JPH07157400A - 磁性ガーネット及びファラデー回転素子 - Google Patents
磁性ガーネット及びファラデー回転素子Info
- Publication number
- JPH07157400A JPH07157400A JP33980493A JP33980493A JPH07157400A JP H07157400 A JPH07157400 A JP H07157400A JP 33980493 A JP33980493 A JP 33980493A JP 33980493 A JP33980493 A JP 33980493A JP H07157400 A JPH07157400 A JP H07157400A
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- Japan
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- garnet
- magnetic garnet
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 磁性ガーネット材料、これを使用したファラ
デー回転素子、及びこのファラデー回転素子を使用して
反射雑音を除去した光アイソレータにおいて、厚膜化に
よる割れ（クラック）等の結晶性を改善し、光学特性を
低下させること無しに厚膜化可能な単結晶組成を提供す
る。 【構成】 Ｒ3Fe5Ｏ12なる一般式で表され、ＲはTb，L
u，Yb，Biより成る元素であり、各Ｒ(1,4,5,6)パラメー
タは、 16≦Fe2Ｏ3／（Tb4Ｏ7＋Lu2Ｏ3＋Yb2Ｏ3）≦32 0.08≦ガーネット成分の和／メルト成分の和≦0.13 ［但し、ガーネット成分としてBi2Ｏ3を除く］ １≦Tb4Ｏ7／Lu2Ｏ3≦10 0.1≦Yb2Ｏ3／Lu2Ｏ3≦10 を満足する組成を有するBi置換型磁性ガーネット。
デー回転素子、及びこのファラデー回転素子を使用して
反射雑音を除去した光アイソレータにおいて、厚膜化に
よる割れ（クラック）等の結晶性を改善し、光学特性を
低下させること無しに厚膜化可能な単結晶組成を提供す
る。 【構成】 Ｒ3Fe5Ｏ12なる一般式で表され、ＲはTb，L
u，Yb，Biより成る元素であり、各Ｒ(1,4,5,6)パラメー
タは、 16≦Fe2Ｏ3／（Tb4Ｏ7＋Lu2Ｏ3＋Yb2Ｏ3）≦32 0.08≦ガーネット成分の和／メルト成分の和≦0.13 ［但し、ガーネット成分としてBi2Ｏ3を除く］ １≦Tb4Ｏ7／Lu2Ｏ3≦10 0.1≦Yb2Ｏ3／Lu2Ｏ3≦10 を満足する組成を有するBi置換型磁性ガーネット。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ファラデー回転素子を
利用した光アイソレータに用いられる磁性ガーネットに
関するものであり、光サーキュレータ、光・磁界センサ
ー、光スイッチ用としての光学素子としても応用が期待
される磁気光学素子に関するものである。
利用した光アイソレータに用いられる磁性ガーネットに
関するものであり、光サーキュレータ、光・磁界センサ
ー、光スイッチ用としての光学素子としても応用が期待
される磁気光学素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および課題】半導体レーザーを使用した光
通信、光計測機器等における反射雑音の除去のため、光
アイソレータの使用が提案されている。光アイソレータ
は半導体レーザーの光路にファラデー回転素子を挿入
し、反射光の偏光面を元の光の偏光面に対してほぼ90゜
回転させることにより反射光を除去する装置である。す
なわち、ファラデー回転素子は外部磁場の大きさにより
偏光面を回転させる作用がある磁気光学素子であるた
め、素子の厚さ及び外部磁界を調節して透過光の偏光面
を約45゜回転するように調節しておくと、行きと戻りで
