JPH11116396A - Bismuth-substituted type garnet material and its production - Google Patents

Bismuth-substituted type garnet material and its production

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JPH11116396A
JPH11116396A JP29776897A JP29776897A JPH11116396A JP H11116396 A JPH11116396 A JP H11116396A JP 29776897 A JP29776897 A JP 29776897A JP 29776897 A JP29776897 A JP 29776897A JP H11116396 A JPH11116396 A JP H11116396A
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garnet
bismuth
garnet material
substituted
optical
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Tadakuni Sato
忠邦 佐藤
Kazumitsu Endo
和光 遠藤
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Tokin Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a bismuth-substituted type garnet material for an optical use, having low insertion loss, large Faraday rotation ability and small required applied magnetic field, and further to provide a method for producing the bismuth-substituted type garnet material. SOLUTION: This bismuth-substituted type garnet material for an optical use is obtained by growing a garnet single crystal membrane of the chemical formula Tb3-a-b Gda Bib Fe5-x Gax O12 [(a) is 0.02-0.55; (x) is 0.02-0.60; (b) is, 1.0-1.5] and consisting essentially of Tb, Ga, Bi, Fe and Ga on a neodium, gallium and garnet(NGG) substrate by a liquid phase growing method.

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、ファラデー効果
(回転能)を有する光学用ガーネット材料の中で、ビス
マス(Bi)置換型ガーネット材料に関し、特に、液相
成長法(LPE法)を用いて育成した(TbGdBi)
3(FeGa)512系ガーネット単結晶厚膜材料及びそ
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bismuth (Bi) -substituted garnet material among optical garnet materials having a Faraday effect (rotational power), and more particularly to a liquid phase growth method (LPE method). Cultivated (TbGdBi)
3 (FeGa) 5 O 12 garnet single crystal thick-film material and a method of manufacturing the same related.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、光通信においては、ファラデー効
果を応用したデバイスが、開発、実用化されている。半
導体レーザ発振器を使用する光通信では、光ファイバー
ケーブルやコネクタなどからの反射光が発振部に戻ると
発振が不安定になったり、停止することがある。それゆ
え、反射光を遮断して、安定した信号光の発振を確保す
るためにファラデー効果を応用した光アイソレータが使
用されている。
2. Description of the Related Art Hitherto, in optical communications, devices utilizing the Faraday effect have been developed and put into practical use. In optical communication using a semiconductor laser oscillator, oscillation may become unstable or stop when reflected light from an optical fiber cable or a connector returns to an oscillation unit. Therefore, an optical isolator utilizing the Faraday effect is used to block the reflected light and secure stable signal light oscillation.

【0003】大きなファラデー回転能を有するBi置換
型(希土類)鉄ガーネット材料は、LPE法、フラック
ス法等で育成される。特に、LPE法で育成されるガー
ネット単結晶(厚膜)材料は、製造し易く、製造費用も
少なく、従って、生産性に優れ、低価格で製造できる。
そこで、前記希土類鉄ガーネット材料は、近赤外線領域
で用いられる光アイソレータに、ファラデー回転子とし
て使用されている。
[0003] A Bi-substituted (rare earth) iron garnet material having a large Faraday rotation ability is grown by an LPE method, a flux method or the like. In particular, a garnet single crystal (thick film) material grown by the LPE method is easy to manufacture, has low manufacturing costs, and is therefore excellent in productivity and can be manufactured at low cost.
Therefore, the rare earth iron garnet material is used as a Faraday rotator in an optical isolator used in the near infrared region.

【0004】このような光アイソレータ用ファラデー回
転子に用いられるBi置換型ガーネット材料の液相成長
法の一例は、次のようにして行われている。
[0004] An example of a liquid phase growth method of a Bi-substituted garnet material used for such a Faraday rotator for an optical isolator is performed as follows.

【0005】フラックス成分であるPbO、Bi23
23と、ガーネット構造に移行する成分であるTb2
3、Gd23、Fe23、Ga23等とを、白金るつ
ぼの中で、約900〜1100℃に加熱して溶解して溶
液を作製し、次いで、降温し、ガーネット構造に移行す
る成分を過冷却状態(過飽和状態)にしてから、一定温
度に温度保持する。そして、前記溶液中にガーネット基
板を浸漬し、前記ガーネット基板を長時間回転すること
により、Bi置換型ガーネット材料の厚膜を、前記ガー
ネット基板上に育成する。
The flux components PbO, Bi 2 O 3 ,
B 2 O 3 and Tb 2 which is a component that shifts to a garnet structure
O 3 , Gd 2 O 3 , Fe 2 O 3 , Ga 2 O 3 and the like are dissolved in a platinum crucible by heating to about 900 to 1100 ° C. to prepare a solution, and then the temperature is lowered, and garnet The components to be transferred to the structure are supercooled (supersaturated) and then maintained at a constant temperature. Then, the garnet substrate is immersed in the solution, and the garnet substrate is rotated for a long time to grow a thick film of the Bi-substituted garnet material on the garnet substrate.

