KR100345021B1 - 자기광학소자 - Google Patents

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KR100345021B1
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엔이씨 도낀 가부시끼가이샤
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Abstract

Cd2-x-yMnxHgyTe 단결정을 가지는 자기광학소자에 있어서, 상기 단결점은, Mnte-Hgte-Cdte의 3원계 상도에 있어서,
의 4점에 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가진다. 이로인해, 파장영역 0.8㎛~1.1㎛에서 사용하기에 적합한 자기광학소자를 얻을 수가 있다.

Description

자기광학소자
본 발명은 광증폭기 등의 광이이솔레이터로서 이용되는 자기광학소자와 관련되며, 특히 0.8㎛~l.1㎛의 파장영역에 사용하기에 적합한 자기광학소자에 관한 것이다. 또, 상기 자기광학소자를 패러데이 회전자로서 이용한 광아이솔레이터에 관한 것이다.
종래부터, Er(에르븀)이 첨가된 광파이버를 이용한 1.5㎛대역 진행파형 광증폭기는 효율이 높고, 편파의존성이 없으며, 전달계와의 정합성이 뛰어나다는 등의 특징이 있는데, 실용성의 관점에서 0.98㎛ 및 1.48㎛의 대역을 이용한 레이저 다이오드(이하, LD 라 한다) 여기가 활발하게 연구되어 왔다. 신호광이득·잡음 특성이 실험적으로 검토된 결과, 0.98㎛대역의 여기는 1.48㎛ 대역의 여기에 비해 보다 고효율이며 저잡음 특성이라는 것이 확인되었다. 그러나, 현재는 1.48㎛ 대역에 적합한 광디바이스(광아이솔레이터등)를 구비한 광증폭기에 관한 개발이 진행되고 있다.
일반적으로 0.98㎛ 광아이솔레이터는 테르븀ㆍ갈륨ㆍ가닛(TGG) 단결정을 채용한 광아이솔레이터가 실용화되어 있다, 그러나, LD 에 비해 크기가 너무 크므로 장기적인 안목에서 검토가 행해지고 있지 않다. 또, 벌크(bulk)의 이트륨·철· 가닛(YIG) 및 Bi 치환 가닛은 0.98㎛ 대역에 있어서 흡수가 커서 투과손실분이 약 5dB이나 되므로 실용적이지 못하다. ZnS형 결정구조를 가지는 CdTe중 Cd의 일부를Mn으로 치환한 Cd1-xMnxTe는 큰 베르데 정수(Verdet's constant)를 가지는 재료인데, 가시광파장 0.85~0.63㎛에 대한 광아이솔레이터 재료로서 실용성이 확인되었다 [오노데라, 오이카와 : 제 15회 일본응용 자기학회학술강연개요집 30aB-7, p179 (1991)].
그러나, 0.98㎛ 에서는 베르데 정수가 너무 작아 실용화는 곤란하였다. 즉, 0.98㎛ 대역 여기 광증폭기에 이용되는 LD 모듈화가 가능한 광아이 솔레이터가 실제로 존재하지 않는 것이, 본질적으로 고효율 및 저잡음 특성에 있어서 1.48㎛ 대역의 여기보다 우수한데도 불구하고 실용화가 늦어지고 있는 요인의 하나였다.
본 발명이 목적은, 0.8㎛~l.1㎛의 파장영역(특히, 0.98㎛)에 사용하기에 적합한 자기광학소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 상기 자기광학소자를 패러데이 회전자로서 이용한 광아이솔레이터를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1 양태에 의하면, Mn 및 Hg를 배합시킨 Cd1-x-yMnxHgyTe 단결정을 가지는 자기광학소자이며, 상기 단결정은, 0.8㎛~1.1㎛의 파장영역에 사용이 가능하도록 MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서,
의 4점으로 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 자기광학 소자를 얻을 수가 있다.
또, 본 발명의 제 2 양태에 의하면, Mn 및 Hg를 배합시킨 Cdl-x-yMnxHgyTe 단결정을 가지는 자기광학소자이며, 상기 단결정은, 0.8㎛~1.1㎛의 파장영역에 사용이 가능하도록, MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서,
의 4점으로 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 자기광학 소자를 얻을 수가 있다.
본 발명에 의하면 또, 상기 제 1 및 제 2 양태중 어느 하나에 따른 자기광학 소자를 패러데이 회전자로서 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광아이솔레이터를 얻을 수가 있다.
ZnS형 결정구조를 가지는 CdTe중 Cd의 일부를 Mn으로 치환한 Cd1-xMnxTe는 큰 베르데 정수를 갖는 재료이며, 0.85㎛~O.63㎛의 가시광 파장에 대한 광아이솔레이터 재료로서 실용성이 확인되었다는 것은 상기한 대로이나, 0.98㎛ 대역에서는 베르데 정수가 작기 때문에 실용성은 없었다. 이것은 베르데 정수가 광을 흡수하는 끝단 근방에서 커지는 특징이 있기 때문이다. 그러므로, 이 재료를 이용하여 실용성을 얻으려면, 재료의 밴드갭(band gap) 에너지를 조정하거나 혹은 베르데 정수의 절대치가 커지도록 Mn조성을 선택하는 방향으로의 검토가 필요하다. 밴드갭 에너지를 0.9㎛ 대역으로 시프트시키기 위해서는, Cd의 일부를 Hg로 치환하면 된다. 최종적으로는, 벌크의 결정성이 크게 영향을 미친다. 따라서, 결정성과의 균형을 고려하여 최적한 결정조성이 결정된다.
상기 제 1 및 제 2 양태 중 어느 하나에 따른 자기광학소자에 의하면, 아이솔레이션:30dB 이상, 삽입손실:1dB 이하의 실용특성을 가지는 LD 모듈화가 가능한 0.98㎛ 대역의 광아이솔레이터를 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 제 3 양태에 의하면, Mn 및 Hg를 배합시킨 Cd1-x-yMnxHgyTe 단결정을 가지는 자기광학소자이며, 0.8㎛~l.1㎛의 파장영역에 사용할 수 있도록, 상기 단결정은 MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서,
의 6점으로 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가지며, 이 단결정에는 Se 및 S로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나가 규정된 농도범위로 도프(dope)되어 있는 것을 특징으로 하는 자기광학소자를 얻을 수가 있다. 바람직한 양태로서는, 상기 그룹으로부터 선택된 적어도 하나를 Q라 하면, 도프하는 Q의 농도범위를 (Cd1-x-yMnxHgy)QzTe1-Z에 있어서, 0.01 ≤z ≤0.10 으로 하는 것이다.
또 본 발명에 의하면, 상기 제 3 양태에 따른 자기광학소자를 패러데이 회전자로서 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광아이솔레이터를 얻을 수가 있다.
본 발명의 제 4 양태에 의하면, Mn 및 Hg를 배합시킨 Cd1-x-yMnxHgyTe 단결정을 가지는 자기광학소자이며, 상기 단결정은 0.8㎛~1.1㎛의 파장영역에 사용가능하도록 MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서,
의 6점으로 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가지며, 이 단결정에는 Zn이 규정된 농도범위로 도프되어 있는 것을 특징으로 하는 자기광학소자를 얻을 수가 있다. 바람직한 양태로서는, 도프하는 Zn의 농도범위를 (Cd1-x-yMnxHgy)1-zZnzTe에 있어서, 0.01 ≤ z ≤ 0.10으로 하는 것이다.
본 발명에 의하면, 상기 제 4 양태에 따른 자기광학소자를 패러데이 회전자로서 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광아이솔레이터를 얻을 수가 있다.
상기 제 3 및 제 4 양태에 따른 자기광학소자에 있어서, Mn 조성의 선택은, 이 재료를 이용하여 실용성을 얻기 위해 재료의 밴드갭 에너지를 조정하는 것과 베르데 정수의 절대치가 커지도록 하는 것이며, Cd의 일부를 Hg로 치환하는 것은 밴드갭 에너지를 필요로 하는 파장대역에 시프트시키기 위한 것이며, Q나 Zn을 미량 첨가하는 것은, 베르데 정수를 크게 하기 위해 넣은 고 Mn 농도(x≥0,1)에 의한 재료의 연화를 보상하여 결정경도를 향상시키기 위한 것인데, 최종적으로는 벌크의 결정성이 크게 영향을 미친다. 따라서, 결정의 용이한 제조 및 결정성의 균형을 고려하여 최적한 결정조성이 결정된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 자기광학소자에 있어서의 최적조성의 선택에 관하여 설명한다.
MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서의 여러 가지 조성의 결정을 브리지만법으로 제작하였다. Cd, Mn, Te, Hg를 각각의 조성비로 석영앰풀(ampoule)속에 배합하고, 진공상태로 봉입하였다. 가열시에 완전히 용해되어 있지 않은 경우에는, 증기압이 높아져 석영앰풀이 깨질 가능성이 있으므로 석영앰풀은 충분한 두께를 확보함과 동시에 Te를 과잉조성하여 약 800℃정도의 융점으로 함으로써, 육성공정에서의 내압을 완화시키도록 한다.
이 석영앰풀을 세로로된 브리지만로에 넣고, 융점온도 800℃로 10시간 유지시킨 다음, 석영도가니를 서서히 하강시켜, 석영앰풀의 저온부 일단부터 결정화 시켰다.
제 1도에 LD 모듈화가 가능한 광아이솔레이터(9.5ψx10Lmm)를 실현할 수 있고, 인가자기장 3,000Oe 를 가했을 경우에, 아이솔레이션:30dB 이상, 삽입손실: 1dB 이하를 실현할 수 있는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기광학소자의 조성을도시한다. 동도에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기광학소자를 구성하는 Cd1-x-yMnxHgyTe 단결정은 MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서,
의 4점으로 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가지고 있다.
여기서, Hg의 편석계수는 다른 원소의 편석계수에 비해 월등히 크다.
이 때문에 Hg를 0.17보다 크게 하면 조성편석이 커져, 제작한 단결정간의 특성에 편차가 생기므로 가공했을 때의 원료에 대한 제품의 비율이 나빠진다. 또, Mn을 0.25보다 크게 하면 쌍결정(twin crystal) 결함이 발생되기 쉬워져, 가공했을 때의 원료에 대한 제품의 비율이 나빠진다.
상기 제 1 실시예에 따른 자기광학소자를 패러데이 회전자로서 구비한 광아이솔레이터는, LD 모듈화가 가능한 광아이솔레이터가 된다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기광학소자의 구체예에 관하여 설명한다.
구체예 1
Mn0.1Hg0.1Cd0.8Te의 조성을 가지는 단결정을 Te가 과잉된 멜트(melt)로 함으로써 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법은, 전술한 바대로이다. 육성한 단결정으로 부터 {111면}이 단면이 되도록 2mm×2mm×17tmm인 각판형상의 시료를 제작하였다. 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 파장 0.98㎛의 레이저광에 대하여 45˚의 패러데이 회전이 얻어졌고, 아이솔레이션:30dB, 삽입 손실:0.7dB, 아이솔레이터의 사이즈:ψ8×5Lmm로 아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
구체예 2
Mn0.05Hg0.05Cd0.9Te의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써 저용융온도(850℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법은 전술한 바와 같다. 육성한 단결정에 의해 {111면}이 단면이 되도록 2mm×2mm×2.5mm인 각판형상의 시료를 제작하였다. 자기장을 5,000Oe 인가한 바, 파장 0.98㎛의 레이저광에 대하여 45˚의 패러데이 회전이 얻어졌고, 아이솔레이션:30dB, 삽입손실:0.7dB, 아이솔레이터의 사이즈:ψ13×10Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다. 단, 목적하는 용도로부터 보면, 반도체 레이저에 비해 다소 크다.
비교예
Mn0.03Hg0.00Cd0.97Te의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써 저용융온도(1000℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법은 전술한 바와 같다. 육성한 단결정에 의해 {111면}이 단면이 되도록 2mm×2mm×7.Omm인 각판형상의 시료를 제작하였다. 자기장을 5,000Oe 인가한 바, 파장 0.98㎛의 레이저광에 대하여 45˚의 패러데이 회전이 얻어졌고, 아이솔레이션:35dB, 삽입손실:1.0dB, 아이솔레이터의 사이즈: ψ13×15Lmm 이었다. 이것은 목적하는 용도로서는 불충분한 성능이며, 실용적인 면에서 보더라도 반도체 레이저에 비해 크기가 크다.
