JP2843433B2 - Bi-substituted magnetic garnet and magneto-optical element - Google Patents

Bi-substituted magnetic garnet and magneto-optical element

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JP2843433B2
JP2843433B2 JP25101690A JP25101690A JP2843433B2 JP 2843433 B2 JP2843433 B2 JP 2843433B2 JP 25101690 A JP25101690 A JP 25101690A JP 25101690 A JP25101690 A JP 25101690A JP 2843433 B2 JP2843433 B2 JP 2843433B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ファラデー効果を利用した光アイソレー
タ、光サーキュレータ、光スイッチ等の磁気光学素子用
として適したビスマス(Bi)置換磁性ガーネットの改良
に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in bismuth (Bi) -substituted magnetic garnets that are suitable for magneto-optical devices such as optical isolators, optical circulators, and optical switches using the Faraday effect. Things.

[従来の技術] 半導体レーザを光源とする光伝送回路において、コネ
クタやスイッチなどの光学部品、受光素子等からの反射
戻り光が半導体レーザに入ると、レーザ発振が不安定と
なり伝送品質が劣化することが知られている。この対策
として半導体レーザへの反射戻り光を遮断する光アイソ
レータが提案され、現在実用化が進んでいる。
[Related Art] In an optical transmission circuit using a semiconductor laser as a light source, when reflected light returned from optical components such as connectors and switches, a light-receiving element, etc. enters the semiconductor laser, laser oscillation becomes unstable and transmission quality deteriorates. It is known. As a countermeasure against this, an optical isolator that blocks reflected return light to a semiconductor laser has been proposed, and its practical use is currently progressing.

光アイソレータは、磁気光学効果のうちで透過光の直
線偏光面回転現象であるファラデー効果のもつ非相反性
をうまく利用したものである。
The optical isolator makes good use of the nonreciprocity of the Faraday effect, which is a phenomenon of rotation of the plane of polarization of transmitted light among magneto-optical effects.

ファラデー効果を示し、波長1.3〜1.55μmの近赤外
領域で用いられるファラデー回転子材料の一つとして、
磁気光学ガーネット結晶がしられている。その中で、イ
ットリウム・鉄・ガーネット(YIG)結晶は、光アイソ
レータのファラデー回転子として最初に使用されたもの
であり、今日でも広く使用されている。
Shows the Faraday effect, as one of the Faraday rotator materials used in the near infrared region of wavelength 1.3 ~ 1.55μm,
Magneto-optical garnet crystals are made. Among them, the yttrium-iron-garnet (YIG) crystal was first used as a Faraday rotator in an optical isolator and is still widely used today.

近年、光アイソレータの小型化、ならびに低価格化が
急速に進展し、これに伴って素子の小型化、および製作
コストの低減化が切望されているが、光アイソレータの
小型化のためには、主要部品であるファラデー回転子を
小型化することが必須の条件となる。ところで、YIG等
をファラデー回転子として用いる場合には、入射偏光面
を所定量(例えば45度)回転させるだけの長さが必要で
あるが、この長さはファラデー回転子を構成する材料の
ファラデー回転係数の大・小に比例する。したがって、
ファラデー回転子をより小型化するためには、ファラデ
ー回転係数の大きな材料を選択する必要がある。
In recent years, the miniaturization and cost reduction of optical isolators have rapidly progressed, and along with this, there is a strong demand for miniaturization of elements and reduction of manufacturing costs. It is an essential condition to reduce the size of the Faraday rotator, which is a main component. By the way, when YIG or the like is used as a Faraday rotator, it is necessary to have a length sufficient to rotate the incident polarization plane by a predetermined amount (for example, 45 degrees), and this length is the Faraday rotator of the material constituting the Faraday rotator. It is proportional to the magnitude of the rotation coefficient. Therefore,
In order to further reduce the size of the Faraday rotator, it is necessary to select a material having a large Faraday rotation coefficient.

