JPH10186296A - Magneto-optical element material - Google Patents

Magneto-optical element material

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JPH10186296A
JPH10186296A JP21250697A JP21250697A JPH10186296A JP H10186296 A JPH10186296 A JP H10186296A JP 21250697 A JP21250697 A JP 21250697A JP 21250697 A JP21250697 A JP 21250697A JP H10186296 A JPH10186296 A JP H10186296A
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JP
Japan
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composition
wavelength
magneto
substrate
band
Prior art date
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Application number
JP21250697A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyasu Suzuki
利保 鈴木
Hirotaka Kawai
博貴 河合
Hiromitsu Umezawa
浩光 梅澤
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FDK Corp
Original Assignee
FDK Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to obtain a magneto-optical element material having the small dependence of a Faraday rotating angle on temps. at a wavelength 1550nm band and having a large Faraday rotation coefft. and to embody a wide-band optical isolator having small dependence of the Faraday rotating angle on wavelengths. SOLUTION: This material consists of the magnetic garnet single crystal of the compsn. formula expressed by R3-x Bix Fe5-v-w-y Mav Mbw COy O12 (where, R is a rare earth element including yttrium, Ma is a trivalent element, Mb is a quadrivalent element, 0.6<=x<=0.9, 0.01<=y<=0.47, 260y-88x+45<=0.500y-30x+37>=0, 0<=v<=1.0, 0<=w<=0.35) and is used in the wavelength 1550nm band. The magnetic garnet single crystal may be produced by liquid epitaxial growth on a nonmagnetic garnet substrate. When 0.01<=y<=0.28, 800y-130x+45<=0 are set, the dependence on the wavelengths is lowered and the material suitable for a wider band is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、Bi(ビスマス)
とCo(コバルト)で置換した希土類鉄ガーネット単結
晶からなり、1550nm帯で使用する磁気光学素子材料
に関し、更に詳しく述べると、R3-x Bix Fe
5-v-w-y Mav Mbw Coy 12なる組成式で表される
磁性ガーネット単結晶からなる磁気光学素子材料に関す
るものである。この材料は、ファラデー回転角の温度依
存性が小さく、液相エピタキシャル(以下「LPE」と
略記する)成長により成膜できる。その一部の組成領域
では、ファラデー回転角の波長依存性も極めて小さく、
使用波長1550nm帯で使用する広帯域光アイソレータ
に有用である。
The present invention relates to Bi (bismuth)
And Co consists rare-earth iron garnet single crystal was replaced with (cobalt), relates to a magnetic optical element material to be used in the 1550nm band, More particularly, R 3-x Bi x Fe
5-vwy Ma v relates Mb w Co y O magneto-optical element material comprising a magnetic garnet single crystal represented by 12 a composition formula. This material has a small temperature dependence of the Faraday rotation angle and can be formed by liquid phase epitaxial (hereinafter abbreviated as “LPE”) growth. In some of the composition regions, the wavelength dependence of the Faraday rotation angle is extremely small,
It is useful for a broadband optical isolator used in the used wavelength band of 1550 nm.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光ファイバ通信の使用波長は、エ
ルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)の実用化に
伴って、1550nm帯が主流になりつつある。この波長
帯で用いる磁性ガーネット単結晶としては、例えばTb
1.85Bi1.15Fe4.75Al0.2512なる組成のLPE膜
(後述する比較例1に相当)が知られている。このよう
な磁性ガーネット単結晶の特性を評価する基準の一つに
ファラデー回転係数θF(deg/cm)がある。ファラデー
回転係数は、その絶対値が大きいほど必要なファラデー
回転角を得るための膜厚を薄くできるので製造し易くな
り好ましい。磁性ガーネット単結晶の特性を評価する他
の基準として、ファラデー回転角の温度依存性がある。
その温度依存性が小さいほど、外部環境温度が変化して
もファラデー回転角の変化は少ない。なお、ここでLP
E膜を採用している理由は、LPE法が量産性に優れて
おり(育成に要する時間が短い)製造コストが低いこ
と、ファラデー回転角を飛躍的に負に増大させるBiの
置換を容易に行うことができること、などによる。
2. Description of the Related Art In recent years, the wavelength used in optical fiber communication has become mainstream in the 1550 nm band with the practical use of erbium-doped fiber amplifiers (EDFA). As a magnetic garnet single crystal used in this wavelength band, for example, Tb
An LPE film having a composition of 1.85 Bi 1.15 Fe 4.75 Al 0.25 O 12 (corresponding to Comparative Example 1 described later) is known. One of the criteria for evaluating the characteristics of such a magnetic garnet single crystal is a Faraday rotation coefficient θ F (deg / cm). The larger the absolute value of the Faraday rotation coefficient is, the more the film thickness for obtaining the required Faraday rotation angle can be reduced, so that the Faraday rotation coefficient is preferable because it is easy to manufacture. Another criterion for evaluating the properties of magnetic garnet single crystals is the temperature dependence of the Faraday rotation angle.
The smaller the temperature dependence, the smaller the change in the Faraday rotation angle even when the external environment temperature changes. Here, LP
The reason for using the E film is that the LPE method is excellent in mass productivity (the time required for growth is short), the manufacturing cost is low, and the replacement of Bi that dramatically increases the Faraday rotation angle to a negative value is easily performed. It depends on what can be done.

【0003】最近、この1550nm帯において大容量光
通信を実現するために、波長多重伝送が期待されてい
る。波長多重伝送を行うには広帯域の光アイソレータを
必要とする。この広帯域光アイソレータのファラデー回
転子となる磁性ガーネット単結晶に必要な特性は、ファ
ラデー回転係数の波長依存性が小さいことである。また
磁性ガーネット単結晶はLPE法で成膜できることが望
まれる。
Recently, wavelength multiplex transmission is expected to realize large-capacity optical communication in the 1550 nm band. To perform wavelength division multiplexing transmission, a broadband optical isolator is required. A characteristic required for a magnetic garnet single crystal to be a Faraday rotator of this broadband optical isolator is that the wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient is small. Further, it is desired that the magnetic garnet single crystal can be formed into a film by the LPE method.

【0004】近年、種々開発されている広帯域用Bi置
換鉄ガーネット単結晶については、例えばJ.Appl.Phys.
70(8),15 Octorber 1991、特開平4−118623号公
報、特開平5−88126号公報、特開平5−8812
7号公報、特開平8−91998号公報などに記載され
ている。
In recent years, various types of Bi-substituted iron garnet single crystals for broadband, which have been variously developed, are described in, for example, J. Appl. Phys.
70 (8), 15 Octorber 1991, JP-A-4-118623, JP-A-5-88126, JP-A-5-8812
No. 7, JP-A-8-91998 and the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般に磁気光学素子材
料において、ファラデー回転角は外部環境温度に依存し
て変化する。従って、室温で偏光面が丁度45度回転す
るようにファラデー回転子が設定されていても、温度が
変化すると、ファラデー回転子における偏光面の回転角
は45度からずれてくる。この結果、逆方向に入射した
光の消去の度合いが低下するので、光アイソレータのア
イソレーションが劣化することになる。例えば、前述し
たTb1.85Bi1.15Fe4.75Al0.2512なる組成のL
PE膜(比較例1)では、外部環境温度が大きく変化す
るとアイソレーションがかなり劣化し、必ずしも十分満
足しうる性能を発揮しえない。
Generally, in a magneto-optical element material, the Faraday rotation angle changes depending on the external environment temperature. Therefore, even if the Faraday rotator is set so that the polarization plane rotates just 45 degrees at room temperature, when the temperature changes, the rotation angle of the polarization plane in the Faraday rotator deviates from 45 degrees. As a result, the degree of erasure of the light incident in the opposite direction is reduced, so that the isolation of the optical isolator is deteriorated. For example, the aforementioned L having a composition of Tb 1.85 Bi 1.15 Fe 4.75 Al 0.25 O 12
In the case of the PE film (Comparative Example 1), when the external environment temperature greatly changes, the isolation is considerably deteriorated, and the performance cannot always be sufficiently satisfied.

【0006】また、磁気光学素子材料のファラデー回転
角は、波長にも依存する。従って、光源の特定の波長の
光に対して偏光面を丁度45度回転させるようにファラ
デー回転子が設定されていても、光源の波長が変化する
と、ファラデー回転子における偏光面の回転角は45度
からずれてくる。この結果、逆方向に入射した光の消去
の度合いが低下してくるので、光アイソレータのアイソ
レーションが劣化することになる。
[0006] The Faraday rotation angle of the magneto-optical element material also depends on the wavelength. Therefore, even if the Faraday rotator is set to rotate the polarization plane by exactly 45 degrees with respect to light of a specific wavelength of the light source, when the wavelength of the light source changes, the rotation angle of the polarization plane in the Faraday rotator becomes 45 degrees. Deviates from the degree. As a result, the degree of erasure of the light incident in the opposite direction decreases, so that the isolation of the optical isolator deteriorates.

