JP4874921B2 - 磁気光学素子とその製造方法およびそれを用いて作製した光学デバイス - Google Patents
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つまり、厚さが350μm以上で、鉛を含有せず、光吸収係数が小さいつまり光ファイバの伝送損失が小さく、逆方向の光を減衰させるつまり逆方向挿入損失が大きい、波長1.3〜1.6μm帯用の磁気光学素子は、いまだ実用化はされておらず、これらの条件を満たした製品は存在しなかった。
このように、フラックス成分として鉛化合物であるPbOやPbF2等を使用せずに育成された結晶によって構成しているため、その素子中に鉛を含有しないものである。従って、環境に悪影響を与えることがない磁気光学素子となっている。
よって、液相エピタキシャル法によって厚さ350μm以上に育成したビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶によって構成したとしても、環境に悪影響を与えず、光学特性の良好な結晶を歩留り良く得ることができ、従って、低コストで高品質な磁気光学素子を得ることができる。
すなわち、フラックス成分として鉛化合物であるPbOやPbF2を使用せずに育成したため、結晶中に鉛を含有しない結晶を育成でき、よって、環境に悪影響を与えることがない磁気光学素子を製造することができる。
よって、液相エピタキシャル法によって厚さ350μm以上に育成したビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶を用いて、環境に悪影響を与えず、光学特性の良好な結晶を歩留り良く製造することができ、従って、低コストで高品質な磁気光学素子を製造することができる。
前述のように、波長が1.3μm〜1.6μm帯の光に対するファラデー回転能が45°程度、つまり、液相エピタキシャル法によって育成された厚さが350μm以上であっても、鉛を含有せず、かつ逆方向挿入損失が大きい値を有する磁気光学素子の開発が待たれていた。
ここで、ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶の育成条件としては、結晶育成を開始する温度を変えること、結晶育成での基板の回転数を変えること、結晶育成に用いる単結晶基板結晶の口径を変えることを行った。
本発明の磁気光学素子は、ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶から構成され、このビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶は、フラックスとして鉛化合物を用いずに、結晶を構成する各元素の酸化物の融液から、希土類ガリウムガーネット単結晶基板上に液相エピタキシャル法によって、育成された厚さが350μm以上有するものであり、また結晶中の白金の式量xが0.02≦x<0.04の関係を満たすものである。
そして、フラックスとして鉛化合物を用いずに液相エピタキシャル法によって育成したものとすることで、本発明の磁気光学素子を構成するビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶は、フラックス成分として鉛化合物であるPbOやPbF2等を使用せずに育成されているため、その結晶中に鉛を含有しないものである。従って、環境に悪影響を与えることがない磁気光学素子となっている。
よって、液相エピタキシャル法によって厚さ350μm以上に育成したビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶によって磁気光学素子が構成されたとしても、環境に悪影響を与えず、光学特性の良好な磁気光学素子を歩留り良く得ることができ、従って、低コストで高品質な磁気光学素子を得ることができる。
このように、本発明の磁気光学素子を用いて作製された光アイソレータ、光サーキュレータ、光アッテネータのいずれかである光学デバイスは、デバイス中に鉛を含まず、環境に悪影響を与えることがない。また、波長が1.3μm〜1.6μmの光に対する光学特性が良好であるので、当該波長を利用した光通信に用いることができる。
次に、融液の温度を700〜950℃に下げて、融液を過冷却状態にする。
その後、希土類ガリウムガーネット単結晶基板を回転させながら、過冷却状態にした融液に接触させることによって、希土類ガリウムガーネット単結晶基板上にビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶を成長させる。
そのため、ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶の育成中においては、温度を下げながら結晶を育成するため、育成後半では次第に融液中の白金濃度が高くなる。このため、結晶中の白金式量xもこれに伴って上昇し、結晶の品質が劣化することがあるため、適宜結晶の育成条件を変更することができる。
これらは、Sm2O3、Nd2O3、Gd2O3または必要に応じて、CaO、MgO、ZrO2などの置換剤を、それぞれGa2O3の所定量と共にるつぼに仕込み、高周波誘導炉で各々の融点以上に加熱して溶融したのち、この溶液からチョクラルスキー法で単結晶を引き上げた後にウェハーに加工することで得ることができるものである。
(実施例1〜7)
液相エピタキシャル育成装置において、白金製の坩堝の中に、種々のフラックス成分と結晶成分とを投入し、1,000〜1,200℃まで加熱し、溶融させた。その後、700〜950℃まで降温し、NOGを回転させながら、融液に接触させる液相エピタキシャル法でビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶を成長させた。成長させた厚さは後述する表1に挙げたとおりである。
作製した磁気光学素子の組成分析は、ICP−MS分析法で行った。ファラデー回転角の大きさとそのファラデー回転角となった時の磁気光学素子の厚さを示した。また、介在物の観察は光源とCCDに赤外線用を使った赤外線用の顕微鏡で観察した定性的な表現である。
ただし、表1では、光吸収損失を抑えるための添加イオンは微量であるため除いている。
実施例1において、磁気光学素子に用いられるビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶中の白金の式量を0.044とした以外は、実施例1と同様の条件でビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶を液相エピタキシャル法によって作製し、同様に光アイソレータを500個作製した。そして、作製した光アイソレータに対して実施例1と同様の評価を行った。
図1に示したように、結晶中の白金式量が0.035を越えた辺りから急激に不良が増大することが分かった。
よって、光アイソレータの製品として使うためには白金式量を0.04未満とする必要がある。より好ましくは0.035以下である。
Claims (3)
- 磁気光学素子であって、
該磁気光学素子は、ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶によって構成されたものであって、
該ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶は、フラックスとして鉛化合物を用いない液相エピタキシャル法によって育成された厚さが350μm以上有するものであり、かつ白金を含み、該白金の、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶の組成式における式量xが0.02≦x<0.04の関係を満たすものであることを特徴とする磁気光学素子。 - 請求項1に記載された磁気光学素子を用いて作製された光学デバイスであって、該光学デバイスは、光アイソレータ、光サーキュレータ、光アッテネータのいずれかであることを特徴とする光学デバイス。
- 磁気光学素子の製造方法であって、
白金坩堝に、少なくとも酸化ビスマスを含みかつ鉛化合物を含まないフラックスを入れて、希土類ガリウムガーネット単結晶基板上に液相エピタキシャル法によって厚さ350μm以上のビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶を育成することによって、該ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶中に鉛を含有させず、かつ白金の、前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶の組成式における式量xが0.02≦x<0.04の関係を満たすように前記白金を含有させた前記ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶を準備し、
該ビスマス置換希土類鉄ガーネット結晶を用いて磁気光学素子を作製することを特徴とする磁気光学素子の製造方法。
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