JP3148024B2 - Reflection type optical magnetic field sensor head - Google Patents
Reflection type optical magnetic field sensor headInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ビスマス置換磁性ガー
ネット膜のファラデー効果を利用した光磁界センサヘッ
ドに関する。更に詳しく云えば、本発明は、磁界の強弱
を検知する磁界センサにおいて、小型軽量で、しかも容
易に量産が可能な磁界の強弱を検知するための反射型光
磁界センサヘッドの改良に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical magnetic field sensor head utilizing the Faraday effect of a bismuth-substituted magnetic garnet film. More specifically, the present invention relates to an improvement in a reflection-type optical magnetic field sensor head for detecting the strength of a magnetic field that is small, lightweight, and can be easily mass-produced in a magnetic field sensor for detecting the strength of a magnetic field. .
【0002】[0002]
【従来の技術】現在、一般に汎用されている工業装置や
民生用機器などには、モーターや歯車などの回転装置や
回転部分を有しているものが多い。科学技術の進歩と地
球環境保護、および、省エネルギーに対する社会的な関
心と要請の高まりから、産業装置、例えば、航空機や船
舶など、および、民生機器、例えば、乗用車などの回転
機器・装置の運転制御を、より高度・高精度に実施しよ
うとの試みが具体的になされるようになってきた。2. Description of the Related Art At present, many industrial devices and consumer devices generally used generally have a rotating device such as a motor or a gear and a rotating portion. Due to the advancement of science and technology and the growing public interest and demand for energy conservation, the operation control of industrial equipment, for example, aircraft and ships, and consumer equipment, for example, rotating equipment and devices such as passenger cars Attempts have been made to implement the method with higher accuracy and higher precision.
【0003】地球環境保護、および、省エネルギーに対
する社会的要請に答える具体的な方法の一つとして回転
機器・装置のより高度・高精度な運転制御を実現するた
めには、先ず、その正確な回転速度〔数〕を連続的に、
しかも即時に知ることができなければならない。回転機
器・装置の正確な回転速度〔数〕を知るためには、正確
な回転速度を即時に計測することのできる信頼性の高い
回転速度計・測定装置が提供されなければならない。し
かし、未だ、この社会的要請に答え得る、更に具体的に
言えば、小型軽量で、精度が高く、取扱い易く、高温で
振動の伴う過酷な環境下での長期間の連続使用に耐える
ことができて、しかも安価な測定装置は、提供されてい
ない。地球環境保護、および、省エネルギーに対する国
際的な社会的要請に答えるためには、早急に社会的要請
に答え得る高い性能を有する測定装置を開発して、より
安価に、しかも、大量に提供する必要がある。As one of the concrete methods for responding to social demands for protection of the global environment and energy saving, in order to realize more advanced and highly accurate operation control of rotating equipment and devices, first, accurate rotation must be performed. Speed [number] continuously,
And they must be able to know immediately. In order to know the exact rotation speed [number] of the rotating device / device, a highly reliable tachometer / measuring device capable of instantly measuring the accurate rotation speed must be provided. However, it can still meet this social demand. More specifically, it is small, lightweight, highly accurate, easy to handle and can withstand long-term continuous use in harsh environments with high temperatures and vibration. A possible and inexpensive measuring device has not been provided. In order to respond to the international social demands for global environmental protection and energy saving, it is necessary to develop high-performance measuring devices that can quickly respond to social demands, and provide them inexpensively and in large quantities. There is.
【0004】既に、回転速度〔数〕を測定する方法とし
て、電磁誘導を利用する方法〔センサ技術、1986年、12
月号、68ページ〕や磁気光学材料のファラデー効果を利
用した光磁界センサを用いる方法〔アプライド オプテ
イックス(Applied Optics)、第28巻、第11号、1992頁(1
989 年) 〕が提案されている。[0004] As a method for measuring the rotational speed [number], a method using electromagnetic induction [sensor technology, 1986, 12
Monthly, p. 68) and a method using an optical magnetic field sensor utilizing the Faraday effect of a magneto-optical material (Applied Optics, Vol. 28, No. 11, p. 1992 (1.
989)].
【0005】電磁誘導を利用する方法は、既に、航空機
や自動車用エンジンなどの回転速度〔数〕の計測・測定
に用いられている。しかし、電磁誘導を利用した回転速
度計には、計測端子と機器本体との間の伝送線路〔ケー
ブル〕で電磁気的雑音を受け易く信頼性に劣ると言った
重大な欠点がある。また、電気回路を用いるため、有機
溶剤などの可燃性物質、即ち、危険物を取り扱う施設、
換言すれば、危険物製造所や危険物取扱所では、防爆対
策を実施しなければならないと言う重大な問題点があ
る。The method using electromagnetic induction has already been used for measuring and measuring the rotational speed [number] of an aircraft or an automobile engine. However, the tachometer using electromagnetic induction has a serious drawback in that the transmission line (cable) between the measurement terminal and the device main body is susceptible to electromagnetic noise and is inferior in reliability. In addition, since electric circuits are used, flammable substances such as organic solvents, that is, facilities that handle hazardous materials,
In other words, there is a serious problem that explosion-proof measures must be taken at hazardous material factories and hazardous material handling sites.
【0006】磁気光学材料のファラデー効果を利用した
光磁界センサを用いる方法は、光磁界センサに永久磁石
〔磁界〕が接近すると、光磁界センサ中の磁気光学材料
の偏波面が、磁界〔磁石〕の有無によって回転すること
を利用するものである。即ち、光磁界センサ中の磁気光
学材料を透過する光の偏波面の回転を、光強度の変化に
変換して検知・計数して回転速度〔数〕を測定しようと
するものである〔ナショナル テクニカル レポート(N
ational Technical Report) 、Vol.29, No.5,P70(1983)
〕。A method using an optical magnetic field sensor utilizing the Faraday effect of a magneto-optical material is such that when a permanent magnet [magnetic field] approaches the optical magnetic field sensor, the polarization plane of the magneto-optical material in the optical magnetic field sensor changes the magnetic field [magnet]. It uses the fact that it rotates depending on the presence or absence. That is, the rotation of the plane of polarization of light transmitted through the magneto-optical material in the optical magnetic field sensor is converted into a change in light intensity, and the rotation is detected and counted to measure the rotation speed [number] [National Technical Report (N
ational Technical Report), Vol.29, No.5, P70 (1983)
].
【0007】光磁界センサには、透過型と反射型とがあ
る。透過型は、その構成部品の性質から、信号光の入
射、および、透過の方向が一直線上に並ぶように配置・
配列しなければならないため、その設置場所に制約があ
り、その使用目的と設置場所によっては、設置・採用す
ることができない。The optical magnetic field sensor includes a transmission type and a reflection type. Due to the nature of the components, the transmission type is arranged so that the directions of signal light incidence and transmission are aligned.
Since they must be arranged, there are restrictions on their installation locations, and they cannot be installed or adopted depending on the purpose of use and the installation locations.
【0008】透過型光磁界センサの欠点を改善する構成
として反射型の光磁界センサが提案されている〔特開昭
56-55811、特公平3-22595 〕。ここに提案されている反
射型の光磁界センサは、信号光の入力用光ファイバと出
力用光ファイバが、ファラデー回転子に対して、同じ
側、換言すれば、出力用光ファイバが入力用光ファイバ
と同じ方向、更に換言すれば、ファラデー回転子は、光
磁界センサの先端部に配置・設置されている。故に、反
射型光磁界センサは、取付け空間が狭くて透過型光磁界
センサが設置できないような夾雑な、狭い空間にも設置
することができると言った特徴を有している。しかし、
松井らの提案〔特開昭56-55811〕になる反射型光磁界セ
ンサは、レンズと偏光子、および、レンズと検光子を直
列に並べて、しかも、並列に配置しなければならないた
め組立作業の自動化が難しく、従って、製造コストの低
減が困難であるという重大な問題点を残している。[0008] A reflection type optical magnetic field sensor has been proposed as a configuration for improving the drawbacks of the transmission type optical magnetic field sensor [
56-55811, Tokuhei 3-22595]. In the reflection type optical magnetic field sensor proposed here, the input optical fiber and the output optical fiber of the signal light are on the same side of the Faraday rotator, in other words, the output optical fiber is the input optical fiber. The Faraday rotator is disposed and installed at the tip of the optical magnetic field sensor in the same direction as the fiber, in other words, the Faraday rotator. Therefore, the reflection type optical magnetic field sensor has a feature that it can be installed in a contaminated and narrow space where the installation space is narrow and a transmission type optical magnetic field sensor cannot be installed. But,
The reflection-type optical magnetic field sensor proposed by Matsui et al. [Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-55811] requires a lens and a polarizer, and a lens and an analyzer to be arranged in series, and furthermore, because they must be arranged in parallel. There remains a significant problem in that automation is difficult and, therefore, manufacturing costs are difficult to reduce.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】松村ら〔特公平3-2259
5 〕は、松井らの提案した反射型光磁界センサヘッドの
問題点、即ち、組立作業の自動化が難しく、従って、製
造コストの低減が困難であるという問題点を解決する方
法として、偏光子と検光子とを、一つの偏光子に置き換
える構成を提案している。また、松村らは、ファラデー
回転子〔磁気光学材料〕として、イットリウム・鉄・ガ
ーネット(化学構造式:Y3Fe5O12)を用いている。イッ
トリウム・鉄・ガーネートは、通常一般に、YIG と称さ
れ、融液法などの公知の方法で製造することができる。
イットリウム・鉄・ガーネット(YIG)は、従来から、フ
ァラデー回転子として使用されてきた常磁性ガラスやセ
レン化亜鉛(ZnSe)等に較べて感度が非常に高いという
特性を有している。従って、松村らの提案、即ち、イッ
トリウム・鉄・ガーネット(YIG)を、反射型光磁界セン
サのファラデー回転子として使用するとの提案は、その
特性の面で極めて興味のある提案であると言える。しか
し、イットリウム・鉄・ガーネット(YIG) の光の透過性
に関する性質・特徴を考えるとき、光磁界センサの磁気
光学材料、即ち、ファラデー回転子としての実用性に疑
問が生じる。即ち、既に、イットリウム・鉄・ガーネッ
ト(YIG) が、波長 1.1μm以上の近赤外波長領域の光を
良く透過し、波長領域 0.8μm 帯の光を良く吸収すると
言う特徴ある性質を有していることが知られているから
である。[Problems to be solved by the invention] Matsumura et al.
5] is a method for solving the problem of the reflection type optical magnetic field sensor head proposed by Matsui et al., Namely, the problem that it is difficult to automate the assembly work and therefore it is difficult to reduce the manufacturing cost. It proposes a configuration in which an analyzer is replaced with one polarizer. Matsumura et al. Use yttrium / iron / garnet (chemical structural formula: Y 3 Fe 5 O 12 ) as a Faraday rotator (magneto-optical material). Yttrium / iron / garnate is generally called YIG and can be produced by a known method such as a melt method.
Yttrium / Iron / Garnet (YIG) has a characteristic that its sensitivity is much higher than that of paramagnetic glass, zinc selenide (ZnSe), and the like which have been conventionally used as a Faraday rotator. Therefore, the proposal by Matsumura et al., That is, the use of yttrium / iron / garnet (YIG) as the Faraday rotator of the reflection-type optical magnetic field sensor can be said to be a very interesting proposal in terms of its characteristics. However, when considering the properties and characteristics of light transmission of yttrium / iron / garnet (YIG), a question arises about the practicality of the magneto-optical material of the optical magnetic field sensor as a Faraday rotator. That is, yttrium, iron, and garnet (YIG) already have the characteristic property that they transmit light in the near-infrared wavelength region of 1.1 μm or more well and absorb light in the wavelength region of 0.8 μm well. Because it is known that there is.
【0010】現在、通常一般に、光センサの光源として
は、 0.78 μm 乃至 0.85 μm に中心波長を有する半導
体レーザ(LD)や発光ダイオード(LED) が賞用・汎用され
ている。半導体レーザ(LD)や発光ダイオード(LED) が光
センサの光源として汎用されている理由は、既に、光源
装置として安価に市販されており、しかも、光検出器の
感度も高いからである。従って、光磁界センサの光源と
して、市販の光源装置を使用するのが最も好ましい、換
言すれば、市販の光源装置を使用して、高感度に作動す
る光磁界センサを安価に提供するのが社会的要請に答え
る最良の対応方法であることは言うまでもない。At present, generally, as a light source of an optical sensor, a semiconductor laser (LD) or a light emitting diode (LED) having a center wavelength of 0.78 μm to 0.85 μm has been awarded and widely used. Semiconductor lasers (LDs) and light-emitting diodes (LEDs) are widely used as light sources for optical sensors because they are already commercially available at low cost as light source devices and have high photodetector sensitivity. Therefore, it is most preferable to use a commercially available light source device as a light source for the optical magnetic field sensor. In other words, it is a socially necessary to provide a highly sensitive optical magnetic field sensor using a commercially available light source device at low cost. Needless to say, this is the best way to respond to the demands.
【0011】イットリウム・鉄・ガーネット(YIG) が、
波長領域 0.8μm 帯の光を良く吸収すると言うことは、
光源として、市販の光源装置を使用すると、光信号の検
出が困難になる可能性があることを意味している。即
ち、イットリウム・鉄・ガーネット(YIG) には、光磁界
センサ用磁気光学材料、換言すれば、ファラデー回転子
に要求される物性・性質に、基本的な欠点・欠陥がある
ことを示している。[0011] Yttrium, iron and garnet (YIG)
The fact that it absorbs light in the wavelength region of 0.8 μm well means that
If a commercially available light source device is used as the light source, it means that it may be difficult to detect an optical signal. That is, it shows that yttrium, iron, and garnet (YIG) have basic defects and defects in the physical properties and properties required for the magneto-optical material for the optical magnetic field sensor, in other words, the Faraday rotator. .
【0012】本願発明者らは、松村らの提案に強い興味
と危惧の念とを抱いた。従って、本願発明者らは、イッ
トリウム・鉄・ガーネット(YIG) の欠点・危惧を回避す
る方法について、種々の検討を実施した結果、磁気光学
材料として注目されているビスマス置換磁性ガーネット
に、その可能性を見い出した。ここに提案するビスマス
置換磁性ガーネットは、液相エピタキシャル(LPE) 法
で、比較的容易に製造することができ、しかも、量産性
にも優れている。ビスマス置換磁性ガーネットは、化学
構造式 (RBi)3(FeA)5O12 で表される。ここに、R は、
イットリウムY 、或いは、希土類元素を意味し、A は、
アルミニウムAlやガリウムGaなどのことを意味する。The inventors of the present application have strong interest and apprehension in Matsumura's proposal. Therefore, the present inventors have conducted various studies on a method of avoiding the drawbacks and fears of yttrium / iron / garnet (YIG), and as a result, have found that bismuth-substituted magnetic garnet, which has been attracting attention as a magneto-optical material, is capable of doing so. I found sex. The bismuth-substituted magnetic garnet proposed here can be manufactured relatively easily by a liquid phase epitaxial (LPE) method, and is excellent in mass productivity. Bismuth-substituted magnetic garnet is represented by the chemical formula (RBi) 3 (FeA) 5 O 12 . Where R is
Y means Y or a rare earth element, and A is
It means aluminum Al or gallium Ga.