偏光面が約90゜回転する。従って、波長が固定されてい
るレーザー光の反射雑音の除去に最適であり、又異なっ
た波長のレーザー光に対して適応できる様に容易に調整
出来る。
通信、光計測機器等における反射雑音の除去のため、光
アイソレータの使用が提案されている。光アイソレータ
は半導体レーザーの光路にファラデー回転素子を挿入
し、反射光の偏光面を元の光の偏光面に対してほぼ90゜
回転させることにより反射光を除去する装置である。す
なわち、ファラデー回転素子は外部磁場の大きさにより
偏光面を回転させる作用がある磁気光学素子であるた
め、素子の厚さ及び外部磁界を調節して透過光の偏光面
を約45゜回転するように調節しておくと、行きと戻りで
偏光面が約90゜回転する。従って、波長が固定されてい
るレーザー光の反射雑音の除去に最適であり、又異なっ
た波長のレーザー光に対して適応できる様に容易に調整
出来る。
【０００３】光アイソレータ用のファラデー回転素子
（磁気光学素子）の主なものにはＹＩＧ系のバルク単結
晶、およびBi置換型希土類鉄ガーネットが知られてい
る。ＹＩＧ系のファラデー回転素子は温度及び光の波長
に対して回転角の変化が小さいという利点を有するもの
の、ファラデー回転能が小さく（ＹＩＧ単結晶で約220゜
／cm）、結晶径が小さく（12mm以下）生産性が悪いとい
った問題がある。このため実用的にはファラデー回転能
が大きく、結晶径を大きくでき、しかも薄型で良いBi置
換型希土類鉄ガーネットが主流となっている。本発明
は、この系統のファラデー回転素子の改良に関する。
（磁気光学素子）の主なものにはＹＩＧ系のバルク単結
晶、およびBi置換型希土類鉄ガーネットが知られてい
る。ＹＩＧ系のファラデー回転素子は温度及び光の波長
に対して回転角の変化が小さいという利点を有するもの
の、ファラデー回転能が小さく（ＹＩＧ単結晶で約220゜
／cm）、結晶径が小さく（12mm以下）生産性が悪いとい
った問題がある。このため実用的にはファラデー回転能
が大きく、結晶径を大きくでき、しかも薄型で良いBi置
換型希土類鉄ガーネットが主流となっている。本発明
は、この系統のファラデー回転素子の改良に関する。
【０００４】しかし、Bi置換型希土類鉄ガーネットは、
ファラデー回転能が大きい反面、回転角の温度変化及び
波長変化が大きくなり、温度や波長の違いにより回転角
に大きな偏差が生じる。この問題を解決するために従来
から様々な提案が成されているが、十分に満足の行くも
のは提案されていない。温度係数を減少する試みとして
は、Biの一部をTb，Dy等により置換する方法がある。こ
れにより回転角の温度係数は減少したが、Biの減少によ
りファラデー回転能が減少し、その分だけ結晶の厚みを
大きくする必要がある。
ファラデー回転能が大きい反面、回転角の温度変化及び
波長変化が大きくなり、温度や波長の違いにより回転角
に大きな偏差が生じる。この問題を解決するために従来
から様々な提案が成されているが、十分に満足の行くも
のは提案されていない。温度係数を減少する試みとして
は、Biの一部をTb，Dy等により置換する方法がある。こ
れにより回転角の温度係数は減少したが、Biの減少によ
りファラデー回転能が減少し、その分だけ結晶の厚みを
大きくする必要がある。
【０００５】Tb等の添加したBi置換型希土類鉄ガーネッ
ト材料は、上記のように厚膜化する必要があるが、ＬＰ
Ｅ法において単結晶育成時、結晶を厚膜化していくと結
晶性が悪化するため、光学特性（透過率）を低下させる
原因となり、又、厚膜化により割れ（クラック）の問題
が生じ、製品の歩留まりが低下し、総合的に製品の歩留
まりを低下させた。すなわち、この種のファラデー回転
素子はＧＧＧ（Gd3Ga6Ｏ12叉はそれらの成分の一部を他
の元素で置換したもの）基板が使用されるが、Tb等を添
加したBi置換型希土類鉄ガーネット材料と基板との熱膨
張係数の差が大きく、例えば200μm以上、特に400μm以
