JP2729464B2 - ファラデー回転子及びそれを用いた光スイッチ - Google Patents
ファラデー回転子及びそれを用いた光スイッチInfo
- Publication number
- JP2729464B2 JP2729464B2 JP11963394A JP11963394A JP2729464B2 JP 2729464 B2 JP2729464 B2 JP 2729464B2 JP 11963394 A JP11963394 A JP 11963394A JP 11963394 A JP11963394 A JP 11963394A JP 2729464 B2 JP2729464 B2 JP 2729464B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- faraday rotator
- single crystal
- optical switch
- temperature
- magnetic field
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＬＰＥ法（液相エピタ
キシャル法）により育成した補償温度をもつビスマス置
換鉄ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転子に関
し、更に詳しく述べると、適切な熱処理を施して、ファ
ラデー回転角の磁界依存性にヒステリシスが殆ど生じな
いようにしたファラデー回転子に関するものである。こ
の技術は、特にファラデー効果を利用した光スイッチに
おけるスイッチング速度の高速化に有用である。
キシャル法）により育成した補償温度をもつビスマス置
換鉄ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転子に関
し、更に詳しく述べると、適切な熱処理を施して、ファ
ラデー回転角の磁界依存性にヒステリシスが殆ど生じな
いようにしたファラデー回転子に関するものである。こ
の技術は、特にファラデー効果を利用した光スイッチに
おけるスイッチング速度の高速化に有用である。
【０００２】
【従来の技術】ファラデー回転子としては、ＬＰＥ法に
よるビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜が多用されてい
る。その理由は、ビスマス置換鉄ガーネットはファラデ
ー回転係数が大きく、そのため比較的薄い膜構造にでき
るし、またＬＰＥ法は生産性が高い利点を有するからで
ある。このようなファラデー回転子は、その磁気光学効
果を利用した光スイッチなどにも利用されている。
よるビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜が多用されてい
る。その理由は、ビスマス置換鉄ガーネットはファラデ
ー回転係数が大きく、そのため比較的薄い膜構造にでき
るし、またＬＰＥ法は生産性が高い利点を有するからで
ある。このようなファラデー回転子は、その磁気光学効
果を利用した光スイッチなどにも利用されている。
【０００３】この種の光スイッチでは、磁界方向を切り
換える必要があるため、磁石として永久磁石材料ではな
く、半硬質磁性材料等を用いる。そのため、さほど大き
な磁界を印加できず、ＬＰＥ膜には、飽和に要する磁界
Ｈs が小さいことが要求される。飽和に要する磁界Ｈs
が小さなＬＰＥ膜の代表例としては、例えば（ＧｄＢ
ｉ）3 （ＦｅＡｌＧａ）5 Ｏ12がある。この材料の飽和
磁化が小さい理由は、補償温度Ｔcompをもち、それが使
用温度（室温）に近いためである。
換える必要があるため、磁石として永久磁石材料ではな
く、半硬質磁性材料等を用いる。そのため、さほど大き
な磁界を印加できず、ＬＰＥ膜には、飽和に要する磁界
Ｈs が小さいことが要求される。飽和に要する磁界Ｈs
が小さなＬＰＥ膜の代表例としては、例えば（ＧｄＢ
ｉ）3 （ＦｅＡｌＧａ）5 Ｏ12がある。この材料の飽和
磁化が小さい理由は、補償温度Ｔcompをもち、それが使
用温度（室温）に近いためである。
【０００４】このような材料では、一般に、保磁力Ｈc
は使用温度Ｔと補償温度Ｔcompとの差に反比例する（Ｈ
c ∝１／（Ｔ−Ｔcomp））ことが知られている。また保
磁力Ｈc が生じる原因は、膜の欠陥や歪み、あるいはＦ
ｅ2+，Ｆｅ4+が磁壁をピンニングすることによると言わ
れている。そこで、保磁力Ｈc を低下させるために、熱
処理を行うことが提案されている。例えば、室温で飽和
磁化が３５Ｇ、保磁力Ｈc が１００Ｏｅのガーネット膜
（Ｂｉ0.8 Ｔｍ2.14Ｐｂ0.06Ｆｅ3.1 Ｇａ1.9Ｏ12）
を、１０５０℃で５３分間、酸素雰囲気中で熱処理した
結果、保磁力Ｈcが２０Ｏｅに低下したという報告があ
る（M.Pardavi-Horvath et al.,"Asymmetric switching
in high coercivity garnet films", Journal of Magn
etism andMagnetic Materials,104-107,(1992),433-435
）
は使用温度Ｔと補償温度Ｔcompとの差に反比例する（Ｈ