【0013】ビスマス置換磁性ガーネットのファラデー
回転係数、換言すれば、磁化が飽和された状態における
単位膜厚当たりの偏波面の回転角は、イットリウム・鉄
・ガーネット(YIG) のファラデー回転係数に比べて数倍
以上、更に具体的に言えば、例えば、波長 0.8μm にお
いて約10倍も大きい。従って、磁気光学材料として同じ
効果を期待する場合には、ファラデー回転係数に比例し
て磁気光学材料の膜厚を薄くすることが可能であり、そ
の結果として、光の吸収損失が少なくなり、より小さ
く、小型化することができることを示唆している。即
ち、磁気光学材料の材質を、イットリウム・鉄・ガーネ
ット(YIG) からビスマス置換磁性ガーネットに替えるこ
とによって、素子の膜厚が薄くなり、光の吸収損失が少
なくなり、波長領域 0.8μm 帯の光を光源とする光磁界
センサの開発が可能であることを示唆している。The Faraday rotation coefficient of the bismuth-substituted magnetic garnet, in other words, the rotation angle of the polarization plane per unit film thickness in the state where the magnetization is saturated, is smaller than the Faraday rotation coefficient of yttrium / iron / garnet (YIG). More than several times, more specifically, for example, about 10 times larger at a wavelength of 0.8 μm. Therefore, when the same effect is expected as the magneto-optical material, it is possible to reduce the film thickness of the magneto-optical material in proportion to the Faraday rotation coefficient. As a result, light absorption loss is reduced, and It suggests that it can be smaller and smaller. That is, by changing the material of the magneto-optical material from yttrium / iron / garnet (YIG) to a bismuth-substituted magnetic garnet, the film thickness of the element becomes thinner, light absorption loss is reduced, and light in the wavelength region of 0.8 μm band is reduced. This suggests that it is possible to develop an optical magnetic field sensor that uses a light source.
【0014】また、ビスマス置換磁性ガーネットの飽和
磁界〔 500〜1200 Oe 〕は、イットリウム・鉄・ガーネ
ット(YIG) の飽和磁界〔約1800 Oe 〕の半分程度であ
る。従って、弱い磁界の測定も可能であると期待され
る。弱い磁界の測定が可能であると言うことは、永久磁
石と光磁界センサとの距離・間隔をより長くすることが
できると言うことを意味している。このことは、光磁界
センサの配置・設置の自由度・フレキシビリティーの向
上を意味しており、光磁界センサの利用分野の拡大の可
能性を示唆するものである。The saturation magnetic field [500 to 1200 Oe] of the bismuth-substituted magnetic garnet is about half of the saturation magnetic field [about 1800 Oe] of yttrium / iron / garnet (YIG). Therefore, it is expected that a weak magnetic field can be measured. The fact that a weak magnetic field can be measured means that the distance and interval between the permanent magnet and the optical magnetic field sensor can be made longer. This means improvement in the degree of freedom and flexibility of arrangement and installation of the optical magnetic field sensor, and suggests the possibility of expanding the field of use of the optical magnetic field sensor.
【0015】本願発明者らは、上述した検討結果等か
ら、ビスマス置換磁性ガーネットを磁気光学材料、即
ち、ファラデー回転子とする反射型光磁界センサの開発
が可能であるとの確信を得て、更に、種々の基礎実験、
および、開発実験を実施した。本願発明者らは、先ず、
特公平3-22595 明細書の記載に従って、イットリウム・
鉄・ガーネット(YIG) の替わりにビスマス置換磁性ガー
ネットを用いて反射型光磁界センサ〔図1〕を製作し
た。図1において、符号1 は半導体レーザ等からなる光
源、符号2 はレンズ、符号3 は入射光の一部を反射さ
せ、一部を透過するハーフミラー、符号4 は光ファイ
バ、符号5 は分布屈折率レンズ等からなるレンズ、符号
6 はルチル単結晶等からなる偏光子、符号7 はビスマス
置換希土類磁性ガーネットからなるファラデー回転子、
符号8 は金属薄膜等からなる反射膜、符号9 は光検出器
〔パワーメータ〕である。光源1 から出射された信号光
は、レンズ2 、ハーフミラー3 を経て光ファイバ4 に集
光・導かれる。光ファイバ4 に導かれた信号光は、レン
ズ5 により平行光となって、偏光子6 に入射する。信号
光は、偏光子6 により直線偏光となる。次いで、直線偏
光となった信号光は、ファラデー回転子7 に入射して、
その一部がファラデー回転子を透過して反射膜8 に至
る。反射膜8 に到達した信号光は、反射膜8 の表面で反
射して逆進し、再び、ファラデー回転子7 、偏光子6 に
入射する。偏光素子6 を透過した信号光〔反射戻り光〕
は、レンズ5 により光ファイバ4 に結合される。光ファ
イバ4 に入射した信号光〔反射戻り光〕は、ハーフミラ
ー3 に入射する。ハーフミラー3 に入射した信号光〔反
射戻り光〕は、ハーフミラー3 によって、その一部が反
射して光検出器9 に達して、その光強度が測定される。[0015] The inventors of the present application have obtained the conviction that it is possible to develop a reflection type optical magnetic field sensor using a bismuth-substituted magnetic garnet as a magneto-optical material, that is, a Faraday rotator, based on the above-described examination results and the like. In addition, various basic experiments,
And a development experiment was conducted. The inventors of the present application firstly
Japanese Patent Publication No. 3-22595 Yttrium
A reflection-type optical magnetic field sensor (FIG. 1) was manufactured using bismuth-substituted magnetic garnet instead of iron / garnet (YIG). In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source made of a semiconductor laser or the like, reference numeral 2 denotes a lens, reference numeral 3 denotes a half mirror that reflects part of incident light and transmits part of the light, reference numeral 4 denotes an optical fiber, and reference numeral 5 denotes distributed refraction. Lenses and signs consisting of rate lenses
6 is a polarizer made of rutile single crystal or the like, 7 is a Faraday rotator made of bismuth-substituted rare earth magnetic garnet,
Reference numeral 8 denotes a reflection film made of a metal thin film or the like, and reference numeral 9 denotes a photodetector (power meter). The signal light emitted from the light source 1 is condensed and guided to an optical fiber 4 via a lens 2 and a half mirror 3. The signal light guided to the optical fiber 4 becomes parallel light by the lens 5 and enters the polarizer 6. The signal light is linearly polarized by the polarizer 6. Next, the linearly polarized signal light enters the Faraday rotator 7 and
Part of the light passes through the Faraday rotator and reaches the reflection film 8. The signal light that has reached the reflection film 8 is reflected on the surface of the reflection film 8 and travels backward, and then enters the Faraday rotator 7 and the polarizer 6 again. Signal light transmitted through the polarizing element 6 (reflection return light)
Is coupled to the optical fiber 4 by the lens 5. The signal light (reflected return light) incident on the optical fiber 4 is incident on the half mirror 3. Part of the signal light (reflected return light) that has entered the half mirror 3 is reflected by the half mirror 3 and reaches the photodetector 9, where the light intensity is measured.
【0016】次いで、本願発明者らは、ファラデー回転
子としてビスマス置換磁性ガーネットを採用し、図1に
示される反射型光磁界センサを用いて、ファラデー回転
子に印加する磁界強度を種々に変化させながら光信号の
検出実験を実施した。しかし、本願発明者らの期待に反
して、外部磁界の印加の有無にかかわらず、光信号を、
全く検知・検出することが出来なかった。拠って、光信
号を検出することが出来ない理由・原因を究明するため
に、種々の基礎実験を行なった。その結果、本願発明者
らは、図1に示した反射型光磁界センサでは、ファラデ
ー回転素子として多数の磁区を有する多磁区構造体を用
いると、外部磁界の印加の有無にかかわらず、光の強度
に変化が生じないとの結論を得た。Next, the present inventors adopted a bismuth-substituted magnetic garnet as the Faraday rotator, and varied the intensity of the magnetic field applied to the Faraday rotator using the reflection type optical magnetic field sensor shown in FIG. The experiment of optical signal detection was carried out. However, contrary to the expectations of the present inventors, regardless of whether an external magnetic field is applied, the optical signal is
No detection was possible. Therefore, various basic experiments were performed to determine the reason and cause of the inability to detect the optical signal. As a result, in the reflection-type optical magnetic field sensor shown in FIG. 1, the present inventors use a multi-domain structure having a large number of magnetic domains as the Faraday rotation element, regardless of whether an external magnetic field is applied or not. It was concluded that there was no change in strength.
【0017】ここに得られた本願発明者らの実験・検討
結果は、ビスマス置換磁性ガーネットと同じ多磁区構造
体であるイットリウム・鉄・ガーネット(YIG) をファラ
デー回転素子として使用している松村らの実験結果〔特
公平3-22595 、実施例〕と、一致しない。本願発明者ら
には、未だ、イットリウム・鉄・ガーネット(YIG) と同
じ多磁区構造体であるビスマス置換磁性ガーネットが、
ファラデー回転素子として有効に機能しない、機能しな
かった理由がわからない。The experimental and examination results obtained by the inventors of the present application show that Matsumura et al. Used the same multi-domain structure yttrium-iron-garnet (YIG) as bismuth-substituted magnetic garnet as a Faraday rotator. Does not agree with the experimental result [Japanese Patent Publication No. 3-22595, Example]. The present inventors still have bismuth-substituted magnetic garnet, which is the same multi-domain structure as yttrium-iron-garnet (YIG),
It does not function effectively as a Faraday rotation element, and the reason why it did not function is unknown.
【0018】本願発明者らは、上述した実験結果を詳細
に再検討すると共に、更に詳細な基礎実験を行なった結
果、反射膜、ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜、偏
光子、光入出力装置から構成し、しかも、光入出力装置
の光入出力用の光路を二つに分離し、ここに分離した光
入力路と光出力路の二つの光路のなす角度が5度以上に
なるように設定・配置することによって反射型の光磁界
センサを構成することができるとの知見を得て、更に、
鋭意研究検討を行い、ビスマス置換磁性ガーネット製フ
ァラデー回転子を用いる反射型光磁界センサとして完成
させて提案〔特願平4-090976、図2参照〕した。The present inventors reexamined the above experimental results in detail and conducted more detailed basic experiments. As a result, it was found that the reflective film, the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, the polarizer, and the optical input / output device In addition, the optical path for optical input / output of the optical input / output device is divided into two, and the angle formed by the two optical paths of the optical input path and the optical output path separated from each other is set to be 5 degrees or more. -Obtained the knowledge that a reflective optical magnetic field sensor can be configured by arranging it,
After diligent research and study, we completed and proposed a reflection type optical magnetic field sensor using a Faraday rotator made of bismuth-substituted magnetic garnet (Japanese Patent Application No. 4-0990976, see FIG. 2).
【0019】図2において、符号10は、コーニング社製
のポーラコア〔商品名〕等の偏光子を、符号11は、磁化
容易軸が膜面に垂直なビスマス置換磁性ガーネット単結
晶膜からなるファラデー回転子を意味し、ここに外部磁
界が印加される。また、符号12は、誘電体多層膜等から
なる反射膜を、符号13は、ガラスや高分子フィルム上に
形成された光導波路、または、光ファイバからなる光入
力路を、符号14は、ガラスや高分子上に形成された光導
波路、或いは、光ファイバからなる光出力路を意味す
る。図2の構成からなる反射型光磁界センサでは、通
常、半導体レーザなどの光源16から出射された信号光
は、レンズ15を経て、光入力路13に導かれる。なお、こ
こに設置したレンズ15は、所望により、これを省略して
光源16と光入力路13とを直接結合することも可能であ
る。光入力路13に入射した信号光は、センサヘッドに至
り、偏光子10、および、ファラデー回転子11を透過して
反射膜12に至る。反射膜12に到達した信号光は、反射膜
12の表面で反射して戻り、ファラデー回転子11、次い
で、偏光子10を透過して光出力路14に入射して光検出器
17に至る。光検出器17に到達した信号光は、光信号とし
て検出される。図2の構成からなる反射型光磁界センサ
では、光入出力装置の光入出力用の光路は、二つに分離
されて、各々独立した光入力路13と光出力路14として構
成されており、しかも、入力路13と光出力路14のなす角
度αが5度以上になるように配置・構成されている。In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a polarizer such as a polar core (trade name) manufactured by Corning, and reference numeral 11 denotes a Faraday rotation made of a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film having an easy axis of magnetization perpendicular to the film surface. And an external magnetic field is applied thereto. Reference numeral 12 denotes a reflection film made of a dielectric multilayer film or the like, reference numeral 13 denotes an optical waveguide formed on glass or a polymer film, or an optical input path made of an optical fiber, and reference numeral 14 denotes glass. Or an optical waveguide formed on a polymer or an optical output path made of an optical fiber. In the reflection type optical magnetic field sensor having the configuration shown in FIG. 2, the signal light emitted from the light source 16 such as a semiconductor laser is guided to the optical input path 13 via the lens 15. Note that the lens 15 installed here can be omitted and the light source 16 and the light input path 13 can be directly coupled, if desired. The signal light incident on the optical input path 13 reaches the sensor head, passes through the polarizer 10 and the Faraday rotator 11, and reaches the reflection film 12. The signal light reaching the reflection film 12 is reflected by the reflection film.
The light is reflected by the surface 12 and returns to the Faraday rotator 11 and then through the polarizer 10 to be incident on the light output path 14 and the photodetector.
Reaches 17. The signal light that has reached the photodetector 17 is detected as an optical signal. In the reflection type optical magnetic field sensor having the configuration shown in FIG. 2, the optical path for optical input / output of the optical input / output device is divided into two and configured as independent optical input paths 13 and optical output paths 14, respectively. Moreover, the arrangement and configuration are such that the angle α between the input path 13 and the light output path 14 is 5 degrees or more.
【0020】ここに提案したビスマス置換磁性ガーネッ
ト製ファラデー回転子を用いる反射型光磁界センサは、
現在、当該市場において光磁界センサに要求されている
性能を十分に保有している。しかし、ここに提案した反
射型光磁界センサは、図2に見られるように、光入力路
と光出力路の二本の光路を必要とし、更に、光入力路と
光出力路の二本の光路を、約5度以上の角度をもたせて
配置しなければならないと言った技術的困難を残してい
る。The reflection type optical magnetic field sensor using the Faraday rotator made of bismuth-substituted magnetic garnet proposed here is
At present, it has sufficient performance required for the optical magnetic field sensor in the market. However, the reflection type optical magnetic field sensor proposed here requires two optical paths, an optical input path and an optical output path, as shown in FIG. 2, and furthermore, two optical paths, an optical input path and an optical output path. The technical difficulty remains that the optical path must be arranged at an angle of about 5 degrees or more.