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 0.8㎛~1.1㎛의 파장영역의 광아이솔레이터에 적합한 자기광학소자의 제공이 가능해진다.
다음은, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기광학소자에 있어서의 최적조성의 선택에 관하여 설명한다.
MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서의 여러 가지 조성의 결정을 브리지만법으로 제작하였다. Cd, Mn, Te, Hg를 각각의 조성비로 석영앰풀속에 배합한 후, 진공상태로 봉입하였다. 가열시에 완전히 용융되어 있지 않은 경우에는, 증기압이 높아져 석영앰풀이 깨질 가능성이 있으므로, 석영앰풀은 충분한 두께를 확보함과 동시에 Te를 과잉되게 조성하여 약 800℃ 정도의 융점으로 함으로써 육성공정에서의 내압을 완화시킬 수 있도록 한다.
이 석영앰풀을 세로로된 브리지만로에 넣고, 용융온도 800℃로 10시간동안 유지시킨 후, 석영도가니를 서서히 하강시켜 석영앰풀의 저온부 일단부터 결정화시켰다.
제 2도에 LD 모듈화가 가능한 광아이솔레이터(9.5ψx10Lmm)를 실현할 수 있고, 인가자기장 3,000Oe를 인가한 경우에, 아이솔레이션:30dB, 삽입손실:1dB 이하를 실현할 수 있는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 자기광학 소자의 조성을 나타내었다. 동도에 나타낸 바와 같이, 본 발명이 제 2 실시 예에 의한 자기광학 소자를구성하는 Cd1-x-yMnxHgyTe 단결정은, MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서,
의 4점으로 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가지고 있다. 이 제 2 실시예에 의한 자기광학소자를 패러데이 회전자로서 구비한 광아이솔레이터는, LD모듈화가 가능한 광아이솔레이터가 된다.
제 3도에 Mn 농도가 변화가능한 상태에서 Hg 도프량을 변화시킨 경우의 성능 지수 L*의 파장 Å의 분산을 나타내었다. 여기서, L*=(490/1n10)·(a/θF), a는 흡수계수, θF는 5,000Oe의 자기장 H를 인가한 경우의 패러데이 회전각이며, x는 Mn 농도, y는 Hg 농도이다.
이하에서는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기광학소자의 구체예를 나타낸다.
구체예
Mn0.45Hg0.2Cd0.35Te의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법은 전술한 바와 같다. 육성한 단결정에 의해 {111면}이 단면이 되도록 2mm×2mm×1.7tmm인 각판형상의 시료를 제작하였다. 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 파장 0.98㎛의 레이저광에 대하여 45˚의 패러데이 회전이 얻어졌고, 아이솔레이션:30dB, 삽입손실:0.7dB, 아이솔레이터의 사이즈; ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
비교예 1
Mn0.45Hg0.1Cd0.45Te의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써 저용융온도(850℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법은 전술한 바와 같다. 육성한 단결정에 의해 {111면}이 단면이 되도록 2mm×2mm×7.Omm인 각판형상의 시료를 제작하였다. 자기장을 5,000Oe 인가한 바, 파장 0.98㎛의 레이저광에 대하여 45˚의 패러데이 회전이 얻어졌고, 아이솔레이션:25dB, 삽입손실:1.0dB, 아이솔레이터의 사이즈: Ψ13×15Lmm 이었다. 성능으로서는 아이솔레이션이 25dB로 낮고, 실용적인 면에서 보더라도 반도체 레이저에 비해 다소 크다.
비교예 2
Mn045Hg0.03Cd0.52Te 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써 저용융온도(970℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법은 전술한 바와 같다. 육성한 단결정에 의해 {111}면이 단면이 되도록 2mm×2mm×10mm인 각판형상의 시료를 제작하였다. 자기장을 5,000Oe 인가한 바, 파장 0.98㎛의 레이저광에 대하여 45˚의 패러데이 회전이 얻어졌고, 아이솔레이션:20dB, 삽입손실:1.3dB, 아이솔레이터의 사이즈: ψ13×20Lmm 이었다.