上の厚さに結晶を成長させると外周部に行くほど同心円
状の割れを生じ、表面研磨ののちにも外周部側に溝を残
し、直径約50mm、回転角45゜相当厚さに研磨し、切り出
して採取できる内側部分の面積が限定され、そのため総
合的に歩留まりを減じる。
ト材料は、上記のように厚膜化する必要があるが、ＬＰ
Ｅ法において単結晶育成時、結晶を厚膜化していくと結
晶性が悪化するため、光学特性（透過率）を低下させる
原因となり、又、厚膜化により割れ（クラック）の問題
が生じ、製品の歩留まりが低下し、総合的に製品の歩留
まりを低下させた。すなわち、この種のファラデー回転
素子はＧＧＧ（Gd3Ga6Ｏ12叉はそれらの成分の一部を他
の元素で置換したもの）基板が使用されるが、Tb等を添
加したBi置換型希土類鉄ガーネット材料と基板との熱膨
張係数の差が大きく、例えば200μm以上、特に400μm以
上の厚さに結晶を成長させると外周部に行くほど同心円
状の割れを生じ、表面研磨ののちにも外周部側に溝を残
し、直径約50mm、回転角45゜相当厚さに研磨し、切り出
して採取できる内側部分の面積が限定され、そのため総
合的に歩留まりを減じる。
【０００６】結晶性の改善に有効な方法として、ファラ
デー回転角（θF＝45°）の得られる膜厚を薄くする方
法、Bi置換量を多く、ファラデー回転能を向上させ成膜
時結晶が劣化する前に結晶成長を完了させる方法、また
は、単結晶育成中の結晶核の防止をはかるため、成長温
度を上げるような組成研究等が試みられている。結晶性
の劣化は、成膜時のメルト濃度の不均一、フラックス成
分中のPb、坩堝材質であるPt等、ガーネット成分以外の
物質が結晶中に混入、不純物となってスワール、ピット
発生の要因となっていた。これらから、PbＯ−Bi2Ｏ3−
Ｂ2Ｏ3をフラックスとしたＬＰＥ法（液相エピタキシア
ル法）による単結晶成膜技術は、スワール、ピットが発
生し易い単結晶育成方法である。
デー回転角（θF＝45°）の得られる膜厚を薄くする方
法、Bi置換量を多く、ファラデー回転能を向上させ成膜
時結晶が劣化する前に結晶成長を完了させる方法、また
は、単結晶育成中の結晶核の防止をはかるため、成長温
度を上げるような組成研究等が試みられている。結晶性
の劣化は、成膜時のメルト濃度の不均一、フラックス成
分中のPb、坩堝材質であるPt等、ガーネット成分以外の
物質が結晶中に混入、不純物となってスワール、ピット
発生の要因となっていた。これらから、PbＯ−Bi2Ｏ3−
Ｂ2Ｏ3をフラックスとしたＬＰＥ法（液相エピタキシア
ル法）による単結晶成膜技術は、スワール、ピットが発
生し易い単結晶育成方法である。
【０００７】従って、本発明の目的は、磁性ガーネット
材料、これを使用したファラデー回転素子、及びこのフ
ァラデー回転素子を使用して反射雑音を除去した光アイ
ソレータにおいて、厚膜化による割れ（クラック）等の
結晶性を改善し、光学特性を低下させること無しに厚膜
化可能な単結晶組成を提供するものである。
材料、これを使用したファラデー回転素子、及びこのフ
ァラデー回転素子を使用して反射雑音を除去した光アイ
ソレータにおいて、厚膜化による割れ（クラック）等の
結晶性を改善し、光学特性を低下させること無しに厚膜
化可能な単結晶組成を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の磁性ガーネット
は、Ｒ3Fe5Ｏ12なる一般式で表され、ＲはTb，Lu，Yb，
Biより成る元素であり、各Ｒ(1,4,5,6)パラメータは、 16≦Fe2Ｏ3／（Tb4Ｏ7＋Lu2Ｏ3＋Yb2Ｏ3）≦32 0.08≦ガーネット成分の和／メルト成分の和≦0.13 ［但し、ガーネット成分としてBi2Ｏ3を除く］ １≦Tb4Ｏ7／Lu2Ｏ3≦10 0.1≦Yb2Ｏ3／Lu2Ｏ3≦10 を満足する組成を有するBi置換型磁性ガーネットであ
る。
は、Ｒ3Fe5Ｏ12なる一般式で表され、ＲはTb，Lu，Yb，