【0007】前記のような1550nm帯での大容量光通
信として期待されている波長多重伝送では、光アイソレ
ータは、1550nmを中心に例えば±20nm、即ち15
30〜1570nmの広い波長帯域で良好なアイソレーシ
ョンを呈する必要があるが、例えば前記比較例1の磁気
光学素子材料では、ファラデー回転係数の波長依存性が
かなり大きく、そのような広帯域の光アイソレータには
不向きであった。
In the wavelength division multiplexing transmission expected as a large-capacity optical communication in the 1550 nm band as described above, the optical isolator is, for example, ± 20 nm around 1550 nm, that is, 15 nm.
It is necessary to exhibit good isolation in a wide wavelength band of 30 to 1570 nm. For example, in the magneto-optical element material of Comparative Example 1, the wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient is considerably large, and such a broadband optical isolator is required. Was unsuitable.

【0008】1550nm帯の広帯域光アイソレータ用の
材料として、J.Appl.Phys.70(8),15Octorber 1991に開
示されているTb3-x Bix Fe5 12の組成を有する
Bi置換テルビウム鉄ガーネット単結晶は、ファラデー
回転係数の絶対値が非常に小さく、光アイソレータ用の
ファラデー回転子を構成するには、1.5〜2mm程度の
厚さが必要であり、大型化する欠点がある。また、この
磁性ガーネット単結晶はフラックス法で作製されたもの
である。しかし、フラックス法では、組成が均一なもの
ができないし、製造に時間がかかり量産に適さない。特
開平4−118623号公報、特開平5−88126号
公報、特開平5−88127号公報に記載されている磁
性ガーネット単結晶も、フラックス法によるものには比
較的ファラデー回転係数が大きい例も見られるが、LP
E法によるものはファラデー回転係数の絶対値が小さ
い。更に、前述した特開平8−91998号公報にも、
同様の組成の磁性ガーネットを固相反応法で作製するこ
とで量産性を向上させることが開示されているが、やは
り1.5〜2mm程度の厚さが必要であり、小型化への障
害となる。
[0008] As materials for broadband optical isolator 1550nm band, J.Appl.Phys.70 (8), Bi substituted terbium iron having a composition of Tb 3-x Bi x Fe 5 O 12 disclosed in 15Octorber 1991 The garnet single crystal has a very small absolute value of the Faraday rotation coefficient, and requires a thickness of about 1.5 to 2 mm to constitute a Faraday rotator for an optical isolator, which has a disadvantage of increasing the size. The magnetic garnet single crystal was produced by a flux method. However, the flux method cannot provide a composition having a uniform composition, requires a long time for production, and is not suitable for mass production. The magnetic garnet single crystals described in JP-A-4-118623, JP-A-5-88126, and JP-A-5-88127 also show examples in which the flux method has a relatively large Faraday rotation coefficient. But LP
According to the E method, the absolute value of the Faraday rotation coefficient is small. Further, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-91998,
It is disclosed that the mass productivity is improved by preparing a magnetic garnet having a similar composition by a solid-phase reaction method, but it still requires a thickness of about 1.5 to 2 mm, which is an obstacle to miniaturization. Become.

【0009】本発明の目的は、ファラデー回転角の温度
依存性が小さく、且つファラデー回転係数が大きい磁気
光学素子材料を提供することである。本発明の他の目的
は、1550nm帯の広帯域(具体的には、例えば153
0〜1570nm)で、ファラデー回転角の波長依存性が
小さい磁気光学素子材料を提供することである。本発明
の更に他の目的は、LPE法により成膜できるため量産
化に適し、それによって広帯域光アイソレータの小型化
と低廉化を実現できる磁気光学素子材料を提供すること
である。
An object of the present invention is to provide a magneto-optical element material having a small temperature dependence of a Faraday rotation angle and a large Faraday rotation coefficient. Another object of the present invention is to provide a broad band of 1550 nm band (specifically, for example, 153 nm band).
(1 to 1570 nm), and to provide a magneto-optical element material having a small wavelength dependence of the Faraday rotation angle. Still another object of the present invention is to provide a magneto-optical element material which can be formed by the LPE method and is suitable for mass production, thereby realizing the miniaturization and low cost of the broadband optical isolator.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、組成式がR
3-x Bix Fe5-v-w-y Mav Mbw Coy 12但し、
Rはイットリウムを含む希土類元素、Maは3価の陽性
元素、Mbは4価の陽性元素、 0.6≦x≦1.9 0.01≦y≦0.47 260y−88x+45≦0 500y−30x+37≧0 0≦v≦1.0 0≦w≦0.35 で示される磁性ガーネット単結晶からなり、波長155
0nm帯で使用する磁気光学素子材料である。なお、ここ
で波長1550nm帯とは、中心波長1550nmの極く近
傍のみで使用する場合、あるいは中心波長1550nmに
対して波長多重伝送が可能な一定の幅を有する広帯域
(例えば1530nm〜1570nm程度)を意味してい
る。広帯域で使用する場合には、0.01≦y≦0.2
8で且つ800y−130x+23≦0の組成範囲とす
るのが好ましい。また磁性ガーネット単結晶は、非磁性
ガーネット基板上に液相エピタキシャル成長させたLP
E膜が好ましい。
According to the present invention, a composition formula is represented by R
3-x Bi x Fe 5- vwy Ma v Mb w Co y O 12 where
R is a rare earth element containing yttrium, Ma is a trivalent positive element, Mb is a tetravalent positive element, 0.6 ≦ x ≦ 1.9 0.01 ≦ y ≦ 0.47 260y-88x + 45 ≦ 0 500y-30x + 37 It is composed of a magnetic garnet single crystal represented by ≧ 00 ≦ v ≦ 1.00 ≦ w ≦ 0.35, and has a wavelength of 155
This is a magneto-optical element material used in the 0 nm band. Here, the wavelength 1550 nm band means a wide band (for example, about 1530 nm to 1570 nm) having a certain width capable of performing wavelength multiplex transmission with respect to the center wavelength 1550 nm when used only in the vicinity of the center wavelength 1550 nm. Means. When used in a wide band, 0.01 ≦ y ≦ 0.2
8 and 800y-130x + 23 ≦ 0. The magnetic garnet single crystal is a liquid-phase epitaxially grown LP on a non-magnetic garnet substrate.
E films are preferred.

【0011】本発明者等は1550nm帯で用いる磁気光
学素子材料について、BiとCoで同時置換された希土
類鉄ガーネット単結晶は、従来のBiで置換された希土
類鉄ガーネット単結晶に比べて、ファラデー回転の温度
依存性及び波長依存性が非常に小さくなることを実験的
に見出し、本発明を完成させるに至ったものである。な
お、コバルト2価イオンを含む希土類鉄ガーネット単結
晶については特開昭62−78194号公報に記載があ
るが、BiとCoで同時置換された希土類鉄ガーネット
単結晶に関しては、全く開示されていない。
For the magneto-optical device material used in the 1550 nm band, the present inventors have found that the rare earth iron garnet single crystal simultaneously substituted with Bi and Co is farader than the conventional rare earth iron garnet single crystal substituted with Bi. It has been experimentally found that the temperature dependence and the wavelength dependence of the rotation become extremely small, and the present invention has been completed. The rare earth iron garnet single crystal containing cobalt divalent ions is described in JP-A-62-78194, but the rare earth iron garnet single crystal simultaneously substituted with Bi and Co is not disclosed. .

【0012】光アイソレータにおけるアイソレーション
とは、順方向と逆方向の挿入損失の比である。ルチル単
結晶からなる偏光子及び検光子では、50dB以上の消
光比が得られている。このことから光アイソレータのア
イソレーションは、ファラデー回転子の消光比で決まる
といってよい。そこで本発明において、磁気光学素子材
料の温度依存性を評価するために、上記の事柄を考慮し
て次のような評価方法を採用した。それは、以下に述べ
る各実施例(比較例及び実験例)での鉄ガーネット単結
晶の1550nm、25℃におけるアイソレーションが最
も小さいものでも45dBあったことから、「波長15
50nm、室温(25℃)における45度回転子のアイソ
レーションK0 を45dBとしたとき、0℃から50℃
の間(室温25℃±25℃)でのアイソレーションの最
小値KT min を求め、従来の磁気光学素子材料との比較
を行う」という評価方法である。
[0012] Isolation in an optical isolator is the ratio of the insertion loss in the forward direction to the insertion loss in the reverse direction. An extinction ratio of 50 dB or more is obtained with a polarizer and an analyzer made of a rutile single crystal. From this, it can be said that the isolation of the optical isolator is determined by the extinction ratio of the Faraday rotator. Therefore, in the present invention, in order to evaluate the temperature dependency of the magneto-optical element material, the following evaluation method is adopted in consideration of the above matters. This is because the iron garnet single crystal in each example (comparative example and experimental example) described below had 45 dB even at the smallest isolation at 1550 nm and 25 ° C.
When the isolation K 0 of the 45-degree rotator at 50 nm and room temperature (25 ° C.) is 45 dB, 0 ° C. to 50 ° C.
(At room temperature 25 ° C. ± 25 ° C.) to determine the minimum value of isolation K T min and compare with the conventional magneto-optical element material ”.

【0013】実際には以下に述べる計算式によってK
T min を求める。LPE膜を温度T0(=室温25℃)
で45度ファラデー回転する膜厚にしたとき、温度が室
温T0からある温度Tに変わると、通常、ファラデー回
転角は45度からずれてくる。ここで室温T0 とある温
度Tでのファラデー回転角の角度差をΔθT 、室温T0
でのアイソレーションをK0 、ある温度Tでのアイソレ
ーションをKT とすると、次式が成り立つことが知られ
ている。 KT =−10×log (10-K0/10+ sin2 ΔθT ) … (1) この式を用いると、ΔθT とK0 から、ある温度Tでの
アイソレーションKT を算出できる。但し、ΔθT はフ
ァラデー回転係数の温度依存性の測定値から計算する。
このようにして、算出したアイソレーションKT のう
ち、最も小さい値をKT min とする。
In practice, K is given by the following formula:
Find T min . The temperature of the LPE film is T 0 (= room temperature 25 ° C.)
In when the film thickness of 45 degree Faraday rotation, when the temperature is changed to temperature T at room temperature T 0, usually, the Faraday rotation angle comes deviates from 45 degrees. Here Δθ the angle difference of the Faraday rotation angle at room temperature T 0 phrase temperature T T, RT T 0
It is known that if the isolation at K is K 0 and the isolation at a certain temperature T is K T , the following equation holds. K T = −10 × log (10 −K0 / 10 + sin 2 Δθ T ) (1) By using this equation, the isolation K T at a certain temperature T can be calculated from Δθ T and K 0 . Here, Δθ T is calculated from the measured value of the temperature dependence of the Faraday rotation coefficient.
The smallest value among the calculated isolations K T is defined as K T min .

【0014】前述した従来のTbBi系鉄ガーネット単
結晶においてはK0 =45dBで、KT min =32dB
であるのに対して、本発明ではKT min ≧33dBが得
られる。KT min ≧33dBとするのは、光アイソレー
タのアイソレーションとして最小でも33dBは必要だ
からである。本発明の組成範囲は、図1において点線で
囲んだ領域である。Bi量xが0.6(/f.u.)以上必
要なのは、一般にLPE膜は膜厚が500μm程度まで
しか育成できないなので、LPE膜を2枚重ねでファラ
デー回転子を構成することを考えても、1枚のLPE膜
のファラデー回転係数は絶対値で500(deg/cm)以上
が必要なためである。ファラデー回転係数が500(de
g/cm)以上となるのは本発明の膜組成においてはBi量
が0.6(/f.u.)以上のときだからである。Bi量が
1.9(/f.u.)以下なのは、Bi量が多過ぎるとLP
E膜の熱膨張係数が大きくなり、基板との熱膨張差が大
きくなって、育成後温度下降中に基板との間に大きな応
力が生じて割れてしまうため、実質的に育成できないか
らである。
In the above-mentioned conventional TbBi-based iron garnet single crystal, K 0 = 45 dB and K T min = 32 dB.
In contrast, in the present invention, K T min ≧ 33 dB is obtained. K T min ≧ 33 dB is because at least 33 dB is required as the isolation of the optical isolator. The composition range of the present invention is a region surrounded by a dotted line in FIG. The reason why the Bi amount x is required to be 0.6 (/ fu) or more is that the LPE film can generally be grown only up to a thickness of about 500 μm. This is because the Faraday rotation coefficient of one LPE film needs to be 500 (deg / cm) or more in absolute value. Faraday rotation coefficient is 500 (de
g / cm) or more because the Bi content is 0.6 (/ fu) or more in the film composition of the present invention. The Bi amount is 1.9 (/ fu) or less because the Bi amount is too large for LP.
This is because the thermal expansion coefficient of the E film increases, the thermal expansion difference with the substrate increases, and a large stress is generated between the E film and the substrate during the temperature decrease after the growth, and the film is broken, so that the film cannot be grown substantially. .

【0015】実験の結果、CoとBiを同時適量置換し
た前記組成領域の希土類鉄ガーネット単結晶は、ファラ
デー回転角の温度依存性を低減でき、アイソレーション
の最小値KT min を33dB以上にできることが判明し
た。なお、その場合、ファラデー回転角の波長依存性が
大きい例もあるが、波長が1550nmに限定されている
用途では、何ら問題なく使用できる。
As a result of the experiment, the rare-earth iron garnet single crystal of the above composition region in which Co and Bi are simultaneously and appropriately substituted can reduce the temperature dependence of the Faraday rotation angle and can achieve the minimum isolation K T min of 33 dB or more. There was found. In this case, there is an example in which the wavelength dependence of the Faraday rotation angle is large, but in applications where the wavelength is limited to 1550 nm, it can be used without any problem.

【0016】ところで最近の波長多重伝送実験は、波長
1550nmを中心に波長域が40nm以内で行われてい
る。これはエルビウムドープファイバ増幅器で増幅でき
る波長の範囲が1530〜1570nm程度であるためで
ある。そこで、このような波長多重伝送システムに用い
る光アイソレータとしては、温度依存性が低いことの他
に、この波長域で高アイソレーションを呈することが要
求される。
By the way, recent wavelength division multiplexing transmission experiments have been performed within a wavelength range of 40 nm or less centered on a wavelength of 1550 nm. This is because the range of wavelength that can be amplified by the erbium-doped fiber amplifier is about 1530 to 1570 nm. Therefore, an optical isolator used in such a wavelength division multiplexing transmission system is required to exhibit high isolation in this wavelength region in addition to low temperature dependency.

【0017】本発明において、磁気光学素子材料の波長
依存性を評価するために、温度依存性の場合と同様の次
のような評価方法を採用した。それは、「波長1550
nm(室温25℃)における45度回転子のアイソレーシ
ョンK0 を45dBとしたとき、1550nm帯で波長多
重伝送が行われる範囲、即ちエルビウムドープファイバ
増幅器で増幅できる波長の範囲である1530〜157
0nmの間でのアイソレーションの最小値KWLmin を求
め、従来の磁気光学素子材料との比較を行う」という評
価方法である。
In the present invention, in order to evaluate the wavelength dependence of the magneto-optical element material, the following evaluation method similar to the case of the temperature dependence is employed. It is "wavelength 1550
When the isolation K 0 of the 45-degree rotator at 45 nm (room temperature 25 ° C.) is 45 dB, the wavelength multiplexing transmission is performed in the 1550 nm band, that is, the wavelength range that can be amplified by the erbium-doped fiber amplifier, 1530 to 157.
A minimum value K WLmin of the isolation between 0 nm is determined, and comparison with a conventional magneto-optical element material is performed. "

【0018】実際には、以下に述べる計算式によってK
WLmin を求める。LPE膜を中心波長λ0 (=1550
nm)で45度ファラデー回転が生じる膜厚にしたとき、
波長が1550nmからある波長λに変わると、通常、フ
ァラデー回転角は45度からずれてくる。ここで中心波
長λ0 とある波長λでのファラデー回転角の角度差をΔ
θWL、中心波長λ0 での消光比をK0 、ある波長λでの
アイソレーションをKWLとすると、次式が成り立つ。 KWL=−10×log (10-K0/10+ sin2 ΔθWL) … (2) この式を用いると、ΔθWLとK0 から、ある波長λでの
アイソレーションKWLを算出できる。但し、ΔθWLはフ
ァラデー回転係数の波長依存性の測定値から計算する。
このようにして、算出したアイソレーションKWLのう
ち、最も小さい値をKWLmin とする。
In practice, K is given by the following formula:
Find WLmin . The center wavelength λ 0 (= 1550)
nm), the film thickness at which 45 degree Faraday rotation occurs
When the wavelength changes from 1550 nm to a certain wavelength λ, the Faraday rotation angle usually deviates from 45 degrees. Here, the difference between the center wavelength λ 0 and the Faraday rotation angle at a certain wavelength λ is Δ
If θ WL , the extinction ratio at the center wavelength λ 0 is K 0 , and the isolation at a certain wavelength λ is K WL , the following equation holds. K WL = −10 × log (10 −K0 / 10 + sin 2 Δθ WL ) (2) Using this equation, the isolation K WL at a certain wavelength λ can be calculated from Δθ WL and K 0 . Here, Δθ WL is calculated from the measured value of the wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient.
The smallest value of the calculated isolation K WL is K WLmin .

