JPH08290997A - ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶 - Google Patents
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶Info
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- JPH08290997A JPH08290997A JP9241095A JP9241095A JPH08290997A JP H08290997 A JPH08290997 A JP H08290997A JP 9241095 A JP9241095 A JP 9241095A JP 9241095 A JP9241095 A JP 9241095A JP H08290997 A JPH08290997 A JP H08290997A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長0.95μｍ〜1.1 μｍの光アイソレータ用
ファラデー回転素子として低損失なビスマス置換鉄ガー
ネット単結晶を提供する。 【構成】 液相エピタキシャル法により格子定数が 12.
64Å〜12.79 Åの非磁性ガーネット単結晶基板上に一般
式が La3-xBixFe5-yMyO12 (MはIn, Sc,Ga, Alの群から
なる少なくとも１種で 0.8≦ｘ≦1.8, 0≦ｙ≦1.0)であ
るビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成する。 【効果】 波長0.95μｍ〜1.1 μｍの光アイソレータ用
ファラデー回転素子として従来よりも低損失なビスマス
置換鉄ガーネット単結晶が得られた。
ファラデー回転素子として低損失なビスマス置換鉄ガー
ネット単結晶を提供する。 【構成】 液相エピタキシャル法により格子定数が 12.
64Å〜12.79 Åの非磁性ガーネット単結晶基板上に一般
式が La3-xBixFe5-yMyO12 (MはIn, Sc,Ga, Alの群から
なる少なくとも１種で 0.8≦ｘ≦1.8, 0≦ｙ≦1.0)であ
るビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶を育成する。 【効果】 波長0.95μｍ〜1.1 μｍの光アイソレータ用
ファラデー回転素子として従来よりも低損失なビスマス
置換鉄ガーネット単結晶が得られた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光アイソレータ用ファ
ラデー回転子に関し、特に、波長１μｍ帯用のファラデ
ー回転子として好適なビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶に関する。
ラデー回転子に関し、特に、波長１μｍ帯用のファラデ
ー回転子として好適なビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザは、光応用機器あるいは光通信な
どのコヒーレントな光源として広く利用されているが、
レーザから放出された光が光学系などによって反射され
て再びこのレーザに戻ると、レーザ発振が不安定になる
という欠点がある。特に半導体レーザと固体レーザでは
大きな問題となっている。
どのコヒーレントな光源として広く利用されているが、
レーザから放出された光が光学系などによって反射され
て再びこのレーザに戻ると、レーザ発振が不安定になる
という欠点がある。特に半導体レーザと固体レーザでは
大きな問題となっている。
【０００３】この問題に対処するために、レーザの光出
力側に光アイソレータを設け、レーザから放出された光
が戻らないように光路を設定することが行われている。
光アイソレータは偏光素子とファラデー回転子、および
ファラデー回転子を磁気的に飽和させるための永久磁石
からなる。光アイソレータ用ファラデー回転子として
は、液相エピタキシャル（以下「ＬＰＥ」と記す）法で
育成される厚さが、数十μｍ以上のビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶（一般式R3-xBixFe5O12で示され、R
は希土類を表す）が用いられている。
力側に光アイソレータを設け、レーザから放出された光
が戻らないように光路を設定することが行われている。
光アイソレータは偏光素子とファラデー回転子、および
ファラデー回転子を磁気的に飽和させるための永久磁石
からなる。光アイソレータ用ファラデー回転子として
は、液相エピタキシャル（以下「ＬＰＥ」と記す）法で
育成される厚さが、数十μｍ以上のビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶（一般式R3-xBixFe5O12で示され、R
は希土類を表す）が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶は 1.2μｍ以上の近赤外領域で優れた
透明性と大きなファラデー効果を示す優れた材料であり
実際、光ファイバ通信で実用化されている波長1.31μｍ
や1.55μｍにおける損失は、0.1dB 以下が達成されてい
る。しかしながら 1.3μｍ帯よりもさらに短い１μｍ前
後の波長では光吸収損失が大きくなるという問題があっ
た。現在実用化されているビスマス置換希土類鉄ガーネ
ット単結晶、例えば (HoTbBi)3Fe5O12の波長 1.064μｍ
における損失は、おおよそ１dBである。１μｍ帯で光吸
収が大きくなるのは 0.9μｍ付近にある鉄の吸収ピーク
に起因する。
ガーネット単結晶は 1.2μｍ以上の近赤外領域で優れた
透明性と大きなファラデー効果を示す優れた材料であり
実際、光ファイバ通信で実用化されている波長1.31μｍ
や1.55μｍにおける損失は、0.1dB 以下が達成されてい
る。しかしながら 1.3μｍ帯よりもさらに短い１μｍ前
後の波長では光吸収損失が大きくなるという問題があっ
た。現在実用化されているビスマス置換希土類鉄ガーネ
ット単結晶、例えば (HoTbBi)3Fe5O12の波長 1.064μｍ
における損失は、おおよそ１dBである。１μｍ帯で光吸
収が大きくなるのは 0.9μｍ付近にある鉄の吸収ピーク
に起因する。
【０００５】１μｍ帯が重要視されるのは、固体レーザ
の発振波長がこの領域に属するためである。具体的に
は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG) レ
ーザの1.064μｍ、ガドリニウム・スカンジウム・ガリ
ウム・ガーネット(GSGG)レーザの 1.05μｍなどであ
る。これら固体レーザの出力パワーは非常に大きく、そ
のためファラデー回転子での吸収損失が大きいと、ファ
ラデー回転子が吸収熱で損傷を受けるという重大な課題
があった。
の発振波長がこの領域に属するためである。具体的に
は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG) レ
ーザの1.064μｍ、ガドリニウム・スカンジウム・ガリ
ウム・ガーネット(GSGG)レーザの 1.05μｍなどであ
る。これら固体レーザの出力パワーは非常に大きく、そ
のためファラデー回転子での吸収損失が大きいと、ファ
ラデー回転子が吸収熱で損傷を受けるという重大な課題
があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、波長１μ
ｍ帯、具体的には0.95μｍ〜1.1 μｍ用の低損失なビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶を提供すべく鋭意検
討を重ね、本発明を完成した。すなわち、本発明は、液
相エピタキシャル法により格子定数が 12.64Å〜12.79
Åの非磁性ガーネット単結晶基板上に育成されたビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶であって、一般式 L
a3-xBixFe5-yMyO12 (MはIn, Sc, Ga, Alの群からなる少
なくとも１種で 0.8≦ｘ≦1.8, 0≦ｙ≦1.0)であること
を特長とするファラデー回転子用のビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶である。
ｍ帯、具体的には0.95μｍ〜1.1 μｍ用の低損失なビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶を提供すべく鋭意検
討を重ね、本発明を完成した。すなわち、本発明は、液
相エピタキシャル法により格子定数が 12.64Å〜12.79
Åの非磁性ガーネット単結晶基板上に育成されたビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶であって、一般式 L
a3-xBixFe5-yMyO12 (MはIn, Sc, Ga, Alの群からなる少
なくとも１種で 0.8≦ｘ≦1.8, 0≦ｙ≦1.0)であること
を特長とするファラデー回転子用のビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶である。
【０００７】本発明を実施するとき、基板の格子定数は
12.64Å〜12.79 Åが好ましい。基板上に育成されるビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の格子定数は、本
質的に基板の格子定数と整合させる必要があり、その意
味では、格子定数が 12.64Å〜12.79 Åの La3-xBixFe
5-yMyO12 (MはIn, Sc, Ga, Alの群からなる少なくとも
１種で 0.8≦ｘ≦1.8, 0≦ｙ≦1.0)が好ましい、とも言
い換えることができる。基板の格子定数が 12.64Å以下
になると、１μｍ帯の吸収損失が、従来のビスマス置換
希土類鉄ガーネット単結晶の損失レベルと大差無い値に
なるので好ましくない。
12.64Å〜12.79 Åが好ましい。基板上に育成されるビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の格子定数は、本
質的に基板の格子定数と整合させる必要があり、その意
味では、格子定数が 12.64Å〜12.79 Åの La3-xBixFe
5-yMyO12 (MはIn, Sc, Ga, Alの群からなる少なくとも
１種で 0.8≦ｘ≦1.8, 0≦ｙ≦1.0)が好ましい、とも言
い換えることができる。基板の格子定数が 12.64Å以下
になると、１μｍ帯の吸収損失が、従来のビスマス置換
希土類鉄ガーネット単結晶の損失レベルと大差無い値に
なるので好ましくない。
【０００８】本発明を実施するとき、ビスマス置換量ｘ
は 0.8以上 1.8以下が好ましい。ｘが 0.8未満ではファ
ラデー効果が低下するので好ましくない。また、ｘが
1.8を越えると、結晶成長中に微結晶が析出し所定の厚
さのビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が得られな
くなるという不都合を生じる。本発明を実施するとき、
ｙは１以下が好ましい。１以上になるとファラデー効果
が低下するので好ましくない。
は 0.8以上 1.8以下が好ましい。ｘが 0.8未満ではファ
ラデー効果が低下するので好ましくない。また、ｘが
1.8を越えると、結晶成長中に微結晶が析出し所定の厚
さのビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が得られな
くなるという不都合を生じる。本発明を実施するとき、
ｙは１以下が好ましい。１以上になるとファラデー効果
が低下するので好ましくない。
【０００９】本発明を実施するとき、液相エピタキシャ
ル成長用のフラックス成分は酸化鉛(PbO) 、酸化ビスマ
ス(Bi2O3) 、酸化ほう素(B2O3)で構成するのが好適であ
る。本発明を実施するとき、液相エピタキシャル成長温
度に特に制限はないが、通常一般に行われているビスマ
ス置換ガーネット単結晶育成温度である 650℃〜800 ℃
の範囲で、適宜選択するのが好ましい。以下、本発明を
実施例によって、その実施態様と効果を具体的に、かつ
詳細に説明するが、以下の例は、具体的に説明するため
のものであって、本発明の実施態様や発明の範囲を限定
するものとしては意図されていない。
ル成長用のフラックス成分は酸化鉛(PbO) 、酸化ビスマ
ス(Bi2O3) 、酸化ほう素(B2O3)で構成するのが好適であ
る。本発明を実施するとき、液相エピタキシャル成長温
度に特に制限はないが、通常一般に行われているビスマ
ス置換ガーネット単結晶育成温度である 650℃〜800 ℃
の範囲で、適宜選択するのが好ましい。以下、本発明を
実施例によって、その実施態様と効果を具体的に、かつ
詳細に説明するが、以下の例は、具体的に説明するため
のものであって、本発明の実施態様や発明の範囲を限定
するものとしては意図されていない。
【００１０】
実施例１ 先ず、容量 1000ml(ミリリットル) の白金製ルツボに、酸化鉛
(PbO) 2,000g、酸化ビスマス(Bi2O3）2,300g、酸化第二
鉄(Fe2O3) 300g、酸化ほう素(B2O3) 83g、酸化ランタン
(La2O3) 30g を仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の
所定の位置に設置し、1000℃に加熱して溶融し、十分に
攪拌して均一に混合させたのち、融液温度 758℃にまで
冷却してビスマス置換鉄ガーネット単結晶育成用融液と
した。
(PbO) 2,000g、酸化ビスマス(Bi2O3）2,300g、酸化第二
鉄(Fe2O3) 300g、酸化ほう素(B2O3) 83g、酸化ランタン
(La2O3) 30g を仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の
所定の位置に設置し、1000℃に加熱して溶融し、十分に
攪拌して均一に混合させたのち、融液温度 758℃にまで
冷却してビスマス置換鉄ガーネット単結晶育成用融液と
した。
【００１１】常法に従って、ここに得られた融液の表面
に格子定数12.671Åの(111) ガーネット単結晶 La3(ScG
a)5O12基板の片面を接触させ、融液温度を 758℃に維持
しながら10時間のエピタキシャル成長を行った。厚さが
228μｍで、La2.1Bｉ0.9Fe5O12 の組成を有するビスマ
ス置換鉄ガーネット単結晶膜を得た。この厚膜の波長
1.064μｍにおけるファラデー回転係数は 2250deg/cm
、光吸収係数は 28dB/cmであった。性能指数(=ファラ
デー回転係数／光吸収係数）は 80deg/dB で、ファラデ
ー回転子（ファラデー回転角が45度とする）における光
吸収損失は0.56dBとなる。なお組成分析は、プラズマ発
光分析 (セイコー電子工業製 高周波誘導プラズマ発光
分析計 SPS 1200VR型〕に依った。
に格子定数12.671Åの(111) ガーネット単結晶 La3(ScG
a)5O12基板の片面を接触させ、融液温度を 758℃に維持
しながら10時間のエピタキシャル成長を行った。厚さが
228μｍで、La2.1Bｉ0.9Fe5O12 の組成を有するビスマ
ス置換鉄ガーネット単結晶膜を得た。この厚膜の波長
1.064μｍにおけるファラデー回転係数は 2250deg/cm
、光吸収係数は 28dB/cmであった。性能指数(=ファラ
デー回転係数／光吸収係数）は 80deg/dB で、ファラデ
ー回転子（ファラデー回転角が45度とする）における光
吸収損失は0.56dBとなる。なお組成分析は、プラズマ発
光分析 (セイコー電子工業製 高周波誘導プラズマ発光
分析計 SPS 1200VR型〕に依った。
【００１２】実施例２ 容量 1000ml の白金製ルツボに、酸化鉛(PbO) 2,000g、
酸化ビスマス(Bi2O3)2,300g、酸化第二鉄(Fe2O3) 300
g、酸化アルミニウム(Al2O3) 2.7g、酸化ほう素(B2O3)
83g、酸化ランタン(La2O3) 30g を仕込んだ。これを精
密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱
して溶融し、十分に攪拌して均一に混合させたのち、融
液温度 750℃にまで冷却してビスマス置換鉄ガーネット
単結晶育成用融液とした。
酸化ビスマス(Bi2O3)2,300g、酸化第二鉄(Fe2O3) 300
g、酸化アルミニウム(Al2O3) 2.7g、酸化ほう素(B2O3)
83g、酸化ランタン(La2O3) 30g を仕込んだ。これを精
密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱
して溶融し、十分に攪拌して均一に混合させたのち、融
液温度 750℃にまで冷却してビスマス置換鉄ガーネット
単結晶育成用融液とした。
【００１３】常法に従って、ここに得られた融液の表面
に格子定数12.641Åの(111) ガーネット単結晶 Sm3(ScG
a)5O12基板の片面を接触させ、融液温度を 750℃に維持
しながら 3.5時間のエピタキシャル成長を行った。厚さ
が 120μｍで La1.4Bｉ1.6Fe4.9Al0.1O12の組成を有す
るビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜を得た。この厚膜
の波長 1.064μｍにおけるファラデー回転係数は4090de
g/cm、光吸収係数は 44dB/cmであった。性能指数は 93d
eg/dB で、ファラデー回転子（ファラデー回転角が45度
とする）における光吸収損失は 0.48dB となる。
に格子定数12.641Åの(111) ガーネット単結晶 Sm3(ScG
a)5O12基板の片面を接触させ、融液温度を 750℃に維持
しながら 3.5時間のエピタキシャル成長を行った。厚さ
が 120μｍで La1.4Bｉ1.6Fe4.9Al0.1O12の組成を有す
るビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜を得た。この厚膜
の波長 1.064μｍにおけるファラデー回転係数は4090de
g/cm、光吸収係数は 44dB/cmであった。性能指数は 93d
eg/dB で、ファラデー回転子（ファラデー回転角が45度
とする）における光吸収損失は 0.48dB となる。
【００１４】実施例３ 容量 1000ml の白金製ルツボに酸化鉛(PbO）2,000g、酸
化ビスマス(Bi2O3）2,300g、酸化第二鉄(Fe2O3) 300g、
酸化ほう素(B2O3) 83g、酸化ランタン(La2O3)30g 、酸
化スカンジウム(Sc2O3) 12g を仕込んだ。これを精密縦
型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱して
溶融し、十分に攪拌して均一に混合させたのち、融液温
度 766℃にまで冷却してビスマス置換鉄ガーネット単結
晶育成用融液とした。
化ビスマス(Bi2O3）2,300g、酸化第二鉄(Fe2O3) 300g、
酸化ほう素(B2O3) 83g、酸化ランタン(La2O3)30g 、酸
化スカンジウム(Sc2O3) 12g を仕込んだ。これを精密縦
型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱して
溶融し、十分に攪拌して均一に混合させたのち、融液温
度 766℃にまで冷却してビスマス置換鉄ガーネット単結
晶育成用融液とした。
【００１５】常法に従って、ここに得られた融液の表面
に格子定数 12.702 Åの(111) ガーネット単結晶La3(Sc
Ga)5O12 基板の片面を接触させ、融液温度を 766℃に維
持しながら10時間のエピタキシャル成長を行った。厚さ
が 205μｍで、La1.9Bi1.1Fe4.5Sc0.5O12 の組成を有す
るビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜を得た。この厚膜
の 1.064μｍにおけるファラデー回転係数は2480deg/c
m、光吸収係数は 21dB/cmであった。性能指数は118deg/
dB で、ファラデー回転子（ファラデー回転角が45度と
する）における光吸収損失は0.38dBとなる。
に格子定数 12.702 Åの(111) ガーネット単結晶La3(Sc
Ga)5O12 基板の片面を接触させ、融液温度を 766℃に維
持しながら10時間のエピタキシャル成長を行った。厚さ
が 205μｍで、La1.9Bi1.1Fe4.5Sc0.5O12 の組成を有す
るビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜を得た。この厚膜
の 1.064μｍにおけるファラデー回転係数は2480deg/c
m、光吸収係数は 21dB/cmであった。性能指数は118deg/
dB で、ファラデー回転子（ファラデー回転角が45度と
する）における光吸収損失は0.38dBとなる。
【００１６】実施例４ 容量 1000ml の白金製ルツボに酸化鉛(PbO) 2,000g、酸
化ビスマス(Bi2O3) 2,300g、酸化第二鉄(Fe2O3) 300g、
酸化ほう素(B2O3) 83g、酸化ランタン(La2O3)30g 、酸
化インジウム(In2O3) 50g、酸化ガリウム(Ga2O3) 6.0g
を仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置に
設置し、1000℃に加熱して溶融し、十分に攪拌して均一
に混合させたのち、融液温度 758℃にまで冷却してビス
マス置換鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。
化ビスマス(Bi2O3) 2,300g、酸化第二鉄(Fe2O3) 300g、
酸化ほう素(B2O3) 83g、酸化ランタン(La2O3)30g 、酸
化インジウム(In2O3) 50g、酸化ガリウム(Ga2O3) 6.0g
を仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置に
設置し、1000℃に加熱して溶融し、十分に攪拌して均一
に混合させたのち、融液温度 758℃にまで冷却してビス
マス置換鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。
【００１７】次いで、常法に従って、ここに得られた融
液の表面に格子定数 12.771 Åの(111）ガーネット単結
晶La3(ScGa)5O12 基板の片面を接触させ、融液温度を 7
58℃に維持しながら10時間のエピタキシャル成長を行っ
た。厚さが 241μｍで、La2.0Bi1.0Fe4.0In0.9Ga0.1O12
の組成を有するビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜を
得た。この厚膜の 1.064μｍにおけるファラデー回転係
数は2000deg/cm、光吸収係数は 18dB/cmであった。性能
指数は 111deg/dBで、ファラデー回転子（ファラデー回
転角が45度とする）における光吸収損失は0.40dBとな
る。
液の表面に格子定数 12.771 Åの(111）ガーネット単結
晶La3(ScGa)5O12 基板の片面を接触させ、融液温度を 7
58℃に維持しながら10時間のエピタキシャル成長を行っ
た。厚さが 241μｍで、La2.0Bi1.0Fe4.0In0.9Ga0.1O12
の組成を有するビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜を
得た。この厚膜の 1.064μｍにおけるファラデー回転係
数は2000deg/cm、光吸収係数は 18dB/cmであった。性能
指数は 111deg/dBで、ファラデー回転子（ファラデー回
転角が45度とする）における光吸収損失は0.40dBとな
る。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、波長0.95μｍ〜1.1 μ
ｍの光アイソレータ用ファラデー回転素子として低損失
なビスマス置換鉄ガーネット単結晶を提供できる。
ｍの光アイソレータ用ファラデー回転素子として低損失
なビスマス置換鉄ガーネット単結晶を提供できる。
Claims (1)
- 【請求項１】 液相エピタキシャル法により格子定数が
12.64Å〜12.79 Åの非磁性ガーネット単結晶基板上に
育成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶であ
って、一般式 La3-xBixFe5-yMyO12 (MはIn, Sc, Ga,
Alの群からなる少なくとも１種で 0.8≦ｘ≦1.8, 0≦ｙ
≦1.0)であることを特長とするファラデー回転子用のビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9241095A JPH08290997A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9241095A JPH08290997A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08290997A true JPH08290997A (ja) | 1996-11-05 |
Family
ID=14053651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9241095A Pending JPH08290997A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08290997A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008158314A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Namiki Precision Jewel Co Ltd | 短波長光用ファラデー回転子及びそのファラデー回転子を備えた光アイソレータ |
| WO2012073670A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
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- 1995-04-18 JP JP9241095A patent/JPH08290997A/ja active Pending
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