JP4050996B2 - Light switch - Google Patents

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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
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    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
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    • G—PHYSICS
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    • G02F2203/62—Switchable arrangements whereby the element being usually not switchable

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光を通過させたり、遮断したりする光スイッチに関し、さらに詳しくは磁気ヘッドによって磁気光学効果を有する層を磁化し、高速度で光を通過させたり、遮断したりする光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者はこれまで、磁気ヘッド層と、磁気光学効果を有する層と、偏光子層とから構成される光スイッチを多く提案してきた（特許文献１〜５参照）。磁気光学効果を用いる光スイッチは以下のような特徴を有するために、有用性の高いデバイスとなり得る。▲１▼開閉スピードが速いこと、▲２▼構造が簡単で小さくできること、▲３▼熱や湿度などに対して耐久性が大きいことなどである。
【０００３】
これらの光スイッチにおいて、透過時と遮断時のコントラストを大きくするためには、磁気光学効果を大きくすることが好ましい。磁気光学効果を大きくしようとして磁性体の厚みを大きくすると、光透過率が低下して十分な機能を得られない。そこで本発明者は、膜厚当たりの磁気光学効果を増大するために、誘電体多層膜で磁性体を挟んだり、基板に周期構造を設けた後に磁性体の連続膜を形成したりする手段を発明して、下記特許文献１〜５に記載の発明を提案してきた。
【０００４】
屈折率の異なる少なくとも２種類の透明体からなる複数の層を設けた偏光素子を用いる従来技術に関しては、周期が１μｍ程度ないしそれ以下の２次元周期構造からなる偏光子を有するもの、そのような偏光子とその製造方法などがある（特許文献６及び７参照）。またこれらの偏光子を用いた導波路型光デバイスとして、周期が１μｍ程度ないしそれ以下の２次元周期構造からなる偏光子とその製造方法及び導波路型光デバイス（特許文献８参照）がある。
【０００５】
これらの発明で用いられる基板は、石英やポリイミドであり、表面に周期構造が形成される。近年上記発明の発明者の一人である川上彰二郎氏は、このような基板について、２００２年電気情報通信学会総合大会（Ｃ−４−６）にて、「石英ガラス上及び磁性ガーネット基板上直接加工型フォトニック結晶偏光分離素子の作製と評価」と題して報告した（非特許文献１）。この報告では、上記の従来の発明とは異なり、磁性ガーネット基板を用い、この磁性材料の表面のみに、周期構造を作製した後、その上に２種類の透明体からなる複数の層を設けた偏光素子を作製している。また、非特許文献２には、図３に示すような磁性ガーネットを基板とした光アイソレータが紹介されているが、磁性ガーネット基板は４５度のファラデー回転角を得るために、偏光素子よりも数倍厚く描かれている。すなわちファラデー回転角は磁性ガーネット基板全体で発生させて利用していることは明らかであり、本発明のような表面周期構造の効果についてはまったく触れられていない。
【０００６】
（従来技術の欠点）
従来技術の欠点として、以下のことが挙げられる。まず、誘電体多層膜で磁性体を挟んで磁気光学効果を増大する方法は、レーザー光のような特定単一波長の光に対しては有効であった。しかし可視光や赤外光に対して、広い範囲の波長を用いたディスプレイや窓ガラスの遮光などに利用することはできなかった。
【０００７】
また、可視光のような波長範囲を有する光に対しては、磁性体／非磁性体の周期を、可視光波長以下に形成することによって、回折現象を生じさせること無く、この周期構造を透過する光の磁気光学効果を増大させることが出来る。磁性体／非磁性体の周期構造を形成する方法には、従来提案されてきた方法では、大きく分類すると２種類がある。１つは図１（ａ）（ｂ）に示すように、基板に周期構造を設けた後に、磁性体の連続膜を形成する方法である。図１（ａ）は周期構造が波型であり、図１（ｂ）は矩形の場合である。連続膜はこの後、図１（ａ）のＥ部、図１（ｂ）のＡ部、Ｂ部、Ｄ部を削り取れば、より透明性が増大する。しかしこの方法は、▲１▼基板に周期構造を形成する、▲２▼連続膜を形成する、▲３▼Ａ部、Ｂ部、図１（ａ）のＥ部、図１（ｂ）のＤ部を削り取る、という三段階の手順が必要である。更に、▲４▼図１（ａ）、（ｂ）のＤ部に非磁性体を埋める、ことが必要な場合があり、面倒であった。
【０００８】
２つ目は図１（ｃ）に示すように、平坦な基板上に薄膜を形成した後、磁性体／非磁性体磁性体／非磁性体の周期構造を設けるために、磁性体層の一部を周期的に削り取る方法（エッチング）である。したがって、このような周期構造を取ると、非磁性体部位は何か透明な非磁性体で埋めることが必要な場合がある。ところで、磁性体／非磁性体の比は後に理由を説明するように、１／５より小さい方が磁気光学効果の増大効率は大きことがわかった。エッチングした部分を埋めなければ、偏光子層をその上に設けると、不安定になったり、構造が崩壊したりすることは類推できる。
【０００９】
従来のデバイス作製方法において、もうひとつの課題は偏光子の偏光軸方向と、上記磁性体／非磁性体の周期構造の方向とを正確に合せることが比較的困難なことである。偏光子にはいろいろな種類があるが、分離されたＴＥ波とＴＭ波の方向は、周期構造の周期方向と出来る限り正確に一致するかまたは直交することが望ましい。方向がずれていると透過光と遮断光とのコントラストが低減することは、原理からして明らかである。
【００１０】
川上らが発明した磁性ガーネット上の偏光子は、ファラデー効果を用いた光アイソレーターなどを狙いとして研究されていると思われるが、次のような欠点がある。
▲１▼ 上述したように、基本的にファラデー回転は磁性ガーネット部分により生ずる。ガーネットは薄膜ではなく、単結晶であることは明らかである。すなわち、磁性ガーネットの表面周期構造（偏光子を傘型に形成するため）と、ガーネットとしての材料特性とをそのまま利用したものである。後述するように、本発明で利用する周期構造による磁気光学効果の増大効果は利用されていない。したがって、素子形状はファラデー増大効果がない分大きくなるし、光透過率は厚みが大きい分、低下することになる。
▲２▼ 既に言及した非特許文献２には、偏光子が単結晶磁性ガーネットを挟んで２枚利用されている。これは、反射の戻り光を遮断するためには原理的に当然である。２枚の偏光方向は４５度回転している。すなわち、欠点としては２枚の偏光子が必要になることである。また単結晶磁性ガーネットを現在の技術で作製するには、ＧＧＧなどの下地基板上にエピタキシャル法を用いて形成するしかないが、下地基板の可視光透過率は非常に低いのが現状である。従って１．３μｍや１．５μｍという長波長の光通信用に用いられ、可視光用には使用が困難である。また単結晶を用いるために、１０ｃｍ×１０ｃｍ以上という大面積光素子の作製は極めて困難である。
【００１１】
▲３▼ 単結晶磁性ガーネットの保磁力は微小（数Ｏｅ以下）であり、偏光面回転機能を維持するためには、連続的磁界印加が必要となる。光スイッチのスイッチングエネルギーを減少させる点においては、好ましくない。
▲４▼ 特許文献８には隣接する溝間の距離は０．４μｍ、凹部の幅は０．２μｍの例が記載されている。すなわち凸部長さ／凹部長さは１／１であり、本発明のように磁性体／非磁性体の長さ比率を１／５以下とはなっていない。
▲５▼ 前記▲４▼の構成を磁気ヘッドを配置した本発明のような光スイッチに利用しようとすると、ガーネットだけのファラデー回転機能を用いるために、単結晶は厚く（数ミクロン）なる。このためまず光の透過率が低下して、光素子としては大きなコントラストが得にくくなる。またピクセル化（各ピクセルには磁気ヘッドを対応させられない。磁気ヘッドから発生する磁界は、磁気ヘッドからの距離に反比例して減少する。なるべく磁気ヘッドと磁性体は近接させ、かつ薄い磁性体が磁化しやすいので好ましい）ができない。
【００１２】
【特許文献１】
特開平９−２３０２９８号公報
【特許文献２】
特開平１０−２１３７８５号公報
【特許文献３】
特開平１１−６５４８０号公報
【特許文献４】
特開平１１−８１２０号公報
【特許文献５】
特開平１１−２５９８５５号公報
【特許文献６】
特開２０００−５６１３３号公報
【特許文献７】
特開２００１−８３３２１号公報
【特許文献８】
特開２０００−１３１５２２号公報
【特許文献９】
米国特許第６０５５２１５号明細書
【非特許文献１】
２００２年電気情報通信学会総合大会（Ｃ−４−６）予稿集、「石英ガラス上及び磁性ガーネット基板上直接加工型フォトニック結晶偏光分離素子の作製と評価」
【非特許文献２】
光技術コンタクト「フォトニック結晶の産業化へのチャレンジ」川嶋貴之、川上彰二郎(株式会社フォトニックラティス)490〜496ページ、図６
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的とするところは、次の通りである。
▲１▼ 従来に比較してより作製手順を簡略化した、簡便な方法で磁性体／非磁性体構造を作製すること。
▲２▼ 磁気光学効果を有する層表面の該周期構造をそのまま利用して、その上に直接偏光子層を設けて、偏光の方向を容易に一致させて、透過光と遮断光のコントラストを確保すること。
▲３▼磁気光学効果を有する層を薄くして用い且つ全体も１０μｍ程度と薄い光スイッチを得ること。
なお、本発明の光スイッチは偏光子層を２枚備えているが、現在利用されているプロジェクターでは、光スイッチ（実際は空間光変調素子）の前に配置された光学系で、光は偏光子により直線偏光になっており、このような光学系の後に用いる場合には、本発明の光スイッチにおける偏光子の数を一枚にして使用することが出来る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するべく検討した結果、
磁性体の表面のみに一方向に沿って磁性体部分と非磁性体部分とが交互に繰り返されてなる周期構造が構成され、かつ磁性体部分と非磁性体部分との幅の比（磁性体幅／非磁性体幅）を１／５以下とすることにより大きな磁気光学効果が現れることを発見して、本発明に至った。
すなわち、上記課題を解決するための本発明の構成は次の通りである。
【００１５】
（１）少なくとも磁気ヘッド層と、磁気光学効果を有する層と偏光子層とを構成層として含む光スイッチにおいて、偏光子層は磁気光学効果を有する層の両側に配置されており、磁気光学効果を有する層は、磁性体の表面のみに一方向に沿って磁性体部分と非磁性体部分とが交互に繰り返されてなる周期構造が構成され、かつ磁性体部分と非磁性体部分との幅の比（磁性体幅／非磁性体幅）が１／５以下であることを特徴とする光スイッチ。
（２）上記非磁性体部分の層が空気層であることを特徴とする上記（１）記載の光スイッチ。
（３）前記磁性体表面の周期構造の直上に、偏光子層として、屈折率の異なる２種類の誘電体層が交互に繰り返して積層されてなる傘型積層周期構造が設けられていることを特徴とする上記（１）記載の光スイッチ。
【００１６】
（４）磁気ヘッド層の、偏光子層とは反対側に更に偏光子層として屈折率の異なる２種類の誘電体層が交互に繰り返して積層されてなる傘型積層周期構造が設けられていることを特徴とする上記（３）記載の光スイッチ。
（５）磁気光学効果を有する層の材料が固体常磁性体であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光スイッチ。
（６）磁気光学効果を有する層における周期構造が連続膜の結晶部と非晶部とから構成されることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光スイッチ。
【００１７】
（７）磁気ヘッド層の表裏のいずれかの面に、光反射層を設けたことを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の光スイッチ。
（８）偏光子層を構成する屈折率の異なる２種類の誘電体多層膜中に透明磁性体層を挿入することを特徴とする上記（３）又は（４）の光スイッチ。
