JP3193945B2 - 磁気光学素子及び光磁界センサ - Google Patents
磁気光学素子及び光磁界センサInfo
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- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
- G01R33/0322—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Faraday or Voigt effect
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- H—ELECTRICITY
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- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
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- H01F1/342—Oxides
- H01F1/344—Ferrites, e.g. having a cubic spinel structure (X2+O)(Y23+O3), e.g. magnetite Fe3O4
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- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
- H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
- H01F10/18—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
- H01F10/20—Ferrites
- H01F10/24—Garnets
- H01F10/245—Modifications for enhancing interaction with electromagnetic wave energy
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ファラデー効果を有す
る磁気光学素子とそれを用いて磁界を検出し、その磁界
強度を測定する光磁界センサに関するものである。
る磁気光学素子とそれを用いて磁界を検出し、その磁界
強度を測定する光磁界センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電流の周りに発生する磁界強度を光を用
いて測定する方法として、ファラデー効果を有する磁気
光学素子と光ファイバを組み合わせた光磁界センサがあ
る。そのような光磁界センサは、絶縁性が高く電磁誘導
ノイズの影響を受けない等の利点から、電力分野の高圧
配電線の事故検知用センサとして既に実用化されてい
る。近年、より計測器としての要求性能が高まってお
り、高精度で小型な光磁界センサが求められている。
いて測定する方法として、ファラデー効果を有する磁気
光学素子と光ファイバを組み合わせた光磁界センサがあ
る。そのような光磁界センサは、絶縁性が高く電磁誘導
ノイズの影響を受けない等の利点から、電力分野の高圧
配電線の事故検知用センサとして既に実用化されてい
る。近年、より計測器としての要求性能が高まってお
り、高精度で小型な光磁界センサが求められている。
【０００３】ファラデー効果を利用した光磁界センサを
構成するために、一般に図８のようにコリメート光学系
で構成されるセンサヘッド部が使用される（National T
echnical Report Vol.38 No.2 P.127 (1992) 参照）。
図８において、磁界Ｈ中に磁気光学素子１が配置され
る。コリメートレンズには、0.25ピッチの分布屈折率レ
ンズ７ａ，７ｂが使用されている。入力光ファイバ６ａ
から入射した光は、コリメートレンズ７ａで平行光とな
り、偏光子２で直線偏光とされ、磁気光学素子１を通過
する。ファラデー効果により偏光面は磁界強度に比例し
て回転を受ける。回転を受けた直線偏光は、偏光子２と
透過偏光方向を45度に異ならしめた検光子３を通過し、
全反射ミラー４で反射された後、コリメートレンズ７ｂ
で集光され、出力光ファイバ６ｂに結像する。この様な
センサ光学系は、検光子を固定しており、その検光子か
らの光出力を１ポートのみ利用する非差動固定検光子法
と呼ばれる。この光磁界センサでは、磁界強度の変化が
光量変化に変換されて計測が可能となる。この様なコリ
メート光学系で構成されるセンサヘッド部に用いられて
いる磁気光学素子として、一般式（式３）で示される希
土類鉄ガーネット結晶が開示されている（電子情報通信
学会技術研究報告 OQE92-105 (1992) 参照）。この従来
の技術においては、ＹをＢｉやＧｄで置換することによ
り温度特性の良い磁気光学素子を実現している。この従
来例で用いられている結晶の化学式を式３に示す。 Ｂｉ1.3Ｇｄ0.1Ｌａ0.1Ｙ1.5Ｆｅ4.4Ｇａ0.6Ｏ12 （式３） 一方、光磁界センサに用いられる磁気光学素子に希土類
鉄ガーネット結晶を使用した場合、ガーネット結晶に特
有の磁区構造によって、結晶を透過した光は回折され
る。ガーネット結晶の磁区構造がメイズ磁区の場合に
は、回折光は図９に示すように同心円上に観測され、中
心から０次光９、１次光１０、２次光１１、・・・と定
義される。図８に示すようなコリメート光学系で構成さ
れたセンサヘッド部では、出力光ファイバ６ｂでの回折
光の観測条件が０次光観測であるために、その出力は
（数１）で示され、印加磁界が大きくなるにつれてセン
サ出力の非線形性が大きくなり、直線性が悪化するとい
う問題点があった（日本応用磁気学会誌 Vol.14, No.4
P.642 (1990) 参照）。
構成するために、一般に図８のようにコリメート光学系
で構成されるセンサヘッド部が使用される（National T
echnical Report Vol.38 No.2 P.127 (1992) 参照）。
図８において、磁界Ｈ中に磁気光学素子１が配置され
る。コリメートレンズには、0.25ピッチの分布屈折率レ
ンズ７ａ，７ｂが使用されている。入力光ファイバ６ａ