ファラデー回転係数が大きな材料として、Biを固溶し
た、いわゆるBi置換磁性ガーネットが一般に知られてい
る(例えば特開昭64−27212号公報等参照)。また、こ
の材料は、CVD法、スパッタ法、フラックス法、および
液相エピタキシャル(LPE)法等によって製造可能であ
ることも知られている。
As a material having a large Faraday rotation coefficient, a so-called Bi-substituted magnetic garnet in which Bi is dissolved is generally known (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-27212). It is also known that this material can be manufactured by a CVD method, a sputtering method, a flux method, a liquid phase epitaxial (LPE) method, or the like.

しかし、これら製法のうちCVD法およびスパッタ法
は、主に結晶性に問題があり、まだ実用化の段階に至っ
ていない、また、フラックス法は、ガーネット成分の酸
化イットリウムおよび酸化鉄と共に、フラックス成分の
酸化鉛や酸化ほう素を融解し、融液を液相温度以上に保
持して均一にした後、融液を徐冷することによりガーネ
ット結晶を自然核発生により成長させる方法であるが、
従来知られている方法では、ガーネット成分の偏析のた
め濃度バラツキが生じ易い、フラックスの固化に伴い結
晶にクラックが入り易い、等の欠点が見られた。このた
め、最近では、これら欠点を改善した改良フラックス法
も提案されている。しかし、この改善された方法におい
て、自然核を成長させるために結晶育成に長時間を要す
る、素子化には精密加工を要する、等の問題があるため
量産性に乏しいという難点がある。
However, among these production methods, the CVD method and the sputtering method mainly have problems in crystallinity, and have not yet reached the stage of practical use.The flux method, together with the garnet components yttrium oxide and iron oxide, has a flux component. Melting lead oxide or boron oxide, keeping the melt at or above the liquidus temperature to make it uniform, and then gradually cooling the melt to grow garnet crystals by natural nucleation.
In the conventionally known methods, there are disadvantages such as that the concentration is likely to vary due to segregation of the garnet component, and the crystal is liable to crack with the solidification of the flux. For this reason, recently, an improved flux method in which these disadvantages are improved has been proposed. However, in this improved method, there is a problem that it takes a long time to grow a crystal to grow a natural nucleus, precision processing is required to make a device, and the mass productivity is poor.

このような状況から、最近は、本来磁気バブル素子用
ガーネット薄膜の育成法として開発されたLPE法による
製造が特に注目され、この方法を用いてBi置換磁性ガー
ネット厚膜の開発が種々検討されている状況にある。
Under such circumstances, recently, the production by the LPE method, which was originally developed as a method for growing a garnet thin film for a magnetic bubble element, has attracted particular attention, and various studies have been conducted on the development of a Bi-substituted magnetic garnet thick film using this method. Is in a situation.

ところで、良く知られているように、Bi置換磁性ガー
ネットにおいては、ファラデー回転係数はBiの置換量に
比例して増加する([Thin Solid Films」114(1984),
P69〜107等参照)。
By the way, as is well known, in Bi-substituted magnetic garnet, the Faraday rotation coefficient increases in proportion to the Bi substitution amount ([Thin Solid Films] 114 (1984),
P69-107 etc.).

しかし、ガーネット結晶に対するBiの偏析係数は極め
て小さいために、その置換量を増すことは非常に難し
い。
However, since the segregation coefficient of Bi with respect to the garnet crystal is extremely small, it is very difficult to increase the substitution amount.

Biを多量に置換するためには、Biの偏析係数を大きく
する必要があるが、これを実現するための手法として、
最適成分系の探索、LPE条件の最適化、等が提案されて
いる。
In order to substitute a large amount of Bi, it is necessary to increase the segregation coefficient of Bi, but as a method for achieving this,
Searches for the optimal component system, optimization of LPE conditions, and the like have been proposed.

