JPH01134424A - 薄膜偏光回転子をもつ光システム及びこの回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｌｕ工立■旦欠！ 本発明は木質的にゼロの線形複屈折をもつ８Ｍ偏光回転
子を含む光システム、例えば、光フアイバ通信システム
及び先太容量記憶デバイス、並びにこの回転子を製造す
るための方法に関する。

発明の技術的背景 情報を通信及び格納するための光システムは周知であり
現在商業的に非常に重要である０例えば、光通信システ
ムは、第１図に簡略的に示されるように、典型的には、
光源、例えば、半導体レーザーを含み、これは光信号、
例えば、情報搬送光信号を光ファイバに放出する。光フ
ァイバはこの光信号を光検出器に伝送する。先太容量記
憶デバイスは、第２図に簡略的に示されるように、典型
的には、情報を格納するように処理できる能力をもつ或
は処理された光ディスクを含む、この情報はディスク上
に（処理を通じて）異なる光特性１例えば、異なる光反
射率の領域として符号化される。このディスクは光源、
例えば、半導体レーザーから（典型的にはビーム　スプ
リッターを通じて）ディスク上に光を照射することによ
って読み出される。つまり、ディスク上に格納された情
報が検出される。ディスクから反射された光が次に光検
出器に向けられる（つまり、ビーム　スプリッターによ
って反射される。）別の方法としては、ディスクによっ
て伝送された光が光検出器に向けられる。

様々な光システムにおいては、線形に偏光（ｐｏ−１ａ
ｒｉｚｅｄ）された光の偏光を通過の方向とは無関係に
同一方向に回転するデバイスが含まれると便利である。

ここで、光システム内に使用される半導体レーザーによ
って放射される光の周波数及びパワー強度スペクトルは
、反射された光がレーザーに当るとき変えられる。この
変更はこれが検出された情報内のエラーの原因となるた
め望ましくない、従って、半導体レーザーを反射光から
分離するための光イソレータと呼ばれるデバイスを開発
するための努力がなされている。線形的に偏光された光
の回転に基づく光インレータの例が第３図に示されるが
、ここではこれは偏光子とアナライザーとの間に位置さ
れるバルク磁気ガーネット材料、例えば、バルク単結晶
イツトリウム鉄ガーネット（Ｙ３　Ｆｅ５０１２；　Ｙ
ＩＧと呼ばれ−る）材料から成る。

この光イソレータ−は単結晶ＹＩＧが赤外波長（約０．
８１Ｌｍから約８１Ｌｍの範囲の波長）の所で実質的に
トランスバレント（入射光の少なくとも５０パーセント
が伝送される）であるため約１．３ｕ。

ｍの波長にて動作する光フアイバ通信システムとの使用
が提案されている。動作において、磁石がＹＩＧを（光
の伝搬の方向に）磁化するために用いられる。レーザー
によって放出され、偏光子によって伝送される線形に偏
光された光がＹＩＧ材料内に向けられる。（磁化された
）材料内の正味磁気モーメントの影響下で、線形に偏光
された光は円形複屈折を受ける。（バルク材料、例えば
、バルク単結晶ＹＩＧ内において、線形に偏光された光
は、右−及び左回りに偏光された成分から成るものとし
て表わすことができる０円形複屈折は、この２つの成分
が異なる屈折率を経験し、結果として、これら成分の片
方がこの材料を通じて他方より速く伝搬することを意味
する。）結果としては、光は線形的に偏光したままに留
まるが、偏光の方向が光が材料を通過するとき（第３図
に見もれるように）引き続いて右或は左方向に回転する
。（この現象は、通常、ファラデー効果或は電磁−光回
転と呼ばれ１例えば、二久三二ふ基部ｕ’＋＊遺（Ｍｃ
Ｇｒａｗ旧１１　Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ　ｏｎＳｃ
ｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、第５
版、Ｖｏｌ、５　　（マグロ−ヒル社、１９８２年出版
）、ページ３１４において説明されている。）材料が適
当な寸法である場合１例えば、４５度回転され、従って
、適当な方位を持つアナライザーによって伝送される。

アナライザーによって伝送された反射光はＹＩＧ材料に
も入り、又最初に材料を通過した光と同一方向に４５度
回転する。結果として１反射光は、ＹＩＧを通過した後
、偏光子に対して９０度の方位をもち、従って、レーザ
ーに当ることが阻止される。（磁化された材料が前方及
び後方に伝搬する線形に偏光された光の両方を４５度（
或は４５度の奇数倍）同一方向に回転させる現象はアン
チレシプロカル磁気光回転（ａｎｔｉｒｅｃｉ−ｐｒｏ
ｃａｌ　ｓａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌｒｏｔａｔｉ
ｏｎ）と呼ばれる。このような材料を含むデバイスはア
ンチレシプロカル　デバイスと呼ばれる。） 線形的に偏光された光の回転に基づくデバイスの第２の
タイプはサーキュレータ−である０例えば、光通信シス
テム内で使用されると、このデバイスは効率的に半導体
レーザーからの光信号を光ファイバの一端に結合し、同
一のファイバ端から来る反対方向に伝搬する光信号の検
出を可能とする。第４図に（光ファイバ端に或はこれか
ら光を効率的に結合するのに適当な構成をもつ）１つの
タイプの光サーキュレータ−が示される。このサーキュ
レータ−は、−例としてのインレーターと同様に、バル
ク単結晶ＹＩＧを含み、又１つの偏光センシティブ反射
器を含む、動作において、磁石がＹＩＧを光の伝搬の方
向に磁化するために使用される。光ファイバ端から出る
線形的に偏光された光１例えば（第４図に示されるよう
に）水平に線形的に偏光された光が磁化されたＹＩＧ内
に向けられる。（光ファイバは、例えば、偏光ファイバ
である。別の方法として、適当な方位をもつ偏光子を非
−偏光ファイバとＹＩＧとの間に位置することもできる
。）ＹＩＧが適当な寸法であれば、光は、例えば、（第
４図のファイバからみて左方向）４５度回転され、偏光
センシティブ反射器によって検出器に伝送される。レー
ザーによって放射され１例えば（ファイバから来る線形
的に偏光された光に対して）−４５度の方位をもつ線形
的に偏光された光は偏光センシティブ反射器によって磁
化されたＹＩＧ内に反射される。ＹＩＧを通じて伝搬し
た後に、この光は（第４図内のファイバからみて右方向
に）４５度回転され、従って、水平に線形的に偏光され
てファイバに人為。

