JP2874319B2 - 磁気光学材料、その製造法およびそれを用いた光素子 - Google Patents
磁気光学材料、その製造法およびそれを用いた光素子Info
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、波長特性が極めて良好な磁気光学材料、そ
の製造法およびそれを用いた光アイソレータ、光サーキ
ュレータ、磁界センサ、光スイッチ等の光素子に関す
る。
の製造法およびそれを用いた光アイソレータ、光サーキ
ュレータ、磁界センサ、光スイッチ等の光素子に関す
る。
光通信において、1.3μｍ帯および1.55μｍ帯の長波
長用の光アイソレータ等の光素子には、フラックス法や
フローティングゾーン法によって製造されたファラデー
効果の大きいビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット
（Gd3-xBixFe5O12;以下、GdBiIGと記載する。）やイッ
トリウム鉄ガーネット（以下、YIGと記載する。）単結
晶を用いたファラデー回転子が使用されている。
長用の光アイソレータ等の光素子には、フラックス法や
フローティングゾーン法によって製造されたファラデー
効果の大きいビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット
（Gd3-xBixFe5O12;以下、GdBiIGと記載する。）やイッ
トリウム鉄ガーネット（以下、YIGと記載する。）単結
晶を用いたファラデー回転子が使用されている。
しかしながら、GdBiIGやYIGはファラデー回転角の波
長変化が大きいために、光源の波長が変わると光アイソ
レータ等の光素子の特性が劣化したり、あるいは使用で
きないという欠点があった。
長変化が大きいために、光源の波長が変わると光アイソ
レータ等の光素子の特性が劣化したり、あるいは使用で
きないという欠点があった。
さらに、光通信において伝送容量を増加するために波
長の違う光を同一の光ファイバーを使用して伝送する波
長多重方式では1.3μｍ帯用の光アイソレータは1.55μ
ｍの波長では使用できず、また、1.55μｍ帯用のものは
1.3μｍの波長では使用できないという重大な問題点が
あった。
長の違う光を同一の光ファイバーを使用して伝送する波
長多重方式では1.3μｍ帯用の光アイソレータは1.55μ
ｍの波長では使用できず、また、1.55μｍ帯用のものは
1.3μｍの波長では使用できないという重大な問題点が
あった。
したがって、光源の波長が変化しても特性の劣化が少
なく、波長多重通信を実現するための充分な特性を有す
る光素子の開発が望まれている。
なく、波長多重通信を実現するための充分な特性を有す
る光素子の開発が望まれている。
本発明者等は、いくつかの波長でファラデー回転角が
等しくなる材料を開発すること、および広い波長帯域で
特性の良好な光アイソレータ等の光素子を開発すること
を目的として、種々の希土類鉄ガーネットを育成してそ
の磁気光学効果の測定を行った結果、ビスマスで置換し
たテルビウム鉄ガーネット（Tb3Fe5O12;以下、TbIGと記
載する。）及びそれを用いた光素子によって上記の目的
が達成できることを見出し本発明に到達した。
等しくなる材料を開発すること、および広い波長帯域で
特性の良好な光アイソレータ等の光素子を開発すること
を目的として、種々の希土類鉄ガーネットを育成してそ
の磁気光学効果の測定を行った結果、ビスマスで置換し
たテルビウム鉄ガーネット（Tb3Fe5O12;以下、TbIGと記
載する。）及びそれを用いた光素子によって上記の目的
が達成できることを見出し本発明に到達した。
即ち、本発明の要旨は、主成分組成が、 TbyBixR3-(x+y)Fe5-zMzO12 （式中、Ｒは、テルビウムを除く希土類元素またはイッ
トリウムを表し、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イン
ジウム、クロムまたはコバルトを表す。ｘ、ｙおよびｚ
は、それぞれ0.16≦ｘ≦0.18、1.5≦ｙ≦2.84、０≦ｚ
≦0.3である。） であることを特徴とする磁気光学材料、その製造法およ
びそれを用いた光素子に存する。
トリウムを表し、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イン
ジウム、クロムまたはコバルトを表す。ｘ、ｙおよびｚ
は、それぞれ0.16≦ｘ≦0.18、1.5≦ｙ≦2.84、０≦ｚ
≦0.3である。） であることを特徴とする磁気光学材料、その製造法およ
びそれを用いた光素子に存する。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の磁気光学材料は、主成分組成が、TbyBixR
3-(x+y)Fe5-zMzO12で表されるビスマス置換TbIGであ
る。
3-(x+y)Fe5-zMzO12で表されるビスマス置換TbIGであ
る。
ビスマス置換量は、１分子当り0.16以上0.18未満の範
囲である。ビスマス置換量がこの範囲内であると、光通
信で使用されうる約1.1μｍ〜1.6μｍの波長域内の２波
長でファラデー回転角が等しくなる。特に、ビスマス置
換量が0.18の場合（実施例２）は、半導体レーザの通常
の使用条件下における波長変化が±0.02μｍ以下である
ことを考慮すると、現在光通信で使用されている1.31±
0.02μｍおよび1.55±0.02μｍの２波長においてファラ
デー回転角が等しくなるため非常に好ましい。
囲である。ビスマス置換量がこの範囲内であると、光通
信で使用されうる約1.1μｍ〜1.6μｍの波長域内の２波
長でファラデー回転角が等しくなる。特に、ビスマス置
換量が0.18の場合（実施例２）は、半導体レーザの通常
の使用条件下における波長変化が±0.02μｍ以下である
ことを考慮すると、現在光通信で使用されている1.31±
0.02μｍおよび1.55±0.02μｍの２波長においてファラ
デー回転角が等しくなるため非常に好ましい。
本発明においては、テルビウムとビスマスが適切な量
比で含まれていれば、ガリウム、アルミニウム、インジ
ウム、コバルト、クロム等が鉄のサイトに置換されてい
てもよい。この場合、置換量は１分子当り0.3以下が望
ましい。また、テルビウムのサイトに他の希土類元素を
置換することもできる。
比で含まれていれば、ガリウム、アルミニウム、インジ
ウム、コバルト、クロム等が鉄のサイトに置換されてい
てもよい。この場合、置換量は１分子当り0.3以下が望
ましい。また、テルビウムのサイトに他の希土類元素を
置換することもできる。
このようにガリウム、アルミニウム、インジウム、コ
バルト、クロムや希土類元素等を置換することによって
飽和磁場を小さくする等、磁気的性質を改善することも
できる。
バルト、クロムや希土類元素等を置換することによって
飽和磁場を小さくする等、磁気的性質を改善することも
できる。
本発明のビスマス置換TbIGは、単結晶をフラックス
法、液相エピタキシャル法、ブリッジマン法、チョクラ
ルスシー法等によって育成することができる。また、焼
結法により多結晶体として製造することもできる。特
に、単結晶をフラックス法および液晶エピタキシャル法
によって育成するのが好ましい。
法、液相エピタキシャル法、ブリッジマン法、チョクラ
ルスシー法等によって育成することができる。また、焼
結法により多結晶体として製造することもできる。特
に、単結晶をフラックス法および液晶エピタキシャル法
によって育成するのが好ましい。
フラックス法の場合は、酸化鉛（PbO）、酸化ホウ素
（B2O5）、フッ化鉛（PbF2）、酸化ビスマス（Bi
2O3）、フッ化カリウム（KF）等の融剤（フラックス）
に結晶原料を溶解し、高温で飽和溶液を作り、この溶液
を徐冷することによって単結晶を析出、育成させる。
（B2O5）、フッ化鉛（PbF2）、酸化ビスマス（Bi
2O3）、フッ化カリウム（KF）等の融剤（フラックス）
に結晶原料を溶解し、高温で飽和溶液を作り、この溶液
を徐冷することによって単結晶を析出、育成させる。
液相エピタキシャル法の場合は、Gd3Ga5O12、（GdC
a）３（GaMgZr）5O12、Sm3Ga5O12等の非磁性ガーネット
基板に、フラックス法の場合と同様に調製した飽和溶液
を接触させることによって基板上に単結晶膜をエピタキ
シャル成長させる。基板と単結晶膜の格子定数の差が大
きいと単結晶膜にクラックが発生するため、成長させる
単結晶膜の格子定数に合致した基板を選択する必要があ
る。
a）３（GaMgZr）5O12、Sm3Ga5O12等の非磁性ガーネット
基板に、フラックス法の場合と同様に調製した飽和溶液
を接触させることによって基板上に単結晶膜をエピタキ
シャル成長させる。基板と単結晶膜の格子定数の差が大
きいと単結晶膜にクラックが発生するため、成長させる
単結晶膜の格子定数に合致した基板を選択する必要があ
る。
このようにして得られたビスマス置換TbIGを用いる
と、広い波長帯域で特性が良好であり、波長多重通信が
可能な光素子を製造することができる。
と、広い波長帯域で特性が良好であり、波長多重通信が
可能な光素子を製造することができる。
このような光素子としては、光アイソレータ、光サー
キュレータ、光スイッチ及び磁界センサを挙げることが
できる。
キュレータ、光スイッチ及び磁界センサを挙げることが
できる。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発
明はその要旨を越えない限り実施例により限定されるも
のではない。
明はその要旨を越えない限り実施例により限定されるも
のではない。
実施例１ Tb2.84Bi0.16Fe5O12の組成を有する単結晶をフラック
ス法により育成した。
ス法により育成した。
得られた単結晶を波長1.55μｍでファラデー回転角が
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
得られた磁気光学素子についてファラデー回転角の波
長依存性を測定したところ、波長1.18μｍの場合にもフ
ァラデー回転角が45度であった。
長依存性を測定したところ、波長1.18μｍの場合にもフ
ァラデー回転角が45度であった。
実施例２ Tb2.82Bi0.18Fe5O12の組成を有する単結晶をフラック
ス法により育成した。
ス法により育成した。
得られた単結晶を波長1.55μｍでファラデー回転角が
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
得られた磁気光学素子についてファラデー回転角の波
長依存性を測定したところ、波長1.31μｍの場合にもフ
ァラデー回転角が45度であった。
長依存性を測定したところ、波長1.31μｍの場合にもフ
ァラデー回転角が45度であった。
比較例１ Tb2.76Bi0.24Fe5O12の組成を有する単結晶をフラック
ス法により育成した。
ス法により育成した。
得られた単結晶を波長1.55μｍでファラデー回転角が
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
得られた磁気光学素子のファラデー回転角の波長依存
性を測定したところ、1.1μｍ〜1.6μｍの波長域でファ
ラデー回転角が45度となる波長は存在しなかった。
性を測定したところ、1.1μｍ〜1.6μｍの波長域でファ
ラデー回転角が45度となる波長は存在しなかった。
比較例２ Tb2.49Bi0.51Fe5O12の組成を有する単結晶をフラック
ス法により育成した。
ス法により育成した。
得られた単結晶を波長1.55μｍでファラデー回転角が
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
得られた磁気光学素子のファラデー回転角の波長依存
性を測定したところ、1.1μｍ〜1.6μｍの波長域でファ
ラデー回転角が45度となる波長は存在しなかった。
性を測定したところ、1.1μｍ〜1.6μｍの波長域でファ
ラデー回転角が45度となる波長は存在しなかった。
比較例３ Gd2.31Bi0.69Fe5O12の組成を有する単結晶をフラック
ス法により育成した。
ス法により育成した。
得られた単結晶を波長1.55μｍでファラデー回転角が
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
得られた磁気光学素子のファラデー回転角の波長依存
性を測定したところ、1.1μｍ〜1.6μｍの波長域でファ
ラデー回転角が45度となる波長は存在しなかった。
性を測定したところ、1.1μｍ〜1.6μｍの波長域でファ
ラデー回転角が45度となる波長は存在しなかった。
比較例４ Y3Fe5O12の組成を有する単結晶をフラックス法により
育成した。
育成した。
得られた単結晶を波長1.55μｍでファラデー回転角が
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
得られた磁気光学素子のファラデー回転角の波長依存
性を測定したところ、1.1μｍ〜1.6μｍの波長域でファ
ラデー回転角が45度となる波長は存在しなかった。
性を測定したところ、1.1μｍ〜1.6μｍの波長域でファ
ラデー回転角が45度となる波長は存在しなかった。
第１図に、実施例１〜２、比較例２〜４で得られた磁
気光学素子のファラデー回転角の絶対値の波長依存性を
示した。
気光学素子のファラデー回転角の絶対値の波長依存性を
示した。
実施例３ Sm3Ga5O12単結晶基板上に、PbO−Bi2O3系融剤から、T
b2.82Bi0.18Fe5O12の組成を有する単結晶膜を液相エピ
タキシャル法により育成した。
b2.82Bi0.18Fe5O12の組成を有する単結晶膜を液相エピ
タキシャル法により育成した。