最適成分系の探索例としては、YIGの希土類サイトをB
i及びGd元素等で置換したGd2.1Bi0.9Fe4.6Al0.1Ga0.3O
12材が、ファラデー回転係数の大きい材料として報告さ
れている(「材料科学」Vol23,No3(1987)、P151参
照)。しかし、本発明者等の検討によれば、この材料
は、ファラデー回転係数の温度係数が大きいという解決
すべき問題点のあることがわかった。例えば、YIGのフ
ァラデー回転係数の温度係数は0.04deg/℃程度である
が、上記材の温度係数は0.10deg/℃でありYIGの2倍以
上である。したがって、この材料を光アイソレータのフ
ァラデー回転子に用いた場合には、光アイソレータのア
イソレーション(Es)が劣化する。Esは、 Es=−10・log・sin2(Δθ) で示される。ここでΔθ(deg)は、θの45度からのず
れである。
As an example of searching for the optimal component system, set the rare earth site of YIG to B
Gd 2.1 Bi 0.9 Fe 4.6 Al 0.1 Ga 0.3 O substituted with i and Gd elements
Twelve materials have been reported as materials having a large Faraday rotation coefficient (see “Materials Science” Vol. 23, No. 3 (1987), p. 151). However, according to the study of the present inventors, it has been found that this material has a problem to be solved such that the temperature coefficient of the Faraday rotation coefficient is large. For example, the temperature coefficient of the Faraday rotation coefficient of YIG is about 0.04 deg / ° C., but the temperature coefficient of the above material is 0.10 deg / ° C., which is more than twice that of YIG. Therefore, when this material is used for a Faraday rotator of an optical isolator, the isolation (Es) of the optical isolator deteriorates. Es is represented by Es = −10 · log · sin 2 (Δθ). Here, Δθ (deg) is a deviation of θ from 45 degrees.

半導体レーザの発振波長の変化を考慮しない場合、0
〜50℃の温度範囲においてYIGは36dBのEsが得られる
が、上記材は29dBまで低下する。一般に、光アイソレー
タのEsは30dB以上が望まれるが、このEsを確保するため
には、0.07deg/℃以下の温度係数が必要となる。
If the change in the oscillation wavelength of the semiconductor laser is not considered, 0
In the temperature range of 5050 ° C., YIG can obtain 36 dB of Es, but the above material is reduced to 29 dB. Generally, it is desired that the optical isolator has Es of 30 dB or more. To secure this Es, a temperature coefficient of 0.07 deg / ° C. or less is required.

[発明が解決しようとする課題] 上述したように、光アイソレータの小型化のためには
ファラデー回転子の小型化が必要不可欠である。これを
実現するために、例えば、Gdを含有させることによりBi
も多量に置換せしめてファラデー回転係数を飛躍的に増
大させることが知られているが、この場合には、上記の
ようにファラデー回転係数の温度係数が大きくなる欠点
を併せ持つという解決すべき問題点のあることがわかっ
た。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, miniaturization of the Faraday rotator is indispensable for miniaturization of the optical isolator. To achieve this, for example, Bi
Is also known to dramatically increase the Faraday rotation coefficient by replacing a large amount, but in this case, there is a problem to be solved that the temperature coefficient of the Faraday rotation coefficient also increases as described above. I found that there was.

また、LPE膜と基板の格子定数が不整合の場合には、
膜割れ、または基板割れの生ずる恐れがあるが、イオン
半径が大きいBiイオンを単に置換しただけでは膜の格子
定数は大きくなる。したがって、Bi置換磁性ガーネット
膜の格子定数に整合した、より大きな格子定数の基板を
選択する必要がある。しかし、工業的に使用可能なガー
ネット基板の種類は限定されている。そこで、希土類サ
イト、あるいはFeサイトを種々の元素で置換し、かつそ
の置換量を厳密に調整して、膜の格子定数を基板に合致
させることが一般に行なわれるが、これら置換元素によ
る弊害が問題になる場合もある。
When the lattice constant of the LPE film and the substrate are mismatched,
Although film cracking or substrate cracking may occur, simply replacing Bi ions having a large ion radius will increase the lattice constant of the film. Therefore, it is necessary to select a substrate having a larger lattice constant that matches the lattice constant of the Bi-substituted magnetic garnet film. However, the types of garnet substrates that can be used industrially are limited. Therefore, it is common practice to replace the rare earth site or the Fe site with various elements, and to strictly adjust the amount of the replacement to match the lattice constant of the film to the substrate. Sometimes.