バルク材料１例えば、単結晶ＹＩＧインレーター及びサ
ーキュレータ−に基づくアンチレシプロカル光回転デバ
イスは有用であるが、これらはかさばり（典型的には３
ｓｍＸ　３ｍｍＸ　３鵬腸の寸法をもつ）、大きな磁場
（典型的には１０００エルステツド（Ｏｅ）以上を加え
ることが要求され、高価であり（典型的には約１０００
ドル）、従って、商業的には魅力がない、これに対して
、薄い（典型的には入射光の波長の約１０倍以下の厚さ
をもつ）膜の導波路アンチレシプロカル　デバイス、例
えば、平坦磁化（ｐｌａｎａｒ　ｍａｇｆｌｅｔｉｚａ
ｔｉｏｎ）を用いるｇ脱党イソレータ−或はサーキュレ
ータ−はより魅力的なデバイスである０例えば、薄膜デ
バイスは導波オプテイクス（ｇｕｉｄｅｄ　ｗａｖｅ　
ｏｐｔｉｃｓ）の使用を可能とし、（従って、第１図か
ら第４図には示されていないフォーカシング　レンズの
必要性を排除し）比較的小さな磁場（約１０００ｅ以下
）を加えるのみでよく、比較的コストが安い、これに加
えて、これは又光システム内に有効なインチグレイテッ
ド光デバイス（異なる機能を遂行する、同一基板上に形
成された２つ或はそれ以上の要素を含む光デバイス）に
対する構築ブロックとして機能する。

実際には、平坦磁化を採用する薄膜導波デバイスが既に
製造されている。このデバイスは、例えば、ガドリニウ
ム　ガリウム　ガーネット（ｇａｄｏ−１ｉｎｉｕｍ　
ｇａｌｌｉｕｍ　ｇａｒｎｅｔ、　Ｇｄ３　　Ｇａ５Ｏ
１２０ＣＧ　と呼ばれる）の（格子がよく整合された）
基板上にエピタキシャル成長されたＹＩＧの（膜平面に
）磁化された層を含む、これらデバイスは潜在的には魅
力的ではあるが、不幸にして、線形複屈折をもつ、つま
番１、薄膜内において、線形的に偏光された光は２つの
直交する線形的に偏光された成分から成るものと表わす
ことができる。これら成分の１つでは、光（電磁波）の
電場が膜の表面に対して平行に方位され、ＴＥ酸成分呼
ばれる。もう１つの成分では、電場が膜表面に対して垂
直に方位され、ＴＭ酸成分呼ばれる。線形複屈折は、Ｔ
Ｅ酸成分びＴＭ酸成分異なる屈折率を経験し、結果とし
て、これら成分の１つがこの膜を通じて他方の成分より
速く伝搬することを意味する。（薄膜導波路内の線形複
屈折に関しては、例えば、ピー、ケー、チェン（Ｐ、に
、〒１ｅｎ）、ａｐｐ、ｏｐｔ、、Ｖｏｌ。

１０、ページ２３９５　（１９７１年）を参照すること
、）従って、磁化された薄膜、例えば、ＹＩＧの磁化さ
れた層内を通過するとき、光は、楕円複屈折、つまり、
線形成分及び円形成分の両方を含む複屈折を受ける。結
果として、最初に線形に偏光された光が発振回転を受け
る。（１つの発振を完結する間に光が通過した距離は複
屈折周期、Ｐと呼ばれる。）この発振が第５図に示され
るが、ここで。

入射光は磁化された薄膜に、例えば、（ｙ−軸に対して
）０度の角度で当る。膜を通って伝搬する間に、光が最
初に比較的小さな角度１例えば、３度だけ、例えば右方
向に回転する、更に伝搬すると一３度だけ反対方向に回
転され、距ｇｌＦだけ更に伝搬すると、結果として、光
は元の方位（つまり、！−軸に対して平行）に戻る。こ
の発振回転の際に、光の偏光も又線形から楕円そして線
形へと変化する。この発振振幅は一定であり、殆どの材
料において小さい、例えば、３或は４度であるため、小
さな或はゼロの正味回転が達成される。然し、前述の如
く、アンチレシプロカル　デバイスは通常の線形複屈折
材料によって達成される以上の大きな回転を達成し、出
るとき、光が。

例えば、光イソレータ−のアナライザーの所での光のパ
ワー損失を回避するために実質的に線形に偏光されなけ
ればならない、従って、Ｆｊｌｉの磁化された導波デバ
イス内の線形複屈折の影響がこれらの効果的な使用に対
する大きな障害となってきた。

ＳＳ、例えば、ＹＩＧにおいてみられる線形複屈折の原
因となる幾つかの要因が同定された。これら要因の１つ
は、ここではシェープ線形複屈折と呼ばれるものである
が、これは膜−空気及び、　　膜−基板界面の所での不
連続の存在に起因する。これら不連続性はＴＭＩ＆分と
ＴＥ酸成分異なる影響を与え、膜内に有効屈折率異方性
を生じさせる０重要なことは、シェープ線形複屈折の規
模が膜の厚さが減ると増加することである。

通常、ストレス誘因線形複屈折と呼ばれる線形複屈折の
原因となる第２の要因は膜と板との間の格子不整合に起
因する。この不整合が存在すると膜はその膜の平面内に
圧縮或は引き伸しストレスを受け、又これは膜内に屈折
率異方性を誘因する効果をもつ、−船釣に、ストレス誘
因線形複屈折は膜の厚さに依存しない。

成長誘因線形複屈折と通常呼ばれる線形複屈折の原因と
なる第３の要因は基板上に膜をエピタキシャル成長する
のに用いられる従来の技術によって生じる膜結晶格子内
のいくつかのイオンの不均一な分散に起因する。つまり
１例えば、ＹＩＧｌｌＩの場合、Ｙ（イツトリウム）陽
イオンは通常部分的に１つ或は複数の異なる陽イオン、
例えｇＢｉ或はＮｄによって置換され、膜の特性が変え
られる。この膜が基板上に従来の技術、例えば、液相エ
ピタキシー（ｌｉｑｕｉｄ　ｐｈａｓｅ　ｅｐｉｔａｘ
ｙ　、　ＬＰＥ）を使用して成長されると、膜の平面に
対してｉ直方向の置換陽イオンの分布が膜の平面内の対
応するイオンの分布と異なる分布を持つようになる。こ
の陽イオン分布の差異も屈折率異方性を与える。ストレ
ス誘因線形複屈折と同様に、成長誘因線形複屈折の規模
は通常膜の厚さに依存しない。

多くの場合、ストレス誘因及び／或は成長誘因線形複屈
折の符号は、シェープ線形複屈折の符号と反対となるこ
とが知られている。従って、線形複屈折のこれら異なる
要因を互いに相殺するように使用してゼロの正味線形複
屈折を得ることが示唆されている。

この示唆を実現するための様々な試みがなされており、
様々なパラメータがこれら試みの効率を判定するために
用いられている。意味ある比較ができるように、これら
試みが以下に１つの次元をもたないパラメータα（様々
な測定されたパラメータから容易に推測が可能）との関
連で説明される。

ここで、Δβ＝２π・Δｎ／λであり、ΔｎはＴＥとＴ
Ｍ酸成分よって経験される屈折率の差を表わし、一方、
λは光の波長を表わす、物理的には、Δβは膜の単位長
さ当たりのＴＥとＴＭＪｉｌｉ、分の間の（正味線形複
屈折によって誘因された）位相差であり、例えば、径／
センチメートルの次元をもつ、これに加えて、Ｋは膜の
単位長当たりのファラデー回転を表わし、Δβの単位と
同一の単位をもつ、比較的低いαの値、つまり、約０．
１以下のαの値が望ましく、これは高効率を含蓄する。

一方、約０．１以上のαの値は望ましくなく、低効率を
含蓄する。

ゼロの正味線形複屈折を達成する試みとして、ＧＧＧ基
板りにＮｄドープされたＹ　Ｉ　Ｇｇが成長され、Ｎｄ
の量が格子不整合をコントロールし、従って、ストレス
誘因線形複屈折をコントロールするためにコントロール
された。（ティー、奥田（Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　
Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ　　ａｎｄ　　　Ｍａｇｎｅｔｉｃ
　　Ｍａｔｅｒｉ−ａｌｓ）、　Ｖｏｌ、３５　　（１
９８３年）、ページ　１１３４−　１１１ｉ８に掲載の
論文［磁気−光学導波路のためのＹＮｄ−鉄ガーネツト
膜のＬＰＥ成長（ＬＰＥ　Ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　ＹＮｄ
−４ｒａｎ　　Ｇａｒｎｅ−ｔ　　ＦｉｌｌＩＳ　ｆｏ
ｒ　　Ｍａｇｎｅｔｏｏｐｔｉｃａｌ　　Ｗａｖｅ−ｇ
ｕｉｄｅｓ）　］を参照、）膜の厚さの影響を決定する
ための、これら膜が次第に薄くエツチングされ、これら
膜の線形複屈折特性がエツチングの前後で測定された０
重要なことに、エツチングされない膜は低いが、　（Ｌ
５以゛上のαの値をもった。エツチングの後、膜はかな
り高いαの値を示し、αの値は膜の厚さと反比例して増
加した。

ゼロの正味線形複屈折を得るための第２の試みにおいて
は、（Ｂ　ｉＧ　ｄ　Ｌ　ｕ）３　（Ｆ　ｅ　Ｇ　ａ）
５０１２膜がＧＧＧ基板上に成長され、様々な温度にて
様々な時間だけ焼きなましされた。（グー１安藤（Ｋ、
Ａｎｄｏ）らによってジャーナル　オブ　アプライド　
フイジクス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　
Ｐｈ２ｓｉｃｓ）。

Ｖｏｌ、５７．　Ｎｏ、４　１９８５年２月１５日号、
ページ１２７７−１２８１に掲載の論文〔液相エピタキ
シャル成長Ｂｉ置換鉄ガーネット膜内の成長誘因光学複
屈折への焼きなましの影’Ｊｌ（Ａｎｎｅａｌｉｎｇ　
ｅｆｆｅｃｔｓ　ｋｎ　ｇｒｏｊｔｈ−ｉｎｄｕｃｅｄ
　ｏｐｔｉｃａｌ　ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ　ｉｎ
　１ｉｑｕｉｄ−ｐｈａｓｅ−ｅｐｉｔａｘｉａｌ−ｇ
ｒｏｗｎ　Ｂ１−５ｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ　ｉｒｏｎｇ
ａｒｎｅｔ　ｆｉｌｍｓ）　］を参照、）焼きなましは
成長誘因線形複屈折を低下させ、この場合、αの値を下
げる効果があることが発見された。但し、測定されたも
つもと低いαの値は０．１４以上であった。

重要なことに、（おそらく上記の方法を熟知する）著者
らの少なくともあるグループは製造プロセスの精度から
みて許容できる低い正味線形複屈折をもつ膜を製造する
ために線形複屈折の様々な異なるソースの十分なコント
ロールを達成することは困難であるいう結論に達してい
る。（エッチダムマン（Ｈ，口ａｍｓａｎ）らによって
アプライド　フィジックス　レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
　ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）Ｖｏｌ、２９、Ｎ
ｏ、２６、　　１９８６年１２月２９０号、ページ１７
５５−１７５７に掲載の論文［ストレスを加えることに
よる対称シングル　モード磁気−光学導波路の位相？−
／チング（ｐｈａｓｅ　Ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｉｎ　Ｓｙ
ｍｍｅｔｅｒｉｃａｌＳｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ　Ｍａｇ
ｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ　ｂｙＡ
ｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　５ｔｒｅｓｓ）］を参照
）、これら著者らは、寧ろ、従来の方法によって製造さ
れた膜によって示される正味線形複屈折が許容できる低
い値に外部ストレスを１例えば１通気管（ｐｎｅｕ■ａ
ｔｉｃｔａｂｌｅ）を介して加えることによってのみ落
すことができると結論している。

このようにして、１１［膜導波分極回転デバイスを採用
する光システムの開発者やらはこれらデバイス内の正味
線形複屈折を許容できる低いレベルまで落すのに便利な
技法を追及しているがいまだにこれに成功しているとは
とても言える状況でない。

発明の概要 本発明は本質的にゼロの正味線形複屈折、つまり、約０
．１に等しいかこれ以下のα（＝Δβ／２Ｋ）値、好ま
しくは、約０．０５に等しいかこれ以下のαの値を外部
からストレスを加えることなしに達成する薄膜導波偏光
回転子（ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ、　ｗａｖｅ−ｇｕｉｄｉ
ｎｇ、　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｒｏｔａｔｏｒ）
を製造するための方法に関与する０本発明の方法による
と、（偏光回転子）のこの薄膜はこの膜と関連するシェ
ープ線形複屈折と符号が逆の１つ或は複数の線形複屈折
の成分をこの回転子に入射する電磁放射の波長の所で、
この回転子の動作において採用される脱磁化方向（複数
の場合もある）にて受けるように製造される。更に、本
発明の方法によると、シェープ線形複屈折の規模が線形
複屈折の様々な成分が（この波長及び磁化方向において
）本質的に互いに相殺されるようにコントロールされる
。つまり、本発明の方法の１つの実施態様においては、
この膜は（最初）比較的厚く形成され、シェープ線形複
屈折の規模が反対の符号の線形複屈折の成分の規模より
小さくなるようにされる０次に、膜の最初の厚さが、例
えば、従来のエツチング技術を用いて、正味線形複屈折
への様々な寄与が木質的に互いを相殺するまで、正味線
形複屈折の規模を監視しながら、連続的に低減される（
従って、シェープ線形複屈折の規模が連続的に増加され
る）、別の方法として、本発明の方法のＰＩＳ２の実施
態様においては、膜が最初比較的小さな厚さに（シェー
プ線形複屈折の規模が反対の符号の線形複屈折の成分の
規模より大きくなるように）形成される０次に、膜材料
とこれを取り巻く大気の屈折率の中間の屈折率をもつ材
料の層がこの膜の上に堆積される。そして、この層の厚
さが連続的に変えられる。つまり、正味線形複屈折が木
質的にゼロになるまで追加の材料が連続的に堆積される
か、或はこの層が連続的にエツチングされる。

肛１目しｌ男 本発明は本質的にゼロ正味線形複屈折を達成する。つま
り外部的に加えられたストレスなしに、約０．１以下、
好ましくは、約０．０５以下のα（＝Δβ／２Ｋ）の値
を達成する薄膜導波偏光回転子（ｔｈｉｎ　　ｆｉｌｍ
、　　ｗａｖｅｇｕｉｄｉｎｇ、　　ｐｏｌａｒｉｚａ
ｔｉｏｎ　　ｒｏｔａｔ−ｏｒ）を製造するための方法
に関与する０本発明は又結果としての薄膜偏光回転子を
含む光学システム、例えば、光学ファイバ通信システム
或は光学大容量記憶デバイスに関与する。

第６図において、本発明による方法を介して製造され本
発明による光学システム内に使用される偏光回転子１０
は、典型的には、例えば、ＧＧＧの基板２０を含む０回
転子はまた基板２０に支持された磁気材料、例えばＹＩ
Ｇの９膜光導波路３０を含む、（本発明の目的上は、ｆ
薄膜導波路は、そのＨさが導波路によって導かれこれに
当たる光の波長の１０倍以下の導波路である。）重要な
ことに、薄膜３０の屈折率は光のガイドを達成するため
には基板２０の屈折率より大きくなければならない０回
転子１０の動作において、薄膜導波路３０は、（必須で
はないが）典型的には、小指向性に磁化され、（４０の
矢印によって示される）磁化の少なくとも１つの成分は
、膜に当たる（５０の矢印によって示される）線形的に
偏光された光の膜３０内の伝搬の方向に平行或は逆平行
となるようにされる。磁化成分４０の影響下、及び（本
発明を介して達成される）線形複屈折の全くの或は殆ど
全ての不在によって、入射光の偏光は、光が膜を通じて
伝搬するとき（磁化成分４０が光の伝搬の方向に平行で
あるか逆平行であるかによって）本質的に連続的に右方
向或は左方向に回転し、光は木質的に線形的に偏光され
たままに留まる。

上に述べた如く、本発明による方法は、偏光回転子１０
の薄（磁気）膜３０が膜のシェープ線形複屈折に対して
符号が反対の線形複屈折の１つ或は複数の成分を受ける
ように製造されることを要求する。更に、膜３０は、こ
れら成分を回転子によって回転されるべき線形に偏光さ
れた光の波長のところで、又回転子の動作のために使用
される脱磁化方向（複数の場合は様々な方向）にて受け
るべきである。従って、例えば線形複屈折Δｎが夫々Ｔ
Ｅ及びＴＭ酸成分よってみられる屈折率間の差（逆でな
く）つまり、Δｎ”　ｎＴＥ−ｎＴＭと定義されるもの
とすると、シェープ線形複屈折は（必然的に）正となり
、１つ或は複数の他の線形複屈折成分は負となる。

様々な技術が１つ或は複数の負の線形複屈折を持つｆｈ
ＩＩＩを形成するのに使用できる０例えば、膜３０が結
晶基板２０上にエピタキシャル成長された稀土類鉄（或
はイツトリウム）ガーネットである場合、上に述べた如
く、膜は内部圧縮或は引き伸しストレスを受け、結果と
して、膜と基板との間に格子不整合（ｌａｔｔｉｃｅ　
ｍｉｓｍａｃｈ）が存在する場合は、ストレス誘因線形
複屈折を生じる。（格子不整合、つまり膜と基板の格子
定数の大きさの差の存在は、従来のＸ−線回折技法を用
いて簡単に決定できる。）この格子不整合、及び対応す
るストレス誘因線形複屈折は１例えば、元の稀土類（或
はイツトリウム）陽イオンを１つ或は複数の他の陽イオ
ンによって部分的に置換することによって生成される。

（置換陽イオンが元の稀土類陽イオンより大きな場合は
、膜３０は圧縮状態となるｌｌ１ｉｉ１換陽イオンが元
の稀土類陽イオンより小さな場合は、膜３０は引き伸さ
れた状態となる。）重要なことは、このストレス誘因線
形複屈折が正或は負のいずれかであり得ることである。

一般に、このストレス誘因線形複屈折の符号は経験的に
決定されなければならない、１つの有効な経験的方法は
［３０を引き伸し或は圧縮外部ストレスに晒し、例えば
、膜を曲げ、対応する正味線形複屈折の変化を（下に説
明の方法を用いて）測定する方法である、つまり、膜３
０が、当初１例えば緊張状態にあり、外部から加えられ
た引き伸しストレスが一層負の正味線形複屈折を生成す
る場合は、（元の）ストレス誘因線形複屈折は負である
。ところでＢｉ（これはＹより大きな陽イオン）がＹＩ
Ｇ内のＹと部分的に置換され、モしてＢｉドープされた
ＹＩＧ膜がＧＧＧ、）−にエピタキシャル成長される場
合は、結果としての膜は圧縮状態にあり、上の経験的方
法は簡単にストレス誘因線形複屈折が負であることを示
す。

これも上に説明の如く、従来のエピタキシャル膜成長法
、例えば、液相エピタキシーは１本来的に負の線形複屈
折を［９３０内に導入するのに有効である。つまり、［
３０が、例えば１元の稀土類（或はイツトリウム）陽イ
オンが部分的に１つ或は複数の他の陽イオンによって置
換されている稀土類（或はイツトリウム）鉄ガーネツト
膜である場合、従来のエピタキシャル成長技術はしばし
ば成長誘因線形複屈折を導入する。但し、ストレス誘因
線形複屈折と同様に、成長誘因線形複屈折は正か負のい
ずれかであり得る。一般にこの線形複屈折の符号は経験
的に決定しなければならない。

有効的な経験的方法は１８！３０を焼なましし、これに
よって成長誘因線形複屈折を低減させ、次に（下に説明
の方法を用いて）対応する正味線形複屈折の変化を測定
する方法である。つまり、焼きなましが、例えば、より
正の正味線形複屈折を生成した場合、元の成長誘因線形
複屈折は負である。

本発明による製造方法は、先行技術による方法と膜３０
が線形複屈折の１つ或は複数の負の成分とともに形成さ
れた後に、シェープ線形複屈折の大きさが膜３０が偏光
回転子１０の動作において採用される波長、及び磁化方
向に対して木質的にゼロの正味線形複屈折を示すように
なるまで調節される点が異なる。これは本発明による方
法の第１の実施態様においては、十分に大きな出発厚さ
をもち負の線形複屈折成分の規模がシェープ線形複屈折
の規模より大きく、従って、正味線形複屈折が最初は負
となるような膜を形成することによってｆ）＠巾に達成
される。この要件を満たす膜の厚さはコントロール　サ
ンプルを用いることによって簡単に決定できる。つまり
、異なる厚さのコントロール　サンプル膜が最初に（同
一方法を用いて）形成される。＠も薄いコントロール　
サンプルは（これが十分に薄い、例えば、約１マイクロ
メートルの厚さをもつことを条件、に）必然的に正の線
形複屈折、つまり、シェープ線形複屈折が優勢となる。

一方、１つ或は複数のより厚いコントロール　サンプル
は（おそらく）負の線形複屈折が優勢となる。正味線形
複屈折が正から負に変化する膜の厚さを決定するために
、（回転子１０の動作において採用される波長に等しい
波長の）同じように線形的に偏光された光が個々のコン
トロール　サンプル内に厚さの順に薄い方から導入され
、ここから出る光の楕円性の符号（つまり、その楕円性
が右巻か左巻かが）、例えば、従来の補償装置を用いて
決定される。楕円性が最初に符号を変化させるところの
コントロール　サンプルの厚さはこれ及びこれより厚い
厚さをもつ膜が負の正味線形複屈折をもつことを含蓄す
る。（この同じ光学技術は外部ストレスを加えることに
よって、或は焼きなましを通じて生成された正味線形複
屈折の符号の変化を決定するのにも有効である。） 最初の比較的厚い膜の厚さがここで連続的に低減される
。つまり、この膜が反復的に光学的に滑らかな表面を残
す湿式或は乾式、例えば、バックスパッタリング或はイ
オン　ミリング　エツチング技法を用いてエツチングさ
れる１例えば、ガーネット膜の場合は、有効な湿式エツ
チング剤としてリン酸が使用できる。他方、ガーネット
膜のバックスパッタリング或はイオン　ミリングを遂行
するのに有効な雰囲気はアルゴンである。

個々の厚さの低減の後に、正味線形複屈折の規模が間接
的に測定される。これは（回転子１０によって回転され
るべき光の波長と同一波長の）！！ｌ形的に分極された
光を膜内に、例えば１．金紅石を介して膜の長さの様々
な位置の所に結合することによって簡単に達成できる０
個々のこの結合の後に、膜からでる（おおむね楕円に偏
光された）光の主軸の方位が（膜に結合された光の偏光
方位に対して）、１１１１定される。主軸の方位を膜の
長さに沿う位置の関数としてプロットすることによって
・現在の膜の厚さに対応する複屈折周期、Ｐが簡単に決
定できる０重要なことに、Ｐは正味線形複屈折の規模に
比例して増加し、従って、αはαが口に接近するとπ／
にの最大値に向って減少する。

不幸なことに、この最大値の付近において、Ｐは膜の厚
さの変化に対して比較的鈍感となる。−方、この最大値
付近において、（αがゼロに接近する）出力光の楕円性
の規模は膜の厚さの変化に敏感である、従って、監視で
きる。つまり、−旦Ｐがπ／Ｋに接近されると、膜の厚
さが個々に減少され、線形的に偏光された光が膜の一端
人に注入され、アナライザーを用いて膜から出る光の主
偏光軸が決定され、これがこの主偏光軸と注入光の偏光
方向との間の角度φを決定するのに使用される。これに
加えて、主軸に沿って偏光された出力光の強度、１１が
主軸に対して＋９０度或は−９０度の角度に分極された
出力光の強度Ｉ２が測定される０次に、パラメータＲ＝
Ｉ２／ＩＩｓ　ｉｎ２φが計算されるが、これは、楕円
性の規模の測定値である０重要なことに、上に述べた如
く、Ｒはαとともに減少し、αが約０．１以下のとき約
０．０１以下となり、又αが約０．０５以下のとき約０
．００２５以下となる。（実際のところ、π／に付近の
Ｐの値を示す薄膜導波路と関連するＰ値の測定は、その
導波路が本発明によって包含されるか否かを決定するた
めの便利な方法である。）結果として、エツチングがＲ
の所望の値、従って、αの所望の値に到達したところで
停止される。

本発明の製造方法の第２の実施態様においては、膜が最
初はシェープ線形複屈折が優勢となるように膜３０が最
初比較的小さな厚さをもつように形成される０次に、膜
３０の有効（実際ではない）厚さが膜３０とこれを包囲
する雰囲気の屈折率との中間の屈折率をもつ材料の層（
第６図には示されていない）をｖ３０上に堆積すること
によって低減される。有効な材料としては、例えば、Ｓ
ｉ３Ｎ４及び５ｉ０２が含まれる０次に、堆積された材
料の厚さが連続的に変えられ、例えば、更に堆積するこ
とによって増加され、或はエツチングによって減少され
、この間に正味線形複屈折の規模が上に説明されたよう
に監視される。ここでＳｉ３Ｎ４及び５ｉ０２に対する
有効な湿式エツチング剤としてはＨＦがある。これに加
えて、これら材料は、フッ化炭化水素雰囲気、例えば、
ＣＦ４の雰囲気内において簡単にプラズマ　エツチング
できる。

最初の膜の厚さが比較的小さな場合は、覆う材料の堆積
を通じての対応するシェープ複屈折の規模の低減能力は
限定されることに注意する０例えば、１１５１３０がＹ
ＩＧから成り、１マイクロメートルの厚さをもつものと
すると、Ｓｉ３Ｎ４のＹＩＧへの堆積は、シェープ線形
屈折の規模を約５０％以上低減できない。

又−殻内には、→膜導波路３０は、典型的には、（導波
路が第１の実施態様を介して製造されたか第２の実施態
様を介して製造されたか無関係に）１つ以上のＴＥモー
ド及び１つ以上の７Ｍモードをガイドすることに注意す
る。然し、正味線形複屈折は、本発明の製造モードを介
して個々のタイプの１つのモードのみに、つまり、１つ
のＴＥモード及び１つの７Ｍモードのみに簡単に木質的
に打ち消すことができる。但し、必要であれば、導波路
３０は偏光回転子１０の構造をアール、ウルツ（Ｒ，讐
ｏ１ｆｅ　）、ジェー、ヒガーティ（Ｊ。

Ｈｅｇａｒｔｙ）、　ｘル、シー、レーザー（Ｌ、Ｃ，
Ｌｕｔｈｅｒ）及びデー、エル、ウッド（Ｄ、ＬＪｏｏ
ｄ　）によって乙ノラ檜ド　７４ジツクス　レターズ（
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙ−ｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）
　、　Ｖｏｌ、４９、Ｎｏ、８．ページ５０Ｂ−５１０
１９８７年に発表の論文［シングル　モード磁気−光学
導波路膜（Ｓｉｎｇｌｅ　ｍｏｄｅ　ｍａｇｅｎｔａ−
ｏｐｔｉｃ　ｗａｖｅｇｕ−ｉｄｓ　ｆｉｌｍｓ）］に
よる教えに従って修正した場合は、個々のタイプの１つ
のモードのみをガイドする。この教えに一面によると、
第７図に示されるように、層２５が膜３０と基板２０の
間に挿入された場合はＷＡ３０によって個々のタイプの
単一のモードのみがガイドされる。この挿入層の屈折率
は膜３０と基板２０の屈折率の中間の屈折率であるべき
であり、好ましくは、［３０の屈折率より少しだけ低く
あるべきである。

第８図−第１６図に示される如く、本発明は又様々なキ
ャパシティ（ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ）、例えば、光学ス
イッチ或は光学（強度）変調器のアンチレシプロカル　
デバイスの要素として使用されるための（本発明に従っ
て製造された）薄膜偏光回転子１０を組み込む光学シス
テム１４０を包含する。

例えば、薄膜偏光回転子１０が１例えば、光学イソレー
タとして機能するアンチレシプロカル　デバイス７０の
要素として採用された場合、第８図−第９図に示される
ように、本発明による光学システム１４０は光源１例え
ば、半導体レーザーを含む、このシステムはまた光源に
よって照射され、光学イソレータ７０によって伝送され
る光が当たるシステム要素８０．並びに光検出器１１０
を含む、第８図に示されるごとく、システム要素８０は
、例えば、光学ファイバ９０を含む、別の方法として、
第９図に示されるごとく、システム要素８０はビームス
プリッタ−９５及び光学ディスクｌＯＯを含むこともで
きる。

アンチレシプロカル　デバイス７０が１例えば、光学サ
ーキュレータとして機能する場合は、第１０図に示され
るごとく、システム１４０は光源６０及び光学検出器６
５．並びに光学ファイバ１２０を含む、光源６０によっ
て照射された光は検出器７０を介してファイバ１２０の
一端に結合される。サーキュレータ７０はまたファイバ
から照射される光を検出器６５に結合する機能をもつ、
一般に、もう１つの光学検出器及び／或は光源が（サー
キュレータ３０とともに或は無しに）ファイバの他端の
所に位置される。（この実施態様においては、光ファイ
バ１２０は、例えば偏光−保存ファイバと想定される。

そうでない場合は、システムはまたファイバ１２０と光
学サーキュレータの間に偏光子（ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）
を含む。

第１１図に示されるよう、アンチレシプロカル　デバイ
ス７０が光学イソレータである場合は、このイソレータ
は偏光子３２とアナライザー４８の間に位置された薄膜
偏光回転子ｌＯを含む、（回転子１０の長さは４５度の
偏光回転、或は４５度の奇数倍（ｏｄｄ−＋ｗｉ　Ｉｔ
　ｉｐ　ｌｅ）を達成するように選択される。偏光子３
２及びアナライザー４８は１例えば、偏光光ファイバで
ある。アナライザーの存在が都合の悪い場合は、第１２
図に示されるように、これは簡単に薄膜３０の部分を覆
う金属３５の領域１例えば、アルミニウム或は金によっ
て簡単に置換できる（薄膜３０は、好ましくは、導波路
ストリップを形成するようにエツチングされ、このスト
リップと関連するシェープ線形複屈折の規模は本質的に
ゼロの正味線形複屈折を達成するよう変えられる。）金
属領域３５は偏光回転子ｌＯを出る順方向に伝搬する光
の偏光を横断する偏光をもつ、逆方向に伝搬する光を吸
収する機能をもつ、好ましくは、゛金属領域３５の厚さ
は約０．０１マイクロメートル（ＩＬｍ）から約１０終
ｍの範囲とされる。約０．０１　ｐ、　ｍ以下の厚さは
結果としての膜が望ましくない低い光学吸収をもつため
適当でない、約１０ＪＬｍ以上の厚は、除外されるもの
ではないが、結果としての膜がこれより薄い膜より大き
な光学吸収を与えず、長い製造時間を要求するためにあ
まり望ましくない。

動作において、アナライザー４８（或は金属領域３５）
及び薄膜偏光回転子ｌＯは反射された（逆方向に伝搬す
る）光の偏光を偏光子３２に対して実質的に拳直に整合
し、従って、光源２０への伝送を排除する機能をもつ、
光源２０がこうして垂直に整合された光によって実質的
に影響を受けない場合は、偏光子３２が含まれる必要は
ない。

システム要Ｊ７０が光学サーキュレータである場合は、
第１３図に示されるごとく、サーキュレータは薄偏光回
転子１０を含む、これに加えて。

サーキュレータは異なる偏光をもつ２つの光線を２つの
異なる光学経路に沿うように向けるための手段１３０、
例えば、偏光センシティブ反射器或は周知の機能的に等
しい要素１例えば、１つ或は複数の金紅石プレートを含
む。

薄膜偏光回転子１０が光学スイッチの要素として使用さ
れる場合は、第１４図−第１５図に示されるように、こ
のスイッチを組み込む光学システム１４０は、例えば、
複数のワーク　ステーション１６０をリンクする光ファ
イバ１５０のローカル　エリア網である。第１５図に示
されるごとく、個々のワーク　ステーション１６０は２
例えば、２Ｘ２光学スイツチ２００を通じて光ファイ／
＜１５０（及び従って他のワーク　ステージまン）と光
学的に通信するコンピュータ或はコンピュータ端末１７
０を含む、つまり個々のワークステーション１６０は、
光源１８０、例えば、半導体レーザーを含み、これは（
コンピュータ或はコンピュータ端末から来る情報を運ぶ
）光学信号をスイッチ及び光ファイバ１５０を介して他
のワーク　ステーションに伝送する機能をもつ０個々の
ワーク　ステーション１６０はまたスイッチ２００を介
して光ファイバ１５０を通じて伝搬する光学信号を受信
する光検出器１９０を含むが、これら信号内に含まれる
情報はコンピュータ或はコンピュータ端末１７０に通信
される。