이것은 목적하는 용도로서는 불충분한 성능이다.
이와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 의해서도 파장영역 0.8㎛~l.1㎛의 광아이솔레이터에 적합한 자기광학소자의 제공이 가능하다.
다음은, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 자기광학소자에 있어서의 최적조성의 선택에 관하여 설명한다.
MnTe-HgTe-CdTe-QTe의 4원계 상도에 있어서의 여러 가지 조성의 결정을 브리지만법으로 제작하였다. 여기서, Q는 Se 및 S로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 나타낸다. Cd, Mn, Te, Hg 및 Q를 각각의 조성비로 석영앰풀속에 배합한 후, 진공상태로 봉입한다. 가열시에 완전히 용융되어 있지 않은 경우에는, 증기압이 높아져 석영앰풀이 깨질 가능성이 있으므로, 석영앰풀은 충분한 두께를 확보함과 동시에, Te를 과잉되게 조성하여 약 800℃ 정도의 융점으로 함으로써, 육성공정에서의 내압을 완화시킬 수가 있다.
이 석영앰풀을 세로로 된 브리지만로에 넣고, 용융온도 800℃로 10시간동안 유지시킨 후, 석영도가니를 서서히 하강시켜 석영앰풀의 저온부 일단부터 결정화 시켰다.
제 4도에 LD 모듈화가 가능한 광아이솔레이터(9.5Ψ×10Lmm)를 실현할 수 있고, 인가자기장 3,000Oe를 가한 경우에 아이솔레이션이 30dB 이상, 삽입손실이 1dB 이하를 실현할 수 있는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 자기 광학소자의 조성을 나타낸다. 동도에 나타내 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 자기광학소자를구성하는 단결정은, MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서,
의 6점으로 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가지며, Se 및 S로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 Q가 규정된 농도범위로 도프된 것이다. 이때, 도프하는 Q의 농도범위를 (Cd1-x-yMnxHgy)QzTe1-Z에 있어서, 0.01 ≤ z ≤ 0.10으로 한다. 이 제 3 실시예에 의한 자기광학소자를 패러데이 회전자로서 구비한 광아이솔레이터는, LD모듈화가 가능한 광아이솔레이터가 된다.
이하, Q가 Se인 경우의 구체예에 관하여 설명한다.
구체예 1
(Mn0.2Hg0.3Cd0.5)Se0.10Te0.90의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로함으로써 적용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법은 전술한 바와 같다. 육성된 단결정으로 부터 {111면}이 단면이 되도록 2mm×2mm×1.7mm인 각판 형상의 시료를 제작하였다. 자기장을 3,000Oe 인가 한 바, 파장 1.02㎛의 레이저 광에 대해 45˚의 패러데이 회전이 얻어졌고, 아이솔레이션:30dB, 삽입손실:0.7dB, 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광 아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
구체예 2
(Mn0.10Hg0.25Cd0.65)Se0.05Te0.95의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고, 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 구체예 1과 완전히 동일한 결과가 얻어져, 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
구체예 3
(Mn0.3Hg0.2Cd0.5)Se0.05Te0.95의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 구체예 2와 완전히 동일한 결과가 얻어져, 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
구체예 4
(Mn0.15Hg0.05Cd0.80)Se0.05Te0.95의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 구체예 3과 완전히 동일한 결과가 얻어져, 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
비교예 1
(Mn0.20Hg0.3Cd0.5)Se0.20Te0.80의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 구체예 4와 완전히 동일한 결과가 얻어졌다. 아이솔레이터의 사이즈: ψ16×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용이 가능하나, LD 모듈을 제작하기에는 불충분하였다.
비교예 2
(Mn0.10Hg0.25Cd0.65)Se0.15Te0.85조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 아이솔레이터의 사이즈를 제외한 나머지는 구체예 4와 동일한 결과가 얻어졌다. 아이솔레이터의 사이즈: ψ16×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용이 가능하나, LD 모듈을 제작하기에는 불충분하였다.