【0019】前述した従来のTbBi系鉄ガーネット単
結晶においてはK0 =45dBで、KWLmin =33dB
であるのに対して、本発明で前記組成領域内の0≦y≦
0.28で且つ800y−130x+23≦0とする
と、KWLmin ≧35dBが得られる。その時の組成範囲
は、図1において斜線を付して示した領域である。
In the aforementioned conventional TbBi-based iron garnet single crystal, K 0 = 45 dB and K WLmin = 33 dB.
On the other hand, in the present invention, 0 ≦ y ≦
If 0.28 and 800y−130x + 23 ≦ 0, K WLmin ≧ 35 dB is obtained. The composition range at that time is a region indicated by hatching in FIG.

【0020】Coの適量置換によってファラデー回転角
の波長依存性が低減される理由は、次の如くであろうと
考えられる。日本応用磁気学会誌13,157-162(1989)に
は、Co2+、Co3+でそれぞれ置換されたYIG(イッ
トリウム鉄ガーネット)単結晶のファラデー回転係数の
波長依存性が示されている。それによれば、Co2+は1
440nm、Co3+は1400nmにファラデー回転係数の
ピークが生じている。これらの1550nm帯におけるフ
ァラデー回転係数は正である。また1550nm帯では、
ファラデー回転係数の波長依存性は負の傾きをもってい
る。それに対してBi置換希土類鉄ガーネット単結晶の
場合、J.Appl.Phys. 70(8),15 October1991によればB
iがおよそ0.3(/f.u.)以上置換されていれば、1
550nm帯におけるファラデー回転係数は負である。ま
た1550nm帯においては、ファラデー回転係数の波長
依存性は正の傾きをもっている。本発明では、1550
nm帯におけるファラデー回転係数の波長依存性の傾きが
互いに逆になる効果を生じるCo2+とBi、Co3+とB
i、又はCo2+及びCo3+とBiの同時置換により、両
者の効果を相殺させてファラデー回転係数の波長依存性
を実質的に小さくしているものと考えられる。
It is considered that the reason why the wavelength dependence of the Faraday rotation angle is reduced by the appropriate substitution of Co is as follows. The Journal of the Japan Society of Applied Magnetics 13, 157-162 (1989) shows the wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient of YIG (yttrium iron garnet) single crystals substituted with Co 2+ and Co 3+ , respectively. According to it, Co 2+ is 1
440 nm and Co 3+ have a peak of the Faraday rotation coefficient at 1400 nm. The Faraday rotation coefficient in these 1550 nm bands is positive. In the 1550nm band,
The wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient has a negative slope. On the other hand, in the case of a Bi-substituted rare earth iron garnet single crystal, according to J. Appl. Phys. 70 (8), 15 October1991, B
If i is substituted about 0.3 (/ fu) or more, 1
The Faraday rotation coefficient in the 550 nm band is negative. In the 1550 nm band, the wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient has a positive slope. In the present invention, 1550
Co 2+ and Bi, Co 3+ and B, which have the effect that the slopes of the wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient in the nm band are opposite to each other.
It is considered that the simultaneous substitution of i or Co 2+ or Co 3+ and Bi cancels the effects of both, thereby substantially reducing the wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient.

【0021】ところでガーネット中のCoイオンが2価
であるか3価であるかを決定することについては日本応
用磁気学会誌12,171〜174 (1988)に開示されており、以
下による。 (a)4価の陽イオンで電荷補償をしていないとき、C
oイオンはCo3+になっている。 (b)4価の陽イオンで電荷補償をしているとき、Co
イオンは4価の陽イオンの濃度だけCo2+になってい
て、残りのCoイオンはCo3+になっている。 従って、Mb(即ち、4価の陽性元素)の添加量の制御
で、Coイオンの2価と3価、即ちCo2+とCo3+の比
率を調整し、1550nm帯におけるファラデー回転係数
の波長依存性の負の傾きを調整できることになる。この
調整したファラデー回転係数の波長依存性の負の傾き
が、丁度Bi添加によるファラデー回転係数の波長依存
性の正の傾きを相殺することで、波長依存性のない波長
特性を実現できるのである。
The determination of whether Co ions in garnet are divalent or trivalent is disclosed in the Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, 12,171-174 (1988), and is described below. (A) When charge compensation is not performed with a tetravalent cation, C
The o ion is Co 3+ . (B) When charge compensation is performed with tetravalent cations,
The ions are Co 2+ by the concentration of tetravalent cations, and the remaining Co ions are Co 3+ . Therefore, by controlling the addition amount of Mb (ie, tetravalent positive element), the divalent and trivalent of Co ions , that is, the ratio of Co 2+ to Co 3+ is adjusted, and the wavelength of the Faraday rotation coefficient in the 1550 nm band is adjusted. The negative slope of dependence can be adjusted. This adjusted negative slope of the wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient cancels out the positive slope of the wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient due to the addition of Bi, so that wavelength characteristics without wavelength dependence can be realized.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明は、R3-x Bix Fe
5-v-w-y Mav Mbw Coy 12で表される磁性ガーネ
ット単結晶からなり、波長1550nm帯で使用する磁気
光学素子材料である。ここで、0≦v及び0≦wである
ために、実施の形態としては、次の4種が含まれる。 MaとMbを含まないR3-x Bix Fe5-y Coy
12 Maのみを含むR3-x Bix Fe5-v-y Mav Coy
12 Mbのみを含むR3-x Bix Fe5-w-y Mbw Coy
12 MaとMbの両方を含むR3-x Bix Fe5-v-w-y
v Mbw Coy 12
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to R 3-x Bi x Fe
5-vwy Ma v consists Mb w Co y O 12 in the magnetic garnet single crystal represented a magneto-optical element material for use in the wavelength 1550nm band. Here, since 0 ≦ v and 0 ≦ w, the following four types are included in the embodiment. R free of Ma and Mb 3-x Bi x Fe 5 -y Co y O
R contains only 12 Ma 3-x Bi x Fe 5-vy Ma v Co y
O containing only 12 Mb R 3-x Bi x Fe 5-wy Mb w Co y
O 12 includes both Ma and Mb R 3-x Bi x Fe 5-vwy M
a v Mb w Co y O 12

【0023】上記の形態が最も基本的なものである。
Rとしては、Y(イットリウム)、La(ランタン)、
Lu(ルテチウム)、Tb(テルビウム)、Gd(ガド
リニウム)から選ばれる1種又は2種以上の希土類元素
を用いる。3価の陽性元素であるMaとしては、Al、
Ga、Inから選ばれる1種又は2種以上を用いる。4
価の陽性元素であるMbとしては、Ge、Sn、Ti、
Zr、Siから選ばれる1種又は2種以上を用いる。3
価の陽性元素による置換は、主としてLPE法による成
膜の際に基板との格子定数を合わせるために行われるも
のである。また4価の陽性元素による置換は、Coの価
数を制御するためであり、4価の陽性元素で置換した分
だけCoが3価から2価に変わり、Coによるファラデ
ー回転係数の波長依存性の負の勾配を制御している。波
長依存性を小さくする組成領域では、4価の陽性元素の
量wは0≦w≦0.23でよい。
The above embodiment is the most basic one.
R is Y (yttrium), La (lanthanum),
One or more rare earth elements selected from Lu (lutetium), Tb (terbium), and Gd (gadolinium) are used. As a trivalent positive element Ma, Al,
One or two or more selected from Ga and In are used. 4
Ge, Sn, Ti,
One or more selected from Zr and Si are used. 3
Substitution with a valence positive element is mainly performed in order to match the lattice constant with the substrate during film formation by the LPE method. The substitution with the tetravalent positive element is for controlling the valence of Co. Co changes from trivalent to divalent by the amount replaced with the tetravalent positive element, and the wavelength dependence of the Faraday rotation coefficient by Co. Is controlling the negative slope. In the composition region where the wavelength dependence is reduced, the amount w of the tetravalent positive element may be 0 ≦ w ≦ 0.23.

【0024】最も好ましい例としては、(CaGd)3
(MgZrGa)5 12である非磁性ガーネット基板上
に液相エピタキシャル成長させたTb1.86Bi1.14Fe
4.67Al0.24Co0.0912なる組成の磁性ガーネット単
結晶、あるいは(CaGd)3 (MgZrGa)5 12
である非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル成
長させたTb2.40Bi0.60Fe4.97Co0.0312なる組
成の磁性ガーネット単結晶がある。
The most preferred example is (CaGd) 3
Tb 1.86 Bi 1.14 Fe liquid phase epitaxially grown on non-magnetic garnet substrate (MgZrGa) 5 O 12
4.67 A magnetic garnet single crystal having a composition of Al 0.24 Co 0.09 O 12 or (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12
There is a magnetic garnet single crystal having a composition of Tb 2.40 Bi 0.60 Fe 4.97 Co 0.03 O 12 which is liquid phase epitaxially grown on a non-magnetic garnet substrate.

