JPS6343726B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPS6343726B2 JPS6343726B2 JP7233980A JP7233980A JPS6343726B2 JP S6343726 B2 JPS6343726 B2 JP S6343726B2 JP 7233980 A JP7233980 A JP 7233980A JP 7233980 A JP7233980 A JP 7233980A JP S6343726 B2 JPS6343726 B2 JP S6343726B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- film
- optical
- wave
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 32
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 25
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 23
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N iron yttrium Chemical compound [Fe].[Y] MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007175 bidirectional communication Effects 0.000 description 1
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- G02F1/01—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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/09—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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
- G02F1/095—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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure
- G02F1/0955—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 for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
本発明は導波形の光回路要素のうち、光の進行
方向によつて透過特性の異なる非相反光回路素
子、そのなかでも、可動機構を有することなくこ
の方向性が切換えられ、尚かつエネルギを消散す
ることなく状態を保持することの出来る非相反光
回路素子に関するものである。 フアイバー光通信システムを構成する端局や端
末装置、中継装置などでは、信号坦体であるフア
イバー光を分岐し、切換える各種の光回路素子を
必要とする。これらの光回路素子は高性能である
ことに加えて、信頼性が高く、小形であることが
望ましい。誘電体や半導体の基板表面に屈折率の
高い層を設けてこれを光導波路とし、上記各種の
光回路素子を構成する試みがなされている。この
ような素子は、従来のレンズプリズム等の光学部
品を組合せて構成する方法に較べて小形であり、
光は基板内に閉じ込められているため、周囲の温
度湿度等の環境変化にたいして安定であり信頼性
が高い。 光分岐素子や光スイツチ素子をはじめとする各
種の光回路素子のうちでも、非相反回路素子であ
るアイソレータやサーキユレータは、フアイバー
から光源への戻り光を阻止し、光源の不安定動作
や雑音の発生を妨げる素子として、また、単一の
光フアイバーを使つて双方向の通信を行う場合に
２方向の信号を分離する素子としてなど、利用価
値の高い素子である。従来から知られている、光
導波形の非相反素子は（111）ガドリニウム・ガ
ーネツト単結晶基板の上に、これより屈折率の僅
かに高い、イツトリウム鉄ガーネツトなどの単結
晶層を数ミクロンメートルと薄く成長させて、こ
れを光導波層とし、外部より光の透過方向に磁場
を印加し、上記結晶層中の磁化の方向をこの方向
に揃え、入射光のTE波を上記結晶層のもつフア
ラデー効果によつてTM波に変換させるものであ
る。導波光の場合、TE波とTM波とは位相速度
