JPH0677081A - 磁気光学素子の製造方法 - Google Patents

磁気光学素子の製造方法

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JPH0677081A
JPH0677081A JP31263892A JP31263892A JPH0677081A JP H0677081 A JPH0677081 A JP H0677081A JP 31263892 A JP31263892 A JP 31263892A JP 31263892 A JP31263892 A JP 31263892A JP H0677081 A JPH0677081 A JP H0677081A
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JP
Japan
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magneto
optical element
rare earth
single crystal
crystal substrate
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JP31263892A
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English (en)
Inventor
Shinji Iwatsuka
信治 岩塚
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/20Ferrites
    • H01F10/24Garnets
    • H01F10/245Modifications for enhancing interaction with electromagnetic wave energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回折損失及び吸収損失のいずれも小さい磁気
光学素子の製造法を提供する。 【構成】 非磁性単結晶基板上に、LPE法により10
0μm以上の厚さにBi置換稀土類鉄ガーネット膜を作
成した磁気光学素子を、800〜1200℃において酸
素含有雰囲気中で熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光アイソレータ、光サー
キュレータ、光スイッチ、光磁気センサ等に使用するの
に適したファラデー回転子等を構成できる磁気光学素子
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光アイソレータ、光サーキュレータ、光
スイッチ等に使用するのに適したファラデー回転子を構
成するための磁気光学素子は回転角を大きくするためと
磁界の変動の影響を抑えるために一般に光透過軸方向に
磁化を飽和させて使用する。最近、Biで置換した稀土
類鉄ガーネット材料はファラデー回転能が大きく有望視
されているが、この型の磁気光学素子はファラデー回転
角の温度変化が大きいことが欠点である。この欠点を改
善するために、本発明者等はBiで置換した稀土類鉄ガ
ーネット材料(例えばBixy3-x-y Fe5-ww
12、ただしPはY、La、Sm、Eu、Yb、Luよ
り選択され、QはGd、Tb、Dy、Ho、Erより選
択される。xは0.7〜2.0)を飽和磁界以下の磁界
で使用すれば温度補償が可能なことを発見し、温度安定
性が良くファラデー回転角の大きい未飽和型ファラデー
回転子を提供した(特願平2−136988号等)。
【0003】
【発明が解決すべき課題】しかしながら、飽和磁界より
も小さい磁界を印加すると次のような新たな問題点が生
じる。すなわち、Biを多量に含有する磁気ガーネット
材料をLPE(液相エピタキシアル成長法)で単結晶基
板上に成長させると、誘導磁気異方性によりこのガーネ
ット材料は通常垂直磁化型(板面に垂直)となり、磁化
しない状態では自発磁化により垂直磁化の多磁区構造を
有している。これを飽和に至らない程度の磁化状態で使
用すると、光透過方向の垂直磁化を有する大きな磁区と
逆方向の磁化を有する小さな磁区の交互した磁化パター
ンが生じ、磁化方向と平行に直線偏光の光が入射する
と、ファラデー効果によって偏光面が両種の磁区で互い
に反対方向に回転して回折が生じる。このように多磁区
構造では磁気光学材料は回折格子として作用して回折損
失を生じる。
【0004】特願平3−94851号において本発明者
等は熱処理により面内磁化成分を有し未飽和磁化でも反
転垂直磁化が生じない磁気光学材料を提供した。しか
し、好ましい熱処理条件に関しては何の記載もない。な
お、LPE膜の垂直磁化性が熱処理により消失すること
はA.J.Kurtzig外「IEEE Transa
ction Magn.,473(1971)」等の
文献により知られているが、Bi置換稀土類鉄ガーネッ
トに関するものではなく、Bi置換稀土類鉄ガーネット
を安定に且つ低損失に製造する方法は知られていない。
【0005】したがって本発明の目的は、100μm以
上の厚さでも回折損失の少ないBi置換稀土類鉄ガーネ
ット膜を作成することができる方法を提供することであ
る。本発明の他の目的は、回折損失、吸収損失共に少な
いBi置換稀土類鉄ガーネット膜を製造することであ
る。本発明の更に他の目的は製造時に割れることなく安
定にBi置換稀土類鉄ガーネット膜を製造することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、非磁性単結晶
基板上に、LPE法により100μm以上の厚さにBi
置換稀土類鉄ガーネット膜を作成した磁気光学素子を、
800〜1200℃において酸素含有雰囲気中で熱処理
することを特徴とする磁気光学素子の製造方法である。
