JP4802995B2 - 磁性ガーネット単結晶及びそれを用いた光学素子 - Google Patents
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さらに上記目的は、化学式BiαNaβM13−α−βFe5-γ-σM2γM3δO12(M1はY、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luから選択される少なくとも1種類以上の元素、M2はSi、Ge、Tiから選択される少なくとも1種類以上の元素、M3はPtであり、0.5<α≦2.0、0<β≦0.8、0.2≦3−α−β<2.5、0<γ+δ≦1.6、0≦γ<1.6、0<δ<0.16)で示されることを特徴とする磁性ガーネット単結晶によって達成される。
また上記目的は、上記本発明の磁性ガーネット単結晶から作製されることを特徴とするファラデー回転子によって達成される。
本発明の第1の実施の形態による磁性ガーネット単結晶及びその製造方法並びにそれを用いた光学素子について図1及び図2を用いて説明する。本実施の形態では、従来の溶媒に含まれるPbをナトリウム(Na)で代替し、Na及び鉄(Fe)を含む溶媒から磁性ガーネット単結晶を育成する。Naと酸素とを含有する物質は他の酸化物に比べて低い温度で溶解するものが多いため、磁性ガーネット単結晶を育成する際の溶媒としても有効である。例えば水酸化ナトリウム(NaOH)を含む溶媒から育成された磁性ガーネット単結晶は、欠陥や割れのない優れた品質が得られる。そのため溶媒の材料からPbOを除外し、Naを含む物質とBi2O3及びB2O3を溶媒に用いることにより、従来磁性ガーネット単結晶に微量含まれていたPbをほぼ完全に除去できる。
以下、本実施の形態による磁性ガーネット単結晶及びその製造方法並びにそれを用いた光学素子について、実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。
図1は、磁性ガーネット単結晶育成工程の一部を示している。まず、金(Au)製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe/Feモル比を0.006とした。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。融液8から磁性ガーネット単結晶膜を育成するための基板には、引き上げ法により育成したガーネット単結晶のインゴットから作製された単結晶ウエハを用いる。本実施例では単結晶育成用基板10として、CaMgZr置換GGG(ガドリニウム・ガリウム・ガーネット)単結晶基板((GdCa)3(GaMgZr)5O12)を用いている。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe/Feモル比を0.004とした。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶膜12を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.300Gd1.200Yb0.500Fe4.993Ge0.007O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶膜12の化学式は(BiGdYb)2.996Na0.004(FeGe)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe/Feモル比を0.008とした。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶膜12を蛍光X線分析により組成分析したところNaが検出され、組成はBi1.293Gd1.200Yb0.500Na0.007Fe4.987Ge0.013O12であった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe/Feモル比を0.012とした。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶膜12を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.290Gd1.200Yb0.500Na0.010Fe4.980Ge0.020O12であった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe/Feモル比を0.020とした。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶膜12を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.283Gd1.200Yb0.500Na0.017Fe4.967Ge0.033O12であった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe/Feモル比を0.002とした。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶膜12を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.300Gd1.200Yb0.500Fe4.997Ge0.003O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶膜12の化学式は(BiGdYb)2.998Na0.002(FeGe)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0.2〜0.25dBであった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe/Feモル比を0.003とした。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶膜12を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.300Gd1.200Yb0.500Fe4.994Ge0.006O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶膜12の化学式は(BiGdYb)2.997Na0.003(FeGe)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0.04〜0.07dBであった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、SiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのSi/Feモル比を0.006とした。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶膜12を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.300Gd1.200Yb0.500Fe4.990Si0.010O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶膜12の化学式は(BiGdYb)2.995Na0.005(FeSi)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、TiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのTi/Feモル比を0.006とした。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶膜12を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.300Gd1.200Yb0.500Fe4.990Ti0.010O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶膜12の化学式は(BiGdYb)2.995Na0.005(FeTi)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、PtO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのPt/Feモル比を0.006とした。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶膜12を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.300Gd1.200Yb0.500Fe4.990Pt0.010O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶膜12の化学式は(BiGdYb)2.995Na0.005(FePt)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶膜12を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.300Gd1.200Yb0.500Fe5.000O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は(BiGdYb)2.998Na0.002Fe5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は3.0〜3.5dBであり、極めて高損失であった。