（９）磁気光学効果を有する層の周期構造の周期が、透過する光の波長よりも小さいことを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光スイッチ。
以上（１）〜（９）の発明を本発明（１）〜（９）という。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の光スイッチは、磁気ヘッド層と、磁気光学効果を有する層と、偏光子層とから構成され、該磁気光学効果を有する層の表面に設けられる磁性体部分と非磁性体部分との周期構造は、本発明者が既に提案したように（例えば特許文献４及び９参照）０．２〜２μｍである。上記特許文献２に記載の光アイソレータは磁性体／非磁性体の比が１／５以下となっていない点で本発明と異なる。
【００１９】
また、上記従来の技術の欄で記載した本発明者による従来の発明は、図１（ａ）、（ｂ）に例として示した方法であり、一つは、▲１▼基板に周期構造を形成する、▲２▼該周期構造上に連続膜を形成する、▲３▼図１（ａ）のＤ部、図１（ｂ）のＡ部、Ｂ部、Ｄ部を削り取る、の手順からなる。さらに▲４▼図１（ａ）、（ｂ）のＤ部には、非磁性体を埋めることが必要な場合がある。もう一つの方法は、図１（ｃ）に示すような、平坦な支持体上に薄膜を形成した後、磁性体／非磁性体周期構造を設けるために、磁性体層の一部を周期的に削り取る（エッチング）方法である。
【００２０】
本発明はこれら２つの方法とは異なり、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、透明磁性体の表面層のみに磁性体部分と非磁性体部分とからなる周期構造を形成する。さらには、磁性体の形状は、図１（ｃ）に例を示した矩形に限定されるものではなく、図２（ａ）、（ｂ）に示すような形状でもよい。
【００２１】
図４に本発明の光スイッチの構成例を示した。磁気ヘッド層は後に述べるように透明な配線で形成されるか、又は銅線コイルの中を光が通過するように形成しても良い。この各層の順序は基本的に制限されないが、磁気ヘッド層と磁気光学効果を有する層とは近接させることが磁界利用効率の点から好ましい。磁気ヘッド層／磁気光学効果を有する層／偏光子層の順に形成した場合の光の偏光状態を説明する。磁気光学効果を有する層は周期（グレーティング）構造を有するために、通過した光は直線偏光になる。磁気光学効果を有する層を通過する場合に、磁気光学効果を有する層が近接配置された磁気ヘッド層の磁界で＋方向に磁化されていると、偏光面は右へ回転する。例えば４５度回転するとすると、磁気光学効果を有する層を通った光は回転した偏光面を有することになり、磁気光学効果を有する層の偏光軸から見て偏光軸を右へ４５度回転して設けられた偏光子はこの光を通すことが出来る。一方、磁気ヘッド層の磁界で−方向に磁化されていると、偏光面は左へ回転する。このために偏光軸を右へ４５度回転して設けられた偏光子はこの光を通すことが出来ない。このようにして光を磁界の向きによってスイッチングすることが出来る。
【００２２】
磁気光学効果を有する層の表面形状は図２に示すように、矩形、かまぼこ型など特に制限はない。また図５に示すように、透明磁性体の表面を削り取って周期構造を形成しても磁気光学効果を増大させる効果は同様である。
【００２３】
透明磁性層の表面に形成した磁性体／非磁性体周期構造の内、非磁性体として空気を選択する、すなわち磁性体層を空気層で形成することも可能で、同様の効果、すなわち磁気光学効果を増大させることができる。この場合にはこの周期構造の上に、非磁性体部をなんら埋めることなく、他の層すなわち偏光子層かまたは磁気ヘッド層を重ねて形成する。光は磁性体と空気との屈折率差を感じてワイヤグリッド偏光子のように旋光し、また磁性体による磁気光学効果との相乗効果によって巨大な磁気光学効果を生ずる。なお非磁性体としてプラスチックなどの有機物を埋め込み、強度を得られるようにしても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２４】
さらには図５に示すように、透明磁性層の表面に形成した磁性体／非磁性体周期構造上に、非磁性体として何も埋めることなく、直接偏光子層として、屈折率の異なる２種類の誘電体層からなる積層周期構造を設けることにより、以下に述べる他の種々の効果を得ることが可能となる。図５に示すように、屈折率の異なる２種類の誘電体層が交互に繰り返して積層されてなる積層周期構造は、積層を重ねていくうちに傘を並べたような凹凸形状になり、構造的な屈折率分布を生じて偏光子機能を有するようになる。本件明細書では、このような傘型の周期構造を傘型積層周期構造という。上記のような傘型積層周期構造に用いられる誘電体は後に述べるような材料を用いることが出来るが、例えば低屈折率層としてのＳｉＯ２と、高屈折率層としてのＴａ２Ｏ５とを組み合わせることができる。
【００２５】
各層の厚みは目的により適宜選択されるが、５０〜５００ｎｍ程度が好ましい。また積層数は２〜５０層程度で良く、目的により選択される。このように透明磁性体の表面に周期構造を作製した後、屈折率の異なる２種類の誘電体層からなる積層周期構造を設けることの効果は、偏光子と磁性体の偏光軸を容易に且つ正確に一致させて作製できることである。別々に作製した磁気光学効果を有する層と偏光子層とを偏光方向を合わせて張り合わせることは煩雑な軸合せ作業を必要とするが、本発明における上記積層周期構造を有する偏光子は全厚みで数μｍと薄くても十分な偏光機能を有するため、全素子厚を薄くすることが可能となる。また、通常であれば接着層を用いて両層を張り合わせる必要があるが、直接偏光子となる薄膜を製膜するために、光学的なロスが大幅に減少するという効果も併せ有する。
【００２６】
本発明の光スイッチに用いる磁性体としては、基本的に以下に示すような強磁性体を用いる。強磁性体以外に常磁性体がある。酸素や水素などの気体も常磁性を示すが、固体の常磁性体にも比較的大きなファラデー効果を示すものがある。例えば無機材料では塩化カリウム、塩化ナトリウム、蛍石（ＣａＦ２）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ダイヤモンド、硫化亜鉛、水晶、ガラス（Ｈｏｙａファラデーガラス）、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２などがある。有機材料では［Ｌｉ（ｔｈｆ）４］［ＣｒIII（Ａｒ）４］、［ＣｒIV（Ａｒ）４］（Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．１７，ｐａｇｅ４０５６−４０６５ ２００２）などがある。これらの内、透明性の高いものが利用できる。ただしメモリー効果のある強磁性体と異なり、外部から磁界を印加し続ける必要がある。例えば酸化テルビウム（Ｔｂ４Ｏ７）のような材料は、可視光透過率が８０％で、ベルデ常数が−０．９ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ（波長６３３ｎｍ、厚み１０ｍｍ）と大きな値を有する。
【００２７】
ただし、上記の磁性体を含有させただけでは実用に耐える大きな磁気旋光を得ることは出来ない。このような常磁性体をガラスなどの中に含有させて、表面に周期構造を作製すれば、同様にファラデー効果が増大して、実用的なコントラストを得ることができる。ファラデー効果の増大分だけ常磁性体ガラスの厚みを低減できるので、透明性が向上し、少ない磁界強度で磁化が可能となる。また、本発明の特徴は、スイッチングする場合だけ電流を正または負の方向に、最短では数ナノセカンドと瞬間だけ流せば良く、後は磁性体のメモリー効果のために放置でき、省電力化できることである。しかし、常磁性体を用いる場合には、磁気ヘッドに電流を流しつづけなければならない。磁気ヘッドは例えば常磁性ガラスの表面でなく、側面に永久磁石を設けても良い。
【００２８】
ところで本発明のような周期（格子）構造では、周期が通過させる光の波長よりも大きければ、光は回折現象を生ずることは良く知られている。本発明のように光スイッチとして用いる場合には、周期は通過させる光の波長よりも短くする必要がある。
【００２９】
光がレーザーの場合には、この波長を考慮して周期を設計すれば良い。従って本発明の周期構造の周期には限定がなく、対象とする光の波長によって選択される。また可視光を対象とする場合には、約４００ｎｍ以下として周期が選ばれる。特殊な例として、回折光としてスイッチングしたい場合には、この限りではない。また光通信に用いられる１．３μｍの波長の場合には、１．３μｍ以下であれば良く、比較的長い周期構造を形成できるので、作製が容易となる。
【００３０】
以上では透明磁性体の表面に、磁性体／非磁性体の周期構造を物理的な凹凸として設けた。しかし、周期構造の目的は磁性体／非磁性体を形成すること、及び屈折率の周期を形成することである。凹凸でなくこの目的にかなう周期構造として、非晶質透明磁性体の表面を周期的に結晶化させる方法がある。たとえば希土類鉄ガーネットは非晶質では非磁性体であり、結晶化によって磁性体となる。従って非晶質希土類鉄ガーネットの表面を、たとえばレーザー光を照射して、線状に加熱して結晶化すれば形成可能である。結晶部位と非結晶部位では屈折率差は少ないので、磁気光学効果の増大率は必ずしも大きくはないが、全面結晶化後の磁性体に凹凸を形成するよりは容易である。
【００３１】
本発明における周期構造の形状は矩形に限らず、矩形の角が丸くなっていても良いし、所謂波型でも良い。この周期構造は以上のように必ずしも磁性体で形成されなくても、光が周期を感じてくれれば良い。たとえば基板上に周期凹凸構造を設けた後、磁性体の連続膜をその上に形成する方法がある。この場合には光にとって磁性体の濃淡（密度差）が周期的になっていることが重要である。例えばこれらの例は図１（ａ），（ｂ）に示した。この場合には各種の支持体を用いることになる。
【００３２】
本発明の光スイッチは、磁気ヘッドをアレイ状に配列して各スイッチの遮光状態を変えると、大面積の遮光膜として、また個々のスイッチを別々にスイッチングするとディスプレイとして用いることが出来る。
【００３３】
以下本発明の光スイッチの各部位について説明する。
本発明に用いる磁気ヘッド層は、磁気ヘッドが１個であっても良いし、複数をアレイ状に配列しても良い。レーザー光の場合には１個でも良いし、光スイッチを並べて画像を形成する場合には、マイクロ磁気ヘッドアレイを形成することが望ましい。
【００３４】
本発明に用いる磁気ヘッドは、図６に例を示すように、外形が２００μｍ程度の電磁誘導コイルと、該コイルの中心に高透磁率磁芯を配して作製する。高透磁率磁芯の代わりに、高透磁率膜を重ねて配置しても同様の効果がある。２次元に配列して用いると、画像表示部位と記録用磁気ヘッドアレイを相互に移動することなく、アレイへの励磁電流を逐次スイッチングして画像を形成することができる。電磁誘導コイルの中心に高透磁率を有するコアを形成しても良い。コイルは必ずしも複数回の巻き数でなくても、図７、図８（ｃ）及び図９に示すような簡易コイルを用いることもできる。マイクロ磁気ヘッドアレイは、一斉に励磁しても良いし、１つづつ順番にスイッチによって通電・駆動しても良い。また、本発明に用いるマイクロ磁気ヘッドアレイでは、各ライン上の磁気ヘッドは、中心位置が直線上からずれていて、いわゆる千鳥状に２次元的に配設されてもよい。これはより高密度に磁気ヘッドを配列して、高解像度の画像を形成するためである。
【００３５】
電磁誘導コイルの高透磁率コア外径は、コイル上端面の上部ではコイル内部寸法より縮小して、磁束密度を高めることが好ましい。これは磁束を集中させることにより、出来る限り磁束の発散を抑えて、強い磁界強度を透明磁性層に印加したいためである。従って断面形状は角形、円柱など形状は問わない。
【００３６】
なおコイルに用いられる材料は、一般的な銅が電気抵抗値の点から好ましいが、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｎｉなどの金属や、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＺｎＯ２：Ｓｉ、ＺｎＯ２：Ａｌ、ＣｄＩｎＯ２、ＩｎＯ２、ＳｎＯ２などの透明導電性材料も用いられる。マイクロ磁気ヘッドアレイの製造方法は大別して、フォトリソグラフィー法、電気メッキ法、塗布法＋エッチングが用いられる。配線のパターン形成用マスクには、各種レーザー光や軟Ｘ線、紫外線などが用いられる。
【００３７】
配線の加工においては、導線の断面積（線幅、線高さ）がより大きいことが、電気抵抗を低下させる点から重要であるが、前述したように、解像度の点からコイル間ピッチには制限があるので、導線間の絶縁層体積がより少ない方法が選ばれる。コイル形成用導線の高さは１μｍ以上とすることにより、電気抵抗を下げて発熱や断線を防止することが望ましい。マイクロ磁気ヘッドアレイを大きい面積で作製することが許されない場合には、コイル幅を細く作製せねばならないが、これも作製技術的な理由と共に、低電気抵抗が必要な点から限界がある。この場合には、コイルを複数段階に積み重ねて、この課題を解決できる。コイルから発生する磁界強度は、［コイルの巻き数×電流値］の大きさに依存するので、コイルを複数層にして設けることで比較的低電流で、大きな磁界強度を得ることが可能となる。
