では、磁気光学体としては、光アイソレータの小型化
に有利であることから、BiYIG厚膜単結晶が多く使用さ
れている。
【０００６】このBiYIG厚膜単結晶は、液相エピタキシ
ャル（ＬＰＥ）成長法で作製されるが、安定した液相エ
ピタキシャル成長を行なうには、多くの作製パラメータ
を正確に制御する必要があり、大面積にわたって均一な
単結晶を歩留りよく成長させることが困難であった。ま
た、結晶成長に２０時間以上を要すること、及び基板に
高価な非磁性GGG（ガドリニウム・ガリウム・ガーネッ
ト）単結晶ウェーハを用いる必要があることから、低コ
スト化の妨げとなっていた。
【０００７】上述したような状況で、本発明者らは、上
記の液相エピタキシャル成長法で作製する磁気光学体の
問題点を解決するために、光の局在による磁気光学効果
（なお、前記ファラデー効果はこの磁気光学効果の一種
である。）のエンハンスメントをおこす１次元磁性フォ
トニック結晶からなる磁気光学体（４５°ファラデー回
転子）を、例えば特願平１１−２８３５１２等で提案し
ている。そして、本発明者らが提案した上述した１次元
磁性フォトニック結晶からなる磁気光学体は、数μｍ厚
の多結晶体でありながら、大きなファラデー回転角を得
ることができるものである。
【０００８】なお、１次元磁性フォトニック結晶に関し
ては、日本応用磁気学会誌、２３、1861−1866（1999）
にも述べられている。１次元磁性フォトニック結晶の構
成としては、磁性体と誘電体との各層の厚さを不規則に
して薄膜状に形成したものや、誘電体がその厚さに規則
性を持って交互に積層された２つの誘電体多層膜と磁性
体からなる不規則層（欠陥層）とを備えたものがある。
【０００９】上記のうち、後者はファブリペロー共振器
構造として古くから知られている構造と同一であり、作
製が容易な膜構造でありながら大きなエンハンスメント
が得られることがわかっている。この一例として図９に
示す１次元磁性フォトニック結晶からなる磁気光学体１
０がある。この１次元磁性フォトニック結晶からなる磁
気光学体１０は、２種類の誘電体（誘電体薄膜）１１，
１２がその厚さに規則性をもって交互に積層された２つ
の周期的誘電体多層膜１３，１４と、該２つの周期的誘
電体多層膜１３，１４の間に設けた磁気光学薄膜１５
（磁性体）とからなっている。
【００１０】周期的誘電体多層膜１３，１４は、ファブ
リペロー共振器の反射鏡の役割を果たすものであるが、
この周期的誘電体多層膜１３，１４としては、（Ta2O5/
SiO2）系が一般的であるが、（Ta2O5/SiO2）系よりも少
ない積層数で大きなファラデー回転角が得られる(Si/Si
O2) 系も提案されている。各誘電体（誘電体薄膜）１
１，１２の膜厚は、光学長（実膜厚×屈折率）がλ／４
（λは光の波長）となるように設計する必要がある。ま
た、光の局在が生じる磁性体（磁気光学薄膜１５）から
なる不規則層（欠陥層）の光学長は、ｍλ／２（ｍは正
の整数）とするのが一般的である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、（Ta2O5/Si
O2）系の一例である（Ta2O5/SiO2）n/BiYIG/（SiO2/Ta2
O5）n構造（積層数ｎ＝６，７，８）の１次元磁性フォ
トニック結晶（磁気光学体１０）の光透過率とファラデ
ー回転角の波長依存性を図１０に示す。また、(Si/Si
O2) 系の一例である(Si/SiO2)n/BiYIG/(SiO2/Si)n構造
（積層数ｎ＝３，４，５）の１次元磁性フォトニック結
晶（磁気光学体１０）の光透過率とファラデー回転角の
波長依存性を図１１に示す。光の波長は１．３μｍと
し、磁気光学薄膜１５（磁性体）の光学長はλ／２とし
た。
【００１２】図１０及び図１１から明らかなように、
（Ta2O5/SiO2）系及び(Si/SiO2) 系のいずれの系におい
ても、積層数ｎが大きくなるほどファラデー回転角が大
きくなり、ファラデー回転角の増大に伴い光透過率が大
きく低下することが分かる。光透過率が低下すること