が異なり、このままでは変換はほとんど生じな
い。変換を効率よく生じさせるには、位相速度を
合致させる必要がある。このため上記薄膜層の上
に光学的に複屈折性を有する誘電体を設置させ、
この複屈折性を利用して、２つのモードの位相速
度を縮退させている。磁場の方向に逆向きに進む
光にたいしては、フアラデー効果を非相反性によ
つて２つのモード間の結合は生じないため、素子
の非相反性が保たれている。このような従来の構
成の導波形の非相反回路素子では、適宜時間に応
じて、方向性を逆転させ、またその状態を保持で
きるような、電気的に方向性を制御する素子とし
て用いようとする場合には、状態の保持のため
に、電流や磁場を印加し続けるか、また方向性を
逆転させるには、永久磁石を機械的な機構を介し
て回転させるなど、エネルギーの消散、可動機構
による信頼性の低下などが避け難い。これは、従
来の構成では磁性体である（111）イツトリウム
鉄ガーネツトが膜面内の特定方向に磁化容易軸を
有しないことによる。イツトリウム鉄ガーネツト
は、膜面内に存在する等価な３本の＜211＞の近
傍にあつて、膜面より僅かに立上つた角度にある
＜111＞の影響を受け、３本の＜211＞が容易軸と
同じような働きをする。すなわち、膜面内の特定
方向に磁化容易軸を有しない（111）Y3Fe5O12な
どの膜を用いた場合には、外部磁場を取除いた際
に磁化が結晶磁気異方性によつて決定される膜面
内の等価な３方向のいずれかを向いてしまうから
である。 本発明の目的は上記難点を除去した、小形で安
定な、記憶形の導波形非相反光回路素子を提供す
ることである。 発明者らは、膜面内の特定方向に磁化容易軸を
有するガーネツト膜を用いることにより、小形で
安定な導波形非相反回路素子が形成可能であるこ
とを見出し本発明をなすにいたつた。すなわち、
強磁性ガーネツト膜において、膜面内が磁化容易
方向であるように成長誘導異方性、歪誘導異方性
あるいは反磁界エネルギによりKu＜Ｏとなる異
方性を生ぜしめた膜を加工することにより、膜面
内の特定方向が実質的に磁化容易軸となるように
した（111）膜の採用である。 本発明の詳細を更に実施例によつて図面をもつ
て説明する。液相エピタキシヤル膜育成用の融液
が平衡する気相の酸素分圧Pp2＝1atmの雰囲気下
で育成され、膜面内方向が磁化容易軸であるよう
な、負の一軸磁気異方性を有し、下表の１に示す
組成と磁気特性を有する（111）膜をGGG基板上
に育成する。この膜を通常のフオトグラフイー技
術とイオンビームエツチングなどのドライエツチ
ング法を使つて第１図ａ，ｂに示すように、光の
波長（1.3μｍ〜1.8μｍ）の数倍の高さｈ＝３〜6μ
ｍと幅Ｗ＝４〜7μｍを有する、いわゆるリブ構
造の光導波路３を形成する。ここで、第１図ａは
正面図、ｂはその平面図であり、図中の１は
GGG基板を示し、２は前述の磁気特性を有する
膜を示している。この導波路３中では磁気的には
形状断面形状に比し長手方向に長大であるがため
に、この長手方向の形状異方性による磁化容易軸
を有する単磁区の構造となる。これに、たとえば
結晶の周囲に巻きつけたヘルムホルムコイルによ
つて発生させる磁場や、小型永久磁石などによつ
て発生させる磁場などによつて磁化の向きを長手
方向に左右いずれか所望の方向とすることができ
る。しかもこの長手方向を材料の結晶磁気異方性
K1による容易方向に近い＜211＞と一致させるこ
とにより、外部磁場を取去つても単磁区は安定し
て存在する。いわゆる磁化にたいする記憶性を持
たせることができる。このリブ形構造の光導波路
に入射した、たとえば基板に水平な振動電界成分
を有する光波
方向によつて透過特性の異なる非相反光回路素
子、そのなかでも、可動機構を有することなくこ
の方向性が切換えられ、尚かつエネルギを消散す
ることなく状態を保持することの出来る非相反光
回路素子に関するものである。 フアイバー光通信システムを構成する端局や端
末装置、中継装置などでは、信号坦体であるフア
イバー光を分岐し、切換える各種の光回路素子を
必要とする。これらの光回路素子は高性能である
ことに加えて、信頼性が高く、小形であることが
望ましい。誘電体や半導体の基板表面に屈折率の
高い層を設けてこれを光導波路とし、上記各種の
光回路素子を構成する試みがなされている。この
ような素子は、従来のレンズプリズム等の光学部
品を組合せて構成する方法に較べて小形であり、
光は基板内に閉じ込められているため、周囲の温
度湿度等の環境変化にたいして安定であり信頼性
が高い。 光分岐素子や光スイツチ素子をはじめとする各
種の光回路素子のうちでも、非相反回路素子であ
るアイソレータやサーキユレータは、フアイバー
から光源への戻り光を阻止し、光源の不安定動作
や雑音の発生を妨げる素子として、また、単一の
光フアイバーを使つて双方向の通信を行う場合に
２方向の信号を分離する素子としてなど、利用価
値の高い素子である。従来から知られている、光
導波形の非相反素子は（111）ガドリニウム・ガ
ーネツト単結晶基板の上に、これより屈折率の僅
かに高い、イツトリウム鉄ガーネツトなどの単結
晶層を数ミクロンメートルと薄く成長させて、こ
れを光導波層とし、外部より光の透過方向に磁場
を印加し、上記結晶層中の磁化の方向をこの方向
に揃え、入射光のTE波を上記結晶層のもつフア
ラデー効果によつてTM波に変換させるものであ
る。導波光の場合、TE波とTM波とは位相速度
が異なり、このままでは変換はほとんど生じな
い。変換を効率よく生じさせるには、位相速度を
合致させる必要がある。このため上記薄膜層の上
に光学的に複屈折性を有する誘電体を設置させ、
この複屈折性を利用して、２つのモードの位相速
度を縮退させている。磁場の方向に逆向きに進む
光にたいしては、フアラデー効果を非相反性によ
つて２つのモード間の結合は生じないため、素子
の非相反性が保たれている。このような従来の構
成の導波形の非相反回路素子では、適宜時間に応
じて、方向性を逆転させ、またその状態を保持で
きるような、電気的に方向性を制御する素子とし
て用いようとする場合には、状態の保持のため
に、電流や磁場を印加し続けるか、また方向性を
逆転させるには、永久磁石を機械的な機構を介し
て回転させるなど、エネルギーの消散、可動機構
による信頼性の低下などが避け難い。これは、従
来の構成では磁性体である（111）イツトリウム
鉄ガーネツトが膜面内の特定方向に磁化容易軸を
有しないことによる。イツトリウム鉄ガーネツト
は、膜面内に存在する等価な３本の＜211＞の近
傍にあつて、膜面より僅かに立上つた角度にある
＜111＞の影響を受け、３本の＜211＞が容易軸と
同じような働きをする。すなわち、膜面内の特定
方向に磁化容易軸を有しない（111）Y3Fe5O12な
どの膜を用いた場合には、外部磁場を取除いた際
に磁化が結晶磁気異方性によつて決定される膜面
内の等価な３方向のいずれかを向いてしまうから
である。 本発明の目的は上記難点を除去した、小形で安
定な、記憶形の導波形非相反光回路素子を提供す
ることである。 発明者らは、膜面内の特定方向に磁化容易軸を
有するガーネツト膜を用いることにより、小形で
安定な導波形非相反回路素子が形成可能であるこ
とを見出し本発明をなすにいたつた。すなわち、
強磁性ガーネツト膜において、膜面内が磁化容易
方向であるように成長誘導異方性、歪誘導異方性
あるいは反磁界エネルギによりKu＜Ｏとなる異
方性を生ぜしめた膜を加工することにより、膜面
内の特定方向が実質的に磁化容易軸となるように
した（111）膜の採用である。 本発明の詳細を更に実施例によつて図面をもつ
て説明する。液相エピタキシヤル膜育成用の融液
が平衡する気相の酸素分圧Pp2＝1atmの雰囲気下
で育成され、膜面内方向が磁化容易軸であるよう
な、負の一軸磁気異方性を有し、下表の１に示す
組成と磁気特性を有する（111）膜をGGG基板上
に育成する。この膜を通常のフオトグラフイー技
術とイオンビームエツチングなどのドライエツチ
ング法を使つて第１図ａ，ｂに示すように、光の
波長（1.3μｍ〜1.8μｍ）の数倍の高さｈ＝３〜6μ
ｍと幅Ｗ＝４〜7μｍを有する、いわゆるリブ構
造の光導波路３を形成する。ここで、第１図ａは
正面図、ｂはその平面図であり、図中の１は
GGG基板を示し、２は前述の磁気特性を有する
膜を示している。この導波路３中では磁気的には
形状断面形状に比し長手方向に長大であるがため
に、この長手方向の形状異方性による磁化容易軸
を有する単磁区の構造となる。これに、たとえば
結晶の周囲に巻きつけたヘルムホルムコイルによ
つて発生させる磁場や、小型永久磁石などによつ
て発生させる磁場などによつて磁化の向きを長手
方向に左右いずれか所望の方向とすることができ
る。しかもこの長手方向を材料の結晶磁気異方性
K1による容易方向に近い＜211＞と一致させるこ
とにより、外部磁場を取去つても単磁区は安定し
て存在する。いわゆる磁化にたいする記憶性を持
たせることができる。このリブ形構造の光導波路
に入射した、たとえば基板に水平な振動電界成分
を有する光波
【表】
であるTE波は、導波路を形成する磁性膜が磁気
光学効果とくにフアラデー効果を有し、しかも光
の透過方向に向いて磁化された単磁区構造を有し
ているがために、フアラデー回転を受けてTM波
に変換されるが、このような構造では、TE波と
TM波とは伝搬波数が異なるために有効に変換が
行なわれない。すなわち、第１図ａ，ｂに示した
リブ形構造の導波路すなわち、導波路は下面を
GGG基板２と接し、上面を空気と接するという、
光学的屈折率が異なる非対称の境界条件であるた
めに、TE波とTM波の伝搬波数は縮退しておら
ず値が異なる。したがつてTE波が伝搬しつつフ
アラデー効果を受けても伝搬しながら常に加算さ
れるようにTM波へ変換を受けることができない
ため、TE波からTM波への変換効率は非常に小
さい。 この難点を除去するために、更に第２図に示す
ような構造の素子を構成する。（本発明の記憶型
磁気光学薄膜光スイツチである）。すなわち、第
２図において、１は前述と同様GGG（111）基板、
２は表の１に示すガーネツト膜である。前述と同
様の微細形状形成の技術を用いて、リブ形構造の
導波路３，４を形成する。導波路４は導波路３に
たいして、基板面上で部分的に極く接近した形い
わゆる結合導波路を形成している。そして導波路
３，４ともに前述と同様幅狭く形成されているた
め、導波路３は全長にわたり、また導波路４は導
波路３に接近し並行した光結合部において、単磁
区構造となる。導波路４の幅W2は導波路３の幅
W1より大きく形成されている。今導波路３より
光の電界の振動方向が基板に平行な直線偏光TE
波５を入射させる。導波路３，４の単磁区の磁化
の方向を光の進行方向と同一とすると、入射TE
波５はフアラデー回転を受ける。前述の第１図で
示した構造と異なり、第２図に構造すなわち本発
明の記憶型磁気光学薄膜スイツチでは、入射TE
波５のエネルギは導波路４中のTM波へと変換さ
れる。なぜならば、第３図に示すように、リブ形
構造の光導波路では、導波路の幅Ｗの大きさによ
つて導波光の位相定数βは変化するから、導波路
３の幅W1におけるTE波の位相定数（第３図中Ａ
点）と導波路幅W2を有する導波路４における
TM波の位相定数を等しくなるように、それぞれ
の幅W1，W2を設定しておき、導波路３と４とを
前述の如く結合導波路としておけば、フアラデー
回転を受けた導波路３中のTE波は導波路３が導
波路４とが極く接近しているため、導波路４へ浸
み出し、導波路４中のTM波６へと変換される。
逆方向に導波路４を進行するTM波は、前述の保
持されている磁化の方向と逆に進行するため、従
来の導波形非相反素子の説明に述べたようにフア
ラデー効果の非相反性によつて、導波路３のTE
波へ結合するひとなく、そのまま導波路４を進行
する。すなわち非相反動作を行う。また前述の外
部磁場の方向を反転させ、単磁区内の磁化の方向
を反転させるに充分な高い磁場を与えた後この外
部磁場をとり去つても、前に述べたように、この
方向に磁化方向を有する単磁区は安定して存在す
る。このときは、導波路４を前述の方向６とは逆
に進むTM波が導波路３中のTE波へと変換され、
前述の第２図中右方向へ進行する導波路３中の
TE波５は、前記導波路４中のTM波６へとは変
換されない。すなわち、本素子は外部磁場によつ
て光の透過特性の非相反特性の状態が切換えら
れ、しかもその状態を保持するのに外部より磁場
を加え続けることなくても、単磁区が方向も含め
て安定に存在するために、エネルギーの消散無く
これを保持できるという利点をもつ。 上記の実施例においては、光導波層２として表
中の１の組成および磁気特性を有する成長膜につ
いて述べたが、同じくPp2＝1atmの雰囲気圧で育
成された表の２の（YCa）3（FeGe）5O12を用いた
場合でも同様の効果が得られた。また表中の３に
示す組成の膜でも可能である。この組成の膜では
液相成長法によつて、成長させた時点では成長異
方性によつて膜に垂直方向に磁化の方向が向いて
いるが、1200℃で５時間程度焼鈍することによつ
て成長誘導磁気異方性を消失させ、磁化を膜面内
に向かわせることができる。これは膜の格子定数
が基板の格子定数よりも大きいため、発生する磁
歪による一軸磁気異方性が磁化を膜面内に向かわ
ずように働くからである。 また、膜の格子定数が基板の格子定数よりも大
きく、しかも成長誘導異方性が生せず磁歪効果の
みによつて膜面内に磁化が向く表中４の
（YGd）3（FeGa）5O12を用いた場合にも同様の効果
が得られた。 また、形状異方性によつて磁化が膜面内を向く
前表５に示す（111）Y3Fe5O12膜を前述と同様に
導波路を設けた場合にも、前述の実施例と同様に
記憶形の非相反光回路素子を構成することができ
る。前述の第２図に示した実施例ではGGG基板
の上に磁性ガーネツト膜を成膜し、この膜を加工
して磁気光学素子とする２層構造の例を述べた
が、この構成の上から更にこの磁性ガーネツト膜
よりも屈折率の低い誘電体、例えば基板と同一組
成のGGG膜をエピタキシヤル成長させたり、ま
たはSiO2などの多結晶膜をスパツタリング法な