c ∝１／（Ｔ−Ｔcomp））ことが知られている。また保
磁力Ｈc が生じる原因は、膜の欠陥や歪み、あるいはＦ
ｅ2+，Ｆｅ4+が磁壁をピンニングすることによると言わ
れている。そこで、保磁力Ｈc を低下させるために、熱
処理を行うことが提案されている。例えば、室温で飽和
磁化が３５Ｇ、保磁力Ｈc が１００Ｏｅのガーネット膜
（Ｂｉ0.8 Ｔｍ2.14Ｐｂ0.06Ｆｅ3.1 Ｇａ1.9Ｏ12）
を、１０５０℃で５３分間、酸素雰囲気中で熱処理した
結果、保磁力Ｈcが２０Ｏｅに低下したという報告があ
る（M.Pardavi-Horvath et al.,"Asymmetric switching
in high coercivity garnet films", Journal of Magn
etism andMagnetic Materials,104-107,(1992),433-435
）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】補償温度Ｔcompをもつ
組成のビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜の問題は、磁
化やファラデー回転角の磁場依存性にヒステリシスがあ
ることである。このヒステリシス（ファラデー回転子の
性質）と光スイッチのスイッチング時間との関係は、こ
れまで考慮されたことがなかった。しかし、本発明者等
の研究によれば、光スイッチに利用した場合に、このヒ
ステリシスとスイッチング時間とは相関があり、ヒステ
リシスが小さいほどスイッチング時間（ファラデー回転
角が反転するのに要する時間遅れ）を短縮できることが
判明した。このため、保磁力Ｈc だけではなく、残留磁
化も考慮する必要があり、結局、ヒステリシスループが
囲む面積Ｓがほぼ零にならなければスイッチング特性の
根本的な問題解決にはならない。上記の文献に記載され
ている熱処理品でも、保磁力Ｈc がまだ２０Ｏｅ残って
いて、残留磁化は熱処理によって全く変化しておらず、
そのためヒステリシスループの面積Ｓは十分に小さくな
っていない。
組成のビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜の問題は、磁
化やファラデー回転角の磁場依存性にヒステリシスがあ
ることである。このヒステリシス（ファラデー回転子の
性質）と光スイッチのスイッチング時間との関係は、こ
れまで考慮されたことがなかった。しかし、本発明者等
の研究によれば、光スイッチに利用した場合に、このヒ
ステリシスとスイッチング時間とは相関があり、ヒステ
リシスが小さいほどスイッチング時間（ファラデー回転
角が反転するのに要する時間遅れ）を短縮できることが
判明した。このため、保磁力Ｈc だけではなく、残留磁
化も考慮する必要があり、結局、ヒステリシスループが
囲む面積Ｓがほぼ零にならなければスイッチング特性の
根本的な問題解決にはならない。上記の文献に記載され
ている熱処理品でも、保磁力Ｈc がまだ２０Ｏｅ残って
いて、残留磁化は熱処理によって全く変化しておらず、
そのためヒステリシスループの面積Ｓは十分に小さくな
っていない。
【０００６】ところで光路切換え用光スイッチには、１
×１型（光シャッタ）や２×２型がある。これらの光ス
イッチの切換え時間は、現状では８０μ秒程度である。
１×１型光スイッチの用途としては、本発明者等が提案
した過大光遮断装置がある。これは、光増幅器が異常発
振を起こすと、規定レベルを超える過大な強度の光が伝
播してしまい、受光素子などの光部品やその後段の電子
部品を破壊することがあるので、光の経路に光パワー検
出器と遅延ファイバと光シャッタを直列に配置し、過大
光を検出した時に光スイッチを遮断して、光部品を保護
する装置である。
×１型（光シャッタ）や２×２型がある。これらの光ス
イッチの切換え時間は、現状では８０μ秒程度である。
１×１型光スイッチの用途としては、本発明者等が提案
した過大光遮断装置がある。これは、光増幅器が異常発
振を起こすと、規定レベルを超える過大な強度の光が伝
播してしまい、受光素子などの光部品やその後段の電子
部品を破壊することがあるので、光の経路に光パワー検
出器と遅延ファイバと光シャッタを直列に配置し、過大
光を検出した時に光スイッチを遮断して、光部品を保護
する装置である。
【０００７】上記のような光スイッチで要求される遮断
時間は、ファイバの遅延時間で決まるが、例えばファイ
バ長が２００ｍの場合は約１μ秒、２０００ｍの場合は
１０μ秒程度である。ファイバ長は過大光遮断装置の大
きさに影響を及ぼし、できるだけ短い方が好ましい。現
実的には、遮断時間が１０μ秒以下の高速で光を遮断で
き、且つ信頼性の高い光スイッチが必要となる。
時間は、ファイバの遅延時間で決まるが、例えばファイ
バ長が２００ｍの場合は約１μ秒、２０００ｍの場合は
１０μ秒程度である。ファイバ長は過大光遮断装置の大
きさに影響を及ぼし、できるだけ短い方が好ましい。現
実的には、遮断時間が１０μ秒以下の高速で光を遮断で
き、且つ信頼性の高い光スイッチが必要となる。
【０００８】またスイッチング速度の高速化を追求する
上では、飽和に要する磁界Ｈs を更に低減することも重