여기서, Se 농도범위를 0.01 ≤ z ≤ 0.10으로 규정한 이유는, z를 0.1 보다 크게 하면 Hg 치환에 의한 장파장측으로의 흡수단 시프트에 의한 베르데 정수 증대 효과를 없애버리기 때문이다(Se 치환은, 단파장측에 흡수단 시프트시켜 베르데 정수를 저하시킨다). 또한, Se를 치환한 경우에는, Se를 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우의 비커스(Vickers) 미소경도(단위:MPa)를 비교 한 하기의 표 1에 나타낸바와 같이, 결정의 경도가 전혀 치환하지 않은 것에 비해 높아지므로, 연마가공시에 메카니컬한 연마법에 의한 무변형 연마가 가능해져 투과파면의 문제가 해결된다.
표 1
다음은, Q가 S인 경우의 구체예에 관하여 설명한다.
구체예 1
(Mn0.2Hg0.3Cd0.5)S0.10Te0.90의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법은 전술한 바와 같다. 육성된 단결정으로부터 {111면}이 단면이 되도록 2mm×2mm×1.7mm인 각판 형상의 시료를 제작하였다. 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 파장 1.02㎛의 레이저 광에 대해 45˚의 패러데이 회전이 얻어졌고, 아이솔레이션:30dB, 삽입손실:0.7dB, 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
구체예 2
(Mn0.10Hg0.25Cd0.65)S0.05Te0.95의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고, 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 구체예 1과 완전히 동일한 결과가 얻어졌다. 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
구체예 3
(Mn0.3Hg0.2Cd0.5)S0.05Te0.95의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 구체예 2와 완전히 동일한 결과가 얻어졌다. 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
구체예 4
(Mn0.15Hg0.05Cd0.80)S0.05Te0.95의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성 법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 구체예 3과 완전히 동일한 결과가 얻어졌다. 아이솔레이터의 사이즈: ψ 8×5mm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
비교예 1
(Mn0.2Hg0.3Cd0.5)S0.20Te0.80의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 아이솔레이터의 사이즈를 제외한 나머지는 구체예 4와 완전히 동일한 결과가 얻어졌다. 아이솔레이터의 사이즈: ψ16×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용이 가능하나, LD 모듈을 제작하기에는 불충분하였다.
비교예 2
(Mn0.10Hg0.25Cd0.65)S0.15Te0.85의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고, 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 아이솔레이터의 사이즈를 제외한 나머지는 구체예 3과 동일한 결과가 얻어졌다. 아이솔레이터의 사이즈: ψ16×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용이 가능하나, LD 모듈을 제작하기에는 불충분하였다.
여기서, S 농도범위를 0.01 ≤z ≤0.10으로 규정한 이유는, Z를 0.1 보다 크게 하면, Hg 치환에 의한 장파장측으로의 흡수단 시프트에 의한 베르데 정수 증대효과를 없애버리기 때문이다(S 치환은 단파장측으로 흡수단 시프트시켜 베르데 정수를 저하시킨다). 또, S를 치환한 경우에는, S를 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우의 비커스 미소경도(단위MPa)의 비교를 나타낸 하기의 표 2에서와 같이, 결정의 경도가 전혀 치환하지 않은 것에 비해 높아지므로, 연마가공시에 메카니컬한 연마법에 의한 무변형 연마가 가능해져 투과파면의 문제가 해결된다.
표 2
다음은, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 자기광학소자에 있어서의 최적조성의 선택에 관하여 설명한다.
MnTe-HgTe-CdTe-ZnTe의 4원계 상도에 있어서의 여러 가지 조성의 결정을 브리지만법으로 제작하였다. Cd, Mn, Te, Hg 및 Zn을 각각의 조성비로 석영앰풀 속에 배합한 후, 진공상태로 봉입하였다. 가열시에 완전히 용융되어 있지 않은 경우에는 증기압이 높아져 석영앰풀이 깨질 가능성이 있으므로, 석영앰풀은 충분한 두께를 확보함과 동시에, Te를 과잉되게 조성하여 약 800℃ 정도의 융점으로 함으로써, 육성공정에서의 내압을 완화시키도록 하였다.
