JP2874320B2 - 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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- 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
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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。
光通信においては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はファラデー回転係数の
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。
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。
したがって、光源の波長が変化しても特性の劣化の少
ない光素子の開発が望まれている。
ない光素子の開発が望まれている。
本発明者等は、光通信に使用する波長においてファラ
デー回転係数の波長変化が少ない磁気光学材料を開発す
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、ビスマスおよびガリウム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。）
およ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。
デー回転係数の波長変化が少ない磁気光学材料を開発す
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、ビスマスおよびガリウム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。）
およ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、 Tb3-xBixFe5-yGayO12 （式中、ｘは0.22≦ｘ≦0.8であり、ｙは０＜ｙ＜0.1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。
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。
本発明においては、ファラデー回転係数の波長変化率
をFWCと略記した。また、1.55μｍの波長におけるFWC
は、半導体レーザー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して下記式で定義し
た。式中、θF 1.55及びθF 1.57は、それぞれ1.55μｍ
及び1.57μｍにおけるファラデー回転係数である。
をFWCと略記した。また、1.55μｍの波長におけるFWC
は、半導体レーザー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して下記式で定義し
た。式中、θF 1.55及びθF 1.57は、それぞれ1.55μｍ
及び1.57μｍにおけるファラデー回転係数である。
FWC＝｜（θF 1.55−θF 1.57）／θF 1.55×100| 本発明の磁気光学材料は、主成分組成が、Tb3-xBixFe
5-yGayO12で表されるビスマスおよびガリウム置換TbIG
である。
5-yGayO12で表されるビスマスおよびガリウム置換TbIG
である。
ビスマス置換量は、１分子当り0.22以上0.8以下の範
囲である。また、ガリウム置換量は、１分子当り0.1未
満の範囲である。
囲である。また、ガリウム置換量は、１分子当り0.1未
満の範囲である。
本発明のビスマスおよびガリウム置換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、チョクラルスキ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相エピタ
キシャル法によって育成するのが好ましい。
をフラックス法、液相エピタキシャル法、ブリッジマン
法、チョクラルスキ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相エピタ
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。この場合、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。この場合、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およびガリウム置換
TbIGを用いると、光源の波長が変化しても特性の劣化が
少なく、広い波長帯域で特性が良好な光素子を製造する
ことができる。
TbIGを用いると、光源の波長が変化しても特性の劣化が
少なく、広い波長帯域で特性が良好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、本発明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。
参考例 Y3Fe5O12の組成を有する単結晶を（YIG）フラックス
法により育成した。
法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μｍにおけるファラデー回
転係数は176deg/cm、FWCは1.9％であった。
転係数は176deg/cm、FWCは1.9％であった。
実施例１ Tb2.72Bi0.28Fe4.94Ga0.06O12の組成を有する単結晶
をフラックス法により育成した。
をフラックス法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μｍにおけるファラデー回
転係数は−256deg/cm、FWCは0.5％であり、YIGのFWCの
約1/4であった。
転係数は−256deg/cm、FWCは0.5％であり、YIGのFWCの
約1/4であった。
実施例２ Tb2.56Bi0.44Fe4.95Ga0.05O12の組成を有する単結晶
をフラックス法により育成した。
をフラックス法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μｍにおけるファラデー回
転係数は−426deg/cm、FWCは1.8％であった。
転係数は−426deg/cm、FWCは1.8％であった。
実施例３ Tb2.25Bi0.75Fe4.94Ga0.06O12の組成を有する単結晶
をフラックス法により育成した。
をフラックス法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μｍにおけるファラデー回
転係数は−900deg/cm、FWCは1.8％であった。
転係数は−900deg/cm、FWCは1.8％であった。
実施例４ Sm3Ga5O12単結晶基板上に、PbO−Bi2O3系融剤からTb
2.77Bi0.23Fe4.94Ga0.05O12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。
2.77Bi0.23Fe4.94Ga0.05O12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。
得られた単結晶膜の波長1.55μｍにおけるファラデー
回転係数は−220deg/cm、FWCは0.4％であり、YIGのFWC
の約1/4であった。
回転係数は−220deg/cm、FWCは0.4％であり、YIGのFWC
の約1/4であった。
実施例５ Sm3Ga5O12単結晶基板上に、PbO−Bi2O3系融剤からTb
2.65Bi0.35Fe4.97Ga0.03O12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。
2.65Bi0.35Fe4.97Ga0.03O12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。
得られた単結晶膜の波長1.55μｍにおけるファラデー
回転係数は−350deg/cm、FWCは0.3％であった。
回転係数は−350deg/cm、FWCは0.3％であった。
実施例６ Sm3Ga5O12単結晶基板上に、PbO−Bi2O3系融剤からTb
2.55Bi0.45Fe4.93Ga0.07O12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。
2.55Bi0.45Fe4.93Ga0.07O12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。
得られた単結晶膜の波長1.55μｍにおけるファラデー
回転係数は−405deg/cm、FWCは1.5％であった。
回転係数は−405deg/cm、FWCは1.5％であった。
比較例１ Tb3Fe5O12の組成を有する単結晶（TbIG）をフラック
ス法により育成した。