要である。その理由は、磁石の反転速度が問題になるた
めである。例えば巻数を１００回以上とすると、それだ
けで電気回路の時定数が１０μ秒を超えてしまう。巻数
を少なくし、電流を１Ａ程度に抑えると、発生磁界が小
さくなるからである。
上では、飽和に要する磁界Ｈs を更に低減することも重
要である。その理由は、磁石の反転速度が問題になるた
めである。例えば巻数を１００回以上とすると、それだ
けで電気回路の時定数が１０μ秒を超えてしまう。巻数
を少なくし、電流を１Ａ程度に抑えると、発生磁界が小
さくなるからである。
【０００９】本発明の目的は、保磁力Ｈc 並びに飽和に
要する磁界Ｈs が小さく、ファラデー回転角の磁界依存
性にヒステリシスが殆ど生じないようなファラデー回転
子を提供することである。また本発明の他の目的は、ス
イッチングを高速化できる光スイッチを提供することで
ある。
要する磁界Ｈs が小さく、ファラデー回転角の磁界依存
性にヒステリシスが殆ど生じないようなファラデー回転
子を提供することである。また本発明の他の目的は、ス
イッチングを高速化できる光スイッチを提供することで
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ＬＰＥ法
により育成された補償温度をもつビスマス置換鉄ガーネ
ット単結晶膜を熱処理し、熱処理前後でのファラデー回
転角の磁界依存性に関するヒステリシス等の性質を研究
した。その結果、ある特定の条件で熱処理すると、ファ
ラデー回転角や飽和磁化、飽和に要する磁界は変わらず
に、ヒステリシスの囲む面積Ｓが大きく減少し、更に最
適条件では該面積Ｓがほぼ零になることを見出した。そ
して、このヒステリシスの囲む面積とスイッチング時間
とが相関をもつことを見出した。本発明は、かかる知得
に基づき完成したものである。
により育成された補償温度をもつビスマス置換鉄ガーネ
ット単結晶膜を熱処理し、熱処理前後でのファラデー回
転角の磁界依存性に関するヒステリシス等の性質を研究
した。その結果、ある特定の条件で熱処理すると、ファ
ラデー回転角や飽和磁化、飽和に要する磁界は変わらず
に、ヒステリシスの囲む面積Ｓが大きく減少し、更に最
適条件では該面積Ｓがほぼ零になることを見出した。そ
して、このヒステリシスの囲む面積とスイッチング時間
とが相関をもつことを見出した。本発明は、かかる知得
に基づき完成したものである。
【００１１】本発明は、液相エピタキシャル法により育
成され、補償温度をもつビスマス置換鉄ガーネット単結
晶膜からなり、１１２０℃以上、１１８０℃以下の温度
で、且つ７時間以内のトップ条件で熱処理したことを特
徴とするファラデー回転子である。ここで単結晶膜の組
成は、例えば（ＧｄＢｉ）3 （ＦｅＡｌＧａ）5 Ｏ12で
ある。
成され、補償温度をもつビスマス置換鉄ガーネット単結
晶膜からなり、１１２０℃以上、１１８０℃以下の温度
で、且つ７時間以内のトップ条件で熱処理したことを特
徴とするファラデー回転子である。ここで単結晶膜の組
成は、例えば（ＧｄＢｉ）3 （ＦｅＡｌＧａ）5 Ｏ12で
ある。
【００１２】上記の熱処理条件は、実施例の項で述べる
種々の実験結果から導き出された。このような範囲とす
る理由は、以下の通りである。１１２０℃未満では、保
磁力Ｈc が高く、ヒステリシス低減の効果が見られな
い。１１８０℃を超えと、表面が荒れてくるし、及びフ
ァラデー回転角が低下する。また７時間を超えると、飽
和に要する磁界Ｈs が増加する。
種々の実験結果から導き出された。このような範囲とす
る理由は、以下の通りである。１１２０℃未満では、保
磁力Ｈc が高く、ヒステリシス低減の効果が見られな
い。１１８０℃を超えと、表面が荒れてくるし、及びフ
ァラデー回転角が低下する。また７時間を超えると、飽
和に要する磁界Ｈs が増加する。
【００１３】また本発明は、磁性材料からなるヨーク
と、それに施した巻線と、ヨークに設けられているギャ
ップ部に、ギャップ長の方向に対して垂直に挿入した板
状のファラデー回転子とを具備する偏光面切換器であ
る。ここで前記ファラデー回転子は、液相エピタキシャ
ル法により育成され、補償温度をもつビスマス置換鉄ガ
ーネット単結晶膜からなり、１１２０℃以上、１１８０
℃以下の温度で、且つ７時間以内（より好ましくは０．
５時間以上）のトップ条件で熱処理されている。ファラ
デー回転子は、その一部がギャップ部から外側へはみ出
す大きさであり、そのはみ出し部分を膜面に対してほぼ
垂直方向に光ビームが通過する構成である。この偏光面
切換器を、対向配置した偏光子と検光子の間にファラデ
ー回転子が位置するように配置することで、光スイッチ
を構成する。
と、それに施した巻線と、ヨークに設けられているギャ
ップ部に、ギャップ長の方向に対して垂直に挿入した板
状のファラデー回転子とを具備する偏光面切換器であ
る。ここで前記ファラデー回転子は、液相エピタキシャ
ル法により育成され、補償温度をもつビスマス置換鉄ガ
ーネット単結晶膜からなり、１１２０℃以上、１１８０
℃以下の温度で、且つ７時間以内（より好ましくは０．
５時間以上）のトップ条件で熱処理されている。ファラ
デー回転子は、その一部がギャップ部から外側へはみ出
す大きさであり、そのはみ出し部分を膜面に対してほぼ