【0021】従って、本願発明者らは、ここに残された
技術的改良の余地を改善して、より汎用性に富んだ、よ
り小型で高性能の反射型光磁界センサを開発するために
鋭意改良研究を行なった。その結果、ビスマス置換磁性
ガーネット製のファラデー回転子を、偏光子、および、
反射膜の法線、或いは、平面に対して傾斜させて配置す
ることによって、光入力路と光出力路の二本の光路を一
本に纏めても光信号を検出することができるとの知見を
得た。拠って、本願発明者らは、ここに得られた知見に
基づき、更に、改良研究を行ない、(111) ビスマス置換
磁性ガーネット単結晶膜を、当該ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜の法線、換言すれば、磁化方向と光入出
力路の中心軸、更に具体的に言えば、光の進行方向との
なす角度が、10度乃至70度の範囲内になるように設置・
配置したときに、光路を一本に纏めることができること
を確認して新しい反射型光磁界センサとして提案〔特願
平4-116141〕した。しかし、ここに提案した反射型光磁
界センサ〔特願平4-116141〕には、なお、(111) ビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜を所定の角度に傾斜させ
て設置しなければならないと言った組立作業上、およ
び、調整操作上の技術的困難を残している。次いで、本
願発明者らは、組立作業上、および、調整操作上の技術
的困難を解決するために鋭意研究実験を行い、[111]軸
が膜法線に対して 5度乃至60度の範囲内で傾いているビ
スマス置換磁性ガーネット単結晶膜で構成したときに、
極めて容易に、光路が一本の高性能反射型光磁界センサ
が得られることを見出して組立・調整操作の容易な反射
型光磁界センサとして提案〔特願平4-142929〕した。し
かし、ここに提案した反射型光磁界センサは、ファラデ
ー回転子として高価な[111]軸が膜法線に対して 5度乃
至60度の範囲内で傾いているビスマス置換磁性ガーネッ
ト単結晶膜を使用しなければならないため、量産性に劣
り、経済的に不利であると言う新しい問題点を残してい
ることが明らかになった。本願発明者らは、ここに残さ
れた問題点を解決するために種々の実験検討を行なった
結果、ファラデー回転子として、複数の [111]軸が膜法
線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜を用いることにより、ファラデー回転子
を傾けたり、或いは、[111] 軸が膜法線に対して傾いて
いる特殊なビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜を使用
することなく、光入力路と光出力路を一本の光路に纏め
ても光信号を検出することができることを確認して新し
い反射型光磁界センサとして提案〔特願平4-174357〕し
た。しかし、工業的生産において、時として、極めて稀
に、2枚の (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜
で構成したファラデー回転素子を用いたときに、反射型
光磁界センサとして十分に機能しない製品が生成すると
言うトラブルが生じることが知られた。即ち、先に提案
した反射型光磁界センサ〔特願平4-174357〕には、反射
型光磁界センサとして十分に機能しない製品が生成する
可能性、恐れがある、換言すれば、技術的瑕疵のあるこ
とが明らかになった。拠って、先に提案した反射型光磁
界センサ〔特願平4-174357〕の性能・信頼性を保証する
ためには、ここに製造した全ての製品について、その機
能試験・性能試験を実施しなければならない。Accordingly, the inventors of the present application have been keen to develop a more versatile, smaller, and higher-performance reflective optical magnetic field sensor by improving the room for technical improvement left there. An improved study was performed. As a result, a Faraday rotator made of bismuth-substituted magnetic garnet, a polarizer, and,
The knowledge that the optical signal can be detected even if the two optical paths of the optical input path and the optical output path are integrated into one by arranging it so as to be inclined with respect to the normal or the plane of the reflective film. I got Accordingly, the inventors of the present application have further conducted an improvement study based on the knowledge obtained here, and have replaced the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film with the normal of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, in other words. In this case, the angle between the magnetization direction and the central axis of the light input / output path, more specifically, the direction in which the light travels, is set so as to be in the range of 10 to 70 degrees.
When they were arranged, they confirmed that the optical paths could be integrated into one, and proposed a new reflection type optical magnetic field sensor (Japanese Patent Application No. 4-116141). However, in the reflection type optical magnetic field sensor proposed here (Japanese Patent Application No. 4-116141), it was stated that the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film must be installed at a predetermined angle. Technical difficulties remain in the assembly work and in the adjustment operation. Next, the present inventors conducted intensive research experiments to solve the technical difficulties in the assembling work and the adjusting operation, and the [111] axis was in the range of 5 to 60 degrees with respect to the film normal. When composed of a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film tilted in
They found that a high-performance reflective optical magnetic field sensor with a single optical path could be obtained very easily, and proposed it as a reflective optical magnetic field sensor that is easy to assemble and adjust [Japanese Patent Application No. 4-42929]. However, the reflection type optical magnetic field sensor proposed here uses a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the expensive [111] axis is tilted within a range of 5 to 60 degrees with respect to the film normal as a Faraday rotator. It has been found that the need to use it leaves a new problem of poor mass productivity and economic disadvantage. The present inventors conducted various experimental studies to solve the remaining problems, and as a result, as a Faraday rotator, a plurality of [111] axes substantially coincide with the film normal. By using a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, the Faraday rotator is tilted, or a special bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is tilted with respect to the film normal is used. It has been confirmed that an optical signal can be detected even if the optical input path and the optical output path are combined into one optical path, and a new reflective optical magnetic field sensor was proposed [Japanese Patent Application No. 4-174357]. However, in industrial production, sometimes extremely rarely, when a Faraday rotator composed of two (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films is used, a product that does not function sufficiently as a reflection type optical magnetic field sensor It was known that the trouble of generating was generated. That is, in the reflection type optical magnetic field sensor proposed above (Japanese Patent Application No. 4-174357), there is a possibility or possibility that a product that does not function sufficiently as a reflection type optical magnetic field sensor may be generated. In other words, there is a technical defect. It became clear that there was. Therefore, in order to guarantee the performance and reliability of the previously proposed reflection type optical magnetic field sensor (Japanese Patent Application No. 4-174357), functional tests and performance tests were conducted for all products manufactured here. There must be.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】本願発明者らは、本願発
明者らの提案した反射型光磁界センサに残されている技
術的欠陥・欠点を改善して、即時に正確な回転速度を計
測することのできる信頼性の高い、更に具体的に言え
ば、小型軽量で、精度が高く、取扱い易く、高温で振動
の伴うような過酷な環境下での長期間の連続使用に耐え
ることができて、しかも安価な回転速度計・測定装置を
提供することによって、地球環境保護、および、省エネ
ルギーに対する国際的な社会的要請に寄与するべく鋭意
検討・実験を実施した。その結果、先ず、先に提案した
反射型光磁界センサ〔特願平4-174357〕に反射型光磁界
センサとして十分に機能しない製品が混入する原因が、
光路とファラデー回転子を構成するビスマス置換磁性ガ
ーネット単結晶膜の相対的な光学的位置関係にある、即
ち、光学的な微調整・整合操作を省略したことによって
生じることを知った。Means for Solving the Problems The present inventors have improved the technical deficiencies and defects remaining in the reflection type optical magnetic field sensor proposed by the present inventors, and can immediately measure an accurate rotation speed. Highly reliable, more specifically, compact, lightweight, highly accurate, easy to handle, and able to withstand long-term continuous use in harsh environments with high temperatures and vibration. In addition, by providing an inexpensive tachometer / measuring device, we conducted intensive studies and experiments to contribute to international social demands for global environmental protection and energy saving. As a result, first, the reason that a product that does not function sufficiently as a reflection-type optical magnetic field sensor is mixed into the reflection-type optical magnetic field sensor (Japanese Patent Application No. 4-174357) previously proposed is caused by
It has been found that the optical path and the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film constituting the Faraday rotator have a relative optical positional relationship, that is, the optical fine adjustment / alignment operation is omitted.
【0023】実際問題として、反射型光磁界センサの工
業的な製造において、光学的な微調整・整合操作を実施
することは容易ではない。従って、本願発明者らは、光
学的な調整・整合操作に替わる技術を開発するべく鋭意
検討実験を実施した。その結果、ファラデー回転子とし
て、その [111]軸が膜法線に対して1度乃至60度の範
囲内で傾いているビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜
と [111]軸が膜法線と実質的に一致している (111)ビス
マス置換磁性ガーネット単結晶膜との複数の (111)ビス
マス置換磁性ガーネットで構成されたファラデー回転子
を用いることにより、反射型光磁界センサとしての機能
性の欠陥を実質的に回避することができるとの知見を得
て、更に鋭意改良研究、および、信頼性の確認実験と試
験生産とを行い、本願発明を完成させた。即ち、本願発
明は、光入出力路、偏光子、ファラデー回転子、反射膜
の順に配置された光磁界測定装置において、反射膜が、
光入出力路の光路中心に対してほぼ垂直に配置されてお
り、しかも、ファラデー回転子が、その [111]軸が膜法
線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実
質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜との複数の (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜で構成されている反射型光磁界センサヘッドに
関する。As a practical matter, it is not easy to carry out an optical fine adjustment / alignment operation in industrial production of a reflection type optical magnetic field sensor. Accordingly, the inventors of the present application have conducted intensive studies to develop a technology that can replace optical adjustment and alignment operations. As a result, as a Faraday rotator, the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is inclined within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal, and the [111] axis is substantially equal to the film normal Using a Faraday rotator composed of multiple (111) bismuth-substituted magnetic garnets and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film Were found to be able to be substantially avoided, and further intensive studies were made, and experiments for confirming reliability and test production were carried out, thereby completing the present invention. That is, the present invention is an optical magnetic field measuring device arranged in the order of the light input / output path, the polarizer, the Faraday rotator, and the reflection film, wherein the reflection film is
Bismuth is disposed substantially perpendicular to the optical path center of the optical input / output path, and the Faraday rotator has its [111] axis inclined within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. It is composed of multiple (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal films and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film whose [111] axis substantially coincides with the film normal line. A reflection type optical magnetic field sensor head.
【0024】本願発明のビスマス置換磁性ガーネット製
ファラデー回転子を用いる反射型光磁界センサヘッド
は、光入出力路、偏光子、その [111]軸が膜法線に対し
て1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス置換磁
性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実質的に一
致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜
との複数の (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜、および、反射膜で構成されている〔図3、図4参
照〕。The reflection type optical magnetic field sensor head using the Faraday rotator made of bismuth-substituted magnetic garnet according to the present invention has an optical input / output path, a polarizer, and a [111] axis whose angle is 1 to 60 degrees with respect to the film normal. Multiple (111) bismuth-substituted magnetism of bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film tilted within the range and (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is substantially coincident with the film normal It is composed of a garnet single crystal film and a reflective film (see FIGS. 3 and 4).
【0025】本願発明の反射型光磁界センサヘッドは、
光源装置側から、光入出力路、偏光子、複数のビスマス
置換磁性ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転
子、反射膜の順に配置されている〔図3参照〕。即ち、
図3において、符号18は、ポーラコア等からなる偏光子
を、符号19は、複数のビスマス置換磁性ガーネット単結
晶膜からなるファラデー回転子を、符号20は、金属薄膜
等からなる反射膜を、符号21は、光ファイバや光導波路
などからなる光入力出路を意味している。ここに、反射
型光磁界センサヘッドの小型化の観点から、該光入出力
路21が、光入力用の光路であると同時に、反射膜20で反
射した信号光を光検出器に入射させるために分岐する機
能を有していても良いことは言うまでもない〔図9参
照〕。The reflection type optical magnetic field sensor head of the present invention comprises
From the light source device side, a light input / output path, a polarizer, a Faraday rotator made of a plurality of bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films, and a reflection film are arranged in this order (see FIG. 3). That is,
3, reference numeral 18 denotes a polarizer made of a polar core or the like, reference numeral 19 denotes a Faraday rotator made of a plurality of bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films, reference numeral 20 denotes a reflection film made of a metal thin film or the like, Reference numeral 21 denotes an optical input / output path composed of an optical fiber, an optical waveguide, or the like. Here, from the viewpoint of miniaturization of the reflection type optical magnetic field sensor head, the light input / output path 21 is an optical path for light input, and at the same time, the signal light reflected by the reflection film 20 is incident on the photodetector. It is needless to say that the function may be provided (see FIG. 9).
【0026】多磁区構造を有するビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜をファラデー回転子とする反射型光磁界
センサでは、光入出力路から出射された光信号が、レン
ズ、偏光子、ビスマス置換磁性ガーネット単結晶を透過
して反射膜に至り、反射膜で反射して、再び、ビスマス
置換磁性ガーネット単結晶に入射して透過し、光入出力
路に至るまでの間に、異なる磁区、即ち、磁区a と磁区
b とを通過する必要がある〔特願平4-090976、特願平4-
116141、特願平4-174357、図5、図6、図7参照〕。In a reflection type optical magnetic field sensor using a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film having a multi-domain structure as a Faraday rotator, an optical signal emitted from an optical input / output path is a lens, a polarizer, and a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal. A different magnetic domain, that is, a magnetic domain a, is transmitted through the crystal to the reflective film, reflected by the reflective film, again incident on and transmitted through the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal, and reaches the optical input / output path. And magnetic domains
b (see Japanese Patent Application Nos. 4-090976 and 4-
116141, Japanese Patent Application No. 4-174357, and FIGS. 5, 6, and 7].
【0027】先に提案した反射型光磁界センサ〔特願平
4-174357〕に、時として、極めて稀にではあるが、反射
型光磁界センサとして十分に機能しない製品が生じるの
は、光学的な位置関係によって、光入出力路から出射さ
れた光信号が、レンズ、偏光子、ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶を透過して反射膜に至り、反射膜で反射し
て、再び、ビスマス置換磁性ガーネット単結晶に入射し
て透過し、光入出力路に至るまでの間に、異なる磁区、
即ち、磁区a と磁区b とを通過しない場合が生じるため
である〔図7参照〕。The reflection type optical magnetic field sensor previously proposed [Japanese Patent Application No. Hei.
4-174357] Sometimes, though very rarely, there are products that do not function sufficiently as a reflection-type optical magnetic field sensor because the optical signal emitted from the optical input / output path depends on the optical positional relationship. , Through the lens, polarizer, and bismuth-substituted magnetic garnet single crystal, to the reflective film, reflected by the reflective film, again entering the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal, transmitting, and reaching the optical input / output path Between, different magnetic domains,
That is, the magnetic domain a and the magnetic domain b may not pass through (see FIG. 7).
【0028】[111] 軸が膜法線と実質的に一致している
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜のみで構成
したファラデー回転子では、図7に例示したように、そ
の磁化方向が信号光の進行方向と平行になっている。従
って、例えば、第1層目の磁区a に入射した信号光が異
なる磁区、即ち、磁区b を通過するためには、その光路
の直線上に第2層目、或いは、第3層目以降として磁区
b が存在しなければならない。このことは、図7の構成
からなるファラデー回転子では、光入出力路から出射さ
れた光信号を、確実に、異なる磁区、即ち、磁区a と磁
区b とを通過させるためには、ビスマス置換磁性ガーネ
ット単結晶の積層数をより多くする以外に方法がないこ
とを示している。実際問題として、経済性の観点から、
ビスマス置換磁性ガーネット単結晶の積層数をより多く
することはできない。拠って、ビスマス置換磁性ガーネ
ット単結晶の積層数を増加することなく、光入出力路か
ら出射された光信号が、反射膜で反射して、再び、光入
出力路に至るまでの間に、より高い確率・精度で、異な
る磁区、即ち、磁区a と磁区b とを通過させることがで
きれば、光学的な微調製・整合操作に替わる工業的製造
技術として評価することができる。[111] axis substantially coincides with the film normal
In the Faraday rotator composed of only the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, the magnetization direction is parallel to the traveling direction of the signal light, as illustrated in FIG. Therefore, for example, in order for the signal light incident on the magnetic domain a of the first layer to pass through a different magnetic domain, that is, the magnetic domain b, the signal light must be placed on the straight line of the optical path as the second layer or the third layer or later. Magnetic domain
b must be present. This means that in the Faraday rotator having the configuration shown in FIG. 7, bismuth replacement is required to ensure that the optical signal emitted from the optical input / output path passes through different magnetic domains, that is, magnetic domain a and magnetic domain b. This shows that there is no method other than increasing the number of stacked magnetic garnet single crystals. In practice, from an economic perspective,
The number of stacked bismuth-substituted magnetic garnet single crystals cannot be increased. Therefore, without increasing the number of stacked bismuth-substituted magnetic garnet single crystals, the optical signal emitted from the optical input / output path is reflected by the reflective film and again reaches the optical input / output path. If it is possible to pass through different magnetic domains, that is, magnetic domain a and magnetic domain b, with higher probability and accuracy, it can be evaluated as an industrial manufacturing technique replacing optical fine adjustment / alignment operation.
