JPH09197360A - 光磁界センサ用ファラデー回転子 - Google Patents
光磁界センサ用ファラデー回転子Info
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- JPH09197360A JPH09197360A JP8005796A JP579696A JPH09197360A JP H09197360 A JPH09197360 A JP H09197360A JP 8005796 A JP8005796 A JP 8005796A JP 579696 A JP579696 A JP 579696A JP H09197360 A JPH09197360 A JP H09197360A
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/032—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect
- G01R33/0322—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using magneto-optic devices, e.g. Faraday or Cotton-Mouton effect using the Faraday or Voigt effect
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/0009—Materials therefor
- G02F1/0036—Magneto-optical materials
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- G02—OPTICS
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/3209—Exchange coupling of garnet multilayers
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 飽和磁界が非常に低いにも係わらず、磁気ヒ
ステリシスが大きいため光磁界センサ用ファラデー回転
子としての利用が困難であった希土類鉄ガーネット単結
晶膜の磁気ヒステリシスを解消する方法を提供する。 【解決手段】 磁気ヒステリシスが大きいため光磁界セ
ンサ用ファラデー回転子としての利用が困難であった低
飽和磁界希土類鉄ガーネット単結晶膜と、この低飽和磁
界希土類鉄ガーネット単結晶膜の飽和磁界よりも２倍以
上の飽和磁界を有する希土類鉄ガーネット単結晶膜とを
重ねて液相エピタキシャル成長させる。 【効果】 磁気ヒステリシスが大きいため光磁界センサ
用ファラデー回転子としての利用が困難であった低飽和
磁界希土類鉄ガーネット単結晶膜の磁気ヒステリシスを
改善することができ、その結果、ファラデー効果を利用
した光磁界センサ用のファラデー回転子として低飽和磁
界希土類鉄ガーネット単結晶の応用が可能となった。
ステリシスが大きいため光磁界センサ用ファラデー回転
子としての利用が困難であった希土類鉄ガーネット単結
晶膜の磁気ヒステリシスを解消する方法を提供する。 【解決手段】 磁気ヒステリシスが大きいため光磁界セ
ンサ用ファラデー回転子としての利用が困難であった低
飽和磁界希土類鉄ガーネット単結晶膜と、この低飽和磁
界希土類鉄ガーネット単結晶膜の飽和磁界よりも２倍以
上の飽和磁界を有する希土類鉄ガーネット単結晶膜とを
重ねて液相エピタキシャル成長させる。 【効果】 磁気ヒステリシスが大きいため光磁界センサ
用ファラデー回転子としての利用が困難であった低飽和
磁界希土類鉄ガーネット単結晶膜の磁気ヒステリシスを
改善することができ、その結果、ファラデー効果を利用
した光磁界センサ用のファラデー回転子として低飽和磁
界希土類鉄ガーネット単結晶の応用が可能となった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁界に対する感度が高
い低飽和磁界希土類鉄ガーネット単結晶膜に関し、詳し
くは、飽和磁界が非常に低いが磁気ヒステリシスが大き
いために光磁界センサ用ファラデー回転子としては実用
性の乏しかった希土類鉄ガーネット単結晶膜を、飽和磁
界が大きい希土類鉄ガーネット単結晶に組み合わせるこ
とで、磁界センサ用ファラデー回転子として好適な材料
に変化させる方法を提供するものである。
い低飽和磁界希土類鉄ガーネット単結晶膜に関し、詳し
くは、飽和磁界が非常に低いが磁気ヒステリシスが大き
いために光磁界センサ用ファラデー回転子としては実用
性の乏しかった希土類鉄ガーネット単結晶膜を、飽和磁
界が大きい希土類鉄ガーネット単結晶に組み合わせるこ
とで、磁界センサ用ファラデー回転子として好適な材料
に変化させる方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、大きなファラデー効果を有するビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜（希土類鉄ガー
ネット単結晶の希土類の一部をビスマスで置換したも
の）を利用した光スイッチ、また光電流センサや光回転
センサとも呼ばれる光磁界センサと云ったデバイスが次
々と実用化され、これら用途に合わせたビスマス置換希
土類鉄ガーネット単結晶膜の開発も盛んに行われてい
る。
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜（希土類鉄ガー
ネット単結晶の希土類の一部をビスマスで置換したも
の）を利用した光スイッチ、また光電流センサや光回転
センサとも呼ばれる光磁界センサと云ったデバイスが次
々と実用化され、これら用途に合わせたビスマス置換希
土類鉄ガーネット単結晶膜の開発も盛んに行われてい
る。
【０００３】ファラデー効果は磁気光学効果の一種で、
ファラデー効果を示す材料、すなわち、希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜などのファラデー素子〔ファラデー回転
子〕を透過した光の偏波面が回転する現象を指す。一般
にファラデー回転子における偏波面の回転角をファラデ
ー回転角と称するが、ファラデー素子に加えられた外部
磁界の強度に比例して大きくなる。しかしながら、ファ
ラデー回転角に関する上記の説明は、鉛ガラスなどの弱
磁性材料に当てはまるもので、強磁性材料である希土類
鉄ガーネット単結晶膜のファラデー回転角の説明として
は必ずしも適当なものではない。その理由は希土類鉄ガ
ーネット単結晶膜がたくさんの磁区からなる多磁区材料
であるからである。
ファラデー効果を示す材料、すなわち、希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜などのファラデー素子〔ファラデー回転
子〕を透過した光の偏波面が回転する現象を指す。一般
にファラデー回転子における偏波面の回転角をファラデ
ー回転角と称するが、ファラデー素子に加えられた外部
磁界の強度に比例して大きくなる。しかしながら、ファ
ラデー回転角に関する上記の説明は、鉛ガラスなどの弱
磁性材料に当てはまるもので、強磁性材料である希土類
鉄ガーネット単結晶膜のファラデー回転角の説明として
は必ずしも適当なものではない。その理由は希土類鉄ガ
ーネット単結晶膜がたくさんの磁区からなる多磁区材料
であるからである。
【０００４】以下、希土類鉄ガーネット単結晶膜（ビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜も全く同様）にお
ける、外部磁界強度に対するファラデー回転角や磁区構
造の変化について説明する。図１は外部磁界に対応した
希土類鉄ガーネット単結晶膜の磁区構造の変化を示した
ものである。図１の状態１は希土類鉄ガーネット単結晶
膜の膜断面を示したもので、幅数ミクロンから数十ミク
ロンの磁区で構成されている。そして磁区内の磁化方向
が上向きの磁区Ａと磁化方向が下向きの磁区Ｂとが交互
に並んでいる。
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜も全く同様）にお
ける、外部磁界強度に対するファラデー回転角や磁区構
造の変化について説明する。図１は外部磁界に対応した
希土類鉄ガーネット単結晶膜の磁区構造の変化を示した
ものである。図１の状態１は希土類鉄ガーネット単結晶
膜の膜断面を示したもので、幅数ミクロンから数十ミク
ロンの磁区で構成されている。そして磁区内の磁化方向
が上向きの磁区Ａと磁化方向が下向きの磁区Ｂとが交互
に並んでいる。
【０００５】それぞれの磁区は符号が異なるが絶対値が
同一のファラデー回転角を有している。説明を簡単にす
るため、磁区Ａの磁化を +M 、ファラデー回転角を +θ
f とすると、磁区Ｂの磁化とファラデー回転角はそれぞ
れ -M, -θf である。なお、便宜的に、ファラデー回転
角のプラス符号は偏波面の回転が右回りを示し、マイナ
ス符号は左回りを示すものとする。また、磁化とファラ
デー回転角について、以下の説明では、材料全体（＝希
土類鉄ガーネット単結晶膜）の磁化を [磁化] 及び符号
[Mt]、ファラデー回転角を[ファラデー回転角] 、及び
符号 [θt]として区別する。
同一のファラデー回転角を有している。説明を簡単にす
るため、磁区Ａの磁化を +M 、ファラデー回転角を +θ
f とすると、磁区Ｂの磁化とファラデー回転角はそれぞ
れ -M, -θf である。なお、便宜的に、ファラデー回転
角のプラス符号は偏波面の回転が右回りを示し、マイナ
ス符号は左回りを示すものとする。また、磁化とファラ
デー回転角について、以下の説明では、材料全体（＝希
土類鉄ガーネット単結晶膜）の磁化を [磁化] 及び符号
[Mt]、ファラデー回転角を[ファラデー回転角] 、及び
符号 [θt]として区別する。
【０００６】図１において、状態１は外部磁界がまった
く加わっていない場合である。これに上向きの外部磁界
を加えていくと、状態１から状態２へと磁区構造は変化
する。すなわち、外部磁界の向きと同一の磁化（プラス
の磁化とする）を有する磁区Ａの領域が増加する。さら
に外部磁界を強めていくと最後に磁区Ｂが消失し、単一
の磁区となる。これが磁気的に飽和した状態である。外
部磁界を下向きにした場合でも同様に、状態４を経て状
態５となって飽和する。
く加わっていない場合である。これに上向きの外部磁界
を加えていくと、状態１から状態２へと磁区構造は変化
する。すなわち、外部磁界の向きと同一の磁化（プラス
の磁化とする）を有する磁区Ａの領域が増加する。さら
に外部磁界を強めていくと最後に磁区Ｂが消失し、単一
の磁区となる。これが磁気的に飽和した状態である。外
部磁界を下向きにした場合でも同様に、状態４を経て状
態５となって飽和する。
【０００７】状態３における希土類鉄ガーネット単結晶
膜の〔磁化〕は Mt=+M、〔ファラデー回転角〕は磁区Ａ
のファラデー回転角 +θf に等しく、θt=＋θf とな
る。また状態５では、Mt=-M 、θt =-θf となる。磁区
Ａ、磁区Ｂが混在した状態２あるいは状態４における希
土類鉄ガーネット単結晶膜全体としての磁化(Mt)は磁区
Ａの体積の割合(Va)から下記の式(1) のように表され
る。 Mt＝+M×Va+(-M)×(1−Va) (1)
膜の〔磁化〕は Mt=+M、〔ファラデー回転角〕は磁区Ａ