垂直方向に光ビームが通過する構成である。この偏光面
切換器を、対向配置した偏光子と検光子の間にファラデ
ー回転子が位置するように配置することで、光スイッチ
を構成する。
【００１４】
【作用】適切な熱処理を施した本発明のファラデー回転
子は、ファラデー回転角や飽和磁化、飽和に要する磁界
は変わらずに、ファラデー回転角の磁界依存性に関する
ヒステリシスの囲む面積Ｓが大きく減少し、更に最適条
件では該面積Ｓがほぼ零になる。このファラデー回転子
を用いると、光スイッチのスイッチングが非常に高速化
される。
子は、ファラデー回転角や飽和磁化、飽和に要する磁界
は変わらずに、ファラデー回転角の磁界依存性に関する
ヒステリシスの囲む面積Ｓが大きく減少し、更に最適条
件では該面積Ｓがほぼ零になる。このファラデー回転子
を用いると、光スイッチのスイッチングが非常に高速化
される。
【００１５】
【実施例】ＬＰＥ法により育成した（ＧｄＢｉ）3 （Ｆ
ｅＡｌＧａ）5 Ｏ12の単結晶膜を２×７×０．３６mmに
加工し、２×７mmの面を鏡面にした。なお基板は削り取
った。単結晶膜の具体的組成はＧｄ2.02Ｂｉ0.98Ｆｅ
4.43Ａｌ0.44Ｇａ0.13Ｏ12であり、これは−５℃に補償
温度を有する。熱処理は、白金板上に素子を載せて電気
炉に入れ、大気雰囲気で行った。昇温速度及び降温速度
はそれぞれ１２０℃／時、最高温度（トップ温度）と保
持時間を種々変えて行った。結晶の評価は、ファラデー
回転測定は波長１．３１μｍの光を用い、電磁石で磁界
を変えて測定した。飽和磁化の測定にはＶＳＭを用い
た。測定結果を、表１に示す。また、これらの実験結果
により決定した本発明の熱処理条件を図１に示す。
ｅＡｌＧａ）5 Ｏ12の単結晶膜を２×７×０．３６mmに
加工し、２×７mmの面を鏡面にした。なお基板は削り取
った。単結晶膜の具体的組成はＧｄ2.02Ｂｉ0.98Ｆｅ
4.43Ａｌ0.44Ｇａ0.13Ｏ12であり、これは−５℃に補償
温度を有する。熱処理は、白金板上に素子を載せて電気
炉に入れ、大気雰囲気で行った。昇温速度及び降温速度
はそれぞれ１２０℃／時、最高温度（トップ温度）と保
持時間を種々変えて行った。結晶の評価は、ファラデー
回転測定は波長１．３１μｍの光を用い、電磁石で磁界
を変えて測定した。飽和磁化の測定にはＶＳＭを用い
た。測定結果を、表１に示す。また、これらの実験結果
により決定した本発明の熱処理条件を図１に示す。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１において、ヒステリシスが非対称（熱
処理しない場合には非対称が甚だしい）の場合、保磁力
Ｈc は２Ｈc を２で割った値とし、Ｓはファラデー回転
角の磁界依存性に関するヒステリシスの囲む面積で単位
をｋdeg/Oeとした。未処理膜のファラデー回転と消光比
の磁場依存性の測定結果を図３のＡ，Ｂに示す。未処理
の場合は素子毎に特性のばらつきが大きく、代表的なも
の２種を示した。保磁力Ｈc が小さいものもあるが、ヒ
ステリシスの面積Ｓはいずれも大きい。また消光比は未
飽和領域で１５ｄＢ以下まで低下する。１１５０℃で３
時間、熱処理した素子（本発明品）のファラデー回転の
磁場依存性の測定結果を図２に示す。ヒステリシスの囲
む面積Ｓが０．１ｋdeg/Oeで、消光比は３０ｄＢ以上が
得られている。
処理しない場合には非対称が甚だしい）の場合、保磁力
Ｈc は２Ｈc を２で割った値とし、Ｓはファラデー回転
角の磁界依存性に関するヒステリシスの囲む面積で単位
をｋdeg/Oeとした。未処理膜のファラデー回転と消光比
の磁場依存性の測定結果を図３のＡ，Ｂに示す。未処理
の場合は素子毎に特性のばらつきが大きく、代表的なも
の２種を示した。保磁力Ｈc が小さいものもあるが、ヒ
ステリシスの面積Ｓはいずれも大きい。また消光比は未
飽和領域で１５ｄＢ以下まで低下する。１１５０℃で３
時間、熱処理した素子（本発明品）のファラデー回転の
磁場依存性の測定結果を図２に示す。ヒステリシスの囲
む面積Ｓが０．１ｋdeg/Oeで、消光比は３０ｄＢ以上が
得られている。
【００１８】図１において、斜線を施した領域（境界線
も含む）が本発明における熱処理のトップ条件の範囲で
ある（表１で試料番号６〜１１及び１３）。光スイッチ
としての応用を考慮すると、ファラデー回転子に要求さ
れる特性としては、飽和に要する磁界Ｈs が１００Ｏｅ
以下、ファラデー回転角は４５度、保磁力Ｈc が５Ｏｅ
以下、ヒステリシスで囲まれる面積Ｓが１以下の条件を
満たす必要がある。本発明のファラデー回転子は、これ
らの条件を満たしている。なお熱処理は炉内で昇温−ト
ップ条件維持−降温というプロセスを経るので、トップ
条件は保持時間が零の場合（即ち、昇温して所定温度に
達した後、直ちに降温するという処理）も含む。熱処理
温度が１１２０℃未満の場合（試料番号１〜５）は、保
磁力Ｈcが大きくなり、ヒステリシスが囲む面積Ｓが低
減しない。１１８０℃を超えると（試料番号１４及び１
５）、ファラデー回転角が減少するため膜厚を厚くしな
ければならなくなるし、表面が荒れてくる。これはビス
マスが結晶中から飛散するためと考えられ、組成もずれ
てくる。熱処理時間が７時間を超えるほど長くなると
（試料番号１２）、飽和に要する磁界Ｈs が増加する。
これは垂直磁気異方性が低下し、面内磁化膜に近づくた
めと考えられる。これら種々実験した結果、特に、温度
１１５０℃で、７時間の熱処理が最適であった。また熱
処理無しの場合は、素子毎に特性のばらつきが大きかっ
たが、熱処理を施すと、特性上でのばらつきは殆ど生じ
なかった。
も含む）が本発明における熱処理のトップ条件の範囲で
ある（表１で試料番号６〜１１及び１３）。光スイッチ
としての応用を考慮すると、ファラデー回転子に要求さ
れる特性としては、飽和に要する磁界Ｈs が１００Ｏｅ
以下、ファラデー回転角は４５度、保磁力Ｈc が５Ｏｅ
以下、ヒステリシスで囲まれる面積Ｓが１以下の条件を
満たす必要がある。本発明のファラデー回転子は、これ
らの条件を満たしている。なお熱処理は炉内で昇温−ト
ップ条件維持−降温というプロセスを経るので、トップ
条件は保持時間が零の場合（即ち、昇温して所定温度に
達した後、直ちに降温するという処理）も含む。熱処理
温度が１１２０℃未満の場合（試料番号１〜５）は、保
磁力Ｈcが大きくなり、ヒステリシスが囲む面積Ｓが低
減しない。１１８０℃を超えると（試料番号１４及び１
５）、ファラデー回転角が減少するため膜厚を厚くしな
ければならなくなるし、表面が荒れてくる。これはビス
マスが結晶中から飛散するためと考えられ、組成もずれ
てくる。熱処理時間が７時間を超えるほど長くなると
（試料番号１２）、飽和に要する磁界Ｈs が増加する。
これは垂直磁気異方性が低下し、面内磁化膜に近づくた
めと考えられる。これら種々実験した結果、特に、温度
１１５０℃で、７時間の熱処理が最適であった。また熱
処理無しの場合は、素子毎に特性のばらつきが大きかっ
たが、熱処理を施すと、特性上でのばらつきは殆ど生じ
なかった。
【００１９】上記のようにヒステリシスの囲む面積Ｓが
極めて小さいファラデー回転子は、スイッチング速度が
高くなるため、特に光スイッチとして有用である。その
構造の一例を図４に示す。これは、１×１光スイッチ
（光シャッタ）の例である。偏光面切換器は、半硬質磁
性材料からなるほぼＣ型平板状のヨーク１０と、それに
施した巻線１２と、前記ヨークに設けられているギャッ
プ部１４に、ギャップ長の方向に対して垂直に挿入した
板状のファラデー回転子１６とを具備する構成である。
ファラデー回転子１６は、前記のように、ＬＰＥ法によ
り育成され、補償温度をもつビスマス置換鉄ガーネット
単結晶膜からなり、１１２０℃以上、１１８０℃以下の
温度で、且つ７時間以内のトップ条件で熱処理されてい
る。そしてファラデー回転子１６は、その一部がギャッ
プ部１４から外側へはみ出す大きさであり、そのはみ出
し部分を膜面に対してほぼ垂直方向に光ビームが通過す
る。ファラデー回転子１６の両側には、対向配置した２
個の楔型複屈折単結晶１８，２０を配置し、更に入力用
のレンズ一体型光ファイバ２２と出力用のレンズ一体型
光ファイバ２４とが設けられている。
極めて小さいファラデー回転子は、スイッチング速度が
高くなるため、特に光スイッチとして有用である。その
構造の一例を図４に示す。これは、１×１光スイッチ
（光シャッタ）の例である。偏光面切換器は、半硬質磁
性材料からなるほぼＣ型平板状のヨーク１０と、それに
施した巻線１２と、前記ヨークに設けられているギャッ
プ部１４に、ギャップ長の方向に対して垂直に挿入した
板状のファラデー回転子１６とを具備する構成である。
ファラデー回転子１６は、前記のように、ＬＰＥ法によ
り育成され、補償温度をもつビスマス置換鉄ガーネット
単結晶膜からなり、１１２０℃以上、１１８０℃以下の
温度で、且つ７時間以内のトップ条件で熱処理されてい
る。そしてファラデー回転子１６は、その一部がギャッ
プ部１４から外側へはみ出す大きさであり、そのはみ出
し部分を膜面に対してほぼ垂直方向に光ビームが通過す
る。ファラデー回転子１６の両側には、対向配置した２
個の楔型複屈折単結晶１８，２０を配置し、更に入力用
のレンズ一体型光ファイバ２２と出力用のレンズ一体型
光ファイバ２４とが設けられている。
【００２０】ファラデー回転子１６は、ＬＰＥ法により
成膜した（ＧｄＢｉ）3 （ＦｅＡｌＧａ）5 Ｏ12の単結
晶膜を２×４×０．２７mmに加工し、２×４mmの面を鏡
面に加工したものである。単結晶膜の組成は、Ｇｄ2.02
Ｂｉ0.98Ｆｅ4.43Ａｌ0.44Ｇａ0.13Ｏ12であり、これは
−５℃に補償温度を有する。波長１．５５μｍでのファ
ラデー回転角は２２．５度である。熱処理は、白金板上
に素子を載せて電気炉に入れ、大気雰囲気で行った。昇
温速度及び降温速度はそれぞれ１２０℃／時、最高温度
（トップ温度）と保持時間を種々変えて行った。これを
２枚用いて光スイッチを構成した。偏光子及び検光子と
なる複屈折単結晶１８，２０としては、楔型ルチル単結
晶を使用した。レンズ一体型ファイバにはシングルモー
ドファイバを使用した。
成膜した（ＧｄＢｉ）3 （ＦｅＡｌＧａ）5 Ｏ12の単結
晶膜を２×４×０．２７mmに加工し、２×４mmの面を鏡
面に加工したものである。単結晶膜の組成は、Ｇｄ2.02
Ｂｉ0.98Ｆｅ4.43Ａｌ0.44Ｇａ0.13Ｏ12であり、これは
