JPH033364B2 - - Google Patents
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- JPH033364B2 JPH033364B2 JP56045195A JP4519581A JPH033364B2 JP H033364 B2 JPH033364 B2 JP H033364B2 JP 56045195 A JP56045195 A JP 56045195A JP 4519581 A JP4519581 A JP 4519581A JP H033364 B2 JPH033364 B2 JP H033364B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
- H01F41/24—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates from liquids
- H01F41/28—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates from liquids by liquid phase epitaxy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、フアラデー回転効果を利用した光ア
イソレータ又はサーキユレータなどに用いられる
磁気光学素子用磁性ガーネツト材料に関する。
イソレータ又はサーキユレータなどに用いられる
磁気光学素子用磁性ガーネツト材料に関する。
近時、光フアイバ通信技術の進歩は目ざまし
い。低損失フアイバーと長時間連続発振可能な半
導体レーザの開発により、光フアイバ通信技術は
通信量の増加に対応した安価でしかも高品質の通
信手段を提供する手段として期待されている。し
かしながら、光伝送路の途中に設けられるスイツ
チ等の部品から反射される戻り光が光源である半
導体レーザに入るとレーザ発振の安定性を損うと
いう大きな問題がある。この問題の解決のため
に、光アイソレータをレーザ光源の後段に設ける
ことが提案されている。
い。低損失フアイバーと長時間連続発振可能な半
導体レーザの開発により、光フアイバ通信技術は
通信量の増加に対応した安価でしかも高品質の通
信手段を提供する手段として期待されている。し
かしながら、光伝送路の途中に設けられるスイツ
チ等の部品から反射される戻り光が光源である半
導体レーザに入るとレーザ発振の安定性を損うと
いう大きな問題がある。この問題の解決のため
に、光アイソレータをレーザ光源の後段に設ける
ことが提案されている。
1.3〜1.8μｍの長波長帯用光アイソレータとし
ては、電子通信学会、技術研究報告OQE78−133
に報告されているように、強磁性体であるイツト
リウム・鉄・ガーネツト（Y3Fe5O12，以下YIG
と記す）のフアラデー効果を用いたものが提案さ
れている。この報告で用いられているYIGはフラ
ツクス法で育成されたバルク単結晶である。しか
しながら、バルク単結晶を用いる寸法は原材料コ
ストが著しく高く、光アイソレータの普及を阻げ
ている。
ては、電子通信学会、技術研究報告OQE78−133
に報告されているように、強磁性体であるイツト
リウム・鉄・ガーネツト（Y3Fe5O12，以下YIG
と記す）のフアラデー効果を用いたものが提案さ
れている。この報告で用いられているYIGはフラ
ツクス法で育成されたバルク単結晶である。しか
しながら、バルク単結晶を用いる寸法は原材料コ
ストが著しく高く、光アイソレータの普及を阻げ
ている。
この解決のために非磁性ガーネツト基板上にエ
ピタキシヤルを成長させたガーネツト厚膜を用い
ることが特願昭55−93449号公報及び特願昭55−
126239号公報に提案されている。これにより原材
料コストを安価にすることが可能である。しかし
ながら、ガーネツト液相エピタキシヤル膜には、
マテリアルス・リサーチ・ブレテイン
（Materials Research Bulletin）第６巻、1111ペ
ージ（1971年）に示されるごとく、基板とエピタ
キシヤルガーネツト膜との格子定数差による歪み
が存在している。例えば、ガーネツト膜の格子定
数が基板のそれより小さい場合には、膜面内方向
には引張り歪みが入る。一方、膜の格子定数の方
が大きい場合には圧縮歪みが入る。（111）膜の場
合には、ガーネツト膜の結晶構造は等力的な立方
晶系から菱面体晶系へと変化する。
ピタキシヤルを成長させたガーネツト厚膜を用い
ることが特願昭55−93449号公報及び特願昭55−