Biより成る元素であり、各Ｒ(1,4,5,6)パラメータは、 16≦Fe2Ｏ3／（Tb4Ｏ7＋Lu2Ｏ3＋Yb2Ｏ3）≦32 0.08≦ガーネット成分の和／メルト成分の和≦0.13 ［但し、ガーネット成分としてBi2Ｏ3を除く］ １≦Tb4Ｏ7／Lu2Ｏ3≦10 0.1≦Yb2Ｏ3／Lu2Ｏ3≦10 を満足する組成を有するBi置換型磁性ガーネットであ
る。
【０００９】本発明のファラデー回転素子は上記材料を
使用した光学素子である。又、本発明のアイソレータは
このファラデー回転素子を光学伝送系に組み込んでなる
装置である。
使用した光学素子である。又、本発明のアイソレータは
このファラデー回転素子を光学伝送系に組み込んでなる
装置である。
【００１０】
【作用】本発明によると、膜厚形成、特に550μm以上の
膜を形成しても光学特性を低下することなく、結晶性の
問題（割れ等）が生じないので、品質が安定化し、製品
の歩留まりが向上する。
膜を形成しても光学特性を低下することなく、結晶性の
問題（割れ等）が生じないので、品質が安定化し、製品
の歩留まりが向上する。
【００１１】
【実施例】我々は、鋭意研究した結果、TbLuYbBi系の組
成がBi置換型磁性ガーネットの結晶性改善に有効な元素
であることを見いだした。本組成は磁気光学素子として
の回転角の温度特性も良好（0.05deg／℃以下：Tbの含
有量の効果）である。Bi置換型ガーネットにおいてBi含
有量がファラデー回転角の性能指数と相関があり、Bi置
換量を多くする為、我々は個々の元素のイオン半径に着
目し本組成となった。
成がBi置換型磁性ガーネットの結晶性改善に有効な元素
であることを見いだした。本組成は磁気光学素子として
の回転角の温度特性も良好（0.05deg／℃以下：Tbの含
有量の効果）である。Bi置換型ガーネットにおいてBi含
有量がファラデー回転角の性能指数と相関があり、Bi置
換量を多くする為、我々は個々の元素のイオン半径に着
目し本組成となった。
【００１２】従来より、Tbは希土類鉄ガーネット材料に
おいて、温度特性をよくするための必須元素であるが、
Bi（イオン半径1.02Å）は、希土類元素に比較してイオ
ン半径が大きい（例：Tb：0.92Å）ので、Biがガーネッ
トの結晶構造の希土類サイトに入ると仮定すると、希土
類のイオン半径が大きいとBiの置換量は減少する。つま
り、Ｒ3Fe5Ｏ12なる一般式において、Ｒ3の中にBiを置
換させようとすると、Tbのイオン半径は大きいのでBiの
置換はしにくい。そこで、希土類元素の中でLu（イオン
半径：0.86Å）Yb（イオン半径：0.87Å）のイオン半径
が小さいことを確認し、Tbの一部をイオン半径の小さい
Lu，Ybで置換する事により希土類のイオン半径を小さく
し、Bi置換量を多く出来ることを見いだした。
おいて、温度特性をよくするための必須元素であるが、
Bi（イオン半径1.02Å）は、希土類元素に比較してイオ
ン半径が大きい（例：Tb：0.92Å）ので、Biがガーネッ
トの結晶構造の希土類サイトに入ると仮定すると、希土
類のイオン半径が大きいとBiの置換量は減少する。つま
り、Ｒ3Fe5Ｏ12なる一般式において、Ｒ3の中にBiを置
換させようとすると、Tbのイオン半径は大きいのでBiの
置換はしにくい。そこで、希土類元素の中でLu（イオン
半径：0.86Å）Yb（イオン半径：0.87Å）のイオン半径
が小さいことを確認し、Tbの一部をイオン半径の小さい
Lu，Ybで置換する事により希土類のイオン半径を小さく
し、Bi置換量を多く出来ることを見いだした。
【００１３】ＲパラメータのＲ1として16以下の場合、
成長速度（0.2μｍ／分以下）が遅く生産性が悪い。
又、32以上になると結晶欠陥が多く発生し厚膜化が困難
となる。好ましくは、22〜27が良好である。Ｒ4として
0.08以下の場合、成長温度が低下するため、メルトに結