【0006】これまで、Bi置換型ガーネット材料であ
るTbBi系ガーネット材料の育成においては、育成す
る結晶の格子定数に近い格子定数を有する基板として、
SGGG(サマリウム、ガリウム、ガドリニウム、ガー
ネット、格子定数12.495〜12.498オングスト
ローム)が使用されてきいる。
Heretofore, in growing a TbBi-based garnet material which is a Bi-substituted garnet material, a substrate having a lattice constant close to the lattice constant of the crystal to be grown is used.
SGGG (samarium, gallium, gadolinium, garnet, lattice constant 12.495-12.498 angstroms) has been used.

【0007】また、NGG基板(格子定数12.509
オングストローム程度)は、ビスマス置換型ガーネット
材料との格子定数差が大きく、NGG基板を用いてのガ
ーネット厚膜の育成は困難とされていた。そのため、N
GG基板を用いることはできず、TbBi系ガーネット
材料のファラデー回転能向上策として、Tbの一部を、
それよりもイオン半径の小さいホロニウム(Ho)やイ
ッテルビウム(Yb)で置換した組成のTbBi系ガー
ネット材料をSGGG基板上に育成する手法が用いられ
ていた。
Further, an NGG substrate (with a lattice constant of 12.509)
(About Å) has a large lattice constant difference from the bismuth-substituted garnet material, and it has been considered difficult to grow a garnet thick film using an NGG substrate. Therefore, N
Since a GG substrate cannot be used, a part of Tb is used as a measure for improving the Faraday rotation ability of a TbBi-based garnet material.
A technique has been used in which a TbBi-based garnet material having a composition substituted with holonium (Ho) or ytterbium (Yb) having a smaller ionic radius is grown on an SGGG substrate.

【0008】また、Bi置換型ガーネット材料の中で
も、(TbBi)3Fe512系ガーネット材料は、比較
的高いファラデー回転能を有し、ガーネット材料に対す
る必要印加磁場も、比較的小さく、ファラデー回転能の
温度依存性も小さい。
[0008] Among the Bi-substituted garnet materials, the (TbBi) 3 Fe 5 O 12 garnet material has a relatively high Faraday rotation ability, a relatively small applied magnetic field to the garnet material, and a Faraday rotation. The temperature dependence of performance is also small.

【0009】前記した必要印加磁場とは、ガーネット材
料の挿入損失の低下が飽和状態に達するために必要な最
小の磁場で、飽和磁界Hsと称している。物理的にはガ
ーネット材料の磁場スピンの方向を一方向に揃えるため
に必要な磁場である。一般に、この印加磁場は、ガーネ
ット材料の周辺に配置した永久磁石により与えられる。
前記永久磁石としては、一般に、円盤状のSm2Co17
系永久磁石が用いられている。
The above-mentioned required applied magnetic field is the minimum magnetic field required for the reduction of the insertion loss of the garnet material to reach a saturated state, and is referred to as a saturation magnetic field Hs. Physically, it is a magnetic field necessary to align the direction of the magnetic field spin of the garnet material in one direction. Generally, the applied magnetic field is provided by a permanent magnet located around the garnet material.
As the permanent magnet, generally, a disc-shaped Sm 2 Co 17
A permanent magnet is used.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】光アイソレータは、光
の進む方向、すなわち順方向には、より高い透過率(よ
り低い挿入損失)を示し、反射方向である逆方向では、
より低い透過率を示すことが求められる。したがって、
ファラデー回転子としては、ファラデー回転角が約45
度となる厚さにおける順方向の挿入損失が0.3dB以
下であることが要求されていた。しかしながら、最近で
は、通信技術の進展にともない、更に低い挿入損失のフ
ァラデー回転子が求められてきている。
The optical isolator exhibits a higher transmittance (lower insertion loss) in the light traveling direction, that is, in the forward direction, and has a higher light transmittance in the reverse direction, which is the reflection direction.
It is required to show lower transmittance. Therefore,
The Faraday rotator has a Faraday rotation angle of about 45
It has been required that the insertion loss in the forward direction at a moderate thickness be 0.3 dB or less. However, recently, with the development of communication technology, a Faraday rotator having a lower insertion loss has been demanded.

【0011】そこで、ファラデー回転子の回転角が約4
5度に対応するガーネット膜厚における損入損失は、望
ましくは、0.2dB以下である。
Therefore, the rotation angle of the Faraday rotator is about 4
The insertion loss at the garnet film thickness corresponding to 5 degrees is desirably 0.2 dB or less.

【0012】また、LPE法の現状では、溶液の組成、
温度制御、ガーネット基板と育成するガーネット材料と
の格子定数差、およびガーネット基板の回転数等を制御
することにより、ガーネット材料の育成状態を管理して
いるが、育成の最適条件は、極めて狭い範囲に限定さ
れ、独立に要因を変化させて調整することは、非常に困
難である。
In the current state of the LPE method, the composition of the solution,
The growth condition of the garnet material is controlled by controlling the temperature, the lattice constant difference between the garnet substrate and the garnet material to be grown, and the number of rotations of the garnet substrate. It is very difficult to adjust by changing the factors independently.

【0013】一方、LPE法では、前述したように、溶
液中の過飽和成分の析出により、ガーネット基板上にB
i置換型ガーネット材料を育成するものであるから、過
飽和成分の濃度管理が極めて重要であり、溶液の温度や
流動状態によっては、育成するガーネット材料の組成や
結晶の状態が変化し、材料特性の劣化や結晶欠陥や割れ
の発生を生じることがある。
On the other hand, in the LPE method, as described above, the precipitation of supersaturated components in the solution causes the B
Since it grows an i-substituted garnet material, it is extremely important to control the concentration of the supersaturated component. Depending on the temperature and the flow state of the solution, the composition and the state of the crystal of the garnet material to be grown change, and the properties of the material change. Deterioration, crystal defects and cracks may occur.

【0014】特に、ガーネット材料の割れ発生は、ガー
ネット基板とガーネット結晶の熱膨張率が異なることが
主要因となっている。したがって、ガーネット基板上に
育成されるガーネット材料の厚さが大きくなるにしたが
い、割れ発生の頻度は高くなる。
[0014] In particular, the main factor in the occurrence of cracks in the garnet material is that the thermal expansion coefficients of the garnet substrate and the garnet crystal are different. Therefore, as the thickness of the garnet material grown on the garnet substrate increases, the frequency of occurrence of cracks increases.

【0015】そこで、ガーネット膜のファラデー回転能
を向上し、必要とする膜厚を薄くすることにより、割れ
の発生を抑制することができる。ちなみに、従来のTb
Bi系ガーネット材料においては、ファラデー回転能は
波長1.55μmの光に対し約750度/cmであり、
加工代を考慮すると、約700μm程度の育成膜厚とな
ることが望ましいことになる。しかしながら、この育成
膜厚での割れ発生頻度は高いので、材料の膜厚は約65
0μm以下であることが好ましい。したがって、育成さ
れるガーネット厚膜材料のファラデー回転能の改善とし
ては、10%以上の向上が必要になる。
Therefore, the generation of cracks can be suppressed by improving the Faraday rotation capability of the garnet film and reducing the required film thickness. By the way, conventional Tb
In the Bi-based garnet material, the Faraday rotation ability is about 750 degrees / cm with respect to light having a wavelength of 1.55 μm,
In consideration of the processing allowance, it is desirable that the grown film thickness is about 700 μm. However, since the frequency of occurrence of cracks at this grown film thickness is high, the film thickness of the material is about 65%.
It is preferably 0 μm or less. Therefore, it is necessary to improve the Faraday rotation ability of the garnet thick film material to be grown by 10% or more.

【0016】すなわち、ガーネット厚膜材料のファラデ
ー回転能は、850度/cm以上であることが望まし
い。
That is, the Faraday rotation capability of the garnet thick film material is desirably 850 degrees / cm or more.

【0017】また、ガーネット材料のHsが約900O
e以下であれば、一般に用いられているSm2Co17
永久磁石を、特に大径化することなく使用することがで
きるが、Hsが約900Oe以上になれれば、前記永久
磁石の直径等を大きくして用いる必要がある。
The garnet material has an Hs of about 900O.
If it is less than e, a commonly used Sm 2 Co 17 permanent magnet can be used without particularly increasing the diameter, but if Hs can be about 900 Oe or more, the diameter and the like of the permanent magnet can be reduced. It is necessary to use it after making it large.

【0018】したがって、前記永久磁石の特性ばらつき
を考慮すれば、ガーネット材料のHsは850Oe以下
であることが望ましい。
Therefore, considering the characteristic variation of the permanent magnet, it is desirable that Hs of the garnet material is 850 Oe or less.

【0019】そこで、本発明の課題は、挿入損失が少な
く、ファラデー回転能が大きく、必要印加磁場の小さい
光学用ビスマス置換型ガーネット材料およびその製造方
法を提供することである。
An object of the present invention is to provide an optical bismuth-substituted garnet material having a small insertion loss, a large Faraday rotation capability, and a small required applied magnetic field, and a method for producing the same.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、ネオジウム、
ガリウム、ガーネット(NGG)基板上に、液相成長法
によりTb、Ga、Bi、Fe、Gaを主成分とするガ
ーネット単結晶厚膜を育成してなる光学用ビスマス置換
型ガーネット材料である。
The present invention provides neodymium,
An optical bismuth-substituted garnet material formed by growing a garnet single crystal thick film containing Tb, Ga, Bi, Fe, and Ga as main components on a gallium and garnet (NGG) substrate by a liquid phase growth method.

【0021】さらに、本発明は、前記ガーネット材料の
組成を、Tb3-a-bGdaBibFe5 -xGax12なる化
学式におけるaを0.02〜0.55,xを0.02〜0.
60,bを1.0〜1.5とする上記の光学用ビスマス置
換型ガーネット材料である。
Furthermore, the present invention, the composition of the garnet material, Tb 3-ab Gd a Bi b Fe 5 -x Ga x O 12 comprising from 0.02 to 0.55 the a in chemical formula, 0.02 a x ~ 0.
The optical bismuth-substituted garnet material described above, wherein 60 and b are 1.0 to 1.5.

【0022】また、本発明は、上記のビスマス置換型ガ
ーネット材料を、870〜1130℃の温度範囲で熱処
理する上記光学用ビスマス置換型ガーネット材料の製造
方法である。
Further, the present invention is the method for producing the above-mentioned bismuth-substituted garnet material for optics, wherein the above-mentioned bismuth-substituted garnet material is heat-treated in a temperature range of 870 to 1130 ° C.

【0023】また、本発明は、上記の熱処理における雰
囲気の酸素含有量を、5〜100%の範囲とする上記の
光学用ビスマス置換型ガーネット材料の製造方法であ
る。
Further, the present invention is the above-mentioned method for producing an optical bismuth-substituted garnet material, wherein the oxygen content of the atmosphere in the above heat treatment is in the range of 5 to 100%.

【0024】本発明者は、種々検討を重ねた結果、特定
の組成範囲において、TbBi系ガーネット材料であっ
ても、NGG基板上にガーネット厚膜の育成が可能であ
ることを見いだした。ガーネット(厚膜)材料を育成す
る基板をNGG基板にすれば、育成されるガーネット結
晶の格子定数を大きくすることができ、Bi23の含有
量を向上させ、ガーネット(厚膜)材料のファラデー回
転能θFを向上させることができる。
As a result of various studies, the present inventor has found that it is possible to grow a garnet thick film on an NGG substrate even with a TbBi-based garnet material in a specific composition range. If the substrate for growing the garnet (thick film) material is an NGG substrate, the lattice constant of the grown garnet crystal can be increased, the content of Bi 2 O 3 can be improved, and the garnet (thick film) material can be improved. The Faraday rotation ability θ F can be improved.

【0025】また、本発明の光学用ビスマス置換型ガー
ネット材料の組成では、Tb3-a-bGdaBibFe5-x
x12なる組成式におけるbを1.0〜1.5の範囲に
することにより、結晶品質の良好な光学用結晶が得られ
る。
Further, the composition of the optical bismuth-substituted garnet material of the present invention, Tb 3-ab Gd a Bi b Fe 5-x G
By the b in a x O 12 having a composition formula in the range of 1.0 to 1.5, excellent optical crystal of the crystal quality is obtained.

【0026】また、発明者は種々改善を重ねた結果、T
3-a-bGdaBibFe5-xGax1 2なる組成式におけ
るaを0.02〜0.55とし,xを0.02〜0.60と
し,bを1.0〜1.5とするTbBiガーネット厚膜材
料を、NGG基板上に、育成することにより、TbBi
ガーネット厚膜材料の光学特性が良くなることを見いだ
した。
The inventor made various improvements, and as a result, T
b 3-ab Gd a Bi a b Fe 5-x Ga x O 1 a in 2 a composition formula and from 0.02 to 0.55, and x and from 0.02 to 0.60, the b 1.0 to 1 By growing a TbBi garnet thick film material having a thickness of 1.5 on an NGG substrate, the TbBi
It has been found that the optical properties of garnet thick film materials are improved.

【0027】ここで、aを0.02〜0.55としたの
は、aが0.02未満ではHsが850Oe以上、挿入
損失I.L.が0.2dB以上となり、aが0.55を越え
ると、θFが850度/cm以下となるからである。ま
た、bを1.0〜1.5としたのは、bが1.0未満で
は、θFが850度/cm以下となり、bが1.5を越え
ると、結晶欠陥が増加し、良質のガーネット膜が得られ
なくなるからである。また、xを0.02〜0.60とし
たのは、xが0.02未満では、挿入損失I.L.が0.2
dB以上となり、xが0.60を越えると、θFが850
度/cm以下となるからである。
Here, the reason why a is set to 0.02 to 0.55 is that if a is less than 0.02, Hs becomes 850 Oe or more, insertion loss IL becomes 0.2 dB or more, and a becomes 0.55. Is exceeded, θ F becomes 850 degrees / cm or less. The reason why b is set to 1.0 to 1.5 is that when b is less than 1.0, θ F becomes 850 degrees / cm or less, and when b exceeds 1.5, crystal defects increase, and This makes it impossible to obtain a garnet film. The reason why x is set to 0.02 to 0.60 is that when x is less than 0.02, the insertion loss IL is 0.2.
When x exceeds 0.60, θ F becomes 850.
This is because it is not more than degree / cm.

【0028】更に、本発明は、このガーネット厚膜材料
を酸素濃度が5〜100%の雰囲気中で、870〜11
30℃の範囲で所定時間保持し、熱処理することによ
り、挿入損失の低減を実現している。
Further, according to the present invention, the garnet thick film material is prepared in an atmosphere having an oxygen concentration of 5 to 100% in a range of 870 to 11%.
The insertion loss is reduced by maintaining the temperature within a range of 30 ° C. for a predetermined time and performing a heat treatment.

【0029】また、熱処理雰囲気の酸素濃度を5〜10
0%としたのは、5%未満では、酸素の欠乏により、ガ
ーネット厚膜材料の構成元素のイオンバランスの修正が
不十分となり、挿入損失が0.2dB以上となるためで
ある。
The oxygen concentration in the heat treatment atmosphere is 5-10
The reason why the content is set to 0% is that if the content is less than 5%, correction of the ion balance of the constituent elements of the garnet thick film material becomes insufficient due to lack of oxygen, and the insertion loss becomes 0.2 dB or more.

【0030】一方、熱処理温度を870℃〜1130℃
の範囲としたのは、870℃未満では、結晶の均質化が
不十分で、挿入損失が0.2dB以上となり、1130
℃を越えると、ガーネット厚膜材料の分解が生じ、挿入
損失が0.2dB以上となるためである。
On the other hand, the heat treatment temperature is 870 ° C. to 1130 ° C.
When the temperature is lower than 870 ° C., the homogenization of the crystal is insufficient, the insertion loss becomes 0.2 dB or more, and the
If the temperature exceeds ℃, the garnet thick film material is decomposed, and the insertion loss becomes 0.2 dB or more.

【0031】[0031]

【実施例】次に、本発明の光学用ビスマス置換型ガーネ
ット材料の実施例と比較例について、以下に説明する。
EXAMPLES Next, examples and comparative examples of the bismuth-substituted garnet material for optics of the present invention will be described below.

【0032】(実施例1)次に、高純度の酸化テルビニ
ウム(Tb23)、酸化ガドリニウム(Gd23)、酸
化第2鉄(Fe23)、酸化ガリウム(Ga23)、酸
化ビスマス(Bi23)、酸化鉛(PbO)、及び酸化
朋素(B23)の粉末を原料として使用し、PbO−B
23−B23系フラックス材料を用い、LPE法に
て、NGG基板(12.509オングストローム)上
に、厚さ約550μmのガーネット厚膜を育成し、本発
明の光学用ビスマス置換型ガーネット材料の試料を得
た。この試料の組成を分析したところ、組成式がTb
1.7Gd0.2Bi1.1Fe4.9Ga0.11 2であった。
(Example 1) Next, high-purity terbinium oxide (Tb 2 O 3 ), gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), and gallium oxide (Ga 2 O 3) ), Bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), lead oxide (PbO) and phosphorous oxide (B 2 O 3 ) as raw materials, and PbO-B
Using an i 2 O 3 -B 2 O 3 flux material, a garnet thick film having a thickness of about 550 μm is grown on an NGG substrate (12.509 Å) by the LPE method, and the optical bismuth substitution of the present invention is performed. A sample of the mold garnet material was obtained. When the composition of this sample was analyzed, the composition formula was Tb
Was 1.7 Gd 0.2 Bi 1.1 Fe 4.9 Ga 0.1 O 1 2.

【0033】次に、これら試料の基板を除去した後、約
40%の酸素を含有した雰囲気中、1000℃で20時
間保持し、熱処理した。次に、これら試料の二面を研磨
し、ファラデー回転角が約45度となる厚さに調整し
た。尚、上述した組成は、これら試料の研磨した面につ
いて、おのおの10点のEPMA分析を行い、その平均
値として求めた。
Next, after removing the substrates of these samples, they were heat-treated at 1000 ° C. for 20 hours in an atmosphere containing about 40% oxygen. Next, the two surfaces of these samples were polished to adjust the thickness so that the Faraday rotation angle was about 45 degrees. In addition, the above-mentioned composition was obtained by performing EPMA analysis on each of the polished surfaces of these samples at 10 points, and calculating the average value.

【0034】次に、これら試料にSiO2膜による無反
射被覆処理を行った後、電磁石を用いて、約1KOeま
での磁場を印加していき、波長1.55μmにおいて、
透過率が飽和値に到達する磁界Hsと挿入損失I.L.及
びファラデー回転能θFを求めた。その結果を、表1に
示す。
Next, after subjecting these samples to a non-reflective coating treatment with a SiO 2 film, a magnetic field of about 1 KOe was applied using an electromagnet.
The magnetic field Hs at which the transmittance reaches the saturation value, the insertion loss IL, and the Faraday rotation capability θ F were determined. Table 1 shows the results.

【0035】(比較例)高純度の酸化テルビニウム(T
23)、酸化ガドリニウム(Gd23)、酸化第2鉄
(Fe23)、酸化ガリウム(Ga23)、酸化ビスマ
ス(Bi23)、酸化鉛(PbO)、及び酸化朋素(B
23)の粉末を原料として使用し、PbO−Bi23
23系フラックス材料を用い、LPE法にてSGGG
基板(格子定数12.496オングストローム)上に組
成式がTb1.9Gd0.2Bi0.9Fe4. 9Ga0.112とな
るように、約700μmのガーネット厚膜を育成し、比
較例の光学用ビスマス置換型ガーネット材料の試料を得
た。
Comparative Example High-purity terbinium oxide (T
b 2 O 3 ), gadolinium oxide (Gd 2 O 3 ), ferric oxide (Fe 2 O 3 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), lead oxide (PbO), And oxidized phosphor (B
Powder 2 O 3) was used as a raw material, PbO-Bi 2 O 3 -
SGGG by LPE method using B 2 O 3 flux material
Substrate as formula composition on (lattice constant 12.496 Å) is Tb 1.9 Gd 0.2 Bi 0.9 Fe 4. 9 Ga 0.1 O 12, and foster a garnet thick film of about 700 .mu.m, the bismuth-substituted optical Comparative Example A sample of the mold garnet material was obtained.

【0036】 [0036]

【0037】NGG基板上に育成したガーネット(厚
膜)材料の方は、挿入損失I.L.が明らかに小さく、フ
ァラデー回転能θFは、著しく向上している。一方、H
sは、やや大きくなってはいるが、使用上、Sm2Co
17系磁石を一般的に使用しているので、ほぼ等価とみな
せる。
In the garnet (thick film) material grown on the NGG substrate, the insertion loss IL is clearly smaller, and the Faraday rotation capability θ F is significantly improved. On the other hand, H
Although s is slightly larger, Sm 2 Co
Since 17 series magnets are generally used, they can be considered almost equivalent.

【0038】(実施例2)実施例1と同様にして、NG
G基板上に、組成式Tb1.9-aGdaBi1.1Fe4 .9Ga
0.112の、aを0,0.05,0.1,0.2,0.3,
0.4,0.5,0.6にして、本発明の光学用ビスマス
置換型ガーネット材料の8種類の試料を得、実施例1と
同様の処理を施した後、Hs、θF、I.L.を測定し
た。その結果を図1に示す。
(Embodiment 2) In the same manner as in Embodiment 1, NG
On the G substrate composition formula Tb 1.9-a Gd a Bi 1.1 Fe 4 .9 Ga
Of 0.1 O 12 , a is 0.05, 0.1 , 0.2, 0.3,
After making eight kinds of samples of the optical bismuth-substituted garnet material of the present invention at 0.4, 0.5, 0.6, and applying the same treatment as in Example 1, Hs, θ F , I The L was measured. The result is shown in FIG.

【0039】図1の横軸にaを示し、縦軸にHs、
θF、I.L.を示す。図1に示すように、aが0.02以
上の領域で、Hsは明らかに850Oe以下であり、a
が0.55以下の領域で、θFは明らかに850度/cm
以上であり、aが0.02以上の領域で、I.L.は明ら
かに0.2dB以下となっている。したがって、aが0.
02〜0.55の範囲は有用である。
In FIG. 1, the horizontal axis represents a, the vertical axis represents Hs,
θ F and IL. As shown in FIG. 1, in the region where a is 0.02 or more, Hs is clearly 850 Oe or less.
Is 0.55 or less, θ F is clearly 850 degrees / cm
That is, in the region where a is 0.02 or more, IL is clearly 0.2 dB or less. Therefore, when a is 0.
A range from 02 to 0.55 is useful.

【0040】(実施例3)実施例1と同様にして、NG
G基板上に、組成式Tb1.7Gd0.2Bi1.1Fe5 -xGa
x12のxを0,0.05,0.1,0.2,0.3,0.
4,0.5,0.6にして本発明の光学用ビスマス置換型
ガーネット材料の8種類の試料を得、実施例1と同様の
処理を施した後、Hs、θF、I.L.を測定した。その
結果を図2に示す。
(Embodiment 3) In the same manner as in Embodiment 1, NG
On a G substrate, a composition formula Tb 1.7 Gd 0.2 Bi 1.1 Fe 5 -x Ga
x of x O 12 is set to 0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.3.
Eight samples of the optical bismuth-substituted garnet material of the present invention were obtained at 4, 0.5 and 0.6, and the same treatment as in Example 1 was carried out, after which Hs, θ F , IL. Was measured. The result is shown in FIG.

【0041】図2の横軸にxを示し、縦軸にHs、
θF、I.L.を示す。図2に示すように、xが0以上の
領域で、Hsは明らかに850Oe以下であり、xが
0.6以下の領域で、θFは明らかに850度/cm以上
であり、xが0.02以上の領域でI.L.は明らかに0.
2dB以下である。したがって、xが0.02〜0.60
の範囲は有用である。
In FIG. 2, x is shown on the horizontal axis, Hs is shown on the vertical axis,
θ F and IL. As shown in FIG. 2, in the region where x is 0 or more, Hs is clearly 850 Oe or less, in the region where x is 0.6 or less, θ F is clearly 850 degrees / cm or more, and x is 0 or less. In the region of .02 or more, IL is clearly 0.0.
It is 2 dB or less. Therefore, x is 0.02-0.60.
The range is useful.

【0042】(実施例4)実施例1と同様にして、NG
G基板上に、組成式Tb1.7Gd0.2Bi1.1Fe4 .9Ga
0.112の本発明の光学用ビスマス置換型ガーネット材
料の試料を得た。次いで、前記試料に、850℃,90
0℃,950℃,1000℃,1050℃,1100
℃,1150℃の7段階に温度を変えて、約40%の酸
素雰囲気中にて20時間保持して、熱処理を施した後、
Hs、θF、I.L.を測定した。
(Embodiment 4) In the same manner as in Embodiment 1, NG
On the G substrate composition formula Tb 1.7 Gd 0.2 Bi 1.1 Fe 4 .9 Ga
A 0.1 O 12 sample of the optical bismuth-substituted garnet material of the present invention was obtained. Next, 850 ° C., 90
0 ° C, 950 ° C, 1000 ° C, 1050 ° C, 1100
After changing the temperature to 7 stages of 1150 ° C. and holding in an oxygen atmosphere of about 40% for 20 hours, and performing a heat treatment,
Hs, θ F and IL were measured.

【0043】全ての試料において、Hsは800Oe以
下であり、θFは900度/cm以上であった。I.L.
測定の結果を図3に示す。図3の横軸に熱処理温度を示
し、縦軸にI.L.を示す。図3に示すように、熱処理温
度が870〜1130℃の範囲ではI.L.は、明らかに
0.2dB以下である。したがって、870℃〜113
0℃での熱処理の温度範囲は有用である。ちなみに、熱
処理前(非処理)のI.L.は0.25dBであった。
In all the samples, Hs was 800 Oe or less and θ F was 900 ° / cm or more. IL
FIG. 3 shows the results of the measurement. The horizontal axis of FIG. 3 shows the heat treatment temperature, and the vertical axis shows IL. As shown in FIG. 3, when the heat treatment temperature is in the range of 870 to 1130 ° C., the IL is clearly 0.2 dB or less. Therefore, 870 ° C.-113
A temperature range for the heat treatment at 0 ° C. is useful. Incidentally, the IL before the heat treatment (untreated) was 0.25 dB.

【0044】(実施例5)実施例4と同様の試料に、熱
処理中の雰囲気の酸素含有量を0,10,20,40,
60,80,100%の7段階に変えて、熱処理温度1
000℃で20時間保持して熱処理を施した後、Hs、
θF、I.L.を測定した。
Example 5 A sample similar to that of Example 4 was subjected to an oxygen content of 0, 10, 20, 40,
The heat treatment temperature was changed to 7 stages of 60, 80 and 100%.
After heat treatment at 000 ° C. for 20 hours, Hs,
θ F and IL were measured.