이 석영앰풀을 세로로된 브리지만로에 넣고, 용융온도 800℃로 10시간동안 유지시킨 후, 석영도가니를 서서히 하강시켜 석영앰풀의 저온부 일단부터 결정화 시켰다.
제 4도에 LD 모듈화가 가능한 광아이솔레이터(9.5Ψ×10Lmm)를 실현 할 수 있고, 자기장 3,000Oe를 인가한 경우에 아이솔레이션이 30dB 이상, 삽입손실이 1dB 이하를 실현할 수 있는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 자기 광학소자의 조성을 나타낸다. 제 4도에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 의한 자기광학 소자를 구성하는 단결정은 MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서,
의 6점으로 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가지며, Zn이 규정된 농도범위로 도프된 것이다. 이때, 도프하는 Zn이 농도범위를 (Cd1-x-yMnxHgy)1-zZnzTe에 있어서, 0.01 ≤ z ≤ 0.10으로 한다. 이 제 4 실시예에 의한 자기광학소자를 패러데이 회전자로서 구비한 광아이솔레이터는, LD모듈화가 가능한 광아이솔레이터가 된다.
다음은, Zn을 도프하는 경우의 구체예에 관하여 설명한다.
구체예 1
Mn0.19Hg0.28Cd0.48Zn0.05Te의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법은 전술한 바와 같다. 육성된 단결정으로부터 {111}면이 단면이 되도록 2mm×2mm×1.7mm인 각판 형상의 시료를 제작하였다. 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 파장 1.02㎛의 레이저 광에 대해 45˚의 패러데이 회전이 얻어졌고, 아이솔레이션:30dB, 삽입손실:0.7dB, 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
구체예 2
Mn0.27Hg0.18Cd0.45Zn0.10Te의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 구체예 1과 완전히 동일한 결과가 얻어져, 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
구체예 3
Mn0.28Hg0.05Cd0.62Zn0.05Te의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 구체예 2와 완전히 동일한 결과가 얻어져, 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
구체예 4
Mn0.14Hg0.05Cd0.76Zn0.05Te의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 구체예 3과 완전히 동일한 결과가 얻어져, 아이솔레이터의 사이즈: ψ8×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용할 수 있음이 판명되었다.
비교예 1
Mn0.15Hg0.2Cd0.45Zn0.20Te의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 아이솔레이터의 사이즈를 제외한 나머지는 구체예 4와 완전히 동일한 결과가 얻어졌다. 아이솔레이터의 사이즈: ψ16×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용이 가능하나, LD 모듈을 제작하기에는 불충분하였다.
비교예 2
Mn0.30Hg0.10Cd0.45Zn0.15Te의 조성을 가지는 단결정을 Te 과잉의 멜트로 함으로써, 저용융온도(800℃)에서 브리지만법에 의해 육성하였다. 육성법 및 육성된 시료의 결정면과 형상은 구체예 1과 동일하다. 그리고 자기장을 3,000Oe 인가한 바, 아이솔레이터의 사이즈를 제외한 나머지는 구체예 4와 완전히 동일한 결과가 얻어졌다. 아이솔레이터의 사이즈: ψ16×5Lmm로 광아이솔레이터로서 충분히 사용이 가능하나, LD 모듈을 제작하기에는 불충분하였다.
여기서, Zn 농도범위를 0.01 ≤ z ≤ 0.10으로 규정한 이유는, z를 0.1 보다 크게 하면, Hg 치환에 의한 장파장측으로의 흡수단 시프트에 의한 베르데 정수 증대 효과를 없애버리기 때문이다(Zn 치환은 단파장측으로 흡수단 시프트시켜 베르데 정수를 저하시킨다). 또, Zn을 치환한 경우에는, Zn을 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우의 비커스 미소경도(단위:MPa)의 비교를 나타낸 하기의 표 3 에서와 같이, 결정의 경도가 전혀 치환하지 않은 것에 비해 높아지므로 연마가공시에 메카니컬한 연마법에 의해 무변형 연마가 가능해져 투과파면의 문제가 해결된다.