また、前述したように、Biを多量に置換するための他
の手法として、LPE条件の最適化も提案されている。こ
の方法は、主に過冷却度(ΔT=飽和温度−膜成長温
度)の増大、および膜成長温度(TG)の低温化である。
しかし、ΔTの増大に伴い自然核が生成され易くなる。
この自然核はフラックス法では種結晶となるものである
が、LPE法においては膜欠陥の一因となり、好ましくな
い生成物である。また、ΔTの増大並びにTGの低温化に
伴い、融液中のフラックス成分であるPb、ルツボおよび
基板固定治具材料のPt等がYIG膜中に混入し易くなる。
Also, as described above, optimization of LPE conditions has been proposed as another method for replacing a large amount of Bi. This method mainly involves increasing the degree of supercooling (ΔT = saturation temperature−film growth temperature) and lowering the film growth temperature (T G ).
However, natural nuclei are more likely to be generated as ΔT increases.
This natural nucleus becomes a seed crystal in the flux method, but is an unfavorable product in the LPE method because it causes a film defect. Further, with the increase of ΔT and the lowering of TG , the flux components Pb, crucible, and Pt of the substrate fixing jig material in the melt tend to be mixed into the YIG film.

PbまたはPtが膜中に混入した場合、光吸収が増大する
ことが知られている(「日本応用磁気学会誌」VOL.10,N
o.2,(1986)161参照)。また、Ptは膜欠陥の一因とな
り(「J,Magn,Soc,Jpn」,vol.11,SI(1987)P.347)、
欠陥部は、光学特性が劣化することが知られている
(「日本応用磁気学会」,vol.10,No.2,(1986)147参
照)。このため、過冷却度ΔTは30℃以下程度、膜成長
温度TGは730℃以上程度が好ましいとされている。
It is known that light absorption increases when Pb or Pt is mixed in the film ("Journal of the Japan Society of Applied Magnetics", VOL.10, N
o.2, (1986) 161). Also, Pt contributes to film defects ("J, Magn, Soc, Jpn", vol. 11, SI (1987) P. 347),
It is known that the optical properties of the defective portion are deteriorated (see “Japan Society of Applied Magnetics”, vol. 10, No. 2, (1986) 147). Therefore, it is considered that the degree of supercooling ΔT is preferably about 30 ° C. or less, and the film growth temperature TG is about 730 ° C. or more.

本発明は、Biの多量置換を行ないファラデー回転係数
を改善した磁性ガーネットを実現することを目的とする
ものであり、また、ファラデー回転係数の温度特性も良
好であり、自然核欠陥の低減された総合的に優れた磁気
光学ガーネット結晶を提供することを目的とするもので
ある。
An object of the present invention is to realize a magnetic garnet in which a large amount of Bi is replaced and the Faraday rotation coefficient is improved, and the temperature characteristics of the Faraday rotation coefficient are also good, and natural nuclear defects are reduced. It is an object of the present invention to provide an overall excellent magneto-optical garnet crystal.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、上記目的を達成するために、一般式Lu
3-(X+Y+Z+Q)YXTbYHoZBiQFe5O12(式中、X,YおよびZは
0.1〜1.0、Qは0.5〜2.0の数である)組成を有するガー
ネットとしたことを特徴とするものである。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a compound of the general formula Lu
3- (X + Y + Z + Q) Y X Tb Y Ho Z Bi Q Fe 5 O 12 (where X, Y and Z are
Garnet having a composition of 0.1 to 1.0, and Q is a number of 0.5 to 2.0).

以下に、本発明における組成限定についての基本的考
え方を説明する。
Hereinafter, the basic concept of the composition limitation in the present invention will be described.