ス法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μｍにおけるファラデー回
転係数は189deg/cm、FWCは8.7％であった。
転係数は189deg/cm、FWCは8.7％であった。
比較例２ Tb2.35Bi0.65Fe4.95O12の組成を有する単結晶をフラ
ックス法により育成した。
ックス法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μｍにおけるファラデー回
転係数は−753deg/cm、FWCは2.3％であり、YIGのFWCよ
り大きかった。
転係数は−753deg/cm、FWCは2.3％であり、YIGのFWCよ
り大きかった。
比較例３ Tb2.4Bi0.6Fe4.7Ga0.3O12の組成を有する単結晶をフ
ラックス法により育成した。
ラックス法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μｍにおけるファラデー回
転係数は−507deg/cm、FWCは2.0％であり、YIGのFWCよ
り大きかった。
転係数は−507deg/cm、FWCは2.0％であり、YIGのFWCよ
り大きかった。
比較例４ （GdCa）３（GaMgZr）5O12単結晶基板上に、Tb2.00Bi
1.00Fe5O12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。
1.00Fe5O12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。
得られた単結晶膜の波長1.55μｍにおけるファラデー
回転係数は−1230deg/cm、FWCは2.1％であり、YIGのFWC
より大きかった。
回転係数は−1230deg/cm、FWCは2.1％であり、YIGのFWC
より大きかった。
比較例５ Sm3Ga5O12単結晶基板上に、PbO−Bi2O3系融剤からGd
2.55Bi0.45Fe4.95Ga0.05O12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。
2.55Bi0.45Fe4.95Ga0.05O12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。
得られた単結晶膜の波長1.55μｍにおけるファラデー
回転係数は−520deg/cm、FWCは3.2％であり、YIGのFWC
より大きかった。
回転係数は−520deg/cm、FWCは3.2％であり、YIGのFWC
より大きかった。
実施例７〜８ 実施例１および実施例２で得られた磁気光学材料を用
いて波長1.55μｍ用光アイソレータのファラデー回転子
を製造し、その基本特性を測定した結果、どちらも挿入
損失は0.1dB以下、消光能率は37dB以上であり、非常に
高性能であった。
いて波長1.55μｍ用光アイソレータのファラデー回転子
を製造し、その基本特性を測定した結果、どちらも挿入
損失は0.1dB以下、消光能率は37dB以上であり、非常に
高性能であった。
実施例９ 実施例４で得られた磁気光学材料を用いて波長1.55μ
ｍ用光アイソレータのファラデー回転子を製造し、その
基本特性を測定した結果、挿入損失は0.5dB、消光比は3
6dBであった。
ｍ用光アイソレータのファラデー回転子を製造し、その
基本特性を測定した結果、挿入損失は0.5dB、消光比は3
6dBであった。
このファラデー回転子と偏光子および永久磁石を用い
て外形寸法直径5mm×高さ5mmの光アイソレータを作製し
た。得られた光アイソレータは、波長1.5μｍ〜1.6μｍ
の範囲で挿入損失は0.8dB以下、アイソレーションは37d
B以上であり、非常に高性能であった。
て外形寸法直径5mm×高さ5mmの光アイソレータを作製し
た。得られた光アイソレータは、波長1.5μｍ〜1.6μｍ
の範囲で挿入損失は0.8dB以下、アイソレーションは37d
B以上であり、非常に高性能であった。
実施例10 ファラデー回転係数の波長変化率が小さくなる原因を
調べるために、実施例１で作製した磁気光学素子につい
て２μｍの波長まで磁気光学特性の測定を行った。
調べるために、実施例１で作製した磁気光学素子につい
て２μｍの波長まで磁気光学特性の測定を行った。
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、1.8
2μｍおよび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Bi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。
7F1への遷移に起因するファラデー効果（1.74μｍ、1.8
2μｍおよび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Bi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、波長1.55μｍ帯という光通信に使用
する実用的な波長においてファラデー回転係数の波長変
化が非常に小さい磁気光学素子が得られるため、半導体
レーザー等の光源の発振波長が変化しても性能の劣化が
小さい光アイソレータ、光スイッチ、光サーキュレー
タ、磁界センサー等の光素子を製造することができ、工
業上非常に有用である。
する実用的な波長においてファラデー回転係数の波長変
化が非常に小さい磁気光学素子が得られるため、半導体
レーザー等の光源の発振波長が変化しても性能の劣化が
小さい光アイソレータ、光スイッチ、光サーキュレー
タ、磁界センサー等の光素子を製造することができ、工
業上非常に有用である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 1/09 501 G02B 27/28 C01G 49/00 C30B 19/02 C30B 29/28
Claims (4)
- 【請求項１】主成分組成が、 Tb3-xBixFe5-yGayO12 （式中、ｘは0.22≦ｘ≦0.8であり、 ｙは０＜ｙ＜0.1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、 Tb3-xBixFe5-yGayO12 （式中、ｘは0.22≦ｘ≦0.8であり、 ｙは０＜ｙ＜0.1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】主成分組成が、 Tb3-xBixFe5-yGayO12 （式中、ｘは0.22≦ｘ≦0.8であり、 ｙは０＜ｙ＜0.1である。） である単結晶膜を液相エピタキシャル法で製造すること
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 |
|---|---|
| JPH04118623A JPH04118623A (ja) | 1992-04-20 |
| JP2874320B2 true JP2874320B2 (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 |
| JP2264570A Expired - Fee Related JP2874319B2 (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 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2264570A Expired - Fee Related JP2874319B2 (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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (2) | JP2874320B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5965287A (en) * | 1996-10-29 | 1999-10-12 | Fdk Corporation | Magneto-optical element material and Faraday element using the same |
| EP1975682A4 (en) * | 2006-01-19 | 2012-04-18 | Mitsumi Electric Co Ltd | BROADBAND OPTICAL ISOLATOR OF WAVE-GUARD TYPE |
| US7427577B2 (en) | 2006-04-06 | 2008-09-23 | Nanocerox Inc | Sintered polycrystalline terbium aluminum garnet and use thereof in magneto-optical devices |
-
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 |
| JP2874319B2 (ja) | 1999-03-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |