JP5459244B2 - ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ - Google Patents
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Description
化学式Gd3(ScGa)5O12で示される非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル成長法により育成されたビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜において、
化学式Gd3-x-yBixRyFe5O12(但し、Rは、La、Ce、Pr、Ndから選択される二種以上の希土類元素群を示し、0<x、0<y)で示されると共に、上記R、GdおよびBiの組成割合が、R−Gd−Bi三元系組成図上において、下記に示す組成点A、組成点B、組成点Cおよび組成点Dを頂点とする四角形の内部に相当する数値範囲を有することを特徴とし、
組成点A(R/0.15,Gd/1.66,Bi/1.19)、
組成点B(R/0.92,Gd/0.89,Bi/1.19)、
組成点C(R/1.31,Gd/0.89,Bi/0.80)、
組成点D(R/0.32,Gd/1.88,Bi/0.80)
また、請求項2に係る発明は、
光アイソレータにおいて、
請求項1に記載のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜がファラデー回転子として用いられていることを特徴とする。
化学式Gd3-x-yBixRyFe5O12(但し、Rは、La、Ce、Pr、Ndから選択される二種以上の希土類元素群を示し、0<x、0<y)で示されると共に、上記R、GdおよびBiの組成割合が、R−Gd−Bi三元系組成図上において、下記に示す組成点A、組成点B、組成点Cおよび組成点Dを頂点とする四角形の内部に相当する数値範囲を有することを特徴とし、
組成点A(R/0.15,Gd/1.66,Bi/1.19)、
組成点B(R/0.92,Gd/0.89,Bi/1.19)、
組成点C(R/1.31,Gd/0.89,Bi/0.80)、
組成点D(R/0.32,Gd/1.88,Bi/0.80)
特許文献4等に記載された従来のRIGと比較して、挿入損失で0.6dBを下回り、かつ、高い収率で製造することができる。
本発明に係るビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜(RIG)を構成する希土類元素の種類は、以下に示すようにLa、Ce、Pr、Ndから選択される二種以上の希土類元素とGdである。
化学式Gd3-x-yBixRyFe5O12(但し、Rは、La、Ce、Pr、Ndから選択される二種以上の希土類元素群を示し、0<x、0<y)で示されるビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜(RIG)において、Bi量が一定(すなわちxが一定値)であると仮定した場合、上記RとGdの比率については、イオン半径の大きなR量が多くなり過ぎるとRIGの格子定数が大きくなり、RIGの格子定数が大き過ぎるとRIG成長後に室温まで冷却した際、RIG側が凸に反り割れが発生し易くなる。反対にR量が少なくなり過ぎるとRIGの格子定数が小さくなるため、RIG側が凹に反り割れが発生し易くなる。
組成点B(R/0.92,Gd/0.89,Bi/1.19)、
組成点C(R/1.31,Gd/0.89,Bi/0.80)、
組成点D(R/0.32,Gd/1.88,Bi/0.80)
すなわち、R(La、Ce、Pr、Ndから選択される二種以上の元素群)量は0.15〜1.31の範囲内、Gd量は0.89〜1.88の範囲内であることを要する。
ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜(RIG)が適用されたファラデー回転子の温度上昇は、鉄イオンによる1μm付近の光吸収が原因であり、その吸収係数は温度上昇に伴い増加するため、更なる温度上昇をもたらすことになる。このため、RIGの挿入損失が大きい場合、上記発熱を抑えるために低出力のレーザーに使用が制限され、放熱用基板を付ける必要がある。そして、RIGを1W級の加工用レーザーに適用する場合、挿入損失は0.6dB以下であることが必要とされ、更に、高出力のレーザー用には挿入損失0.5dB以下であることが必要とされている。
表1から、Bi量が増えるとRIGの収率が下がることが確認できる。ここで、Bi量が1.19以下であれば、90%を越える91%以上の収率でRIGを育成できるため好ましい。
組成点B(R/0.92,Gd/0.89,Bi/1.19)、
組成点C(R/1.31,Gd/0.89,Bi/0.80)、
組成点D(R/0.32,Gd/1.88,Bi/0.80)
尚、図2中、白丸印は以下の各実施例、黒丸印は各比較例を示す。
まず原料として、La2O3を0.05g、Nd2O3を2.34g、Gd2O3を2.52g、Fe2O3を32.15g、Bi2O3を253.24g、PbOを200.15g、B2O3を9.60gそれぞれ秤量し、白金坩堝中において1000℃で溶解し、融液が均一な組成になるように十分に撹拌混合した。
原料として、La2O3を3.41g、Nd2O3を0.05g、Gd2O3を3.68g、Fe2O3を28.46g、Bi2O3を254.53g、PbOを201.17g、B2O3を9.65gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を792℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を3.37g、Nd2O3を0.05g、Gd2O3を4.13g、Fe2O3を27.79g、Bi2O3を254.17g、PbOを200.89g、B2O3を9.64gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を790℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を0.05g、Nd2O3を1.72g、Gd2O3を2.60g、Fe2O3を29.41g、Bi2O3を255.03g、PbOを201.57g、B2O3を9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を793℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を0.05g、Nd2O3を1.39g、Gd2O3を2.69g、Fe2O3を29.53g、Bi2O3を255.09g、PbOを201.62g、B2O3を9.68gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を782℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を2.52g、Nd2O3を0.05g、Gd2O3を3.65g、Fe2O3を28.46g、Bi2O3を254.53g、PbOを201.17g、B2O3を9.65gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を775℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を0.05g、Nd2O3を1.18g、Gd2O3を2.80g、Fe2O3を29.59g、Bi2O3を255.12g、PbOを201.64g、B2O3を9.68gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を770℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を1.99g、Nd2O3を0.05g、Gd2O3を3.99g、Fe2O3を30.08g、Bi2O3を253.75g、PbOを200.56g、B2O3を9.62gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を768℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を1.97g、Nd2O3を0.05g、Gd2O3を3.73g、Fe2O3を28.71g、Bi2O3を254.66g、PbOを201.27g、B2O3を9.66gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を766℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を0.05g、Nd2O3を1.30g、Gd2O3を2.79g、Fe2O3を29.53g、Bi2O3を255.09g、PbOを201.61g、B2O3を9.68gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を769℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、Nd2O3を1.40g、Pr6O11を0.05g、Gd2O3を2.94g、Fe2O3を29.41g、Bi2O3を255.02g、PbOを201.56g、B2O3を9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を767℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.17、Pr量は0.01、Nd量は0.42、Gd量は1.40であった。
原料として、Nd2O3を1.85g、Pr6O11を0.05g、Gd2O3を2.39g、Fe2O3を30.94g、Bi2O3を254.23g、PbOを200.94g、B2O3を9.64gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を790℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は0.87、Pr量は0.01、Nd量は0.72、Gd量は1.40であった。
原料として、La2O3を2.52g、Pr6O11を0.05g、Gd2O3を3.65g、Fe2O3を28.46g、Bi2O3を254.53g、PbOを201.17g、B2O3を9.65gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を777℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.10、La量は0.30、Pr量は0.01、Gd量は1.59であった。
原料として、La2O3を3.37g、Pr6O11を0.05g、Gd2O3を4.13g、Fe2O3を27.79g、Bi2O3を254.17g、PbOを200.89g、B2O3を9.64gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を790℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は0.88、La量は0.44、Pr量は0.01、Gd量は1.67であった。
原料として、Nd2O3を1.54g、CeO2を0.05g、Gd2O3を2.66g、Fe2O3を29.47g、Bi2O3を255.06g、PbOを201.59g、B2O3を9.67gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を780℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は1.00、Ce量は0.01、Nd量は0.59、Gd量は1.40であった。
原料として、La2O3を3.04g、CeO2を0.05g、Gd2O3を3.72g、Fe2O3を28.16g、Bi2O3を254.38g、PbOを201.05g、B2O3を9.65gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を783℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。得られたRIGのBi量は0.96、La量は0.39、Ce量は0.01、Gd量は1.64であった。
原料として、La2O3を1.64g、Nd2O3を0.05g、Gd2O3を2.55g、Fe2O3を38.58g、Bi2O3を250.08g、PbOを197.66g、B2O3を9.49gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を793℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を0.05g、Nd2O3を1.05g、Gd2O3を2.83、Fe2O3を29.64g、Bi2O3を255.15g、PbOを201.66g、B2O3を9.68gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を760℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を0.10g、Nd2O3を2.26g、Gd2O3を2.44g、Fe2O3を32.22g、Bi2O3を253.28g、PbOを200.19g、B2O3を9.61gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を822℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
原料として、La2O3を3.29g、Nd2O3を0.05g、Gd2O3を3.85g、Fe2O3を26.47g、Bi2O3を255.09g、PbOを201.62g、B2O3を9.68gそれぞれ秤量して原料組成を変えたこと、および、育成温度を790℃とした以外は実施例1と同様にしてRIGを育成した。
Claims (2)
- 化学式Gd3(ScGa)5O12で示される非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル成長法により育成されたビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜において、
化学式Gd3-x-yBixRyFe5O12(但し、Rは、La、Ce、Pr、Ndから選択される二種以上の希土類元素群を示し、0<x、0<y)で示されると共に、上記R、GdおよびBiの組成割合が、R−Gd−Bi三元系組成図上において、下記に示す組成点A、組成点B、組成点Cおよび組成点Dを頂点とする四角形の内部に相当する数値範囲を有することを特徴とするビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜。
組成点A(R/0.15,Gd/1.66,Bi/1.19)、
組成点B(R/0.92,Gd/0.89,Bi/1.19)、
組成点C(R/1.31,Gd/0.89,Bi/0.80)、
組成点D(R/0.32,Gd/1.88,Bi/0.80) - 請求項1に記載のビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜がファラデー回転子として用いられていることを特徴とする光アイソレータ。
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