第１６図に示されるように、２×２スイツチ２００は互
いに垂直に整合された２つの薄膜偏光回転子ｌＯ及びｌ
Ｏ′を含む、これに加えて、スイッチ２００はこの両方
の回転子と光学通信をもつ偏光センシティブ反射器２１
０を含む、更に、スイッチ２００はここを通じて光学信
号が夫々光ファイバ１５０及び光源１５０からスイッチ
２００に通信される入力ポート（１）及び（３）を含む
、スイッチ２００は更に出力ポート（２）及び（４）を
含むが、ここを通じてスイッチを横断する光学信号が夫
々光ファイバ１５０及び光検出器１９０に通信される。

動作において、４ｓ々のスイッチ２００は、対応するワ
ーク　ステーションと光ファイバ１５０．！：の間の光
通信を（ｆｆ求に応じて）許したり不衡にしたりする。

つまり１通信が許されるべきである、又光ファイバ１５
０から入力ポート（１）に入る光信号が（回転子ｌＯの
薄膜の乎面に対して）＋４５度の角度に方位する分極を
もつ場合は１回転子ｌＯの磁化方向４０は入り光の伝搬
方向に対して平行に整合すべきである。適当な長さの回
転子１０を想定すると、入射光の偏光は＋４５度（＋９
０度の方位に）回転し、結果として、偏光センシティブ
反射器２１０によって出力ボート（４）に、従って、光
検出器１９０に伝送される。同様に、光源１８０によっ
て生成される。入力ポート（３）に入る光信号が一４５
度の方位に偏光している場合は、回転子ｌＯの磁化方向
４０も入り光の伝搬方向に平行に整合されるべきである
。同様に、適当な長さの回転子ｌＯを想定すると、入射
光の偏光は＋４５度（０度の方位に）回転され、結果と
して、偏光センシティブ反射器２１０によって出力ポー
ト（２）に、従って、光ファイバ１５０に伝送される。

通信が不能にされるべきであるとｓ　ｔ＊、回転子ｌＯ
及びｌＯ′の個々の磁化は対応する入射光に対して逆平
行であるべきである。つまり、結果として１回転子ｌＯ
に入射する光の偏光は一４５度（０度の方位に）回転さ
れ、従って偏光センシティブ反射器２１０によって出力
ポート（２）に反射される。同様に、回転子ｌＯに入射
する光の偏光は一４５度（９０度の方位に）回転され、
従って、偏光センシティブ反射器２１０によって出力ポ
ート（４）に反射される。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、夫々従来の光フアイバ通信システ
ムの略図及び従来の先太容量記憶デバイスの略図を示し
： 第３図は従来のバルク単結晶磁気ガーネット光アイソレ
ーターを含む光システムの略図を示し；第４図は従来の
バルク単結晶磁気ガーネットの光サーキュレータ−を含
む光システムの略図を示し： 第５図は磁化された線形複屈折媒体内で光が受ける発振
回転を示し： 第６図及び第７図は本発明によって包囲される薄膜偏光
回転子を示し； 第８図、第９図、第１０図及び第１４図は本発明によっ
て包含される光システムを示し；第１１図、第１２図、
第１３図、第１５図及び第１６図は本発明による光シス
テムに組み込まれる本発明によって包含される薄膜偏光
回転子を含むデバイスを示す。 く主要部分の符号の説明〉 ｌＯ・・・・壷　　偏光回転子 ２０　　・・・・・　　結晶基板 ３０　　・・・・・　　膜 ６０　　・・・・・　　光源 ７０　　・・・・拳光学イソレータ ９０　　・・・・・　　光学ファイバ １１０　　・・・・・　　光検出器 ＦＩＧ、　１ 光ファイバ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　１６ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、　５ １番 ＦＩＧ、　６ ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ、８ ＨΩ ＦＩＧ、１０ Ｖゆ ＦＩＧ、１３ ＦＩＧ、　１１ ＦＩＧ、１２ １べ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電磁放射のソース； 該ソースと光通信を行なう能力をもち該ソースによって
   放出される電磁放射の少なくとも一部を伝送したり反射
   する機能をもつ光システムの要素；及び 薄膜光導波路を含む該ソース及び該要素との光通信を行
   なう能力をもつ偏光回転子をもつ光システムにいて、 該薄膜導波路が外部から加えられるストレスの不在下に
   おいて本質的にゼロの線形複屈折を示すことを特徴とす
   る薄膜偏光回転子をもつ光システム。 ２、該光システムが光イソレータを含み、該イソレータ
   が該偏光回転子を含むことを特徴とする請求項１記載の
   光システム。 ３、該光システムが光サーキュレータを含み、該サーキ
   ュレータが該偏光回転子を含むことを特徴とする請求項
   １記載の光システム。 ４、該光システムが光スイッチを含み、該スイッチが該
   偏光回転子を含むことを特徴とする請求項１記載の光シ
   ステム。 ５、該薄膜光導波路が鉄及び酸素を含む組成をもつ材料
   を含むことを特徴とする請求項１記載の光システム。 ６、該組成が更にイットリウムを含むことを特徴とする
   請求項５記載の光システム。 ７、該組成が更に稀土類元素を含むことを特徴とする請
   求項６記載の光システム。 ８、該組成が更にビスマスを含むことを特徴とする請求
   項５記載の光システム。 ９、デバイスを製造するための方法において、該方法が
   ： 薄膜導波路を基板上に形成するステップを含み、該導波
   路が少なくとも第１及び第２の線形複屈折の成分を示し
   、該第１の成分がシェーブ線形複屈折であり、該第２の
   成分が該第１の成分と反対の符号である方法において、 該形成ステップが該第１の成分を該導波路が外部から加
   えらるストレスの不在下において本質的にゼロの正味線
   形複屈折を示すまで変えるステップを含むことを特徴と
   する薄膜偏光回転子の製造方法。 １０、該線形複屈折の第２の成分がストレス誘因線形複
   屈折を含むことを特徴とする請求項９記載の製造方法。 １１、該線形複屈折の該第２の成分がストレス誘因線形
   複屈折を含むことを特徴とする請求項９記載の製造方法
   。