126239号公報に提案されている。これにより原材
料コストを安価にすることが可能である。しかし
ながら、ガーネツト液相エピタキシヤル膜には、
マテリアルス・リサーチ・ブレテイン
（Materials Research Bulletin）第６巻、1111ペ
ージ（1971年）に示されるごとく、基板とエピタ
キシヤルガーネツト膜との格子定数差による歪み
が存在している。例えば、ガーネツト膜の格子定
数が基板のそれより小さい場合には、膜面内方向
には引張り歪みが入る。一方、膜の格子定数の方
が大きい場合には圧縮歪みが入る。（111）膜の場
合には、ガーネツト膜の結晶構造は等力的な立方
晶系から菱面体晶系へと変化する。
この歪みはガーネツト材料における光弾性定数
Ｐを介して屈折率を変化させる。すなわち複屈折
を生じさせる。結晶に一軸的な歪みＳが存在し、
この歪みと平行に光を入射させた場合の屈折率と
歪みがない場合の屈折率との差△ｎは、 △ｎ＝１／２n3・Ｐ・Ｓ と書ける。ここでｎは無歪み状態における材料の
屈折率である。エピタキシヤル膜の膜面内方向に
光を入射させる場合には、 △ｎ＝１／２n3（P11−P12）・Ｓ となる。ここで、P11およびP12はそれぞれ膜面内
方向および、膜厚方向の光弾性定数である。すな
わち、光の進行方向をＺ、これに垂直な膜面内の
方向をｘ、膜厚方向をｙとすれば、ガーネツト膜
に入つた直線偏光はｘおよびｙを主軸とする楕円
偏光となる。
Ｐを介して屈折率を変化させる。すなわち複屈折
を生じさせる。結晶に一軸的な歪みＳが存在し、
この歪みと平行に光を入射させた場合の屈折率と
歪みがない場合の屈折率との差△ｎは、 △ｎ＝１／２n3・Ｐ・Ｓ と書ける。ここでｎは無歪み状態における材料の
屈折率である。エピタキシヤル膜の膜面内方向に
光を入射させる場合には、 △ｎ＝１／２n3（P11−P12）・Ｓ となる。ここで、P11およびP12はそれぞれ膜面内
方向および、膜厚方向の光弾性定数である。すな
わち、光の進行方向をＺ、これに垂直な膜面内の
方向をｘ、膜厚方向をｙとすれば、ガーネツト膜
に入つた直線偏光はｘおよびｙを主軸とする楕円
偏光となる。
ガーネツト材料をアイソレータやサーキユレー
タなどのフアラデー回転素子用の材料として用い
る場合、ガーネツト材料に入射した光は、歪みに
起因する複屈折のためにフアラデー回転を生じに
くくなる。この様子を第１図及び第２図に示す。
タなどのフアラデー回転素子用の材料として用い
る場合、ガーネツト材料に入射した光は、歪みに
起因する複屈折のためにフアラデー回転を生じに
くくなる。この様子を第１図及び第２図に示す。
第１図のように非磁性ガーネツト基板２２上に
成長したエピタキシヤル膜ガーネツト材料２１に
対し、直線偏光した入射させ、検光子３を通過し
た光の強度を検光子の回転角度の関数として調べ
た。ここでエピタキシヤル膜ガーネツト（YIG）
材料の長さは、波長1.3μｍの直線偏光が45゜回転
できるように、YIGのフアラデー回転係数215゜／
cmから2.09mmとした。
成長したエピタキシヤル膜ガーネツト材料２１に
対し、直線偏光した入射させ、検光子３を通過し
た光の強度を検光子の回転角度の関数として調べ
た。ここでエピタキシヤル膜ガーネツト（YIG）
材料の長さは、波長1.3μｍの直線偏光が45゜回転
できるように、YIGのフアラデー回転係数215゜／
cmから2.09mmとした。
第２図に、第１図に示されている偏光角φが0゜
の直線偏光光線を入射させた場合の実験結果を示
す。図中４１は試料を挿入せずに光を空気中に伝
搬させた場合であり、検光子回転角が0゜の場合に
検出光強度が最大になり、90゜の場合にゼロとな
る。一方、歪みのないYIG単結晶に入射光と平行
に外部磁場を印加し、入射光と平行に磁化を飽和
させて直線偏光光線を入射した場合には４２に示
すような結果が得られた。すなわち、YIG単結晶
により入射光の偏光角が45゜回転させられるため
検光子の回転角が45゜の場合に最大の検光光強度
が得られた。そして、検光子回転角を135゜とした
場合には、検光子がYIG単結晶を通過した光の偏
光角に対して90゜となるため、検光光強度がゼロ
となつた。
の直線偏光光線を入射させた場合の実験結果を示
す。図中４１は試料を挿入せずに光を空気中に伝
搬させた場合であり、検光子回転角が0゜の場合に
検出光強度が最大になり、90゜の場合にゼロとな
る。一方、歪みのないYIG単結晶に入射光と平行
に外部磁場を印加し、入射光と平行に磁化を飽和
させて直線偏光光線を入射した場合には４２に示
すような結果が得られた。すなわち、YIG単結晶