熱処理の前に非磁性単結晶基板を除去すると熱応力によ
る割れを回避できるが、熱処理温度が低ければ基板を除
去しなくても良い。また、低温側で熱処理してもBi置
換量が多ければ十分な効果が得られる。
【0007】磁気光学材料のLPE法による製造法は公
知であり、Bi置換稀土類ガーネット材料、特に Bix3-x Fe5-ww12 (ここにRは稀土類元素及び置換し得る元素(Pb、
Y、Caなど)であり、MはFeを置換し得る元素(A
l、Ga、In、Scなど)であり、x,wは0.5≦
x≦2.0,0≦w≦1.0を満足する)を、フラック
スとしてPbO、B23 、Bi23 等を用い、非磁
性単結晶基板上にLPE成長させる。これによりほぼ所
定の結晶性を有するBi置換稀土類ガーネット材料が生
成するが、十分なファラデー回転角回転を得るには10
0μm以上を必要とする。こうしてほぼ垂直方向の磁化
を有するBi置換稀土類ガーネットが成長する。次にラ
ッピング、ポリッシュ等により基板を除去する。基板を
除去しないと熱処理時に基板と膜との熱膨張率差のため
に膜は割れてしまう場合があるので、熱処理時の前に基
板を除去することが好ましいが、熱処理温度が800〜
1000℃と低ければ、基板を除去しなくても割れの問
題は回避できる。また低温側での熱処理してもBiの含
有量を多くすれば(x=1.0〜2.0)回折損失を十
分小さくできる。
【0008】基板を除去したBi置換稀土類ガーネット
材料を酸素雰囲気、好ましくは純酸素中で800〜12
00℃で熱処理する。基板を除去しないBi置換稀土類
ガーネット材料では800〜1000℃で熱処理する。
これにより垂直磁化は減少し、面内磁化が支配的とな
る。800℃未満では垂直磁化の低減効果が十分でな
い。1200℃を越えると表面が荒れ、仕上工程で表面
研磨により除去しなければならない量が増える。また酸
素雰囲気を使用するのは光吸収が増大しない様にするた
めである。窒素や空気中で処理すると吸収損失が大きく
なる。したがって酸素は十分に多量としあるいは純酸素
とする。熱処理が終わったら、荒れた両表面を研磨す
る。
【0009】
【実施例の説明】
実施例1 非磁性単結晶基板としてCa、Mg、Zr置換のGd3
Ga512基板を使用し、メルトの主原料としてPb
O、B23 、Bi23 、Fe23 、Y2.3 、H
23 、La23 を使用し、成長温度750℃にお
いて、LPE法により主組成Bi1.3 (YHoLa)
1.7 Fe512の磁気光学素子を基板上に300μmの
厚さに成長させた。得られた試料は垂直方向の磁化成分
を有した。基板を除去した後、表1に示す温度、時間、
及び雰囲気条件で熱処理に付した。すべての試料に割れ
は観測されなかった。熱処理済の試料の回折損失(磁界
0で)及び吸収損失を測定したところ表1の結果を得
た。測定波長は1.3μmであり、厚さはすべて200
μmである。
【0010】
【表1】
【0011】表1から、酸素含有雰囲気中、特に純酸素
中で熱処理したものは回折損失及び吸収損失のいずれも
小さく、優れた特性を有することがわかる。また赤外偏
光顕微鏡により磁区構造を観察したところ、熱処理した
ものは、未処理のものと比較して磁区の幅が大きくなっ
ており、垂直磁化性が減少していることを確認した。更
にこの試料を飽和以下である1.3kOeの磁界の下に
配置し、光アイソレータを構成したところ、挿入損失が
0.2dBと低損失でかつ温度特性も優れたものであっ
た。また同様に磁界が0付近で通常使用する光磁気セン
サに、この試料を応用したところ、従来より1dB程度
低損失のセンサを実現することができた。
【0012】実施例2 非磁性単結晶基板としてCa、Mg、Zr置換のGd3
Ga512基板を使用し、メルトの主原料としてPb
O、B23 、Bi23 、Fe23 、Y2.3 、H
23 、La23 、Ga23 、TiO2 を使用
し、成長温度760℃において、LPE法により主組成
Bi1.3 (YHoLa)1.7 (FeGaTi)512
磁気光学素子を、基板上に300μmの厚さに成長させ
た。Tiは光吸収損失を低減するために微量添加した。
得られた試料は垂直方向の磁化成分を有した。基板を除
去した後、表2に示す温度、時間、及び雰囲気条件で熱
処理に付した。熱処理済の試料の回折損失及び吸収損失
を測定したところ表2の結果を得た。測定波長は1.3
μmであり、厚さはすべて150μmである。
【0013】
【表2】
【0014】表2より、酸素含有雰囲気中での熱処理に
よって、熱処理無しのものに比較して800℃で処理し
たものは回折損失が半減し、850℃〜1050℃で処
理したものは更に低減し、また吸収損失も小さくなって
いる。
【0015】実施例3 実施例2において、測定波長は1.3μmであり、厚さ
はすべて250μmとした。処理条件及び測定結果を表
3に示す。
【0016】
【表3】
【0017】表3より、酸素含有雰囲気中での熱処理に
よって、熱処理無しのものに比較して850℃で処理し
たものは回折損失が大幅に低減しており、また吸収損失
も小さくなっている。
【0018】実施例4 実施例2と同様の試料を基板を除去しないで850℃×
5h,O2 中で熱処理したところ、割れは観測されなか
った、一方、1050℃×5h,O2 中で熱処理したと
ころ、割れが観測された。
【0019】
【作用効果】以上のように、酸素含有雰囲気、特に純酸
素中で熱処理したものは回折損失及び吸収損失のいずれ
も小さく、優れた特性を有することがわかる。一般に、
LPE法により100μm以上の厚さに形成したBi置
換稀土類鉄ガーネット膜は、800〜1200℃酸素含
有雰囲気中で熱処理すると回折損失及び吸収損失のいず
れも小さくなる。なお、非磁性単結晶基板は熱処理温度
が低温側ならば基板割れが生じないので除去しなくても
良い。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01F 10/24