から入射した光は、コリメートレンズ７ａで平行光とな
り、偏光子２で直線偏光とされ、磁気光学素子１を通過
する。ファラデー効果により偏光面は磁界強度に比例し
て回転を受ける。回転を受けた直線偏光は、偏光子２と
透過偏光方向を45度に異ならしめた検光子３を通過し、
全反射ミラー４で反射された後、コリメートレンズ７ｂ
で集光され、出力光ファイバ６ｂに結像する。この様な
センサ光学系は、検光子を固定しており、その検光子か
らの光出力を１ポートのみ利用する非差動固定検光子法
と呼ばれる。この光磁界センサでは、磁界強度の変化が
光量変化に変換されて計測が可能となる。この様なコリ
メート光学系で構成されるセンサヘッド部に用いられて
いる磁気光学素子として、一般式（式３）で示される希
土類鉄ガーネット結晶が開示されている（電子情報通信
学会技術研究報告 OQE92-105 (1992) 参照）。この従来
の技術においては、ＹをＢｉやＧｄで置換することによ
り温度特性の良い磁気光学素子を実現している。この従
来例で用いられている結晶の化学式を式３に示す。 Ｂｉ1.3Ｇｄ0.1Ｌａ0.1Ｙ1.5Ｆｅ4.4Ｇａ0.6Ｏ12 （式３） 一方、光磁界センサに用いられる磁気光学素子に希土類
鉄ガーネット結晶を使用した場合、ガーネット結晶に特
有の磁区構造によって、結晶を透過した光は回折され
る。ガーネット結晶の磁区構造がメイズ磁区の場合に
は、回折光は図９に示すように同心円上に観測され、中
心から０次光９、１次光１０、２次光１１、・・・と定
義される。図８に示すようなコリメート光学系で構成さ
れたセンサヘッド部では、出力光ファイバ６ｂでの回折
光の観測条件が０次光観測であるために、その出力は
（数１）で示され、印加磁界が大きくなるにつれてセン
サ出力の非線形性が大きくなり、直線性が悪化するとい
う問題点があった（日本応用磁気学会誌 Vol.14, No.4
P.642 (1990) 参照）。
【０００４】
【数１】
【０００５】ここで、θFは磁気飽和状態でのファラデ
ー回転角であり、θF＝Ｆ・Ｌと表される。Ｆは材料固
有のファラデー回転係数で、Ｌは素子の光路長である。
Ｍは材料の磁化であり、ＭSは飽和磁化である。一方、
非差動固定検光子法を用いて、回折光の全次数を受光す
る光学系で構成された光磁界センサの出力は（数２）で
示され、非線形項が含まれないので印加磁界に対して出
力が単純比例する。しかしながら、回折光の全次数を受
光するような小型で高精度な光磁界センサはこれまでに
実現されていない。
ー回転角であり、θF＝Ｆ・Ｌと表される。Ｆは材料固
有のファラデー回転係数で、Ｌは素子の光路長である。
Ｍは材料の磁化であり、ＭSは飽和磁化である。一方、
非差動固定検光子法を用いて、回折光の全次数を受光す
る光学系で構成された光磁界センサの出力は（数２）で
示され、非線形項が含まれないので印加磁界に対して出
力が単純比例する。しかしながら、回折光の全次数を受
光するような小型で高精度な光磁界センサはこれまでに
実現されていない。
【０００６】
【数２】
【０００７】そこで、センサ出力の非線形性を解決する
ために、図５に示すような球レンズ５ａ、５ｂを用いて
集光光学系を形成し、回折光の２次光まで受光して直線
性を改善する方法が提案されている（電気学会計測研究
会資料，資料番号IM-94-93，P.31 (1994) 参照）。図５
の光磁界センサが、図８のコリメート光学系を用いた光
磁界センサと異なる点は、球レンズ５ａ，５ｂを使用す
ることにより、センサヘッド内で集光光学系を形成して
いる点である。図５中の複数の軌跡は、光線追跡の計算
結果を示している。この様にセンサヘッドを集光光学系
とすることにより、磁気光学素子で回折された光を２次
光まで受光することが可能となっている。この方法で
は、図７に示すように約25 Oeから300 Oeまでの磁界範
囲で1.0％以下の良好な直線性が実現されている。しか
しながら、25 Oe以下の弱磁界を測定するには比誤差が
大きく、実用上問題を有している。
ために、図５に示すような球レンズ５ａ、５ｂを用いて
集光光学系を形成し、回折光の２次光まで受光して直線
性を改善する方法が提案されている（電気学会計測研究
会資料，資料番号IM-94-93，P.31 (1994) 参照）。図５
の光磁界センサが、図８のコリメート光学系を用いた光
磁界センサと異なる点は、球レンズ５ａ，５ｂを使用す
ることにより、センサヘッド内で集光光学系を形成して
いる点である。図５中の複数の軌跡は、光線追跡の計算
結果を示している。この様にセンサヘッドを集光光学系
とすることにより、磁気光学素子で回折された光を２次
光まで受光することが可能となっている。この方法で
は、図７に示すように約25 Oeから300 Oeまでの磁界範
囲で1.0％以下の良好な直線性が実現されている。しか
しながら、25 Oe以下の弱磁界を測定するには比誤差が
大きく、実用上問題を有している。
【０００８】さらに、図５に示す光磁界センサに、従来
の式３で示されるコリメート光学系に適用される磁気光
学素子を用いても直線性は良好であるが、温度特性が大
きく変化するという問題があった。その従来の光磁界セ
ンサの温度特性を図６に示す。−20℃〜＋80℃の温度範
囲で、−4.5％から＋6.3％もの温度変化を示すことがわ
かる。
の式３で示されるコリメート光学系に適用される磁気光
学素子を用いても直線性は良好であるが、温度特性が大
きく変化するという問題があった。その従来の光磁界セ
ンサの温度特性を図６に示す。−20℃〜＋80℃の温度範
囲で、−4.5％から＋6.3％もの温度変化を示すことがわ
かる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたよ
うに、これまでに直線性と温度特性を共に満足する測定
精度の高い光磁界センサがなかった。本発明はかかる点
を鑑みてなされたものであり、磁界に対する直線性を向
上し、かつ室温付近での温度特性が良く、高感度の磁気
光学素子を実現し、それを用いて測定精度の高い光磁界
センサを実現することを目的としている。
うに、これまでに直線性と温度特性を共に満足する測定
精度の高い光磁界センサがなかった。本発明はかかる点
を鑑みてなされたものであり、磁界に対する直線性を向
上し、かつ室温付近での温度特性が良く、高感度の磁気