により入射光の偏光角が45゜回転させられるため
検光子の回転角が45゜の場合に最大の検光光強度
が得られた。そして、検光子回転角を135゜とした
場合には、検光子がYIG単結晶を通過した光の偏
光角に対して90゜となるため、検光光強度がゼロ
となつた。
しかしながら、フアラデー回転素子としてエピ
タキシヤル膜ガーネツト材料を使用した場合には
外部磁場が0Oeのときには４３、100Oeとしたと
きには４４の結果が得られた。すなわち、エピタ
キシヤル膜ガーネツト材料の場合には、前述の複
屈折のためにガーネツト材料に入射した光はほと
んど回転しない。とくに入射光と平行に磁場を印
加した場合には、検光子の回転角を90゜としても
検出光強度はゼロとはならなかつた。このこと
は、エピタキシヤル膜ガーネツト材料を通過した
光には膜面内方向がもう一つの主軸となつた楕円
偏光が存在することを裏づけている。この材料の
場合にはアイソレータとして用いたとき、アイソ
レーシヨンの性能としては8dBであり、必要な
20dBの大きさを確保することができなかつた。
タキシヤル膜ガーネツト材料を使用した場合には
外部磁場が0Oeのときには４３、100Oeとしたと
きには４４の結果が得られた。すなわち、エピタ
キシヤル膜ガーネツト材料の場合には、前述の複
屈折のためにガーネツト材料に入射した光はほと
んど回転しない。とくに入射光と平行に磁場を印
加した場合には、検光子の回転角を90゜としても
検出光強度はゼロとはならなかつた。このこと
は、エピタキシヤル膜ガーネツト材料を通過した
光には膜面内方向がもう一つの主軸となつた楕円
偏光が存在することを裏づけている。この材料の
場合にはアイソレータとして用いたとき、アイソ
レーシヨンの性能としては8dBであり、必要な
20dBの大きさを確保することができなかつた。
エピタキシヤルガーネツト材料における複屈折
問題の解決法としては、基板非磁性ガーネツトを
研磨により除去することも提案されているが、研
磨によつてかえつて歪みが生じたり、工数が増加
するなどの欠点を有している。
問題の解決法としては、基板非磁性ガーネツトを
研磨により除去することも提案されているが、研
磨によつてかえつて歪みが生じたり、工数が増加
するなどの欠点を有している。
本発明の目的は、これまでに述べてきたような
エピタキシヤル膜ガーネツト材料における複屈折
の効果を基板の除去などの方法によらず本質的に
解決し、アイソレーシヨンが20dB以上の磁気光
学素子用磁性ガーネツト材料を提供するものであ
る。
エピタキシヤル膜ガーネツト材料における複屈折
の効果を基板の除去などの方法によらず本質的に
解決し、アイソレーシヨンが20dB以上の磁気光
学素子用磁性ガーネツト材料を提供するものであ
る。
すなわち、本発明は液相エピタキシヤル法によ
り非磁性ガーネツト基板上に厚さが30μｍ以上の
磁性ガーネツト膜が育成されてなる磁気光学素子
用磁性ガーネツト材料において、前記基板と前記
磁性ガーネツト膜との格子定数差△ａ＝as−afが
｜△ａ｜≦0.001Åであることを特徴とする磁気
光学素子用磁性ガーネツト材料である。
り非磁性ガーネツト基板上に厚さが30μｍ以上の
磁性ガーネツト膜が育成されてなる磁気光学素子
用磁性ガーネツト材料において、前記基板と前記
磁性ガーネツト膜との格子定数差△ａ＝as−afが
｜△ａ｜≦0.001Åであることを特徴とする磁気
光学素子用磁性ガーネツト材料である。
以下に実施例を用いて本発明を説明する。
実施例 １
磁気光学素子用材料であり、格子定数が
12.38315ÅのGd0.2Y2.8Fe5O12ガーネツトエピタキ
シヤル厚膜をPbOを主成分とする融剤よりエピタ
キシヤル法により格子定数が12.3834Åの非磁性
Gd3Ga5O12ガーネツト基板上に245μｍの厚さに育
成した。このガーネツト材料において△ｎの値は
３×10-6であつた。この材料の磁気を光の入射方
向と平行に飽和させてアイソレーシヨンを測定し
たところ35dBであり、光アイソレータなどの磁
気光学素子として用いることができた。
12.38315ÅのGd0.2Y2.8Fe5O12ガーネツトエピタキ
シヤル厚膜をPbOを主成分とする融剤よりエピタ
キシヤル法により格子定数が12.3834Åの非磁性
Gd3Ga5O12ガーネツト基板上に245μｍの厚さに育
成した。このガーネツト材料において△ｎの値は
３×10-6であつた。この材料の磁気を光の入射方
向と平行に飽和させてアイソレーシヨンを測定し
たところ35dBであり、光アイソレータなどの磁
気光学素子として用いることができた。
比較例