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非磁性単結晶基板上に、LPE法により
    100μm以上の厚さにBi置換稀土類鉄ガーネット膜
    を作成した磁気光学素子から、非磁性単結晶基板を除去
    した後、800〜1200℃において酸素含有雰囲気中
    で熱処理することを特徴とする磁気光学素子の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 酸素含有雰囲気は純酸素ガスである請求
    項1に記載の磁気光学素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 Bi置換稀土類鉄ガーネットが Bix3-x Fe5-ww12 (ここにRは稀土類元素及び置換し得る元素であり、M
    はFeを置換し得る元素であり、x,wは0.5≦x≦
    2.0,0≦w≦1.0を満足する)である請求項1ま
    たは2に記載の磁気光学素子の製造方法。
  4. 【請求項4】 非磁性単結晶基板上に、LPE法により
    100μm以上の厚さにBi置換稀土類鉄ガーネット Bix3-x Fe5-ww12 (ここにRは稀土類元素及び置換し得る元素であり、M
    はFeを置換し得る元素であり、x,wは1.0≦x≦
    2.0,0≦w≦1.0を満足する)の膜を作成した磁
    気光学素子を、800〜1000℃において酸素含有雰
    囲気中で熱処理することを特徴とする磁気光学素子の製
    造方法。
JP31263892A 1991-12-25 1992-10-29 磁気光学素子の製造方法 Pending JPH0677081A (ja)

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JP35656491 1991-12-25
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008074703A (ja) * 1998-02-20 2008-04-03 Seikoh Giken Co Ltd ビスマス置換型ガーネット厚膜材料
US12105160B2 (en) * 2021-08-20 2024-10-01 Research Institute For Electromagnetic Materials Magneto-optical material and method for producing same

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JP2008074703A (ja) * 1998-02-20 2008-04-03 Seikoh Giken Co Ltd ビスマス置換型ガーネット厚膜材料
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030304