本発明の第2の実施の形態による磁性ガーネット単結晶及びその製造方法並びにそれを用いた光学素子について図1及び図3を用いて説明する。Naは希土類やBiと比べてイオン半径が大きな元素であり、ガーネットの結晶構造で希土類、Biと同じサイトを占める。ガーネット膜の育成では単結晶割れを防ぐため、基板と膜の格子定数をほぼ同じにする必要がある。そこでNaがガーネット中に入った場合に格子定数を一定の値に維持するため、BiやGd、Tbなどの比較的大きなイオン半径を持つ元素の量を減らし、Yb、Ho、Yなどの比較的小さなイオン半径を持つ元素を増やす必要が出てくる。Biは回転子の厚さに大きな影響を与え、GdやTbなどは回転子の飽和磁界に影響を与える。そこでガーネット中のNa量が増えると格子定数を一定に保つため、希土類、Biの組成が変わることになり、飽和磁界や厚さなどの回転子の特性がPbを含有する従来の回転子と異なってくる。Pb含有の従来回転子は同じ特性を持つ非鉛回転子で代替することが望ましい。そのためにはNa量βは少ない方が好ましく、実用的には少なくとも0.1以下とすることが必要となる。さらに非鉛の回転子の特性を従来の回転子に同等まで近づけるにはNa量βは0.05以下とすることがさらに望ましい。また、Si、Ge、Tiの中でもSiはイオン半径の小さな元素であり、Siをガーネットに加えると大きなイオン半径を持つNaがガーネットに入る効果を緩和する効果がある。そのためSiをガーネット中に添加して電荷補償することが望ましい。PtはSi、Ge、Tiと同じく4価が安定な陽イオンの状態でガーネット中のNaと電荷補償し光吸収を抑制する効果がある。しかし、Ptは安定な複合酸化物を作りやすい元素であり、Pt量δが0.16より大きいガーネット膜の育成を試みると、ガーネット膜の育成と同時に溶液中でPtを含有する複合酸化物の析出が起き、溶液の過飽和状態を安定に維持できなくなる。そのためファラデー回転子の作製に必要な厚さ数百μmで結晶欠陥の少ないガーネット膜を育成することは困難となる。従って、Pt量δは0.16より小さいことが望ましい。
以下、本実施の形態による磁性ガーネット単結晶及びその製造方法並びにそれを用いた光学素子について、実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、SiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe、SiとFeのモル比(Ge+Si)/Feは0.006である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜12が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.000Gd1.610Yb0.390Fe4.990Ge0.005Si0.005O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶膜12の化学式は(BiGdYb)2.995Na0.005(FeGeSi)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは410μm、1mm角の形状での飽和磁界は618Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、SiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe、SiとFeのモル比(Ge+Si)/Feは0.004である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.000Gd1.610Yb0.390(FeGeSi)5.000O12であり、GeとSi量は確定できずNaは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は(BiGdYb)2.996Na0.004Fe4.993Ge0.004Si0.003O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは410μm、1mm角の形状での飽和磁界は618Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、SiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe、SiとFeのモル比(Ge+Si)/Feは0.008である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところNaが検出され、組成はBi0.990Gd1.610Yb0.393Na0.007Fe4.987Ge0.008Si0.005O12であった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは413μm、1mm角の形状での飽和磁界は618Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、SiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe、SiとFeのモル比(Ge+Si)/Feは0.012である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi0.986Gd1.610Yb0.394Na0.010Fe4.980Ge0.015Si0.005O12であった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは415μm、1mm角の形状での飽和磁界は617Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、SiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe、SiとFeのモル比(Ge+Si)/Feは0.020である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi0.990Gd1.590Yb0.403Na0.017Fe4.967Ge0.028Si0.005O12であった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは413μm、1mm角の形状での飽和磁界は626Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、SiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe、SiとFeのモル比(Ge+Si)/Feは0.060である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi9.500Gd1.580Yb0.420Na0.050Fe4.900Ge0.080Si0.020O12であった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは431μm、1mm角の形状での飽和磁界は631Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、SiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe、SiとFeのモル比(Ge+Si)/Feは0.120である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi0.923Gd1.510Yb0.467Na0.100Fe4.800Ge0.160Si0.040O12であった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは443μm、1mm角の形状での飽和磁界は662Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、SiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGe、SiとFeのモル比(Ge+Si)/Feは0.002である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.000Gd1.610Yb0.390(FeGeSi)5.000O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は(BiGdYb)2.998Na0.002Fe4.997Ge0.002Si0.001O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは410μm、1mm角の形状での飽和磁界は618Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0.2〜0.25dBであった。