JPH0782164B2 - 磁気光学素子及び磁界測定装置 - Google Patents
磁気光学素子及び磁界測定装置Info
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- JPH0782164B2 JPH0782164B2 JP3095812A JP9581291A JPH0782164B2 JP H0782164 B2 JPH0782164 B2 JP H0782164B2 JP 3095812 A JP3095812 A JP 3095812A JP 9581291 A JP9581291 A JP 9581291A JP H0782164 B2 JPH0782164 B2 JP H0782164B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
- H01F10/18—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
- H01F10/20—Ferrites
- H01F10/24—Garnets
- H01F10/245—Modifications for enhancing interaction with electromagnetic wave energy
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ファラデー効果を有す
る磁気光学素子とそれを用いて磁界を検出し、その磁界
強度を測定する磁界測定装置に関するものである。
る磁気光学素子とそれを用いて磁界を検出し、その磁界
強度を測定する磁界測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁界強度を光を用いて測定する方
法として、ファラデー効果を有する磁気光学素子と光フ
ァイバを組み合わせた磁界測定装置が提案されている
（K.KYUMA et al.,IEEE Journal of Quantum Electroni
cs, Vol. QE-18 No.10 ,1619 (1982))。
法として、ファラデー効果を有する磁気光学素子と光フ
ァイバを組み合わせた磁界測定装置が提案されている
（K.KYUMA et al.,IEEE Journal of Quantum Electroni
cs, Vol. QE-18 No.10 ,1619 (1982))。
【０００３】この磁界測定装置のように電流が流れてい
る導体の周りの磁界強度を測定して電流を検知する方法
は、光を媒体とするために絶縁性が良好であり、電磁誘
導ノイズを受けないなどの特徴を持ち、送配電設備への
適用が考えられている。
る導体の周りの磁界強度を測定して電流を検知する方法
は、光を媒体とするために絶縁性が良好であり、電磁誘
導ノイズを受けないなどの特徴を持ち、送配電設備への
適用が考えられている。
【０００４】図１０にファラデー効果を用いた磁界の測
定方法の原理図を示す。図１０において、磁界Ｈ中に磁
気光学素子１が配置されている。この磁気光学素子１に
偏光子２で直線偏光とされた光を通過させる。ファラデ
ー効果により偏光面は磁界強度Ｈに比例して回転を受け
る。回転を受けた直線偏光は偏光子２と透過偏光方向を
４５度に異ならしめた検光子３を通過し、回転角θの大
きさが光量変化に変換される。そのときの光出力は次式
（数１）で与えらえる。
定方法の原理図を示す。図１０において、磁界Ｈ中に磁
気光学素子１が配置されている。この磁気光学素子１に
偏光子２で直線偏光とされた光を通過させる。ファラデ
ー効果により偏光面は磁界強度Ｈに比例して回転を受け
る。回転を受けた直線偏光は偏光子２と透過偏光方向を
４５度に異ならしめた検光子３を通過し、回転角θの大
きさが光量変化に変換される。そのときの光出力は次式
（数１）で与えらえる。
【０００５】
【数１】
【０００６】ここで、Ｐoutは光出力、Ｋは比例定数、
θはファラデー回転角（度）、Ｌは結晶長（cm）、Ｃは
感度定数で単位は（度／cm・Oe）であり、磁気光学素子
の感度を示すものである。
θはファラデー回転角（度）、Ｌは結晶長（cm）、Ｃは
感度定数で単位は（度／cm・Oe）であり、磁気光学素子
の感度を示すものである。
【０００７】このような原理を応用した磁界測定装置を
用いたものとして、送配電線路における複数点に磁界測
定器を配置して、各測定器からの電気出力を演算器に入
力し、その波形の和あるいは差を取って参照信号とし、
例えば送配電線路における零相電流を検出して事故の判
定を行なうものが提案されている。
用いたものとして、送配電線路における複数点に磁界測
定器を配置して、各測定器からの電気出力を演算器に入
力し、その波形の和あるいは差を取って参照信号とし、
例えば送配電線路における零相電流を検出して事故の判
定を行なうものが提案されている。
【０００８】上述の様な磁界測定装置に用いられている
磁気光学素子として、一般式（化２）で示され、Xの値
が1.0≦X≦1.4、Yの値が0.1≦Y≦0.7である希土類鉄ガ
ーネット結晶が開示されている（特開平1-312483）。こ
の従来の技術においては、ＹをＢｉ置換することにより
ファラデー回転角を大きくして感度を上げ、Ｇｄ置換で
温度特性を改善し、図９に示すように-20℃から+80℃の
温度範囲で感度定数Ｃの温度変化が±2.5％以内となっ
ている。この従来例で用いられている結晶の化学構造式
を（化２）に示す。
磁気光学素子として、一般式（化２）で示され、Xの値
が1.0≦X≦1.4、Yの値が0.1≦Y≦0.7である希土類鉄ガ
ーネット結晶が開示されている（特開平1-312483）。こ
の従来の技術においては、ＹをＢｉ置換することにより
ファラデー回転角を大きくして感度を上げ、Ｇｄ置換で
温度特性を改善し、図９に示すように-20℃から+80℃の
温度範囲で感度定数Ｃの温度変化が±2.5％以内となっ
ている。この従来例で用いられている結晶の化学構造式
を（化２）に示す。
【０００９】
【化２】
【００１０】しかしながら、この磁気光学素子を用いて
磁界測定装置を構成した場合には、測定装置の温度特性
や感度、精度に実用上問題がある。
磁界測定装置を構成した場合には、測定装置の温度特性
や感度、精度に実用上問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたよ
うに、磁界測定装置に用いられる磁気光学素子について
は、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット結晶において、実用上
全く問題のない温度特性を有する磁気光学素子が得られ
ていないのが現状である。また、従来のＢｉ置換希土類
鉄ガーネット結晶では0.8μｍ帯の波長光源を用いる
と、結晶の光吸収損失によって磁界測定装置における出
力光量が小さくなり、ＳＮ比が低下し測定精度が悪くな
るという問題点があった。
うに、磁界測定装置に用いられる磁気光学素子について
は、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット結晶において、実用上
全く問題のない温度特性を有する磁気光学素子が得られ
ていないのが現状である。また、従来のＢｉ置換希土類
鉄ガーネット結晶では0.8μｍ帯の波長光源を用いる
と、結晶の光吸収損失によって磁界測定装置における出
力光量が小さくなり、ＳＮ比が低下し測定精度が悪くな
るという問題点があった。
【００１２】したがって、これまでのＢｉ置換希土類鉄
ガーネット結晶よりも光吸収損失が小さいものを提供す
れば、従来よりもＳＮ比が高くなり測定精度が良くな
る。さらに0.8μｍ帯の短波長光源の使用により、1.3μ
ｍの長波長光源よりもファラデー回転角が大きくなるの
で結晶の感度定数が高くなる。感度定数が高くなれば、
必要な素子の厚みをより薄くすることができるので、エ
ピタキシャル成長法（Liquid Phase Epitaxy法、以下Ｌ
ＰＥ法と称す）や気相成長法を用いた結晶成長の際に成
長時間が短縮される。
ガーネット結晶よりも光吸収損失が小さいものを提供す
れば、従来よりもＳＮ比が高くなり測定精度が良くな
る。さらに0.8μｍ帯の短波長光源の使用により、1.3μ
ｍの長波長光源よりもファラデー回転角が大きくなるの
で結晶の感度定数が高くなる。感度定数が高くなれば、
必要な素子の厚みをより薄くすることができるので、エ
ピタキシャル成長法（Liquid Phase Epitaxy法、以下Ｌ
ＰＥ法と称す）や気相成長法を用いた結晶成長の際に成
長時間が短縮される。
【００１３】本発明はかかる点を鑑みてなされたもので
あり、室温付近での温度変化が実用上問題とならず、さ
らに感度定数が大きく、0.8μｍ帯での光吸収損失の小
さいＢｉ置換希土類鉄ガーネット結晶を実現し、この結
晶を磁気光学素子として用いた磁界測定装置を提供する
ことを目的としている。
あり、室温付近での温度変化が実用上問題とならず、さ
らに感度定数が大きく、0.8μｍ帯での光吸収損失の小
さいＢｉ置換希土類鉄ガーネット結晶を実現し、この結
晶を磁気光学素子として用いた磁界測定装置を提供する
ことを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、一般式（化１）においてXの値を0.8≦X≦
1.3、かつYの値を0.1≦Y≦0.3、かつZの値を0.1≦Z≦1.
0、かつWの値を0.3≦W≦0.8としたＢｉ置換希土類鉄ガ
ーネット結晶を磁気光学素子として提供するものであ
る。
決するため、一般式（化１）においてXの値を0.8≦X≦
1.3、かつYの値を0.1≦Y≦0.3、かつZの値を0.1≦Z≦1.
0、かつWの値を0.3≦W≦0.8としたＢｉ置換希土類鉄ガ
ーネット結晶を磁気光学素子として提供するものであ
る。
【００１５】また、本発明は、上記磁気光学素子を用い
た磁気光学変換部で磁界強度の変化を検知する磁界測定
装置を構成するものである。
た磁気光学変換部で磁界強度の変化を検知する磁界測定
装置を構成するものである。
【００１６】
【作用】本発明は、このような構成によって室温付近の
温度変化が少なく、さらに感度定数が大きく、0.8μｍ
帯での光吸収損失が小さい磁気光学素子を提供するもの
であり、その作用を以下に説明する。
温度変化が少なく、さらに感度定数が大きく、0.8μｍ
帯での光吸収損失が小さい磁気光学素子を提供するもの
であり、その作用を以下に説明する。
【００１７】Ｂｉで置換された希土類鉄ガーネット結晶
のファラデー回転角は、従来のＢｉを含まないものに比
較して１桁程度大きくなる。従って、磁界測定装置用の
磁気光学素子として、できるだけ多くＹをＢｉで置換し
た希土類鉄ガーネット結晶を用いることで磁気光学素子
の感度が大きくなる。さらに、ＹをＧｄで置換すること
によってＢｉで置換されたことによる温度補償をおこな
いその温度特性を改善する。また、0.8μｍ帯での結晶
の光吸収損失を小さくし、結晶の感度定数の室温付近で
の温度変化をより小さくするために、ＦｅをＧａで置換
する。そして、基板に対する格子整合性を高め、成長さ
せる単結晶膜の結晶性をよくするためにＹを少なくとも
１つの希土類元素で置換し、高い温度特性を有するよう
に各元素の組成を調節する。
のファラデー回転角は、従来のＢｉを含まないものに比
較して１桁程度大きくなる。従って、磁界測定装置用の
磁気光学素子として、できるだけ多くＹをＢｉで置換し
た希土類鉄ガーネット結晶を用いることで磁気光学素子
の感度が大きくなる。さらに、ＹをＧｄで置換すること
によってＢｉで置換されたことによる温度補償をおこな
いその温度特性を改善する。また、0.8μｍ帯での結晶
の光吸収損失を小さくし、結晶の感度定数の室温付近で
の温度変化をより小さくするために、ＦｅをＧａで置換
する。そして、基板に対する格子整合性を高め、成長さ
せる単結晶膜の結晶性をよくするためにＹを少なくとも
１つの希土類元素で置換し、高い温度特性を有するよう
に各元素の組成を調節する。
【００１８】
【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。 （実施例１）Ｂｉ2Ｏ3−ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ5系フラックスを
用いてＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ 3Ｇａ5Ｏ12基板上に
一般式（化１）で示されるＢｉ置換希土類鉄ガーネット
結晶をＬＰＥ法で結晶成長した。（表１）に実施例を示
す。数値は各元素に対する組成比を表わす。得られた試
料について、従来の-20℃から+80℃の温度範囲よりも広
い-50℃から+100℃の温度範囲で結晶の感度定数の温度
変化を測定した。その結果を温度特性として示してい
る。（表１）中の温度特性に＃印を付した試料は、本発
明の範囲外のものである。
がら説明する。 （実施例１）Ｂｉ2Ｏ3−ＰｂＯ−Ｂ2Ｏ5系フラックスを
用いてＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ 3Ｇａ5Ｏ12基板上に
一般式（化１）で示されるＢｉ置換希土類鉄ガーネット
結晶をＬＰＥ法で結晶成長した。（表１）に実施例を示
す。数値は各元素に対する組成比を表わす。得られた試
料について、従来の-20℃から+80℃の温度範囲よりも広
い-50℃から+100℃の温度範囲で結晶の感度定数の温度
変化を測定した。その結果を温度特性として示してい
る。（表１）中の温度特性に＃印を付した試料は、本発
明の範囲外のものである。
【００１９】本実施例は、特に0.85μｍ光源を用いたと
きのＢｉ置換希土類鉄ガーネット結晶の感度定数の温度
変化を小さくすることを目的として、ＦｅをＧａで置換
し、それに対応してＹに対するＢｉとＧｄの置換量を調
節した。さらに、成長させた単結晶膜の基板に対する格
子整合性を良くするために、希土類元素の中で最もイオ
ン半径がＢｉに近いＬａをＹに置換し、結晶性の良い磁
界測定装置用の磁気光学素子を実現した。なお、本実施
例では、格子整合性をとるために置換する元素としてＬ
ａを用いた例について記述したが、一般式（化１）のＲ
元素に１種類以上の希土類元素を用いることも可能であ
った。その際、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット結晶の飽和
磁化に対して影響のない非磁性元素であることがより良
好な結果を与える。また、ガーネット結晶基板に格子定
数の異なるＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12結晶
基板以外のものを用いた場合も、格子整合性をとるため
に一般式（化１）のＲ元素に１種類以上の希土類元素を
置換して温度特性の良いＢｉ置換希土類鉄ガーネット結
晶を成長することができた。
きのＢｉ置換希土類鉄ガーネット結晶の感度定数の温度
変化を小さくすることを目的として、ＦｅをＧａで置換
し、それに対応してＹに対するＢｉとＧｄの置換量を調
節した。さらに、成長させた単結晶膜の基板に対する格
子整合性を良くするために、希土類元素の中で最もイオ
ン半径がＢｉに近いＬａをＹに置換し、結晶性の良い磁
界測定装置用の磁気光学素子を実現した。なお、本実施
例では、格子整合性をとるために置換する元素としてＬ
ａを用いた例について記述したが、一般式（化１）のＲ
元素に１種類以上の希土類元素を用いることも可能であ
った。その際、Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット結晶の飽和
磁化に対して影響のない非磁性元素であることがより良
好な結果を与える。また、ガーネット結晶基板に格子定
数の異なるＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12結晶
基板以外のものを用いた場合も、格子整合性をとるため
に一般式（化１）のＲ元素に１種類以上の希土類元素を
置換して温度特性の良いＢｉ置換希土類鉄ガーネット結
晶を成長することができた。
【００２０】この（表１）で＊印を付した試料について
は0.85μｍ光源を用いたときの温度変化の測定データを
図１に示している。図１は、室温の感度定数で規格化し
たものを示している。
は0.85μｍ光源を用いたときの温度変化の測定データを
図１に示している。図１は、室温の感度定数で規格化し
たものを示している。
【００２１】
【表１】
【００２２】本発明の磁気光学素子は、一般式（化１）
で示されるが、結晶組成が、Xの値が0.8≦X≦1.3、かつ
Yの値が0.1≦Y≦0.3、かつZの値が0.1≦Z≦1.0、かつW
の値が0.3≦W≦0.8の範囲では、-50℃から+100℃の温度
範囲で結晶の感度定数の温度変化は±4.0％以内に収ま
っている。比較例として、従来の一般式（化２）で示
され、Xの値が1.0≦X≦1.4、Yの値が0.1≦Y≦0.7である
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット結晶の0.85μｍ光源を用い
たときの感度定数の温度変化を図６に示す。図６の測定
結果をもとに、−50℃〜＋100℃の温度範囲でＧｄ置換
量に対して感度定数の温度変化を示したのが図８であ
る。
で示されるが、結晶組成が、Xの値が0.8≦X≦1.3、かつ
Yの値が0.1≦Y≦0.3、かつZの値が0.1≦Z≦1.0、かつW
の値が0.3≦W≦0.8の範囲では、-50℃から+100℃の温度
範囲で結晶の感度定数の温度変化は±4.0％以内に収ま
っている。比較例として、従来の一般式（化２）で示
され、Xの値が1.0≦X≦1.4、Yの値が0.1≦Y≦0.7である
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット結晶の0.85μｍ光源を用い
たときの感度定数の温度変化を図６に示す。図６の測定
結果をもとに、−50℃〜＋100℃の温度範囲でＧｄ置換
量に対して感度定数の温度変化を示したのが図８であ
る。
【００２３】図８からわかる様に-50℃から+100℃の温
度範囲では、結晶の感度定数の温度変化は±7.0％以内
となっており、本発明の磁気光学素子は、従来例の温度
範囲に比べて実用に耐え得る温度範囲が50℃だけ広が
り、さらに温度変化がよりフラットに改善されているこ
とがわかる。
度範囲では、結晶の感度定数の温度変化は±7.0％以内
となっており、本発明の磁気光学素子は、従来例の温度
範囲に比べて実用に耐え得る温度範囲が50℃だけ広が
り、さらに温度変化がよりフラットに改善されているこ
とがわかる。
【００２４】また、（表１）中の（Ｂｉ1.3Ｇｄ0.1Ｌａ
0.1Ｙ1.5）（Ｆｅ4.4Ｇａ0.6）Ｏ12の試料Ｎｏ.９にお
いては、図２に示すように±0.4％以内という従来にな
い非常に良好な温度特性を示しており、比較例の図７と
比べると-50℃から+100℃の温度範囲で、±1.0％以内か
ら±0.4％以内へと大きく温度特性が改善され、温度に
対して感度定数はほとんど変化しない。なお、この温度
特性の改善は、0.85μｍ光源だけでなく、ガーネット結
晶を透過する他の波長についても認められた。さらに、
以上はＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12基板上に
成長させたものであるが、Ｎｄ3Ｇａ5Ｏ12基板上にも成
長条件を変えて成長し、同様な結果が得られた。また、
気相成長法を用いてこれらの基板上にエピタキシャル成
長させることも可能である。ただし、いずれの成長法に
おいても成長条件によって、一般式（化１）で示され、
その結晶組成においてXの値が0.8≦X≦1.3、かつYの値
が0.1≦Y≦0.3、かつZの値が0.1≦Z≦1.0、かつWの値が
0.3≦W≦0.8の範囲である磁気光学素子が、エピタキシ
ャル成長せずに多結晶体として形成されることもある
が、そのような多結晶体の磁気光学素子でも光吸収損失
が少し大きくなるものの充分に使用可能である。
0.1Ｙ1.5）（Ｆｅ4.4Ｇａ0.6）Ｏ12の試料Ｎｏ.９にお
いては、図２に示すように±0.4％以内という従来にな
い非常に良好な温度特性を示しており、比較例の図７と
比べると-50℃から+100℃の温度範囲で、±1.0％以内か
ら±0.4％以内へと大きく温度特性が改善され、温度に
対して感度定数はほとんど変化しない。なお、この温度
特性の改善は、0.85μｍ光源だけでなく、ガーネット結
晶を透過する他の波長についても認められた。さらに、
以上はＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置換型Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12基板上に
成長させたものであるが、Ｎｄ3Ｇａ5Ｏ12基板上にも成
長条件を変えて成長し、同様な結果が得られた。また、
気相成長法を用いてこれらの基板上にエピタキシャル成
長させることも可能である。ただし、いずれの成長法に
おいても成長条件によって、一般式（化１）で示され、
その結晶組成においてXの値が0.8≦X≦1.3、かつYの値
が0.1≦Y≦0.3、かつZの値が0.1≦Z≦1.0、かつWの値が
0.3≦W≦0.8の範囲である磁気光学素子が、エピタキシ
ャル成長せずに多結晶体として形成されることもある
が、そのような多結晶体の磁気光学素子でも光吸収損失
が少し大きくなるものの充分に使用可能である。
【００２５】この様な良好な結果を得るための基本的な
理論は、次のようなものである。希土類鉄ガーネット結
晶は強磁性体であり、ファラデー効果は図５のようにあ
る一定の磁界で飽和する。磁界測定には、外部磁界に対
して直線的に変化する部分を用いる。この場合、外部磁
界に対する回転角θは、次式（数２）で表わされる。
理論は、次のようなものである。希土類鉄ガーネット結
晶は強磁性体であり、ファラデー効果は図５のようにあ
る一定の磁界で飽和する。磁界測定には、外部磁界に対
して直線的に変化する部分を用いる。この場合、外部磁
界に対する回転角θは、次式（数２）で表わされる。
【００２６】
【数２】
【００２７】ここで、θFはファラデー回転能、Ｍｓは
飽和磁化、Ｌは結晶長を表わす。従って、感度定数Ｃ及
びその温度依存性は、次式（数３）で定義できる。
飽和磁化、Ｌは結晶長を表わす。従って、感度定数Ｃ及
びその温度依存性は、次式（数３）で定義できる。
【００２８】
【数３】
【００２９】（数３）からも判るように、感度定数の温
度変化は、θFとＭｓの双方の温度変化によって決定さ
れる。
度変化は、θFとＭｓの双方の温度変化によって決定さ
れる。
【００３０】従来のＦｅをＧａで置換しない希土類鉄ガ
ーネット結晶（ＢｉXＧｄYＹ3-X-Y）Ｆｅ5Ｏ12よりも、
Ｇａで置換し、Ｇａ置換量に対応してＢｉやＧｄの置換
量を調整した本発明の希土類鉄ガーネット結晶の方が室
温付近でのＭｓ(Ｔ)の温度変化率とθF(Ｔ)の温度変化
率が一致しているので、結晶の感度定数の温度変化がよ
り定数に近づき、温度特性の改善が実現した。
ーネット結晶（ＢｉXＧｄYＹ3-X-Y）Ｆｅ5Ｏ12よりも、
Ｇａで置換し、Ｇａ置換量に対応してＢｉやＧｄの置換
量を調整した本発明の希土類鉄ガーネット結晶の方が室
温付近でのＭｓ(Ｔ)の温度変化率とθF(Ｔ)の温度変化
率が一致しているので、結晶の感度定数の温度変化がよ
り定数に近づき、温度特性の改善が実現した。
【００３１】次に、（表２）に従来例とあわせて希土類
鉄ガーネット結晶の吸収係数と感度定数の測定結果を示
す。ここで、Ｋは吸収係数である。
鉄ガーネット結晶の吸収係数と感度定数の測定結果を示
す。ここで、Ｋは吸収係数である。
【００３２】
【表２】
【００３３】測定結果から、Ｇａ置換によって特に0.8
μｍ帯における吸収係数が小さくなっていることがわか
り、またＦｅが非磁性イオンで置換されることにより飽
和磁化Ｍｓも小さくなるので、（数３）から結晶の感度
定数は大きくなることがわかる。
μｍ帯における吸収係数が小さくなっていることがわか
り、またＦｅが非磁性イオンで置換されることにより飽
和磁化Ｍｓも小さくなるので、（数３）から結晶の感度
定数は大きくなることがわかる。
【００３４】以上説明したように、本実施例によれば、
従来のＦｅをＧａで置換しない（化２）で示される希土
類鉄ガーネット結晶では、磁気光学素子として使用する
ためには100μｍ程度の厚膜が必要であったが、結晶の
感度定数も大きくできたことで膜厚を約半分にすること
ができ、成長時間も短縮し結晶の量産性も大きく改善さ
れた。
従来のＦｅをＧａで置換しない（化２）で示される希土
類鉄ガーネット結晶では、磁気光学素子として使用する
ためには100μｍ程度の厚膜が必要であったが、結晶の
感度定数も大きくできたことで膜厚を約半分にすること
ができ、成長時間も短縮し結晶の量産性も大きく改善さ
れた。
【００３５】さらに、膜厚を薄くできたことで、磁気光
学素子として光吸収損失が小さくなった。従来のＦｅを
Ｇａで置換しない（化２）で示されるＢｉ置換希土類鉄
ガーネット結晶を用いた磁界測定装置では、0.8μｍ帯
の波長光源を使用すると出力光量が小さく測定精度が悪
かったが、本発明の磁気光学素子を用いた磁界測定装置
ではＳＮ比が大きくなり測定精度も改善された。また、
1.3μｍ帯の長波長側に比べて低価格な0.8μｍ帯の短波
長用の発光素子及び受光素子を用いることができ、磁界
測定装置として低価格化も実現することができた。 （実施例２）次に、図４に本発明による磁気光学素子を
用いた磁界測定装置の一実施例を示す。磁気光学素子１
は、（表１）中の試料Ｎｏ.９の（Ｂｉ1.3Ｇｄ0.1Ｌａ
0.1Ｙ 1.5）（Ｆｅ4.4Ｇａ0.6）Ｏ12であり、膜厚43.9μ
ｍのものを用いた。２は磁気光学素子１の端面に設けた
偏光子であり、３は磁気光学素子のもう一方の端面に、
偏光子２に対して透過偏光方向が４５度傾くように設置
した検光子である。偏光子２、検光子３としては、小型
化をはかるためにガラス製の偏光板を用いた。磁気光学
素子１、偏光子２、検光子３より構成される磁気光学変
換部は、測定磁界（Ｈ）中もしくは測定磁界を強くする
ために設けた周回積分コアのギャップ中に配置される。
特に、ガラス製偏光板を偏光子２と検光子３に用いた磁
気光学変換部４は、変換部自体を小型化できるので周回
積分コアのギャップを狭くすることができ、磁界測定装
置の感度を上げることができた。４はレンズであり、磁
気光学変換部に入射する光または磁気光学変換部を透過
した光を平行光源にするためのものである。５は、光伝
送路を形成するオプチカルファイバである。６は光信号
発生手段であり、0.8μｍ帯または1.3μｍ帯のＬＥＤま
たはＬＤを用いる。
学素子として光吸収損失が小さくなった。従来のＦｅを
Ｇａで置換しない（化２）で示されるＢｉ置換希土類鉄
ガーネット結晶を用いた磁界測定装置では、0.8μｍ帯
の波長光源を使用すると出力光量が小さく測定精度が悪
かったが、本発明の磁気光学素子を用いた磁界測定装置
ではＳＮ比が大きくなり測定精度も改善された。また、
1.3μｍ帯の長波長側に比べて低価格な0.8μｍ帯の短波
長用の発光素子及び受光素子を用いることができ、磁界
測定装置として低価格化も実現することができた。 （実施例２）次に、図４に本発明による磁気光学素子を
用いた磁界測定装置の一実施例を示す。磁気光学素子１
は、（表１）中の試料Ｎｏ.９の（Ｂｉ1.3Ｇｄ0.1Ｌａ
0.1Ｙ 1.5）（Ｆｅ4.4Ｇａ0.6）Ｏ12であり、膜厚43.9μ
ｍのものを用いた。２は磁気光学素子１の端面に設けた
偏光子であり、３は磁気光学素子のもう一方の端面に、
偏光子２に対して透過偏光方向が４５度傾くように設置
した検光子である。偏光子２、検光子３としては、小型
化をはかるためにガラス製の偏光板を用いた。磁気光学
素子１、偏光子２、検光子３より構成される磁気光学変
換部は、測定磁界（Ｈ）中もしくは測定磁界を強くする
ために設けた周回積分コアのギャップ中に配置される。
特に、ガラス製偏光板を偏光子２と検光子３に用いた磁
気光学変換部４は、変換部自体を小型化できるので周回
積分コアのギャップを狭くすることができ、磁界測定装
置の感度を上げることができた。４はレンズであり、磁
気光学変換部に入射する光または磁気光学変換部を透過
した光を平行光源にするためのものである。５は、光伝
送路を形成するオプチカルファイバである。６は光信号
発生手段であり、0.8μｍ帯または1.3μｍ帯のＬＥＤま
たはＬＤを用いる。
【００３６】ここで、（Ｂｉ1.3Ｇｄ0.1Ｌａ0.1Ｙ1.5）
（Ｆｅ4.4Ｇａ0.6）Ｏ12の試料Ｎｏ.９の光透過スペク
トルを図３に示す。本発明のＢｉ置換希土類鉄ガーネッ
ト結晶をこのように磁界測定装置として用いたとき、透
過率が35.0%以上必要であり、中心波長が0.8μｍ帯の光
源を用いた場合、1.3μｍ帯の光源を用いるよりもファ
ラデー回転角θFが約４倍も大きくなることから、図３
中の特に斜線部分で示した範囲の0.78μｍから0.90μｍ
に中心波長を持つ光源が、磁界測定装置として必要であ
ることがわかった。そこで、今回は特にλ＝0.85μｍの
ピーク波長を持つＬＥＤを用いた。７は素子１を透過し
た後の光を検知し電気信号に変換する検知手段であり、
Ｇｅ−ＰＤ、Ｓｉ ＰＩＮ−ＰＤ等を用いるが、今回は
0.85μｍのＬＥＤを用いたので、Ｓｉ ＰＩＮ−ＰＤを
用いた。８は電気回路である。このような構成におい
て、磁界強度を測定したところ、120 Oe以下の磁界を周
囲温度-50℃から+100℃の温度範囲で、測定感度の変化
が従来にない±0.5％以下の高い精度で測定することが
できた。なお、本実施例では偏光子２及び検光子３をガ
ラス製偏光板としたが、グラントンプソンプリズムや偏
光ビームスプリッタを用いることも可能である。
（Ｆｅ4.4Ｇａ0.6）Ｏ12の試料Ｎｏ.９の光透過スペク
トルを図３に示す。本発明のＢｉ置換希土類鉄ガーネッ
ト結晶をこのように磁界測定装置として用いたとき、透
過率が35.0%以上必要であり、中心波長が0.8μｍ帯の光
源を用いた場合、1.3μｍ帯の光源を用いるよりもファ
ラデー回転角θFが約４倍も大きくなることから、図３
中の特に斜線部分で示した範囲の0.78μｍから0.90μｍ
に中心波長を持つ光源が、磁界測定装置として必要であ
ることがわかった。そこで、今回は特にλ＝0.85μｍの
ピーク波長を持つＬＥＤを用いた。７は素子１を透過し
た後の光を検知し電気信号に変換する検知手段であり、
Ｇｅ−ＰＤ、Ｓｉ ＰＩＮ−ＰＤ等を用いるが、今回は
0.85μｍのＬＥＤを用いたので、Ｓｉ ＰＩＮ−ＰＤを
用いた。８は電気回路である。このような構成におい
て、磁界強度を測定したところ、120 Oe以下の磁界を周
囲温度-50℃から+100℃の温度範囲で、測定感度の変化
が従来にない±0.5％以下の高い精度で測定することが
できた。なお、本実施例では偏光子２及び検光子３をガ
ラス製偏光板としたが、グラントンプソンプリズムや偏
光ビームスプリッタを用いることも可能である。
【００３７】
【発明の効果】以上述べてきたことから明かな様に、本
発明の磁気光学素子とそれを用いた磁界測定装置によれ
ば、従来にない広い温度範囲にわたって室温付近の温度
変化に全く影響されずに、磁界強度を感度良くかつ高精
度に測定することが可能となり、また低価格化も実現さ
れ、その工業的価値は大なるものである。
発明の磁気光学素子とそれを用いた磁界測定装置によれ
ば、従来にない広い温度範囲にわたって室温付近の温度