표 3
본 발명의 제 3 및 제 4 실시예에 관한 자기광학소자에 의하면, 광증폭기의 여기용 LD (0.9㎛~1.1㎛ 대역)에 있어서, 혹은 LD (0.8㎛~0.9㎛ 대역)에서 SHG 결정(KNb03, KTP, LN, LT)을 여기하고, 단파장(청색 레이저)을 얻는 시스템에 있어서, 광이 되돌아오는 것을 방지하는데 이용되는 베르데 정수가 아주 높고 (≥0.06), 저투과손실(≤0.5dB/45˚패러데이 회전에 필요한 광경로길이)이며, 정밀도가 높아 실용적인 투과파면을 가지근 광아이솔레이터의 제공이 가능해진다.
이와 같이 본 발명의 제 3 및 제 4 실시예에 의해서도, 파장영역 0.8㎛~1.1㎛의 광아이솔레이터에 적합한 자기광학소자를 제공할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 파장영역 0.8㎛~1.1㎛의 광아이솔레이터에 적합한 자기광학소자 및 이 자기광학소자를 패러데이 회전자로서 구비하여 이루어진 광아이솔레이터를 제공할 수가 있다.
제 1도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기광학소자에 있어서의, LD 모듈화가 가능한 광아이솔레이터를 실현할 수 있는 결정조성을 MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도로 나타낸 도면.
제 2도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기광학소자에 있어서의, LD 모듈화가 가능한 광아이솔레이터를 실현할 수 있는 결정조성을 MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도로 나타낸 도면.
제 3도는 Mn 농도가 변화가능한 상태에서 Hg 도프량을 변화시킨 경우의 성능 지수 L*의 파장의 분산을 나타내는 도면.
제 4도는 본 발명의 제 3 및 제 4 실시예에 따른 자기광학소자에 있어서의, LD 모듈화가 가능한 광아이솔레이터를 실현할 수 있는 결정조성을 MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도로 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
α: 흡수계수 x : Mn농도
y : Hg농도
θF : 인가파장 5,000Oe 인가한 경우의 패러데이 회전각

Claims (8)

  1. Mn 및 Hg를 배합시킨 Cd1-x-yMnxHgyTe 단결정을 갖는 자기광학 소자로서, 상기 단결정은, 파장영역 0.8㎛~1.1㎛에서 사용이 가능하도록, MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서,
    의 6점으로 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가지며, 상기 단결정에는 Se 및 S로부터의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나가 규정의 농도범위로 도프되는 것을 특징으로 하는 자기광학소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 그룹으로부터 선택된 상기 적어도 하나를 Q로 할 때, (Cd1-x-yMnxHgy)QzTe1-z에서 도프하는 Q의 농도번위는 0.01 ≤ z ≤ 0.10인 것을 특징으로 하는 자기광학소자.
  3. 제 1항에 따른 자기광학소자가 패러데이 회전자로서 구비되는 것을 특징으로하는 광아이솔레이터.
  4. 제 2항에 따른 자기광학소자가 패러데이 회전자로서 구비되는 것을 특징으로 하는 광아이솔레이터.
  5. Mn 및 Hg를 배합시킨 Cd1-x-yMnxHgyTe 단결정을 갖는 자기광학소자로서, 상기 단결정은, 파장영역 0.8㎛~1.1㎛에서 사용이 가능하도록, MnTe-HgTe-CdTe의 3원계 상도에 있어서,
    의 6점으로 둘러싸인 범위에 포함되는 조성을 가지며, 상기 단결정에는 Zn이 규정의 농도범위로 도프되는 것을 특징으로 하는 자기광학소자.
  6. 제 5항에 있어서, (Cd1-x-yMnxHgy)1-zZnzTe에서 도프하는 Zn의 농도범위는 0.01 ≤ z ≤ 0.10인 것을 특징으로 하는 자기광학소자.
  7. 제 5항에 따른 자기광학소자가 패러데이 회전자로서 구비되는 것을 특징으로 하는 광아이솔레이터.
  8. 제 6항에 따른 자기광학소자가 패러데이 회전자로서 구비되는 것을 특징으로 하는 광아이솔레이터.
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