は、光ファイバを伝わるレーザ光の伝送可能な距離が短
くなることを意味し、システムを構築する上で、大きな
障害となる。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、良好な光透過率を確保できる磁気光学体及びこの磁
気光学体を用いた光アイソレータを提供することを目的
とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
異なる光学特性を有する２種類の誘電体薄膜がその厚さ
に規則性をもって交互に積層された２つの誘電体多層膜
と、該２つの誘電体多層膜の間に設けた磁性体薄膜とか
らなる一組の１次元磁性フォトニック結晶が、光学長が
λ／４＋ｍλ／２（λは光の波長、ｍは０または正の整
数）である所定光学長誘電体薄膜を介して複数積層され
ていることを特徴とする。請求項２記載の発明は、請求
項１記載の構成において、前記２種類の誘電体薄膜の光
学長が、いずれもλ／４であることを特徴とする。請求
項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の構成
において、前記２種類の誘電体薄膜は、それぞれの屈折
率が大小異なるものであり、屈折率の小さい方の誘電体
薄膜が磁性体薄膜と接することを特徴とする。
【００１４】請求項４記載の発明は、請求項１記載から
請求項３までのいずれかに記載の磁気光学体において、
磁性体薄膜の光学長がλ／２の整数倍であることを特徴
とする。請求項５記載の発明は、請求項１記載から請求
項３までのいずれかに記載の磁気光学体において、１次
元磁性フォトニック結晶は二組設けられ、二組の１次元
磁性フォトニック結晶の磁性体薄膜の光学長は、λ／２
の整数倍で、かつそれぞれ異なる大きさであることを特
徴とする。請求項６記載の発明は、請求項１記載から請
求項５までのいずれかに記載の磁気光学体において、前
記２種類の誘電体薄膜は、それぞれの屈折率が大小異な
るものであり、前記所定光学長誘電体は、前記２種類の
誘電体薄膜のうち屈折率が小さい方の誘電体薄膜と同等
の物質からなることを特徴とする。
【００１５】請求項７記載の発明は、光アイソレータに
おいて、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の
磁気光学体を、４５°ファラデー回転子として用いるこ
とを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の第１実施の形態
に係る磁気光学体１０Ａを図１ないし図３に基づいて説
明する。この磁気光学体１０Ａは、図１に示すように、
二組の１次元磁性フォトニック結晶２１，２２を有し、
二組の１次元磁性フォトニック結晶２１，２２を、光学
長がλ／４（λは光の波長）である低屈折率誘電体薄膜
２３（所定光学長誘電体薄膜）を介して積層したものに
なっている。低屈折率誘電体薄膜２３は、SiO2膜（屈折
率１．４１５）とされている。以下、便宜上、適宜、二
組の１次元磁性フォトニック結晶２１，２２のうち図１
下側のものを第１組１次元磁性フォトニック結晶２１と
いい、図１上側のものを第２組１次元磁性フォトニック
結晶２２という。
【００１７】第１組１次元磁性フォトニック結晶２１
は、異なる光学特性を有する２種類の誘電体薄膜〔以
下、第１誘電体薄膜２４及び第２誘電体薄膜２５とい
う。〕がその厚さに規則性をもって交互に積層された２
つの周期的誘電体多層膜（誘電体多層膜）２６，２７
と、該２つの周期的誘電体多層膜２６，２７の間に設け
た磁気光学薄膜２８〔磁性体薄膜、ビスマス置換希土類
鉄ガーネット（BiYIG）膜（屈折率２．３６）〕とから
なっている。同様に、第２組１次元磁性フォトニック結
晶２２は、異なる光学特性を有する２種類の誘電体薄膜
〔第１誘電体薄膜２４及び第２誘電体薄膜２５〕がその
厚さに規則性をもって交互に積層された２つの周期的誘
電体多層膜（誘電体多層膜）２９，３０と、該２つの周
期的誘電体多層膜２９，３０の間に設けた磁気光学薄膜