【００３８】
高透磁率コアに用いる軟磁性材料としては、従来多用される、純鉄、珪素鋼、鉄やニッケル及びコバルトとの各種合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系）などが用いられる。特に本発明の目的には、これら鉄とニッケルで構成されるパーマロイが好適に用いられる。透磁率は１０００以上もしくは１００００以上が良い。
【００３９】
ディスプレイ等として用いる場合には、画像を上記のようなマイクロ磁気ヘッドアレイを用いて上書きしても良いし、永久磁石を用いるか、交流磁界消去法を用いて広い範囲を一括して消去しても良い。マイクロ磁気ヘッドアレイの電気的な駆動法は、ＦＥＴなどを用いてスイッチングによって単独又は複数個の磁気ヘッドに励磁電流を順次供給してなされる方法が適宜用いられる。なお更に高速度に画像形成したい場合は、数個づつに同時に電流を流す方法も、電源が大きくなるが可能である。
【００４０】
本発明の光スイッチに用いられる支持体には、各種ガラス、セラミックス、金属などの他にＭＭＡ、ＰＭＭＡ、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１、フッ素化ポリイミド、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ナイロン樹脂などが用いられる。ポリイミドフィルムのように耐熱性が高いプラスチックフィルムも利用できる。厚みは１０〜１００μｍであると柔軟性があって取り扱い上好ましい。
【００４１】
上記のマイクロ磁気ヘッドを用いて記録する磁気光学効果を有する層は制限されないが、適しているのは磁気光学効果の特に大きな透明磁性体である。複数の誘電体膜と透明磁性体とで構成される、磁気光学効果の大きな透明磁性層や、またいわゆる一般的な透明磁気記録媒体を用いても良い。誘電体と磁性体の多層膜によって、ファラデー効果が従来より大幅に増大されることを利用した例を以下に２つ示す。
【００４２】
１つは、誘電体をＧ、磁性体をＭ、正の整数をｍまたはｎとすると、次のような層構成を有する磁気記録媒体である。
｛（ＧＭ）ｎ（ＭＧ）ｎ｝ｍ／支持体
誘電体Ｇと磁性体Ｍは、ＧＭの次はＭＧのように積層順が逆になる。すなわち磁性体Ｍに関して対称となることが必要である。例を図１０に示す。光学膜厚（ｎ‘ｄ）は１／４波長である。
【００４３】
もう１つは、上記Ｇの層を高屈折率層と低屈折率層の２層で構成する方法である。このような磁性体を誘電体で挟んで、多層膜として磁気光学効果を増大させる手段は、屈折率の異なる２種類の誘電体層が交互に繰り返して積層されてなる傘型積層周期構造の誘電体多層膜にも同じ原理で利用できる。このように本来磁気光学効果を有する層に追加して、偏光子層においても透明磁性体層を付加して用いれば、ファラデー効果が増大されるので、透過と遮断の光透過率差すなわちＳ／Ｎが大きくなるという効果がある。
【００４４】
一般的な透明磁性体としては、コバルトフェライト、Ｂａフェライトなどの酸化物、ＦｅＢＯ３、ＦｅＦ３、ＹＦｅＯ３、ＮｄＦｅＯ３などの複屈折が大きな材料、ＭｎＢｉ、ＭｎＣｕＢｉ、ＰｔＣｏなどがある。近年Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎなどの遷移金属を含有して且つ、強磁性を有する酸化亜鉛（例えばＦｅＸＺｎ１−ＸＯやＣｏＸＺｎ１−ＸＯ）が見出されており、これらも好ましく利用できる。ｎ型Ｚｎ１−ｘＶｘＯや、ＣｏをドープしたＴｉＯ２なども利用できる。出来る限り可視光全体にわたって均一な、かつ大きな性能指数を有する透明磁性層としては、下記一般式で表される希土類鉄ガーネットが好ましい。
Ｒ３−×Ａ×Ｆｅ５−ｙＢｙＯ１２
式中、０．２＜×＜３、０≦ｙ＜５、Ｒは希土類金属で、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの少なくとも一種であり、ＡはＢｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｃａ、Ｐｔなどであり、ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ及びＴｉの少なくとも一種である。以上の透明磁性体は単結晶でも良いし、多結晶や非晶質でも良い。磁性材料の保磁力は５０〜５０００ Ｏｅが好ましい。厚みは５０ｎｍ〜１０ｍｍの範囲が好ましいがこれに限定されるものではない。
【００４５】
磁気光学効果は、光の進行方向とスピンの方向とが平行の場合に最も大きな効果が得られるので、これらの材料は膜面に垂直に磁気異方性を有する膜が好ましい。これらの無機透明磁性材料は一般的なスパッタ、真空蒸着、ＭＢＥなどのＰＶＤ法やＣＶＤ法、メッキ法塗布法などによって形成される。
【００４６】
さらに、透明磁性材料として好ましく利用できる材料として分子磁性体が有る。たとえばバナジウムクロムヘキサシアノ錯体 ＫI ０．６３ＶII［ＣｒIII（ＣＮ）６］０．８８ ７．５Ｈ２Ｏ ０．４ＥｔＯＨ や ＫI［（ＶII ０．６ＶIII ０．４）ｘＣｒII １−ｘ］［（ＣｒIII（ＣＮ）６）］などがある。後者は金属イオンの組成比 Ｘ＝ＶII ／ IIIＣｒIIにより、青色（Ｘ＝１）、水色（Ｘ＝０．３）、緑（Ｘ＝０．２２）、無色透明（Ｘ＝０）と変化する。膜作製は電気化学的な合成方法を用いる。磁性材料の保磁力は１００〜２０００ Ｏｅが好ましい。厚みは５０ｎｍ〜１ｍｍの範囲が好ましいがこれに限定されるものではない。
【００４７】
多層膜用誘電体に用いられる材料は、透明でかつ熱的に安定な物質が適し、例えば金属や半金属の酸化物、窒化物、カルコゲン化物、フッ化物、炭化物、及びこれらの混合物であり、具体的にはＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＡｇＦ、ＰｂＦ２、ＭｎＦ２、ＮｉＦ２、ＳｉＣなどの単体あるいはこれらの混合物である。これらの材料の中から透明磁性体と屈折率を異にする種類を選択すればよい。各膜厚は５〜２００ｎｍ好ましくは、５〜３０ｎｍの範囲にするのがよい。誘電体膜は複数の層構成としても良い。膜は各種のＰＶＤ、ＣＶＤ法を用いて作製される。
【００４８】
上記のような多層膜構造とすることによって、強磁性体特有の波長依存性に応じた最大のファラデー効果を有する波長（ピークを与える波長）で、直線偏光の偏光面回転角が増大するように設計できる。
【００４９】
反射層としては、ＰＶＤ法で設けられたＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｅＣ、ＳｅＡｓ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＣｒＮなどの薄膜が用いられる。また誘電体多層膜を用いた反射膜なども利用することが出来る。厚みは０．１〜１μｍの範囲で選択される。
【００５０】
偏光子層としては、各種の市販の偏光フィルムなどが用いることが出来る。偏光フィルムには大別して多ハロゲン偏光フィルム、染料偏光フィルム、金属偏光フィルムなどがある。
【００５１】
また、次のような偏光子も利用できるが、これらに制限されるものではない。
（１）特開平０１−９３７０２号公報に記載の偏光板（トヨタ自動車社）
強磁性体微粒子からなる多数の棒状素子を含む偏光層基板表面に、一定方向に配列して固着形成することにより、製造が容易でかつ光学的特性の優れた偏光板。
【００５２】
（２）ワイヤグリッド偏光子
東京農工大学 佐藤勝昭著「現代人の物理−光と磁気」（朝倉書店）１９８８年出版、１０３ページに記載。
透明基板に微小な間隔で金やアルミニウムの線を引くもの。この場合、線の間隔ｄ、波長をλとすると、λ≫ｄの波長の光に対して、透過光は線に垂直な振動面を持つほぼ完全な直線偏光になることを利用している。偏光度は９７％程度と言われている。
【００５３】
（３）ポーラコア（コーニング社）
長く延伸させた金属銀をガラス自身の中に一方向に配列させることにより、偏光特性を持たせたガラスで、従来の有機物偏光素子と異なり耐熱性、耐湿性、耐化学薬品性、レーザーに対する耐性に非常に優れている。赤外線用が主であるが、特殊仕様として可視光用がある。
【００５４】
（４）積層型偏光子
東北大学電気通信研究所の川上彰二郎教授が１９９１年頃に発表したもので、可視光用にはＲＦスパッタリング法で、６〜８ｎｍの厚みのＧｅ（ゲルマニウム）と、１μｍ厚みのＳｉＯ２を交互に６０μｍ厚みになるまで積層して作製している。０．６μｍの波長で測定した性能指数αＴＥ／αＴＭ（ＴＥ波とＴＭ波に対する消衰定数の比）は４００近く、０．８μｍの波長で測定した消光比は３５ｄＢ、挿入損失は０．１８ｄＢであり、可視光に対して十分なものである。
【００５５】
（５）反射型偏光子（住友３Ｍ社）
屈折率の異なる薄膜を、何百層も重ねて積層し、層間で反射・透過を繰り返し、偏光を取り出す。ＳとＰ偏光の内一方を反射して、一方を通過させるために、反射型という。全厚みは１００μｍ程度である。吸収タイプに比較して、反射するので画像が明るく感じられる。また米国Ｍｏｘｔｅｋ社のアルミニウム細線を周期的に並べた、ワイヤグリッドタイプの反射型偏光子もある。
【００５６】
（６）偏光ビームスプリッター
光束を２本以上のビームに分割または合成する光学素子をビームスプリッターという。その中でも分岐された２光波の偏光方向が異なるように分割するものを偏光ビームスプリッターという。２個の直角プリズムを接着した面に誘電体多層膜コートしたものが一般的であり、Ｐ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は９０度反射するようになっている。透過率、反射率ともに９８％以上のものが得られる。他には特殊なグレーティングを用いたようなものもある。
【００５７】
（７）偏光プリズム
１軸性結晶は、光学軸方向に垂直に振動する常光線と光学軸を含む主断面内に振動方向をもつ異常光線では異なった屈折率をもつので、１軸性結晶から切り出した２つのプリズムを組み合わせると、振動面の異なる光を分離する偏光子を作ることが出きる。ニコルプリズム、グラントムソンプリズム、グランフーコープリズム、グランテーラープリズム、ロションプリズム、ウォーラストンプリズムなどがある。
【００５８】
（８）回折格子
回折格子はピッチを小さくしていけば、ＴＥ波とＴＭ波の透過率が異なり、偏光子として機能する。偏光子とは呼ばないが機能は偏光子機能を有するので、本発明に偏光子として用いることが可能である。薄膜を何層も重ねて作製した反射タイプ（ＳとＰ偏光の内一方を反射して、一方を通過させる、住友３Ｍ社）の偏光子も用いることが出来る。
【００５９】
他には、入射光を収束させるマイクロレンズアレイと、構造的に複屈折性を付与された高複屈折膜と、波長板が１つおきになど間隔に配列している偏光変換機能層とからなる高透過率偏光変換偏光子がある。これは本発明者が既に提案している（特開平１０−３４８０２７号公報など）。複屈折膜の屈折率Δｎは０．２以上で、薄膜で作製されＳ波とＰ波に分離する。このうちのどちらかの偏波を１／２波長板で偏光変換するものである。マイクロレンズアレイにはプラスチック製とガラス製などがあるが、変形が容易なプラスチック製が選ばれる。薄い構造で、上記の偏光子などよりも吸収や反射が少ない為に、透過率が高く、本発明には好適である。
本発明に用いられる「屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に積層してなる」傘状偏光子の作製には、バイアススパッタリングという方法を用いるのが好ましい。バイアススパッタリングというのは、製膜とエツチングを同時に行う方法であり、ターゲットのみならず基板側にも電力を供給し、プラズマ空間に対して負の電位にバイアスさせることで、製膜と同時にプラズマからの積極的なイオン照射を行う方法であり、各種の半導体デバイス作製に用いられる。
いずれの偏光子を用いた場合でも、厚みは２〜１５０μｍの中で選択される。
【００６０】
【実施例】
以下に実施例によって詳しく説明する。
［実施例１］
はじめにマイクロ磁気ヘッドアレイを作製した。５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの外形を有する石英支持体上に銅膜を１μｍの厚みで形成した。形状はエッチングにより図８に示すようにした。図８の（ａ）は全体図、（ｂ）は配線の断面形状を示す図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は部分拡大図を夫々示す。線幅は１０μｍとし、高さを１μｍとした。１個のピクセルの外径は１００μｍとした。１００個が直線上に並ぶようにして、コイルを並べた。コア中の磁界強度は、４００ｍＡの通電時で約１１０ガウスであった。各コイルへの導線端はＩＮとＯＵＴに分離して集中させ、ＦＥＴを用いたスイッチを設けて、マイクロ磁気ヘッドアレイとした。