のファラデー回転角 +θf に等しく、θt=＋θf とな
る。また状態５では、Mt=-M 、θt =-θf となる。磁区
Ａ、磁区Ｂが混在した状態２あるいは状態４における希
土類鉄ガーネット単結晶膜全体としての磁化(Mt)は磁区
Ａの体積の割合(Va)から下記の式(1) のように表され
る。 Mt＝+M×Va+(-M)×(1−Va) (1)
【０００８】一方、磁区Ａ、磁区Ｂが混在した状態１、
２あるいは状態４、いわゆる多磁区状態における希土類
鉄ガーネット単結晶全体としての［ファラデー回転角］
はどのような式で与えられるのであろうか。詳細は、棚
沢らの日本応用磁気学会誌vol.14, 648-652(1990) 、あ
るいは電子情報通信学会技術報告 MR 89-53(1990) に譲
るが、磁区Ａ、磁区Ｂが混在した状態１、２あるいは状
態４における [ファラデー回転角] は一義的には決まら
ず、測定方法によって異なるのである。
２あるいは状態４、いわゆる多磁区状態における希土類
鉄ガーネット単結晶全体としての［ファラデー回転角］
はどのような式で与えられるのであろうか。詳細は、棚
沢らの日本応用磁気学会誌vol.14, 648-652(1990) 、あ
るいは電子情報通信学会技術報告 MR 89-53(1990) に譲
るが、磁区Ａ、磁区Ｂが混在した状態１、２あるいは状
態４における [ファラデー回転角] は一義的には決まら
ず、測定方法によって異なるのである。
【０００９】通常のファラデー回転角の測定方法、すな
わち、直線偏光を照射して透過光を検光子で受け、検光
子を回転させながら検光子を透過した光強度が最低にな
るようにして検光子の回転位置を決める方法の場合は、
材料の飽和磁化を(Ms)として下式(2) で [θt]が与えら
れる。 θt ＝ tan-1(Mt/Ms×tanθf) (2) (1) 式より外部磁界強度に応じてMtは変化し、そのMtの
変化によってθt が変化する。θt と外部磁界の関係は
図２のような挙動を示すが、同じ素材であってもθf の
大きさによって曲線の形が変化することに注意する必要
がある。すなわち、多磁区構造体における真の意味の材
料全体としてのファラデー回転角は、飽和した状態以外
には定義できず、単に見かけの値にしかすぎないのであ
る。
わち、直線偏光を照射して透過光を検光子で受け、検光
子を回転させながら検光子を透過した光強度が最低にな
るようにして検光子の回転位置を決める方法の場合は、
材料の飽和磁化を(Ms)として下式(2) で [θt]が与えら
れる。 θt ＝ tan-1(Mt/Ms×tanθf) (2) (1) 式より外部磁界強度に応じてMtは変化し、そのMtの
変化によってθt が変化する。θt と外部磁界の関係は
図２のような挙動を示すが、同じ素材であってもθf の
大きさによって曲線の形が変化することに注意する必要
がある。すなわち、多磁区構造体における真の意味の材
料全体としてのファラデー回転角は、飽和した状態以外
には定義できず、単に見かけの値にしかすぎないのであ
る。
【００１０】希土類鉄ガーネット単結晶膜（ビスマス置
換希土類鉄ガーネット単結晶膜も同様）のような多磁区
構造体における［ファラデー回転角］は、見かけの値と
して測定される。しかしながら、θf の値によっては、
図２のように観測され、一応磁区構造を反映したものと
して理解できるものである。したがって、ここでは、図
２をベースにして、外部磁界に対する希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜のみかけのファラデー回転角の変化、いわゆ
るファラデーループを説明する。
換希土類鉄ガーネット単結晶膜も同様）のような多磁区
構造体における［ファラデー回転角］は、見かけの値と
して測定される。しかしながら、θf の値によっては、
図２のように観測され、一応磁区構造を反映したものと
して理解できるものである。したがって、ここでは、図
２をベースにして、外部磁界に対する希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜のみかけのファラデー回転角の変化、いわゆ
るファラデーループを説明する。
【００１１】図２において、外部磁界〔強度〕を印加し
ない状態における、ファラデー回転子のみかけのファラ
デー回転角は、ゼロ
ない状態における、ファラデー回転子のみかけのファラ
デー回転角は、ゼロ
〔０〕、即ち、原点ｏに位置する。
この状態は図１の状態１である。外部磁界が徐々に強ま
ると見かけのファラデー回転角は、経路ａ、または、経
路ｄを経て、次第に飽和したときの値に近づいて行く
〔経路ｏ→ａ→ｂ、または、経路ｏ→ｄ→ｅ〕。この状
態は図１の状態２もしくは状態４に相当する。外部磁界
強度が或る強度〔Hs〕に達すると［ファラデー回転角］
は、飽和した値〔飽和磁界：ｂ、または、ｅ点〕とな
る。更に外部磁界強度が強まっても、すでに［ファラデ
ー回転角］が飽和しているから、ｂからｃ、または、ｄ
からｆへと移行するのみで、［ファラデー回転角］は変
化しない。この状態は図１における状態３もしくは状態
５に相当する。つぎに外部磁界を徐々に弱めていくと、
逆の経路、即ち、ｃ→ｂ→ａ→ｏ、或いは、ｆ→ｅ→ｄ
→ｏを辿り、最後には外部磁界の影響のない原点ｏに戻
る。
この状態は図１の状態１である。外部磁界が徐々に強ま
ると見かけのファラデー回転角は、経路ａ、または、経
路ｄを経て、次第に飽和したときの値に近づいて行く
〔経路ｏ→ａ→ｂ、または、経路ｏ→ｄ→ｅ〕。この状
態は図１の状態２もしくは状態４に相当する。外部磁界
強度が或る強度〔Hs〕に達すると［ファラデー回転角］
は、飽和した値〔飽和磁界：ｂ、または、ｅ点〕とな
る。更に外部磁界強度が強まっても、すでに［ファラデ
ー回転角］が飽和しているから、ｂからｃ、または、ｄ
からｆへと移行するのみで、［ファラデー回転角］は変
化しない。この状態は図１における状態３もしくは状態
５に相当する。つぎに外部磁界を徐々に弱めていくと、
逆の経路、即ち、ｃ→ｂ→ａ→ｏ、或いは、ｆ→ｅ→ｄ
→ｏを辿り、最後には外部磁界の影響のない原点ｏに戻
る。
【００１２】以上述べたような、磁区の状態変化の磁界
依存特性を利用したものとして、光スイッチや磁界セン
サがある。光スイッチは、図１の飽和点ｂと飽和点ｅ以
上の磁界を磁界発生装置によって発生、切り換えること
で動作するものであり、また、光電流センサによる磁界
の検出は、この原点ｏと飽和点ｂ間の領域における見か
けのファラデー回転角の差異（あるいは、磁区構造の変
化）を光強度として検出するものである。そして、回転
センサとしての光磁界センサによる磁界の強弱の検出
は、この原点ｏと、飽和点ｂ、或いは、飽和点ｃにおけ
るファラデー回転角の差異（言い換えれば、磁区構造の
変化）を光強度として検出する、あるいは原点ｏと、飽
和点ｂに達するａ点、もしくは飽和点ｃに達するｄ点に
おける見かけのファラデー回転角の差異（あるいは、磁
区構造の変化）を光強度として検出しようとするもので
ある。
依存特性を利用したものとして、光スイッチや磁界セン
サがある。光スイッチは、図１の飽和点ｂと飽和点ｅ以
上の磁界を磁界発生装置によって発生、切り換えること
で動作するものであり、また、光電流センサによる磁界
の検出は、この原点ｏと飽和点ｂ間の領域における見か
けのファラデー回転角の差異（あるいは、磁区構造の変
化）を光強度として検出するものである。そして、回転
センサとしての光磁界センサによる磁界の強弱の検出
は、この原点ｏと、飽和点ｂ、或いは、飽和点ｃにおけ
るファラデー回転角の差異（言い換えれば、磁区構造の
変化）を光強度として検出する、あるいは原点ｏと、飽
和点ｂに達するａ点、もしくは飽和点ｃに達するｄ点に
おける見かけのファラデー回転角の差異（あるいは、磁
区構造の変化）を光強度として検出しようとするもので
ある。
【００１３】光磁界センサを用いる回転速度計、即ち、
光信号による回転速度計では、回転機器に永久磁石が取
り付けられており〔アプライド オプテイックス(Appli
edOptics) 、第28巻、第11号、1992頁(1989 年) 〕、こ
の永久磁石の形成する磁界の影響がおよぶ範囲にビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶からなる光磁界センサ
が配置される。すると回転機器の回転に伴い、光磁界セ
ンサと永久磁石が接近と離反を繰り返すが、永久磁石が
接近した場合と離反した場合とで、ファラデー回転子に
印加される磁界強度に差が生じる。すなわち、永久磁石
の回転により、磁区構造が変化し、その結果検光子と透
過する光の強度が変化する。したがって、永久磁石の回
転数・回転速度を光強度変化としてとらえることができ
るのである。
光信号による回転速度計では、回転機器に永久磁石が取
り付けられており〔アプライド オプテイックス(Appli
edOptics) 、第28巻、第11号、1992頁(1989 年) 〕、こ
の永久磁石の形成する磁界の影響がおよぶ範囲にビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶からなる光磁界センサ
が配置される。すると回転機器の回転に伴い、光磁界セ
ンサと永久磁石が接近と離反を繰り返すが、永久磁石が
接近した場合と離反した場合とで、ファラデー回転子に
印加される磁界強度に差が生じる。すなわち、永久磁石
の回転により、磁区構造が変化し、その結果検光子と透
過する光の強度が変化する。したがって、永久磁石の回
転数・回転速度を光強度変化としてとらえることができ
るのである。
【００１４】この場合、永久磁石と光磁界センサヘッド
との距離が長くなると、永久磁石の形成する磁界は弱ま
る。従って、ファラデー効果を利用した回転速度計の感
度と精度とを、より高めるためには、より磁力の強い永
久磁石を用いて永久磁石の形成する磁界の弱まりに対応
するか、弱い磁界においても充分な機能を発揮する光磁
界センサヘッドを選ぶと共に、永久磁石と光磁界センサ
ヘッドとの距離をより短くする必要がある。
との距離が長くなると、永久磁石の形成する磁界は弱ま
る。従って、ファラデー効果を利用した回転速度計の感
度と精度とを、より高めるためには、より磁力の強い永
久磁石を用いて永久磁石の形成する磁界の弱まりに対応
するか、弱い磁界においても充分な機能を発揮する光磁
界センサヘッドを選ぶと共に、永久磁石と光磁界センサ
ヘッドとの距離をより短くする必要がある。
【００１５】永久磁石を、より磁力の強いものに替える
ことは、経済的に不利であるのみならず、時として、永
久磁石の形状が大きくなって設置場所に制約が生じ、ま
た、永久磁石と光磁界センサヘッドとの距離が長くな
り、実質的な改善効果が得られないなどの弊害が生じ
る。そこで、低い磁界で磁気的に飽和する希土類鉄ガー
ネット単結晶膜が必要となる。以上のように、光磁界セ
ンサにおいては、性能面、あるいは製造コストの面で、
できるだけ低い磁界で飽和するビスマス置換希土類鉄ガ
ーネット単結晶単結晶膜が切望されているのである。
ことは、経済的に不利であるのみならず、時として、永
久磁石の形状が大きくなって設置場所に制約が生じ、ま
た、永久磁石と光磁界センサヘッドとの距離が長くな
り、実質的な改善効果が得られないなどの弊害が生じ
る。そこで、低い磁界で磁気的に飽和する希土類鉄ガー
ネット単結晶膜が必要となる。以上のように、光磁界セ
ンサにおいては、性能面、あるいは製造コストの面で、
できるだけ低い磁界で飽和するビスマス置換希土類鉄ガ
ーネット単結晶単結晶膜が切望されているのである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】化学構造式 R3(FeA)5O
12〔但し、R は、イットリウムY やビスマスBi、或い
は、希土類元素を意味し、A は、アルミニウムAlやガリ
ウムGaなどのことを意味する〕で表される希土類鉄ガー
ネット単結晶膜は、液相エピタキシャル(LPE) 法で比較
的容易に製造することができる。特に希土類の一部をビ
スマスで置換したビスマス置換鉄ガーネット単結晶は、
非常に大きなファラデー効果を示し、光アイソレータ用
ファラデー回転子として広く用いられている。
12〔但し、R は、イットリウムY やビスマスBi、或い
は、希土類元素を意味し、A は、アルミニウムAlやガリ
ウムGaなどのことを意味する〕で表される希土類鉄ガー
ネット単結晶膜は、液相エピタキシャル(LPE) 法で比較
的容易に製造することができる。特に希土類の一部をビ
スマスで置換したビスマス置換鉄ガーネット単結晶は、
非常に大きなファラデー効果を示し、光アイソレータ用
ファラデー回転子として広く用いられている。
【００１７】光スイッチや光磁界センサに用いられる希
土類鉄ガーネット単結晶は、感度の面、あるいは製造コ
ストの面で、できるだけ低い飽和磁界を有することが望
ましいことから、通常鉄をアルミニウムAlやガリウムGa
などの元素で置換することが広く行われている。例え
ば、(GdBi)3(FeGaAl)5O12 や (HoTbBi)3(FeGaAl)5O12な
ど〔特開平61-20926、特願平5-55621 参照〕が報告され
ている。しかしながら、希土類鉄ガーネット単結晶膜に
おいて、AlやGaとFeとの構成比を変え、その飽和磁界を
下げていくと、次第に磁気ヒステリシスが大きくなると
いう、実用上極めて大きな問題がある。
土類鉄ガーネット単結晶は、感度の面、あるいは製造コ
ストの面で、できるだけ低い飽和磁界を有することが望
ましいことから、通常鉄をアルミニウムAlやガリウムGa
などの元素で置換することが広く行われている。例え
ば、(GdBi)3(FeGaAl)5O12 や (HoTbBi)3(FeGaAl)5O12な
ど〔特開平61-20926、特願平5-55621 参照〕が報告され
ている。しかしながら、希土類鉄ガーネット単結晶膜に
おいて、AlやGaとFeとの構成比を変え、その飽和磁界を
下げていくと、次第に磁気ヒステリシスが大きくなると
いう、実用上極めて大きな問題がある。
【００１８】以下磁気ヒステリシスを説明するが、説明
に際しては、理解が容易であるという理由から、図２と
同様に外部磁界強度と見かけのファラデー回転角の関係
を用いることとする。飽和磁界の大きな希土類鉄ガーネ
ット単結晶、例えば (HoTbBi)3Fe5O12のファラデー回転
子の外部磁界に対する磁化特性、即ち、外部磁界強度と
見かけのファラデー回転角との関係は、図１のように、
外部磁界に対して１つの曲線で表される。
に際しては、理解が容易であるという理由から、図２と
同様に外部磁界強度と見かけのファラデー回転角の関係
を用いることとする。飽和磁界の大きな希土類鉄ガーネ
ット単結晶、例えば (HoTbBi)3Fe5O12のファラデー回転
子の外部磁界に対する磁化特性、即ち、外部磁界強度と
見かけのファラデー回転角との関係は、図１のように、
外部磁界に対して１つの曲線で表される。
【００１９】ところが、飽和磁界が小さな希土類置換鉄
ガーネット単結晶、例えば (GdBi)3(FeAlGa)5O12は、外
部磁界強度とファラデー回転角との関係において、図３
のように、経路 ｏ→ａ→ｂ→ｃ→ｂ→ｂ’→ａ→ｏの
ようなヒステリシスループを描く。言い換えると、外部
磁界の強度を強めて行くとき〔経路 ｏ→ａ→ｂ→ｃ〕
と、弱めて行くとき〔経路ｃ→ｂ→ｂ’→ａ→ｏ〕と
で、その経路が異なるのである。すなわち、外部磁界を
弱めていくときに、本来ならば、飽和磁界以下の領域で
は、図１における状態２もしくは状態４のように多磁区
構造になるべきものが、状態３あるいは状態５の構造を
維持するのである。
ガーネット単結晶、例えば (GdBi)3(FeAlGa)5O12は、外
部磁界強度とファラデー回転角との関係において、図３
のように、経路 ｏ→ａ→ｂ→ｃ→ｂ→ｂ’→ａ→ｏの
ようなヒステリシスループを描く。言い換えると、外部
磁界の強度を強めて行くとき〔経路 ｏ→ａ→ｂ→ｃ〕
と、弱めて行くとき〔経路ｃ→ｂ→ｂ’→ａ→ｏ〕と
で、その経路が異なるのである。すなわち、外部磁界を
弱めていくときに、本来ならば、飽和磁界以下の領域で
は、図１における状態２もしくは状態４のように多磁区
構造になるべきものが、状態３あるいは状態５の構造を
維持するのである。
【００２０】図３において、ｂ点、および、ｅ点におけ
る磁界を飽和磁界Hs、磁化特性のヒステリシスによって
生じたｂ' 点、および、ｅ' 点における磁界を核形成磁
界Hnと称し、飽和磁界Hsと核形成磁界Hnとの差 (Hs−H
n) をヒステリシスの大きさと定義する。今、説明を簡
単・容易にするために、ｂ点における飽和磁界Hsを Hs
1、ｂ' 点における核形成磁界Hnを Hn1と表示し、ま
た、ｅ点における飽和磁界Hsを Hs2、ｅ' 点における核
形成磁界Hnを Hn2と表示する。「核形成」という言葉は
単磁区構造から、多磁区に移行するためのなんらかの核
が発生するという意味である。
る磁界を飽和磁界Hs、磁化特性のヒステリシスによって
生じたｂ' 点、および、ｅ' 点における磁界を核形成磁
界Hnと称し、飽和磁界Hsと核形成磁界Hnとの差 (Hs−H
n) をヒステリシスの大きさと定義する。今、説明を簡
単・容易にするために、ｂ点における飽和磁界Hsを Hs
1、ｂ' 点における核形成磁界Hnを Hn1と表示し、ま
た、ｅ点における飽和磁界Hsを Hs2、ｅ' 点における核
形成磁界Hnを Hn2と表示する。「核形成」という言葉は
単磁区構造から、多磁区に移行するためのなんらかの核
が発生するという意味である。
【００２１】希土類鉄ガーネット単結晶膜のヒステリシ
スが大きくなり、核形成磁界Hnが原点ｏに近づくと、図
３に見られるように、磁気的に一旦飽和された状態が、
外部磁界が殆どゼロになるまで保持されることになる。
従って、ヒステリシスの大きなファラデ回転子で構成さ
れた光回転センサでは、磁界強度の強弱を検知するため
には、光磁界センサの周囲・周辺の磁界強度を、ほぼゼ
ロにしなければならない。
スが大きくなり、核形成磁界Hnが原点ｏに近づくと、図
３に見られるように、磁気的に一旦飽和された状態が、
外部磁界が殆どゼロになるまで保持されることになる。
従って、ヒステリシスの大きなファラデ回転子で構成さ
れた光回転センサでは、磁界強度の強弱を検知するため
には、光磁界センサの周囲・周辺の磁界強度を、ほぼゼ
ロにしなければならない。
【００２２】ところが、回転センサは、通常一般に、機
械装置内部に設置され、しかもその機械装置材料はわず
かではあるが磁力を帯びている。したがって、光磁界セ
ンサの周囲・周辺の磁界強度を、ほぼゼロにした状態で
使用するのはかなり困難である。また、希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜のヒステリシスが更に大きくなると、核形
成磁界Hn1 が原点ｏを越えてマイナス側に入り込むもの
や〔図４〕、核形成磁界Hn1 が飽和磁界Hs2 よりも大き
く、四角形のヒステリシスカーブを描き〔図５〕、一旦
飽和された後は、この四角形のループを描くだけとな
り、飽和に必要な磁界が希土類鉄ガーネット単結晶の本
来の飽和磁界Hsより大きくなるものもある。
械装置内部に設置され、しかもその機械装置材料はわず
かではあるが磁力を帯びている。したがって、光磁界セ
ンサの周囲・周辺の磁界強度を、ほぼゼロにした状態で
使用するのはかなり困難である。また、希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜のヒステリシスが更に大きくなると、核形
成磁界Hn1 が原点ｏを越えてマイナス側に入り込むもの
や〔図４〕、核形成磁界Hn1 が飽和磁界Hs2 よりも大き
く、四角形のヒステリシスカーブを描き〔図５〕、一旦
飽和された後は、この四角形のループを描くだけとな
り、飽和に必要な磁界が希土類鉄ガーネット単結晶の本
来の飽和磁界Hsより大きくなるものもある。
【００２３】以上詳細に説明したように、飽和磁界の小
さい希土類鉄ガーネット単結晶膜は、磁気ヒステリシス
が大きいため、光スイッチや光磁界センサ用のファラデ
ー回転子に用いる場合、磁界を切り換えるための磁界発
生装置が大きくなるとか、回転体にとりつける永久磁石
強度を強くするとか、磁界測定範囲が非常に狭い等の障
害や制限があるのが現状である。
さい希土類鉄ガーネット単結晶膜は、磁気ヒステリシス
が大きいため、光スイッチや光磁界センサ用のファラデ
ー回転子に用いる場合、磁界を切り換えるための磁界発
生装置が大きくなるとか、回転体にとりつける永久磁石
強度を強くするとか、磁界測定範囲が非常に狭い等の障
害や制限があるのが現状である。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、飽和磁界
の小さい希土類鉄ガーネット単結晶膜における磁気ヒス
テリシスを低減するため、鋭意検討した。その結果、液
相エピタキシャル法で非磁性ガーネット基板上に飽和磁
界の小さい希土類鉄ガーネット単結晶膜と飽和磁界の大
きな希土類鉄ガーネット単結晶膜を重ねて育成すること
で、飽和磁界の小さい希土類鉄ガーネット単結晶膜の磁
気ヒステリシスが大幅に低減されるという、きわめて有
益な知見を得、さらに実験・検討を重ねて本発明をなす
に至った。
の小さい希土類鉄ガーネット単結晶膜における磁気ヒス
テリシスを低減するため、鋭意検討した。その結果、液
相エピタキシャル法で非磁性ガーネット基板上に飽和磁
界の小さい希土類鉄ガーネット単結晶膜と飽和磁界の大
きな希土類鉄ガーネット単結晶膜を重ねて育成すること
で、飽和磁界の小さい希土類鉄ガーネット単結晶膜の磁
気ヒステリシスが大幅に低減されるという、きわめて有
益な知見を得、さらに実験・検討を重ねて本発明をなす
に至った。
【００２５】すなわち、本発明は、液相エピタキシャル
法により非磁性ガーネット基板上に飽和磁界の異なる２
種類の希土類鉄ガーネット単結晶膜が重ねて育成された
構造からなることを特徴とするファラデー回転子であ
り、好ましくは、該２種類の希土類鉄ガーネット単結晶
膜の飽和磁界の差が２倍以上、特に４倍以上であるこ
と、該２種類の希土類鉄ガーネット単結晶膜のうち、大
きい飽和磁界を有する希土類鉄ガーネット単結晶膜の飽
和磁界が 400 Oe 以上であること、該２種類の希土類鉄
ガーネット単結晶膜のうち、小さい飽和磁界を有する希
土類鉄ガーネット単結晶膜がビスマスを含むものである
ことであり、該希土類鉄ガーネット単結晶膜が下記一般
式で表される化学組成を有するものである。 一般式； R3-xBix Fe5-yAy O12 〔但し、Ｒは、Tb、Gdから選ばれる少なくとも一種であ
り、Ａは、Ga、Alから選ばれる少なくとも一種の元素で
あり、ｘ、ｙは、それぞれ、 0.7≦ｘ≦1.9 、0.3≦ｙ
≦1.8 の数である〕。また、上記の希土類鉄ガーネット
単結晶膜で構成してなるファラデー回転子を用いた磁気
光学式磁界センサである。
法により非磁性ガーネット基板上に飽和磁界の異なる２
種類の希土類鉄ガーネット単結晶膜が重ねて育成された
構造からなることを特徴とするファラデー回転子であ
り、好ましくは、該２種類の希土類鉄ガーネット単結晶
膜の飽和磁界の差が２倍以上、特に４倍以上であるこ
と、該２種類の希土類鉄ガーネット単結晶膜のうち、大
きい飽和磁界を有する希土類鉄ガーネット単結晶膜の飽
和磁界が 400 Oe 以上であること、該２種類の希土類鉄
ガーネット単結晶膜のうち、小さい飽和磁界を有する希
土類鉄ガーネット単結晶膜がビスマスを含むものである
ことであり、該希土類鉄ガーネット単結晶膜が下記一般
式で表される化学組成を有するものである。 一般式； R3-xBix Fe5-yAy O12 〔但し、Ｒは、Tb、Gdから選ばれる少なくとも一種であ
り、Ａは、Ga、Alから選ばれる少なくとも一種の元素で
あり、ｘ、ｙは、それぞれ、 0.7≦ｘ≦1.9 、0.3≦ｙ
≦1.8 の数である〕。また、上記の希土類鉄ガーネット
単結晶膜で構成してなるファラデー回転子を用いた磁気
光学式磁界センサである。
【００２６】以下に、本願発明者らは、希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜の外部磁界に対する挙動と、磁区との関連
を詳細に調べることで本発明をなすに至ったが、その経
緯を以下に示しつつ、本発明を説明する。先に詳細に説
明したように、希土類鉄ガーネット単結晶を磁気的に飽
和させると磁区が消失し、全ての磁化が特定の向に揃っ
た状態となる（図１の状態３と状態５）。つぎに、外部
印加磁界強度を徐々に弱くしていくと、飽和磁界強度よ
りも僅かに低い状態で、磁区が出現するが、磁気ヒステ
リシスが大きな希土類鉄ガーネット単結晶膜は、外部印
加磁界を弱くしても、状態３や状態５の単磁区構造を維
持しつづけるのである。
ット単結晶膜の外部磁界に対する挙動と、磁区との関連
を詳細に調べることで本発明をなすに至ったが、その経
緯を以下に示しつつ、本発明を説明する。先に詳細に説
明したように、希土類鉄ガーネット単結晶を磁気的に飽
和させると磁区が消失し、全ての磁化が特定の向に揃っ
た状態となる（図１の状態３と状態５）。つぎに、外部
印加磁界強度を徐々に弱くしていくと、飽和磁界強度よ
りも僅かに低い状態で、磁区が出現するが、磁気ヒステ
リシスが大きな希土類鉄ガーネット単結晶膜は、外部印
加磁界を弱くしても、状態３や状態５の単磁区構造を維
持しつづけるのである。
【００２７】これは、単磁区構造から多磁区構造に移行
するために、単磁区構造の磁化方向と逆の、すなわち、
マイナスの磁化方向を出現させるなんらかの起点が必要
であることを示唆していると推定した。本発明者らは、
この推定からビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜
の一端に永久磁石を固定するという方法を考案し、これ
を特許出願した（特許出願はビスマス置換希土類鉄ガー
ネット単結晶膜であるが、基本的には希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜でも効果はまったく同じである）。
するために、単磁区構造の磁化方向と逆の、すなわち、
マイナスの磁化方向を出現させるなんらかの起点が必要
であることを示唆していると推定した。本発明者らは、
この推定からビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜
の一端に永久磁石を固定するという方法を考案し、これ
を特許出願した（特許出願はビスマス置換希土類鉄ガー
ネット単結晶膜であるが、基本的には希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜でも効果はまったく同じである）。
【００２８】すなわち、この永久磁石近辺だけは外部磁
界強度よりも強い磁界を受けるためビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶膜の他の部分とは逆向きの磁化が保
たれることになる（図６）。従って外部磁界が取り除か
れたとき、永久磁石近辺が起点となって、それまで加え
られていた磁界とは反対向きの磁区が容易に発生する、
言い換えれば図２のような磁化サイクルを示すことにな
る。しかしながら希土類鉄ガーネット単結晶膜の一端に
永久磁石を固定するためには希土類鉄ガーネット単結晶
膜がある程度の大きさが必要であり、希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜を用いた磁界センサヘッドの小型化に課題を
残している。上述したように希土類鉄ガーネット単結晶
膜の一端に永久磁石を配置する目的は、希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜の一部に逆向きの磁化を有する磁区を維持
させることである。
界強度よりも強い磁界を受けるためビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶膜の他の部分とは逆向きの磁化が保
たれることになる（図６）。従って外部磁界が取り除か
れたとき、永久磁石近辺が起点となって、それまで加え
られていた磁界とは反対向きの磁区が容易に発生する、
言い換えれば図２のような磁化サイクルを示すことにな
る。しかしながら希土類鉄ガーネット単結晶膜の一端に
永久磁石を固定するためには希土類鉄ガーネット単結晶
膜がある程度の大きさが必要であり、希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜を用いた磁界センサヘッドの小型化に課題を
残している。上述したように希土類鉄ガーネット単結晶
膜の一端に永久磁石を配置する目的は、希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜の一部に逆向きの磁化を有する磁区を維持
させることである。
【００２９】このような働きを永久磁石ではなく希土類
鉄ガーネット単結晶膜そのものに具備させるのが本発明
の骨子である。図７に、本発明を説明するための希土類
鉄ガーネット単結晶膜の構成と磁区構造の一例を示し
た。図７において、基板側に育成されたガーネット単結
晶膜を第１層、第１層の上に育成されたガーネット膜を
第２層と呼称する。第１層は、飽和磁界が高い希土類鉄
ガーネット単結晶膜であり、第２層は飽和磁界の小さな
希土類鉄ガーネット単結晶膜である。また、第２層の膜
は磁界を検出するための希土類鉄ガーネット単結晶膜で
あり、第１層の膜は第２層の磁気ヒステリシスを低減す
るための希土類鉄ガーネット単結晶膜である。このこと
から、専ら磁界を検出するための希土類鉄ガーネット単
結晶膜（第２層）を、主ガーネット膜、主ガーネット膜
の磁気ヒステリシス低減の目的で育成された希土類鉄ガ
ーネット単結晶膜（第１層）を、補助ガーネット膜、と
略称する。
鉄ガーネット単結晶膜そのものに具備させるのが本発明
の骨子である。図７に、本発明を説明するための希土類
鉄ガーネット単結晶膜の構成と磁区構造の一例を示し
た。図７において、基板側に育成されたガーネット単結
晶膜を第１層、第１層の上に育成されたガーネット膜を
第２層と呼称する。第１層は、飽和磁界が高い希土類鉄
ガーネット単結晶膜であり、第２層は飽和磁界の小さな
希土類鉄ガーネット単結晶膜である。また、第２層の膜
は磁界を検出するための希土類鉄ガーネット単結晶膜で
あり、第１層の膜は第２層の磁気ヒステリシスを低減す
るための希土類鉄ガーネット単結晶膜である。このこと
から、専ら磁界を検出するための希土類鉄ガーネット単
結晶膜（第２層）を、主ガーネット膜、主ガーネット膜
の磁気ヒステリシス低減の目的で育成された希土類鉄ガ
ーネット単結晶膜（第１層）を、補助ガーネット膜、と
略称する。
【００３０】外部磁界が加わっていない状態でのそれぞ
れの磁区は状態１のようである。次に外部磁界(Hex) を
加えて、徐々に大きくしていくと主ガーネット膜の磁区
のなかで磁化方向が上向きの（プラスの方向）磁区幅が
次第に大きくなり（状態２）、最後には単磁区となる
（状態３）。一方、補助ガーネット膜は、飽和磁界が高
いため多磁区構造が維持される。従って外部磁界が無く
なった際、本来磁気ヒステリシスの大きい主ガーネット
膜であっても、補助ガーネット膜の多磁区中のマイナス
の磁化を有する磁区が起点となって反対の磁化が容易に
発生する、言い換えれば磁気ヒステリシスが小さくな
る、と考えられる。上記の説明は第１層に補助ガーネッ
ト膜、第２層に主ガーネット膜を配置した状態を想定し
た説明であるが、第１層に主ガーネット膜、第２層に補
助ガーネット膜という構成であっても、主ガーネット膜
の磁気ヒステリシスを小さくするという効果はまったく
同じである。
れの磁区は状態１のようである。次に外部磁界(Hex) を
加えて、徐々に大きくしていくと主ガーネット膜の磁区
のなかで磁化方向が上向きの（プラスの方向）磁区幅が
次第に大きくなり（状態２）、最後には単磁区となる
（状態３）。一方、補助ガーネット膜は、飽和磁界が高
いため多磁区構造が維持される。従って外部磁界が無く
なった際、本来磁気ヒステリシスの大きい主ガーネット
膜であっても、補助ガーネット膜の多磁区中のマイナス
の磁化を有する磁区が起点となって反対の磁化が容易に
発生する、言い換えれば磁気ヒステリシスが小さくな
る、と考えられる。上記の説明は第１層に補助ガーネッ
ト膜、第２層に主ガーネット膜を配置した状態を想定し
た説明であるが、第１層に主ガーネット膜、第２層に補
助ガーネット膜という構成であっても、主ガーネット膜
の磁気ヒステリシスを小さくするという効果はまったく
同じである。
【００３１】本発明を構成するに際し、主ガーネット膜
を構成する希土類鉄ガーネット単結晶の組成に特に制限
は無い。しかし、主ガーネットの役割は磁界の検知であ
ることから、主ガーネット膜はファラデー効果が大き
い、すなわち、感度が大きいビスマス置換希土類鉄ガー
ネット単結晶膜であることが好ましい。この点から、 一般式； R3-xBix Fe5-yAy O12 （Ｒは希土類元素、Ａは３価の非磁性元素）で表される
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜が好ましい。
を構成する希土類鉄ガーネット単結晶の組成に特に制限
は無い。しかし、主ガーネットの役割は磁界の検知であ
ることから、主ガーネット膜はファラデー効果が大き
い、すなわち、感度が大きいビスマス置換希土類鉄ガー
ネット単結晶膜であることが好ましい。この点から、 一般式； R3-xBix Fe5-yAy O12 （Ｒは希土類元素、Ａは３価の非磁性元素）で表される
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜が好ましい。
【００３２】飽和磁界はできるだけ低いこと、具体的に
は 300 Oe 以下、特に 200 Oe 以下が好ましい。この点
から、希土類元素Ｒとしては、TbあるいはGdの少なくと
も１種を選択することが望ましい。また、鉄の一部を、
GaあるいはAlで置換することで一層飽和磁界が低くなる
のでｙは大きくすることが好ましく、ｙは 0.7以上が好
ましい。しかし、GaやAlの置換量が増すとキュリー温度
が低下するためセンサとしての機能する温度範囲が狭く
なるので、ｙは 1.8以下が好ましい。ビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶膜のファラデー効果は、ビスマス
置換量ｘにほぼ比例して大きくなるので、ｘはできるだ
け大きいことが望ましい。しかし、ビスマス置換量が大
きくなると欠陥が増加することからｘは 0.7以上、1.9
以下が好ましく、特に、 1.0以上、 1.6以下が好まし
い。
は 300 Oe 以下、特に 200 Oe 以下が好ましい。この点
から、希土類元素Ｒとしては、TbあるいはGdの少なくと
も１種を選択することが望ましい。また、鉄の一部を、
GaあるいはAlで置換することで一層飽和磁界が低くなる
のでｙは大きくすることが好ましく、ｙは 0.7以上が好
ましい。しかし、GaやAlの置換量が増すとキュリー温度
が低下するためセンサとしての機能する温度範囲が狭く
なるので、ｙは 1.8以下が好ましい。ビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶膜のファラデー効果は、ビスマス
置換量ｘにほぼ比例して大きくなるので、ｘはできるだ
け大きいことが望ましい。しかし、ビスマス置換量が大
きくなると欠陥が増加することからｘは 0.7以上、1.9
以下が好ましく、特に、 1.0以上、 1.6以下が好まし
い。
【００３３】次に、飽和磁界が大きい希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜（補助ガーネット膜）の役割は専ら多磁区構
造の保持である。言い換えれば、常に未飽和状態を保っ
ていることが必要である。したがって、膜厚はできるだ
け薄いことが好ましい。膜厚が厚くなると、光吸収や多
磁区による回折が大きくなり、センサの信号強度が低下
するという問題を生じる。しかしながら膜厚が薄くなる
と、主ガーネット膜の磁気ヒステリシスを抑制するとい
う効果が低下するので、ある程度の厚さが必要である。
具体的には、 4μｍ〜20μｍの範囲で、適宜選択するの
が好ましい。補助ガーネット膜の飽和磁界が小さいと、
主ガーネット膜の磁気ヒステリシスが改善されないの
で、ある程度の大きさが必要である。具体的には主ガー
ネット膜の２以上の飽和磁界であれば良い。さらに好ま
しく４倍以上であり、400 Oe以上であることが好まし
い。
ト単結晶膜（補助ガーネット膜）の役割は専ら多磁区構
造の保持である。言い換えれば、常に未飽和状態を保っ
ていることが必要である。したがって、膜厚はできるだ
け薄いことが好ましい。膜厚が厚くなると、光吸収や多
磁区による回折が大きくなり、センサの信号強度が低下
するという問題を生じる。しかしながら膜厚が薄くなる
と、主ガーネット膜の磁気ヒステリシスを抑制するとい
う効果が低下するので、ある程度の厚さが必要である。
具体的には、 4μｍ〜20μｍの範囲で、適宜選択するの
が好ましい。補助ガーネット膜の飽和磁界が小さいと、
主ガーネット膜の磁気ヒステリシスが改善されないの
で、ある程度の大きさが必要である。具体的には主ガー
ネット膜の２以上の飽和磁界であれば良い。さらに好ま
しく４倍以上であり、400 Oe以上であることが好まし
い。
【００３４】本願発明の完成によって、希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜を利用した、より一層の省電力で小型化さ
れた光スイッチや、微小な磁界でも検知する光磁界セン
サの製造が可能になった。
ット単結晶膜を利用した、より一層の省電力で小型化さ
れた光スイッチや、微小な磁界でも検知する光磁界セン
サの製造が可能になった。
【００３５】
【実施例】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。 実施例１ 光磁界センサ用のファラデー回転子として、７μｍの厚
さの補助ガーネット膜(HoTbBi)3Fe5O12(以下「補助ガー
ネット膜−1 」と略称する) の上に、64μｍの厚さの主
ガーネット膜Gd2.0Bi1.0Fe4.4Ga0.1Al0.5O12 (以下「主
ガーネット膜−１」と略称する) が育成したダブルエピ
タキシャル膜を作製した。
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。 実施例１ 光磁界センサ用のファラデー回転子として、７μｍの厚
さの補助ガーネット膜(HoTbBi)3Fe5O12(以下「補助ガー
ネット膜−1 」と略称する) の上に、64μｍの厚さの主
ガーネット膜Gd2.0Bi1.0Fe4.4Ga0.1Al0.5O12 (以下「主
ガーネット膜−１」と略称する) が育成したダブルエピ
タキシャル膜を作製した。
【００３６】まず、補助ガーネット膜−1 は以下のよう
にして製造した。容量 500ml(ミリリットル)の白金製ルツボ
に、酸化鉛(PbO, 4N) 840g、酸化ビスマス(Bi2O3, 4N)
980g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 130g、酸化硼素(B2O3, 5
N) 38g、酸化ホルミウム(Ho2O3, 3N) 8.6g、酸化テルビ
ウム(Tb4O7, 3N) 4.7g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、 1,000℃に加熱溶融して
十分に撹拌して均一に混合したのち、融液温度 770℃に
まで冷却してビスマス置換希土類磁性ガーネット単結晶
育成用融液とした。以下、この融液を「補助ガーネット
膜用融液-1」と略称する。
にして製造した。容量 500ml(ミリリットル)の白金製ルツボ
に、酸化鉛(PbO, 4N) 840g、酸化ビスマス(Bi2O3, 4N)
980g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 130g、酸化硼素(B2O3, 5
N) 38g、酸化ホルミウム(Ho2O3, 3N) 8.6g、酸化テルビ
ウム(Tb4O7, 3N) 4.7g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、 1,000℃に加熱溶融して
十分に撹拌して均一に混合したのち、融液温度 770℃に
まで冷却してビスマス置換希土類磁性ガーネット単結晶
育成用融液とした。以下、この融液を「補助ガーネット
膜用融液-1」と略称する。
【００３７】ここに得られた融液表面に、常法に従っ
て、１インチの大きさで、厚さが 480μｍ、格子定数1.
2496±0.0002nmの（111)ガーネット単結晶[(GdCa)3(GaM
gZr)5O12 ］基板 (以下「SGGG基板」と略称する) の片
面を接触させ、融液温度を 770℃に維持しながらエピタ
キシャル成長を行い、厚さ 7μｍの (HoTbBi)3Fe5O12単
結晶膜 (補助ガーネット膜−1)を得た。
て、１インチの大きさで、厚さが 480μｍ、格子定数1.
2496±0.0002nmの（111)ガーネット単結晶[(GdCa)3(GaM
gZr)5O12 ］基板 (以下「SGGG基板」と略称する) の片
面を接触させ、融液温度を 770℃に維持しながらエピタ
キシャル成長を行い、厚さ 7μｍの (HoTbBi)3Fe5O12単
結晶膜 (補助ガーネット膜−1)を得た。
【００３８】次に主ガーネット膜−1 は以下のようにし
て製造した。容量 500mlの白金製ルツボに、酸化鉛(Pb
O, 4N) 840g、酸化ビスマス(Bi2O3,4N) 980g、酸化第２
鉄(Fe2O3, 4N) 130g、酸化硼素(B2O3, 5N) 36g、酸化ガ
ドリニウム(Gd2O3, 3N) 15g 、酸化ガリウム(Ga2O3, 3
N) 2.6g、酸化アルミニウム(Al2O3, 3N) 7.6g 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、
1,000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に混合した
のち、融液温度 832℃にまで冷却してビスマス置換希土
類磁性ガーネット単結晶育成用融液とした。以下、この
融液を「主ガーネット膜用融液−1 」と略称する。
て製造した。容量 500mlの白金製ルツボに、酸化鉛(Pb
O, 4N) 840g、酸化ビスマス(Bi2O3,4N) 980g、酸化第２
鉄(Fe2O3, 4N) 130g、酸化硼素(B2O3, 5N) 36g、酸化ガ
ドリニウム(Gd2O3, 3N) 15g 、酸化ガリウム(Ga2O3, 3
N) 2.6g、酸化アルミニウム(Al2O3, 3N) 7.6g 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、
1,000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に混合した
のち、融液温度 832℃にまで冷却してビスマス置換希土
類磁性ガーネット単結晶育成用融液とした。以下、この
融液を「主ガーネット膜用融液−1 」と略称する。
【００３９】ここに得られた融液表面に、常法に従っ
て、上記の補助ガーネット膜−1 が育成された基板の育
成面側を接触させ、融液温度を 832℃に維持しながらエ
ピタキシャル成長を行い、厚さ64μｍのGd2.0Bi1.0Fe
4.4Ga0.1Al0.5O12単結晶膜 (主ガーネット膜−1)を得
た。
て、上記の補助ガーネット膜−1 が育成された基板の育
成面側を接触させ、融液温度を 832℃に維持しながらエ
ピタキシャル成長を行い、厚さ64μｍのGd2.0Bi1.0Fe
4.4Ga0.1Al0.5O12単結晶膜 (主ガーネット膜−1)を得
た。
【００４０】磁気特性を以下のように測定した。補助ガ
ーネット膜の上に主ガーネット膜−1 をエピタキシャル
成長させる前に、１インチ基板の周囲の一角を切断し、
そこからさらに 3mm×3mm の大きさの試験切断品を切り
出した。ついでこの試験切断品両面に反射防止膜を形成
した。これを、ヘルムホルツコイルからなる磁界発生装
置の中心に配置させた。そして磁界を印加しながら、グ
ラントムソンプリズムからなる偏光子を透過させた 0.7
86μｍの半導体レーザ光を試験切断品に照射した。そし
て試験切断品を透過したレーザ光を同じくグラントムソ
ンプリズムからなる検光子で受けた。
ーネット膜の上に主ガーネット膜−1 をエピタキシャル
成長させる前に、１インチ基板の周囲の一角を切断し、
そこからさらに 3mm×3mm の大きさの試験切断品を切り
出した。ついでこの試験切断品両面に反射防止膜を形成
した。これを、ヘルムホルツコイルからなる磁界発生装
置の中心に配置させた。そして磁界を印加しながら、グ
ラントムソンプリズムからなる偏光子を透過させた 0.7
86μｍの半導体レーザ光を試験切断品に照射した。そし
て試験切断品を透過したレーザ光を同じくグラントムソ
ンプリズムからなる検光子で受けた。
【００４１】そして検光子を回転させながら、検光子を
透過した光の強度を測定し、光強度が最低になったとこ
ろの検光子の回転角度をもって、見かけのファラデー回
転角とした。以上の操作により図２のような見かけのフ
ァラデー回転角の印加磁界依存性が得られた。その結
果、補助ガーネット膜−1 の飽和磁界（Hs）は980 Oeで
あった。主ガーネット膜−１の磁気測定もまったく同様
にして実施した。その結果、飽和磁界(Hs)＝83(Oe)、核
形成磁界(Hn)＝＋63(Oe)、磁気ヒステリシス (Hs−Hn)=
20(Oe)を得た。
透過した光の強度を測定し、光強度が最低になったとこ
ろの検光子の回転角度をもって、見かけのファラデー回
転角とした。以上の操作により図２のような見かけのフ
ァラデー回転角の印加磁界依存性が得られた。その結
果、補助ガーネット膜−1 の飽和磁界（Hs）は980 Oeで
あった。主ガーネット膜−１の磁気測定もまったく同様
にして実施した。その結果、飽和磁界(Hs)＝83(Oe)、核
形成磁界(Hn)＝＋63(Oe)、磁気ヒステリシス (Hs−Hn)=
20(Oe)を得た。
【００４２】実施例２ 光磁界センサ用のファラデー回転子として、63μｍの厚
さの主ガーネット膜Gd 2.0Bi1.0Fe4.4Ga0.1Al0.5O12（以
下「主ガーネット膜−2 」と略称する) の上に厚さ 7μ
ｍの補助ガーネット膜 (HoTbBi)3Fe5O12（以下「補助ガ
ーネット膜−2」と略称する) が育成したダブルエピタ
キシャル膜を作製した。
さの主ガーネット膜Gd 2.0Bi1.0Fe4.4Ga0.1Al0.5O12（以
下「主ガーネット膜−2 」と略称する) の上に厚さ 7μ
ｍの補助ガーネット膜 (HoTbBi)3Fe5O12（以下「補助ガ
ーネット膜−2」と略称する) が育成したダブルエピタ
キシャル膜を作製した。
【００４３】まず、主ガーネット膜−2 は以下のように
して製造した。実施例１で使用した主ガーネット膜用融
液−1 を用いて、実施例１とまったく同じ条件で１イン
チのSGGG基板の片面に63μｍの厚さのGd2.0Bi1.0Fe4.4G
a0.1Al 0.5O12を育成した。次に、主ガーネット膜−2 の
上に、補助ガーネット膜−2 を育成した。すなわち、実
施例１で使用した補助ガーネット膜育成用融液−1 を用
い、補助ガーネット膜−1 の育成条件とまったく同様の
条件で、厚さ 7μｍの (HoTbBi)3Fe5O12を育成した。つ
いで、実施例１と全く同様にして、主ガーネット膜−2
の見かけの磁気特性を測定した。その結果、飽和磁界＝
92(Oe)、核形成磁界＝＋70(Oe)、磁気ヒステリシス=22
(Oe) を得た。
して製造した。実施例１で使用した主ガーネット膜用融
液−1 を用いて、実施例１とまったく同じ条件で１イン
チのSGGG基板の片面に63μｍの厚さのGd2.0Bi1.0Fe4.4G
a0.1Al 0.5O12を育成した。次に、主ガーネット膜−2 の
上に、補助ガーネット膜−2 を育成した。すなわち、実
施例１で使用した補助ガーネット膜育成用融液−1 を用
い、補助ガーネット膜−1 の育成条件とまったく同様の
条件で、厚さ 7μｍの (HoTbBi)3Fe5O12を育成した。つ
いで、実施例１と全く同様にして、主ガーネット膜−2
の見かけの磁気特性を測定した。その結果、飽和磁界＝
92(Oe)、核形成磁界＝＋70(Oe)、磁気ヒステリシス=22
(Oe) を得た。
【００４４】実施例３ 光磁界センサ用のファラデー回転子として、 8μｍの厚
さの補助ガーネット膜(HoTbBi)3(FeGaAl)5O12(以下「補
助ガーネット膜−3 」と略称する) の上に、75μｍの厚
さの主ガーネット膜Tb1.8Bi1.2Fe4.2Ga0.8O12(以下「主
ガーネット膜−3 」と略称する) を育成したダブルエピ
タキシャル膜を作製した。まず、補助ガーネット膜−3
は以下のようにして製造した。容量 500mlの白金製ルツ
ボに、酸化鉛(PbO, 4N) 843g、酸化ビスマス(Bi2O3,4N)
978g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 128g、酸化硼素(B2O3,
5N) 38g、酸化ホルミウム(Ho2O3, 3N) 8.5g、酸化テル
ビウム(Tb4O7, 3N) 5.1g、酸化ガリウム(Ga2O3, 3N) 10
g 、酸化アルミニウム(Al2O3, 3N) 1.9gを仕込んだ。
さの補助ガーネット膜(HoTbBi)3(FeGaAl)5O12(以下「補
助ガーネット膜−3 」と略称する) の上に、75μｍの厚
さの主ガーネット膜Tb1.8Bi1.2Fe4.2Ga0.8O12(以下「主
ガーネット膜−3 」と略称する) を育成したダブルエピ
タキシャル膜を作製した。まず、補助ガーネット膜−3
は以下のようにして製造した。容量 500mlの白金製ルツ
ボに、酸化鉛(PbO, 4N) 843g、酸化ビスマス(Bi2O3,4N)
978g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 128g、酸化硼素(B2O3,
5N) 38g、酸化ホルミウム(Ho2O3, 3N) 8.5g、酸化テル
ビウム(Tb4O7, 3N) 5.1g、酸化ガリウム(Ga2O3, 3N) 10
g 、酸化アルミニウム(Al2O3, 3N) 1.9gを仕込んだ。
【００４５】これを精密縦型管状電気炉の所定の位置に
設置し、1000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に混
合したのち、融液温度 794℃にまで冷却してビスマス置
換希土類磁性ガーネット単結晶育成用融液とした。ここ
に得られた融液表面に、常法に従って、1インチの大き
さのSGGG基板の片面を接触させ、融液温度を 782℃に維
持しながらエピタキシャル成長を行い、厚さ 8μｍの(H
oTbBi)3(FeGaAl)5O12 単結晶膜を得た。
設置し、1000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に混
合したのち、融液温度 794℃にまで冷却してビスマス置
換希土類磁性ガーネット単結晶育成用融液とした。ここ
に得られた融液表面に、常法に従って、1インチの大き
さのSGGG基板の片面を接触させ、融液温度を 782℃に維
持しながらエピタキシャル成長を行い、厚さ 8μｍの(H
oTbBi)3(FeGaAl)5O12 単結晶膜を得た。
【００４６】ついで、主ガーネット単結晶膜−３を以下
のようにして作製した。容量 500mlの白金製ルツボに、
酸化鉛(PbO, 4N) 840g、酸化ビスマス(Bi2O3,4N) 980
g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 130g、酸化硼素(B2O3, 5N)
38g、酸化テルビウム(Tb4O7, 3N) 15.2g 、酸化ガリウ
ム(Ga2O3, 3N) 16.8g 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℃に加熱溶融して十
分に撹拌して均一に混合したのち、融液温を 804℃にま
で冷却してビスマス置換希土類磁性ガーネット単結晶育
成用融液とした。以下、この融液を「主ガーネット膜用
融液−3 」と略称する。ここに得られた融液表面に、常
法に従って、上記の補助ガーネット膜−３が育成された
基板の育成面側を接触させ、融液温度を 804℃に維持し
ながらエピタキシャル成長を行い厚さ75μｍのTb1.8Bi
1.2Fe4.2Ga0.8O12 単結晶膜 (主ガーネット膜−３) を
得た。
のようにして作製した。容量 500mlの白金製ルツボに、
酸化鉛(PbO, 4N) 840g、酸化ビスマス(Bi2O3,4N) 980
g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 130g、酸化硼素(B2O3, 5N)
38g、酸化テルビウム(Tb4O7, 3N) 15.2g 、酸化ガリウ
ム(Ga2O3, 3N) 16.8g 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℃に加熱溶融して十
分に撹拌して均一に混合したのち、融液温を 804℃にま
で冷却してビスマス置換希土類磁性ガーネット単結晶育
成用融液とした。以下、この融液を「主ガーネット膜用
融液−3 」と略称する。ここに得られた融液表面に、常
法に従って、上記の補助ガーネット膜−３が育成された
基板の育成面側を接触させ、融液温度を 804℃に維持し
ながらエピタキシャル成長を行い厚さ75μｍのTb1.8Bi
1.2Fe4.2Ga0.8O12 単結晶膜 (主ガーネット膜−３) を
得た。
【００４７】実施例１とまったく同様にして、補助ガー
ネット膜−３、主ガーネット膜−３の磁気測定を行っ
た。その結果、補助ガーネット膜−3 の飽和磁界は450
Oeであった。主ガーネット膜−3 の磁気特性として飽和
磁界＝120(Oe) 、核形成磁界＝＋83(Oe)、磁気ヒステリ
シス=37(Oe) を得た。
ネット膜−３、主ガーネット膜−３の磁気測定を行っ
た。その結果、補助ガーネット膜−3 の飽和磁界は450
Oeであった。主ガーネット膜−3 の磁気特性として飽和
磁界＝120(Oe) 、核形成磁界＝＋83(Oe)、磁気ヒステリ
シス=37(Oe) を得た。
【００４８】実施例４ 光磁界センサ用のファラデー回転子として、10μｍの厚
さの補助ガーネット膜(YLaBi)3(FeGa)5O12 (以下「補助
ガーネット膜−4 」と略称する) の上に、厚さ64μｍの
主ガーネット膜Gd1.8Bi1.2Fe4.2Ga0.8Al0.2O12 (以下
「主ガーネット膜−4 」と略称する) を育成したダブル
エピタキシャル膜を作製した。まず、補助ガーネット膜
−4 は以下のようにして製造した。容量 500mlの白金製
ルツボに、酸化鉛(PbO, 4N) 843g、酸化ビスマス(Bi
2O3,4N) 978g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 128g、酸化硼素
(B2O3, 5N) 48g、酸化イットリウム(Y2O3, 3N) 6.4g 、
酸化ランタン(La2O3, 3N) 6.4g、酸化ガリウム(Ga2O3,
3N) 35g を仕込んだ。
さの補助ガーネット膜(YLaBi)3(FeGa)5O12 (以下「補助
ガーネット膜−4 」と略称する) の上に、厚さ64μｍの
主ガーネット膜Gd1.8Bi1.2Fe4.2Ga0.8Al0.2O12 (以下
「主ガーネット膜−4 」と略称する) を育成したダブル
エピタキシャル膜を作製した。まず、補助ガーネット膜
−4 は以下のようにして製造した。容量 500mlの白金製
ルツボに、酸化鉛(PbO, 4N) 843g、酸化ビスマス(Bi
2O3,4N) 978g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 128g、酸化硼素
(B2O3, 5N) 48g、酸化イットリウム(Y2O3, 3N) 6.4g 、
酸化ランタン(La2O3, 3N) 6.4g、酸化ガリウム(Ga2O3,
3N) 35g を仕込んだ。
【００４９】これを精密縦型管状電気炉の所定の位置に
設置し、1000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に混
合したのち、融液温度 785℃にまで冷却してビスマス置
換希土類磁性ガーネット単結晶育成用融液とした。ここ
に得られた融液表面に、常法に従って、１インチの大き
さのSGGG基板の片面を接触させ、融液温度を 785℃に維
持しながらエピタキシャル成長を行い厚さ10μｍの(YLa
Bi)3(FeGa)5O12単結晶膜 (補助ガーネット膜−4)を得
た。
設置し、1000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に混
合したのち、融液温度 785℃にまで冷却してビスマス置
換希土類磁性ガーネット単結晶育成用融液とした。ここ
に得られた融液表面に、常法に従って、１インチの大き
さのSGGG基板の片面を接触させ、融液温度を 785℃に維
持しながらエピタキシャル成長を行い厚さ10μｍの(YLa
Bi)3(FeGa)5O12単結晶膜 (補助ガーネット膜−4)を得
た。
【００５０】次に、実施例１における主ガーネット膜−
1 の育成条件とまったく同様の条件で、補助ガーネット
膜−4 が育成された基板の育成面を主ガーネット膜用融
液−1 に接触させ、厚さ69μｍのGd1.8Bi1.2Fe4.2Ga0.8
Al0.2O12単結晶膜 (主ガーネット膜−4)を得た。つい
で、実施例１とまったく同様にして、補助ガーネット膜
−4 、主ガーネット膜−4 の磁気特性を測定した。その
結果、補助ガーネット膜−4 の飽和磁界として230(Oe)
、主ガーネット膜−4 の磁気特性として飽和磁界＝95
(Oe)、核形成磁界＝＋45(Oe)、磁気ヒステリシス=50(O
e) を得た。
1 の育成条件とまったく同様の条件で、補助ガーネット
膜−4 が育成された基板の育成面を主ガーネット膜用融
液−1 に接触させ、厚さ69μｍのGd1.8Bi1.2Fe4.2Ga0.8
Al0.2O12単結晶膜 (主ガーネット膜−4)を得た。つい
で、実施例１とまったく同様にして、補助ガーネット膜
−4 、主ガーネット膜−4 の磁気特性を測定した。その
結果、補助ガーネット膜−4 の飽和磁界として230(Oe)
、主ガーネット膜−4 の磁気特性として飽和磁界＝95
(Oe)、核形成磁界＝＋45(Oe)、磁気ヒステリシス=50(O
e) を得た。
【００５１】実施例５ 本実施例に係わる光磁界センサ構成の実施例を図８に示
した。図８で、符号１はファラデー回転子、符号２は反
射膜、符号３は偏光子、符号４と符号５は光ファイバ、
符号６は光ファイバを固定・補強するためのガラス板で
ある。ファラデー回転子は、実施例１で得られた補助ガ
ーネット膜−1 上に主ガーネット膜−1 が育成されたダ
ブルエピタキシャル膜を以下に記述する方法で処理して
作製したものである。
した。図８で、符号１はファラデー回転子、符号２は反
射膜、符号３は偏光子、符号４と符号５は光ファイバ、
符号６は光ファイバを固定・補強するためのガラス板で
ある。ファラデー回転子は、実施例１で得られた補助ガ
ーネット膜−1 上に主ガーネット膜−1 が育成されたダ
ブルエピタキシャル膜を以下に記述する方法で処理して
作製したものである。
【００５２】すなわち、上記のファラデー回転子を10mm
×10mmの大きさに切断したのち、常法に従って基板側を
研磨して、全体の厚さを 200μm に調整した。次いでフ
ァラデー回転子の単結晶膜側に金薄膜からなる反射膜
を、また、基板側に波長 0.78μｍを中心波長とする反
射防止膜を施した。次に、ファラデー回転子の基板側
と、直径 10mm φ、厚さ 200μｍの二色性偏光子〔商品
名 ポーラコア〕とをエポキシ系接着剤で接合した。こ
こに得られたファラデー回転子と二色性偏光子との接合
品を、ダイシングマシンを用いて 2mm×2mm の角型に切
断して、図８に図示したＡ部を得た。
×10mmの大きさに切断したのち、常法に従って基板側を
研磨して、全体の厚さを 200μm に調整した。次いでフ
ァラデー回転子の単結晶膜側に金薄膜からなる反射膜
を、また、基板側に波長 0.78μｍを中心波長とする反
射防止膜を施した。次に、ファラデー回転子の基板側
と、直径 10mm φ、厚さ 200μｍの二色性偏光子〔商品
名 ポーラコア〕とをエポキシ系接着剤で接合した。こ
こに得られたファラデー回転子と二色性偏光子との接合
品を、ダイシングマシンを用いて 2mm×2mm の角型に切
断して、図８に図示したＡ部を得た。
【００５３】また、予め 4mm×4mm の長方形に切断した
厚さ 1mmのガラス板６の表面に、ダイシングマシンを用
いて、深さ 300μｍ、幅 300μｍの二本の溝を角度30度
をなすように切った〔図９参照〕。ここに得られたガラ
ス板６の溝に、外径 230μｍでコア径 200μｍのポリマ
クラッド石英ファイバ４、５を埋めこみ、エポキシ系接
着剤で接着して固定した〔図９〕。次いで、端面（右
側）からはみ出している光ファイバ端〔図９参照〕を研
磨法によって除去して端面を揃えて、図８に図示したＢ
部を得た。ここに得られたＡ部とＢ部とをエポキシ系接
着剤を用いて接合して、光磁界センサヘッドを得た。
厚さ 1mmのガラス板６の表面に、ダイシングマシンを用
いて、深さ 300μｍ、幅 300μｍの二本の溝を角度30度
をなすように切った〔図９参照〕。ここに得られたガラ
ス板６の溝に、外径 230μｍでコア径 200μｍのポリマ
クラッド石英ファイバ４、５を埋めこみ、エポキシ系接
着剤で接着して固定した〔図９〕。次いで、端面（右
側）からはみ出している光ファイバ端〔図９参照〕を研
磨法によって除去して端面を揃えて、図８に図示したＢ
部を得た。ここに得られたＡ部とＢ部とをエポキシ系接
着剤を用いて接合して、光磁界センサヘッドを得た。
【００５４】ここに得られた光磁界センサヘッドを用い
て、図１０のような光磁界センサシステムを構成した。
すなわち、半導体レーザー光源７から出射された波長
0.786μｍの半導体レーザー光をレンズ８を介して石英
ファイバ４〔すなわち、光入力路に相当する〕に導入す
る。レーザー光は、センサヘッドへ送られ、その後セン
サヘッド中の偏光子、ファラデー回転子を通過して反射
膜に至る。反射膜で反射されたレーザー光はファラデー
回転子、偏光子を通過して、今度は光ファイバ５〔すな
わち、光出力路に相当する〕を介して光検出器９に導か
れ、ここで光出力が測定される。
て、図１０のような光磁界センサシステムを構成した。
すなわち、半導体レーザー光源７から出射された波長
0.786μｍの半導体レーザー光をレンズ８を介して石英
ファイバ４〔すなわち、光入力路に相当する〕に導入す
る。レーザー光は、センサヘッドへ送られ、その後セン
サヘッド中の偏光子、ファラデー回転子を通過して反射
膜に至る。反射膜で反射されたレーザー光はファラデー
回転子、偏光子を通過して、今度は光ファイバ５〔すな
わち、光出力路に相当する〕を介して光検出器９に導か
れ、ここで光出力が測定される。
【００５５】実際には、センサヘッドのファラデー回転
子の部分に 100 Oe の磁界を加え、次に、磁界を加える
のを止めるという操作を５回繰り返して測定を行った。
すなわち、光源７から、波長 0.786μｍの光を照射して
光ファイバ４から強度−6 dBm の光を入射させて、光フ
ァイバ５に戻ってくる光の強度を測定した。その結果、
ファラデー回転子に磁界を印加しない状態で−17.4 dB
m、ファラデー回転子に磁界 100 Oe を印加して磁気的
に飽和させた状態で−25.9 dBm、言い換えれば光強度の
差(S/N) として 8.5 dB を得た。
子の部分に 100 Oe の磁界を加え、次に、磁界を加える
のを止めるという操作を５回繰り返して測定を行った。
すなわち、光源７から、波長 0.786μｍの光を照射して
光ファイバ４から強度−6 dBm の光を入射させて、光フ
ァイバ５に戻ってくる光の強度を測定した。その結果、
ファラデー回転子に磁界を印加しない状態で−17.4 dB
m、ファラデー回転子に磁界 100 Oe を印加して磁気的
に飽和させた状態で−25.9 dBm、言い換えれば光強度の
差(S/N) として 8.5 dB を得た。
【００５６】比較例１ 主ガーネット膜用融液−1 を用いて以下のエピタキシャ
ル成長を行った。すわち、常法に従って、１インチの大
きさのSGGG基板の片面を主ガーネット用融液−1 の表面
に接触させ、融液温度を 832℃に維持しながらエピタキ
シャル成長を行い厚さ61μｍのGd2.0Bi1.0Fe4.4Ga0.1Al
0.5O12単結晶膜を得た。ついで、実施例１と全く同様に
して、磁気特性を測定した。その結果、このガーネット
単結晶膜の磁気特性として飽和磁界＝80(Oe)、核形成磁
界＝−22(Oe)、磁気ヒステリシス＝122(Oe) を得た。
ル成長を行った。すわち、常法に従って、１インチの大
きさのSGGG基板の片面を主ガーネット用融液−1 の表面
に接触させ、融液温度を 832℃に維持しながらエピタキ
シャル成長を行い厚さ61μｍのGd2.0Bi1.0Fe4.4Ga0.1Al
0.5O12単結晶膜を得た。ついで、実施例１と全く同様に
して、磁気特性を測定した。その結果、このガーネット
単結晶膜の磁気特性として飽和磁界＝80(Oe)、核形成磁
界＝−22(Oe)、磁気ヒステリシス＝122(Oe) を得た。
【００５７】比較例２ 実施例１で使用した主ガーネット膜用融液−1 と、補助
ガーネット膜用融液−1 を用い、かつ実施例１と同じ条
件で補助ガーネット膜(HoTbBi)3Fe5O12 の上に厚さが65
μｍの主ガーネット膜Gd2.0Bi1.0Fe4.4Ga0.1Al0.5O12
(以下「主ガーネット膜−2C」と略称する) をそれぞれ
育成した。但し、補助ガーネット膜の厚さを 2μｍとし
た。ついで、実施例１と全く同様にして、磁気特性を測
定した。その結果、主ガーネット膜−2Cの磁気特性とし
て飽和磁界=82(Oe) 、核形成磁界＝−4(Oe) 、磁気ヒス
テリシス＝86(Oe)を得た。
ガーネット膜用融液−1 を用い、かつ実施例１と同じ条
件で補助ガーネット膜(HoTbBi)3Fe5O12 の上に厚さが65
μｍの主ガーネット膜Gd2.0Bi1.0Fe4.4Ga0.1Al0.5O12
(以下「主ガーネット膜−2C」と略称する) をそれぞれ
育成した。但し、補助ガーネット膜の厚さを 2μｍとし
た。ついで、実施例１と全く同様にして、磁気特性を測
定した。その結果、主ガーネット膜−2Cの磁気特性とし
て飽和磁界=82(Oe) 、核形成磁界＝−4(Oe) 、磁気ヒス
テリシス＝86(Oe)を得た。
【００５８】比較例３ 主ガーネット用融液−3 を用いて以下のエピタキシャル
成長を行った。すわち、常法に従って、１インチの大き
さのSGGG基板の片面を主ガーネット用融液−3 の表面に
接触させ、融液温度を 804℃に維持しながらエピタキシ
ャル成長を行い厚さ76μｍのTb1.8Bi1.2Fe4.2Ga0.8O12
単結晶膜を得た。ついで、実施例１と全く同様にして、
磁気特性を測定した。その結果、このガーネット単結晶
膜の磁気特性として飽和磁界＝113(Oe) 、核形成磁界＝
−47(Oe)、磁気ヒステリシス＝160(Oe) を得た。
成長を行った。すわち、常法に従って、１インチの大き
さのSGGG基板の片面を主ガーネット用融液−3 の表面に
接触させ、融液温度を 804℃に維持しながらエピタキシ
ャル成長を行い厚さ76μｍのTb1.8Bi1.2Fe4.2Ga0.8O12
単結晶膜を得た。ついで、実施例１と全く同様にして、
磁気特性を測定した。その結果、このガーネット単結晶
膜の磁気特性として飽和磁界＝113(Oe) 、核形成磁界＝
−47(Oe)、磁気ヒステリシス＝160(Oe) を得た。
【００５９】比較例４ 実施例６で使用されたファラデー回転子の代わりに、比
較例１で得られたGd2.0Bi1.0Fe4.4Ga0.1Al0.5O12単結晶
膜を用い、他は実施例６とまったく同様にして、光強度
を測定した。その結果、ファラデー回転子に磁界を印加