変化に全く影響されずに、磁界強度を感度良くかつ高精
度に測定することが可能となり、また低価格化も実現さ
れ、その工業的価値は大なるものである。
【図１】本発明による磁気光学素子の感度定数の温度変
化を示す図である。
化を示す図である。
【図２】本発明による磁気光学素子のなかで感度定数の
温度変化が最も小さい磁気光学素子の温度特性を示す図
である。
温度変化が最も小さい磁気光学素子の温度特性を示す図
である。
【図３】本発明による磁気光学素子の透過スペクトルを
示す図である。
示す図である。
【図４】本発明による磁気光学素子を用いた磁界測定装
置の実施例の概略図である。
置の実施例の概略図である。
【図５】Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット結晶のファラデー
効果を説明する図である。
効果を説明する図である。
【図６】従来の（ＢｉＧｄＹ）ＩＧ結晶の感度定数の温
度変化を示す図である。
度変化を示す図である。
【図７】従来の（ＢｉＧｄＹ）ＩＧ結晶のなかで感度定
数の温度変化が最も小さいＢｉ置換希土類鉄ガーネット
結晶の温度特性を示す図である。
数の温度変化が最も小さいＢｉ置換希土類鉄ガーネット
結晶の温度特性を示す図である。
【図８】従来の（ＢｉＧｄＹ）ＩＧ結晶の−50℃〜＋10
0℃の温度範囲における感度定数の温度変化をＧｄ置換
量に対して示した図である。
0℃の温度範囲における感度定数の温度変化をＧｄ置換
量に対して示した図である。
【図９】従来の（ＢｉＧｄＹ）ＩＧ結晶の−20℃〜＋80
℃の温度範囲における感度定数の温度変化をＧｄ置換量
に対して示した図である。
℃の温度範囲における感度定数の温度変化をＧｄ置換量
に対して示した図である。
【図１０】ファラデー効果を用いた磁界の測定原理を示
す図である。
す図である。
１ 磁気光学素子 ２ 偏光子 ３ 検光子 ４ レンズ ５ オプティカルファイバ ６ 光源 ７ 光検出器 ８ 信号処理部
Claims (5)
- 【請求項１】下記一般式（化１）で示されるＢｉ置換希
土類鉄ガーネット結晶において、Xの値を0.8≦X≦1.3か
つYの値を0.1≦Y≦0.3かつZの値を0.1≦Z≦1.0かつWの
値を0.3≦W≦0.8としたことを特徴とする磁気光学素
子。 【化１】 - 【請求項２】Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット結晶を、ガー
ネット結晶基板上にエピタキシャル成長させて形成する
ことを特徴とする請求項１記載の磁気光学素子。 - 【請求項３】ガーネット結晶基板がＣａ−Ｍｇ−Ｚｒ置
換型Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12基板またはＮｄ3Ｇａ5Ｏ12基板であ
ることを特徴とする請求項１または２記載の磁気光学素
子。 - 【請求項４】偏光子と、前記偏光子に対して、透過偏光
方向を互いに異ならしめた検光子と、前記偏光子と前記
検光子の間に配置され、一般式が（化１）で示される請
求項１記載の磁気光学素子とからなる磁気光学変換部
と、前記磁気光学素子の一端に、前記偏光子をはさんで
設けられた第１の光伝送路と、前記第１の光伝送路に光
を入射する光発生手段と、前記磁気光学素子の一端であ
って、前記第１の光伝送路に対向する面に、前記検光子
をはさんで設けられた第２の光伝送路と、前記第２の光
伝送路からの光出力を検知し、電気信号に変換する光検
知手段と、前記光検知手段からの電気信号を処理する信
号処理部を備え、前記磁気光学変換部を磁界中に配置
し、前記信号処理部が、前記入射光が前記磁気光学変換
部を透過することでおこる出力光の強度変化を検出する
ことにより、磁界強度を測定することを特徴とする磁界
測定装置。 - 【請求項５】光発生手段は、波長0.78μｍから0.90μｍ
の間に発光ピーク波長を持つ光を用いることを特徴とす
る請求項４記載の磁界測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3095812A JPH0782164B2 (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 磁気光学素子及び磁界測定装置 |
| DE69226394T DE69226394T2 (de) | 1991-04-25 | 1992-04-23 | Magnetooptisches Element und Magnetfeldmessgerät |
| EP92106901A EP0510621B1 (en) | 1991-04-25 | 1992-04-23 | Magneto-optical element and magnetic field measurement apparatus |
| KR1019920006943A KR970000907B1 (ko) | 1991-04-25 | 1992-04-24 | 자기광학소자 및 자계측정장치 |
| US07/873,211 US5212446A (en) | 1991-04-25 | 1992-04-24 | Magneto-optical element and magnetic field measurement apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3095812A JPH0782164B2 (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 磁気光学素子及び磁界測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324817A JPH04324817A (ja) | 1992-11-13 |