光学素子を実現し、それを用いて測定精度の高い光磁界
センサを実現することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、磁気光学素子によって回折された光を高
次光まで受光するようなセンサ光学系を実現して、広い
測定範囲に対して直線性を改良し、かつそのセンサ光学
系に対して特有の材料組成を見い出して温度特性を改良
する。
決するために、磁気光学素子によって回折された光を高
次光まで受光するようなセンサ光学系を実現して、広い
測定範囲に対して直線性を改良し、かつそのセンサ光学
系に対して特有の材料組成を見い出して温度特性を改良
する。
【００１１】すなわち、下記一般式（式４）においてX
の値を1.00≦X≦1.30、かつYの値を0.42≦Y≦0.60、か
つZの値を0.01≦Z≦0.05、かつWの値を0.40≦W≦0.62と
した希土類鉄ガーネット材料、または下記一般式（式
５）において、Xの値を1.10≦X≦1.30、かつYの値を1.0
0≦Y≦1.80、かつZの値を0≦Z≦0.06とした希土類鉄ガ
ーネット材料を磁気光学素子として提供するものであ
る。 （ＢｉXＧｄYＲZＹ3-X-Y-Z）（Ｆｅ5-WＧａW）Ｏ12 （式４） （ＢｉXＧｄYＲZＹ3-X-Y-Z）Ｆｅ5Ｏ12 （式５） また、上記の磁気光学素子を用いて、高次の回折光まで
受光する光磁界センサを構成するものである。
の値を1.00≦X≦1.30、かつYの値を0.42≦Y≦0.60、か
つZの値を0.01≦Z≦0.05、かつWの値を0.40≦W≦0.62と
した希土類鉄ガーネット材料、または下記一般式（式
５）において、Xの値を1.10≦X≦1.30、かつYの値を1.0
0≦Y≦1.80、かつZの値を0≦Z≦0.06とした希土類鉄ガ
ーネット材料を磁気光学素子として提供するものであ
る。 （ＢｉXＧｄYＲZＹ3-X-Y-Z）（Ｆｅ5-WＧａW）Ｏ12 （式４） （ＢｉXＧｄYＲZＹ3-X-Y-Z）Ｆｅ5Ｏ12 （式５） また、上記の磁気光学素子を用いて、高次の回折光まで
受光する光磁界センサを構成するものである。
【００１２】さらに、本発明では高次の回折光まで受光
する光磁界センサの直線性について、磁気光学素子の膜
厚依存性を見い出した。磁気光学素子の膜厚を５０μｍ
以上とすることにより、弱磁界の直線性を大きく改良す
ることができる。また、その磁気光学素子を用いて構成
する光磁界センサにおいて、磁気光学素子と入出力の光
ファイバ端がレンズを介して線対称な共焦点光学系とす
ることにより、さらに広い磁界範囲について優れた直線
性を実現するものである。
する光磁界センサの直線性について、磁気光学素子の膜
厚依存性を見い出した。磁気光学素子の膜厚を５０μｍ
以上とすることにより、弱磁界の直線性を大きく改良す
ることができる。また、その磁気光学素子を用いて構成
する光磁界センサにおいて、磁気光学素子と入出力の光
ファイバ端がレンズを介して線対称な共焦点光学系とす
ることにより、さらに広い磁界範囲について優れた直線
性を実現するものである。
【００１３】
【作用】本発明の磁気光学素子は、従来のコリメート光
学系に使用するための磁気光学素子に代わって、高次の
回折光まで受光する光学系に使用するためのものであ
る。光磁界センサの直線性を改良するために、高次の回
折光まで受光できるような光学系をセンサヘッドに採用
した場合、従来の０次光を受光する光磁界センサ用の磁
気光学素子は、組成制御による温度特性が適切ではな
く、温度が高くなるにつれて感度が高くなり使用できな
い。光磁界センサの温度特性は磁気光学素子の温度特性
が直接反映される。したがって、本発明の磁気光学素子
を用いることによって、光磁界センサは室温付近の温度
変化に対して安定な出力を与えることが可能である。
学系に使用するための磁気光学素子に代わって、高次の
回折光まで受光する光学系に使用するためのものであ
る。光磁界センサの直線性を改良するために、高次の回
折光まで受光できるような光学系をセンサヘッドに採用
した場合、従来の０次光を受光する光磁界センサ用の磁
気光学素子は、組成制御による温度特性が適切ではな
く、温度が高くなるにつれて感度が高くなり使用できな
い。光磁界センサの温度特性は磁気光学素子の温度特性
が直接反映される。したがって、本発明の磁気光学素子
を用いることによって、光磁界センサは室温付近の温度
変化に対して安定な出力を与えることが可能である。
【００１４】一方、ｎ次の回折光の偏向角α(n)は（数
３）で示され、磁気光学素子の磁区幅が大きくなると偏
向角が小さくなる。
３）で示され、磁気光学素子の磁区幅が大きくなると偏
向角が小さくなる。
【００１５】
【数３】
【００１６】ここで、λは使用する光の波長であり、ｐ
は磁区のピッチ、すなわち磁区幅の２倍の値である。一
般に、磁気光学素子が希土類鉄ガーネット材料である場
合、素子の膜厚が厚くなるにつれて磁区幅は大きくな
る。したがって、磁気光学素子の膜厚を適切に調節する
ことによって、素子の磁区で回折される光の偏向角を変
化させることができ、出力光ファイバで受光される回折
光の次数が大きくなり、弱磁界における光磁界センサの
直線性を改良することが可能となる。
は磁区のピッチ、すなわち磁区幅の２倍の値である。一
般に、磁気光学素子が希土類鉄ガーネット材料である場
合、素子の膜厚が厚くなるにつれて磁区幅は大きくな
る。したがって、磁気光学素子の膜厚を適切に調節する
ことによって、素子の磁区で回折される光の偏向角を変
化させることができ、出力光ファイバで受光される回折
光の次数が大きくなり、弱磁界における光磁界センサの
直線性を改良することが可能となる。
【００１７】さらに、その磁気光学素子と入出力の光フ
ァイバ先端の光学的な位置関係が、共焦点の光学系であ
って、かつ素子に対して線対称な光学系とすることによ
って、出力光ファイバ端で受光される回折光の次数がさ
らに大きくなり、より広い磁界範囲で測定精度が高い光
磁界センサを提供することができる。
ァイバ先端の光学的な位置関係が、共焦点の光学系であ
って、かつ素子に対して線対称な光学系とすることによ
って、出力光ファイバ端で受光される回折光の次数がさ
らに大きくなり、より広い磁界範囲で測定精度が高い光
磁界センサを提供することができる。
【００１８】