工業的に使用可能なLPE用ガーネット基板の種類は数
が少なく、通常Gd3Ga5O12(GGG)およびCa−Mg−Zr置換
GGG基板が市場の大半を占め、Sm3Ga5O12及びNd3Ga5O12
基板はごく一部でしか使用されていない。したがって、
膜の成分組成を制御して、基板の格子定数に合致させる
ことが一般的である。既述のようにBi置換量の増大に伴
い膜の格子定数は大きくなることから、本発明者らはBi
を置換する母材の格子定数を小さくすることがBiを多量
に置換するための基盤になると考え、まず、希土類鉄ガ
ーネットの中でも格子定数の最も小さいLu3Fe5O12(「T
hin Solid Films」114(1984),P33参照)を基本組成と
して選択した。そして、本発明においては、Luを希土類
サイトのバランスの役目に位置づけ、Biの置換量に応じ
てLuの添加量を決定する。したがって、本発明における
Luの量は、上記組成式で示したように、Lu3-(X+Y+Z+Q)
の範囲とする。
There are few types of garnet substrates for LPE that can be used industrially, usually Gd 3 Ga 5 O 12 (GGG) and Ca-Mg-Zr substitution
GGG substrates dominate the market, with Sm 3 Ga 5 O 12 and Nd 3 Ga 5 O 12
Substrates are only partially used. Therefore,
Generally, the composition of the film is controlled to match the lattice constant of the substrate. As described above, the lattice constant of the film increases with an increase in the Bi substitution amount.
It is considered that reducing the lattice constant of the base material for replacing Bi becomes a basis for replacing a large amount of Bi. First, Lu 3 Fe 5 O 12 (“T
hin Solid Films ”114 (1984), p. 33). Then, in the present invention, Lu is positioned as a role of balance of rare earth sites, and the amount of Lu added is determined according to the amount of Bi substitution. Therefore, in the present invention
The amount of Lu is, as shown in the above composition formula, Lu 3- (X + Y + Z + Q)
Range.

次に、既述のように、多量Bi置換を可能とするホスト
希土類元素としてGdが知られているが、ファラデー回転
係数の温度特性を劣化させる欠点があった。そこで本発
明者らは、種々検討を重ねた結果、磁気光学特性に悪影
響を及ぼさず多量にBiを置換可能な元素としてYの添加
が有効であることを見い出した。第1図に膜中のBi量と
Y量の関係を調べた結果を示す。この図から分かるよう
に、Y量の値xは、上記組成式において、0.1未満では
効果を示さない。一方、1.0よりも大きくなると希土類
サイトに置換すべき他の元素の置換量が低減されること
から好ましくない。望ましくは、0.2〜0.9とすべきであ
る。
Next, as described above, Gd is known as a host rare earth element that enables a large amount of Bi substitution, but has a drawback of deteriorating the temperature characteristics of the Faraday rotation coefficient. The present inventors have made various studies and found that the addition of Y is effective as an element capable of replacing Bi in a large amount without adversely affecting the magneto-optical characteristics. FIG. 1 shows the result of examining the relationship between the Bi amount and the Y amount in the film. As can be seen from this figure, no effect is exhibited when the value x of the Y amount is less than 0.1 in the above composition formula. On the other hand, if it is larger than 1.0, the amount of other elements to be replaced with rare earth sites is reduced, which is not preferable. Desirably, it should be 0.2 to 0.9.

また、Bi置換によるファラデー回転係数の温度特性の
劣化は、ファラデー回転係数の符号の変化が主原因とい
われている。すなわち、Bi置換によりファラデー回転係
数は飛躍的に増大するが、同時にその符号は負となり温
度上昇に伴ってその値が小さくなるためである。そこ
で、ファラデー回転係数の温度特性を向上させるため
に、ファラデー回転係数の符号が正の結晶と負の結晶を
固溶体とすることが試みられている。本発明者等も固溶
体法に着目し、種々の元素で検討を進めた結果、本発明
においては、ファラデー回転係数が正の符号を有するTb
とHoが有望であることを見い出した。第2図に自然核生
成に及ぼす膜中のHo量とTb量の比の影響を調べた結果
を、第3図に膜中のHo+Tb量とファラデー回転角の温度
係数との関係図を、それぞれ示す。これらの図から分か
るように、上記組成式においてHoまたはTbの含有量Yま
たはZが0.1未満では改善効果が見られない。なお、2.0
よりも大きくなるとBi置換量が減少するため好ましくな
い。望ましくは0.2〜1.6の範囲である。なお、TbとHoの
比は4/1〜1/4の範囲で含有させれば良い。
It is said that deterioration of the temperature characteristic of the Faraday rotation coefficient due to Bi substitution is mainly caused by a change in the sign of the Faraday rotation coefficient. That is, although the Faraday rotation coefficient dramatically increases due to the Bi substitution, the sign becomes negative at the same time, and the value decreases as the temperature rises. Therefore, in order to improve the temperature characteristics of the Faraday rotation coefficient, attempts have been made to form a crystal having positive and negative signs of the Faraday rotation coefficient into a solid solution. The present inventors have also paid attention to the solid solution method, and as a result of studying various elements, in the present invention, the Faraday rotation coefficient Tb having a positive sign
And found Ho to be promising. Fig. 2 shows the results of examining the effect of the ratio of the amount of Ho and Tb in the film on natural nucleation, and Fig. 3 shows the relationship between the amount of Ho + Tb in the film and the temperature coefficient of the Faraday rotation angle. Show. As can be seen from these figures, when the content Y or Z of Ho or Tb in the above composition formula is less than 0.1, no improvement effect is observed. Note that 2.0
If it is larger than this, the amount of Bi substitution decreases, which is not preferable. Desirably, it is in the range of 0.2 to 1.6. The ratio between Tb and Ho may be in the range of 4/1 to 1/4.