格子定数が12.3846ÅのGd0.22Y2.78Fe5O12およ
び12.3820ÅのGd0.15Y2.33Fe5O12ガーネツトエピ
タキシヤル厚膜を格子定数が12.3834Åの非磁性
Gd3Ga5O12ガーネツト基板上に育成した場合に
は、それぞれ△ｎ＝3.0×10-5、△ｎ＝3.1×10-5
であつた。この材料におけるアイソレーシヨンは
それぞれ17および18dBであり、アイソレータ、
サーキユレータなどの磁気光学素子用材料とはな
りえなかつた。
び12.3820ÅのGd0.15Y2.33Fe5O12ガーネツトエピ
タキシヤル厚膜を格子定数が12.3834Åの非磁性
Gd3Ga5O12ガーネツト基板上に育成した場合に
は、それぞれ△ｎ＝3.0×10-5、△ｎ＝3.1×10-5
であつた。この材料におけるアイソレーシヨンは
それぞれ17および18dBであり、アイソレータ、
サーキユレータなどの磁気光学素子用材料とはな
りえなかつた。
実施例 ２
磁気光学素子用材料であり、格子定数が
12.4371ÅのY2.25Bi0.75Fe5O12ガーネツトエピタキ
シヤル厚膜を波相エピタキシヤル法により格子定
数が12.4381Åの非磁性Sm3Ga5O12ガーネツト基
板上に206μｍの厚さに育成した。このガーネツ
ト材料における△ｎは0.6×10-5でありアイソレ
ーシヨンを測定したところ28dBであつた。
12.4371ÅのY2.25Bi0.75Fe5O12ガーネツトエピタキ
シヤル厚膜を波相エピタキシヤル法により格子定
数が12.4381Åの非磁性Sm3Ga5O12ガーネツト基
板上に206μｍの厚さに育成した。このガーネツ
ト材料における△ｎは0.6×10-5でありアイソレ
ーシヨンを測定したところ28dBであつた。
実施例 ３
磁気光学素子用材料であり、格子定数が
12.5101ÅのY2.25Bi0.75Fe4.06Sc0.94O12ガーネツト
エピタキシヤル厚膜を液相エピタキシヤル法によ
り格子定数が、12.5093Åの非磁性Nd3Ga5O12ガ
ーネツト基板上に180μｍの厚さに育成した。こ
のガーネツト材料において△ｎの値は0.6×10-5
であり、アイソレーシヨンを測定したところ
30dBとなつた。
12.5101ÅのY2.25Bi0.75Fe4.06Sc0.94O12ガーネツト
エピタキシヤル厚膜を液相エピタキシヤル法によ
り格子定数が、12.5093Åの非磁性Nd3Ga5O12ガ
ーネツト基板上に180μｍの厚さに育成した。こ
のガーネツト材料において△ｎの値は0.6×10-5
であり、アイソレーシヨンを測定したところ
30dBとなつた。
実施例 ４
磁気光学素子用材料であり、格子定数が
12.3764ÅのY3Fe5O12ガーネツトエピタキシヤル
厚膜を液相エピタキシヤル法により格子定数が
12.3760Åの非磁性Dy0.35Gd2.65Ga8O12ガーネツト
基板上に240μｍの厚さに育成した。このガーネ
ツト材料において△ｎの値は0.4×10-5であり、
アイソレーシヨンとして25dBを得ることができ
た。
12.3764ÅのY3Fe5O12ガーネツトエピタキシヤル
厚膜を液相エピタキシヤル法により格子定数が
12.3760Åの非磁性Dy0.35Gd2.65Ga8O12ガーネツト
基板上に240μｍの厚さに育成した。このガーネ
ツト材料において△ｎの値は0.4×10-5であり、
アイソレーシヨンとして25dBを得ることができ
た。
以上、本発明になる基板との格子定数差が｜△
ａ｜≦0.001Åであるガーネツト材料を用いるこ
とによりアイソレーシヨンが優れた磁気光学素子
が得られる。
ａ｜≦0.001Åであるガーネツト材料を用いるこ
とによりアイソレーシヨンが優れた磁気光学素子
が得られる。
第１図はエピタキシヤル膜ガーネツト材料にお
けるフアラデー回転角の測定のための入射光、試
料および検光子の配置を示す図で、２１はエピタ
キシヤル膜ガーネツト材料、２２は非磁性ガーネ
ツト基板、３は検光子である。 第２図はガーネツトに垂直直線偏光を入射させ
たときの出射光の検出光強度と検光子の回転角と
の関係を示す図で、４１は試料を挿入しない場
合、４２は無歪のYIG単結晶における測定結果、
４３および４４はエピタキシヤル膜ガーネツト材
料における測定結果であり、４３は外部磁場が
0Oeのとき、４４は100Oeのときである。
けるフアラデー回転角の測定のための入射光、試
料および検光子の配置を示す図で、２１はエピタ
キシヤル膜ガーネツト材料、２２は非磁性ガーネ
ツト基板、３は検光子である。 第２図はガーネツトに垂直直線偏光を入射させ
たときの出射光の検出光強度と検光子の回転角と