Geを添加しない回転子よりは低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、SiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのSiとFeのモル比Si/Feは0.006である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.000Gd1.520Yb0.480Fe4.990Si0.010O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は(BiGdYb)2.995Na0.005(FeSi)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは410μm、1mm角の形状での飽和磁界は618Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、GeO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのGeとFeのモル比Ge/Feは0.006である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.000Gd1.610Yb0.390Fe4.990Ge0.010O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は(BiGdYb)2.995Na0.005(FeGe)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは410μm、1mm角の形状での飽和磁界は618Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、TiO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのTiとFeのモル比Ti/Feは0.006である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.000Gd1.610Yb0.390Fe4.990Ti0.010O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は(BiGdYb)2.995Na0.005(FeTi)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは410μm、1mm角の形状での飽和磁界は618Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、PtO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのPtとFeのモル比Pt/Feは0.006である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.000Gd1.610Yb0.390Fe4.990Pt0.010O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は(BiGdYb)2.995Na0.005(FePt)5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは410μm、1mm角の形状での飽和磁界は618Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は0〜0.01dBであり、極めて低損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。膜厚500μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi1.000Gd1.610Yb0.390Fe5.000O12であり、Naは検出できなかった。次にICP分析法で詳しく組成を評価したところ、Naの含有量を確定できた。その結果、磁性ガーネット単結晶の化学式は(BiGdYb)2.998Na0.002Fe5.000O12であることが分かった。育成した単結晶膜12を加工して、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板を作製した。その単結晶板の研磨面に無反射コートを成膜し、ファラデー回転子を作製した。回転子の厚さは410μm、1mm角の形状での飽和磁界は618Oeであった。作製したファラデー回転子から20個抜き取り、波長1.55μmの光に対する光損失を評価した。ファラデー回転子の光損失は3.0〜3.5dBであり、極めて高損失であった。
Au製のルツボ4にGd2O3、Yb2O3、Fe2O3、PtO2、B2O3、Bi2O3、NaOHを充填して、電気炉に配置した。このときのPtとFeのモル比Pt/Feは0.100である。950℃まで炉温を上げてルツボ4内の材料を溶解して融液8を生成し、Au製の攪拌用冶具を使用して融液8を攪拌した。CaMgZr置換GGG基板10をAu製の固定冶具2に取り付けて炉内に投入し、850℃まで炉温を下げてから基板10の片面を融液8に接触させてエピタキシャル成長を40時間行った。育成した表面に多数の結晶欠陥のある膜厚365μmの磁性ガーネット単結晶膜が得られた。育成した単結晶を蛍光X線分析により組成分析したところ、組成はBi0.950Gd1.590Yb0.380Na0.080Fe4.840Pt0.160O12であった。単結晶膜の厚さが不足したため、波長1.55μmの光に対して回転角45degとなる単結晶板は作製できなかった。
4 ルツボ
8 融液
10 基板
12 単結晶膜
Claims (7)
- 化学式BiαNaβM13−α−βFe5-γM2γO12(M1はY、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luから選択される少なくとも1種類以上の元素、M2はSi、Ge、Tiから選択される少なくとも1種類以上の元素であり、0.5<α≦2.0、0<β≦0.8、0.2≦3−α−β<2.5、0<γ≦1.6)
で示されること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶。 - 請求項1記載の磁性ガーネット単結晶であって、
前記γは、0.007≦γ≦1.6であること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶。 - 請求項1又は2に記載の磁性ガーネット単結晶を用いて作製されることを特徴とする光学素子。
- 請求項1記載の磁性ガーネット単結晶であって、
前記β及びγは、0<β≦0.1、0<γ≦0.2であること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶。 - 請求項4記載の磁性ガーネット単結晶であって、
前記β及びγは、0<β≦0.05、0<γ≦0.1であること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶。 - 請求項4又は5に記載の磁性ガーネット単結晶であって、
前記M2は、少なくともSiを含む1種類以上の元素であること
を特徴とする磁性ガーネット単結晶。 - 請求項1、2又は4乃至6のいずれか1項に記載の磁性ガーネット単結晶から作製されることを特徴とするファラデー回転子。
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