Biは、上記組成式において0.5未満では充分なファラ
デー回転係数が得られず、必要膜厚が大きくなることか
ら好ましくない。一方、2.0よりも大きくなるとΔTが3
0℃以上になるため、自然核の析出が激しくなり膜欠陥
が増大することから好ましくない。望ましくは、0.8〜
1.6とすべきである。
If Bi is less than 0.5 in the above composition formula, a sufficient Faraday rotation coefficient cannot be obtained, and the required film thickness is undesirably large. On the other hand, when it becomes larger than 2.0, ΔT becomes 3
Since the temperature is 0 ° C. or higher, the precipitation of natural nuclei becomes severe, and film defects increase, which is not preferable. Desirably, 0.8-
Should be 1.6.

[実施例] 以下、本発明を実施例に従い説明する。なお、以下の
実施例において、基板と膜の格子定数のミスマッチは、
X線ディフラクトメータを用いて測定した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples. In the following examples, the mismatch between the lattice constants of the substrate and the film is as follows:
The measurement was performed using an X-ray diffractometer.

(実施例1) モル%で、12.50%のFe2O3、0.12%のY2O3、0.04%の
Lu2O3、0.04%のTb4O7、0.08%のHo2O3、および26.78%
のBi2O3を溶質とし、6.87%のB2O3と53.57%のPbOをフ
ラックスとする融液組成を用いて、Ca−Mg−Zr置換Gd3G
a5O12基板上に成長温度765℃、過冷却度ΔT20℃でLPE成
長させたLu0.3Ho0.4Tb0.40.8Bi1.3Fe5O12組成のガー
ネット膜は、使用波長1.55μmにおいてファラデー回転
係数1500deg/cm、−10〜50℃の温度係数0.05deg/℃を示
した。また、育成中の自然核の発生は皆無で、自然核の
影響による膜欠陥は全く見られなかった。
Example 1 In mole%, 12.50% Fe 2 O 3 , 0.12% Y 2 O 3 , 0.04%
Lu 2 O 3, 0.04% of Tb 4 O 7, 0.08% of Ho 2 O 3, and 26.78%
Using a melt composition using Bi 2 O 3 as a solute and 6.87% B 2 O 3 and 53.57% PbO as fluxes, Ca-Mg-Zr-substituted Gd 3 G
The garnet film of the composition Lu 0.3 Ho 0.4 Tb 0.4 Y 0.8 Bi 1.3 Fe 5 O 12 grown on a 5 O 12 substrate at a growth temperature of 765 ° C. and a degree of supercooling ΔT of 20 ° C. has a Faraday rotation coefficient at a working wavelength of 1.55 μm. It showed a temperature coefficient of 1500 deg / cm and a temperature coefficient of -10 to 50 ° C of 0.05 deg / ° C. In addition, no natural nuclei were generated during the growth, and no film defect due to the influence of the natural nuclei was observed.

GPIGのファラデー回転係数、および温度特性は、各々
1020deg/cm、および0.01deg/℃であり、本発明のガーネ
ット膜はいずれの特性においても勝っている。
GPIG's Faraday rotation coefficient and temperature characteristics are respectively
At 1020 deg / cm and 0.01 deg / ° C., the garnet film of the present invention excels in any of the properties.