どによつて設けて多層構造としてもよい。これら
は非磁性材料であるため、前述の磁性ガーネツト
膜を加工することによつて生じさせている単磁区
化や磁化の安定化を、これらの膜を上に設けるこ
とが妨げるものではない。光学的には光導波層の
上下の屈折率が接近するために、TE波TM波に
たいする位相定数の違いが減少する、また、導波
される光のエネルギ分布の上下の対称性が増し、
光フアイバとの結合が容易となるなどの利点が生
ずる。 以上のように、本発明によれば可動機構を有す
ることなく、光透過特性の方向性を切換えること
ができ、しかもエネルギを消散することなく状態
を保持することのできるいわゆる記憶形非相反光
素子が得られる。
光学効果とくにフアラデー効果を有し、しかも光
の透過方向に向いて磁化された単磁区構造を有し
ているがために、フアラデー回転を受けてTM波
に変換されるが、このような構造では、TE波と
TM波とは伝搬波数が異なるために有効に変換が
行なわれない。すなわち、第１図ａ，ｂに示した
リブ形構造の導波路すなわち、導波路は下面を
GGG基板２と接し、上面を空気と接するという、
光学的屈折率が異なる非対称の境界条件であるた
めに、TE波とTM波の伝搬波数は縮退しておら
ず値が異なる。したがつてTE波が伝搬しつつフ
アラデー効果を受けても伝搬しながら常に加算さ
れるようにTM波へ変換を受けることができない
ため、TE波からTM波への変換効率は非常に小
さい。 この難点を除去するために、更に第２図に示す
ような構造の素子を構成する。（本発明の記憶型
磁気光学薄膜光スイツチである）。すなわち、第
２図において、１は前述と同様GGG（111）基板、
２は表の１に示すガーネツト膜である。前述と同
様の微細形状形成の技術を用いて、リブ形構造の
導波路３，４を形成する。導波路４は導波路３に
たいして、基板面上で部分的に極く接近した形い
わゆる結合導波路を形成している。そして導波路
３，４ともに前述と同様幅狭く形成されているた
め、導波路３は全長にわたり、また導波路４は導
波路３に接近し並行した光結合部において、単磁
区構造となる。導波路４の幅W2は導波路３の幅
W1より大きく形成されている。今導波路３より
光の電界の振動方向が基板に平行な直線偏光TE
波５を入射させる。導波路３，４の単磁区の磁化
の方向を光の進行方向と同一とすると、入射TE
波５はフアラデー回転を受ける。前述の第１図で
示した構造と異なり、第２図に構造すなわち本発
明の記憶型磁気光学薄膜スイツチでは、入射TE
波５のエネルギは導波路４中のTM波へと変換さ
れる。なぜならば、第３図に示すように、リブ形
構造の光導波路では、導波路の幅Ｗの大きさによ
つて導波光の位相定数βは変化するから、導波路
３の幅W1におけるTE波の位相定数（第３図中Ａ
点）と導波路幅W2を有する導波路４における
TM波の位相定数を等しくなるように、それぞれ
の幅W1，W2を設定しておき、導波路３と４とを
前述の如く結合導波路としておけば、フアラデー
回転を受けた導波路３中のTE波は導波路３が導
波路４とが極く接近しているため、導波路４へ浸
み出し、導波路４中のTM波６へと変換される。
逆方向に導波路４を進行するTM波は、前述の保
持されている磁化の方向と逆に進行するため、従
来の導波形非相反素子の説明に述べたようにフア
ラデー効果の非相反性によつて、導波路３のTE
波へ結合するひとなく、そのまま導波路４を進行
する。すなわち非相反動作を行う。また前述の外
部磁場の方向を反転させ、単磁区内の磁化の方向
を反転させるに充分な高い磁場を与えた後この外
部磁場をとり去つても、前に述べたように、この
方向に磁化方向を有する単磁区は安定して存在す
る。このときは、導波路４を前述の方向６とは逆
に進むTM波が導波路３中のTE波へと変換され、
前述の第２図中右方向へ進行する導波路３中の
TE波５は、前記導波路４中のTM波６へとは変
換されない。すなわち、本素子は外部磁場によつ
て光の透過特性の非相反特性の状態が切換えら
れ、しかもその状態を保持するのに外部より磁場
を加え続けることなくても、単磁区が方向も含め
て安定に存在するために、エネルギーの消散無く
これを保持できるという利点をもつ。 上記の実施例においては、光導波層２として表
中の１の組成および磁気特性を有する成長膜につ
いて述べたが、同じくPp2＝1atmの雰囲気圧で育
成された表の２の（YCa）3（FeGe）5O12を用いた
場合でも同様の効果が得られた。また表中の３に
示す組成の膜でも可能である。この組成の膜では
液相成長法によつて、成長させた時点では成長異
方性によつて膜に垂直方向に磁化の方向が向いて
いるが、1200℃で５時間程度焼鈍することによつ
て成長誘導磁気異方性を消失させ、磁化を膜面内
に向かわせることができる。これは膜の格子定数
が基板の格子定数よりも大きいため、発生する磁
歪による一軸磁気異方性が磁化を膜面内に向かわ
ずように働くからである。 また、膜の格子定数が基板の格子定数よりも大
きく、しかも成長誘導異方性が生せず磁歪効果の
みによつて膜面内に磁化が向く表中４の
（YGd）3（FeGa）5O12を用いた場合にも同様の効果
が得られた。 また、形状異方性によつて磁化が膜面内を向く
前表５に示す（111）Y3Fe5O12膜を前述と同様に
導波路を設けた場合にも、前述の実施例と同様に
記憶形の非相反光回路素子を構成することができ
る。前述の第２図に示した実施例ではGGG基板
の上に磁性ガーネツト膜を成膜し、この膜を加工
して磁気光学素子とする２層構造の例を述べた
が、この構成の上から更にこの磁性ガーネツト膜
よりも屈折率の低い誘電体、例えば基板と同一組
成のGGG膜をエピタキシヤル成長させたり、ま
たはSiO2などの多結晶膜をスパツタリング法な
どによつて設けて多層構造としてもよい。これら
は非磁性材料であるため、前述の磁性ガーネツト
膜を加工することによつて生じさせている単磁区
化や磁化の安定化を、これらの膜を上に設けるこ
とが妨げるものではない。光学的には光導波層の
上下の屈折率が接近するために、TE波TM波に
たいする位相定数の違いが減少する、また、導波
される光のエネルギ分布の上下の対称性が増し、
光フアイバとの結合が容易となるなどの利点が生
ずる。 以上のように、本発明によれば可動機構を有す
ることなく、光透過特性の方向性を切換えること
ができ、しかもエネルギを消散することなく状態
を保持することのできるいわゆる記憶形非相反光
素子が得られる。
第１図は本発明実施例の原理を説明する図で１
はガーネツト基板、２は磁気光学薄膜、３は光導
波路である。第２図は本発明の一実施例を示す斜
視図で１はガーネツト基板、２は磁気光学薄膜
３，４は光導波路である。第３図は導波モードの
もつ位相定数の導波路幅にたいする変化を示す図
である。
はガーネツト基板、２は磁気光学薄膜、３は光導
波路である。第２図は本発明の一実施例を示す斜
視図で１はガーネツト基板、２は磁気光学薄膜
３，４は光導波路である。第３図は導波モードの
もつ位相定数の導波路幅にたいする変化を示す図
である。
Claims (1)
- １ 磁化容易軸が膜面内にある（111）磁性ガー
ネツト膜の厚さに段差を設けて膜厚の厚い部位を
光導波路とし、一方の光導波路から他方の光導波
路へ光の浸み出しによつて光の結合を生ずるよう
に複数の光導波路が互いに近接した領域を備え、
該複数の光導波路の光透過方向が前記磁化容易軸
に一致し、前記近接した領域における該光導波路
と平行に前記磁性ガーネツト膜に磁場を印加する
手段を有することを特徴とする記憶型磁気光学薄
膜光スイツチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7233980A JPS56168625A (en) | 1980-05-30 | 1980-05-30 | Memory type magnetooptic thin film switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7233980A JPS56168625A (en) | 1980-05-30 | 1980-05-30 | Memory type magnetooptic thin film switch |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56168625A JPS56168625A (en) | 1981-12-24 |
| JPS6343726B2 true JPS6343726B2 (ja) | 1988-09-01 |
Family
ID=13486432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7233980A Granted JPS56168625A (en) | 1980-05-30 | 1980-05-30 | Memory type magnetooptic thin film switch |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56168625A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3720929A1 (de) * | 1987-06-25 | 1989-01-05 | Philips Patentverwaltung | Nichtreziprokes optisches bauelement, insbesondere zur verwendung als isolator oder zirkulator |