しない状態で−24.3 dBm、ファラデー回転子に磁界 100
Oe を印加して磁気的に飽和させた状態で−24.6 dBm、
言い換えれば光強度の差(S/N) として 0.3dBを得た。こ
の値は磁界センサとしての機能としては不十分なレベル
である。
較例１で得られたGd2.0Bi1.0Fe4.4Ga0.1Al0.5O12単結晶
膜を用い、他は実施例６とまったく同様にして、光強度
を測定した。その結果、ファラデー回転子に磁界を印加
しない状態で−24.3 dBm、ファラデー回転子に磁界 100
Oe を印加して磁気的に飽和させた状態で−24.6 dBm、
言い換えれば光強度の差(S/N) として 0.3dBを得た。こ
の値は磁界センサとしての機能としては不十分なレベル
である。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば、飽和磁界が非常に低い
にも関わらず、磁気ヒステリシスが大きいため、ファラ
デー回転子としての利用が困難であった希土類鉄ガーネ
ット単結晶の磁気ヒステリシスを消失させることができ
る。その結果、ファラデー効果を利用した磁界センサー
用のファラデー回転子として低飽和磁界希土類ガーネッ
ト単結晶の応用が可能となった。
にも関わらず、磁気ヒステリシスが大きいため、ファラ
デー回転子としての利用が困難であった希土類鉄ガーネ
ット単結晶の磁気ヒステリシスを消失させることができ
る。その結果、ファラデー効果を利用した磁界センサー
用のファラデー回転子として低飽和磁界希土類ガーネッ
ト単結晶の応用が可能となった。
【図１】希土類鉄ガーネット単結晶膜の磁区構造と、外
部磁界に対するその磁区構造の変化の例を示す模式図。
部磁界に対するその磁区構造の変化の例を示す模式図。
【図２】磁気ヒステリシスを示さない希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜の外部磁界強度に対する見かけのファラデー
回転角の変化 (ファラデーループ) の例を示す図。
ト単結晶膜の外部磁界強度に対する見かけのファラデー
回転角の変化 (ファラデーループ) の例を示す図。
【図３】磁気ヒステリシスを示す希土類鉄ガーネット単
結晶膜の外部磁界強度に対する見かけのファラデー回転
角の変化 (ファラデーループ) の例を示す図。
結晶膜の外部磁界強度に対する見かけのファラデー回転
角の変化 (ファラデーループ) の例を示す図。
【図４】磁気ヒステリシスが非常に大きい希土類鉄ガー
ネット単結晶膜の外部磁界強度に対する見かけのファラ
デー回転角の変化 (ファラデーループ) の例を示す図。
ネット単結晶膜の外部磁界強度に対する見かけのファラ
デー回転角の変化 (ファラデーループ) の例を示す図。
【図５】極めて大きな磁気ヒステリシスを示す希土類鉄
ガーネット単結晶膜の外部磁界強度に対する見かけのフ
ァラデー回転角の変化 (ファラデーループ) の例を示す
図。
ガーネット単結晶膜の外部磁界強度に対する見かけのフ
ァラデー回転角の変化 (ファラデーループ) の例を示す
図。
【図６】磁気ヒステリシスが非常に大きい希土類鉄ガー
ネット単結晶膜の一端に永久磁石を固定した場合の、外
部磁界に対する磁区構造の変化の例を示す模式図。
ネット単結晶膜の一端に永久磁石を固定した場合の、外
部磁界に対する磁区構造の変化の例を示す模式図。
【図７】飽和磁界の大きな希土類鉄ガーネット単結晶の
上に飽和磁界の小さい希土類鉄ガーネット単結晶を育成
した場合の、それぞれ膜の外部磁界に対する磁区構造の
変化の一例を示す模式図。
上に飽和磁界の小さい希土類鉄ガーネット単結晶を育成
した場合の、それぞれ膜の外部磁界に対する磁区構造の
変化の一例を示す模式図。
【図８】実施例６で作製した、反射型光磁界センサヘッ
ドの構成を示す模式図。
ドの構成を示す模式図。
【図９】実施例６で作製した、反射型光磁界センサヘッ
ドの光入出力部の製造方法を説明するための中間過程
図。
ドの光入出力部の製造方法を説明するための中間過程
図。
【図１０】実施例６で作製した、反射型光磁界センサの
全体構成を示す模式図。
全体構成を示す模式図。
１：ファラデー回転子、 ２：反射膜、 ３：偏光子、
4,5：光ファイバ、６：ガラス板
4,5：光ファイバ、６：ガラス板
Claims (7)
- 【請求項１】 液相エピタキシャル法により非磁性ガー
ネット基板上に飽和磁界の異なる２種類の希土類鉄ガー
ネット単結晶膜が重ねて育成された構造からなることを
特徴とするファラデー回転子。 - 【請求項２】 該２種類の希土類鉄ガーネット単結晶膜
の飽和磁界の差が２倍以上である請求項１記載のファラ
デー回転子。 - 【請求項３】 該２種類の希土類鉄ガーネット単結晶膜
の飽和磁界の差が４倍以上である請求項１記載のファラ
デー回転子。 - 【請求項４】 該２種類の希土類鉄ガーネット単結晶膜
のうち、大きい飽和磁界を有する希土類鉄ガーネット単
結晶膜の飽和磁界が 400 Oe 以上である請求項１記載の
ファラデー回転子。 - 【請求項５】 該２種類の希土類鉄ガーネット単結晶膜
のうち、小さい飽和磁界を有する希土類鉄ガーネット単
結晶膜がビスマスを含むものである請求項１記載のファ
ラデー回転子。 - 【請求項６】 該希土類鉄ガーネット単結晶膜が下記一
般式で表される化学組成を有する請求項５記載のファラ
デー回転子。 一般式； R3-xBix Fe5-yAy O12 〔但し、Ｒは、Tb、Gdから選ばれる少なくとも一種であ
り、Ａは、Ga、Alから選ばれる少なくとも一種の元素で
あり、ｘ、ｙは、それぞれ、 0.7≦ｘ≦1.9 、0.3≦ｙ
≦1.8 の数である〕。 - 【請求項７】 請求項１記載の希土類鉄ガーネット単結
晶膜で構成してなるファラデー回転子を用いた磁気光学
式磁界センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8005796A JPH09197360A (ja) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | 光磁界センサ用ファラデー回転子 |
| EP97100469A EP0785454A1 (en) | 1996-01-17 | 1997-01-14 | Faraday rotator for magneto-optic sensors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8005796A JPH09197360A (ja) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | 光磁界センサ用ファラデー回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09197360A true JPH09197360A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=11621053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8005796A Pending JPH09197360A (ja) | 1996-01-17 | 1996-01-17 | 光磁界センサ用ファラデー回転子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0785454A1 (ja) |
| JP (1) | JPH09197360A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008028569A (ja) * | 2006-07-19 | 2008-02-07 | Toshiba Corp | 波長可変光出力装置 |
| JP2018080066A (ja) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 日本電気硝子株式会社 | 磁界センサ用ファラデー回転子 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2790769B1 (fr) * | 2000-03-08 | 2003-06-27 | Murata Manufacturing Co | Dispositif a onde magnetostatique |
| JP4056726B2 (ja) * | 2000-10-27 | 2008-03-05 | 松下電器産業株式会社 | 光信号伝送システム及びそれに用いる磁気光学変調器 |
| CN100399111C (zh) * | 2002-01-24 | 2008-07-02 | Tdk株式会社 | 法拉第转子及用其的光部件 |
| WO2004049039A1 (ja) * | 2002-11-25 | 2004-06-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | ファラデー回転子、及びこれを用いた磁気光学デバイス |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58139082A (ja) * | 1982-02-15 | 1983-08-18 | Hitachi Ltd | 磁界測定装置 |
| JPH01269916A (ja) * | 1988-04-22 | 1989-10-27 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | ファラデー回転素子 |
| US5566017A (en) * | 1994-08-04 | 1996-10-15 | Fdk Corporation | Material for magneto-optical element and faraday rotator using the same |
-
1996
- 1996-01-17 JP JP8005796A patent/JPH09197360A/ja active Pending
-
1997
- 1997-01-14 EP EP97100469A patent/EP0785454A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008028569A (ja) * | 2006-07-19 | 2008-02-07 | Toshiba Corp | 波長可変光出力装置 |
| JP4599330B2 (ja) * | 2006-07-19 | 2010-12-15 | 株式会社東芝 | 波長可変光出力装置 |
| JP2018080066A (ja) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 日本電気硝子株式会社 | 磁界センサ用ファラデー回転子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0785454A1 (en) | 1997-07-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050201 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060110 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060606 |