【００６１】
ついでスパッタ法を用いて、上記で作製したマイクロ磁気ヘッドアレイの上にＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜を作製した。基板温度は６５０℃、投入電力２００Ｗ、ガス圧力は７．０Ｐａ（Ａｒ：Ｏ２＝９：１）であった。Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット膜はＸ線回折法を用いて結晶化していることを確認した。膜の組成は Ｂｉ２．４Ｙ０．６Ｆｅ３．８Ｇａ１．２Ｏ１２であった。磁気光学効果測定装置（日本分光株製Ｋ２５０、ビーム径２ｍｍ角）で測定したピークのファラデー回転角は６．３度であった。ＶＳＭで磁界を膜面に垂直に印加して測定した保磁力は６０ Ｏｅであった。
【００６２】
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット膜の片側表面にＣｒマスクを製膜した後、Ａｒガスを用いてエッチングを行い周期が４００ｎｍ、磁性体幅６０ｎｍ（磁性体／非磁性体＝０．１７６＜１／５）、磁性体高さ１００ｎｍの周期構造を形成した。磁性体幅はこれ以外に、５０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、１００ｎｍの５種類を作製した。
【００６３】
ついで該透明磁性膜上および石英支持体上に、市販の多ハロゲン偏光子をそれぞ各１枚設け、偏光子層／磁気光学効果を有する層／磁気ヘッド層／石英支持体／偏光子層という構成の光スイッチを作製した。偏光子は電流をプラス方向に流した場合に、透過光が偏光子を通過して明るく見え、マイナス方向に逆向きに流した場合に、偏光子を通過できずに黒く見えるように偏光軸を回転させて固定した。磁気ヘッド１個づつにプラスおよびマイナス方向に電流を流して、磁気光学効果を有する層を磁化して、光遮断した。電流をプラス方向に流した場合には、光を透過させることが出来て、光スイッチとしての機能を確認できた。
磁性体幅を変化させて作製した各光スイッチの透過光／遮断光のコントラスト比率は以下の通りで、磁性体／非磁性体の比が１／５以下で好ましい結果が得られることがわかった。
×は１０以下、△は１０〜２０、○は２０以上である。
【００６４】
【表１】

Figure 0004050996
【００６５】
［実施例２］
実施例１と同様にしてマイクロ磁気ヘッドアレイおよび磁気光学効果を有する層への周期構造を設けた。
作製した周期構造の上に、バイアススパッタリング法によりＳｉＯ２（低屈折率層、ｎ＝１．４７）とＴｉ２Ｏ５（高屈折率層、ｎ＝２．１５）の積層膜を合計で３．３μｍとなるように形成して傘型積層周期構造を有する偏光子層を設けた。ＳｉＯ２の製膜条件は、基板温度３２０℃、酸素ガス圧力は１０×１０−４Ｔｏｒｒであった。またＴｉ２Ｏ５の製膜条件は、基板温度３００℃、酸素ガス圧力は１１×１０−４Ｔｏｒｒであった。製膜速度はＳｉＯ２の場合は２ｎｍ／秒、Ｔｉ２Ｏ５の場合には０．５ｎｍ／秒であった。積層数は各々１０層づつ行った。
次いで、石英支持体側に市販の多ハロゲン偏光子を、電流をプラス方向に流した場合に、透過光が偏光子を通過して明るく見え、マイナス方向に逆向きに流した場合に、偏光子を通過できずに黒く見えるように偏光軸を回転させて固定した。
上記のようにして、偏光子層／磁気光学効果を有する層／磁気ヘッド層／石英支持体／偏光子層という構成の光スイッチを作製した。磁気ヘッド１個づつにマイナス方向に電流を流して、磁気光学効果を有する層を磁化して、光遮断した。電流をプラス方向に流した場合には、光を透過させることが出来て、光スイッチとしての機能を確認できた。
【００６６】
［実施例３］
石英支持体の表面にエッチングにより周期構造を形成し、この周期構造を有する表面とは反対側に実施例２と同様にしてマイクロ磁気ヘッドアレイおよび磁気光学効果を有する層への周期構造を設けた。この場合、上下の周期構造の周期方向もまったく同様として平行になるように形成した。
ついで実施例２と同様にして、両周期構造上に傘型積層周期構造を有する偏光子層を設けた。
【００６７】
上記のようにして、偏光子層／磁気光学効果を有する層／磁気ヘッド層／石英支持体／偏光子層という構成の光スイッチを作製した。
磁気ヘッド１個づつにマイナス方向に電流を流して、磁気光学効果を有する層を磁化して、光遮断した。電流をプラス方向に流した場合には、光を透過させることが出来て、光スイッチとしての機能を確認できた。
【００６８】
［実施例４］
市販の常磁性ガラスを購入して用いた。ガラス厚みは研磨により５ｍｍとし、上下の表面に実施例１で石英支持体上に作製したと同様の方法で周期構造を形成した。次いで、一方の表面に実施例２と同様にして傘型積層周期構造を有する偏光子層を設けた。この傘型積層周期構造の反対側表面には、周期構造上に絶縁膜（ＳｉＯ2膜）を設けた後、平滑になるように研磨した。
この絶縁膜の上に図６のような巻き線型磁気ヘッド（銅線幅２０μｍ、高さ４μｍ、パーマロイのコアなし）を形成した。ついで実施例１と同様にして偏光子層を設けて光スイッチを作製した。
磁気ヘッドに電流をプラスに流した場合には透過光が偏光子を通して明るく見え、マイナス方向に電流を流した場合には、光が遮断されて光スイッチとしての機能を確認できた。
【００６９】
［実施例５］
実施例２と同様にして磁気ヘッド層／石英支持体を作製した。ついでスパッタ法を用いて、上記で作製したマイクロ磁気ヘッドアレイの上に、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット膜（ｎ＝２．０５）を厚み９００ｎｍ、基板温度は３５０℃、投入電力２００Ｗ、ガス圧力は７．０Ｐａ（Ａｒ：Ｏ２＝９：１）で製膜した。Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット膜はＸ線回折法を用いて調べるとアモルファスであった。レーザー（波長８００ｎｍ、１ｋＨｚ、５０ｆｓ、１ｍＪ／パルス）を約６０ｎｍの幅となるように集光して、空気中で加熱してＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜を結晶化した。膜の組成はＢｉ２．２Ｙ０．８Ｆｅ３．８Ａｌ１．２Ｏ１２であった。磁気光学効果測定装置（日本分光株製Ｋ２５０、ビーム径２ｍｍ角）で測定したファラデー回転角の波長依存性から、ピークのファラデー回転角は６．２度であった。ＶＳＭで磁界を膜面に垂直に印加して測定した保磁力は６０ Ｏｅであった。
ついで該透明磁性膜上および石英支持体上に、市販の多ハロゲン偏光子をそれぞれ各１枚設け、偏光子層／磁気光学効果を有する層／磁気ヘッド層／石英支持体／偏光子という構成の光スイッチを作製した。
磁気光学効果（ファラデー回転角）は増大され、従って大きなコントラストを有する光スイッチを得ることが出来た。
【００７０】
［実施例６］
実施例１と同様にして、偏光子層／磁気光学効果を有する層／磁気ヘッド層／石英支持体／偏光子という構成の光スイッチを作製した。
石英支持体の表面には１００ｎｍ厚みの銀を製膜して反射膜とした。磁気ヘッド層に電流を正方向に流した場合には、偏光子層で直線偏光となった光が磁気光学効果を有する層で偏光面が回転して、反射光は再度同じ角度の同方向の回転をして、偏光子層を通過できなくなり、十分な大きさのコントラストが生じた。
【００７１】
【発明の効果】
本発明（１）の効果
磁気ヘッド層と、磁気光学効果を有する層と偏光子層とから構成される光スイッチにおいて磁気光学効果を有する層は、磁性体の表面のみが磁性体部分と非磁性体部分との周期構造で構成され、磁性体幅／非磁性体幅の比を１／５以下としたので、磁気光学効果を有する層の固有の値よりも大幅に増大された磁気光学効果を有するようになり、透過光／遮断光のコントラスト比率が大幅に向上する。また支持体が不要になり、光スイッチとして薄くすることが出来て、取り扱いやすくなる。また作製工数が低減するので、製作コストが低減される。
【００７２】
本発明（２）の効果
非磁性層としては空気層を選択して用いるので、磁性体／非磁性体の屈折率差が大きくなり、より効果的に磁気光学効果が増大する。
【００７３】
本発明（３）の効果
磁性体表面の周期構造直上に、偏光子層として屈折率の異なる２種類の誘電体からなる積層周期構造を設けたので、偏光子層と磁気光学効果を有する層の各周期構造の方位合わせが不要となり、製作が簡便となるだけでなく、スイッチ全体の厚みを従来の１／１０程度に薄くすることが可能になる。
【００７４】
本発明（４）の効果
本発明３の磁気ヘッド層の、偏光子層とは反対側に更に偏光子層として屈折率の異なる２種類の誘電体からなる積層周期構造を設けたので、本発明（３）と異なりいずれの方向からも光を透過させてスイッチングすることができるようになる。
【００７５】
本発明（５）の効果
固体常磁性体の表面に周期構造を形成して、磁気光学効果を増大させて実用的なコントラストを得るようにしたので、常磁性体含有ガラスをそのまま基板として、用いることが出来て作製が容易になる。
【００７６】
本発明（６）の効果
磁気光学効果を有する層における周期構造が連続膜の結晶部／非晶部から構成されるようにしたので、エッチング工程が不要となりより簡便に作製することが可能となる。
【００７７】
本発明（７）の効果
光スイッチにおける磁気ヘッドのいずれかの側面に非磁性の光反射層を設けたので、簡便に反射型光スイッチを作製することが可能となる。
【００７８】
本発明（８）の効果
屈折率の異なる２種類の誘電体からなる周期積層構造を用いた偏光子に対しても、誘電体多層膜間に透明磁性体を挟んで用いたので、よりファラデー効果が増大して、高いＳ／Ｎを得ることが容易となる。
【００７９】
本発明（９）の効果
磁気光学効果を有する層は透過する光の波長よりも小さい、磁性体／非磁性体の周期構造としたので、透過光は回折することなく且つ磁気光学効果が大幅に増大され、大きな透過光／遮断光のコントラスト比を得ることができる。
【００８０】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光スイッチの磁性体の周期構造断面を表す模式図である。
【図２】本発明の光スイッチに用いる磁性体の断面を表す模式図である。
【図３】従来技術の光アイソレータを示す図である。
【図４】本発明の光スイッチの層構成例を模式的に表す図である。
【図５】屈折率の異なる２種類の誘電体を交互に繰り返して積層してなる積層周期構造の偏光子層を設けた本発明の光スイッチの断面を表す模式図である。
【図６】本発明に用いるマイクロ磁気ヘッドのコイル平面及び断面を表す図である。
【図７】マイクロ磁気ヘッドアレイの概略図である。
【図８】（ａ）マイクロ磁気ヘッドアレイの全体図である。
（ｂ）マイクロ磁気ヘッドアレイの配線の断面形状を示す図である。
（ｃ）マイクロ磁気ヘッドアレイの配線の正面図である。
（ｄ）マイクロ磁気ヘッドアレイの配線部の部分拡大図である。
【図９】マイクロ磁気ヘッドアレイの概略図である。
【図１０】磁気光学効果を増大させるための層構成例を模式的に表す断面図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch that transmits and blocks light, and more particularly to an optical switch that magnetizes a layer having a magneto-optical effect by a magnetic head and transmits or blocks light at a high speed.
[0002]
[Prior art]
The inventor has so far proposed many optical switches composed of a magnetic head layer, a layer having a magneto-optical effect, and a polarizer layer (see Patent Documents 1 to 5). Since an optical switch using the magneto-optic effect has the following characteristics, it can be a highly useful device. (1) Fast opening and closing speed, (2) Simple and small structure, and (3) High durability against heat and humidity.