（実施例１）以下、本発明の実施例について図面と表を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
【００１９】Ｂｉ2Ｏ3−ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ5系フラックスを
用いてＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ 3Ｇａ5Ｏ12基板上に
一般式式４で示される希土類鉄ガーネット結晶をＬＰＥ
法で結晶成長した。（表１）に実施例を示す。数値は各
元素に対する組成比を表す。（表１）に示す磁気光学素
子の温度特性を評価するために、磁気光学素子を図５に
示す光磁界センサに構成して、磁気光学素子の飽和磁界
以下の磁界範囲で、感度の温度変化を測定した。センサ
感度の変化率を（表１）に示している。交流磁界の周波
数は、60Hzである。（表１）中の温度特性に＃印を付し
た試料は、本発明の範囲外のものである。また、（表
１）で＊印を付した試料については、温度変化の測定デ
ータを図２に示している。
用いてＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ 3Ｇａ5Ｏ12基板上に
一般式式４で示される希土類鉄ガーネット結晶をＬＰＥ
法で結晶成長した。（表１）に実施例を示す。数値は各
元素に対する組成比を表す。（表１）に示す磁気光学素
子の温度特性を評価するために、磁気光学素子を図５に
示す光磁界センサに構成して、磁気光学素子の飽和磁界
以下の磁界範囲で、感度の温度変化を測定した。センサ
感度の変化率を（表１）に示している。交流磁界の周波
数は、60Hzである。（表１）中の温度特性に＃印を付し
た試料は、本発明の範囲外のものである。また、（表
１）で＊印を付した試料については、温度変化の測定デ
ータを図２に示している。
【００２０】
【表１】
【００２１】本発明の磁気光学素子は、一般式式４で示
されるが、結晶組成が、Xの値が1.00≦X≦1.30、かつY
の値が0.42≦Y≦0.60、かつZの値が0.01≦Z≦0.05、か
つWの値が0.40≦W≦0.62では、−20℃から＋80℃の温度
範囲では、感度の温度変化が３％以下（±1.5％以下）
に収まっている。従来例の図６と比較すると著しく温度
特性が改善されることがわかる。（表１）の磁気光学素
子は、図５に示される集光光学系を用いた光磁界センサ
に使用されているので、その出力の直線性を評価する
と、希土類鉄ガーネット結晶が飽和する磁界の約500 Oe
まで2.0％以下の優れた直線性を示すことが確認され
た。
されるが、結晶組成が、Xの値が1.00≦X≦1.30、かつY
の値が0.42≦Y≦0.60、かつZの値が0.01≦Z≦0.05、か
つWの値が0.40≦W≦0.62では、−20℃から＋80℃の温度
範囲では、感度の温度変化が３％以下（±1.5％以下）
に収まっている。従来例の図６と比較すると著しく温度
特性が改善されることがわかる。（表１）の磁気光学素
子は、図５に示される集光光学系を用いた光磁界センサ
に使用されているので、その出力の直線性を評価する
と、希土類鉄ガーネット結晶が飽和する磁界の約500 Oe
まで2.0％以下の優れた直線性を示すことが確認され
た。
【００２２】この様な良好な結果を得るための基本的な
理論は、次のようなものである。磁気光学素子による回
折光の０次光だけを受光する光学系で構成される光磁界
センサは、その出力が（数１）で与えられる。（数１）
において、Ｍ＝χＨで磁化率χは一定であると仮定し
て、交流磁界に対して考慮するために、Ｈ＝ＨINsinω
ｔを代入して変形すると、センサ出力の直流成分Ｖ0DC
と交流成分Ｖ0ACは次式のように表される。ただし、こ
こで比例定数を１として規格化している。
理論は、次のようなものである。磁気光学素子による回
折光の０次光だけを受光する光学系で構成される光磁界
センサは、その出力が（数１）で与えられる。（数１）
において、Ｍ＝χＨで磁化率χは一定であると仮定し
て、交流磁界に対して考慮するために、Ｈ＝ＨINsinω
ｔを代入して変形すると、センサ出力の直流成分Ｖ0DC
と交流成分Ｖ0ACは次式のように表される。ただし、こ
こで比例定数を１として規格化している。
【００２３】
【数４】
【００２４】
【数５】
【００２５】ここで、定数Ａ，Ｂ，Ｃは、
【００２６】
【数６】
【００２７】である。変調度ｍ0はＶ0AC／Ｖ0DCで定義
されるので、（数４）と（数５）から求められる。出力
基本波ωに対する変調度ｍ0は、温度Ｔの関数として次
式のように表される。
されるので、（数４）と（数５）から求められる。出力
基本波ωに対する変調度ｍ0は、温度Ｔの関数として次
式のように表される。
【００２８】
【数７】
【００２９】一方、磁気光学素子による回折光の全次数
を受光する光学系で構成される光磁界センサは、その出
力が（数２）で与えられ、出力の直流成分ＶallDCと交
流成分ＶallACは次式のように表される。
を受光する光学系で構成される光磁界センサは、その出
力が（数２）で与えられ、出力の直流成分ＶallDCと交
流成分ＶallACは次式のように表される。
【００３０】
【数８】
【００３１】
【数９】
【００３２】したがって、変調度ｍallは、温度Ｔの関
数として次式のように表される。
数として次式のように表される。
【００３３】
【数１０】
【００３４】（数７）と（数１０）から、光磁界センサ
の感度の温度特性は磁気光学素子の回折光の受光条件に
大きく依存することがわかる。つまり、従来の０次光の
みを受光するようなセンサ光学系において、（数７）で
表される変調度の温度変化が小さくなるように組成を改
良した磁気光学素子でも、全次数を受光するセンサ光学
系に適用すれば、その変調度は（数１０）に従うので、
感度の温度特性が大きく変化することになる。
の感度の温度特性は磁気光学素子の回折光の受光条件に
大きく依存することがわかる。つまり、従来の０次光の
みを受光するようなセンサ光学系において、（数７）で
表される変調度の温度変化が小さくなるように組成を改
良した磁気光学素子でも、全次数を受光するセンサ光学
系に適用すれば、その変調度は（数１０）に従うので、
感度の温度特性が大きく変化することになる。
【００３５】しかしながら、全次数を受光するセンサ光
学系に適用するために、本実施例の（表１）に示したよ