晶核が発生し結晶性が悪化する。又0.13以上の場合、Bi
置換量が低下する。好ましくは、0.09〜0.12が良好であ
る。Ｒ5として１以下になるとTbの含有量が減少するた
めファラデー回転角の温度特性が低下する。又10以上に
なるとTbのイオン半径が希土類の中では大きいのでBi置
換量が低下する。好ましくは、３〜６が良好である。Ｒ
6として0.1以下になるとLuが多くなることにより結晶欠
陥（スワール、ピット）がガーネット膜に発生し易い。
又、10以上になると、LuよりYbのイオン半径が大きいの
でBi置換量が低下する。好ましくは、１〜3.5が良好で
ある。
成長速度（0.2μｍ／分以下）が遅く生産性が悪い。
又、32以上になると結晶欠陥が多く発生し厚膜化が困難
となる。好ましくは、22〜27が良好である。Ｒ4として
0.08以下の場合、成長温度が低下するため、メルトに結
晶核が発生し結晶性が悪化する。又0.13以上の場合、Bi
置換量が低下する。好ましくは、0.09〜0.12が良好であ
る。Ｒ5として１以下になるとTbの含有量が減少するた
めファラデー回転角の温度特性が低下する。又10以上に
なるとTbのイオン半径が希土類の中では大きいのでBi置
換量が低下する。好ましくは、３〜６が良好である。Ｒ
6として0.1以下になるとLuが多くなることにより結晶欠
陥（スワール、ピット）がガーネット膜に発生し易い。
又、10以上になると、LuよりYbのイオン半径が大きいの
でBi置換量が低下する。好ましくは、１〜3.5が良好で
ある。
【００１４】以下、本発明の実施例に従い詳細に説明す
る。Ｒ3Fe5Ｏ12（Ｒ：Tb，Lu，Yb，Bi）の組成式で表さ
れるBi置換型磁性ガーネットにおいてPbＯ−Bi2Ｏ3−Ｂ
2Ｏ3をフラックスとして使用し、基板として格子定数が
12.496〜12.498のCa−Mg−Zr置換のＳＧＧＧの基板を使
用し、衆知のＬＰＥ法により下記Ｒパラメータで磁性ガ
ーネット膜を成膜した。ついで、各試料の成長膜厚550
μmを作製し、波長1310 nmと1550 nmにおける回転能
（ファラデー回転角45°における膜厚より算出）と結晶
性を評価した。結果を表１に示す。又、表２にＲパラメ
ータが範囲外の例を参考に示す。 Ｒパラメータ： 16≦ Ｒ1＝Fe2Ｏ3／（Tb4Ｏ7＋Lu2Ｏ3＋Yb2Ｏ3） ≦32 0.08≦ Ｒ4＝ガーネット成分の和／メルト成分の和 ≦0.13 （ガーネット成分としてBi2Ｏ3を除く） １≦ Ｒ5＝Tb4Ｏ7／Lu2Ｏ3 ≦10 0.1≦ Ｒ6＝Yb2Ｏ3／Lu2Ｏ3 ≦10
る。Ｒ3Fe5Ｏ12（Ｒ：Tb，Lu，Yb，Bi）の組成式で表さ
れるBi置換型磁性ガーネットにおいてPbＯ−Bi2Ｏ3−Ｂ
2Ｏ3をフラックスとして使用し、基板として格子定数が
12.496〜12.498のCa−Mg−Zr置換のＳＧＧＧの基板を使
用し、衆知のＬＰＥ法により下記Ｒパラメータで磁性ガ
ーネット膜を成膜した。ついで、各試料の成長膜厚550
μmを作製し、波長1310 nmと1550 nmにおける回転能
（ファラデー回転角45°における膜厚より算出）と結晶
性を評価した。結果を表１に示す。又、表２にＲパラメ
ータが範囲外の例を参考に示す。 Ｒパラメータ： 16≦ Ｒ1＝Fe2Ｏ3／（Tb4Ｏ7＋Lu2Ｏ3＋Yb2Ｏ3） ≦32 0.08≦ Ｒ4＝ガーネット成分の和／メルト成分の和 ≦0.13 （ガーネット成分としてBi2Ｏ3を除く） １≦ Ｒ5＝Tb4Ｏ7／Lu2Ｏ3 ≦10 0.1≦ Ｒ6＝Yb2Ｏ3／Lu2Ｏ3 ≦10
【００１５】
【表１】
【００１６】
【表２】
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、Ｒ3Fe5Ｏ12（Ｒ：Tb，
Lu，Yb．Bi）の一般式で表１に示されるBi置換型磁性ガ
ーネット単結晶は結晶性改善に有効であり、磁性ガーネ
ット単結晶の厚膜化が可能となるため、光学特性を低下
させること無しに成膜できるので、歩留り改善につなが