３１〔磁性体薄膜、ビスマス置換希土類鉄ガーネット
（BiYIG）膜（屈折率２．３６）〕とからなっている。
本実施の形態では、第１誘電体薄膜２４はTa2O5膜（屈
折率２．１４）、第２誘電体薄膜２５は、SiO2膜（屈折
率１．４１５）で構成されている。磁気光学薄膜２８，
３１の光学長はλ／２とされている。
【００１８】より具体的には、磁気光学体１０Ａは、そ
の膜構造が、（Ta2O5/SiO2）n/BiYIG/（SiO2/Ta2O5）n/
（SiO2）/（Ta2O5/SiO2）n/BiYIG/（SiO2/Ta2O5）n（積
層数ｎ＝６，７，８）とされている。
【００１９】また、第１組、第２組１次元磁性フォトニ
ック結晶２１，２２がファブリペロー共振器構造をなし
ており、それぞれ（Ta2O5/SiO2）n/BiYIG/（SiO2/Ta
2O5）n構造〔Ｓ．Ｈ．Ｗ（Single Half Wave）構造とい
う。〕とされている。そして、この磁気光学体１０Ａ
は、第１組、第２組１次元磁性フォトニック結晶２１，
２２を、低屈折率誘電体薄膜２３（SiO2膜）を介して積
層した構造(以下、Ｄ．Ｈ．Ｗ（Double Half Wave）構
造という。〕になっている。
【００２０】第１組１次元磁性フォトニック結晶２１の
２つの周期的誘電体多層膜２６，２７のうち、図１下側
のものを第１組下側の周期的誘電体多層膜２６〔（Ta2O
5/SiO2）n膜〕といい、図１上側のものを第１組上側の
周期的誘電体多層膜２７〔（SiO2/Ta2O5）n膜〕とい
う。また、第２組１次元磁性フォトニック結晶２２の２
つの周期的誘電体多層膜２９，３０のうち、図１下側の
ものを第２組下側の周期的誘電体多層膜２９〔（Ta 2O5/
SiO2）n膜〕といい、図１上側のものを第２組上側の周
期的誘電体多層膜３０〔（SiO2/Ta2O5）n膜〕という。
【００２１】本実施の形態では、第１組下側の周期的誘
電体多層膜２６の第１誘電体薄膜２４（Ta2O5薄膜）及
び第２誘電体薄膜２５（SiO2薄膜）の膜厚（光学長）を
λ／４とし、第１組上側の周期的誘電体多層膜２７の第
１誘電体薄膜２４（Ta2O5薄膜）及び第２誘電体薄膜２
５（SiO2薄膜）の膜厚（光学長）をλ／４とし、第２組
下側の周期的誘電体多層膜２９の第１誘電体薄膜２４
（Ta2O5薄膜）及び第２誘電体薄膜２５（SiO2薄膜）の
膜厚（光学長）をλ／４とし、また、第２組上側の周期
的誘電体多層膜３０の第１誘電体薄膜２４（Ta2O5薄
膜）及び第２誘電体薄膜２５（SiO2薄膜）の膜厚（光学
長）をλ／４としている。このように第１誘電体薄膜２
４及び第２誘電体薄膜２５の膜厚（光学長）をλ／４と
することにより、大きなファラデー回転角を得ることが
できるようにしている。
【００２２】また、第１組１次元磁性フォトニック結晶
２１において、磁気光学薄膜２８に対し第１組下側の周
期的誘電体多層膜２６が接しているが、磁気光学薄膜２
８に接しているのは、第１組下側の周期的誘電体多層膜
２６を構成する第１誘電体薄膜２４及び第２誘電体薄膜
２５のうち屈折率が小さい方の第２誘電体薄膜２５（Si
O2薄膜）になっている。同様に、第１組上側の周期的誘
電体多層膜２７についても、屈折率が小さい方の第２誘
電体薄膜２５（SiO2薄膜）が磁気光学薄膜２８に接して
いる。また、同様に、第２組下側及び第２組上側の周期
的誘電体多層膜２９，３０についても、屈折率が小さい
方の第２誘電体薄膜２５（SiO2薄膜）が磁気光学薄膜３
１に接している。
【００２３】このように構成したＤ．Ｈ．Ｗ構造の磁気
光学体１０Ａの光透過率及びファラデー回転角の積層数
依存性を調べたところ図２に示す結果が得られた。そし
て、磁気光学体１０Ａのファラデー回転角について、図
１０に示すＳ．Ｈ．Ｗ構造の磁気光学体のファラデー回
転角と比較すると、全ての積層数（積層数ｎ＝６，７，
８）でファラデー回転角が向上していることがわかる。
このようにファラデー回転角が向上することは、磁気光
学薄膜２８（BiYIG膜）が２倍存在してその総計の膜厚