【0025】[0025]

【実施例】種々の組成の磁性ガーネット単結晶を、非磁
性ガーネット基板上にLPE法により成膜する実験を行
った。フラックスには全てBi2 3 −B2 3 −Pb
Oを用いた。成膜した磁性ガーネット単結晶の膜厚は4
0〜470μmであった。各磁性ガーネット単結晶につ
いて、波長1550nm、室温(25℃)におけるアイソ
レーションK0 (dB)、波長1550nmで0℃〜50
℃の間のファラデー回転係数θF (deg/cm)及び153
0〜1570nmの間の室温でのファラデー回転係数θF
(deg/cm)を測定した。0℃〜50℃の温度範囲でのア
イソレーションの最小値KT min (dB)は前記の計算
式(1) に0℃〜50℃の温度範囲で測定したファラデー
回転係数θF (deg/cm)から25℃でのファラデー回転
角を45度に規格化して得られるΔθT を代入して算出
した。実際にはΔθT は、25℃でファラデー回転が4
5度となる膜厚における、ある温度Tでのファラデー回
転角θT と25℃でのファラデー回転角(45度)の差
(即ちΔθT =|θT −45|)である。また1530
〜1570nmの波長範囲でのアイソレーションの最小値
WLmin (dB)は前記の計算式(2) に1530〜15
70nmの波長範囲で測定したファラデー回転係数θ
F (deg/cm)から1550nmでのファラデー回転角を4
5度に規格化して得られるΔθWLを代入して算出した。
実際にはΔθWLは、1550nmでファラデー回転が45
度となる膜厚における、ある波長λでのファラデー回転
角θWLと1550nmでのファラデー回転角(45度)の
差(即ちΔθWL=|θWL−45|)である。以下はその
結果であり、磁性ガーネット単結晶の組成、非磁性ガー
ネット基板の種類(その格子定数)、測定値である15
50nmで室温(25℃)におけるファラデー回転係数θ
F (deg/cm)とアイソレーションK0 (dB)、計算値
であるアイソレーションの最小値KT min (dB)及び
最小値KWLmin (dB)の順に列記する。ここで、比較
例はCoを含まない場合であり、実験例はいずれもCo
を含む場合である。Coを含む各実験例については、B
i量xとCo量yに対して特性の良否を判定し、図1に
マップ化した。このマップから、本発明の組成範囲を求
めている。なお、図1中の番号は実験例の番号に対応し
てる。
EXAMPLE An experiment was conducted in which magnetic garnet single crystals of various compositions were formed on a nonmagnetic garnet substrate by the LPE method. All fluxes were Bi 2 O 3 -B 2 O 3 -Pb
O was used. The thickness of the formed magnetic garnet single crystal is 4
It was 0 to 470 μm. For each magnetic garnet single crystal, the isolation K 0 (dB) at a wavelength of 1550 nm and room temperature (25 ° C.), 0 ° C. to 50 ° at a wavelength of 1550 nm
Faraday rotation coefficient θ F (deg / cm) between ℃ and 153
Faraday rotation coefficient θ F at room temperature between 0 and 1570 nm
(Deg / cm) was measured. The minimum value of isolation K T min (dB) in the temperature range of 0 ° C. to 50 ° C. is calculated by the above formula (1) using the Faraday rotation coefficient θ F (deg / cm) measured in the temperature range of 0 ° C. to 50 ° C. ) Was substituted for Δθ T obtained by normalizing the Faraday rotation angle at 25 ° C. to 45 degrees. In practice, Δθ T is 4 degrees Faraday rotation at 25 ° C.
In film thickness is 5 degrees, there Faraday rotation angle in the Faraday rotation angle theta T and 25 ° C. at a temperature T difference (45 degrees) (i.e. Δθ T = | θ T -45 | ) is. 1530
The minimum value of the isolation K WLmin (dB) in the wavelength range of 151570 nm is 1530〜15 in the above formula (2).
Faraday rotation coefficient θ measured in the wavelength range of 70 nm
The Faraday rotation angle from F (deg / cm) to 1550 nm is 4
The calculation was performed by substituting Δθ WL obtained by normalizing to 5 degrees.
Actually, Δθ WL is 1550 nm and the Faraday rotation is 45
The difference between the Faraday rotation angle θ WL at a certain wavelength λ and the Faraday rotation angle (45 degrees) at 1550 nm (that is, Δθ WL = | θ WL −45 |) at a film thickness of a degree. The following are the results, the composition of the magnetic garnet single crystal, the type of the non-magnetic garnet substrate (its lattice constant), and the measured values.
Faraday rotation coefficient θ at room temperature (25 ° C.) at 50 nm
F (deg / cm), the isolation K 0 (dB), the calculated minimum value K T min (dB) and the minimum value K WLmin (dB) of the isolation are listed in this order. Here, the comparative example is a case where Co is not contained, and the experimental examples are all Co
Is included. For each experimental example containing Co, B
The quality of the characteristics was determined with respect to the i amount x and the Co amount y, and is mapped in FIG. From this map, the composition range of the present invention is determined. The numbers in FIG. 1 correspond to the numbers of the experimental examples.

【0026】(比較例1) 組成:Tb1.85Bi1.15Fe4.75Al0.2512 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.496Å) 測定値:θF =−1060deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =32dB / KWLmin =33dB (比較例2) 組成:Tb1.60Bi1.40Fe4.00Ga1.0012 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.500Å) 測定値:θF =−1130deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =32dB / KWLmin =33dB
(Comparative Example 1) Composition: Tb 1.85 Bi 1.15 Fe 4.75 Al 0.25 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.496 °) Measurement value: θ F = -1060 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 32 dB / K WLmin = 33 dB (Comparative Example 2) Composition: Tb 1.60 Bi 1.40 Fe 4.00 Ga 1.00 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant) = 12.500 °) Measured value: θ F = -1130 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: KT min = 32 dB / K WLmin = 33 dB