うに、適切に磁気光学素子の組成を調節すれば、その変
調度は（数１０）に従うので、印加磁界ＨINの大きさが
変化しても変調度の温度特性は変化しない。つまり、直
線性が温度によって変化しない高精度な光磁界センサを
実現することができる。一方、０次光のみを受光する光
磁界センサでは、（数７）に従う変調度は磁界の２乗項
を含むので、印加磁界ＨINの大きさが変わると温度特性
が変化することになる。
学系に適用するために、本実施例の（表１）に示したよ
うに、適切に磁気光学素子の組成を調節すれば、その変
調度は（数１０）に従うので、印加磁界ＨINの大きさが
変化しても変調度の温度特性は変化しない。つまり、直
線性が温度によって変化しない高精度な光磁界センサを
実現することができる。一方、０次光のみを受光する光
磁界センサでは、（数７）に従う変調度は磁界の２乗項
を含むので、印加磁界ＨINの大きさが変わると温度特性
が変化することになる。
【００３６】したがって、希土類鉄ガーネット結晶を磁
気光学素子とする光磁界センサの測定精度を高めるため
に、高次の回折光を受光するセンサ光学系を採用する場
合には、必然的に本発明と同様な方法で希土類鉄ガーネ
ット結晶の組成を改良する必要がある。実施例１の（表
１）のように希土類元素に対して置換する元素がＢｉ＋
Ｇｄ＋Ｌａ＋Ｙの組み合わせだけでなく、これまでに開
示されている温度特性の制御しやすい置換の組み合わ
せ、例えばＢｉ＋Ｇｄ＋Ｙ、Ｂｉ＋Ｇｄ、Ｂｉ＋Ｔｂ、
Ｂｉ＋Ｙｂ＋Ｔｂ、Ｂｉ＋Ｅｕ＋Ｈｏ、Ｂｉ＋Ｎｄ＋Ｔ
ｂ、Ｂｉ＋Ｈｏ＋Ｔｂ、Ｂｉ＋Ｅｒ＋Ｐｂ等の希土類元
素の組み合わせや、その上さらにＦｅ元素をＧａ、Ａ
ｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｐｔから選ばれる少なくとも１種類の
元素で置換した元素の組み合わせを有する希土類鉄ガー
ネット結晶に対しても本願と同様な方法で、感度の温度
特性を低減し、直線性の良い光磁界センサを構成するこ
とも可能である。
気光学素子とする光磁界センサの測定精度を高めるため
に、高次の回折光を受光するセンサ光学系を採用する場
合には、必然的に本発明と同様な方法で希土類鉄ガーネ
ット結晶の組成を改良する必要がある。実施例１の（表
１）のように希土類元素に対して置換する元素がＢｉ＋
Ｇｄ＋Ｌａ＋Ｙの組み合わせだけでなく、これまでに開
示されている温度特性の制御しやすい置換の組み合わ
せ、例えばＢｉ＋Ｇｄ＋Ｙ、Ｂｉ＋Ｇｄ、Ｂｉ＋Ｔｂ、
Ｂｉ＋Ｙｂ＋Ｔｂ、Ｂｉ＋Ｅｕ＋Ｈｏ、Ｂｉ＋Ｎｄ＋Ｔ
ｂ、Ｂｉ＋Ｈｏ＋Ｔｂ、Ｂｉ＋Ｅｒ＋Ｐｂ等の希土類元
素の組み合わせや、その上さらにＦｅ元素をＧａ、Ａ
ｌ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｐｔから選ばれる少なくとも１種類の
元素で置換した元素の組み合わせを有する希土類鉄ガー
ネット結晶に対しても本願と同様な方法で、感度の温度
特性を低減し、直線性の良い光磁界センサを構成するこ
とも可能である。
【００３７】（実施例２）そこで、上述の希土類元素の
組み合わせのうち、Ｂｉ＋Ｇｄ＋Ｙの組み合わせを持
ち、Ｆｅ元素に対して非磁性元素が置換されず飽和磁界
ＨSが大きい磁気光学素子の実施例について（表２）に
示す。（表１）と同様に、Ｂｉ2Ｏ3−ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ5系
フラックスを用いてＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ3Ｇａ5
Ｏ12基板上に一般式式５で示される希土類鉄ガーネット
結晶をＬＰＥ法で結晶成長した。数値は各元素に対する
組成比を表す。（表２）に示す磁気光学素子の温度特性
を評価するために、図５に示す光磁界センサに構成し
て、磁気光学素子の飽和磁界以下の磁界範囲で、感度の
温度変化を測定した。センサ感度の変化率を（表２）に
示している。交流磁界の周波数は、60Hzである。（表
２）中の温度特性に＃印を付した試料は、本発明の範囲
外のものである。
組み合わせのうち、Ｂｉ＋Ｇｄ＋Ｙの組み合わせを持
ち、Ｆｅ元素に対して非磁性元素が置換されず飽和磁界
ＨSが大きい磁気光学素子の実施例について（表２）に
示す。（表１）と同様に、Ｂｉ2Ｏ3−ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ5系
フラックスを用いてＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ3Ｇａ5
Ｏ12基板上に一般式式５で示される希土類鉄ガーネット
結晶をＬＰＥ法で結晶成長した。数値は各元素に対する
組成比を表す。（表２）に示す磁気光学素子の温度特性
を評価するために、図５に示す光磁界センサに構成し
て、磁気光学素子の飽和磁界以下の磁界範囲で、感度の
温度変化を測定した。センサ感度の変化率を（表２）に
示している。交流磁界の周波数は、60Hzである。（表
２）中の温度特性に＃印を付した試料は、本発明の範囲
外のものである。
【００３８】
【表２】
【００３９】本発明の磁気光学素子は、一般式式５で示
されるが、結晶組成が、Xの値が1.10≦X≦1.30、かつY
の値が1.00≦Y≦1.80、かつZの値が0≦Z≦0.06では、−
20℃から＋80℃の温度範囲では、感度の温度変化が３％
以下（±1.5％以下）に収まっている。従来例の図６と
比較すると温度特性が改善されることがわかる。（表
２）の磁気光学素子は、図５に示される集光光学系を用
いた光磁界センサに使用されているので、その出力の直
線性を評価すると、希土類鉄ガーネット結晶が飽和する
約1500 Oeの磁界範囲まで2.0％以下の優れた直線性を示
すことが確認された。
されるが、結晶組成が、Xの値が1.10≦X≦1.30、かつY
の値が1.00≦Y≦1.80、かつZの値が0≦Z≦0.06では、−
20℃から＋80℃の温度範囲では、感度の温度変化が３％
以下（±1.5％以下）に収まっている。従来例の図６と
比較すると温度特性が改善されることがわかる。（表
２）の磁気光学素子は、図５に示される集光光学系を用
いた光磁界センサに使用されているので、その出力の直
線性を評価すると、希土類鉄ガーネット結晶が飽和する