【0029】本願発明では、ファラデー回転子を、[1
11] 軸が膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾い
ているビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と[111]
軸が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマス置換
磁性ガーネット単結晶膜とで構成する〔図4参照〕こと
によって、ファラデー回転子を傾けたり、或いは、複雑
な微調整操作を行うことなく、工業的生産において発生
する不良品の発生率を許容限度以下、実質的にゼロにす
る効果が得られる。即ち、本願発明では、光入出力路か
ら出射された光信号を、[111] 軸が膜法線に対して1度
乃至60度の範囲内で傾いているビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実質的に一致して
いる (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜とで構
成されたファラデー回転子を通過させることによって、
より高い確率・精度で、異なる磁区、即ち、磁区a と磁
区b とを通過させようとするものである。このことを図
3、および、図4を用いて、更に具体的に説明すると、
光入出力路21から出射された光信号が、ファラデー回転
子19を構成している第1のビスマス置換磁性ガーネット
単結晶22、例えば、[111] 軸が膜法線と実質的に一致し
ている (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜に入
射して磁区a を透過し、次いで、第2のビスマス置換磁
性ガーネット単結晶23、例えば、[111] 軸が膜法線に対
して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス置換
磁性ガーネット単結晶膜の磁区b を透過して、反射膜20
に至って反射して、再び、第2のビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶23に入射してファラデー回転子内を往復す
る間に、より高い確率・精度で、実質的に、相異なる磁
区、即ち、磁区a と磁区b とを通過するのである。In the present invention, the Faraday rotator is represented by [1
11] A bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose axis is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal, and [111]
By using a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose axis substantially coincides with the film normal (see FIG. 4), the Faraday rotator can be tilted or complicated fine adjustment operations can be performed. Without this, the effect of making the incidence of defective products occurring in industrial production equal to or less than the allowable limit and substantially zero can be obtained. That is, in the present invention, the optical signal emitted from the optical input / output path is converted into a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is inclined within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. By passing through a Faraday rotator composed of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is substantially coincident with the film normal,
It is intended to pass through different magnetic domains, that is, magnetic domain a and magnetic domain b, with higher probability and accuracy. This will be described more specifically with reference to FIGS. 3 and 4.
The optical signal emitted from the optical input / output path 21 is converted into a first bismuth-substituted magnetic garnet single crystal 22 constituting the Faraday rotator 19, for example, when the [111] axis substantially coincides with the film normal. Incident on the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film and permeate through the magnetic domain a, and then the second bismuth-substituted magnetic garnet single crystal 23, for example, the [111] axis is 1 degree to 1 degree with respect to the film normal. Through the magnetic domain b of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film tilted within the range of 60 degrees, the reflection film 20 is formed.
During the reciprocation in the Faraday rotator while being incident on the second bismuth-substituted magnetic garnet single crystal 23 again with higher probability and accuracy, substantially different magnetic domains, that is, magnetic domains. It passes through a and magnetic domain b.
【0030】本発明を実施するとき、ファラデー回転子
は、同一の、或いは、種類の相異なる [111]軸が膜法線
に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス
置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実質
的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット単
結晶膜とで構成しなければならない。しかし、[111]軸
が膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いている
ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法
線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜とで構成することを除いて、その他の構
成、例えば、どちらを光源側に配置するかや組み合わせ
など、および、(111) ビスマス置換磁性ガーネット単結
晶膜の構成枚数には、特に制限はない。従って、本発明
を実施するとき、ファラデー回転子を構成するビスマス
置換磁性ガーネット単結晶膜の種類と構成と構成枚数
は、ファラデー回転子に要求される性能と特性を考慮し
て適宜に選べば良い。In practicing the present invention, the Faraday rotator is a bismuth-substituted magnetic material in which the same or different types of [111] axes are inclined in the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. It must be composed of a garnet single crystal film and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is substantially coincident with the film normal. However, the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal, and the [111] axis substantially coincides with the film normal ( 111) Bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film, except for the configuration, such as which one is arranged on the light source side or combination, and (111) Bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film The number is not particularly limited. Therefore, when practicing the present invention, the type, configuration, and number of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films constituting the Faraday rotator may be appropriately selected in consideration of the performance and characteristics required for the Faraday rotator. .
【0031】通常一般的な用途に使用される光磁界セン
サヘッドの場合には、実用上の観点、即ち、ファラデー
回転子の性能・特性と材料コストの観点から、同一の、
[111] 軸が膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾
いているビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]
軸が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマス置換
磁性ガーネット単結晶膜の2枚で構成すれば、十分にそ
の目的を達成することができる。なお、特殊な目的を有
する場合には、適宜に構成枚数を増加し、或いは、非磁
性ガーネット基板の両面に育成された3層構造のビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶を選ぶのが好ましい。In the case of an optical magnetic field sensor head used for general applications, the same, from the viewpoint of practical use, that is, from the viewpoint of the performance and characteristics of the Faraday rotator and the material cost,
[111] a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose axis is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal,
The object can be sufficiently achieved by using two (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films whose axes substantially coincide with the film normal. In the case of having a special purpose, it is preferable to appropriately increase the number of components or to select a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal having a three-layer structure grown on both sides of a nonmagnetic garnet substrate.
【0032】本発明を実施するとき、ファラデー回転
子、即ち、ビスマス置換磁性ガーネットの組成には、特
に制限はないが、一般式、 R3-XBiXFe5-ZAZO12 〔但し、R は、Y 、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの群から選ばれる少なくとも一
種であり、Aは、Ga、Sc、Al、Inの群から選ばれる少な
くとも一種であり、しかも、0.3 ≦X≦ 2.0、0 ≦Z≦
1.0である〕で示される磁性ガーネット単結晶の中から
適宜に選ぶのが好ましい。In practicing the present invention, the composition of the Faraday rotator, that is, the bismuth-substituted magnetic garnet is not particularly limited, but may be represented by the general formula: R 3-X Bi X Fe 5- Z AZO 12 [where , R are Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Er, Tm, Yb, at least one selected from the group of Lu, A is at least one selected from the group of Ga, Sc, Al, In, and 0.3 ≦ X ≦ 2.0, 0 ≦ Z ≦
1.0] is suitably selected from magnetic garnet single crystals represented by the formula:
【0033】本発明で使用する (111)ビスマス置換磁性
ガーネット単結晶膜は、公知の方法によって製造するこ
とができる。とりわけ操作が容易で、しかも量産性に優
れた液相エピタキシャル(LPE) 法〔スィン ソリッド
フィルムズ (Thin Solid Films), Vol.114, p33(1984)
〕を選ぶのが好ましい。液相エピタキシャル法を実施
するとき、単結晶育成用基板としては、公知の何れの基
板も使用し得るが、通常一般的には、既に、SGGG基板と
称して市販されている格子定数が 12.490 Å、乃至、1
2.515Åの非磁性ガーネット[(GdCa)3(GaMgZr)5O12 ]
の中から適宜に選ぶのが好ましい。The (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film used in the present invention can be produced by a known method. In particular, the liquid phase epitaxial (LPE) method (Shin Solid
Films (Thin Solid Films), Vol.114, p33 (1984)
] Is preferred. When the liquid phase epitaxial method is performed, any known substrate can be used as a substrate for growing a single crystal. However, generally, the lattice constant, which is already commercially available as an SGGG substrate, is 12.490 μm. , Or, 1
2.515 非 non-magnetic garnet [(GdCa) 3 (GaMgZr) 5 O 12 ]
It is preferable to appropriately select from the above.
【0034】[111] 軸が膜法線と実質的に一致している
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜は、一般に
市販されている非磁性ガーネット基板〔[111] 軸が法線
と実質的に一致している〕を単結晶育成用基板として、
液相エピタキシャル(LPE) 法で単結晶育成用基板上にビ
スマス置換磁性ガーネット単結晶膜を育成・成長させる
ことによって得られる。[111] axis substantially coincides with the film normal
The (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film is a commercially available non-magnetic garnet substrate ([111] axis substantially coincides with the normal line) as a single crystal growing substrate.
It is obtained by growing and growing a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film on a single crystal growth substrate by a liquid phase epitaxial (LPE) method.
【0035】(111) ビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜の [111]軸、換言すれば、磁化容易軸を膜法線からγ
度傾けるためには、 [111]軸が法線から、おおよそγ度
傾いた非磁性基板を単結晶育成用基板として使用すれば
よい。[111] 軸が膜法線に対して1度乃至60度の範囲
内で傾いているビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜
は、[111] 軸が法線から傾いた非磁性ガーネット基板を
単結晶育成用基板として、液相エピタキシャル(LPE) 法
で単結晶育成用基板上にビスマス置換磁性ガーネット単
結晶膜を育成・成長させることによって得られる。ここ
に得られたビスマス置換磁性ガーネット単結晶の [111]
軸は、単結晶育成用基板と同等、若しくは、それ以上に
傾いている。The [111] axis of the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, in other words, the axis of easy magnetization is γ from the film normal.
In order to incline the substrate, a nonmagnetic substrate whose [111] axis is inclined by approximately γ from the normal may be used as a substrate for growing a single crystal. A bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis is tilted within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal is used to grow a single crystal nonmagnetic garnet substrate in which the [111] axis is tilted from the normal. It is obtained by growing and growing a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film on a single crystal growth substrate by a liquid phase epitaxial (LPE) method. [111] of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal obtained here
The axis is equal to or greater than the substrate for growing a single crystal.
【0036】[111] 軸が法線からγ度傾いた非磁性基板
は、そのインゴットを所望の傾き角度γだけ傾けて切り
出すことによって得られる。[111] 軸の法線からの傾き
角度γが大きくなるほど、当該インゴットから得られる
基板の枚数が少なくなり、基板の価額が高価になる。従
って、[111] 軸の法線からの傾き角度γは、実用上の観
点から、経済性を考慮して必要最小限度に近い値に選ぶ
のが好ましい。本発明を実施するとき、(111) ビスマス
置換磁性ガーネット単結晶膜の [111]軸の法線からの傾
き角度γは、1度乃至60度の範囲内、より好ましく
は、3度乃至45度の範囲内に選ぶのがよい。実用上の
観点、特に、経済性を重視する場合には、3度乃至20
度に選べばよい。[111] 軸の法線からの傾き角度γを1
度以下に選ぶと、[111] 軸が膜法線に対して傾いている
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜を使用した
ことによる明らかな効果が確認できない。即ち、複数の
[111]軸が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜を使用した場合と区別す
ることができない。一方、[111] 軸の法線からの傾き角
度γを45度以上、特に、60度以上に選ぶと、経済的
に不利である。[111] A non-magnetic substrate whose axis is inclined by γ degrees from the normal is obtained by cutting the ingot by inclining it at a desired inclination angle γ. [111] As the tilt angle γ from the axis normal increases, the number of substrates obtained from the ingot decreases, and the price of the substrates increases. Therefore, it is preferable that the inclination angle γ from the normal line of the [111] axis be selected to a value close to the necessary minimum in consideration of economy from a practical viewpoint. In practicing the present invention, the inclination angle γ of the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film from the normal of the [111] axis is in the range of 1 to 60 degrees, more preferably 3 to 45 degrees. It is better to choose within the range. From a practical point of view, in particular, when economics is important, 3 degrees to 20 degrees
You can choose it at any time. [111] The tilt angle γ from the axis normal is 1
When selected below degrees, the [111] axis is tilted with respect to the membrane normal
No clear effect can be confirmed by using the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film. That is, multiple
It cannot be distinguished from the case of using a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis substantially coincides with the film normal. On the other hand, if the inclination angle γ from the normal line of the [111] axis is set to 45 degrees or more, particularly 60 degrees or more, it is economically disadvantageous.
【0037】本発明を実施するとき、ビスマス置換磁性
ガーネット単結晶膜の空間配置・組合せは、[111] 軸が
膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビ
スマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線
と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネ
ット単結晶膜とを用いて、単結晶膜表面の磁区模様と磁
区幅に応じた構成をとる限り、特に制限はない。また、
ここに言う [111]軸が膜法線に対して1度乃至60度の
範囲内で傾いているビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜は、複数枚の [111]軸が膜法線に対して1度乃至6
0度の範囲内で傾いているビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜を積層させたもの、または、非磁性ガーネッ
ト基板の両面に育成された3層構造の [111]軸が膜法線
に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス
置換磁性ガーネット単結晶、或いは、 [111]軸が膜法
線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜と非磁性ガーネット基板
の両面に育成された3層構造の [111]軸が膜法線に対し
て1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス置換磁
性ガーネット単結晶とを適宜に積層させたものであって
もよい。In practicing the present invention, the spatial arrangement / combination of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film is such that the [111] axis is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. Using a garnet single-crystal film and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film whose [111] axis substantially coincides with the film normal, a configuration corresponding to the magnetic domain pattern and magnetic domain width of the single-crystal film surface , There is no particular limitation. Also,
Here, the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis is inclined within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal, has a plurality of [111] axes that are 1 to the film normal. Degree to 6
A bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film tilted within a range of 0 degrees is laminated, or a [111] axis of a three-layer structure grown on both surfaces of a non-magnetic garnet substrate has one [111] axis with respect to the film normal. Bismuth-substituted magnetic garnet single crystal tilted in the range of from 60 to 60 degrees, or bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis is tilted in the range of from 1 to 60 degrees with respect to the film normal And a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal having a three-layer structure grown on both sides of a nonmagnetic garnet substrate and having a [111] axis inclined within 1 to 60 degrees with respect to the film normal. May be used.
【0038】更にまた、ここに言う [111]軸が膜法線と
実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネッ
ト単結晶膜は、複数枚の [111]軸が膜法線と実質的に
一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜を積層させたもの、または、非磁性ガーネット基板
の両面に育成された3層構造の[111] 軸が膜法線と実質
的に一致しているビスマス置換磁性ガーネット単結晶、
或いは、 [111]軸が膜法線と実質的に一致している
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と非磁性ガ
ーネット基板の両面に育成された3層構造の[111] 軸が
膜法線と実質的に一致しているビスマス置換磁性ガーネ
ット単結晶とを適宜に積層させたものであってもよい。Furthermore, the [111] axis referred to here substantially coincides with the film normal. In the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, a plurality of [111] axes substantially coincide with the film normal. [111] axis of (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films that are consistent with each other, or the three-layer structure grown on both sides of a nonmagnetic garnet substrate has the [111] axis substantially equal to the film normal. Matching bismuth-substituted magnetic garnet single crystals,
Or the [111] axis is substantially coincident with the membrane normal
A (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film and a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal whose three-layer structure grown on both sides of a nonmagnetic garnet substrate and whose [111] axis substantially coincides with the film normal are appropriately used. May be laminated.