−５℃に補償温度を有する。波長１．５５μｍでのファ
ラデー回転角は２２．５度である。熱処理は、白金板上
に素子を載せて電気炉に入れ、大気雰囲気で行った。昇
温速度及び降温速度はそれぞれ１２０℃／時、最高温度
（トップ温度）と保持時間を種々変えて行った。これを
２枚用いて光スイッチを構成した。偏光子及び検光子と
なる複屈折単結晶１８，２０としては、楔型ルチル単結
晶を使用した。レンズ一体型ファイバにはシングルモー
ドファイバを使用した。
【００２１】図５はその動作説明図である。入力光の方
向に見たときに、偏光子となる楔型複屈折単結晶１８と
検光子となる楔型複屈折単結晶２０は、左右で厚みが異
なり且つ厚い部分と薄い部分が対向するように組み合わ
されている。そして偏光子となる楔型複屈折単結晶１８
の光学軸は、鉛直方向に対して時計回りに角度α（＝２
２．５度）傾いており、また検光子となる楔型複屈折単
結晶２０の光学軸は、鉛直方向に対して反時計回りに角
度α（＝２２．５度）傾いている。矢印Ｈが順方向時に
ファラデー回転子１６に印加する磁界の方向である。こ
の状態では、入力光は両方の楔型複屈折単結晶１８，２
０を透過して出射する。巻線への駆動電圧を切り換え
て、逆向きの磁界を印加すると、ファラデー回転方向が
９０度異なり、入力光ビームは検光子となる楔型複屈折
単結晶２０を透過できず、遮断される。このように巻線
への電圧制御によって、入力光の透過・遮断を高速で制
御できる。
向に見たときに、偏光子となる楔型複屈折単結晶１８と
検光子となる楔型複屈折単結晶２０は、左右で厚みが異
なり且つ厚い部分と薄い部分が対向するように組み合わ
されている。そして偏光子となる楔型複屈折単結晶１８
の光学軸は、鉛直方向に対して時計回りに角度α（＝２
２．５度）傾いており、また検光子となる楔型複屈折単
結晶２０の光学軸は、鉛直方向に対して反時計回りに角
度α（＝２２．５度）傾いている。矢印Ｈが順方向時に
ファラデー回転子１６に印加する磁界の方向である。こ
の状態では、入力光は両方の楔型複屈折単結晶１８，２
０を透過して出射する。巻線への駆動電圧を切り換え
て、逆向きの磁界を印加すると、ファラデー回転方向が
９０度異なり、入力光ビームは検光子となる楔型複屈折
単結晶２０を透過できず、遮断される。このように巻線
への電圧制御によって、入力光の透過・遮断を高速で制
御できる。
【００２２】各ファラデー回転子を組み込んでスイッチ
ング応答時間（遅れ時間）を測定した結果を表１に合わ
せて示す。本発明の熱処理したＬＰＥ膜を用いる光スイ
ッチではスイッチング応答時間はほぼ１０μ秒程度であ
り、挿入損失は０．５ｄＢ、アイソレーションは４０ｄ
Ｂであった。それに対して熱処理していない場合は、６
０〜８０μ秒とばらつきがあり、かなり遅くなる。また
不適当な熱処理を施した場合には、逆に１００μ秒とい
うようにスイッチング速度が更に遅くなる場合も見られ
た。これらの種々の実験の結果から、光スイッチの応答
遅れは、単結晶膜のヒステリシスと密接な関係があるこ
とが判明した。
ング応答時間（遅れ時間）を測定した結果を表１に合わ
せて示す。本発明の熱処理したＬＰＥ膜を用いる光スイ
ッチではスイッチング応答時間はほぼ１０μ秒程度であ
り、挿入損失は０．５ｄＢ、アイソレーションは４０ｄ
Ｂであった。それに対して熱処理していない場合は、６
０〜８０μ秒とばらつきがあり、かなり遅くなる。また
不適当な熱処理を施した場合には、逆に１００μ秒とい
うようにスイッチング速度が更に遅くなる場合も見られ
た。これらの種々の実験の結果から、光スイッチの応答
遅れは、単結晶膜のヒステリシスと密接な関係があるこ
とが判明した。
【００２３】本発明と従来例とのスイッチング波形の一
例を図６及び図７に示す。これはオシロスコープによる
波形写真をトレースしたものである。本発明に係る光ス
イッチでは、切換え信号（駆動電圧）に対して応答波形
の遅延時間は約１０μ秒であるが、従来の熱処理を施し
ていないファラデー回転子を用いた場合は、切換え信号
が立ち上がってからスイッチングが完了するまで、約８
０μ秒という大きな遅延時間が必要であった。
例を図６及び図７に示す。これはオシロスコープによる
波形写真をトレースしたものである。本発明に係る光ス
イッチでは、切換え信号（駆動電圧）に対して応答波形
の遅延時間は約１０μ秒であるが、従来の熱処理を施し
ていないファラデー回転子を用いた場合は、切換え信号
が立ち上がってからスイッチングが完了するまで、約８
０μ秒という大きな遅延時間が必要であった。
【００２４】なお本発明は、上記のような１×１型の光
スイッチのみならず、２×２型の光スイッチ、その他の
磁気光学式光デバイスなどに利用できることはいうまで
もない。
スイッチのみならず、２×２型の光スイッチ、その他の
磁気光学式光デバイスなどに利用できることはいうまで
もない。
【００２５】
【発明の効果】本発明は上記のように、補償温度をもつ
ビスマス置換鉄ガーネット単結晶のＬＰＥ膜に適切な条
件で熱処理したファラデー回転子であるので、その基本
的な特徴を保持しつつ、飽和に要する磁界及び保磁力を
小さくでき、同時にヒステリシスの囲む面積Ｓを大幅に
低減できる（ほぼ零近くにすることができる）。その結
