JP2924282B2 - 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

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準二 斉藤
英明 金田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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。
【0002】
【従来の技術】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-x BiX Fe5 12;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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GdB
iIG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。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。
【0004】
【課題を解決するための手段】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
びイットリウム、ガドリニウム、ホルミウム、イッテル
ビウムおよびアルミニウム、クロム、ガリウムまたはイ
ンジウムで置換したテルビウム鉄ガーネット(Tb3
5 12;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。
【0005】即ち、本発明の要旨は、主成分組成が、Tb 3-(x+z) Z Bi x Fe 5-y y 12 (式中、Rはイットリウム、ガドリニウム、ホルミウム
またはイッテルビウムであり、Mはアルミニウム、クロ
ム、ガリウムまたはインジウムであり、xは0.22≦
x≦0.55であり、yは0≦y≦0.3であり、zは
0<z≦0.5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。
【0006】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。
【0007】 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Tb 3-(x+z) Z Bi x Fe 5-y y 12 (式中、Rはイットリウム、ガドリニウム、ホルミウム
またはイッテルビウムであり、Mはアルミニウム、クロ
ム、ガリウムまたはインジウムである。)で表されるビ
スマス、およびイットリウム、ガドリニウム、ホルミウ
ムまたはイッテルビウム、およびアルミニウム、クロ
ム、ガリウムまたはインジウムで置換したTbIGであ
る。
【0008】ビスマス置換量は、1分子当り0.22以
上0.55以下の範囲である。イットリウム、ガドリニ
ウム、ホルミウムまたはイッテルビウムの置換量は、1
分子当り0.5以下の範囲である。アルミニウム、クロ
、ガリウムまたはインジウムの置換量は、1分子当り
0以上0.3以下の範囲である。本発明の置換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。
【0009】フラックス法の場合は、酸化鉛(Pb
O)、酸化ホウ素(B2 5 )、フッ化鉛(Pb
2 )、酸化ビスマス(Bi2 3 )、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、Gd3 Ga5 12、(GdCa)3 (GaMgZ
r)512、Sm3 Ga5 12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。
【0010】このようにして得られた置換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。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。
【0011】
【実施例】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。 実施例1 Tb2.470.24Bi0.29Fe5 12の組成を有する単結
晶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−267
deg/cm、FWCは0.6%であった。 実施例2 Tb2.680.10Bi0.22Fe5 12の組成を有する単結
晶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−163
deg/cm、FWCは1.0%であった。
【0012】 実施例 Sm3 Ga5 12単結晶基板上に、PbO−Bi2 3
系融剤からTb2.39Gd0.24Bi0.37Fe5 12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−375deg/cm、FWCは1.
5%であった。 実施例 Sm3 Ga5 12単結晶基板上に、PbO−Bi2 3
系融剤からTb2.35Ho0.23Bi0.42Fe5 12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−440deg/cm、FWCは1.
6%であった。
【0013】 実施例 Sm3 Ga5 12単結晶基板上に、PbO−Bi2 3
系融剤からTb2.37Yb0.23Bi0.40Fe5 12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−409deg/cm、FWCは1.
3%であった。 実施例 Sm3 Ga5 12単結晶基板上に、PbO−Bi2 3
系融剤からTb2.25Yb0.23Bi0.52Fe5 12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−580deg/cm、FWCは1.
7%であった。
【0014】 実施例 Sm3 Ga5 12単結晶基板上に、PbO−Bi2 3
系融剤からTb2.430.24Bi0.33Fe4.95Cr0.05
12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−322deg/cm、FW
Cは1.8%であった。 実施例 Sm3 Ga5 12単結晶基板上に、PbO−Bi2 3
系融剤からTb 2.47 Gd 0.25 Bi 0.28 Fe 4.95 In 0.05
12 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−249deg/cm、F
WCは0.6%であった。
【0016】 比較例1 Y3 Fe5 12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。得られた単結晶の波長1.5
5μmにおけるファラデー回転係数は176deg/c
m、FWCは1.9%であった。 比較例2 Sm3 Ga5 12単結晶基板上に、PbO−Bi2 3
系融剤からTb2.82Bi0.18Fe5 12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
れた単結晶の波長1.55μmにおけるファラデー回転
係数は−104deg/cm、FWCは5.9%であっ
た。
【0017】 比較例3 Tb2.370.23Bi0.40Fe4.65Al0.3512の組成を
有する単結晶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−352deg/cm、FWCは2.1%であった。 比較例4 Tb2.05Gd0.20Bi0.75Fe4.95In0.0512の組成
を有する単結晶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−901deg/cm、FWCは2.1%であっ
た。
【0018】
【発明の効果】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。
フロントページの続き (72)発明者 玉城 孝彦 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会放送技術研究所内 (56)参考文献 特開 平3−36516(JP,A) 特開 平2−91611(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/09 501 C01G 49/00 C30B 9/04 C30B 19/02 C30B 29/28

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分組成が、Tb 3-(x+z) Z Bi x Fe 5-y y 12 (式中、Rはイットリウム、ガドリニウム、ホルミウム
    またはイッテルビウムであり、Mはアルミニウム、クロ
    ム、ガリウムまたはインジウムであり、xは0.22≦
    x≦0.55であり、yは0≦y≦0.3であり、zは
    0<z≦0.5である。)であることを特徴とする磁気
    光学材料。
  2. 【請求項2】 主成分組成が、Tb 3-(x+z) Z Bi x Fe 5-y y 12 (式中、Rはイットリウム、ガドリニウム、ホルミウム
    またはイッテルビウムであり、Mはアルミニウム、クロ
    ム、ガリウムまたはインジウムであり、xは0.22≦
    x≦0.55であり、yは0≦y≦0.3であり、zは
    0<z≦0.5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。
  3. 【請求項3】 主成分組成が、Tb 3-(x+z) Z Bi x Fe 5-y y 12 (式中、Rはイットリウム、ガドリニウム、ホルミウム
    またはイッテルビウムであり、Mはアルミニウム、クロ
    ム、ガリウムまたはインジウムであり、xは0.22≦
    x≦0.55であり、yは0≦y≦0.3であり、zは
    0<z≦0.5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。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の磁気光学材料を用いるこ
    とを特徴とする光素子。
JP11766691A 1990-05-22 1991-05-22 磁気光学材料、その製造法およびそれを用いた光素子 Expired - Fee Related JP2924282B2 (ja)

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