【0039】即ち、表面の磁区模様が直線状を呈したビ
スマス置換磁性ガーネット膜の場合には、直線模様が交
差するように密着させて、或いは、空間を設けて重ねる
〔図8参照〕るのが良い。また、磁区幅が異なるビスマ
ス置換磁性ガーネット同士を密着させて、或いは、空間
を設けて重ねてもよい。しかし、磁区幅が同じで、しか
も表面の磁区模様がメイズパターンであるビスマス置換
磁性ガーネット膜の場合には、密着させると磁区が重な
ってしまうので、当該材料の特性に応じて、適宜の距
離、更に具体的に言えば、大凡 400μm だけ離して配置
する必要がある。このようにして構成すれば、光磁界セ
ンサによる磁界の検出において要求される光信号強度の
差ΔPとして、少なくとも 2dB以上〔特願平4-90976 〕
を達成することができる。That is, in the case of a bismuth-substituted magnetic garnet film in which the magnetic domain pattern on the surface has a linear shape, the magnetic patterns are closely adhered so that the linear patterns intersect, or are overlapped with a space provided (see FIG. 8). Is good. Further, bismuth-substituted magnetic garnets having different magnetic domain widths may be closely adhered to each other, or may be overlapped with a space. However, in the case of a bismuth-substituted magnetic garnet film having the same magnetic domain width, and the magnetic domain pattern on the surface is a maze pattern, the magnetic domains overlap when they are brought into close contact with each other. More specifically, they need to be placed approximately 400 μm apart. With this configuration, the difference ΔP in the optical signal strength required for detecting the magnetic field by the optical magnetic field sensor is at least 2 dB or more [Japanese Patent Application No. 4-90976].
Can be achieved.
【0040】本発明を実施するとき、ビスマス置換磁性
ガーネット単結晶膜の光路に対する傾き角には、特に制
限はない。ビスマス置換磁性ガーネット単結晶表面の反
射による影響が大きい場合には、反射光が光入出力路に
直接戻らないようにするために、ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶を適宜に傾けて配置するのが好ましい。ビ
スマス置換磁性ガーネット単結晶に反射防止膜が施され
ていて、表面の反射が十分に抑制されている場合には、
組立・調整作業の観点から、光路に対してほぼ垂直に近
い状態で配置するのが簡便で好ましい。In practicing the present invention, the tilt angle of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film with respect to the optical path is not particularly limited. When the influence of the reflection on the surface of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal is large, it is preferable to arrange the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal at an appropriate inclination in order to prevent the reflected light from returning directly to the light input / output path. . If the antireflection film is applied to the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal and the surface reflection is sufficiently suppressed,
From the viewpoint of assembling and adjusting work, it is convenient and preferable to dispose it in a state almost perpendicular to the optical path.
【0041】本発明を実施するとき、偏光子は、特に特
殊なものである必要はなく、通常一般に市販されている
ものの中から、所望によって、適宜に選んで用いれば良
い。しかし、厚さが薄く、消光比が高いと言った点で、
特に、二色性偏光子が好適である。In practicing the present invention, the polarizer does not need to be particularly special, and may be appropriately selected and used from those generally commercially available as desired. However, the point that the thickness is thin and the extinction ratio is high,
In particular, dichroic polarizers are preferred.
【0042】本発明を実施するとき、反射膜には、特に
制限はない。通常一般に市販されているガラス等に金属
を蒸着した金属薄膜鏡・ミラー、または、ビスマス置換
磁性ガーネット薄膜、或いは、非磁性基板の表面に金、
或いは、アルミニウム等を蒸着した金属薄膜ミラー、若
しくは、SiO2や TiO2 等の金属酸化物の多層膜からなる
誘電体多層膜ミラーの中から所望によって適宜に選べば
良い。In practicing the present invention, the reflective film is not particularly limited. Metal thin film mirrors / mirrors obtained by depositing metal on glass or the like, which are generally commercially available, or bismuth-substituted magnetic garnet thin films, or gold,
Alternatively, it may be appropriately selected from a metal thin film mirror on which aluminum or the like is vapor-deposited, or a dielectric multilayer mirror made of a multilayer film of a metal oxide such as SiO 2 or TiO 2 as desired.
【0043】本発明を実施するとき、光入出力路は、特
に特殊なものである必要はなく、通常一般に市販されて
いる光ファイバや、或いは、ガラスや高分子フィルム母
材内にパターニングされている光導波路、および、空中
伝搬路などの中から所望によって適宜に選べば良い。通
常一般には、その量産性や小型化の観点から、特に、光
ファイバを選ぶのが好ましい。In practicing the present invention, the optical input / output path does not need to be particularly special, and is usually patterned into an optical fiber that is generally commercially available, or glass or a polymer film base material. It may be appropriately selected from the existing optical waveguide, the aerial propagation path, and the like as desired. In general, it is generally preferable to select an optical fiber from the viewpoint of mass productivity and miniaturization.
【0044】光入出力路を光ファイバで形成するとき、
使用する光ファイバの種類等には、特に制限はない。し
かし、ここに使用する光ファイバのコア直径を 50 μm
以下に選ぶと、ビスマス置換磁性ガーネットの磁区幅の
影響が現れて感度が不安定になったり、或いは、光の結
合効率が低下することがある。従って、通常一般的に
は、市販のコア径 50 μm 以上の光ファイバの中から適
宜に選択すれば、十分にその目的を達成することができ
る。When forming an optical input / output path with an optical fiber,
There is no particular limitation on the type of optical fiber used, and the like. However, the core diameter of the optical fiber used here is 50 μm
When selected below, the influence of the magnetic domain width of the bismuth-substituted magnetic garnet may appear to make the sensitivity unstable or reduce the light coupling efficiency. Therefore, in general, the purpose can be sufficiently achieved by appropriately selecting from commercially available optical fibers having a core diameter of 50 μm or more.
【0045】本発明を実施するとき、本願発明の反射型
光磁界センサヘッドと光源、および、光検出器との結合
は、図1に示したハーフミラーを使用する方法、およ
び、或いは、図9に例示したような光導波路や光カプラ
等の信号光の分岐器を使用する方法によってなされる。
図9において、符号26は、半導体レーザ等からなる光源
を、符号27と符号30と符号31は、光ファイバを、符号28
は、ガラス、或いは、高分子上に形成された光導波路
を、符号29は、偏光子と複数のビスマス置換磁性ガーネ
ットと反射膜からなる光磁界センサヘッドを、符号32
は、光検出器(パワーメータ)を意味している。なお、
所望によっては、図9に図示した光ファイバの全て、或
いは、その一部を省略して、換言すれば、光ファイバを
使用することなく、例えば、光導波路に反射型光磁界セ
ンサヘッドを、直接接続しても良い。When carrying out the present invention, the reflection type of the present invention is used.
Coupling the optical magnetic field sensor head with the light source and the photodetector
Is a method using the half mirror shown in FIG. 1, and
Or figure9Optical waveguide and optical coupler as exemplified in
And so on using a signal light splitter.
Figure9At the sign26Is a light source composed of a semiconductor laser, etc.
To the sign27And sign30And sign31Is a fiber optic28
Is an optical waveguide formed on glass or polymer
To the sign29Is a polarizer and multiple bismuth-substituted magnetic
The optical magnetic field sensor head consisting of32
Means a photodetector (power meter). In addition,
Figure if desired9All of the optical fibers shown in
Or, omitting a part of it, in other words, using an optical fiber
Without use, for example, reflective optical magnetic field
The sensor head may be directly connected.
【0046】光磁界測定装置の光源の波長は、ファラデ
ー回転子の感度、光透過率、光源の性能と価格、およ
び、検知器の感度などを総合的に考慮して選択される。
本発明を実施するとき、光源の波長は、 ・ビスマス置換磁性ガーネットには、ウインドと呼ばれ
る光吸収係数の比較的小さい領域がある ・ビスマス置換希土類磁性ガーネットのファラデー回転
係数が大きい ・ビスマス置換磁性ガーネットの膜厚が 30 乃至 100μ
m で製造が容易である ・高出力の短波長半導体レーザや発光ダイオードが安価
に市販されている ・光検出器の感度が高く、しかも、安価に入手できる などの理由によって、波長 780nm乃至 850nmの近赤外光
を選ぶのが好ましい。また、次善の策として、光ファイ
バ通信で実用化されている 1300nm と 1550nm の波長
帯、または、YAG レーザが使用可能な 1060nm の波長帯
の光を選ぶことも可能である。しかし、光源の波長が、
上記の範囲を逸脱すると、光吸収が大きくなったり、或
いは、ビスマス置換磁性ガーネットのファラデー回転係
数が小さくなるなどの障害が現れるため、信号光の検出
が困難になったり、ファラデー回転子の膜厚を厚くしな
ければならなくなるなどの種々の問題点が生じるので好
ましくない。The wavelength of the light source of the optical magnetic field measuring apparatus is selected in consideration of the sensitivity of the Faraday rotator, the light transmittance, the performance and price of the light source, the sensitivity of the detector, and the like.
When practicing the present invention, the wavelength of the light source is as follows: bismuth-substituted magnetic garnet has a region having a relatively small light absorption coefficient called a window; bismuth-substituted rare-earth magnetic garnet has a large Faraday rotation coefficient; bismuth-substituted magnetic garnet Film thickness of 30 to 100μ
・ High-power short-wavelength semiconductor lasers and light-emitting diodes are commercially available at low cost. ・ The sensitivity of the photodetector is high and the wavelength is 780 nm to 850 nm. It is preferred to choose near infrared light. As a next best measure, it is also possible to select light in the wavelength band of 1300 nm and 1550 nm that is practically used in optical fiber communication, or in the wavelength band of 1060 nm where a YAG laser can be used. However, if the wavelength of the light source is
If the ratio is outside the above range, light absorption becomes large, or an obstacle such as a decrease in the Faraday rotation coefficient of the bismuth-substituted magnetic garnet appears, so that it becomes difficult to detect the signal light or the film thickness of the Faraday rotator. Therefore, various problems such as the necessity of increasing the thickness are caused.
【0047】以下、本発明を代表的な実施例によって、
その実施態様と効果を具体的に、かつ詳細に説明する
が、以下の例は、具体的に説明するためのものであっ
て、本発明の実施態様や発明の範囲を限定するものとし
ては意図されていない。Hereinafter, the present invention will be described by way of representative examples.
The embodiments and effects will be described specifically and in detail, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the embodiments and the scope of the invention. It has not been.
【0048】[0048]
実施例1 常法に従って、チョクラルスキー法によって製造された
1インチの (111)ガーネット単結晶[(GdCa)3(GaMgZr)5
O12 、インゴット]〔格子定数 12.498 ± 0.002Å〕を
[112]軸方向に5度傾けて裁断して、[111] 軸が法線に
対して5度傾いている厚さ 490〜510 μm の単結晶育成
用基板[a1]を得た。同様にして [111]軸が法線と実質的
に一致している厚さ 480〜500 μm の単結晶育成用基板
[b] を得た。容量 500mlの白金製ルツボに、酸化鉛[Pb
O 、4N]843g、酸化ビスマス[Bi2O 3 、4N]978g、酸化
第2鉄[Fe2O3 、4N]128g、酸化ほう素[B2O3、5N]38
g 、酸化テルビウム[Tb4O7 、3N]4.0g、および、酸化
ホルミウム[Ho2O3 、3N]9.0gを仕込んだ。これを精密
縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱し
て溶融し、十分に攪拌して均一に混合させたのち、融液
温度 768℃にまで冷却してビスマス置換磁性ガーネット
単結晶育成用融液を得た。次いで、常法に従って、ここ
に得られた融液中に、単結晶育成用基板[a1]、および、
基板[b] を浸漬させて、融液温度を 768℃に維持しなが
ら 0.5時間のエピタキシャル成長を行ない、単結晶育成
用基板の両面に [111]軸が膜法線に対して5度傾いてい
る Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12単結晶膜を有する Ho1.1Tb
0.6Bi1.3Fe5O 12単結晶〔以下、HoTbBiIG単結晶[A1]と略
称する〕、および、[111] 軸が膜法線と実質的に一致し
ている Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12単結晶膜を有する Ho1.1
Tb0.6Bi1.3Fe5O12単結晶〔以下、HoTbBiIG単結晶[B1]と
略称する〕とを得た。ここに得られた HoTbBiIG 単結晶
[A1]は、片面12μm 、両面の厚さが 24 μmで、磁化を
飽和させた状態でのファラデー回転角θF は、波長 786
nmで 22.2 度であり、飽和磁界は 1000 Oeであった。ま
た、ここに得られた HoTbBiIG 単結晶[B1]は、片面13μ
m 、両面の厚さが 26 μm で、磁化を飽和させた状態で
のファラデー回転角θF は、波長 786nmで 23.1 度であ
り、飽和磁界は 1000 Oeであった。 Example 1 Manufactured by the Czochralski method according to a conventional method
1 inch (111) garnet single crystal [(GdCa)Three(GaMgZr)Five
O12, Ingot] [Lattice constant 12.498 ± 0.002Å]
[112] Cut at an angle of 5 degrees in the axial direction and make the [111] axis normal.
Single crystal growth of thickness 490-510 μm inclined 5 degrees
Substrate [a1]. Similarly, the [111] axis is substantially the same as the normal
480-500 μm thick substrate for growing single crystals
[b] was obtained. Platinum oxide [Pb
O, 4N] 843 g, bismuth oxide [BiTwoO Three, 4N] 978 g, oxidation
Ferrous iron [FeTwoOThree, 4N], 128 g, boron oxide [BTwoOThree, 5N] 38
g, terbium oxide [TbFourO7, 3N] 4.0g and oxidation
Holmium [HoTwoOThree, 3N] 9.0g. This is precise
Place it in place in a vertical tubular electric furnace and heat to 1000 ° C
Melt, mix well and mix thoroughly, then melt
Bismuth-substituted magnetic garnet cooled to 768 ° C
A melt for growing a single crystal was obtained. Then, according to the usual method,
The substrate for growing a single crystal [a1],and,
Immerse the substrate [b] and maintain the melt temperature at 768 ° C.
0.5 hours of epitaxial growth to grow a single crystal
[111] axis is tilted 5 degrees to the film normal on both sides of the substrate
Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Ho with single crystal film1.1Tb
0.6Bi1.3FeFiveO 12Single crystal [hereinafter, HoTbBiIG single crystal [A1Abbreviated
And the [111] axis substantially coincides with the film normal.
Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Ho with single crystal film1.1
Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Single crystal [hereinafter, HoTbBiIG single crystal [B1]When
Abbreviations]. HoTbBiIG single crystal obtained here
[A1] Is 12μm on one side, 24μm on both sides,
Faraday rotation angle θ in the saturated stateFIs the wavelength 786
It was 22.2 degrees in nm and the saturation field was 1000 Oe. Ma
The HoTbBiIG single crystal obtained here [B1] Is 13μ on one side
m, thickness of both sides is 26 μm, and magnetization is saturated
Faraday rotation angle θFIs 23.1 degrees at a wavelength of 786 nm.