り安価なBi置換型磁性ガーネット単結晶を提供できるも
のである。
Lu，Yb．Bi）の一般式で表１に示されるBi置換型磁性ガ
ーネット単結晶は結晶性改善に有効であり、磁性ガーネ
ット単結晶の厚膜化が可能となるため、光学特性を低下
させること無しに成膜できるので、歩留り改善につなが
り安価なBi置換型磁性ガーネット単結晶を提供できるも
のである。
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｒ3Fe5Ｏ12なる一般式で表され、ＲはT
b，Lu，Yb，Biより成る元素であり、各Ｒ(1,4,5,6)パラ
メータは、 16≦Fe2Ｏ3／（Tb4Ｏ7＋Lu2Ｏ3＋Yb2Ｏ3）≦32 0.08≦ガーネット成分の和／メルト成分の和≦0.13 ［但し、ガーネット成分としてBi2Ｏ3を除く］ １≦Tb4Ｏ7／Lu2Ｏ3≦10 0.1≦Yb2Ｏ3／Lu2Ｏ3≦10 を満足する組成を有することを特徴としたBi置換型磁性
ガーネット - 【請求項２】 Ｒ3Fe5Ｏ12なる一般式で表され、ＲはT
b，Lu，Yb，Biより成る元素であり、各Ｒ(1,4,5,6)パラ
メータは、 16≦Fe2Ｏ3／（Tb4Ｏ7＋Lu2Ｏ3＋Yb2Ｏ3）≦32 0.08≦ガーネット成分の和／メルト成分の和≦0.13 ［但し、ガーネット成分としてBi2Ｏ3を除く］ １≦Tb4Ｏ7／Lu2Ｏ3≦10 0.1≦Yb2Ｏ3／Lu2Ｏ3≦10 を満足する組成を有することを特徴としたファラデー回
転素子 - 【請求項３】 請求項２記載のファラデー回転素子を用
いた光アイソレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33980493A JPH07157400A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 磁性ガーネット及びファラデー回転素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33980493A JPH07157400A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 磁性ガーネット及びファラデー回転素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07157400A true JPH07157400A (ja) | 1995-06-20 |
Family
ID=18330975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33980493A Withdrawn JPH07157400A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | 磁性ガーネット及びファラデー回転素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07157400A (ja) |
Cited By (1)
| 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 |
-
1993
- 1993-12-06 JP JP33980493A patent/JPH07157400A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| 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 |
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| Date | Code | Title | Description |
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