なお、ファラデー回転係数は入射偏光と出射偏光の角
度差を膜厚で除して求めた。温度特性は、0℃から50℃
間のファラデー回転角θのずれを上記温度差で除して求
めた。一方、融液中の自然核のの存在有無は目視で確認
し、膜中の自然核の存在有無は光学顕微鏡を用いて確認
した。
The Faraday rotation coefficient was determined by dividing the angle difference between the incident polarized light and the output polarized light by the film thickness. Temperature characteristics from 0 ° C to 50 ° C
The deviation of the Faraday rotation angle θ is obtained by dividing the deviation by the above temperature difference. On the other hand, the presence or absence of natural nuclei in the melt was visually confirmed, and the presence or absence of natural nuclei in the film was confirmed using an optical microscope.

(実施例2) モル%で、15.17%のFe2O3、0.06%のY2O3、0.02%の
Lu2O3、0.06%のTb4O7、0.12%のHo2O3、および26.02%
のBi2O3を溶質とし、6.50%のB2O3と52.05%のPbOをフ
ラックスとする融液組成を用いて、Ca−Mg−Zr置換Gd3G
a5O12基板上に成長温度790℃、ΔT11℃でLPE成長させた
Lu0.2Ho0.8Tb0.80.3Bi0.9Fe5O12組成のガーネット膜
は、使用波長1.55μmにおいてファラデー回転係数1050
deg/cm、0〜50℃の温度係数0.04deg/℃を示した。ま
た、育成中の自然核の発生は皆無で、自然核の影響によ
る膜欠陥は全く見られなかった。
Example 2 15.17% Fe 2 O 3 , 0.06% Y 2 O 3 , 0.02%
Lu 2 O 3, 0.06% of Tb 4 O 7, 0.12% of Ho 2 O 3, and 26.02%
Using a melt composition containing Bi 2 O 3 as a solute and a flux of 6.50% B 2 O 3 and 52.05% PbO, Ca-Mg-Zr-substituted Gd 3 G
LPE grown on a 5 O 12 substrate at growth temperature of 790 ° C and ΔT11 ° C
The garnet film having the composition Lu 0.2 Ho 0.8 Tb 0.8 Y 0.3 Bi 0.9 Fe 5 O 12 has a Faraday rotation coefficient of 1050 at a working wavelength of 1.55 μm.
It showed a temperature coefficient of 0.04 deg / ° C in deg / cm and 0 to 50 ° C. In addition, no natural nuclei were generated during the growth, and no film defect due to the influence of the natural nuclei was observed.

(実施例3) モル%で、12.80%のFe2O3、0.16%のY2O3、0.06%の
Lu2O3、0.02%のTb4O7、0.04%のHo2O3、および31.02%
のBi2O3を溶質とし、6.40%のB2O3と49.50%のPbOをフ
ラックスとする融液組成を用いて、Ca−Mg−Zr置換Gd3G
a5O12基板上に成長温度744℃、ΔT28℃でLPE成長させた
Lu0.3Ho0.2Tb0.20.7Bi1.8Fe5O12組成のガーネット膜
は、使用波長1.55μmにおいてファラデー回転係数1870
deg/cm、−10〜50℃の温度係数0.07deg/℃を示した。
又、育成中の自然核の発生は皆無で、自然核の影響によ
る膜欠陥は全く見られなかった。
Example 3 12.80% Fe 2 O 3 , 0.16% Y 2 O 3 , 0.06%
Lu 2 O 3, 0.02% of Tb 4 O 7, 0.04% of Ho 2 O 3, and 31.02%
And a Bi 2 O 3 as a solute, 6.40 percent of B 2 O 3 and 49.50% of PbO with a melt composition to flux, Ca-Mg-Zr substituted Gd 3 G
LPE grown on a 5 O 12 substrate at 744 ° C and ΔT28 ° C
A garnet film having a composition of Lu 0.3 Ho 0.2 Tb 0.2 Y 0.7 Bi 1.8 Fe 5 O 12 has a Faraday rotation coefficient of 1870 at a wavelength of 1.55 μm.
deg / cm and a temperature coefficient of -10 to 50 ° C of 0.07 deg / ° C.
In addition, no natural nuclei were generated during the growth, and no film defects due to the influence of the natural nuclei were observed.