約1500 Oeの磁界範囲まで2.0％以下の優れた直線性を示
すことが確認された。
【００４０】なお、本実施例１および２では、格子整合
性をとるために置換する元素としてＬａを用いた例につ
いて記述したが、一般式式４または式５のＲ元素に１種
類以上の希土類元素を用いることも可能であった。その
際、希土類鉄ガーネット結晶の飽和磁化に対して影響の
ない非磁性元素であることが良好な結果を与える。ま
た、ガーネット結晶基板に格子定数の異なるＣａ−Ｍｇ
−Ｚｒ置換型Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12結晶基板以外のものを用い
た場合も、格子整合性をとるために、一般式式４または
式５のＲ元素に１種類以上の希土類元素を置換して、直
線性と温度特性の良い希土類鉄ガーネット結晶を成長す
ることができた。
性をとるために置換する元素としてＬａを用いた例につ
いて記述したが、一般式式４または式５のＲ元素に１種
類以上の希土類元素を用いることも可能であった。その
際、希土類鉄ガーネット結晶の飽和磁化に対して影響の
ない非磁性元素であることが良好な結果を与える。ま
た、ガーネット結晶基板に格子定数の異なるＣａ−Ｍｇ
−Ｚｒ置換型Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12結晶基板以外のものを用い
た場合も、格子整合性をとるために、一般式式４または
式５のＲ元素に１種類以上の希土類元素を置換して、直
線性と温度特性の良い希土類鉄ガーネット結晶を成長す
ることができた。
【００４１】なお、この直線性と温度特性の改善は0.8
μｍ帯の光源だけでなく、希土類鉄ガーネット結晶を透
過する1.3μｍ帯や1.5μｍ帯の他の波長についても認め
られた。また、周波数60Hzだけでなく、ＤＣ磁界から数
100kHz程度まで精度良く磁界を測定することができた。
さらに、以上はＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ 12
基板上に磁気光学素子を成長させたものであるが、Ｎｄ
3Ｇａ5Ｏ12基板上にも成長条件を変えて成長し、同様な
結果が得られた。また、気相成長法を用いてこれらの基
板上にエピタキシャル成長させることも可能である。
μｍ帯の光源だけでなく、希土類鉄ガーネット結晶を透
過する1.3μｍ帯や1.5μｍ帯の他の波長についても認め
られた。また、周波数60Hzだけでなく、ＤＣ磁界から数
100kHz程度まで精度良く磁界を測定することができた。
さらに、以上はＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ 12
基板上に磁気光学素子を成長させたものであるが、Ｎｄ
3Ｇａ5Ｏ12基板上にも成長条件を変えて成長し、同様な
結果が得られた。また、気相成長法を用いてこれらの基
板上にエピタキシャル成長させることも可能である。
【００４２】ただし、いずれの成長法においても成長条
件によって、一般式式４で示され、その結晶組成におい
てXの値が1.00≦X≦1.30、かつYの値が0.42≦Y≦0.60、
かつZの値が0.01≦Z≦0.05、かつWの値が0.40≦W≦0.62
の範囲である希土類鉄ガーネット材料や一般式式５で示
され、結晶組成がXの値が1.10≦X≦1.30、かつYの値が
1.00≦Y≦1.80、かつZの値が0≦Z≦0.06の範囲である希
土類鉄ガーネット材料が、エピタキシャル成長せずに多
結晶体として形成されることもあるが、そのような多結
晶体の磁気光学素子でも光吸収損失が少し大きくなるも
のの充分に使用可能である。
件によって、一般式式４で示され、その結晶組成におい
てXの値が1.00≦X≦1.30、かつYの値が0.42≦Y≦0.60、
かつZの値が0.01≦Z≦0.05、かつWの値が0.40≦W≦0.62
の範囲である希土類鉄ガーネット材料や一般式式５で示
され、結晶組成がXの値が1.10≦X≦1.30、かつYの値が
1.00≦Y≦1.80、かつZの値が0≦Z≦0.06の範囲である希
土類鉄ガーネット材料が、エピタキシャル成長せずに多
結晶体として形成されることもあるが、そのような多結
晶体の磁気光学素子でも光吸収損失が少し大きくなるも
のの充分に使用可能である。
【００４３】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の
第３の実施例を示す弱磁界における光磁界センサの直線
性について、その膜厚依存性を示す図である。すなわ
ち、図５に示すような回折光を高次まで受光することの
できる光磁界センサの弱磁界における直線性は、使用す
る磁気光学素子の膜厚に大きく依存することを示してい
る。磁気光学素子の膜厚が厚くなるにつれて、弱磁界の
比誤差が極端に改良されていくことがわかる。
ついて図面を参照しながら説明する。図４は、本発明の
第３の実施例を示す弱磁界における光磁界センサの直線
性について、その膜厚依存性を示す図である。すなわ
ち、図５に示すような回折光を高次まで受光することの
できる光磁界センサの弱磁界における直線性は、使用す
る磁気光学素子の膜厚に大きく依存することを示してい
る。磁気光学素子の膜厚が厚くなるにつれて、弱磁界の
比誤差が極端に改良されていくことがわかる。
【００４４】これは既に記述したように、磁気光学素子
の膜厚を調整することによって、磁気光学素子における
回折光の偏向角を変化させることができ、光磁界センサ
の光学系において出力光ファイバ端で受光できる回折光
の次数を増大できることが原因となっている。図４で微
少磁界で比誤差が正の無限大に大きくなるのは、光磁界
センサの信号処理回路の出力に、零磁界状態でも回路の
ノイズ成分が含まれるためである。図４から約５Ｏｅか
ら50Ｏｅ以下の磁界で±2.0％以下の精度で測定するた
めには、50μｍ以上の膜厚を有する磁気光学素子を使用
すれば良いことがわかる。
の膜厚を調整することによって、磁気光学素子における
回折光の偏向角を変化させることができ、光磁界センサ
の光学系において出力光ファイバ端で受光できる回折光
の次数を増大できることが原因となっている。図４で微
少磁界で比誤差が正の無限大に大きくなるのは、光磁界
センサの信号処理回路の出力に、零磁界状態でも回路の
ノイズ成分が含まれるためである。図４から約５Ｏｅか
ら50Ｏｅ以下の磁界で±2.0％以下の精度で測定するた