得られた単結晶膜を波長1.55μｍでファラデー回転角
が45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
が45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
得られた磁気光学素子についてファラデー回転角の波
長依存性を測定したところ、波長1.31μｍの場合にもフ
ァラデー回転角が45度であった。
長依存性を測定したところ、波長1.31μｍの場合にもフ
ァラデー回転角が45度であった。
実施例４ Sm3Ga5O12単結晶基板上に、PbO−Bi2O3系融剤からTb
2.82Bi0.18Fe4.85Ga0.15O12の組成を有する単結晶膜を
液相エピタキシャル法により育成した。
2.82Bi0.18Fe4.85Ga0.15O12の組成を有する単結晶膜を
液相エピタキシャル法により育成した。
得られた単結晶膜を波長1.53μｍでファラデー回転角
が45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
が45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
得られた磁気光学素子についてファラデー回転角の波
長依存性を測定したところ、波長1.29μｍの場合にもフ
ァラデー回転角が45度であった。
長依存性を測定したところ、波長1.29μｍの場合にもフ
ァラデー回転角が45度であった。
実施例５ Sm3Ga5O12単結晶基板上に、PbO−Bi2O3系融剤からTb
2.53Gd0.30Bi0.17Fe5O12の組成を有する単結晶膜を液相
エピタキシャル法により育成した。
2.53Gd0.30Bi0.17Fe5O12の組成を有する単結晶膜を液相
エピタキシャル法により育成した。
得られた単結晶膜を波長1.57μｍでファラデー回転角
が45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
が45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
得られた磁気光学素子についてファラデー回転角の波
長依存性を測定したところ、波長1.33μｍの場合にもフ
ァラデー回転角が45度であった。
長依存性を測定したところ、波長1.33μｍの場合にもフ
ァラデー回転角が45度であった。
比較例５ （GdCa）３（GaMgZr）5O12単結晶基板上に、Tb2.19Bi
0.81Fe5O12の組成を有する単結晶膜を液相エピタキシャ
ル法により育成した。
0.81Fe5O12の組成を有する単結晶膜を液相エピタキシャ
ル法により育成した。
得られた単結晶膜を波長1.55μｍでファラデー回転角
が45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
が45度になるように規格化し、磁気光学素子とした。
得られた磁気光学素子のファラデー回転角の波長依存
性を測定したところ、1.1μｍ〜1.6μｍの波長域でファ
ラデー回転角が45度となる波長は存在しなかった。
性を測定したところ、1.1μｍ〜1.6μｍの波長域でファ
ラデー回転角が45度となる波長は存在しなかった。
実施例６ ２つの波長においてファラデー回転角が等しくなると
いう特異な現象を調べるために、実施例１で得られた磁
気光学素子について２μｍの波長までファラデー回転角
の測定を行った。その結果、Tbイオンの基底状態7F6か
ら励起状態7F0と7F1への遷移に起因するファラデー効果
（1.74μｍ、1.82μｍ及び1.84μｍの波長にピークがあ
る。）が測定された。1.74μｍより短波長側ではθＦは
負であり、これが短波長から長波長へ延びてきたビスマ
スの寄与による負のファラデー効果に重畳されているこ
とが判明した。
いう特異な現象を調べるために、実施例１で得られた磁
気光学素子について２μｍの波長までファラデー回転角
の測定を行った。その結果、Tbイオンの基底状態7F6か
ら励起状態7F0と7F1への遷移に起因するファラデー効果
（1.74μｍ、1.82μｍ及び1.84μｍの波長にピークがあ
る。）が測定された。1.74μｍより短波長側ではθＦは
負であり、これが短波長から長波長へ延びてきたビスマ
スの寄与による負のファラデー効果に重畳されているこ
とが判明した。
本発明によれば、ファラデー回転係数が一致する２波
長において共用することができるので、波長多重通信用
の光アイソレータ、光スイッチ、光サーキュレータ、磁
界センサー等の光素子として使用できるため工業上非常