(比較例1) モル%で、9.64%のFe2O3、0.08%のY2O3、0.07%のL
u2O3、0.02%のTb4O7、0.04%のHo2O3、および33.25%
のBi2O3を溶質とし、7.02%のB2O3と49.88%のPbOをフ
ラックスとする融液組成を用いて、Ca−Mg−Zr置換Gd3G
a5O12基板上に成長温度721℃、ΔT45℃でLPE成長させた
Lu0.3Ho0.1Tb0.10.4Bi2.1Fe5O12組成のガーネット膜
は、使用波長1.55μmにおいてファラデー回転係数2450
deg/cmを示した。しかし、成長温度を低く、かつ過冷却
度を大にしたため、融液中に自然核が析出し、その自然
核を核とした膜欠陥が多数発生した。その結果、結晶性
が劣化し光学特性の測定が不可能であった。
(Comparative Example 1) In mole%, 9.64% of Fe 2 O 3 , 0.08% of Y 2 O 3 , and 0.07% of L
u 2 O 3, 0.02% of Tb 4 O 7, 0.04% of Ho 2 O 3, and 33.25%
Using a melt composition using Bi 2 O 3 as a solute and flux as 7.02% B 2 O 3 and 49.88% PbO as fluxes, Ca-Mg-Zr-substituted Gd 3 G
LPE grown on a 5 O 12 substrate at a growth temperature of 721 ° C and ΔT45 ° C
Lu 0.3 Ho 0.1 Tb 0.1 Y 0.4 Bi 2.1 Fe 5 garnet film of O 12 composition, Faraday rotation coefficient 2450 in the used wavelength 1.55μm
deg / cm. However, since the growth temperature was low and the degree of supercooling was large, natural nuclei were precipitated in the melt, and many film defects with the natural nuclei as nuclei occurred. As a result, the crystallinity deteriorated, and it was impossible to measure the optical characteristics.

[発明の効果] 本発明組成のガーネット結晶は、大きなファラデー回
転係数が得られるため、ファラデー回転子の小型化が図
れる。また、ファラデー回転角の温度係数が小さいた
め、光アイソレータのアイソレーションの劣化が少な
い。更に、自然核欠陥の低減により育成歩留まりが大幅
に向上する。以上のことから、本発明の実用的価値は極
めて大きい。
[Effect of the Invention] The garnet crystal of the composition of the present invention can provide a large Faraday rotation coefficient, so that the size of the Faraday rotator can be reduced. In addition, since the temperature coefficient of the Faraday rotation angle is small, deterioration of the isolation of the optical isolator is small. Furthermore, the growth yield is greatly improved by reducing the natural nuclear defects. From the above, the practical value of the present invention is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は膜中のBi量とY量の関係を示した図、第2図は
自然核生成に及ぼす(膜中の)Ho量とTb量の比の影響を
示した図、第3図は(膜中の)Ho+Tb量とファラデー回
転角の温度係数の関係を示した図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the Bi amount and the Y amount in the film, FIG. 2 is a diagram showing the effect of the ratio of the Ho amount (in the film) to the Tb amount on the natural nucleation, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of Ho + Tb (in the film) and the temperature coefficient of the Faraday rotation angle.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一般式Lu3-(X+Y+Z+Q)YXTbYHoZBiQFe5O
12(但し、X,Y,およびZは0.1〜1.0、Qは0.5〜2.0)で
表される組成を有することを特徴とするBi置換磁性ガー
ネット。
[Claim 1] The general formula Lu 3- (X + Y + Z + Q) Y X Tb Y Ho Z Bi Q Fe 5 O
12. A Bi-substituted magnetic garnet having a composition represented by the formula: (where X, Y, and Z are 0.1 to 1.0, and Q is 0.5 to 2.0).
【請求項2】請求項1記載のBi置換磁性ガーネットを用
いたことを特徴とする磁気光学素子。
2. A magneto-optical element using the Bi-substituted magnetic garnet according to claim 1.
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