【0027】(実験例1) 組成:Tb1.86Bi1.14Fe4.67Al0.24Co0.0912 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.496Å) 測定値:θF =−802deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =36dB / KWLmin =44dB (実験例2) 組成:Tb2.19Bi0.81Fe4.83Ge0.08Co0.0912 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.496Å) 測定値:θF =−548deg/cm / K0 =47dB 計算値:KT min =41dB / KWLmin =37dB (実験例3) 組成:Tb2.40Bi0.60Fe4.97Co0.0312 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.469Å) 測定値:θF =−512deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =43dB / KWLmin =45dB (実験例4) 組成:Tb2.30Bi0.70Fe4.94Co0.0612 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.476Å) 測定値:θF =−506deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =43dB / KWLmin =41dB (実験例5) 組成:Tb1.30Bi1.70Fe4.54Ge0.23Co0.2312 基板:Nd3 Ga5 12(格子定数=12.527Å) 測定値:θF =−973deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =43dB / KWLmin =35dB (実験例6) 組成:Tb1.90Bi1.10Fe4.83Ge0.05Co0.1212 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.500Å) 測定値:θF =−755deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =40dB / KWLmin =41dB (実験例7) 組成:Tb2.10Bi0.90Fe4.80Sn0.10Co0.1012 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.494Å) 測定値:θF =−626deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =40dB / KWLmin =38dB (実験例8) 組成:Tb1.90Bi1.10Fe4.82Ti0.09Co0.0912 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.498Å) 測定値:θF =−911deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =40dB / KWLmin =35dB (実験例9) 組成:Tb2.10Bi0.90Fe4.82Zr0.09Co0.0912 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.496Å) 測定値:θF =−667deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =42dB / KWLmin =37dB (実験例10) 組成:Tb1.80Bi1.20Fe4.82Si0.09Co0.0912 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.496Å) 測定値:θF =−1033deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =38dB / KWLmin =35dB (実験例11) 組成:Tb2.00Bi1.00Fe4.81Al0.05Ge0.05Co
0.0912 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.490Å) 測定値:θF =−752deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =40dB / KWLmin =40dB (実験例12) 組成:Y1.80Bi1.20Fe4.70Co0.3012 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.480Å) 測定値:θF =−335deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =41dB / KWLmin =0dB (実験例13) 組成:Lu1.450.95Bi0.60Fe4.85Co0.1512 基板:Gd3 Ga5 12(格子定数=12.383Å) 測定値:θF =−117deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =38dB / KWLmin =9dB (実験例14) 組成:La0.301.80Bi0.90Fe4.75Co0.2512 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.490Å) 測定値:θF =−156deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =31dB / KWLmin =12dB (実験例15) 組成:Lu0.750.35Bi1.90Fe4.40Ge0.30Co
0.3012 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.497Å) 測定値:θF =−1136deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =42dB / KWLmin =31dB (実験例16) 組成:Tb2.10Bi0.90Fe4.75Ga0.24Co0.0112 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.484Å) 測定値:θF =−804deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =35dB / KWLmin =36dB (実験例17) 組成:Tb1.50Bi1.50Fe4.30Al0.50Co0.2012 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.498Å) 測定値:θF =−705deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =40dB / KWLmin =35dB (実験例18) 組成:Tb1.70Bi1.30Fe3.88Ga1.00Co0.1212 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.501Å) 測定値:θF =−535deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =42dB / KWLmin =35dB (実験例19) 組成:Tb1.80Bi1.20Fe4.70In0.15Co0.1512 基板:Nd3 Ga5 12(格子定数=12.527Å) 測定値:θF =−731deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =42dB / KWLmin =35dB (実験例20) 組成:Tb0.90Bi2.10Fe4.96Co0.0412 基板:Gd3 Sc2 Ga3 12(格子定数=12.56
1Å) 基板上にLPE法により育成しようと試みたが、クラッ
ク等のため育成できなかった。 (実験例21) 組成:Tb1.40Bi1.60Fe4.46Al0.50Co0.0412 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.499Å) 測定値:θF =−1428deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =33dB / KWLmin =35dB (実験例22) 組成:La0.160.94Bi1.90Fe4.52Co0.4812 基板:Gd3 Sc2 Ga3 12(格子定数=12.56
1Å) 測定値:θF =−476deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =38dB / KWLmin =3dB (実験例23) 組成:Y1.60Bi1.40Fe4.64Co0.3612 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.498Å) 測定値:θF =−357deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =39dB / KWLmin =3dB (実験例24) 組成:Lu0.600.80Bi1.60Fe4.60Co0.4012 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.497Å) 測定値:θF =−438deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =41dB / KWLmin =0dB (実験例25) 組成:Y1.60Bi1.40Fe4.62Co0.3812 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.499Å) 測定値:θF =−290deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =33dB / KWLmin =10dB (実験例26) 組成:Tb1.40Bi1.60Fe4.72Ge0.14Co0.1412 基板:Nd3 Ga5 12(格子定数=12.527Å) 測定値:θF =−1337deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =37dB / KWLmin =36dB (実験例27) 組成:Lu0.05La0.051.20Bi1.70Fe4.64Co
0.3612 基板:Nd3 Ga5 12(格子定数=12.527Å) 測定値:θF =−687deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =37dB / KWLmin =17dB (実験例28) 組成:La0.170.93Bi1.90Fe4.53Co0.4712 基板:Gd3 Sc2 Ga3 12(格子定数=12.56
1Å) 測定値:θF =−512deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =40dB / KWLmin =2dB (実験例29) 組成:Tb1.60Bi1.40Fe4.70Co0.3012 基板:Nd3 Ga5 12(格子定数=12.527Å) 測定値:θF =−532deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =41dB / KWLmin =16dB (実験例30) 組成:Tb2.00Bi1.00Fe4.84Co0.1612 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.498Å) 測定値:θF =−525deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =38dB / KWLmin =27dB (実験例31) 組成:Lu0.750.35Bi1.90Fe4.30Ge0.35Co
0.3512 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.497Å) 測定値:θF =−959deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =35dB / KWLmin =25dB (実験例32) 組成:Tb1.84Bi1.16Fe4.68Al0.24Co0.0812 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.496Å) 測定値:θF =−962deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =36dB / KWLmin =36dB (実験例33) 組成:La0.401.80Bi0.80Fe4.87Co0.1312 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.490Å) 測定値:θF =−285deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =35dB / KWLmin =31dB (実験例34) 組成:Y1.60Bi1.40Fe4.82Co0.1812 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.492Å) 測定値:θF =−798deg/cm / K0 =47dB 計算値:KT min =35dB / KWLmin =42dB (実験例35) 組成:Y1.70Bi1.30Fe4.80Co0.2012 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.485Å) 測定値:θF =−580deg/cm / K0 =46dB計
算値:KT min =35dB / KWLmin =34dB (実験例36) 組成:La0.200.90Bi1.90Fe4.72Co0.2812 基板:Gd3 Sc2 Ga3 12(格子定数=12.56
1Å) 測定値:θF =−913deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =35dB / KWLmin =35dB (実験例37) 組成:Tb1.10Bi1.90Fe4.44Al0.50Co0.0612 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.510Å) 測定値:θF =−1646deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =33dB / KWLmin =35dB (実験例38) 組成:Tb2.00Bi1.00Fe4.49Ga0.50Co0.0112 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.486Å) 測定値:θF =−929deg/cm / K0 =47dB 計算値:KT min =35dB / KWLmin =36dB (実験例39) 組成:Tb1.50Bi1.50Fe4.87Co0.1312 基板:Nd3 Ga5 12(格子定数=12.527Å) 測定値:θF =−1184deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =35dB / KWLmin =42dB (実験例40) 組成:La0.201.70Bi1.10Fe4.85Co0.1512 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.491Å) 測定値:θF =−1441deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =35dB / KWLmin =37dB (実験例41) 組成:Tb1.50Bi1.50Fe4.45In0.50Co0.0512 基板:Gd3 Sc2 Ga3 12(格子定数=12.56
1Å)測定値:θF =−1273deg/cm / K0 =4
5dB 計算値:KT min =33dB / KWLmin =36dB (実験例42) 組成:Tb1.10Bi1.90Fe3.96Al1.00Co0.0412 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.487Å) 測定値:θF =−1360deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =33dB / KWLmin =35dB (実験例43) 組成:Tb1.60Bi1.40Fe3.99Ga1.00Co0.0112 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.496Å) 測定値:θF =−1082deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =33dB / KWLmin =35dB (実験例44) 組成:Lu1.20Bi1.80Fe4.85Co0.1512 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.486Å) 測定値:θF =−1457deg/cm / K0 =46dB 計算値:KT min =35dB / KWLmin =40dB (実験例45) 組成:Lu0.60Gd1.10Bi1.30Fe4.90Co0.1012 基板:(CaGd)3 (MgZrGa)5 12(格子定
数=12.497Å) 測定値:θF =−1055deg/cm / K0 =45dB 計算値:KT min =35dB / KWLmin =36dB
(Experimental example 1) Composition: Tb 1.86 Bi 1.14 Fe 4.67 Al 0.24 Co 0.09 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.496 °) Measurement value: θ F = −802 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 36 dB / K WLmin = 44 dB (Experimental Example 2) Composition: Tb 2.19 Bi 0.81 Fe 4.83 Ge 0.08 Co 0.09 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.496 °) Measured value: θ F = −548 deg / cm / K 0 = 47 dB Calculated value: K T min = 41 dB / K WLmin = 37 dB (Experimental Example 3) Composition: Tb 2.40 Bi 0.60 Fe 4.97 Co 0.03 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.469 °) Measured value: θ F = −512 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 43 dB / K WLmin = 4 dB (Experimental Example 4) Composition: Tb 2.30 Bi 0.70 Fe 4.94 Co 0.06 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 ( lattice constant = 12.476A) measurement: θ F = -506deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 43 dB / K WLmin = 41 dB (Experimental Example 5) Composition: Tb 1.30 Bi 1.70 Fe 4.54 Ge 0.23 Co 0.23 O 12 Substrate: Nd 3 Ga 5 O 12 (lattice constant = 12.527 °) ) Measured value: θ F = -973 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 43 dB / K WLmin = 35 dB (Experimental example 6) Composition: Tb 1.90 Bi 1.10 Fe 4.83 Ge 0.05 Co 0.12 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.500 °) Measured value: θ F = −755 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 40 dB / K WLmin = 41 dB (Experimental Example 7) ) Composition: T 2.10 Bi 0.90 Fe 4.80 Sn 0.10 Co 0.10 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 ( lattice constant = 12.494Å) measurement: θ F = -626deg / cm / K 0 = 46dB Calculated: K T min = 40 dB / K WLmin = 38 dB (Experimental Example 8) Composition: Tb 1.90 Bi 1.10 Fe 4.82 Ti 0.09 Co 0.09 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.498 °) Measured value : Θ F = −911 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 40 dB / K WLmin = 35 dB (Experimental Example 9) Composition: Tb 2.10 Bi 0.90 Fe 4.82 Zr 0.09 Co 0.09 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.496A) measurement: θ F = -667deg / cm / K 0 = 45dB calculated: K T min = 42dB / K WLmin = 37dB ( experimental example 10) composition Tb 1.80 Bi 1.20 Fe 4.82 Si 0.09 Co 0.09 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 ( lattice constant = 12.496Å) measurement: θ F = -1033deg / cm / K 0 = 46dB Calculated: K T min = 38 dB / K WLmin = 35 dB (Experimental Example 11) Composition: Tb 2.00 Bi 1.00 Fe 4.81 Al 0.05 Ge 0.05 Co