【0045】全ての試料において、Hsは800Oe以
下であり、θFは900度/cm以上であった。I.L.
測定の結果を図4に示す。図4の横軸に酸素含有量(酸
素濃度)を示し、縦軸にI.L.を示す。図4に示すよう
に、雰囲気中の酸素濃度が5%以上では、明らかにI.
L.は0.2dB以下である。したがって、熱処理雰囲気
の酸素濃度が5〜100%の範囲は有用である。
In all the samples, Hs was 800 Oe or less, and θ F was 900 degrees / cm or more. IL
FIG. 4 shows the measurement results. The horizontal axis of FIG. 4 shows the oxygen content (oxygen concentration), and the vertical axis shows IL. As shown in FIG. 4, when the oxygen concentration in the atmosphere is 5% or more, I.I.
L. is equal to or less than 0.2 dB. Therefore, it is useful that the oxygen concentration in the heat treatment atmosphere is in the range of 5 to 100%.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、挿入損失の少ない、フ
ァラデー回転能の大きい、必要印加磁場の小さい光学用
ビスマス置換型ガーネット材料およびその製造方法が得
られる。
According to the present invention, an optical bismuth-substituted garnet material having a small insertion loss, a large Faraday rotation ability, and a small required applied magnetic field, and a method for producing the same can be obtained.

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

【図1】本発明の光学用ビスマス置換型ガーネット材料
の組成式Tb1.9-aGdaBi1. 1Fe4.9Ga0.112
おけるGdの置換量aと飽和印加磁場Hs、ファラデー
回転能θF、挿入損失I.L.との関係を示す図(実施例
2)。
[1] formula Tb of optical bismuth-substituted garnet material of the present invention 1.9-a Gd a Bi 1. 1 Fe 4.9 Ga 0.1 O 12 in Gd substitution amount a saturated applied magnetic field Hs, the Faraday rotation effect theta F And the relationship between the insertion loss and the insertion loss IL (Example 2).

【図2】本発明の光学用ビスマス置換型ガーネット材料
の組成式Tb1.7Gd0.2Bi1. 1Fe5-xGax12にお
けるGa置換量xとHs、θF、I.L.との関係を示す
図(実施例3)。
FIG. 2 shows a bismuth-substituted garnet material for optical use according to the present invention.
The composition formula Tb of1.7Gd0.2Bi1. 1Fe5-xGaxO12In
X and Hs, θF, IL.
FIG. (Example 3).

【図3】本発明の光学用ビスマス置換型ガーネット材料
の熱処理温度とI.L.の関係を示す図(実施例4)。
FIG. 3 is a view showing the relationship between the heat treatment temperature and the IL of the bismuth-substituted garnet material for optics of the present invention (Example 4).

【図4】本発明の光学用ビスマス置換型ガーネット材料
の熱処理雰囲気の酸素濃度とI.L.の関係を示す図(実
施例5)。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the oxygen concentration in the heat treatment atmosphere and the IL of the bismuth-substituted garnet material for optical use of the present invention (Example 5).

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ネオジウム、ガリウム、ガーネット(N
GG)基板上に、液相成長法により、Tb、Gd、B
i、Fe、Gaを主成分とするガーネット単結晶厚膜を
育成してなることを特徴とする光学用ビスマス置換型ガ
ーネット材料。
1. Neodymium, gallium, garnet (N
GG) Tb, Gd, B on the substrate by liquid phase epitaxy
An optical bismuth-substituted garnet material comprising a garnet single crystal thick film mainly composed of i, Fe and Ga.
【請求項2】 前記ガーネット材料の組成を、Tb
3-a-bGdaBibFe5-xGax12なる化学式における
aを0.02〜0.55,xを0.02〜0.60,bを
1.0〜1.5とすることを特徴とする請求項1記載の光
学用ビスマス置換型ガーネット材料。
2. The composition of the garnet material is Tb
3-ab Gd a Bi b Fe 5-x Ga x O 12 comprising from 0.02 to 0.55 the a in chemical formula, 0.02 to 0.60 and x, be 1.0-1.5 and b The bismuth-substituted garnet material for optics according to claim 1, characterized in that:
【請求項3】 請求項1または2記載のビスマス置換型
ガーネット材料を、870〜1130℃の温度範囲に保
持する熱処理を行うことを特徴とする光学用ビスマス置
換型ガーネット材料の製造方法。
3. A process for producing a bismuth-substituted garnet material for optical use, wherein the bismuth-substituted garnet material according to claim 1 or 2 is subjected to a heat treatment for maintaining the temperature in a temperature range of 870 to 1130 ° C.
【請求項4】 熱処理における雰囲気の酸素含有量を、
5〜100%の範囲とすることを特徴とする請求項3記
載の光学用ビスマス置換型ガーネット材料の製造方法。
4. The oxygen content of the atmosphere in the heat treatment is:
The method for producing an optical bismuth-substituted garnet material according to claim 3, wherein the garnet material is in a range of 5 to 100%.
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