| JP3457711B2 (ja) * | 1993-08-26 | 2003-10-20 | 京セラ株式会社 | ファイバ型光アイソレータ |
-
1980
- 1980-05-30 JP JP7233980A patent/JPS56168625A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56168625A (en) | 1981-12-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7362504B2 (en) | Miniature circulator devices and methods for making the same | |
| US5408565A (en) | Thin-film magneto-optic polarization rotator | |
| Shintaku | Integrated optical isolator based on efficient nonreciprocal radiation mode conversion | |
| Levy | The on-chip integration of magnetooptic waveguide isolators | |
| US3764195A (en) | Optical waveguide devices using single-crystal garnet films | |
| KR101656183B1 (ko) | 평면 도파로 집적형 비가역 편광 회전기 | |
| US20110158578A1 (en) | Method for manufacturing optical nonreciprocal element, and optical nonreciprocal element | |
| Wolfe et al. | Thin‐film garnet materials with zero linear birefringence for magneto‐optic waveguide devices | |
| US7916982B1 (en) | All fiber magneto-optic on-off switch for networking applications | |
| US5479551A (en) | Optical fiber non-reciprocal phase shifters and optical isolators using them | |
| JPWO2009016972A1 (ja) | 光デバイス、光集積デバイス、及びその製造方法 | |
| US4032217A (en) | Optical wave guide for carrying out phase-tuning between two modes of light propagation | |
| Ando | Nonreciprocal devices for integrated optics | |
| US7555177B1 (en) | All fiber magneto-optic on-off switch for networking applications | |
| WO2018041178A1 (zh) | 低损磁光空隙磁表面快模任意方向可控单向拐弯波导 | |
| Levy et al. | Permanent magnet film magneto‐optic waveguide isolator | |
| JPS6343726B2 (ja) | ||
| WO2018041182A1 (zh) | 磁光材料空隙波导磁表面快波光二极管 | |
| US4047801A (en) | Optical wave guide having distributed gyrotropy | |
| Wolfe | Thin films for non-reciprocal magneto-optic devices | |
| JP2010191260A (ja) | 導波路型アイソレータ、光集積デバイス、及びその製造方法 | |
| JPH0850261A (ja) | 光サーキュレータ | |
| JPH0154686B2 (ja) | ||
| WO2018041186A1 (zh) | 低损型磁光空隙磁表面快模任意角单向拐弯波导 | |
| JPS6343725B2 (ja) |