の関係を示す図で、４１は試料を挿入しない場
合、４２は無歪のYIG単結晶における測定結果、
４３および４４はエピタキシヤル膜ガーネツト材
料における測定結果であり、４３は外部磁場が
0Oeのとき、４４は100Oeのときである。
Claims (1)
- １ 液相エピタキシヤル法により非磁性ガーネツ
ト基板上に厚さが30μｍ以上の磁性ガーネツト膜
が育成されてなり、この磁性ガーネツト膜の膜面
と平行に光を入射させる磁気光学素子用磁性ガー
ネツト材料において、前記基板と前記磁性ガーネ
ツト膜との格子定数差 Δ＝as−afが｜Δa｜≦
0.001Åであることを特徴とする磁気光学素子用
磁性ガーネツト材料。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4519581A JPS57160105A (en) | 1981-03-27 | 1981-03-27 | Garnet material for magnetism optical element |
| US06/360,230 US4522473A (en) | 1981-03-27 | 1982-03-22 | Faraday rotator for an optical device |
| DE8282102567T DE3279311D1 (en) | 1981-03-27 | 1982-03-26 | Faraday rotator for an optical device |
| CA000399494A CA1180210A (en) | 1981-03-27 | 1982-03-26 | Faraday rotator for an optical device |
| EP82102567A EP0061743B1 (en) | 1981-03-27 | 1982-03-26 | Faraday rotator for an optical device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4519581A JPS57160105A (en) | 1981-03-27 | 1981-03-27 | Garnet material for magnetism optical element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57160105A JPS57160105A (en) | 1982-10-02 |
| JPH033364B2 true JPH033364B2 (ja) | 1991-01-18 |
Family
ID=12712485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4519581A Granted JPS57160105A (en) | 1981-03-27 | 1981-03-27 | Garnet material for magnetism optical element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57160105A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60103603A (ja) * | 1983-11-10 | 1985-06-07 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁気光学素子用ガ−ネツト膜 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5613710A (en) * | 1979-07-13 | 1981-02-10 | Nec Corp | Material for magnetic element |
-
1981
- 1981-03-27 JP JP4519581A patent/JPS57160105A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5613710A (en) * | 1979-07-13 | 1981-02-10 | Nec Corp | Material for magnetic element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57160105A (en) | 1982-10-02 |
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