The saturation magnetic field was 1000 Oe.
【0049】ここに得られた HoTbBiIG 単結晶[A1]の一
方の HoTbBiIG 単結晶表面に、蒸着法によりアルミニウ
ムを蒸着させて反射膜、即ち、ミラーを形成させたの
ち、他方の HoTbBiIG 単結晶表面に、常法により、反射
防止膜を施したのち、所定の大きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕
に裁断して HoTbBiIG 単結晶[A1]−反射膜ブロックを得
た。次いで、HoTbBiIG単結晶[B1]の HoTbBiIG 単結晶膜
の両面に、常法により、反射防止膜を施したのち、所定
の大きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕に裁断して HoTbBiIG単結
晶[B1]片を得た。On one HoTbBiIG single crystal surface of the obtained HoTbBiIG single crystal [A 1 ], aluminum was deposited by a vapor deposition method to form a reflective film, ie, a mirror, and then the other HoTbBiIG single crystal surface Then, after applying an antireflection film by a usual method, a predetermined size (2.5 mm × 2.5 mm)
To obtain a HoTbBiIG single crystal [A 1 ] -reflection film block. Next, an anti-reflection film is applied on both sides of the HoTbBiIG single crystal film of the HoTbBiIG single crystal [B 1 ] by an ordinary method, and then cut into a predetermined size [2.5 mm × 2.5 mm] to cut the HoTbBiIG single crystal [B 1]. 1 ] obtained a piece.
【0050】引き続いて、ここに得られた HoTbBiIG 単
結晶[B1]片を HoTbBiIG 単結晶[A1]−反射膜ブロックの
HoTbBiIG 単結晶膜面に密着させて、市販の光学用接着
剤を用いて固定して接合させて、ファラデー回転子−反
射膜ブロックを得た。Subsequently, the HoTbBiIG single crystal [B 1 ] piece obtained here was used as a HoTbBiIG single crystal [A 1 ] -reflection film block.
The Faraday rotator-reflection film block was obtained by bringing the film into close contact with the surface of the HoTbBiIG single crystal film, fixing it with a commercially available optical adhesive, and joining it.
【0051】ここに得られたファラデー回転子−反射膜
ブロックの中から、無作為に5個を選び出して、その H
oTbBiIG 単結晶[B1]膜の表面に、反射防止膜を施した偏
光子〔コーニング社製、商品名ポーラコア〕を取り付け
て、エポキシ系接着剤で固定して接合させて、偏光子−
ファラデー回転子[A1-B1] −反射膜ブロックを得た。こ
こに得られた偏光子−ファラデー回転子−反射膜ブロッ
クに、光入出力路としてコア径 400μm のポリマクラッ
ド光ファイバを取り付けて光磁界センサヘッドを得た。From the Faraday rotator-reflection film block obtained here, five were randomly selected, and their H
oTbBiIG A single crystal [B 1 ] film, on the surface of which is attached a polarizer having an antireflection film [Corning Co., Polar core], fixed with an epoxy adhesive and joined, the polarizer-
A Faraday rotator [A 1 -B 1 ] -reflection film block was obtained. A polymer clad optical fiber having a core diameter of 400 μm was attached to the obtained polarizer-Faraday rotator-reflection film block as an optical input / output path to obtain an optical magnetic field sensor head.
【0052】ここに得られた光磁界センサヘッドを反射
型光磁界センサ〔図1参照〕の光磁界センサヘッド端子
に取り付けた。光磁界センサヘッドの先端部を磁界印加
装置〔マグネテイック社製、MAGNET〕の所定の位置に設
置した。光磁界センサヘッドの磁界の印加状態を種々に
変化させながら、光源〔半導体レーザ、シャープ社製、
商品名半導体レーザ、LT024MD/PD型〕から波長 0.786μ
m の信号光を出射して、レンズ、ハーフミラー、光入出
力路〔コア径 400μm の光ファイバ〕を介して、上記の
光磁界センサヘッドに信号光を入射させた。そして、光
磁界センサヘッドで反射して、再び、光ファイバから出
射された光信号の一部をハーフミラーで反射させて光検
出器〔安藤電気社製、商品名パワーメータ、AQ-1111
型〕に導き、ここに到達した信号光の光強度を測定し
た。その結果、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oe
の磁界を印加したときに、ファラデー回転子は磁気的に
飽和した。また、ファラデー回転子に磁界を印加しない
状態と、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oe の磁界
を印加した状態との光強度差は 2.5dB乃至 2.6dB(平均
値 2.5dB)であった。The obtained optical magnetic field sensor head was attached to the optical magnetic field sensor head terminal of a reflection type optical magnetic field sensor (see FIG. 1). The tip of the optical magnetic field sensor head was installed at a predetermined position of a magnetic field application device (MAGNET, MAGNET). While variously changing the application state of the magnetic field of the optical magnetic field sensor head, a light source (semiconductor laser, manufactured by Sharp Corporation,
Product name: Semiconductor laser, LT024MD / PD type)
m, and the signal light was made incident on the above-mentioned optical magnetic field sensor head via a lens, a half mirror, and an optical input / output path (an optical fiber having a core diameter of 400 μm). Then, the light is reflected by the optical magnetic field sensor head, and again, a part of the optical signal emitted from the optical fiber is reflected by the half mirror, and the light is detected by a photodetector (manufactured by Ando Electric Co., trade name: power meter, AQ-1111
Mold], and the light intensity of the signal light that reached here was measured. As a result, the magnetic field strength of 1000 F
When the magnetic field was applied, the Faraday rotator was magnetically saturated. The light intensity difference between the state where no magnetic field was applied to the Faraday rotator and the state where a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator was 2.5 dB to 2.6 dB (average value 2.5 dB).
【0053】実施例2 実施例1において、単結晶育成用基板[a1]の片面を単結
晶育成用融液の表面に接触させて 1.0時間のエピタキシ
ャル成長を行った以外は、全て実施例1と同様に処理し
て、単結晶育成用基板[a1]の片面に Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe
5O12単結晶膜を有する Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12単結晶
〔以下、HoTbBiIG単結晶[A2]と略称する〕を得た。ここ
に得られた HoTbBiIG 単結晶[A2]の膜厚は 23 μm であ
った。また、磁化を飽和させた状態でのファラデー回転
角θF は、波長 786nmで 21.7 度であった。ここに得ら
れた HoTbBiIG 単結晶[A2]の基板[a1]の表面に、蒸着法
によりアルミニウムを蒸着させて反射膜、即ち、ミラー
を形成させたのち、常法に従って、HoTbBiIG 単結晶
[A2]の表面に反射防止膜を施したのち、所定の大きさ
〔 2.5mm×2.5mm 〕に裁断して HoTbBiIG 単結晶[A2]−
反射膜ブロックを得た。Example 2 Example 1 was repeated except that one side of the single crystal growth substrate [a 1 ] was brought into contact with the surface of the single crystal growth melt to perform epitaxial growth for 1.0 hour. In the same manner, Ho 1.1 Tb 0.6 Bi 1.3 Fe was applied to one side of the substrate [a 1 ] for growing a single crystal.
5 O 12 Ho 1.1 Tb 0.6 Bi 1.3 Fe 5 O 12 single crystal having a single crystal film was obtained [hereinafter, HoTbBiIG monocrystalline abbreviated as [A 2]]. The thickness of the HoTbBiIG single crystal [A 2 ] obtained here was 23 μm. The Faraday rotation angle θ F in a state where the magnetization was saturated was 21.7 degrees at a wavelength of 786 nm. On the surface of the substrate [a 1 ] of the obtained HoTbBiIG single crystal [A 2 ], aluminum is deposited by an evaporation method to form a reflection film, ie, a mirror, and then the HoTbBiIG single crystal is formed according to a conventional method.
After applying an anti-reflection film on the surface of [A 2 ], cut into a predetermined size [2.5 mm × 2.5 mm] and cut HoTbBiIG single crystal [A 2 ] −
A reflective film block was obtained.
【0054】ここに得られた HoTbBiIG 単結晶[A2]−反
射膜ブロックの中から、無作為に5個を選び出して、実
施例1で得た HoTbBiIG 単結晶[B1]片を HoTbBiIG 単結
晶[A 2]−反射膜ブロックの HoTbBiIG 単結晶[A2]膜面に
密着させて、市販の光学用接着剤を用いて固定して接合
させた。次いで、HoTbBiIG単結晶[B1]膜の表面に、反射
防止膜を施した偏光子〔コーニング社製、商品名ポーラ
コア〕を取り付けて、エポキシ系接着剤で固定して接合
させて偏光子−ファラデー回転子[A2-B1] −反射膜ブロ
ックを得た。ここに得られた偏光子−ファラデー回転子
−反射膜ブロックに、光入出力路としてコア径 400μm
のポリマクラッド光ファイバを取り付けて光磁界センサ
ヘッドを得た。The HoTbBiIG single crystal [ATwo]-Anti
Five randomly selected from the film blocks
HoTbBiIG single crystal obtained in Example 1 [B1] One piece of HoTbBiIG
Crystal [A Two]-HoTbBiIG single crystal of reflective film block [ATwo] On the membrane surface
Adhere, fix using commercial optical adhesive and join
I let it. Then, HoTbBiIG single crystal [B1] Reflection on the surface of the film
Polarizer with anti-reflection coating [Polar, manufactured by Corning Incorporated
Core], fix with epoxy adhesive and join
The polarizer-Faraday rotator [ATwo-B1]-Reflective film
Got a lock. Polarizer obtained here-Faraday rotator
-400μm core diameter as a light input / output path in the reflective film block
Optical magnetic field sensor with polymer clad optical fiber
Got the head.
【0055】ここに得られた光磁界センサヘッドを実施
例1で使用した試験装置の光磁界センサヘッド端子に取
り付けて、実施例1と同様にして評価試験を行った。そ
の結果、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oe の磁界
を印加したときに、ファラデー回転子は磁気的に飽和し
た。また、ファラデー回転子に磁界を印加しない状態
と、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oe の磁界を印
加した状態との光強度差は 2.8dB乃至 3.0dB(平均値
2.9dB)であった。The obtained optical magnetic field sensor head was attached to the optical magnetic field sensor head terminal of the test apparatus used in Example 1, and an evaluation test was performed in the same manner as in Example 1. As a result, when a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator, the Faraday rotator was magnetically saturated. The light intensity difference between the state where no magnetic field is applied to the Faraday rotator and the state where a magnetic field strength of 1000 Oe is applied to the Faraday rotator is 2.8 to 3.0 dB (average value).
2.9 dB).
【0056】実施例3 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に3度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して3度傾むいた単結晶育成用基板
[a3]を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁界
センサヘッドを製作し、実施例1と同様にして評価試験
を行った。その結果、ファラデー回転子[A3-B1] に磁界
強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー回
転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に磁
界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度 1
000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 2.2dB乃
至 2.5dB(平均値 2.3dB)であった。Example 3 In Example 1, when cutting the substrate for growing a single crystal,
Obtained by inclining the ingot 3 degrees in the [112] axis direction
Substrate for single crystal growth with [111] axis inclined at 3 degrees to normal
Except for using [a 3 ], an optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1, and an evaluation test was performed in the same manner as in Example 1. As a result, when applying a magnetic field of field strength 1000 Oe to Faraday rotator [A 3 -B 1], Faraday rotator was magnetically saturated. In addition, when no magnetic field is applied to the Faraday rotator, the magnetic field intensity is applied to the Faraday rotator.
The difference in light intensity from the state where a magnetic field of 000 Oe was applied was 2.2 dB to 2.5 dB (average 2.3 dB).
【0057】実施例4 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に10度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して10度傾むいた単結晶育成用基
板[a4]を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例1と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A4-B1] に磁
界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー
回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に
磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度
1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 2.8dB
乃至 3.3dB(平均値 3.0dB)であった。Example 4 In Example 1, when cutting the substrate for growing a single crystal,
Obtained by cutting the ingot at an angle of 10 degrees in the [112] axis direction
A magneto-optical sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the substrate [a 4 ] for growing a single crystal whose [111] axis was inclined by 10 degrees with respect to the normal was used. An evaluation test was performed in the same manner. As a result, when applying a magnetic field of field strength 1000 Oe to the Faraday rotator [A 4 -B 1], Faraday rotator was magnetically saturated. In addition, when no magnetic field is applied to the Faraday rotator,
The light intensity difference from the state where a magnetic field of 1000 Oe is applied is 2.8 dB
To 3.3 dB (average 3.0 dB).
【0058】実施例5 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に20度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して20度傾むいた単結晶育成用基
板[a5]を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例1と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A5-B1] に磁
界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー
回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に
磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度
1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 3.0dB
乃至 3.4dB(平均値 3.2dB)であった。Example 5 In Example 1, when cutting the substrate for growing a single crystal,
Obtained by cutting the ingot at an angle of 20 degrees in the [112] axis direction
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the substrate [a 5 ] for growing a single crystal whose [111] axis was inclined by 20 degrees with respect to the normal was used. An evaluation test was performed in the same manner. As a result, when applying a magnetic field of field strength 1000 Oe in the Faraday rotator [A 5 -B 1], Faraday rotator was magnetically saturated. In addition, when no magnetic field is applied to the Faraday rotator,
The light intensity difference from the state where a 1000 Oe magnetic field is applied is 3.0 dB
To 3.4 dB (average value 3.2 dB).
【0059】実施例6 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に40度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して40度傾むいた単結晶育成用基
板[a6]を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例1と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A6-B1] に磁
界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー
回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に
磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度
1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 3.6dB
乃至 4.1dB(平均値 3.8dB)であった。Example 6 In Example 1, when cutting the substrate for growing a single crystal,
Obtained by cutting the ingot at an angle of 40 degrees in the [112] axis direction
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the substrate [a 6 ] for growing a single crystal whose [111] axis was inclined by 40 degrees with respect to the normal was used. An evaluation test was performed in the same manner. As a result, when a magnetic field strength of 1,000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 6 -B 1 ], the Faraday rotator was magnetically saturated. In addition, when no magnetic field is applied to the Faraday rotator,
3.6dB light intensity difference from 1000 Oe magnetic field applied
From 4.1 to 4.1 dB (average 3.8 dB).
【0060】実施例7 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に60度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して60度傾むいた単結晶育成用基
板[a7]を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例1と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A7-B1] に磁
界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー
回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に
磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度
1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 3.3dB
乃至 3.5dB(平均値 3.4dB)であった。Example 7 In Example 1, when cutting the substrate for growing a single crystal,
Obtained by cutting the ingot at an angle of 60 degrees in the [112] axis direction
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the substrate [a 7 ] for growing a single crystal whose [111] axis was inclined 60 degrees with respect to the normal was used. An evaluation test was performed in the same manner. As a result, when a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 7 -B 1 ], the Faraday rotator was magnetically saturated. In addition, when no magnetic field is applied to the Faraday rotator,
The light intensity difference from the state where a magnetic field of 1000 Oe is applied is 3.3 dB
To 3.5 dB (average value 3.4 dB).