が２倍になっていることからである。
【００２４】上述したように、第１組及び第２組１次元
磁性フォトニック結晶２１，２２が、光学長がλ／４
（λは光の波長）である低屈折率誘電体薄膜２３（所定
光学長誘電体薄膜）を介して積層されて構成される本実
施の形態では、図２に示されるように、光透過率を低下
させることなく大きなファラデー回転角を得ることがで
きる。
【００２５】ここで、注目すべきことは、積層数ｎが８
である場合に、Ｓ．Ｈ．Ｗ構造の磁気光学体では、８０
％であった光透過率が、Ｄ．Ｈ．Ｗ構造とすることによ
りほぼ１００％まで向上している点である。本来なら
ば、２つのファブリペロー共振器をディスクリートに２
つ接続した場合には、その光透過率は１つのファブリペ
ロー共振器の光透過率をＴ（Ｔ＜１）とすると、Ｔ2と
なる。
【００２６】Ｔは１以下であるから、ファブリペロー共
振器を２つ縦列接続した場合には、光透過率はファブリ
ペロー共振器が１つである場合に比して低下するはずで
あるが、逆に光透過率が大きくなった。この特異な現象
のメカニズムはまだ十分には解明されていないが、２つ
のファブリペロー共振器をつなぎ合わせるλ／４厚さの
SiO2膜（所定光学長誘電体薄膜、低屈折率誘電体薄膜２
３）の存在が透過特性に大きな影響を及ぼしていると推
測される。なお、所定光学長誘電体薄膜の光学長を３λ
／４（＝λ／４＋λ／２）としても同様の効果が得られ
た。
【００２７】本実施の形態では、磁気光学薄膜２８，３
１の光学長はλ／２とされているが、λ／２の整数倍
（１を除く）となるように構成してもよい。このよう
に、磁気光学薄膜２８，３１の光学長について、本実施
の形態のλ／２を含め、λ／２の整数倍となるように構
成することにより、光の局在を得ることが可能となる。
【００２８】本実施の形態では、上述したように第１組
下側、第１組上側、第２組下側及び第２組上側の周期的
誘電体多層膜２６，２７，２９，３０の第１誘電体薄膜
２４（Ta2O5薄膜）及び第２誘電体薄膜２５（SiO2薄
膜）の膜厚（光学長）をそれぞれλ／４としている。こ
のように構成することにより、作製しやすくなり、生産
性の向上を図ることができる。
【００２９】上述した磁気光学体１０Ａの製造法を図３
に基づいて説明する。透光性に優れ光学研磨された基板
４０に、高屈折率を持つλ／４の厚みの第１誘電体薄膜
２４（Ta2O5薄膜）を形成し（ステップS1）、次に低屈
折率を持つλ／４の厚みの第２誘電体薄膜２５（SiO2薄
膜）を形成する(ステップS2)。この工程(ステップS1及
びステップS2)をｎ回繰返して第１組下側の周期的誘電
体多層膜２６〔（Ta2O5/SiO2）n膜〕を得る。この成膜
方法としては、スパッタ、蒸着、ＣＶＤ（化学的気相成
長法）等の薄膜作製技術を適用できる。なお、成膜に際
し、各膜の光学長が正確にλ／４となるように十分に制
御する必要がある。
【００３０】次に、第１組下側の周期的誘電体多層膜２
６〔（Ta2O5/SiO2）多層膜〕の上にBiYIG膜（磁気光学
薄膜２８）を所定膜厚〔光学長がλ／２となる膜厚〕形
成する（ステップS3）。BiYIG膜（磁気光学薄膜２８）
は、成膜直後はアモルファス構造をなして磁性を持たな
いため、高温熱処理して結晶化する必要がある。このた
め、ステップS3に続いて、BiYIG膜（磁気光学薄膜２
８）に対して高温熱処理して結晶化する（ステップS
4）。この熱処理は、２種類の誘電体〔（Ta2O5薄膜）及
び（SiO2薄膜）〕の組合せと熱処理温度によっては通常
の電気炉によって行なうこともできるし、多層膜の周期
構造の乱れが問題となる場合には、本発明者らが考案し
た赤外線ビーム加熱装置（特願平１１−２８３５１２）
を用いればよい。
【００３１】次に、磁気光学薄膜２８上に所定の積層数
を有するもう一方の反射鏡をなす第１組上側の周期的誘
電体多層膜２７〔（SiO2/ Ta2O5）n多層膜〕を形成し、
これにより基板４０側に形成された第１組下側の周期的
誘電体多層膜２６〔（Ta2O5/SiO2）n多層膜〕及び磁気
光学薄膜２８とともに第１組１次元磁性フォトニック結
晶２１を形成する（ステップS5及びステップS6）。ステ
ップS5及びステップS6では、磁気光学薄膜２８上に、図
１に示すように、SiO2膜（第２誘電体薄膜２５）、Ta2O
5膜（第１誘電体薄膜２４）の順に交互に積層される。
【００３２】前記ステップS6に続いて、低屈折率誘電体
薄膜２３（SiO2膜）をその光学長がλ／４となるように
形成する（ステップS7）。この場合、低屈折率誘電体薄
膜２３は、第１組上側の周期的誘電体多層膜２７〔（Si
O2/ Ta2O5）n多層膜〕の最終層をなす第１誘電体薄膜２
４〔Ta2O5膜〕よりも屈折率の小さいもの、すなわちSiO
2膜〔第２誘電体薄膜２５〕にしている。なお、本実施
の形態では、低屈折率誘電体薄膜２３は、周期的誘電体
多層膜を構成するSiO2膜〔第２誘電体薄膜２５〕、Ta2O
5膜〔第１誘電体薄膜２４〕のうち屈折率が低い方のSiO
2膜〔第２誘電体薄膜２５〕と一致した素材となってお
り、作業性の向上を図ることができる。なお、このよう
に両者を一致させなくてもよい。
【００３３】続いて、これまで述べた手順に従い、順
次、第２組下側の周期的誘電体多層膜２９〔（Ta2O5/Si
O2）n多層膜〕の形成、ファラデー効果を有する磁気光
学薄膜２８の形成、磁気光学薄膜２８の熱処理、第２組
上側の周期的誘電体多層膜３０〔（SiO2/Ta2O5）n多層
膜〕の形成を繰り返すことにより第２組１次元磁性フォ
トニック結晶２２を得、前記第１組１次元磁性フォトニ
ック結晶２１及び低屈折率誘電体薄膜２３を含んで構成
されるＤ．Ｈ．Ｗ構造の１次元磁性フォトニック結晶が
完成する。
【００３４】この場合、ファブリペロー共振気構造をな
す多層膜を積層するために、上述したように、第１組１
次元磁性フォトニック結晶２１に光学長λ／４の低屈折
率誘電体薄膜２３を介して第２組１次元磁性フォトニッ
ク結晶２２を積層するようにしている。
【００３５】上述したようにＤ．Ｈ．Ｗ構造の１次元磁
性フォトニック結晶を作製した後、必要に応じて基板４
０の多層膜が形成されていない側（図１下側）に無反射
コーティングを施し、ダイシングマシンなどを用いて所
定の大きさに成形することにより磁気光学体１０Ａ（４
５°ファラデー回転子）を完成する。
【００３６】次に、本発明の第２実施の形態に係る磁気
光学体１０Ｂを図４及び図５に基づき、図１を参照して
説明する。この磁気光学体１０Ｂは、(Si/SiO2)n/BiYIG
/(SiO2/Si)n/（SiO2）/(Si/SiO2) n /BiYIG/(SiO2/Si)n
構造（積層数ｎ＝３，４，５）となっている．そして、
ファブリペロー共振器構造をなす周期的誘電体多層膜
〔(Si/SiO2)n/BiYIG/(SiO2/Si)n〕を二組、光学長λ／
４であるSiO2膜（所定光学長誘電体薄膜）を介して積層
したＤ．Ｈ．Ｗ構造になっている。
【００３７】すなわち、この第２実施の形態に係る磁気
光学体１０Ｂでは、第１組１次元磁性フォトニック結晶
２１は、(Si/SiO2)n/BiYIG/(SiO2/Si)n構造で、第２組
１次元磁性フォトニック結晶２２は、(Si/SiO2)n/BiYIG
/(SiO2/Si)n構造とされている。また、第１組下側の周
期的誘電体多層膜２６は、(Si/SiO2)n膜で、第１組上側
の周期的誘電体多層膜２７は、(SiO2/Si)n膜で、第２組
下側の周期的誘電体多層膜２９は、(Si/SiO2)n膜で、第
２組上側の周期的誘電体多層膜３０は、(SiO2/Si)n膜と
されている。
【００３８】また、周期的誘電体多層膜を構成するSiO2
膜は、屈折率が１．４１５とされ、Si膜は、屈折率が
３．１１とされている。また、磁気光学薄膜２８は、ビ
スマス置換希土類鉄ガーネットBiYIG膜（屈折率２．３
６）で構成され、その光学長はλ／２とされている。
【００３９】このように構成したＤ．Ｈ．Ｗ構造の磁気
光学体１０Ｂについて、その光透過率及びファラデー回
転角の積層数依存性を調べたところ、図５に示す結果が
得られた。そして、磁気光学体１０Ｂの光透過率及びフ
ァラデー回転角について、図１１に示すＳ．Ｈ．Ｗ構造
の磁気光学体のファラデー回転角と比較すると、積層数
ｎが４の場合に、光透過率及びファラデー回転角が向上
していることがわかる。
【００４０】この第２実施の形態に係る磁気光学体１０
Ｂに対して、２つ設けられている磁気光学薄膜２８のう
ち一方の磁気光学薄膜２８〔例えば第１組１次元磁性フ
ォトニック結晶２１の磁気光学薄膜２８。BiYIG 薄膜〕
の光学膜厚をλ／２とし、もう一方の磁気光学薄膜３１
〔第２組１次元磁性フォトニック結晶２２の磁気光学薄
膜３１。BiYIG 薄膜〕の光学膜厚をλとして、さらに光
学的特性を調べた。この結果、光透過率を９０％以上に
保ったままでファラデー回転角を３割大きくできること
がわかった。そして、このように、第１組１次元磁性フ
ォトニック結晶２１の磁気光学薄膜２８の光学膜厚と第
２組１次元磁性フォトニック結晶２２の磁気光学薄膜３
１の光学膜厚を異なる大きさにすることにより、光透過
率を大きい値に保ったままでファラデー回転角を向上で
きることを確認することができた。
【００４１】なお、この第２実施の形態の磁気光学体１
０Ｂも、前記第１実施の形態に係る磁気光学体１０Ａと
同様に、図３に示すようにして製造される。
【００４２】また、前記第１実施の形態に係る磁気光学
体１０Ａを用いて、図６に示すように光アイソレータ１
Ａ（第３実施の形態）を構成することができる。図６に
示す光アイソレータ１Ａは、一定の偏波面の光のみを通
過させる一対の偏光子２Ａ及び検光子２Ｂと、偏光子２
Ａ及び検光子２Ｂの間に設けられ光の偏光面を４５度回
転させる磁気光学体１０Ａ（４５°ファラデー回転子）
と、磁気光学体１０Ａに磁場Ｈを印加する永久磁石４と
から大略構成されており、光源（半導体レーザ）からの
出射光を無損失で光ファイバ等の伝送路に伝送させる一
方、光ファイバ等からの反射光を遮断して光源（半導体
レーザ）に戻さないようにしている。
【００４３】この第３実施の形態では、光アイソレータ
１Ａに一般に用いられる４５°ファラデー回転子とし
て、前記第１実施の形態に係る磁気光学体１０Ａを用い
ている。
【００４４】この第３実施の形態の光アイソレータ１Ａ
では、上述したように良好な光透過率及びファラデー効
果を有する磁気光学体１０Ａを４５°ファラデー回転子
として用いているので、伝送路からの反射光の遮断など
その特性の向上を図ることができる。
【００４５】
【発明の効果】請求項１から請求項６までのいずれかに
記載の発明によれば、磁性体薄膜を有する一組の１次元
磁性フォトニック結晶が、光学長がλ／４＋ｍλ／２
（λは光の波長、ｍは０または正の整数）である所定光
学長誘電体薄膜を介して複数積層されており、磁性体薄
膜が複数存在してその膜厚が厚くなっているので、ファ
ラデー回転角が大きくなるとともに、複数組（例えば２
組）の１次元磁性フォトニック結晶をつなぎ合わせる
（λ／４＋ｍλ／２）厚さの所定光学長誘電体薄膜が存
在することから、大きな光透過率を得ることができる。
【００４６】請求項２記載の発明によれば、２種類の誘
電体薄膜の光学長が、いずれもλ／４であるので、大き
なファラデー回転角を得ることができる。請求項５記載
の発明によれば、二組の１次元磁性フォトニック結晶の
磁性体薄膜の光学長は、λ／２の整数倍で、かつそれぞ
れ異なる大きさであることから、光の局在を得ることが
可能となるとともに、光透過率を大きい値に保ったまま
でファラデー回転角を向上できる。請求項７記載の発明
は、上述したように構成した良好な光透過率及びファラ
デー効果を有する磁気光学体を４５°ファラデー回転子
として用いた光アイソレータであるから、伝送路からの
反射光の遮断などその特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る磁気光学体を模
式的に示す断面図である。
【図２】図１の磁気光学体の光透過率及びファラデー回
転角を示す図である。