[0003]
In these optical switches, it is preferable to increase the magneto-optical effect in order to increase the contrast between transmission and blocking. If the thickness of the magnetic material is increased in order to increase the magneto-optical effect, the light transmittance is reduced and a sufficient function cannot be obtained. In order to increase the magneto-optical effect per film thickness, the present inventor has means for sandwiching a magnetic body between dielectric multilayer films or forming a continuous film of a magnetic body after providing a periodic structure on a substrate. Invented, the invention of the following patent documents 1-5 has been proposed.
[0004]
Regarding the prior art using a polarizing element provided with a plurality of layers made of at least two types of transparent bodies having different refractive indexes, those having a polarizer having a two-dimensional periodic structure with a period of about 1 μm or less, such as There are polarizers and manufacturing methods thereof (see Patent Documents 6 and 7). Further, as a waveguide type optical device using these polarizers, there are a polarizer having a two-dimensional periodic structure with a period of about 1 μm or less, a manufacturing method thereof, and a waveguide type optical device (see Patent Document 8).
[0005]
The substrate used in these inventions is quartz or polyimide, and a periodic structure is formed on the surface. In recent years, Shojiro Kawakami, one of the inventors of the above invention, described such a substrate at the 2002 IEICE General Conference (C-4-6) as “directly on quartz glass and magnetic garnet substrate. It was reported entitled “Production and Evaluation of Processed Photonic Crystal Polarization Separation Element” (Non-Patent Document 1). In this report, unlike the above-described conventional invention, a magnetic garnet substrate is used, a periodic structure is formed only on the surface of the magnetic material, and a plurality of layers made of two kinds of transparent bodies are provided thereon. A polarizing element is manufactured. Further, Non-Patent Document 2 introduces an optical isolator using a magnetic garnet as a substrate as shown in FIG. 3, but the magnetic garnet substrate is more than the polarizing element in order to obtain a Faraday rotation angle of 45 degrees. It is drawn twice as thick. That is, it is clear that the Faraday rotation angle is generated and used in the entire magnetic garnet substrate, and the effect of the surface periodic structure as in the present invention is not mentioned at all.
[0006]
(Disadvantages of the prior art)
The disadvantages of the prior art include the following. First, the method of increasing the magneto-optical effect by sandwiching a magnetic material with a dielectric multilayer film is effective for light of a specific single wavelength such as laser light. However, it cannot be used for a display or a window glass that uses a wide range of wavelengths with respect to visible light and infrared light.
[0007]
In addition, for light having a wavelength range such as visible light, the period of the magnetic body / non-magnetic body is formed to be equal to or less than the wavelength of visible light, so that the periodic structure can be transmitted without causing a diffraction phenomenon. It is possible to increase the magneto-optical effect of the light to be transmitted. There are two types of methods for forming a periodic structure of a magnetic body / non-magnetic body, which are broadly classified according to conventionally proposed methods. One is a method of forming a continuous film of a magnetic material after providing a periodic structure on a substrate as shown in FIGS. FIG. 1A shows a case where the periodic structure is a wave shape, and FIG. 1B shows a rectangular shape. Thereafter, the transparency of the continuous film is further increased by scraping the E part of FIG. 1A and the A part, B part, and D part of FIG. 1B. However, in this method, (1) a periodic structure is formed on the substrate, (2) a continuous film is formed, (3) A part, B part, E part in FIG. 1 (a), D in FIG. 1 (b). A three-step procedure is required: scraping off the part. Further, (4) it may be necessary to bury a non-magnetic material in the D part of FIGS. 1A and 1B, which is troublesome.
[0008]
Second, as shown in FIG. 1 (c), after forming a thin film on a flat substrate, a magnetic material layer is provided in order to provide a periodic structure of magnetic material / non-magnetic material / non-magnetic material. This is a method (etching) of periodically removing the portion. Therefore, when such a periodic structure is taken, it may be necessary to fill the nonmagnetic part with a transparent nonmagnetic substance. By the way, it has been found that the efficiency of increasing the magneto-optic effect is larger when the ratio of magnetic material / non-magnetic material is smaller than 1/5, as will be explained later. If the etched portion is not filled, it can be inferred that if a polarizer layer is provided on the etched portion, it becomes unstable or the structure collapses.
[0009]
In the conventional device manufacturing method, another problem is that it is relatively difficult to accurately match the polarization axis direction of the polarizer with the direction of the periodic structure of the magnetic / non-magnetic material. Although there are various types of polarizers, it is desirable that the directions of the separated TE wave and TM wave coincide with or be orthogonal to the periodic direction of the periodic structure as accurately as possible. It is clear from the principle that the contrast between the transmitted light and the blocking light is reduced when the direction is deviated.
[0010]
The polarizer on the magnetic garnet invented by Kawakami et al. Seems to have been studied aiming at an optical isolator using the Faraday effect, but has the following drawbacks.
(1) As described above, the Faraday rotation is basically caused by the magnetic garnet portion. It is clear that garnet is not a thin film but a single crystal. That is, the surface periodic structure of the magnetic garnet (to form the polarizer in an umbrella shape) and the material characteristics of the garnet are used as they are. As will be described later, the effect of increasing the magneto-optical effect due to the periodic structure used in the present invention is not utilized. Therefore, the element shape becomes large because there is no effect of increasing the Faraday, and the light transmittance is lowered because the thickness is large.
(2) In Non-Patent Document 2 already mentioned, two polarizers are used with a single crystal magnetic garnet sandwiched between them. This is natural in principle in order to block the reflected return light. The polarization direction of the two sheets is rotated 45 degrees. That is, the disadvantage is that two polarizers are required. Moreover, in order to produce a single crystal magnetic garnet with the current technology, it is only possible to form it on a base substrate such as GGG by using an epitaxial method. However, the visible light transmittance of the base substrate is very low at present. Therefore, it is used for optical communication with a long wavelength of 1.3 μm or 1.5 μm, and is difficult to use for visible light. In addition, since a single crystal is used, it is extremely difficult to manufacture a large-area optical element having a size of 10 cm × 10 cm or more.
[0011]
(3) The coercivity of the single crystal magnetic garnet is very small (several Oe or less), and it is necessary to apply a continuous magnetic field in order to maintain the polarization plane rotation function. This is not preferable in terms of reducing the switching energy of the optical switch.
(4) Patent Document 8 describes an example in which the distance between adjacent grooves is 0.4 μm and the width of the recess is 0.2 μm. That is, the length of the convex portion / the length of the concave portion is 1/1, and the length ratio of the magnetic body / nonmagnetic body is not 1/5 or less as in the present invention.
(5) If the structure of (4) is applied to an optical switch such as the present invention in which a magnetic head is arranged, the single crystal becomes thick (several microns) in order to use the Faraday rotation function only of garnet. For this reason, first, the light transmittance is lowered, and it becomes difficult to obtain a large contrast as an optical element. In addition, pixelization (a magnetic head cannot be associated with each pixel. The magnetic field generated from the magnetic head decreases in inverse proportion to the distance from the magnetic head. The magnetic head and the magnetic body are made as close as possible, and a thin magnetic body. Is preferable because it is easily magnetized.
[0012]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-230298
[Patent Document 2]
JP-A-10-213785
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-65480
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-8120
[Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-259855
[Patent Document 6]
JP 2000-56133 A
[Patent Document 7]
JP 2001-83321 A
[Patent Document 8]
JP 2000-131522 A
[Patent Document 9]
US Pat. No. 6,055,215
[Non-Patent Document 1]
Proceedings of the 2002 IEICE General Conference (C-4-6), "Fabrication and Evaluation of Directly Processed Photonic Crystal Polarization Separators on Quartz Glass and Magnetic Garnet Substrate"
[Non-Patent Document 2]
Optical Technology Contact “Challenge to Industrialization of Photonic Crystals” Takayuki Kawashima, Shojiro Kawakami (Photonic Lattice Co., Ltd.) 490-496, Fig. 6
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above problems of the prior art, the objects of the present invention are as follows.
(1) To produce a magnetic / non-magnetic structure by a simple method in which the production procedure is simplified as compared with the prior art.
(2) Utilizing the periodic structure on the surface of the layer having the magneto-optic effect as it is, providing a polarizer layer directly on it, ensuring that the direction of polarization is easily matched and ensuring the contrast between transmitted light and blocking light To do.
(3) To obtain a thin optical switch using a thin layer having a magneto-optical effect and having a total thickness of about 10 μm.
The optical switch of the present invention includes two polarizer layers. However, in a projector that is currently used, an optical system disposed in front of an optical switch (actually a spatial light modulator), the light is a polarizer. Therefore, when used after such an optical system, the number of polarizers in the optical switch of the present invention can be used as one.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
As a result of studying to solve the above problems, the present inventor,
A periodic structure in which a magnetic part and a non-magnetic part are alternately repeated along one direction is formed only on the surface of the magnetic substance, and the ratio of the widths of the magnetic part and the non-magnetic part (magnetic substance) It was discovered that a large magneto-optical effect appears by setting the width / nonmagnetic width to 1/5 or less, and the present invention has been achieved.
That is, the configuration of the present invention for solving the above problems is as follows.
[0015]
(1) In an optical switch including at least a magnetic head layer, a layer having a magneto-optic effect, and a polarizer layer as constituent layers, the polarizer layers are disposed on both sides of the layer having a magneto-optic effect, The layer having a periodic structure in which a magnetic part and a non-magnetic part are alternately repeated along one direction only on the surface of the magnetic substance, and the width of the magnetic part and the non-magnetic part The ratio (magnetic material width / non-magnetic material width) of the optical switch is 1/5 or less.
(2) The optical switch as described in (1) above, wherein the layer of the nonmagnetic part is an air layer.
(3) An umbrella-type laminated periodic structure in which two types of dielectric layers having different refractive indexes are alternately laminated as a polarizer layer is provided immediately above the periodic structure on the surface of the magnetic material. The optical switch according to (1), characterized in that it is characterized in that
[0016]
(4) On the opposite side of the magnetic head layer from the polarizer layer, there is provided an umbrella-type stacked periodic structure in which two types of dielectric layers having different refractive indexes are stacked alternately and repeatedly as a polarizer layer. The optical switch as described in (3) above, wherein
(5) The optical switch according to any one of (1) to (4) above, wherein the material of the layer having a magneto-optical effect is a solid paramagnetic material.
(6) The optical switch as described in any one of (1) to (5) above, wherein the periodic structure in the layer having a magneto-optical effect is composed of a crystal part and an amorphous part of a continuous film.
[0017]
(7) The optical switch as described in any one of (1) to (6) above, wherein a light reflecting layer is provided on one of the front and back surfaces of the magnetic head layer.
(8) The optical switch according to (3) or (4) above, wherein a transparent magnetic layer is inserted into two types of dielectric multilayer films having different refractive indexes constituting the polarizer layer.
(9) The optical switch according to any one of the above (1) to (8), wherein the period of the periodic structure of the layer having the magneto-optical effect is smaller than the wavelength of the transmitted light.
The inventions (1) to (9) are referred to as the present inventions (1) to (9).
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The optical switch of the present invention includes a magnetic head layer, a layer having a magneto-optical effect, and a polarizer layer, and includes a magnetic part and a non-magnetic part provided on the surface of the layer having the magneto-optical effect. The periodic structure is 0.2 to 2 μm as proposed by the present inventors (see, for example, Patent Documents 4 and 9). The optical isolator described in Patent Document 2 differs from the present invention in that the ratio of magnetic material / non-magnetic material is not 1/5 or less.
[0019]
Further, the conventional invention by the present inventor described in the above-mentioned section of the prior art is the method shown as an example in FIGS. 1A and 1B, and one is that (1) the periodic structure is formed on the substrate. (2) Forming a continuous film on the periodic structure (3) Scraping part D in FIG. 1 (a), part A, B and D in FIG. 1 (b) . (4) It may be necessary to bury a non-magnetic material in the D portion of FIGS. 1 (a) and 1 (b). In another method, after forming a thin film on a flat support as shown in FIG. 1C, a part of the magnetic layer is periodically formed in order to provide a magnetic / non-magnetic periodic structure. This is a method of etching (etching).
[0020]
Unlike these two methods, the present invention forms a periodic structure composed of a magnetic part and a non-magnetic part only on the surface layer of the transparent magnetic substance, as shown in FIGS. Furthermore, the shape of the magnetic body is not limited to the rectangle illustrated in FIG. 1C, and may be a shape as illustrated in FIGS. 2A and 2B.