めには、50μｍ以上の膜厚を有する磁気光学素子を使用
すれば良いことがわかる。
【００４５】特に、膜厚の厚い75μｍの磁気光学素子を
使用した場合には、最も直線性が良好であり、２％以下
の比誤差を示すだけである。この直線性の膜厚依存性
は、さらに膜厚が大きくなっても確認された。図４で使
用した磁気光学素子は、式４または式５で表される希土
類鉄ガーネット材料であるが、この膜厚依存性は磁区を
有する磁気光学素子のすべてに適用できると考えられ
る。
使用した場合には、最も直線性が良好であり、２％以下
の比誤差を示すだけである。この直線性の膜厚依存性
は、さらに膜厚が大きくなっても確認された。図４で使
用した磁気光学素子は、式４または式５で表される希土
類鉄ガーネット材料であるが、この膜厚依存性は磁区を
有する磁気光学素子のすべてに適用できると考えられ
る。
【００４６】（実施例４）以下本発明の第４の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第
４の実施例を示す光磁界センサを示す図である。図１の
磁気光学素子には、式４または式５で表される希土類鉄
ガーネット材料を使用している。図１中の複数の軌跡
は、光線追跡の計算結果を示している。直線性を改良す
るためには、固定検光子法において検光子からの光出力
を２ポート使用する差動構成のセンサ光学系も考えられ
る。
ついて図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第
４の実施例を示す光磁界センサを示す図である。図１の
磁気光学素子には、式４または式５で表される希土類鉄
ガーネット材料を使用している。図１中の複数の軌跡
は、光線追跡の計算結果を示している。直線性を改良す
るためには、固定検光子法において検光子からの光出力
を２ポート使用する差動構成のセンサ光学系も考えられ
る。
【００４７】しかし、ここでも図５と同様に実用的な観
点から入出力の光ファイバを各１本とするために、光出
力を１ポートとした非差動構成を採用した。光線追跡か
らわかるように、図１の本実施例が従来の光磁界センサ
である図５と異なる点は、検光子３としてガラス製偏光
板を用いて、入力光ファイバ６ａと磁気光学素子１、磁
気光学素子１と出力光ファイバ６ｂの光学的配置が、レ
ンズを介して共焦点系で構成され、磁気光学素子を中心
としてほぼ線対称に構成されている点である。このよう
に磁気光学素子に対して線対称な共焦点の光学系を構成
することによって、磁区を有する磁気光学素子の回折光
を高次光まで受光することができる。これらの実施例と
光線追跡の結果から、センサ光学系の光挿入損失が最小
になる条件は、偏光子２と全反射ミラー４が５mm角で、
ガラス材質ＢＫ７の球レンズ５ａ、５ｂが直径３mmの場
合、図１に示すｙの距離が1.0mmの時にｘが1.0〜1.4mm
であることがわかった。そのときの光挿入損失は−13dB
であった。本実施例による光磁界センサの直線性を図３
に示す。図３から明らかなように、本実施例による光磁
界センサは、従来の図７よりも広い磁界範囲で優れた直
線性を示し、300Ｏｅまでの磁界範囲で比誤差がわずか
に１％以下であることがわかる。なお、この様な共焦点
光学系を実現する光学系であれば、各構成部品にサイズ
の小さなものを使用して、小型な光磁界センサを構成し
ても同様に高精度な測定結果を得ることが可能である。
点から入出力の光ファイバを各１本とするために、光出
力を１ポートとした非差動構成を採用した。光線追跡か
らわかるように、図１の本実施例が従来の光磁界センサ
である図５と異なる点は、検光子３としてガラス製偏光
板を用いて、入力光ファイバ６ａと磁気光学素子１、磁
気光学素子１と出力光ファイバ６ｂの光学的配置が、レ
ンズを介して共焦点系で構成され、磁気光学素子を中心
としてほぼ線対称に構成されている点である。このよう
に磁気光学素子に対して線対称な共焦点の光学系を構成
することによって、磁区を有する磁気光学素子の回折光
を高次光まで受光することができる。これらの実施例と
光線追跡の結果から、センサ光学系の光挿入損失が最小
になる条件は、偏光子２と全反射ミラー４が５mm角で、
ガラス材質ＢＫ７の球レンズ５ａ、５ｂが直径３mmの場
合、図１に示すｙの距離が1.0mmの時にｘが1.0〜1.4mm
であることがわかった。そのときの光挿入損失は−13dB
であった。本実施例による光磁界センサの直線性を図３
に示す。図３から明らかなように、本実施例による光磁
界センサは、従来の図７よりも広い磁界範囲で優れた直
線性を示し、300Ｏｅまでの磁界範囲で比誤差がわずか
に１％以下であることがわかる。なお、この様な共焦点
光学系を実現する光学系であれば、各構成部品にサイズ
の小さなものを使用して、小型な光磁界センサを構成し
ても同様に高精度な測定結果を得ることが可能である。
【００４８】さらに、入力光ファイバ６ａと磁気光学素
子１、磁気光学素子１と出力光ファイバ６ｂの光学的配
置が、レンズを介して共焦点系で構成され、磁気光学素
子を中心としてほぼ線対称に構成される直線型の光磁界
センサの実施例を図１０に示す。図１０においては、直
線型とするために偏光子２と検光子３にガラス製偏光板
を使用している。この実施例においても、磁気光学素子
からの回折光を高次光まで受光することができ、図３と
同様に良好な直線性を得ることができる。図１０の実施
例では、図１よりも各構成部品をサイズの小さなものを
使用しており、球レンズ５ａ、５ｂにＢＫ７の直径２mm
のものを使用し、磁気光学素子１、偏光子２、検光子３
に直径２mmの円板を使用している。この場合、集光光学
系で構成されるセンサの光挿入損失が最小になる条件
は、球レンズ５ａと偏光子２の距離と球レンズ５ｂと検
光子３の距離が共に1.5mmの場合、入力光ファイバ６ａ
と球レンズ５ａの距離と球レンズ５ｂと出力光ファイバ
６ｂの距離が共に1.4mm〜1.8mmであることがわかった。
そのときの光挿入損失は−13dBであった。
子１、磁気光学素子１と出力光ファイバ６ｂの光学的配
置が、レンズを介して共焦点系で構成され、磁気光学素
子を中心としてほぼ線対称に構成される直線型の光磁界
センサの実施例を図１０に示す。図１０においては、直
線型とするために偏光子２と検光子３にガラス製偏光板