に有用である。
長において共用することができるので、波長多重通信用
の光アイソレータ、光スイッチ、光サーキュレータ、磁
界センサー等の光素子として使用できるため工業上非常
に有用である。
【図面の簡単な説明】 第１図は、実施例１〜２、比較例２〜３で得られた磁気
光学素子のファラデー回転角の絶対値の波長依存性を示
す図面である。
光学素子のファラデー回転角の絶対値の波長依存性を示
す図面である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉城 孝彦 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/09 509 G02B 27/28 C01G 49/00 C30B 19/02 C30B 29/28
Claims (4)
- 【請求項１】主成分組成が、 TbyBixR3-(x+y)Fe5-zMzO12 （式中、Ｒは、テルビウムを除く希土類元素またはイッ
トリウムを表し、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イン
ジウム、クロムまたはコバルトを表す。ｘ、ｙおよびｚ
は、それぞれ0.16≦ｘ≦0.18、1.5≦ｙ≦2.84、０≦ｚ
≦0.3である。） であることを特徴とする磁気光学材料。 - 【請求項２】主成分組成が、 TbyBixR3-(x+y)Fe5-zMzO12 （式中、Ｒは、テルビウムを除く希土類元素またはイッ
トリウムを表し、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イン
ジウム、クロムまたはコバルトを表す。ｘ、ｙおよびｚ
は、それぞれ0.16≦ｘ≦0.18、1.5≦ｙ≦2.84、０≦ｚ
≦0.3である。） である単結晶をフラックス法で製造することを特徴とす
る磁気光学材料の製造法。 - 【請求項３】非磁性ガーネット基板上に、主成分組成
が、 TbyBixR3-(x+y)Fe5-zMzO12 （式中、Ｒは、テルビウムを除く希土類元素またはイッ
トリウムを表し、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イン
ジウム、クロムまたはコバルトを表す。ｘ、ｙおよびｚ
は、それぞれ0.16≦ｘ≦0.18、1.5≦ｙ≦2.84、０≦ｚ
≦0.3である。） である単結晶膜を液相エピタキシャル法で育成すること
を特徴とする磁気光学材料の製造法。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の磁気光学材料
を用いることを特徴とする光素子。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13238590 | 1990-05-22 | ||
| JP2-132385 | 1990-05-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05134221A JPH05134221A (ja) | 1993-05-28 |
| JP2874319B2 true JP2874319B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=15080153
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2264571A Expired - Fee Related JP2874320B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-10-02 | 磁気光学材料、その製造法およびそれを用いた光素子 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-10-02 JP JP2264571A patent/JP2874320B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-10-02 JP JP2264570A patent/JP2874319B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04118623A (ja) | 1992-04-20 |
| JPH05134221A (ja) | 1993-05-28 |
| JP2874320B2 (ja) | 1999-03-24 |
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