[0021]
FIG. 4 shows a configuration example of the optical switch of the present invention. The magnetic head layer may be formed of a transparent wiring as will be described later, or may be formed so that light passes through the copper wire coil. The order of these layers is not basically limited, but it is preferable from the viewpoint of magnetic field utilization efficiency that the magnetic head layer and the layer having the magneto-optical effect are close to each other. The polarization state of light when formed in the order of the magnetic head layer / the layer having the magneto-optical effect / the polarizer layer will be described. Since the layer having the magneto-optic effect has a periodic structure, the light passing therethrough becomes linearly polarized light. When passing through a layer having a magneto-optical effect, if the layer having a magneto-optical effect is magnetized in the + direction by the magnetic field of a magnetic head layer arranged in proximity, the plane of polarization rotates to the right. For example, if the rotation is 45 degrees, the light passing through the layer having the magneto-optical effect has a rotated polarization plane, and the polarization axis is rotated 45 degrees to the right when viewed from the polarization axis of the layer having the magneto-optical effect. The provided polarizer can pass this light. On the other hand, if the magnetic field of the magnetic head layer is magnetized in the negative direction, the plane of polarization rotates to the left. For this reason, a polarizer provided with the polarization axis rotated 45 degrees to the right cannot pass this light. In this way, light can be switched according to the direction of the magnetic field.
[0022]
As shown in FIG. 2, the surface shape of the layer having the magneto-optical effect is not particularly limited, such as a rectangle or a kamaboko shape. Also, as shown in FIG. 5, the effect of increasing the magneto-optical effect is the same even if the surface of the transparent magnetic material is scraped to form a periodic structure.
[0023]
Of the magnetic / non-magnetic periodic structures formed on the surface of the transparent magnetic layer, air can be selected as the non-magnetic material, that is, the magnetic material layer can be formed of an air layer. The effect can be increased. In this case, another layer, that is, a polarizer layer or a magnetic head layer is formed on the periodic structure without embedding the nonmagnetic portion. The light senses the difference in refractive index between the magnetic material and air and rotates like a wire grid polarizer, and produces a huge magneto-optical effect by a synergistic effect with the magneto-optical effect of the magnetic material. Needless to say, the same effect can be obtained by embedding an organic material such as plastic as a non-magnetic material to obtain strength.
[0024]
Furthermore, as shown in FIG. 5, two types of different refractive indexes can be directly used as a polarizer layer without burying anything as a nonmagnetic material on the magnetic / nonmagnetic periodic structure formed on the surface of the transparent magnetic layer. By providing the laminated periodic structure composed of the dielectric layers, various other effects described below can be obtained. As shown in FIG. 5, the laminated periodic structure in which two types of dielectric layers having different refractive indexes are alternately and repeatedly laminated has an uneven shape like an umbrella arranged as the layers are stacked. A refractive index profile is generated, and a polarizer function is obtained. In this specification, such an umbrella-type periodic structure is referred to as an umbrella-type laminated periodic structure. The dielectric material used in the umbrella-type laminated periodic structure as described above can use the materials described later. For example, SiO as a low refractive index layer can be used.2Ta as a high refractive index layer2O5Can be combined.
[0025]
The thickness of each layer is appropriately selected depending on the purpose, but is preferably about 50 to 500 nm. The number of stacked layers may be about 2 to 50, and is selected according to the purpose. Thus, after producing a periodic structure on the surface of a transparent magnetic material, the effect of providing a laminated periodic structure composed of two types of dielectric layers having different refractive indexes is that the polarization axes of the polarizer and the magnetic material can be easily and It can be made to match exactly. Laminating a separately produced layer having a magneto-optical effect and a polarizer layer with the polarization direction aligned requires a complicated axis alignment operation, but the polarizer having the above-mentioned laminated periodic structure in the present invention has a total thickness. Even if it is as thin as several μm, it has a sufficient polarization function, so that the total element thickness can be reduced. Moreover, although it is usually necessary to stick both layers together using an adhesive layer, it also has an effect of greatly reducing optical loss because a thin film that directly becomes a polarizer is formed.
[0026]
As the magnetic material used in the optical switch of the present invention, the following ferromagnetic material is basically used. There are paramagnetic materials in addition to ferromagnetic materials. Gases such as oxygen and hydrogen also exhibit paramagnetism, but some solid paramagnetic materials also exhibit a relatively large Faraday effect. For example, for inorganic materials, potassium chloride, sodium chloride, fluorite (CaF2), Copper chloride (CuCl), diamond, zinc sulfide, crystal, glass (Hoya Faraday glass), Tb3Al5O12and so on. For organic materials, [Li (thf)4] [CrIII(Ar)4], [CrIV(Ar)4] (Chem. Eur. J. Vol. 8, No. 17, page 4056-4065 2002). Of these, highly transparent ones can be used. However, unlike a ferromagnetic material having a memory effect, it is necessary to continue applying a magnetic field from the outside. For example, terbium oxide (Tb4O7) Have a visible light transmittance of 80% and a large Verde constant of −0.9 min / Oe · cm (wavelength 633 nm, thickness 10 mm).
[0027]
However, it is not possible to obtain a large magnetic rotation that can withstand practical use only by including the above-mentioned magnetic substance. If such a paramagnetic substance is contained in glass or the like and a periodic structure is produced on the surface, the Faraday effect is similarly increased and a practical contrast can be obtained. Since the thickness of the paramagnetic glass can be reduced by an increase in the Faraday effect, transparency is improved and magnetization can be performed with a small magnetic field strength. In addition, the feature of the present invention is that the current only needs to flow in the positive or negative direction only at the time of switching, and at the shortest, a few nanoseconds at the moment, and can be left for the memory effect of the magnetic material, which can save power. It is. However, when a paramagnetic material is used, a current must be continuously supplied to the magnetic head. For example, the magnetic head may be provided with a permanent magnet on the side surface instead of the surface of paramagnetic glass.
[0028]
By the way, in the period (grating) structure as in the present invention, it is well known that light causes a diffraction phenomenon if the period is larger than the wavelength of light passing therethrough. When used as an optical switch as in the present invention, the period needs to be shorter than the wavelength of light to be transmitted.
[0029]
When the light is a laser, the period may be designed in consideration of this wavelength. Therefore, the period of the periodic structure of the present invention is not limited, and is selected according to the wavelength of light of interest. When visible light is targeted, the period is selected to be about 400 nm or less. As a special example, this is not the case when switching as diffracted light is desired. Further, in the case of a wavelength of 1.3 μm used for optical communication, it may be 1.3 μm or less, and since a relatively long periodic structure can be formed, the manufacture becomes easy.
[0030]
As described above, the periodic structure of the magnetic body / non-magnetic body is provided as physical irregularities on the surface of the transparent magnetic body. However, the purpose of the periodic structure is to form a magnetic / non-magnetic material and to form a period of refractive index. There is a method of periodically crystallizing the surface of an amorphous transparent magnetic material as a periodic structure that serves this purpose instead of unevenness. For example, rare earth iron garnet is non-magnetic when amorphous, and becomes magnetic when crystallized. Therefore, it can be formed by crystallizing the surface of the amorphous rare earth iron garnet by, for example, irradiating it with a laser beam and heating it in a linear manner. Since the difference in refractive index between the crystalline part and the non-crystalline part is small, the increase rate of the magneto-optical effect is not necessarily large, but it is easier than forming irregularities on the magnetic body after crystallization on the entire surface.
[0031]
The shape of the periodic structure in the present invention is not limited to a rectangle, and the corners of the rectangle may be rounded or a so-called wave shape. Even if this periodic structure is not necessarily formed of a magnetic material, it is sufficient if the light senses the period. For example, there is a method of providing a periodic uneven structure on a substrate and then forming a continuous film of magnetic material thereon. In this case, it is important for light that the density (density difference) of the magnetic material is periodic. For example, these examples are shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). In this case, various supports are used.
[0032]
The optical switch of the present invention can be used as a large-area light-shielding film when the magnetic heads are arranged in an array and the light-shielding state of each switch is changed, and as a display when each switch is switched separately.
[0033]
Hereinafter, each part of the optical switch of the present invention will be described.
The magnetic head layer used in the present invention may have one magnetic head or a plurality of magnetic heads arranged in an array. In the case of laser light, one may be used, and when an optical switch is arranged to form an image, it is desirable to form a micro magnetic head array.
[0034]
As shown in FIG. 6, the magnetic head used in the present invention is manufactured by arranging an electromagnetic induction coil having an outer shape of about 200 μm and a high permeability magnetic core at the center of the coil. The same effect can be obtained by arranging a high permeability film in place of the high permeability core. When used in a two-dimensional arrangement, an image can be formed by sequentially switching the excitation current to the array without moving the image display portion and the recording magnetic head array relative to each other. A core having a high magnetic permeability may be formed at the center of the electromagnetic induction coil. A simple coil as shown in FIG. 7, FIG. 8 (c) and FIG. The micro magnetic head array may be energized all at once, or may be energized and driven by a switch one by one. Further, in the micro magnetic head array used in the present invention, the magnetic heads on each line may be two-dimensionally arranged in a so-called zigzag pattern with the center position shifted from the straight line. This is because the magnetic heads are arranged at a higher density to form a high-resolution image.
[0035]
It is preferable to increase the magnetic flux density by reducing the outer diameter of the high permeability core of the electromagnetic induction coil from the coil internal dimension above the upper end surface of the coil. This is because it is desired to apply a strong magnetic field strength to the transparent magnetic layer by concentrating the magnetic flux to suppress the divergence of the magnetic flux as much as possible. Accordingly, the cross-sectional shape may be any shape such as a square or a cylinder.
[0036]
The material used for the coil is preferably general copper from the viewpoint of electrical resistance, but metals such as Au, Ag, Al, Pt, Cr, Ni, ITO, ZnO, ZnO2: Si, ZnO2: Al, CdInO2, InO2, SnO2A transparent conductive material such as is also used. The manufacturing method of the micro magnetic head array is roughly classified into a photolithography method, an electroplating method, and a coating method + etching. Various laser beams, soft X-rays, ultraviolet rays, and the like are used for the wiring pattern forming mask.
[0037]
In wiring processing, it is important from the point of decreasing electrical resistance that the cross-sectional area (line width, line height) of the conducting wire is large, but as described above, from the point of resolution, the pitch between coils is Since there is a limitation, a method is selected in which the volume of the insulating layer between the conductive wires is smaller. It is desirable that the height of the coil forming lead wire be 1 μm or more to lower the electrical resistance to prevent heat generation or disconnection. When it is not allowed to produce a micro magnetic head array with a large area, the coil width must be made thin, but this is also limited in terms of the necessity of low electrical resistance as well as a production technical reason. In this case, this problem can be solved by stacking the coils in a plurality of stages. Since the magnetic field intensity generated from the coil depends on the magnitude of [the number of turns of the coil × current value], it is possible to obtain a large magnetic field intensity with a relatively low current by providing the coil in a plurality of layers. .
[0038]
As soft magnetic materials used for the high permeability core, conventionally used pure iron, silicon steel, various alloys of iron, nickel and cobalt (Fe-Si-B system, Co-Fe-Si-B system), etc. Is used. In particular, permalloy composed of iron and nickel is preferably used for the purpose of the present invention. The magnetic permeability is preferably 1000 or more or 10,000 or more.
[0039]
When used as a display or the like, the image may be overwritten using a micro magnetic head array as described above, or a permanent magnet may be used, or a wide area may be erased at once using an alternating magnetic field erasing method. Also good. As an electrical driving method of the micro magnetic head array, a method of sequentially supplying an excitation current to one or a plurality of magnetic heads by switching using an FET or the like is appropriately used. Furthermore, when it is desired to form an image at a higher speed, a method in which a current is supplied to several pieces at the same time can increase the power supply.
[0040]
Supports used in the optical switch of the present invention include MMA, PMMA, ABS resin, polycarbonate, polypropylene, acrylic resin, styrene resin, polyarylate, polysulfone, polyethersulfur as well as various glasses, ceramics, metals and the like. Phon, epoxy resin, poly-4-methylpentene-1, fluorinated polyimide, fluororesin, phenoxy resin, polyolefin resin, nylon resin, and the like are used. A plastic film having high heat resistance such as a polyimide film can also be used. The thickness is preferably 10 to 100 μm because of flexibility and handling.