【0061】実施例8 容量 500mlの白金製ルツボに、酸化鉛[PbO 、4N]843
g、酸化ビスマス[Bi2O3、4N]978g、酸化第2鉄[Fe2O
3 、4N]120g、酸化ガリウム[Ga2O3 、4N]4.5g、酸化
ほう素[B2O3、5N]38g 、酸化ガドリニウム[Gd2O3 、
3N]6.5g、および、酸化イットリウム[Y2O3、3N]4.0g
を仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置に
設置し、1000℃に加熱して溶融し、十分に撹拌して均一
に混合させたのち、融液温度 773℃にまで冷却してビス
マス置換磁性ガーネット単結晶育成用融液とした。次い
で、常法に従って、ここに得られた融液に、実施例1で
得た単結晶育成用基板[b] を浸漬し、融液温度を 773℃
に維持しながら 0.7時間のエピタキシャル成長を行な
い、単結晶育成用基板[b] の両面に Y0.9Gd0.9Bi1.2Fe4
.8Ga0.2O12単結晶[YGdBiGaIG 単結晶]膜を有する Y
0.9Gd0.9Bi1.2Fe4.8Ga0.2O 12単結晶〔以下、YGdBiGaIG
単結晶[B2]と略称する〕膜を得た。ここに得られた YGd
BiGaIG単結晶[B2]は、片面16μm 、両面の厚さが 32 μ
mで、磁化を飽和させた状態でのファラデー回転角θF
は、波長 786nmで 24.4 度であった。また、飽和磁界は
600 Oe であった。次いで、常法に従って、YGdBiGaIG
単結晶[B2]の両面に反射防止膜を施したのち、所定の大
きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕に裁断して YGdBiGaIG単結晶[B
2]片を得た。Example 8 Platinum oxide [PbO, 4N] 843 was placed in a platinum crucible having a capacity of 500 ml.
g, bismuth oxide [BiTwoOThree, 4N] 978 g, ferric oxide [FeTwoO
Three , 4N] 120 g, gallium oxide [GaTwoOThree , 4N] 4.5g, oxidation
Boron [BTwoOThree, 5N] 38g, gadolinium oxide [GdTwoOThree ,
3N] 6.5 g and yttrium oxide [YTwoOThree, 3N] 4.0g
Was charged. This is placed in the specified position of the precision vertical tubular electric furnace.
Install, heat to 1000 ° C, melt, stir well, uniform
After cooling to 773 ° C,
This was used as a melt for growing a mass-substituted magnetic garnet single crystal. Next
Then, according to a conventional method, the melt obtained here was added to Example 1
The obtained single crystal growth substrate [b] is immersed, and the melt temperature is set to 773 ° C.
0.7 hours of epitaxial growth while maintaining
Y on both sides of single crystal growth substrate [b]0.9Gd0.9Bi1.2FeFour
.8Ga0.2O12Y with single crystal [YGdBiGaIG single crystal] film
0.9Gd0.9Bi1.2Fe4.8Ga0.2O 12Single crystal (hereinafter YGdBiGaIG
Single crystal [BTwo]] Film was obtained. YGd obtained here
BiGaIG single crystal [BTwo] Is 16μm on one side and 32μ on both sides
m, the Faraday rotation angle θ in a state where the magnetization is saturatedF
Was 24.4 degrees at a wavelength of 786 nm. The saturation magnetic field is
It was 600 Oe. Then, according to a conventional method, YGdBiGaIG
Single crystal [BTwo] After applying anti-reflective coating on both sides
And cut to a size of [2.5 mm x 2.5 mm], and the YGdBiGaIG single crystal [B
Two] I got a piece.
【0062】ここに得られた YGdBiGaIG単結晶[B2]片の
中から、無作為に5個を選び出して、実施例1で得た H
oTbBiIG 単結晶[A1]−反射膜ブロックの HoTbBiIG 単結
晶膜面に密着させて、市販の光学用接着剤を用いて固定
して接合させた。次いで、YGdBiGaIG 単結晶[B2]膜の表
面に、反射防止膜を施した偏光子〔コーニング社製、商
品名ポーラコア〕を取り付けて、エポキシ系接着剤で固
定して接合させて、偏光子−ファラデー回転子[A1-B2]
−反射膜ブロックを得た。ここに得られた偏光子−ファ
ラデー回転子−反射膜ブロックに、光入出力路としてコ
ア径 400μm のポリマクラッド光ファイバを取り付けて
光磁界センサヘッドを得た。From the YGdBiGaIG single crystal [B 2 ] pieces obtained here, five pieces were randomly selected, and the H
The oTbBiIG single crystal [A 1 ] -adhered to the HoTbBiIG single crystal film surface of the reflective film block, and fixed and bonded using a commercially available optical adhesive. Then, on the surface of the YGdBiGaIG single crystal [B 2 ] film, a polarizer provided with an anti-reflection film (Polycore, manufactured by Corning Corporation) was attached, fixed with an epoxy-based adhesive, and joined to form a polarizer. Faraday rotator [A 1 -B 2 ]
-A reflective film block was obtained. A polymer clad optical fiber having a core diameter of 400 μm was attached to the obtained polarizer-Faraday rotator-reflection film block as an optical input / output path to obtain an optical magnetic field sensor head.
【0063】ここに得られた光磁界センサヘッドを、高
分子光導波路で作製された光分岐器〔三菱瓦斯化学社
製、200S-D2 型〕で構成された反射型光磁界センサ〔図
9参照〕の光入出力路〔コア径 200μm の光ファイバ〕
に取り付けた。光磁界センサヘッドの先端部を磁界印加
装置〔マグネテイック社製、MAGNET〕の所定の位置に設
置した。光磁界センサヘッドの磁界の印加状態を種々に
変化させながら、光源から波長0.786μm のレーザ光を
入射させて、光検出器〔安藤電気社製、商品名パワーメ
ータ、AQ-1111 型〕に到達した信号光の光強度を測定し
た。その結果、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの
磁界を印加したときに、ファラデー回転子は磁気的に飽
和した。また、ファラデー回転子に磁界を印加しない状
態と、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの磁界を印
加した状態との光強度差は 3.5dB乃至 3.8dB(平均値
3.7dB)であった。The obtained optical magnetic field sensor head was used as a reflection type optical magnetic field sensor composed of an optical splitter [200S-D2 type, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.]
9 ] (Optical fiber with core diameter of 200 μm)
Attached to. The tip of the optical magnetic field sensor head was installed at a predetermined position of a magnetic field application device (MAGNET, MAGNET). A laser beam with a wavelength of 0.786 μm is made incident from the light source while changing the applied state of the magnetic field of the optical magnetic field sensor head in various ways, and reaches the photodetector (power meter, AQ-1111, manufactured by Ando Electric Co., Ltd.) The light intensity of the obtained signal light was measured. As a result, when a magnetic field strength of 1,000 Oe was applied to the Faraday rotator, the Faraday rotator was magnetically saturated. The light intensity difference between the state where no magnetic field is applied to the Faraday rotator and the state where a magnetic field strength of 1000 Oe is applied to the Faraday rotator is 3.5 dB to 3.8 dB (average value).
3.7 dB).
【0064】実施例9 実施例8において、実施例1で得た HoTbBiIG 単結晶[A
1]−反射膜ブロックの替わりに実施例3で得た HoTbBiI
G 単結晶[A3]−反射膜ブロックを用いた以外は、全て実
施例8と同様にして評価試験を行った。その結果、ファ
ラデー回転子[A3-B2] に磁界強度 1000 Oeの磁界を印加
したときに、ファラデー回転子は磁気的に飽和した。ま
た、ファラデー回転子に磁界を印加しない状態と、ファ
ラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの磁界を印加した状態
との光強度差は 3.0dB乃至 3.5dB(平均値 3.3dB)であ
った。Example 9 In Example 8, the HoTbBiIG single crystal obtained in Example 1 [A
1 ] -HoTbBiI obtained in Example 3 instead of the reflective film block
An evaluation test was performed in the same manner as in Example 8 except that a G single crystal [A 3 ] -reflection film block was used. As a result, when applying a magnetic field of field strength 1000 Oe to Faraday rotator [A 3 -B 2], Faraday rotator was magnetically saturated. The light intensity difference between the state where no magnetic field was applied to the Faraday rotator and the state where a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator was 3.0 dB to 3.5 dB (average 3.3 dB).
【0065】実施例10 実施例8において、実施例1で得た HoTbBiIG 単結晶[A
1]−反射膜ブロックの替わりに実施例7で得た HoTbBiI
G 単結晶[A7]−反射膜ブロックを用いた以外は、全て実
施例8と同様にして評価試験を行った。その結果、ファ
ラデー回転子[A7-B2] に磁界強度 1000 Oeの磁界を印加
したときに、ファラデー回転子は磁気的に飽和した。ま
た、ファラデー回転子に磁界を印加しない状態と、ファ
ラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの磁界を印加した状態
との光強度差は 2.7dB乃至 3.1dB(平均値 2.8dB)であ
った。Example 10 In Example 8, the HoTbBiIG single crystal obtained in Example 1 [A
1 ]-HoTbBiI obtained in Example 7 instead of the reflective film block
An evaluation test was performed in the same manner as in Example 8 except that the G single crystal [A 7 ] -reflection film block was used. As a result, when a magnetic field strength of 1,000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 7 -B 2 ], the Faraday rotator was magnetically saturated. The light intensity difference between the state where no magnetic field was applied to the Faraday rotator and the state where a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator was 2.7 dB to 3.1 dB (average value 2.8 dB).
【0066】実施例11 先ず、容量 500mlの白金製ルツボに、酸化鉛[PbO 、4
N]843g、酸化ビスマス[Bi2O3 、4N]978g、酸化第2
鉄[Fe2O3 、4N]120g、酸化ガリウム[Ga2O3 、4N]4.
5g、酸化ほう素[B2O3、5N]38g 、酸化ガドリニウム
[Gd2O3 、3N]6.5g、および、酸化イットリウム[Y
2O3、3N]4.0gを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉
の所定の位置に設置し、1000℃に加熱して溶融し、十分
に攪拌して均一に混合させたのち、融液温度 773℃にま
で冷却してビスマス置換磁性ガーネット単結晶育成用融
液とした。次いで、常法に従って、ここに得られた融液
中に、実施例1で得た単結晶育成用基板[a1]を浸漬させ
て、融液温度を 773℃に維持しながら 0.7時間のエピタ
キシャル成長を行ない、単結晶育成用基板の両面に [11
1]軸が膜法線に対して5度傾いている Y0.9Gd0.9Bi1.2F
e4.8Ga0.2O12単結晶膜を有する Y0.9Gd0.9Bi1.2Fe4 .8Ga
0.2O12単結晶〔以下、YGdBiGaIG 単結晶[A8]と略称す
る〕を得た。ここに得られた YGdBiGaIG単結晶[A8]は、
片面15μm 、両面の厚さが 30 μmで、磁化を飽和させ
た状態でのファラデー回転角θF は、波長 786nmで 23.
7 度であり、飽和磁界は 600 Oe であった。Example 11 First, a lead oxide [PbO, 4] was placed in a platinum crucible having a capacity of 500 ml.
N] 843 g, bismuth oxide [Bi 2 O 3 , 4N] 978 g, secondary oxide
120 g of iron [Fe 2 O 3 , 4N], gallium oxide [Ga 2 O 3 , 4N] 4.
5 g, boron oxide [B 2 O 3 , 5N] 38 g, gadolinium oxide [Gd 2 O 3 , 3N] 6.5 g, and yttrium oxide [Y
2 O 3 , 3N] 4.0 g. This is placed at a predetermined position in a precision vertical tubular electric furnace, heated to 1000 ° C and melted, sufficiently stirred and uniformly mixed, and then cooled to a melt temperature of 773 ° C to remove the bismuth-substituted magnet. This was used as a melt for growing a garnet single crystal. Next, the substrate [a 1 ] for growing a single crystal obtained in Example 1 was immersed in the melt obtained here according to a conventional method, and epitaxial growth was performed for 0.7 hours while maintaining the melt temperature at 773 ° C. On both sides of the substrate for growing a single crystal.
1] The axis is tilted 5 degrees to the membrane normal Y 0.9 Gd 0.9 Bi 1.2 F
e 4.8 Ga 0.2 O 12 Y has a single-crystal film 0.9 Gd 0.9 Bi 1.2 Fe 4 .8 Ga
A 0.2 O 12 single crystal (hereinafter abbreviated as YGdBiGaIG single crystal [A 8 ]) was obtained. The obtained YGdBiGaIG single crystal [A 8 ]
One side 15 [mu] m, is in 30 [mu] m thick double-sided, the Faraday rotation angle theta F in a state saturated with magnetization, at a wavelength 786 nm 23.
7 degrees and the saturation field was 600 Oe.
【0067】ここに得られた YGdBiGaIG単結晶[A8]の一
方の YGdBiGaIG単結晶表面に、蒸着法によりアルミニウ
ムを蒸着させて反射膜、即ち、ミラーを形成させたの
ち、他方の YGdBiGaIG単結晶表面に、常法により、反射
防止膜を施したのち、所定の大きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕
に裁断して YGdBiGaIG単結晶[A8]−反射膜ブロックを得
た。ここに得られた YGdBiGaIG単結晶[A8]−反射膜ブロ
ックの中から、無作為に5個を選び出して、実施例8で
得た YGdBiGaIG単結晶[B2]片の YGdBiGaIG単結晶膜面に
密着させて、市販の光学用接着剤を用いて固定して接合
させた。次いで、YGdBiGaIG 単結晶[B2]膜の表面に、反
射防止膜を施した偏光子〔コーニング社製、商品名ポー
ラコア〕を取り付けて、エポキシ系接着剤で固定して接
合させて、偏光子−ファラデー回転子[A8-B2] −反射膜
ブロックを得た。以下、全て実施例8と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例8と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A 8 -B 2 ] に磁
界強度 600 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー回
転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に磁
界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度 6
00 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 4.5dB乃至
4.6dB(平均値 4.6dB)であった。On one YGdBiGaIG single crystal surface of the obtained YGdBiGaIG single crystal [A 8 ], aluminum is evaporated by an evaporation method to form a reflection film, ie, a mirror, and then the other YGdBiGaIG single crystal surface Then, after applying an antireflection film by a usual method, a predetermined size (2.5 mm × 2.5 mm)
Then, a YGdBiGaIG single crystal [A 8 ] -reflection film block was obtained. From the YGdBiGaIG single crystal [A 8 ] -reflection film blocks obtained here, five were randomly selected, and the YGdBiGaIG single crystal [B 2 ] pieces obtained in Example 8 were placed on the YGdBiGaIG single crystal film surface. They were brought into close contact with each other and fixed and bonded using a commercially available optical adhesive. Then, on the surface of the YGdBiGaIG single crystal [B 2 ] film, a polarizer provided with an anti-reflection film (Polycore, manufactured by Corning Corporation) was attached, fixed with an epoxy-based adhesive, and joined to form a polarizer. A Faraday rotator [A 8 -B 2 ] -reflection film block was obtained. Hereinafter, an optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 8, and an evaluation test was performed in the same manner as in Example 8. As a result, the Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field of 600 Oe was applied to the Faraday rotator [A 8 -B 2 ] . In addition, when no magnetic field is applied to the Faraday rotator, the magnetic field strength
The light intensity difference from the state where the 00 Oe magnetic field is applied is 4.5 dB or less.