果、印加磁界が小さくてもよいため光スイッチ等に組み
込み易くなり、且つ光スイッチに組み込んだときに、そ
のスイッチング時の応答遅れが少なくなり、スイッチン
グ速度が向上する。スイッチング応答遅れ時間を１０μ
秒程度、もしくはそれ以下にできるので、過大光遮断装
置などの実用化も現実的なものとなる。そして、磁気光
学光スイッチの一般的な特徴である、機械動作部をもた
ず、自己保持型磁石を用いているので、長期安定性に優
れていることは言うまでもない。
ビスマス置換鉄ガーネット単結晶のＬＰＥ膜に適切な条
件で熱処理したファラデー回転子であるので、その基本
的な特徴を保持しつつ、飽和に要する磁界及び保磁力を
小さくでき、同時にヒステリシスの囲む面積Ｓを大幅に
低減できる（ほぼ零近くにすることができる）。その結
果、印加磁界が小さくてもよいため光スイッチ等に組み
込み易くなり、且つ光スイッチに組み込んだときに、そ
のスイッチング時の応答遅れが少なくなり、スイッチン
グ速度が向上する。スイッチング応答遅れ時間を１０μ
秒程度、もしくはそれ以下にできるので、過大光遮断装
置などの実用化も現実的なものとなる。そして、磁気光
学光スイッチの一般的な特徴である、機械動作部をもた
ず、自己保持型磁石を用いているので、長期安定性に優
れていることは言うまでもない。
【図１】本発明における熱処理条件の範囲を示す説明
図。
図。
【図２】本発明に係るファラデー回転子のファラデー回
転角と消光比の磁場依存性を示す説明図。
転角と消光比の磁場依存性を示す説明図。
【図３】従来のファラデー回転子のファラデー回転角と
消光比の磁場依存性を示す説明図。
消光比の磁場依存性を示す説明図。
【図４】光スイッチの一実施例を示す説明図。
【図５】その動作説明図。
【図６】本発明に係る光スイッチの動作波形図。
【図７】従来のファラデー回転子を用いた光スイッチの
動作波形図。
動作波形図。
１０ ヨーク １２ 巻線 １４ ギャップ部 １６ ファラデー回転子 １８，２０ 楔型複屈折単結晶 ２２，２４ レンズ一体型ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳増 次雄 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (72)発明者 陸川 弘 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−249565（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34894（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】 液相エピタキシャル法により育成され、
補償温度をもつビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜から
なり、１１２０℃以上、１１８０℃以下の温度で、且つ
７時間以内のトップ条件で熱処理したことを特徴とする
ファラデー回転子。 - 【請求項２】 単結晶膜の組成が、（ＧｄＢｉ）3 （Ｆ
ｅＡｌＧａ）5 Ｏ12である請求項１記載のファラデー回
転子。 - 【請求項３】 磁性材料からなるヨークと、該ヨークに
施した巻線と、前記ヨークに設けられているギャップ部
に、ギャップ長の方向に対して垂直に挿入した板状のフ
ァラデー回転子とを具備し、前記ファラデー回転子は、
液相エピタキシャル法により育成され、補償温度をもつ
ビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜からなり、１１２０
℃以上、１１８０℃以下の温度で、且つ７時間以内のト
ップ条件で熱処理されていて、該ファラデー回転子の一
部がギャップ部から外側へはみ出す大きさであり、その
はみ出し部分を膜面に対してほぼ垂直方向に光ビームが
通過する偏光面切換器。 - 【請求項４】 対向配置した偏光子と検光子と、それら
の間にファラデー回転子、又はファラデー回転子と１／
２波長板を配置した請求項３記載の偏光面切換器と、入
力用と出力用のレンズ一体型光ファイバとからなる光ス
イッチ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11963394A JP2729464B2 (ja) | 1994-05-09 | 1994-05-09 | ファラデー回転子及びそれを用いた光スイッチ |
| US08/427,184 US5521741A (en) | 1994-05-09 | 1995-04-21 | Polarization plane switch and optical switching device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11963394A JP2729464B2 (ja) | 1994-05-09 | 1994-05-09 | ファラデー回転子及びそれを用いた光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07301775A JPH07301775A (ja) | 1995-11-14 |