[0041]
A layer having a magneto-optical effect to be recorded using the micro magnetic head is not limited, but a transparent magnetic material having a particularly large magneto-optical effect is suitable. A transparent magnetic layer having a large magneto-optical effect composed of a plurality of dielectric films and a transparent magnetic material, or a so-called general transparent magnetic recording medium may be used. Two examples using the fact that the Faraday effect is greatly increased by the multilayer film of dielectric and magnetic are shown below.
[0042]
One is a magnetic recording medium having the following layer structure, where G is a dielectric, M is a magnetic, and m or n is a positive integer.
{(GM)n(MG)n}m/ Support
The dielectric G and the magnetic body M are reversed in order of lamination after GM, like MG. That is, it is necessary to be symmetric with respect to the magnetic body M. An example is shown in FIG. The optical film thickness (n′d) is ¼ wavelength.
[0043]
The other is a method in which the G layer is composed of two layers of a high refractive index layer and a low refractive index layer. A means for increasing the magneto-optical effect as a multilayer film by sandwiching such a magnetic material between dielectrics is a dielectric having an umbrella-type laminated periodic structure in which two types of dielectric layers having different refractive indexes are alternately laminated. The same principle can be used for a multilayered body film. In this way, if the transparent magnetic layer is added to the polarizer layer in addition to the layer originally having the magneto-optical effect, the Faraday effect is increased. There is an effect that N increases.
[0044]
Common transparent magnetic materials include oxides such as cobalt ferrite and Ba ferrite, FeBO3, FeF3YFeO3NdFeO3There are materials such as MnBi, MnCuBi, and PtCo that have a large birefringence. In recent years, zinc oxide containing transition metals such as Fe, Ni, Co, and Mn and having ferromagnetism (for example, FeXZn1-XO and CoXZn1-XO) has been found and these can also be used preferably. n-type Zn1-xVxTiO doped with O or Co2Etc. can also be used. A rare earth iron garnet represented by the following general formula is preferable as a transparent magnetic layer having a large figure of merit as uniform as possible over the entire visible light.
R3-xA×Fe5-yByO12
In the formula, 0.2 <× <3, 0 ≦ y <5, R is a rare earth metal, and is at least one of Y, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. Yes, A is Bi, Ce, Pb, Ca, Pt, etc. B is Al, Ga, Cr, Mn, Sc, In, Ru, Rh, Co, Fe, Cu, Ni, Zn, Li, Si, Ge , Zr and Ti. The above transparent magnetic material may be single crystal, polycrystalline or amorphous. The coercive force of the magnetic material is preferably 50 to 5000 Oe. The thickness is preferably in the range of 50 nm to 10 mm, but is not limited thereto.
[0045]
The magneto-optic effect is most effective when the light traveling direction and the spin direction are parallel, so that these materials are preferably films having magnetic anisotropy perpendicular to the film surface. These inorganic transparent magnetic materials are formed by general sputtering, vacuum deposition, PVD methods such as MBE, CVD methods, plating methods, and the like.
[0046]
Furthermore, a molecular magnetic material is a material that can be preferably used as a transparent magnetic material. For example, vanadium chromium hexacyano complex KI 0.63VII[CrIII(CN)6]0.88  7.5H2O 0.4EtOH or KI[(VII 0.6VIII 0.4)xCrII 1-x] [(CrIII(CN)6)]and so on. The latter is the composition ratio of metal ions X = VII / IIICrIIThus, the color changes to blue (X = 1), light blue (X = 0.3), green (X = 0.22), and colorless and transparent (X = 0). For the film production, an electrochemical synthesis method is used. The coercive force of the magnetic material is preferably 100 to 2000 Oe. The thickness is preferably in the range of 50 nm to 1 mm, but is not limited thereto.
[0047]
The material used for the dielectric for the multilayer film is preferably a transparent and thermally stable substance, such as metal or metalloid oxides, nitrides, chalcogenides, fluorides, carbides, and mixtures thereof. Specifically, SiO2, SiO, Al2O3, GeO2, In2O3, Ta2O5, TeO2TiO2, MoO3, WO3, ZrO2, Si3N4AlN, BN, TiN, ZnS, CdS, CdSe, ZnSe, ZnTe, AgF, PbF2, MnF2, NiF2, SiC or the like alone or a mixture thereof. A material having a refractive index different from that of the transparent magnetic material may be selected from these materials. Each film thickness is 5 to 200 nm, preferably 5 to 30 nm. The dielectric film may have a plurality of layer structures. A film | membrane is produced using various PVD and CVD methods.
[0048]
By adopting the multilayer film structure as described above, the polarization plane rotation angle of linearly polarized light is increased at the wavelength having the maximum Faraday effect according to the wavelength dependence peculiar to the ferromagnet (the wavelength giving the peak). Can design.
[0049]
As the reflective layer, Al, Cu, Ag, Au, Pt, Rh, Al provided by the PVD method2O3, SiO2, TeC, SeAs, TiN, TaN, CrN and other thin films are used. A reflective film using a dielectric multilayer film can also be used. The thickness is selected in the range of 0.1 to 1 μm.
[0050]
As the polarizer layer, various commercially available polarizing films can be used. The polarizing film is roughly classified into a multi-halogen polarizing film, a dye polarizing film, and a metal polarizing film.
[0051]
The following polarizers can also be used, but are not limited thereto.
(1) Polarizing plate described in JP-A-01-93702 (Toyota Motor Corporation)
A polarizing plate that is easy to manufacture and has excellent optical properties by being fixedly formed on a polarizing layer substrate surface including a large number of rod-shaped elements made of ferromagnetic fine particles.
[0052]
(2) Wire grid polarizer
Tokyo University of Agriculture and Technology, Katsuaki Sato, “Physics of Modern People: Light and Magnetism” (Asakura Shoten) published in 1988, page 103.
Draw gold or aluminum lines on a transparent substrate at minute intervals. In this case, assuming that the distance d between the lines and the wavelength are λ, the transmitted light becomes almost perfect linearly polarized light having a vibration plane perpendicular to the line with respect to light having a wavelength of λ >> d. The degree of polarization is said to be about 97%.
[0053]
(3) Polar core (Corning)
Unlike conventional organic polarizing elements, heat-resistant, moisture-resistant, chemical-resistant, and laser-resistant glass is made of glass that has polarization characteristics by arranging long stretched metallic silver in one direction in the glass itself. Very good. Infrared is mainly used, but there is a special specification for visible light.
[0054]
(4) Multilayer polarizer
Produced by Prof. Shojiro Kawakami of Tohoku University Research Institute of Electrical Communication around 1991. For visible light, RF sputtering is used to form Ge (germanium) with a thickness of 6-8 nm and SiO with a thickness of 1 μm.2Are alternately laminated until the thickness becomes 60 μm. Figure of merit α measured at a wavelength of 0.6 μmTE/ ΑTM(The ratio of the extinction constant to the TE wave and TM wave) is close to 400, the extinction ratio measured at a wavelength of 0.8 μm is 35 dB, and the insertion loss is 0.18 dB, which is sufficient for visible light.
[0055]
(5) Reflective polarizer (Sumitomo 3M)
Hundreds of thin films with different refractive indexes are stacked and repeatedly reflected and transmitted between the layers to extract polarized light. In order to reflect one of S and P polarized light and pass one of them, it is called a reflection type. The total thickness is about 100 μm. Compared to the absorption type, the image is felt bright because it is reflected. There is also a wire grid type reflection type polarizer in which aluminum thin wires of US company Moxtek are periodically arranged.
[0056]
(6) Polarizing beam splitter
An optical element that splits or combines a light beam into two or more beams is called a beam splitter. Among them, the one that splits the branched two light waves so that the polarization directions are different is called a polarization beam splitter. In general, the surface of two right-angle prisms bonded to each other is coated with a dielectric multilayer film. The P-polarized component is transmitted and the S-polarized component is reflected by 90 degrees. A transmittance and a reflectance of 98% or more can be obtained. Others use special gratings.
[0057]
(7) Polarizing prism
A uniaxial crystal has different refractive indices for an ordinary ray that vibrates perpendicularly to the optical axis direction and an extraordinary ray that has a vibration direction within the main cross section including the optical axis, so two prisms cut out from the uniaxial crystal. Can be combined to produce a polarizer that separates light with different vibration planes. There are Nicol prism, Gran Thompson prism, Gran Foucault prism, Grand Taylor prism, Lotion prism, Wollaston prism and so on.
[0058]
(8) Diffraction grating
If the pitch of the diffraction grating is reduced, the transmittance of the TE wave and the TM wave is different and functions as a polarizer. Although not called a polarizer, since the function has a polarizer function, it can be used as a polarizer in the present invention. A reflection type polarizer (Sumitomo 3M Co., Ltd., which reflects one of S and P polarized light and allows one to pass through) produced by stacking a plurality of thin films can also be used.
[0059]
Others include a microlens array for converging incident light, a highly birefringent film with structurally birefringence, and a polarization conversion functional layer in which every other wavelength plate is arranged at intervals, for example. There is a high transmittance polarization conversion polarizer. This has already been proposed by the present inventor (JP-A-10-348027, etc.). The refractive index Δn of the birefringent film is 0.2 or more, and the birefringent film is made of a thin film and separated into an S wave and a P wave. One of these polarized waves is converted by a half-wave plate. The microlens array is made of plastic or glass, and plastic that can be easily deformed is selected. Since it has a thin structure and has less absorption and reflection than the above-described polarizer, the transmittance is high, which is suitable for the present invention.
A bias sputtering method is preferably used for the production of an umbrella-shaped polarizer “formed by alternately laminating two kinds of dielectric materials having different refractive indexes” used in the present invention. Bias sputtering is a method in which film formation and etching are performed simultaneously. Power is supplied not only to the target but also to the substrate side, and biased to a negative potential with respect to the plasma space. This is a method of performing positive ion irradiation, and is used for manufacturing various semiconductor devices.
Regardless of which polarizer is used, the thickness is selected from 2 to 150 μm.
[0060]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
[Example 1]
First, a micro magnetic head array was fabricated. A copper film having a thickness of 1 μm was formed on a quartz support having an outer shape of 50 mm × 50 mm × 1 mm. The shape was as shown in FIG. 8 by etching. 8A is an overall view, FIG. 8B is a diagram showing a cross-sectional shape of the wiring, FIG. 8C is a front view, and FIG. 8D is a partially enlarged view. The line width was 10 μm and the height was 1 μm. The outer diameter of one pixel was 100 μm. The coils were arranged so that 100 pieces were arranged on a straight line. The magnetic field strength in the core was about 110 Gauss when the current was 400 mA. Conductive wire ends to each coil are separated into IN and OUT and concentrated, and a switch using an FET is provided to form a micro magnetic head array.
[0061]
Subsequently, a Bi-substituted rare earth iron garnet film was produced on the micro magnetic head array produced above by sputtering. Substrate temperature is 650 ° C., input power is 200 W, gas pressure is 7.0 Pa (Ar: O2= 9: 1). It was confirmed that the Bi-substituted rare earth iron garnet film was crystallized using an X-ray diffraction method. The composition of the film is Bi2.4Y0.6Fe3.8Ga1.2O12Met. The Faraday rotation angle of the peak measured with a magneto-optical effect measurement apparatus (K250 manufactured by JASCO Corporation, beam diameter: 2 mm square) was 6.3 degrees. The coercive force measured by applying a magnetic field perpendicularly to the film surface with VSM was 60 Oe.
[0062]
After forming a Cr mask on one surface of the Bi-substituted rare earth iron garnet film, etching is performed using Ar gas, the period is 400 nm, and the magnetic body width is 60 nm (magnetic body / nonmagnetic body = 0.176 <1/5). A periodic structure with a magnetic material height of 100 nm was formed. In addition to this, five types of magnetic body widths of 50 nm, 70 nm, 80 nm, and 100 nm were prepared.
[0063]
Next, a commercially available multi-halogen polarizer is provided on each of the transparent magnetic film and the quartz support, and each of them is called polarizer layer / layer having magneto-optical effect / magnetic head layer / quartz support / polarizer layer. An optical switch having a configuration was fabricated. The polarization axis is adjusted so that when the current is passed in the positive direction, the transmitted light passes through the polarizer and appears bright, and when it flows in the opposite direction, the polarization axis does not pass through the polarizer and appears black. Rotated and fixed. A current was passed through each magnetic head in the plus and minus directions to magnetize the layer having the magneto-optic effect, thereby blocking the light. When the current was passed in the positive direction, light could be transmitted and the function as an optical switch could be confirmed.