を使用している。この実施例においても、磁気光学素子
からの回折光を高次光まで受光することができ、図３と
同様に良好な直線性を得ることができる。図１０の実施
例では、図１よりも各構成部品をサイズの小さなものを
使用しており、球レンズ５ａ、５ｂにＢＫ７の直径２mm
のものを使用し、磁気光学素子１、偏光子２、検光子３
に直径２mmの円板を使用している。この場合、集光光学
系で構成されるセンサの光挿入損失が最小になる条件
は、球レンズ５ａと偏光子２の距離と球レンズ５ｂと検
光子３の距離が共に1.5mmの場合、入力光ファイバ６ａ
と球レンズ５ａの距離と球レンズ５ｂと出力光ファイバ
６ｂの距離が共に1.4mm〜1.8mmであることがわかった。
そのときの光挿入損失は−13dBであった。
【００４９】なお、本発明で示した光磁界センサを空隙
付きコアと組み合わせれば、従来にない測定精度の高い
光変流器等の光学式の電流測定装置を実現することが可
能となり、工業的に広範囲にわたる応用性を有する装置
を提供することができる。
付きコアと組み合わせれば、従来にない測定精度の高い
光変流器等の光学式の電流測定装置を実現することが可
能となり、工業的に広範囲にわたる応用性を有する装置
を提供することができる。
【００５０】
【発明の効果】以上述べてきたことから明らかなよう
に、本発明の磁気光学素子とセンサ光学系によれば、従
来よりも広い磁界範囲にわたって、良好な直線性と優れ
た温度特性を実現し、高精度に磁界を計測することでき
る光磁界センサを提供することが可能となる。
に、本発明の磁気光学素子とセンサ光学系によれば、従
来よりも広い磁界範囲にわたって、良好な直線性と優れ
た温度特性を実現し、高精度に磁界を計測することでき
る光磁界センサを提供することが可能となる。
【図１】本発明の光磁界センサの実施例と光線追跡を示
す図
す図
【図２】本発明の磁気光学素子を用いた光磁界センサの
感度の温度依存性を示す図
感度の温度依存性を示す図
【図３】本発明の磁気光学素子と光磁界センサを用いた
センサ出力の直線性を示す図
センサ出力の直線性を示す図
【図４】本発明の光磁界センサにおいて、直線性の膜厚
依存性を示す図
依存性を示す図
【図５】従来の光磁界センサの構成と光線追跡を示す図
【図６】従来の光磁界センサの温度特性を示す図
【図７】従来の光磁界センサの直線性を示す図
【図８】従来の光磁界センサの構成を示す図
【図９】希土類鉄ガーネット結晶による光の回折現象を
説明した模式図
説明した模式図
【図１０】本発明の光磁界センサの他の実施例を示す図
１ 磁気光学素子 ２ 偏光子 ３ 検光子 ４ 全反射ミラー ５ａ 入力側ボールレンズ ５ｂ 出力側ボールレンズ ６ａ 入力光ファイバ ６ｂ 出力光ファイバ ７ａ 入力側コリメートレンズ ７ｂ 出力側コリメートレンズ ８ スクリーン ９ ０次光 １０ １次光 １１ ２次光 １２ ３次光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石塚 訓 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−324817（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−139082（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281903（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−312483（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−88430（ＪＰ，Ａ) 1994年（平成６年）春季第41回応用物 理学会関連連合講演会予稿集第３分冊 （1994年３月28日発行）ｐ．839 28ａ −Ｂ−９ 第18回日本応用磁気学会学術講演概要 集（1994年９月12日発行）ｐ．373 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅ ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．75 Ｎ ｏ．10（15 Ｍａｙ 1994）ｐｐ．6801 −6803 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/09 - 1/09 505 C30B 29/28 G01R 15/24 G01R 33/032 ＣＡ（ＳＴＮ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (5)
- 【請求項１】 下記一般式で示される希土類鉄ガーネッ
ト材料において、Ｘの値を１．００≦Ｘ≦１．３０、か
つＹの値を０．４２≦Ｙ≦０．６０、かつＺの値を０．
０１≦Ｚ≦０．０５、かつＷの値を０．４０≦Ｗ≦０．
６２としたことを特徴とする磁気光学素子。 （ＢｉＸＧｄＹＲＺＹ３−Ｘ−Ｙ−Ｚ）（Ｆｅ５−ＷＧａＷ）Ｏ１２ （式１） Ｒは希土類元素から選択される少なくとも１種類の元素
である。 - 【請求項２】 下記一般式で示される希土類鉄ガーネッ
ト材料において、Ｘの値を１．１０≦Ｘ≦１．３０、か
つＹの値を１．００≦Ｙ≦１．８０、かつＺの値を０≦
Ｚ≦０．０６としたことを特徴とする磁気光学素子。 （ＢｉＸＧｄＹＲＺＹ３−Ｘ−Ｙ−Ｚ）Ｆｅ５Ｏ１２ （式２） Ｒは希土類元素から選択される少なくとも１種類の元素
である。 - 【請求項３】 希土類鉄ガーネット材料を、ガーネット
結晶基板上にエピタキシャル成長させて形成することを
特徴とする請求項１または２記載の磁気光学素子。 - 【請求項４】 ガーネット結晶基板がＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ
置換型Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２基板であることを特徴とする
請求項３記載の磁気光学素子。 - 【請求項５】 希土類鉄ガーネット材料の膜厚が５０μ
ｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の
磁気光学素子。
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