| JP2729464B2 true JP2729464B2 (ja) | 1998-03-18 |
Family
ID=14766282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11963394A Expired - Fee Related JP2729464B2 (ja) | 1994-05-09 | 1994-05-09 | ファラデー回転子及びそれを用いた光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2729464B2 (ja) |
-
1994
- 1994-05-09 JP JP11963394A patent/JP2729464B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07301775A (ja) | 1995-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5521741A (en) | Polarization plane switch and optical switching device using the same | |
| KR970066614A (ko) | 광가변감쇠기 | |
| JPH0651255A (ja) | 光アッテネータ | |
| Wolfe et al. | Thin‐film waveguide magneto‐optic isolator | |
| US5186866A (en) | Oxide garnet single crystal | |
| EP0940704B1 (en) | Faraday rotator | |
| JP3520889B2 (ja) | 角型ヒステリシスを示すファラデー回転子 | |
| JP3699330B2 (ja) | 可変光減衰器を含む物品 | |
| US6108120A (en) | Faraday rotation angle varying apparatus | |
| JP2729464B2 (ja) | ファラデー回転子及びそれを用いた光スイッチ | |
| Wolfe et al. | Magneto-optic waveguide isolators based on laser annealed (Bi, Ga) YIG films | |
| US6392784B1 (en) | Faraday rotator | |
| JP2772759B2 (ja) | 偏光面切換器及びそれを用いた光スイッチ | |
| JP2004157494A (ja) | ファラデー回転子及びそれを用いた光部品 | |
| JP2784894B2 (ja) | ファラデー効果素子及びそれを用いた光デバイス並びにそれらの製造方法 | |
| JPH1031112A (ja) | 角型ヒステリシスを示すファラデー回転子 | |
| JP2567697B2 (ja) | ファラデー回転装置 | |
| JP3602971B2 (ja) | 磁気光学素子の製造方法 | |
| JP2003257737A (ja) | 着磁方法 | |
| JPS6120926A (ja) | 磁気光学素子材料 | |
| JP2916995B2 (ja) | 光デバイス用磁性ガーネット体 | |
| JP4149248B2 (ja) | 光部品 | |
| JPH0933871A (ja) | ファラデー回転子および旋光器 | |
| JPH04304418A (ja) | ファラデー回転子 | |
| JP2002174802A (ja) | 光アッテネータ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081219 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 12 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091219 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 12 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091219 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 13 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 13 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 14 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219 Year of fee payment: 15 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131219 Year of fee payment: 16 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |