JPH04118623A - 磁気光学材料、その製造法およびそれを用いた光素子 - Google Patents

磁気光学材料、その製造法およびそれを用いた光素子

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JPH04118623A
JPH04118623A JP26457190A JP26457190A JPH04118623A JP H04118623 A JPH04118623 A JP H04118623A JP 26457190 A JP26457190 A JP 26457190A JP 26457190 A JP26457190 A JP 26457190A JP H04118623 A JPH04118623 A JP H04118623A
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Junji Saito
斎藤 準二
Hideaki Kaneda
英明 金田
Takahiko Tamaki
孝彦 玉城
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Mitsubishi Kasei Corp
Japan Broadcasting Corp
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Mitsubishi Kasei Corp
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、波長特性が極めて良好な磁気光学材料、その
製造法およびそれを用いた光アイソレータ、光サーキュ
レータ、磁界センサ、光スィッチ等の光素子に関する。
〔従来の技術] 光通信においては1. 3μm帯および1.55μm帯
の長波長用の光アイソレータ等の光素子には、フラック
ス法やフローティングゾーン法によって製造されたファ
ラデー効果の大きいビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネ
ット(Gd3−XBiXF es o+g ;以下、G
dB11Gと記載する。)やイツトリウム鉄ガーネット
(以下、YIGと記載する。)単結晶を用いたファラデ
ー回転子が使用されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、GdB11GやYIGはファラデー回転
係数の波長変化が大きいために、光源の波長が変わると
光アイソレータ等の光素子の特性が劣化したり、あるい
は使用できないという欠点があった。
したがって、光源の波長が変化しても特性の劣化の少な
い光素子の開発が望まれている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は、光通信に使用する波長においてファラデ
ー回転係数の波長変化が少ない磁気光学材料を開発する
ことおよび広い波長帯域で特性の良好な光アイソレータ
等の光素子を開発することを目的として、種々の希土類
鉄ガーネットを育成してその磁気光学効果の測定を行っ
た結果、ビスマスおよびガリウムで置換したテルビウム
鉄ガーネット(T b3F es O+z :以下、T
b1Gと記載する。)およびそれを用いた光素子によっ
て上記の目的が達成できることを見出し、本発明に到達
した。
即ち、本発明の要旨は、主成分組成が、T b3−X 
B iX F es−、G a、 o12(式中、Xは
0.22≦X≦0.8であり、yは0<y<0.1であ
る。) であることを特徴とする磁気光学材料、その製造法およ
びそれを用いた光素子に存する。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明においては、ファラデー回転係数の波長変化率を
FWCと略記した。また、1.55μmの波長における
FWCは、半導体レーザーの通常の使用条件下における
波長変化が0.02μm以下であることを考慮して下記
式で定義した。式中、θF 1.55及びθF 1.B
7は、それぞれ1.55μm及び1.57μmにおける
ファラデー回転係数である。
FWC=1   (θ F  1.55− θ F 真
、、)/ θ F  1.55×100 本発明の磁気光学材料は、主成分組成が、TE01−x
 B iXF es−y Gay 012で表されるビ
スマスおよびガリウム置換Tb IGである。
ビスマス置換量は、1分子当り0.22以上0.8以下
の範囲である。また、ガリウム置換量は、1分子当り0
.1未満の範囲である。
本発明のビスマスおよびガリウム置換Tb1C。
は、単結晶をフラックス法、液相エピタキシャル法、ブ
リッジマン法、チョクラルスキー法等によって育成する
ことができる。また、焼結法により多結晶体として製造
することもできる。特に、単結晶をフラックス法および
液相エピタキシャル法によって育成するのが好ましい。
フラックス法の場合は、酸化鉛(PbO)、酸化ホウ素
(B205)、フッ化鉛(PbF、)、酸化ビスマス(
B12O3)、フッ化カリウム(KF)等の融剤(フラ
ックス)に結晶原料を溶解し、高温で飽和溶液を作り、
この溶液を徐冷することによって単結晶を析出、育成さ
せる。
液相エピタキシャル法の場合は、Gd、Ga。
0゜、(C; d Ca)+ (c a M g Z 
r)so+z、Sm3Gas 0,2等の非磁性ガーネ
ット基板に、フラックス法の場合と同様に調製した飽和
溶液を接触させることによって基板上に単結晶膜をエピ
タキシャル成長させる。この場合、基板と単結晶膜の格
子定数の差が大きいと単結晶膜にクラックが発生するた
め、成長させる単結晶膜の格子定数に合致した基板を選
択する必要がある。
このようにして得られたビスマスおよびガリウム置換T
b1Gを用いると、光源の波長が変化しても特性の劣化
が少なく、広い波長帯域で特性が良好な光素子を製造す
ることができる。
このような光素子としては、光アイソレータ、光サーキ
ュレータ、光スィッチ及び磁界センサを挙げることがで
きる。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明の詳細な説明するが、本発明
はその要旨を越えない限り実施例により限定されるもの
ではない。
参考例 Y3 F es O+zの組成を有する単結晶を(YI
G)フラックス法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μmにおけるフアラデー
回転係数は176 d e g/cm、 FWC↓よ1
.9%であった。
実施例I T J、tzB i o、zeF e 4.114G 
a O,06012の組成を有する単結晶をフラックス
法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μmにおけるファラデー
回転係数は−256d e g/cm、 FWCは0.
5%であり、YIGのFWCの約1/4であった。
実施例2 T bz、saB 1o、44F ea、qsGao、
oso+zの組成を有する単結晶をフラックス法により
育成した。
得られた単結晶の波長1,55μmにおけるファラデー
回転係数は−426d e g/cm、 FWCは1.
8%であった。
実施例3 T bz、zsB i o、tsF ea、qaG a
 0.06012の組成を有する単結晶をフラックス法
により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μmにおけるファラデー
回転係数は一900deg/cm、FWCは1.8%で
あった。
実施例4 5m3Gas 012単結晶基板上に、Pb0BizC
h系融剤からT bz、77B io、z+F ea、
qaG a 、、。、012の組成を有する単結晶膜を
液相エピタキシャル法により育成した。
得られた単結晶膜の波長1.55μmにおけるファラデ
ー回転係数は一220deg/cm、FWCは0.4%
であり、YIGのFWCの約174であった。
実施例5 5m3Ga、OI□単結晶基板上に、Pb0BizOz
系融剤からT bz、6sB io、+sF ea、q
qG a 、、。30.2の組成を有する単結晶膜を液
相エピタキシャル法により育成した。
得られた単結晶膜の波長1.55μmにおけるファラデ
ー回転係数は一350deg/cm、FWCは0.3%
であった。
実施例6 5m3 Gas o12単結晶基板上に、PbOBi2
O3系融剤からTbz、ssB !o1sF ea、q
3G a 、、。、0□の組成を有する単結晶膜を液相
エピタキシャル法により育成した。
得られた単結晶膜の波長1.55μmにおけるファラデ
ー回転係数は一405deg/cm、FWCは1.5%
であった。
比較例I T b3F es 01!の組成を有する単結晶(Tb
■G)をフラックス法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μmにおけるファラデー
回転係数は189 d e g/cm、 FWCは8.
7%であった。
比較例2 Tbz、+sB io、6sF e、、sO,zの組成
を有する単結晶をフラックス法により育成した。
得られた単結晶の波長1.55μmにおけるファラデー
回転係数は一753deg/cm、、FWCは2.3%
であり、YIGのFWCより大きかった。
比較例3 TJ、4 B io、a F en、t Gao、+ 
Orzの組成を有する単結晶をフラックス法により育成
した。
得られた単結晶の波長1.55μmにおけるファラデー
回転係数は−507d e g/cm、 FWCは2.
0%であり、YIGのFWCより大きかった。
比較例4 (GdCa)+ (GaMgZr)so+z単結晶基板
上に、T bz、ooB i 1.0(IF es O
rzの組成を有する単結晶膜を液相エピタキシャル法に
より育成した。
得られた単結晶膜の波長1.55μmにおけるファラデ
ー回転係数は−1230d e g / c m、FW
Cは2.1%であり、YIGのFWCより大きかった。
比較例5 5m3Gas O+z単結晶基板上に、PbO−Bi2
O,系融剤からGdz、ssB io、4sF ea、
qsG a O+。、O12の組成を有する単結晶膜を
液相エピタキシセル法により育成した。
得られた単結晶膜の波長1.55μmにおけるファラデ
ー回転係数は一520deg/cm、FWCは3.2%
であり、YIGのFWCより大きかった。
実施例7〜8 実施例1および実施例2で得られた磁気光学材料を用い
て波長1.55μm用光アイソレータのファラデー回転
子を製造し、その基本特性を測定した結果、どちらも挿
入損失は0.1dB以下、消光能率は37dB以上であ
り、非常に高性能であった。
実施例9 実施例4で得られた磁気光学材料を用いて波長1.55
μm用光アイソレータのファラデー回転子を製造し、そ
の基本特性を測定した結果、挿入損失は0.5dB、消
光比は36dBであった。
このファラデー回転子と偏光子および永久磁石を用いて
外形寸法直径51nI11×高さ5[II[Ilの光ア
イソレータを作製した。得られた光アイソレータは、波
長1.5μm−1,6μmの範囲で挿入損失は0.8d
B以下、アイソレーションは37dB以゛上であり、非
常に高性能であった。
実施例10 ファラデー回転係数の波長変化率が小さくなる原因を調
べるために、実施例1で作製した磁気光学素子について
2μmの波長まで磁気光学特性の測定を行った。
その結果、Tbイオンの基底状態7F6から励起状態7
F0と7F1への遷移に起因するファラデー効果(1,
74μm、−1,82μmおよび1.84μmの波長に
ピークがある。)が測定された。1.74μmより短波
長側ではθ、は負であり、これが短波長から長波長へ延
びてきたBiの寄与による負のファラデー効果に重畳さ
れていることが判明した。
〔発明の効果〕
本発明によれば、波長1.55μm帯という光通信に使
用する実用的な波長においてファラデー回転係数の波長
変化が非常に小さい磁気光学素子が得られるため、半導
体レーザー等の光源の発振波長が変化しても性能の劣化
が小さい光アイソレータ、光スィッチ、光サーキュレー
タ、磁界センサー等の光素子を製造することができ、工
業上非常に有用である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)主成分組成が、 Tb_3_−_xBi_xFe_5_−_yGa_yO
    _1_2(式中、xは0.22≦x≦0.8であり、y
    は0<y<0.1である。) であることを特徴とする磁気光学材料。
  2. (2)主成分組成が、 Tb_3_−_xBi_xFe_5_−_yGa_yO
    _1_2(式中、xは0.22≦X≦0.8であり、y
    は0<y<0.1である。) である単結晶をフラックス法で製造することを特徴とす
    る磁気光学材料の製造法。
  3. (3)主成分組成が、 Tb_3_−_xBi_xFe_5_−_yGa_yO
    _1_2(式中、xは0.22≦X≦0.8であり、y
    は0<y<0.1である。) である単結晶膜を液相エピタキシャル法で製造すること
    を特徴とする磁気光学材料の製造法。
  4. (4)特許請求の範囲第1項記載の磁気光学材料を用い
    ることを特徴とする光素子。
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