0.09 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.490 °) Measured value: θ F = −752 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 40 dB / K WLmin = 40 dB (Experimental Example 12) Composition: Y 1.80 Bi 1.20 Fe 4.70 Co 0.30 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.480 °) Measured value: θ F = −335 deg / cm 2 / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 41 dB / K WLmin = 0 dB (Experimental Example 13) Composition: Lu 1.45 Y 0.95 Bi 0.60 Fe 4.85 Co 0.15 O 12 Substrate: Gd 3 Ga 5 O 12 (lattice constant = 12.383Å) ) Measured value: θ F = −117 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 38 dB / K WLmin = 9 dB (Experimental example 14) Composition: La 0.30 Y 1.80 Bi 0.90 Fe 4.75 Co 0.25 O 12 substrate: (CaGd) 3 ( gZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.490A) measurement: θ F = -156deg / cm / K 0 = 45dB Calculated: K T min = 31dB / K WLmin = 12dB ( Experimental Example 15) Composition: Lu 0.75 Y 0.35 Bi 1.90 Fe 4.40 Ge 0.30 Co
0.30 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.497 °) Measured value: θ F = 1136 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 42 dB / K WLmin = 31 dB (Experimental Example 16) Composition: Tb 2.10 Bi 0.90 Fe 4.75 Ga 0.24 Co 0.01 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.484 °) Measured value: θ F = −804 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 35 dB / K WLmin = 36 dB (Experimental Example 17) Composition: Tb 1.50 Bi 1.50 Fe 4.30 Al 0.50 Co 0.20 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 ( lattice constant = 12.498A) measurement: θ F = -705deg / cm / K 0 = 46dB calculated: K T min = 40dB / K WLmin = 35dB ( experimental example 18) composition: Tb 1.70 Bi 1.30 Fe 3.88 G 1.00 Co 0.12 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 ( lattice constant = 12.501Å) measurement: θ F = -535deg / cm / K 0 = 46dB Calculated: K T min = 42dB / K WLmin = 35 dB (Experimental Example 19) Composition: Tb 1.80 Bi 1.20 Fe 4.70 In 0.15 Co 0.15 O 12 Substrate: Nd 3 Ga 5 O 12 (lattice constant = 12.527 °) Measured value: θ F = −731 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 42 dB / K WLmin = 35 dB (Experimental example 20) Composition: Tb 0.90 Bi 2.10 Fe 4.96 Co 0.04 O 12 substrate: Gd 3 Sc 2 Ga 3 O 12 (lattice constant = 12.56)
1)) An attempt was made to grow on the substrate by the LPE method, but growth was not possible due to cracks and the like. (Experimental Example 21) Composition: Tb 1.40 Bi 1.60 Fe 4.46 Al 0.50 Co 0.04 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.499 °) Measurement value: θ F = 1428 deg / cm 2 K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 33 dB / K WLmin = 35 dB (Experimental Example 22) Composition: La 0.16 Y 0.94 Bi 1.90 Fe 4.52 Co 0.48 O 12 Substrate: Gd 3 Sc 2 Ga 3 O 12 (lattice constant = 12.56
1Å) Measured value: θ F = −476 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 38 dB / K WLmin = 3 dB (Experimental example 23) Composition: Y 1.60 Bi 1.40 Fe 4.64 Co 0.36 O 12 substrate: CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.498 °) Measured value: θ F = −357 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 39 dB / K WLmin = 3 dB (Experimental example 24) Composition: Lu 0.60 Y 0.80 Bi 1.60 Fe 4.60 Co 0.40 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.497Å) Measured value: θ F = −438 deg / cm / K 0 = 46 dB Value: K T min = 41 dB / K WLmin = 0 dB (Experimental Example 25) Composition: Y 1.60 Bi 1.40 Fe 4.62 Co 0.38 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.499 °) Measurement value: θ F = 290deg / cm / K 0 = 45dB Calculated: K T min = 33dB / K WLmin = 10dB ( Experimental Example 26) Composition: Tb 1.40 Bi 1.60 Fe 4.72 Ge 0.14 Co 0.14 O 12 substrate: Nd 3 Ga 5 O 12 (grating Constant = 12.527 °) Measured value: θ F = 1337 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 37 dB / K WLmin = 36 dB (Experimental Example 27) Composition: Lu 0.05 La 0.05 Y 1.20 Bi 1.70 Fe 4.64 Co
0.36 O 12 substrate: Nd 3 Ga 5 O 12 (lattice constant = 12.527 °) Measured value: θ F = −687 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 37 dB / K WLmin = 17 dB (Experimental example) 28) Composition: La 0.17 Y 0.93 Bi 1.90 Fe 4.53 Co 0.47 O 12 Substrate: Gd 3 Sc 2 Ga 3 O 12 (lattice constant = 12.56
1Å) Measured value: θ F = −512 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 40 dB / K WLmin = 2 dB (Experimental Example 29) Composition: Tb 1.60 Bi 1.40 Fe 4.70 Co 0.30 O 12 Substrate: Nd 3 Ga 5 O 12 (lattice constant = 12.527 °) Measured value: θ F = −532 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 41 dB / K WLmin = 16 dB (Experimental example 30) Composition: Tb 2.00 Bi 1.00 Fe 4.84 Co 0.16 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.498 °) Measured value: θ F = −525 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 38 dB / K WLmin = 27 dB (Experimental Example 31) Composition: Lu 0.75 Y 0.35 Bi 1.90 Fe 4.30 Ge 0.35 Co
0.35 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.497 °) Measured value: θ F = −959 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 35 dB / K WLmin = 25 dB (Experimental Example 32) Composition: Tb 1.84 Bi 1.16 Fe 4.68 Al 0.24 Co 0.08 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.496 °) Measured value: θ F = −962 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 36 dB / K WLmin = 36 dB (Experimental Example 33) Composition: La 0.40 Y 1.80 Bi 0.80 Fe 4.87 Co 0.13 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 ( lattice constant = 12.490A) measurement: θ F = -285deg / cm / K 0 = 45dB calculated: K T min = 35dB / K WLmin = 31dB ( experimental example 34) composition: Y 1.60 Bi 1.40 Fe 4.82 Co 0.18 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 ( lattice constant = 12.492Å) measurement: θ F = -798deg / cm / K 0 = 47dB Calculated: K T min = 35dB / K WLmin = 42dB ( Experimental Example 35) Composition: Y 1.70 Bi 1.30 Fe 4.80 Co 0.20 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.485 °) Measurement value: θ F = −580 deg / cm / K 0 = 46 dB calculated value: K T min = 35 dB / K WLmin = 34 dB (Experimental Example 36) Composition: La 0.20 Y 0.90 Bi 1.90 Fe 4.72 Co 0.28 O 12 Substrate: Gd 3 Sc 2 Ga 3 O 12 (lattice constant = 12.56)
1Å) Measured value: θ F = −913 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: KT min = 35 dB / K WLmin = 35 dB (Experimental Example 37) Composition: Tb 1.10 Bi 1.90 Fe 4.44 Al 0.50 Co 0.06 O 12 substrate : (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.510 °) Measured value: θ F = 1646 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: KT min = 33 dB / K WLmin = 35 dB (Experimental example) 38) Composition: Tb 2.00 Bi 1.00 Fe 4.49 Ga 0.50 Co 0.01 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.486 °) Measured value: θ F = −929 deg / cm / K 0 = 47 dB Calculated value: K T min = 35 dB / K WLmin = 36 dB (Experimental example 39) Composition: Tb 1.50 Bi 1.50 Fe 4.87 Co 0.13 O 12 Substrate: Nd 3 Ga 5 O 12 (Lattice constant = 12.527 °) Measured value: θ F -1184deg / cm / K 0 = 45dB Calculated: K T min = 35dB / K WLmin = 42dB ( Experimental Example 40) Composition: La 0.20 Y 1.70 Bi 1.10 Fe 4.85 Co 0.15 O 12 substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.491 °) Measured value: θ F = −1441 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 35 dB / K WLmin = 37 dB (Experimental example 41) Composition: Tb 1.50 Bi 1.50 Fe 4.45 In 0.50 Co 0.05 O 12 substrate: Gd 3 Sc 2 Ga 3 O 12 (lattice constant = 12.56
1Å) Measured value: θ F = -1273 deg / cm / K 0 = 4
5 dB Calculated value: K T min = 33 dB / K WLmin = 36 dB (Experimental Example 42) Composition: Tb 1.10 Bi 1.90 Fe 3.96 Al 1.00 Co 0.04 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12) .487 °) Measured value: θ F = 1360 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: KT min = 33 dB / K WLmin = 35 dB (Experimental example 43) Composition: Tb 1.60 Bi 1.40 Fe 3.99 Ga 1.00 Co 0.01 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.496 °) Measured value: θ F = −1082 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 33 dB / K WLmin = 35 dB (Experiment Example 44) Composition: Lu 1.20 Bi 1.80 Fe 4.85 Co 0.15 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant = 12.486 °) Measured value: θ F = 1457 deg / cm / K 0 = 46 dB Calculated value: K T min = 35 dB / K WLmin = 40 dB (Experimental example 45) Composition: Lu 0.60 Gd 1.10 Bi 1.30 Fe 4.90 Co 0.10 O 12 Substrate: (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 (lattice constant) = 12.497 °) Measured value: θ F = -1055 deg / cm / K 0 = 45 dB Calculated value: K T min = 35 dB / K WLmin = 36 dB