It was 4.6 dB (average value 4.6 dB).
【0068】比較例1 実施例1で得られた HoTbBiIG 単結晶[B1]の一方の HoT
bBiIG 単結晶表面に、蒸着法によりアルミニウムを蒸着
させて反射膜、即ち、ミラーを形成させたのち、他方の
HoTbBiIG 単結晶表面に、常法に従って、反射防止膜を
施し、所定の大きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕に裁断して HoT
bBiIG 単結晶[B 1 ]−反射膜ブロックを得た。ここに得ら
れた HoTbBiIG 単結晶[B 1 ]−反射膜ブロックの中から、
無作為に5個を選び出して、実施例1で得た HoTbBiIG
単結晶[B1]片を HoTbBiIG 単結晶[B 1 ]膜面に密着させ
て、市販の光学用接着剤を用いて固定して接合させた。
次いで、HoTbBiIG単結晶[B1]膜の表面に、反射防止膜を
施した偏光子〔コーニング社製、商品名ポーラコア〕を
取り付けて、エポキシ系接着剤で固定して接合させて、
偏光子−ファラデー回転子[B 1 -B1] −反射膜ブロックを
得た。ここに得られた偏光子−ファラデー回転子−反射
膜ブロックに、光入出力路としてコア径 400μm のポリ
マクラッド光ファイバを取り付けて光磁界センサヘッド
を得た。次いで、実施例1と同様にして評価試験を行っ
た。その結果、ファラデー回転子[B 1 -B1] に磁界強度 1
000 Oeの磁界を印加したときに、ファラデー回転子は磁
気的に飽和した。また、ファラデー回転子に磁界を印加
しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの
磁界を印加した状態との光強度差は 1.7dB乃至 2.1dB
(平均値 1.8dB)であった。Comparative Example 1 One HoT of the HoTbBiIG single crystal [B 1 ] obtained in Example 1
On the surface of bBiIG single crystal, aluminum is deposited by an evaporation method to form a reflection film, that is, a mirror, and then the other is formed.
HoTbBiIG An antireflection film is applied to the surface of the single crystal according to a conventional method, and cut into a predetermined size (2.5 mm × 2.5 mm).
bBiIG single crystal [B 1 ] -reflection film block was obtained. From the HoTbBiIG single crystal [B 1 ] -reflection film block obtained here,
HoTbBiIG obtained in Example 1 by selecting 5 randomly
The single crystal [B 1 ] piece was brought into close contact with the HoTbBiIG single crystal [B 1 ] film surface, and fixed and bonded using a commercially available optical adhesive.
Next, on the surface of the HoTbBiIG single crystal [B 1 ] film, a polarizer with an anti-reflection film [Corning Corporation, Polar Core] was attached, fixed with an epoxy adhesive, and joined.
Polarizer - Faraday rotator [B 1 - B 1] - was obtained reflective film blocks. A polymer clad optical fiber having a core diameter of 400 μm was attached to the obtained polarizer-Faraday rotator-reflection film block as an optical input / output path to obtain an optical magnetic field sensor head. Next, an evaluation test was performed in the same manner as in Example 1. As a result, a magnetic field strength of 1 is applied to the Faraday rotator [B 1 - B 1 ].
When a magnetic field of 000 Oe was applied, the Faraday rotator was magnetically saturated. The light intensity difference between the state where no magnetic field is applied to the Faraday rotator and the state where a magnetic field strength of 1000 Oe is applied to the Faraday rotator is 1.7 dB to 2.1 dB.
(Average value 1.8 dB).
【0069】比較例2 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に1度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して1度傾むいた単結晶育成用基板
[a10] を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁
界センサヘッドを制作し、実施例1と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A10-B1]に磁
界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー
回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に
磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度
1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 1.8dB
乃至 2.1dB(平均値 2.0dB)であった。Comparative Example 2 In Example 1, when cutting the substrate for growing a single crystal,
Obtained by cutting the ingot by tilting it in the [112] axis direction once.
Substrate for single crystal growth with [111] axis tilted by 1 degree with respect to normal
Except for using [a 10 ], an optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1, and an evaluation test was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field of 1,000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 10 -B 1 ]. In addition, when no magnetic field is applied to the Faraday rotator,
1.8dB light intensity difference from 1000 Oe magnetic field applied
To 2.1 dB (average value 2.0 dB).
【0070】比較例3 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に65度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して65度傾むいた単結晶育成用基
板[a11] を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光
磁界センサヘッドを制作し、実施例1と同様にして評価
試験を行った。その結果、ファラデー回転子[A11-B1]に
磁界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデ
ー回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子
に磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強
度 1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 3.2
dB乃至 3.5dB(平均値 3.3dB)であった。Comparative Example 3 In Example 1, when cutting the substrate for growing a single crystal,
Obtained by cutting the ingot at an angle of 65 degrees in the [112] axis direction
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the substrate [a 11 ] for growing a single crystal whose [111] axis was tilted 65 degrees with respect to the normal was used. An evaluation test was performed in the same manner. As a result, the Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 11 -B 1 ]. The light intensity difference between the state where no magnetic field is applied to the Faraday rotator and the state where a magnetic field strength of 1000 Oe is applied to the Faraday rotator is 3.2
It was between dB and 3.5 dB (average value 3.3 dB).
【0071】比較例4 実施例8において、 HoTbBiIG 単結晶[A1]−反射膜ブロ
ックの替わりに比較例2で得た HoTbBiIG 単結晶[A10]
−反射膜ブロックを用いた以外は、全て実施例8と同様
にして光磁界センサヘッドを制作し、実施例1と同様に
して評価試験を行った。その結果、ファラデー回転子[A
10-B2]に磁界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、
ファラデー回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデ
ー回転子に磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子
に磁界強度 1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度
差は 1.8dB乃至 2.1dB(平均値 2.0dB)であった。Comparative Example 4 In Example 8, the HoTbBiIG single crystal [A 10 ] obtained in Comparative Example 2 was used instead of the HoTbBiIG single crystal [A 1 ] -reflection film block.
-An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 8 except that the reflective film block was used, and an evaluation test was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the Faraday rotator [A
10 -B 2 ] when a magnetic field strength of 1000 Oe is applied
The Faraday rotator was magnetically saturated. The light intensity difference between a state where no magnetic field was applied to the Faraday rotator and a state where a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator was 1.8 dB to 2.1 dB (average value 2.0 dB).
【0072】[0072]
【発明の効果】本発明によれば、多磁区構造を有する磁
気光学材料を用いて、小型軽量の反射型光磁界センサヘ
ッドを、工業的に、極めて容易に製造して提供すること
ができる。According to the present invention, a small and lightweight reflective optical magnetic field sensor head can be manufactured and provided industrially very easily using a magneto-optical material having a multi-domain structure.
【図1】特公平3−22595号に開示された反射型光
磁界センサの構成を示した模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a reflection type optical magnetic field sensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-22595.
【図2】特願平4−90976号に開示した反射型光磁
界センサの構成を示した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a reflection type optical magnetic field sensor disclosed in Japanese Patent Application No. 4-90976.
【図3】本発明の反射型光磁界センサヘッドの基本構成
を、具体的に説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for specifically explaining the basic configuration of the reflection type optical magnetic field sensor head of the present invention.
【図4】本発明の [111]軸が膜法線に対して傾いている
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸
が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁
性ガーネット単結晶膜とからなるファラデー回転子を、
光入出力路〔光路〕に対して垂直に配置したときの光路
と磁区の位置と磁化方向との関係を示す模式図である。FIG. 4. The [111] axis of the present invention is tilted with respect to the film normal
A Faraday rotator composed of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis substantially coincides with the film normal,
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between an optical path, a position of a magnetic domain, and a magnetization direction when the optical path is arranged perpendicular to an optical input / output path (optical path).
【図5】[111]軸が膜法線と実質的に一致している (11
1)ビスマス置換磁性ガーネット膜からなるファラデー回
転子を、光入出力路〔光路、光軸〕に対して傾斜させて
配置したときの光路〔光軸〕と法線と磁区の位置と磁化
方向との関係を示す模式図である。FIG. 5. The [111] axis is substantially coincident with the membrane normal.
1) When the Faraday rotator made of a bismuth-substituted magnetic garnet film is arranged at an angle with respect to the optical input / output path (optical path, optical axis), the optical path (optical axis), the normal line, the position of the magnetic domain, the magnetization direction, and the like. It is a schematic diagram which shows the relationship of.
【図6】[111]軸が膜法線に対して傾いている (111)ビ
スマス置換磁性ガーネット膜からなるファラデー回転子
を、光入出力路〔光路、光軸〕に対して垂直に配置した
ときの光路〔光軸〕と法線と磁区の位置と磁化方向との
関係を示す模式図である。[FIG. 6] A Faraday rotator made of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet film whose [111] axis is inclined with respect to the film normal is arranged perpendicular to the optical input / output path (optical path, optical axis). FIG. 4 is a schematic diagram showing a relationship among an optical path (optical axis), a normal, a position of a magnetic domain, and a magnetization direction at the time.
【図7】2枚の [111]軸が膜法線と実質的に一致してい
る (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜からなる
ファラデー回転子を、光入出力路〔光路〕に対して垂直
に配置したときの光路と磁区の位置と磁化方向との関係
を示す模式図である。FIG. 7 shows how a Faraday rotator made of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose two [111] axes substantially coincide with the film normal is moved with respect to an optical input / output path [optical path]. It is a schematic diagram which shows the relationship between the optical path at the time of arrange | positioning perpendicularly, the position of a magnetic domain, and a magnetization direction.
【図8】表面の磁区模様が直線状のビスマス置換磁性ガ
ーネット膜を重ねたファラデー回転子の一例を示す模式
図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a Faraday rotator in which bismuth-substituted magnetic garnet films having a linear magnetic domain pattern on the surface are stacked.
【図9】本発明の反射型光磁界センサヘッドを用いた光
磁界センサの全体構成の一例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the entire configuration of a photomagnetic field sensor using the reflection type photomagnetic field sensor head of the present invention.
1 ・・・光源 2 ・・・レンズ 3 ・・・ハーフミラー 4 ・・・光ファイバ 5 ・・・レンズ 6 ・・・偏光子 7 ・・・ファラデー回転子 8 ・・・反射膜 9 ・・・光検出器 10 ・・・偏光子 11 ・・・ファラデー回転子 12 ・・・反射膜 13 ・・・光入力路 14 ・・・光出力路 15 ・・・レンズ 16 ・・・光源 17 ・・・光検出器 18 ・・・偏光子 19 ・・・ファラデー回転子 20 ・・・反射膜 21 ・・・光入出力路 22 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 23 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 24 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 25 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 26 ・・・光源 27 ・・・光ファイバ 28 ・・・光導波路 29 ・・・光磁界センサヘッド 30 ・・・光入出力路 31 ・・・光ファイバ 32 ・・・光検出器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source 2 ... Lens 3 ... Half mirror 4 ... Optical fiber 5 ... Lens 6 ... Polarizer 7 ... Faraday rotator 8 ... Reflection film 9 ... Photodetector 10 ... Polarizer 11 ... Faraday rotator 12 ... Reflection film 13 ... Light input path 14 ... Light output path 15 ... Lens 16 ... Light source 17 ... Photodetector 18 Polarizer 19 Faraday rotator 20 Reflective film 21 Optical input / output path 22 Bismuth-substituted magnetic garnet 23 Bismuth-substituted magnetic garnet 24 Bismuth-substituted magnetic garnet 25 Bismuth-substituted magnetic garnet 26 Light source 27 Optical fiber 28 Optical waveguide 29 Optical magnetic field sensor head 30 Optical input / output path 31 Light Fa Iva 32: photodetector
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−146858(JP,A) 特開 昭55−76327(JP,A) 特開 平5−172917(JP,A) 特開 平6−18639(JP,A) 特開 平5−333124(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01R 33/00 - 33/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-58-146858 (JP, A) JP-A-55-76327 (JP, A) JP-A-5-172917 (JP, A) JP-A-6-127 18639 (JP, A) JP-A-5-333124 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01R 33/00-33/18
Claims (6)
反射膜の順に配置された光磁界測定装置において、反射
膜が、光入出力路の光路中心に対してほぼ垂直に配置さ
れており、しかも、ファラデー回転子が、その [111]軸
が膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いている
ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法
線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜との複数の (111)ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜で構成されていることを特徴とする反射
型の光磁界センサヘッド。An optical input / output path, a polarizer, a Faraday rotator,
In the optical magnetic field measuring device arranged in the order of the reflection film, the reflection
The film is arranged substantially perpendicular to the optical path center of the light input / output path, and the Faraday rotator is tilted so that its [111] axis is tilted within a range of 1 degree to 60 degrees with respect to the film normal. (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film with (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is substantially coincident with the film normal 1. A reflection type optical magnetic field sensor head comprising:
膜が (111)ガーネット単結晶基板を介在して、或いは、
介在することなく密着して一体的に構成されていること
を特徴とする請求項1記載の反射型光磁界センサヘッ
ド。2. The method according to claim 1, wherein the polarizer, the Faraday rotator, and the reflection film have a (111) garnet single crystal substrate therebetween, or
2. The reflection-type optical magnetic field sensor head according to claim 1, wherein the reflection-type optical magnetic field sensor head is integrally formed without being interposed.
線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実
質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜との2枚の (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜で構成されていることを特徴とする請求項1、
および、請求項2記載の反射型光磁界センサヘッド。3. A bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is inclined within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal, and a [111] axis is a film normal. And (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal films substantially corresponding to (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal films.
And a reflection type optical magnetic field sensor head according to claim 2.
線に対して3度乃至45度の範囲内で傾いているビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実
質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜とで構成されていることを特徴とする請求項
1、請求項2、および、請求項3記載の反射型光磁界セ
ンサヘッド。4. A Faraday rotator comprising: a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is inclined within a range of 3 to 45 degrees with respect to the film normal; 4. The reflection-type optical magnetic field sensor head according to claim 1, wherein the magnetic head comprises a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film substantially corresponding to the above. .
0度の範囲内で傾いている、或いは、および、 [111]軸
が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁
性ガーネット単結晶膜が、(111) ガーネット単結晶基板
の両面に育成・形成されている3層構造の (111)ビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶であることを特徴とする請
求項1、請求項2、および、請求項3記載の反射型光磁
界センサヘッド。5. The method according to claim 5, wherein the [111] axis is from 1 degree to 6 degrees
The (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, which is tilted within the range of 0 degrees or whose [111] axis substantially coincides with the film normal, is formed of the (111) garnet single crystal substrate. 4. The reflection type optical magnetic field sensor head according to claim 1, wherein the reflection type magnetic field sensor head is a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal having a three-layer structure grown and formed on both sides.
種類以上のビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜を積層
させて構成されていることを特徴とする請求項1、請求
項2、請求項3、請求項4、および、請求項5記載の反
射型光磁界センサヘッド。6. A Faraday rotator having two different chemical compositions.
6. The reflection type optical magnetic field according to claim 1, wherein the reflection type optical magnetic field is formed by laminating at least two types of bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films. The sensor head.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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| JPH06167554A (en) | 1994-06-14 |
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