| JPH0782164B2 true JPH0782164B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=14147840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3095812A Expired - Fee Related JPH0782164B2 (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 磁気光学素子及び磁界測定装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5212446A (ja) |
| EP (1) | EP0510621B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0782164B2 (ja) |
| KR (1) | KR970000907B1 (ja) |
| DE (1) | DE69226394T2 (ja) |
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| JPH05333124A (ja) * | 1992-06-03 | 1993-12-17 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 反射型光磁界センサヘッド |
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| US5485079A (en) * | 1993-03-29 | 1996-01-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magneto-optical element and optical magnetic field sensor |
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| JP3458865B2 (ja) * | 1994-05-23 | 2003-10-20 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 低飽和磁界ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶、および、その用途 |
| US5502373A (en) * | 1994-06-15 | 1996-03-26 | Eaton Corporation | Magneto-optical current measurement apparatus |
| JP3490143B2 (ja) * | 1994-07-01 | 2004-01-26 | 信越化学工業株式会社 | 酸化物ガーネット単結晶 |
| JP3193945B2 (ja) * | 1995-03-17 | 2001-07-30 | 松下電器産業株式会社 | 磁気光学素子及び光磁界センサ |
| JP3667827B2 (ja) * | 1995-08-29 | 2005-07-06 | 富士通株式会社 | ファラデー回転子 |
| JP3153452B2 (ja) * | 1995-11-17 | 2001-04-09 | 松下電器産業株式会社 | 光磁界センサ |
| JPH09230013A (ja) * | 1996-02-21 | 1997-09-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光磁界センサプローブ及び磁気光学素子 |
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| JP3773601B2 (ja) * | 1996-09-18 | 2006-05-10 | 富士通株式会社 | ファラデー回転子 |
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| CN101458312B (zh) * | 2009-01-04 | 2012-07-11 | 上海舜宇海逸光电技术有限公司 | 光纤磁光探测装置 |
| US8427929B2 (en) | 2010-09-08 | 2013-04-23 | Infinitum Solutions, Inc. | Sub-optical-resolution kerr signal detection for perpendicular write-head characterization |
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| EP0510621A3 (en) | 1993-12-08 |
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| US5212446A (en) | 1993-05-18 |
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