It was found that the contrast ratio of transmitted light / blocking light of each optical switch produced by changing the width of the magnetic material is as follows, and a favorable result is obtained when the ratio of magnetic material / non-magnetic material is 1/5 or less. .
X is 10 or less, Δ is 10 to 20, and ◯ is 20 or more.
[0064]
[Table 1]
Figure 0004050996
[0065]
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, a micro magnetic head array and a periodic structure for layers having a magneto-optical effect were provided.
On the fabricated periodic structure, SiO 2 is applied by bias sputtering.2(Low refractive index layer, n = 1.47) and Ti2O5A laminated film of (high refractive index layer, n = 2.15) was formed to a total thickness of 3.3 μm to provide a polarizer layer having an umbrella-type laminated periodic structure. SiO2The film forming conditions are as follows: substrate temperature 320 ° C., oxygen gas pressure 10 × 10-4It was Torr. Ti2O5The film forming conditions were as follows: substrate temperature 300 ° C., oxygen gas pressure 11 × 10-4It was Torr. The deposition rate is SiO2In the case of 2 nm / second, Ti2O5In this case, it was 0.5 nm / second. The number of laminations was 10 layers each.
Next, when a commercially available multi-halogen polarizer is applied to the quartz support side, when the current flows in the positive direction, the transmitted light appears bright through the polarizer, and when the reverse direction flows in the negative direction, the polarizer is The polarization axis was rotated and fixed so that it could not pass through and look black.
As described above, an optical switch having the structure of polarizer layer / layer having magneto-optical effect / magnetic head layer / quartz support / polarizer layer was produced. A current was passed in the negative direction for each magnetic head to magnetize the layer having the magneto-optical effect, thereby blocking the light. When the current was passed in the positive direction, light could be transmitted and the function as an optical switch could be confirmed.
[0066]
[Example 3]
A periodic structure was formed by etching on the surface of the quartz support, and a periodic structure for the micro magnetic head array and the layer having the magneto-optic effect was provided on the opposite side of the surface having the periodic structure in the same manner as in Example 2. . In this case, the periodic directions of the upper and lower periodic structures were formed to be exactly the same in parallel.
Next, in the same manner as in Example 2, a polarizer layer having an umbrella-type laminated periodic structure was provided on both periodic structures.
[0067]
As described above, an optical switch having the structure of polarizer layer / layer having magneto-optical effect / magnetic head layer / quartz support / polarizer layer was produced.
A current was passed in the negative direction for each magnetic head to magnetize the layer having the magneto-optical effect, thereby blocking the light. When the current was passed in the positive direction, light could be transmitted and the function as an optical switch could be confirmed.
[0068]
[Example 4]
A commercially available paramagnetic glass was purchased and used. The glass thickness was 5 mm by polishing, and a periodic structure was formed on the upper and lower surfaces by the same method as that prepared on the quartz support in Example 1. Next, a polarizer layer having an umbrella-type laminated periodic structure was provided on one surface in the same manner as in Example 2. On the opposite surface of this umbrella-type laminated periodic structure, an insulating film (SiO2) is formed on the periodic structure.2The film was polished so as to be smooth.
A wound type magnetic head (copper wire width 20 μm, height 4 μm, no permalloy core) as shown in FIG. 6 was formed on this insulating film. Then, a polarizer layer was provided in the same manner as in Example 1 to produce an optical switch.
When a current was passed through the magnetic head in a plus direction, the transmitted light appeared bright through the polarizer, and when a current was passed in the minus direction, the light was blocked and the function as an optical switch was confirmed.
[0069]
[Example 5]
A magnetic head layer / quartz support was prepared in the same manner as in Example 2. Then, using a sputtering method, a Bi-substituted rare earth iron garnet film (n = 2.05) is 900 nm thick, the substrate temperature is 350 ° C., the input power is 200 W, and the gas pressure is 7% on the micro magnetic head array produced above. 0.0 Pa (Ar: O2= 9: 1). The Bi-substituted rare earth iron garnet film was amorphous when examined using X-ray diffraction. A laser (wavelength: 800 nm, 1 kHz, 50 fs, 1 mJ / pulse) was condensed to a width of about 60 nm and heated in air to crystallize the Bi-substituted rare earth iron garnet film. The composition of the film is Bi2.2Y0.8Fe3.8Al1.2O12Met. From the wavelength dependence of the Faraday rotation angle measured with a magneto-optical effect measuring apparatus (K250 manufactured by JASCO Corporation, beam diameter 2 mm square), the peak Faraday rotation angle was 6.2 degrees. The coercive force measured by applying a magnetic field perpendicularly to the film surface with VSM was 60 Oe.
Next, one commercially available multi-halogen polarizer is provided on each of the transparent magnetic film and the quartz support, and the structure is polarizer layer / layer having magneto-optical effect / magnetic head layer / quartz support / polarizer. An optical switch was fabricated.
The magneto-optical effect (Faraday rotation angle) is increased, so that an optical switch having a large contrast can be obtained.
[0070]
[Example 6]
In the same manner as in Example 1, an optical switch having a configuration of polarizer layer / layer having magneto-optical effect / magnetic head layer / quartz support / polarizer was produced.
A 100 nm-thick silver film was formed on the surface of the quartz support to form a reflective film. When a current is passed through the magnetic head layer in the positive direction, the light that has been linearly polarized in the polarizer layer rotates in the plane of polarization in the layer having the magneto-optic effect, and the reflected light again has the same angle in the same direction. As a result of rotation, it was impossible to pass through the polarizer layer, and a sufficiently large contrast was generated.
[0071]
【The invention's effect】
Effect of the present invention (1)
In an optical switch composed of a magnetic head layer, a layer having a magneto-optical effect, and a polarizer layer, the layer having a magneto-optical effect has a periodic structure of a magnetic part and a non-magnetic part only on the surface of the magnetic substance. Since the ratio of the magnetic body width / non-magnetic body width is set to 1/5 or less, it has a magneto-optical effect greatly increased as compared with the intrinsic value of the layer having the magneto-optical effect. / Contrast ratio of blocking light is greatly improved. Moreover, a support body becomes unnecessary, and it can be made thin as an optical switch and becomes easy to handle. Further, since the number of manufacturing steps is reduced, the manufacturing cost is reduced.
[0072]
Effect of the present invention (2)
Since an air layer is selected and used as the nonmagnetic layer, the difference in refractive index between the magnetic material and the nonmagnetic material is increased, and the magneto-optical effect is more effectively increased.
[0073]
Effect of the present invention (3)
Since a laminated periodic structure composed of two types of dielectric materials having different refractive indexes is provided as a polarizer layer directly above the periodic structure on the surface of the magnetic material, the orientation of each periodic structure of the polarizer layer and the layer having a magneto-optic effect can be adjusted. This eliminates the need for manufacturing and simplifies the manufacturing process, and makes it possible to reduce the thickness of the entire switch to about 1/10 of the conventional thickness.
[0074]
Effect of the present invention (4)
Unlike the present invention (3), the magnetic head layer of the present invention 3 is provided with a laminated periodic structure made of two types of dielectrics having different refractive indexes as a polarizer layer on the opposite side of the polarizer layer. It becomes possible to switch by transmitting light from the direction.
[0075]
Effect of the present invention (5)
Since a periodic structure is formed on the surface of the solid paramagnetic material to increase the magneto-optic effect and to obtain a practical contrast, the paramagnetic material-containing glass can be used as it is as a substrate and is easy to manufacture. become.
[0076]
Effect of the present invention (6)
Since the periodic structure in the layer having the magneto-optical effect is constituted by the crystal part / amorphous part of the continuous film, an etching step is not required and the production can be performed more easily.
[0077]
Effect of the present invention (7)
Since the nonmagnetic light reflection layer is provided on either side of the magnetic head in the optical switch, it is possible to easily manufacture a reflective optical switch.
[0078]
Effect of the present invention (8)
Even for a polarizer using a periodic laminated structure composed of two types of dielectrics having different refractive indexes, a transparent magnetic material is sandwiched between dielectric multilayer films, so that the Faraday effect is further increased and high S / N can be easily obtained.
[0079]
Effect of the present invention (9)
Since the layer having the magneto-optical effect has a periodic structure of magnetic / non-magnetic material that is smaller than the wavelength of the transmitted light, the transmitted light is not diffracted and the magneto-optical effect is greatly increased. The contrast ratio of the blocking light can be obtained.
[0080]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of a periodic structure of a magnetic body of a conventional optical switch.
FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of a magnetic material used in the optical switch of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a conventional optical isolator.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a layer configuration example of an optical switch according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing a cross section of an optical switch of the present invention provided with a polarizer layer having a laminated periodic structure in which two types of dielectrics having different refractive indexes are alternately laminated.
FIG. 6 is a diagram showing a coil plane and a cross section of a micro magnetic head used in the present invention.
FIG. 7 is a schematic view of a micro magnetic head array.
FIG. 8A is an overall view of a micro magnetic head array.
(B) It is a figure which shows the cross-sectional shape of the wiring of a micro magnetic head array.
(C) It is a front view of the wiring of a micro magnetic head array.
(D) It is the elements on larger scale of the wiring part of a micro magnetic head array.
FIG. 9 is a schematic view of a micro magnetic head array.
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a layer configuration example for increasing the magneto-optical effect.

Claims (9)

少なくとも磁気ヘッド層と、磁気光学効果を有する層と偏光子層とを構成層として含む光スイッチにおいて、偏光子層は磁気光学効果を有する層の両側に配置されており、磁気光学効果を有する層は、磁性体の表面のみに一方向に沿って磁性体部分と非磁性体部分とが交互に繰り返されてなる周期構造が構成され、かつ磁性体部分と非磁性体部分との幅の比（磁性体幅／非磁性体幅）が１／５以下であることを特徴とする光スイッチ。In an optical switch including at least a magnetic head layer, a layer having a magneto-optical effect, and a polarizer layer as constituent layers, the polarizer layer is disposed on both sides of the layer having a magneto-optical effect, and has a magneto-optical effect. Has a periodic structure in which a magnetic part and a non-magnetic part are alternately repeated along one direction only on the surface of the magnetic substance, and the ratio of the width of the magnetic part to the non-magnetic part ( An optical switch characterized in that (magnetic body width / non-magnetic body width) is 1/5 or less. 上記非磁性体部分の層が空気層であることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。2. The optical switch according to claim 1, wherein the layer of the nonmagnetic part is an air layer. 前記磁性体表面の周期構造の直上に、偏光子層として、屈折率の異なる２種類の誘電体層が交互に繰り返して積層されてなる傘型積層周期構造が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。An umbrella-type laminated periodic structure in which two types of dielectric layers having different refractive indexes are alternately laminated as a polarizer layer is provided immediately above the periodic structure on the surface of the magnetic material. The optical switch according to claim 1. 磁気ヘッド層の、偏光子層とは反対側に更に偏光子層として屈折率の異なる２種類の誘電体層が交互に繰り返して積層されてなる傘型積層周期構造が設けられていることを特徴とする請求項３記載の光スイッチ。The magnetic head layer is provided with an umbrella-type laminated periodic structure in which two types of dielectric layers having different refractive indexes are alternately laminated on the opposite side of the polarizer layer as the polarizer layer. The optical switch according to claim 3. 磁気光学効果を有する層の材料が固体常磁性体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光スイッチ。5. The optical switch according to claim 1, wherein the material of the layer having a magneto-optical effect is a solid paramagnetic material. 磁気光学効果を有する層における周期構造が連続膜の結晶部と非晶部とから構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光スイッチ。6. The optical switch according to claim 1, wherein the periodic structure in the layer having a magneto-optical effect is composed of a crystal part and an amorphous part of a continuous film. 磁気ヘッド層の表裏のいずれかの面に、光反射層を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光スイッチ。The optical switch according to claim 1, wherein a light reflecting layer is provided on one of the front and back surfaces of the magnetic head layer. 偏光子層を構成する屈折率の異なる２種類の誘電体多層膜中に透明磁性体層を挿入することを特徴とする請求項３又は４に記載の光スイッチ。The optical switch according to claim 3 or 4, wherein a transparent magnetic layer is inserted into two types of dielectric multilayer films having different refractive indexes constituting the polarizer layer. 磁気光学効果を有する層の周期構造の周期が、透過する光の波長よりも小さいことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光スイッチ。The optical switch according to claim 1, wherein the period of the periodic structure of the layer having a magneto-optical effect is smaller than the wavelength of light to be transmitted.
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