【0028】実験例14はKT min が33未満であり好
ましくない。実験例12〜14、22〜25、33はフ
ァラデー回転係数θF が500deg/cm未満であるため好
ましくない。実験例20はBi量が多過ぎるため、LP
E膜を成膜できない。それに対して、特に実験例1、
3、4、6、11、34、39、及び44は、KT min
が35dB以上であり且つKWLmin が40dB以上であ
り、極めて良好な特性を呈している。
In Experimental Example 14, K T min is less than 33, which is not preferable. Experimental Example 12~14,22~25,33 is not preferred because the Faraday rotation coefficient theta F is less than 500deg / cm. In Experimental Example 20, since the amount of Bi was too large, LP
E film cannot be formed. On the other hand, in particular, Experimental Example 1,
3, 4, 6, 11, 34, 39 and 44 are K T min
Is 35 dB or more and K WLmin is 40 dB or more, exhibiting extremely good characteristics.

【0029】Coを含まない(比較例1)の磁性ガーネ
ット単結晶と、Coを含む(実験例1)の磁性ガーネッ
ト単結晶(本発明品)とのファラデー回転角の波長依存
性の比較結果を図2に示す。図2からも分かるように、
CoとBiを適量同時置換した本発明品は、波長変化に
対するファラデー回転角の変化が小さく、特に1530
〜1570nmの範囲では、殆ど平坦な波長特性を呈する
ことが分かる。このことは、この波長帯で使用するかぎ
り、波長が変化してもファラデー回転角は45度のまま
であるために、光アイソレータを構成したときにアイソ
レーションの劣化は生じないことを意味している。
Comparison results of the wavelength dependence of the Faraday rotation angle between the magnetic garnet single crystal containing no Co (Comparative Example 1) and the magnetic garnet single crystal containing Co (Experimental Example 1) (product of the present invention) are shown. As shown in FIG. As can be seen from FIG.
The product of the present invention in which Co and Bi are appropriately replaced at the same time has a small change in the Faraday rotation angle with respect to the wavelength change, and
It can be seen that in the range of 151570 nm, almost flat wavelength characteristics are exhibited. This means that as long as the device is used in this wavelength band, the Faraday rotation angle remains at 45 degrees even if the wavelength changes, so that the isolation does not deteriorate when the optical isolator is configured. I have.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明はBi量とCo量との比率が一定
の関係に収まるように、BiとCoで同時適量置換され
た特性組成領域内の希土類磁性ガーネット単結晶からな
る磁気光学素子材料であるから、それをファラデー回転
子に用いた光アイソレータは、外部環境温度が変化して
もファラデー回転角の温度変化が小さく、高アイソレー
ションを維持することができる。また従来のTbBi系
鉄ガーネット単結晶に比べてファラデー回転係数の大き
なものが実現できるために、ファラデー回転子を薄くで
き、小型化が可能となる。特に本発明の磁気光学素子材
料は、LPE法に適しているために、LPE法で成膜す
ることよって量産性が向上し、広帯域光アイソレータの
低廉化を図ることもできる。
The present invention provides a magneto-optical device material comprising a rare earth magnetic garnet single crystal in a characteristic composition region which is simultaneously and appropriately substituted with Bi and Co so that the ratio of the Bi amount and the Co amount falls within a constant relationship. Therefore, the optical isolator using the Faraday rotator in the Faraday rotator has a small temperature change in the Faraday rotation angle even when the external environment temperature changes, and can maintain high isolation. In addition, since a Faraday rotator having a larger Faraday rotation coefficient can be realized as compared with a conventional TbBi-based iron garnet single crystal, the Faraday rotator can be made thinner and downsized. In particular, since the magneto-optical element material of the present invention is suitable for the LPE method, mass production is improved by forming the film by the LPE method, and the cost of the broadband optical isolator can be reduced.

【0031】またBiとCoの置換量を更に適切な範囲
内とするとにより、1550nm帯の広帯域で、ファラデ
ー回転の波長依存性を最小限にできる。これによって1
550nm帯での波長多重伝送に使用可能なファラデー回
転子を構成でき、広帯域光アイソレータを実現できる。
By setting the substitution amount of Bi and Co within a more appropriate range, the wavelength dependence of Faraday rotation can be minimized in a wide band of 1550 nm. This gives 1
A Faraday rotator that can be used for wavelength multiplex transmission in the 550 nm band can be configured, and a wideband optical isolator can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】Bi量xとCo量yに対する特性から本発明組
成範囲を求めた説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the range of the composition of the present invention determined from characteristics with respect to Bi amount x and Co amount y.

【図2】比較例1と実験例1のファラデー回転角の波長
依存性を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing the wavelength dependence of the Faraday rotation angle in Comparative Example 1 and Experimental Example 1.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 組成式がR3-x Bix Fe5-v-w-y Ma
v Mbw Coy 12但し、Rはイットリウムを含む希土
類元素、Maは3価の陽性元素、Mbは4価の陽性元
素、 0.6≦x≦1.9 0.01≦y≦0.47 260y−88x+45≦0 500y−30x+37≧0 0≦v≦1.0 0≦w≦0.35 で示される磁性ガーネット単結晶からなり、波長155
0nm帯で使用する磁気光学素子材料。
1. A composition formula R 3-x Bi x Fe 5 -vwy Ma
v Mb w Co y O 12 where the rare earth element R, including yttrium, Ma is a trivalent positive element, Mb is a tetravalent positive element, 0.6 ≦ x ≦ 1.9 0.01 ≦ y ≦ 0. 47 260y−88x + 45 ≦ 0 500y−30x + 37 ≧ 0 0 ≦ v ≦ 1.00 ≦ w ≦ 0.35 The magnetic garnet single crystal represented by the following formula:
Magneto-optical element material used in the 0 nm band.
【請求項2】 0.01≦y≦0.28で、且つ800
y−130x+23≦0である請求項1記載の磁気光学
素子材料。
2. When 0.01 ≦ y ≦ 0.28 and 800
2. The magneto-optical element material according to claim 1, wherein y-130x + 23≤0.
【請求項3】 Rが、Y、La、Lu、Tb、Gdから
選ばれる1種又は2種以上の希土類元素である請求項1
又は2記載の磁気光学素子材料。
3. The method according to claim 1, wherein R is one or more rare earth elements selected from Y, La, Lu, Tb and Gd.
Or the magneto-optical element material according to 2.
【請求項4】 Maが、Al、Ga、Inから選ばれる
1種又は2種以上の3価の元素である請求項1又は2記
載の磁気光学素子材料。
4. The magneto-optical element material according to claim 1, wherein Ma is one or more trivalent elements selected from Al, Ga, and In.
【請求項5】 Mbが、Ge、Sn、Ti、Zr、Si
から選ばれる1種又は2種以上の4価の元素である請求
項1又は2記載の磁気光学素子材料。
5. Mb is Ge, Sn, Ti, Zr, Si
3. The magneto-optical element material according to claim 1, wherein the material is one or two or more tetravalent elements selected from the group consisting of:
【請求項6】 非磁性ガーネット基板上に液相エピタキ
シャル成長させて磁性ガーネット単結晶を育成した請求
項1乃至5記載の磁気光学素子材料。
6. The magneto-optical element material according to claim 1, wherein a magnetic garnet single crystal is grown by liquid phase epitaxial growth on a nonmagnetic garnet substrate.
【請求項7】 (CaGd)3 (MgZrGa)5 12
である非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル成
長させた、Tb1.86Bi1.14Fe4.67Al0.24Co0.09
12なる組成の磁性ガーネット単結晶からなり、波長1
550nm帯で使用する磁気光学素子材料。
7. (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12
Tb 1.86 Bi 1.14 Fe 4.67 Al 0.24 Co 0.09 liquid phase epitaxially grown on a non-magnetic garnet substrate
O 12 composed of a magnetic garnet single crystal of the composition, the wavelength 1
Magneto-optical element material used in the 550 nm band.
【請求項8】 (CaGd)3 (MgZrGa)5 12
である非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル成
長させた、Tb2.40Bi0.60Fe4.97Co0.0312なる
組成の磁性ガーネット単結晶からなり、波長1550nm
帯で使用する磁気光学素子材料。
8. (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12
Composed of a magnetic garnet single crystal having a composition of Tb 2.40 Bi 0.60 Fe 4.97 Co 0.03 O 12 grown by liquid phase epitaxial on a non-magnetic garnet substrate having a wavelength of 1550 nm.
Magneto-optical element material used in the belt.
【請求項9】 波長1530nm〜1570nmの間である
1550nm帯で使用する請求項2、7又は8記載の磁気
光学素子材料。
9. The magneto-optical device material according to claim 2, wherein the material is used in a 1550 nm band which is between 1530 nm and 1570 nm.
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