JPH08208392A - 磁気光学素子 - Google Patents
磁気光学素子Info
- Publication number
- JPH08208392A JPH08208392A JP2742095A JP2742095A JPH08208392A JP H08208392 A JPH08208392 A JP H08208392A JP 2742095 A JP2742095 A JP 2742095A JP 2742095 A JP2742095 A JP 2742095A JP H08208392 A JPH08208392 A JP H08208392A
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- optical
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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磁気光学素子を提供
するものである。 【構成】 Ｒ1XBiYFe5Ｏ12の一般式（Ｒ1：Ｙを含む希
土類元素の１つまたは２つ以上の元素）で表されるBi置
換型磁性ガーネット単結晶において、非磁性基板の結晶
方位を＜１１１＞の面より15〜45°傾けて研磨した後育
成するようにし、成長した磁気光学素子を15〜45°傾け
て研磨して製造する。
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磁気光学素子を提供
するものである。 【構成】 Ｒ1XBiYFe5Ｏ12の一般式（Ｒ1：Ｙを含む希
土類元素の１つまたは２つ以上の元素）で表されるBi置
換型磁性ガーネット単結晶において、非磁性基板の結晶
方位を＜１１１＞の面より15〜45°傾けて研磨した後育
成するようにし、成長した磁気光学素子を15〜45°傾け
て研磨して製造する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ファラデー効果を利用
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。
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、この種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、この種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（液相エピタキシャ
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（液相エピタキシャ
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】〔目的〕上記問題点に鑑み、本発明は、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磁気光学素子を提供するもの
である。
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磁気光学素子を提供するもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気光学素子
は、Ｒ1XBiYFe5Ｏ12の一般式（Ｒ1：Ｙを含む希土類元
素の１つまたは２つ以上の元素）で表されるBi置換型磁
性ガーネット単結晶において、非磁性基板の結晶方位を
＜１１１＞の面より15〜45°傾けて研磨した後育成する
ようにし、さらに、成長した磁気光学素子を15〜45°傾
けて研磨して製造するようにしたものである。
は、Ｒ1XBiYFe5Ｏ12の一般式（Ｒ1：Ｙを含む希土類元
素の１つまたは２つ以上の元素）で表されるBi置換型磁
性ガーネット単結晶において、非磁性基板の結晶方位を
＜１１１＞の面より15〜45°傾けて研磨した後育成する
ようにし、さらに、成長した磁気光学素子を15〜45°傾
けて研磨して製造するようにしたものである。
【０００９】
【作用】本発明によるＲ1XBiYFe5Ｏ12（Ｒ1：Ｙを含む
１つまたは２つ以上の希土類元素）の組成式で表される
Bi置換型磁性ガーネット単結晶は、非磁性基板の結晶方
位を＜１１１＞より15〜45°傾けて研磨した後育成した
Bi置換型磁性ガーネット単結晶であり、成長膜厚を従来
の＜１１１＞成長面より15〜45°傾けて研磨することに
より薄膜成長で所定の磁気光学効果がえられる。
１つまたは２つ以上の希土類元素）の組成式で表される
Bi置換型磁性ガーネット単結晶は、非磁性基板の結晶方
位を＜１１１＞より15〜45°傾けて研磨した後育成した
Bi置換型磁性ガーネット単結晶であり、成長膜厚を従来
の＜１１１＞成長面より15〜45°傾けて研磨することに
より薄膜成長で所定の磁気光学効果がえられる。
【００１０】
【実施例】我々は、鋭意研究した結果、Ｒ1XBiYFe5Ｏ12
（Ｒ1：Ｙを含む１つまたは２つ以上の希土類元素）の
組成において、非磁性基板の結晶方位を＜１１１＞より
30°傾けて研磨することにより育成されたBi置換型磁性
ガーネット単結晶も＜１１１＞より30°傾斜して育成さ
れる。得られたBi置換型磁性ガーネット単結晶を同様に
30°傾けて研磨することにより従来の＜１１１＞成長面
の所定膜厚に対して15％膜を薄くでき、結果として成長
膜厚を従来より15％薄く育成可能となるため結晶性の良
好な膜が得られるため歩留まりの改善となる。
（Ｒ1：Ｙを含む１つまたは２つ以上の希土類元素）の
組成において、非磁性基板の結晶方位を＜１１１＞より
30°傾けて研磨することにより育成されたBi置換型磁性
ガーネット単結晶も＜１１１＞より30°傾斜して育成さ
れる。得られたBi置換型磁性ガーネット単結晶を同様に
30°傾けて研磨することにより従来の＜１１１＞成長面
の所定膜厚に対して15％膜を薄くでき、結果として成長
膜厚を従来より15％薄く育成可能となるため結晶性の良
好な膜が得られるため歩留まりの改善となる。
【００１１】目的とする磁性ガーネット単結晶を得る場
合に、非磁性基板としてはＧＧＧ、CaMgZr置換型ＧＧ
Ｇ、ＧＳＧＧ、ＧＬＧＧ、Ｒ3Ga5Ｏ12（Ｒ：Ｙを含む希
土類元素）の組成式で表される酸化物単結晶であれば本
発明は適用可能である。結晶方位を＜１１１＞としたの
は、磁性ガーネット単結晶の飽和磁場が、結晶方位で最
も低い磁場で磁性ガーネット単結晶を飽和させることか
ら＜１１１＞と限定した。
合に、非磁性基板としてはＧＧＧ、CaMgZr置換型ＧＧ
Ｇ、ＧＳＧＧ、ＧＬＧＧ、Ｒ3Ga5Ｏ12（Ｒ：Ｙを含む希
土類元素）の組成式で表される酸化物単結晶であれば本
発明は適用可能である。結晶方位を＜１１１＞としたの
は、磁性ガーネット単結晶の飽和磁場が、結晶方位で最
も低い磁場で磁性ガーネット単結晶を飽和させることか
ら＜１１１＞と限定した。
【００１２】磁気光学素子として利用する場合、飽和磁
場が小さいとセンサー、アイソレータ、サーキュレータ
等の小型化，薄型化が可能となり有効である。傾斜角度
は、ＣＺ法で得られた非磁性基板の形状より、15°以下
では磁性ガーネット単結晶の成長膜厚効果がない。ま
た、45°以上になると非磁性基板の歩留まりが悪い。よ
って傾斜角度は15°〜45°が好ましい。
場が小さいとセンサー、アイソレータ、サーキュレータ
等の小型化，薄型化が可能となり有効である。傾斜角度
は、ＣＺ法で得られた非磁性基板の形状より、15°以下
では磁性ガーネット単結晶の成長膜厚効果がない。ま
た、45°以上になると非磁性基板の歩留まりが悪い。よ
って傾斜角度は15°〜45°が好ましい。
【００１３】非磁性基板としてCaMgZr置換型ＧＧＧを、
＜１１１＞面より30°傾けて研磨した後、Bi2Ｏ3−PbＯ
−Ｂ2Ｏ3をフラックスとして、ＬＰＥ法により（TbLuB
i）3Fe5Ｏ12の組成式になるよう調合、成膜したのち、3
0°傾けて研磨し、厚み方向が＜１１１＞面になるよう
研磨して、波長λ=1.55μm用のファラデー素子を作製し
た。
＜１１１＞面より30°傾けて研磨した後、Bi2Ｏ3−PbＯ
−Ｂ2Ｏ3をフラックスとして、ＬＰＥ法により（TbLuB
i）3Fe5Ｏ12の組成式になるよう調合、成膜したのち、3
0°傾けて研磨し、厚み方向が＜１１１＞面になるよう
研磨して、波長λ=1.55μm用のファラデー素子を作製し
た。
【００１４】同様に、非磁性基板としてCaMgZr置換型Ｇ
ＧＧの結晶方位＜１１１＞面に、Bi 2Ｏ3−PbＯ−Ｂ2Ｏ3
をフラックスとして、ＬＰＥ法により（TbLuBi）3Fe5Ｏ
12の組成式になるよう調合、成膜したのち研磨して、波
長λ=1.55μm用のファラデー素子を作製した。ついで、
この本発明と従来例との結晶性を評価した結果を表１に
示す。
ＧＧの結晶方位＜１１１＞面に、Bi 2Ｏ3−PbＯ−Ｂ2Ｏ3
をフラックスとして、ＬＰＥ法により（TbLuBi）3Fe5Ｏ
12の組成式になるよう調合、成膜したのち研磨して、波
長λ=1.55μm用のファラデー素子を作製した。ついで、
この本発明と従来例との結晶性を評価した結果を表１に
示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】上記結果より、本発明により磁気光学素子
としての必要膜厚が薄くできるため歩留まりが改善され
る。本発明はBi置換型磁性ガーネット単結晶であれば組
成を限定するものでない。他の希土類を用いた磁性ガー
ネット単結晶の場合も同様な効果が得られた。
としての必要膜厚が薄くできるため歩留まりが改善され
る。本発明はBi置換型磁性ガーネット単結晶であれば組
成を限定するものでない。他の希土類を用いた磁性ガー
ネット単結晶の場合も同様な効果が得られた。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、Ｒ1XBiYFe5Ｏ12で表さ
れるBi置換型磁性ガーネット単結晶（Ｒ1：Ｙを含む１
つまたは２つ以上の希土類金属）は、非磁性基板の＜１
１１＞面を15〜45°傾けて研磨した後、育成した磁性ガ
ーネット単結晶も同時に＜１１１＞面に対して15〜45°
傾けて研磨した場合、成長膜厚を薄く育成でき、結晶性
の改善、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。
れるBi置換型磁性ガーネット単結晶（Ｒ1：Ｙを含む１
つまたは２つ以上の希土類金属）は、非磁性基板の＜１
１１＞面を15〜45°傾けて研磨した後、育成した磁性ガ
ーネット単結晶も同時に＜１１１＞面に対して15〜45°
傾けて研磨した場合、成長膜厚を薄く育成でき、結晶性
の改善、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 (2)
- 【請求項１】 Ｒ1XBiYFe5Ｏ12の一般式（Ｒ1：Ｙを含
む希土類元素の１つまたは２つ以上の元素）で表される
Bi置換型磁性ガーネット単結晶において、非磁性基板の
結晶方位を＜１１１＞の面より15〜45°傾けて研磨した
後育成するようにしたことを特徴とする磁気光学素子。 - 【請求項２】請求項１記載の磁気光学素子を15〜45°傾
けて研磨して製造したことを特徴とする磁気光学素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2742095A JPH08208392A (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | 磁気光学素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2742095A JPH08208392A (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | 磁気光学素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08208392A true JPH08208392A (ja) | 1996-08-13 |
Family
ID=12220613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2742095A Withdrawn JPH08208392A (ja) | 1995-01-24 | 1995-01-24 | 磁気光学素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08208392A (ja) |
-
1995
- 1995-01-24 JP JP2742095A patent/JPH08208392A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020402 |