【図３】図１の磁気光学体の製造方法を示す図である。
【図４】本発明の第２実施の形態に係る磁気光学体を模
式的に示す断面図である。
【図５】図４の磁気光学体の光透過率及びファラデー回
転角を示す図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係る光アイソレータ
を模式的に示す断面図である。
【図７】従来の光アイソレータの一例を示す図である。
【図８】光アイソレータの動作原理を示す図である。
【図９】従来の磁気光学体の構造を模式的に示す断面図
である。
【図１０】（Ta2O5/SiO2）系の磁気光学体の従来の一例
における光透過率とファラデー回転角を示す図である。
【図１１】(Si/SiO2) 系の磁気光学体の従来の他の例に
おける光透過率とファラデー回転角を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ 光アイソレータ １０Ａ 磁気光学体 ２１ 第１組１次元磁性フォトニック結晶 ２２ 第２組１次元磁性フォトニック結晶 ２３ 低屈折率誘電体薄膜（所定光学長誘電体薄膜） ２４ 第１誘電体薄膜（誘電体薄膜） ２５ 第２誘電体薄膜（誘電体薄膜） ２６，２７，２９，３０ 周期的誘電体多層膜 ２８，３１ 磁気光学薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 英樹 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社浜松製作所内 (72)発明者 高山 昭夫 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−１ ミネベ ア株式会社浜松製作所内 Ｆターム(参考） 2H049 BA08 BA42 BB03 BC09 BC23 BC25

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なる光学特性を有する２種類の誘電体
    薄膜がその厚さに規則性をもって交互に積層された２つ
    の誘電体多層膜と、該２つの誘電体多層膜の間に設けた
    磁性体薄膜とからなる一組の１次元磁性フォトニック結
    晶が、光学長がλ／４＋ｍλ／２（λは光の波長、ｍは
    ０または正の整数）である所定光学長誘電体薄膜を介し
    て複数積層されていることを特徴とする磁気光学体。
  2. 【請求項２】 前記２種類の誘電体薄膜の光学長が、い
    ずれもλ／４であることを特徴とする請求項１記載の磁
    気光学体。
  3. 【請求項３】 前記２種類の誘電体薄膜は、それぞれの
    屈折率が大小異なるものであり、屈折率の小さい方の誘
    電体薄膜が磁性体薄膜と接することを特徴とする請求項
    １または請求項２記載の磁気光学体。
  4. 【請求項４】 磁性体薄膜の光学長がλ／２の整数倍で
    あることを特徴とする請求項１記載から請求項３までの
    いずれかに記載の磁気光学体。
  5. 【請求項５】 １次元磁性フォトニック結晶は二組設け
    られ、二組の１次元磁性フォトニック結晶の磁性体薄膜
    の光学長は、λ／２の整数倍で、かつそれぞれ異なる大
    きさであることを特徴とする請求項１記載から請求項３
    までのいずれかに記載の磁気光学体。
  6. 【請求項６】 前記２種類の誘電体薄膜は、それぞれの
    屈折率が大小異なるものであり、前記所定光学長誘電体
    は、前記２種類の誘電体薄膜のうち屈折率が小さい方の
    誘電体薄膜と同等の物質からなることを特徴とする請求
    項１記載から請求項５までのいずれかに記載の磁気光学
    体。
  7. 【請求項７】請求項１から請求項６までのいずれかに記
    載の磁気光学体を、４５°ファラデー回転子として用い
    ることを特徴とする光アイソレータ。
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