WO2004049039A1 - ファラデー回転子、及びこれを用いた磁気光学デバイス - Google Patents

ファラデー回転子、及びこれを用いた磁気光学デバイス Download PDF

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magnetic field
faraday
orientation
optical
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French (fr)
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Takenori Sekijima
Mikio Geho
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Murata Manufacturing Co., Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—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

Definitions

  • the present invention relates to a Faraday rotator used for a magneto-optical device using the Faraday effect, and for example, a Faraday rotator used for an optical isolator, an optical magnetic field sensor, and the like, and a magneto-optical device.
  • the Faraday effect referred to here means that when a magnetic field is applied to the single crystal that becomes the Faraday rotator, when light is incident in a direction parallel to the magnetic field, the polarization plane of the light rotates in the Faraday rotator Show properties.
  • One of the indices indicating the magnitude of the Faraday effect is an increase rate of the Faraday rotatory power (V : (deg / (Oe-cm))).
  • the rate of increase of the Faraday rotator means the Faraday rotation angle per unit length unit applied magnetic field, the Faraday rotation angle (0 f), which indicates the rotation angle of polarized light, and the travel distance of light passing through the Faraday rotator. (D), and the magnetic field strength (H) applied to the Faraday rotator. From this, it is understood that the Faraday rotator having a larger increase rate of the Faraday rotator is more likely to be magnetized. That is, when a Faraday rotator having a large increase rate of the Faraday rotator is used as a magneto-optical device, the applied magnetic field required to saturate the magnetization can be small.
  • the larger the increase rate of the Faraday rotation capability the smaller the size of the Faraday rotator. It can be seen that this is preferable because the size of the optical isolator can be reduced. Further, when used in an optical magnetic field sensor or the like, the larger the rate of increase in the Faraday rotation capability, the greater the rate of change in the Faraday rotation angle, which is preferable.
  • YIG-based single crystal As a magnetic material having a large increase rate of the Faraday rotation capability as described above, an iron iron garnet-based single crystal (hereinafter, YIG-based single crystal) is known.
  • an object of the present invention is to solve the above-described problem, and for example, a Faraday rotation of a ferromagnetic material that can be easily saturated even when a low magnetic field of 300 e or less is applied. And a magneto-optical device using the same. Disclosure of the invention
  • the Faraday rotator of the first invention of the present application applies a magnetic field from the outside.
  • a Faraday rotator expressing the Faraday effect by being pressurized, the Faraday one rotor is represented by R 3 M 5 0 12, R comprises Y, at least one of T b, and M is F
  • the Faraday rotator has a crystal orientation in the longitudinal direction of the magnetic garnet single crystal that is inclined within a range of less than 5 ° from the magnetic garnet single crystal in the range of 100> or 100>.
  • a magnetic field is applied in a direction parallel to the longitudinal direction of the Faraday rotator.
  • the magnetization process of a ferromagnetic material such as a YIG single crystal is generally based on the sum of domain wall motion and rotational magnetization.
  • domain wall motion the domain wall coercive force hinders the direction of magnetic moment, which is antiparallel to the direction in which the magnetic field is applied, from being oriented parallel to the magnetic field.
  • this phenomenon occurs when a magnetic field is applied in a direction parallel to the ⁇ 111> direction, which is the easy axis of YIG single crystal. A stronger magnetic field is required for the domain wall coercivity. Accordingly, the present inventors have a result of intensive studies, as a magnetic material of the Faraday rotator, represented by R 3 M 5 0 12, R is Y, wherein at least one of T b, and the ⁇ including F e
  • the Faraday rotator is made of a single crystal of magnetic garnet, and the crystal orientation in the longitudinal direction of the Faraday rotator is set to ⁇ 100> orientation or an orientation tilted within 5 ° from the ⁇ 100> orientation. They found that a magnetic field was applied parallel to the longitudinal direction.
  • the crystal orientation to which the 5th field is applied is deliberately shifted from the axis of easy magnetization, and by using a rotation method in which domain wall coercive force does not occur due to domain wall movement, for example, in a field of 3 OO e or less. Even so, we found that the Farade single rotator could be easily saturated.
  • ⁇ 1 00> orientation ⁇ 3 Fe 5 0 12 system it is hard magnetization axis in Tb 3 Fe 5 0 12 single crystal.
  • the rate of increase in the Faraday rotation ability was small and it was difficult to saturate the Faraday rotation ability.
  • the Faraday rotator of the present second invention the Faraday rotator, R '3 _ x Ce x Fe 5 _ y M' y 0 12 (R ' comprises at least one of Y, and T b , M 'includes at least one of AI, and Ga, and is preferably 0 ⁇ x ⁇ 0.5, 0 ⁇ y ⁇ 1.0).
  • the rate of increase in Faraday rotation ability can be further increased by replacing a part of R with Ce.
  • the Faraday rotator has a cylindrical shape, and a ratio (aspect ratio) of a length Y in a longitudinal direction of the Faraday rotator to a diameter X of a cylinder of the Faraday rotator.
  • the force is preferably represented by Y / X ⁇ 2.
  • a Faraday rotator that is sufficiently saturated even when a low magnetic field is applied can be obtained.
  • the Faraday rotative power ( ⁇ f : Faraday rotational angle per unit length) becomes small.
  • the aspect ratio it is preferably 10 or less from the viewpoint of ease of use as a magneto-optical device or easiness of saturation magnetization of a Faraday rotator.
  • a magneto-optical device includes the Faraday rotator according to the first and second aspects of the present invention.
  • the Faraday rotator of the first to third inventions as in the fourth invention of the present application, it is possible to sufficiently magnetize the Faraday rotator even at a low magnetic field, for example, at 3 OO e or less. it can. For this reason, it is possible to reduce the size of the magnet or the like that generates the magnetic field, and to reduce the size of the magneto-optical device. In addition, a sufficient Faraday rotation ability can be obtained even in a low magnetic field, so that a magneto-optical device with high sensitivity can be obtained. Further, since the Faraday rotator can be magnetized with a low magnetic field, the influence of the magnetic field on peripheral devices can be suppressed to a minimum. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an optical heating device used in an embodiment of the production method of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the magnitude of the magnetic field and the Faraday rotator in the Faraday rotators of Samples 1 to 5 according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the aspect ratio of the Faraday rotator according to the present invention and the increase rate of the Faraday rotator.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a magneto-optical device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a one-time characteristic diagram of the magnetic field applied to Samples 15 and 18.
  • FIG. 7 is a light intensity-hour characteristic diagram of Samples 15 and 18. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the Faraday rotator of the present invention is made of a magnetic garnet single crystal represented by R 3 M 5 0 12 (R includes at least one of Y and Tb, and M includes Fe), and a longitudinal direction of the Faraday rotator. Is the ⁇ 100> orientation of the magnetic garnet single crystal, or the orientation tilted within 5 ° from the ⁇ 100> orientation, and a magnetic field is applied in a direction parallel to the longitudinal direction of the Faraday rotator. It is characterized by having been done.
  • the ⁇ 100> orientation specifically refers to the six orientations of Equation 1 shown below. If the orientation is within a range of 5 ° in the vertical and horizontal directions, the effects of the present invention can be obtained. Can be
  • the magnetic garnet single crystal of the Faraday rotator of the present invention is represented by R 3 M 5 0 12 (R is Y,
  • M includes at least one of Tb, and M includes Fe).
  • R preferably contains at least one of Y and Tb, but R or a part of Y or Tb substituted with a rare earth element such as Ce, Gd, Yb, or Lu may be used. . Particularly, it is preferable to substitute with Ce, and it is preferable that R is 0 to 0.53 atom. Such ranges substituted if a C e, the Faraday effect is large Do Li, also c may increase the rate of increase of the Faraday rotation effect, M preferably contains at least one of AI and G a . By adding this addition amount, saturation can be achieved with a smaller magnetic field.
  • R '3 - x Ce x Fe 5 _ y M' y 0 12 R ' comprises Y, at least one kind of T b, M includes at least one of AI, and G a , 0 ⁇ k ⁇ 0.5, 0 ⁇ y ⁇ 1.0, where R 'does not include C e, and here does not include F e.) Good.
  • R ' comprises Y, at least one kind of T b, M includes at least one of AI, and G a , 0 ⁇ k ⁇ 0.5, 0 ⁇ y ⁇ 1.0, where R 'does not include C e, and here does not include F e.
  • x a sufficiently large Faraday effect cannot be obtained.
  • X is greater than 0.5, it may not form a solid solution Ce will be precipitated in the crystal as CeO 2.
  • the Faraday rotation angle decreases, and the rate of increase in Faraday rotation ability decreases.
  • the Faraday rotator has a columnar shape. Specifically, the ratio of the length Y in the longitudinal direction of the Faraday rotator to the diameter X of the cylinder of the Faraday rotator
  • (Act ratio) is preferably Y X ⁇ 2. If ⁇ is less than 2, the effect of the demagnetizing field may be large, and the Faraday rotator may not be efficiently magnetized particularly in the low magnetic field region.
  • the diameter X of the cylinder of the Faraday rotator is preferably 2 mm or less. If the diameter X is larger than 2 mm, sufficient bonding to optical fiber sensors, peripheral magnets, and other peripheral components of the optical magnetic field sensor may not be obtained, and magnetic field variations may occur.
  • the Faraday rotator of the present invention can be manufactured by a laser FZ method, an LPE method, a flux method, or the like.
  • the solid solution amount of Ce can be increased, and therefore, it is preferable that Ce is formed by a laser FZ method.
  • Y 2 0 3, Ce0 2 , Fe 2 O a prepared Ga 2 0 3, composition formula Y 2. 8 Ce 0. 2 F e 4. 5 Ga 0. was ⁇ so as to be 5 O 2.
  • toluene and a dispersant are added to the weighed mixed powder of the starting materials, and the mixture is crushed with a cobblestone on a pot for about 24 hours.
  • the mixed raw material is dehydrated by an aspirator and dried in a dryer.
  • the dried raw material is adjusted in particle size by passing it through a mesh, and calcined in an electric furnace.
  • the calcined raw material is pulverized again, kneaded well with an organic binder, and then molded into a cylindrical shape with a diameter of 2 mm or less and a length of 5 mm or more using a molding machine.
  • the raw material thus formed is again put into the electric furnace and sintered to obtain a polycrystalline rod having the above composition.
  • the apparatus itself is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-251088, and comprises an infrared converging and heating elliptical image furnace 2 and a YAG laser 3.
  • the inside of the infrared condensing superheated bi-elliptical image furnace 2 is provided with an elliptical mirror 9, a quartz tube 5 whose atmosphere can be adjusted, and a halogen lamp. 6 are installed.
  • the halogen lamp 6 is connected to the laser light emitting port 7.
  • the AG laser 3 irradiates the laser light through the laser light emitting port 7, and the irradiation power of the laser light can be adjusted by the halogen lamp 6. it can.
  • the quartz tube 5 has a shaft 8 which is vertically separated and can be driven up and down.
  • the polycrystalline raw material rod 4 obtained as described above is arranged on one of the upper and lower shafts 8.
  • the crystal orientation force ⁇ 0 from the [100] direction to 011 to the [01 1] direction is placed on the other of the upper and lower shafts 8.
  • the polycrystalline raw material rod and the seed crystal rod are brought into contact with each other, and the contact portion is heated to about 700 ° C. and melted by the YAG laser 3 through the laser light emitting port 7 and the halogen lamp 6 so as to be melted. Irradiate.
  • Example 2 First, as starting materials for paramagnetic garnet polycrystal, Y 2 0 3, Ce0 2 , La 2 0 3, P r 2 0 3, N d 2 0 3> Sm 2 0 3, E u 2 0 3, Gd 2 0 3 , Dy 2 0 3 , Ho 2 0 3 , E r 2 0 3 , Tm 2 0 3> Y b 2 0 3 , Lu 2 0 3 , Fe 2 0 3 , G a 2 0 3 , T b 4 O v, and prepared AI 2 0 3, the composition formula was weighed so as to have the same composition as the sample "! ⁇ 61 in Table 1.
  • Torue ting dispersing agent to the mixed powders of the starting material was Hieryou And mixed with a cobblestone for about 24 hours in a pot rack and pulverized.
  • the mixed material is dewatered by an aspirator and dried in a dryer.
  • the dried material is passed through a mesh to adjust the particle size,
  • the calcined raw material is pulverized again, mixed with an organic binder (after kneading), and then molded into a cylindrical shape with a diameter of 2 mm or less by a molding machine.
  • the raw material is put into the electric furnace again and sintered, A polycrystalline rod having the same composition as each of the samples 1 to 61 is obtained.
  • a polycrystalline rod having the same composition as Samples 1 to 61 obtained as described above was placed on one of the upper and lower shafts 8 and on the other of the upper and lower shafts 8.
  • a YIG single crystal was installed and placed in a quartz tube 5 whose atmosphere could be adjusted.
  • the seed crystal used was a YIG single crystal having a [100] orientation and a [111] orientation.
  • a YIG single crystal having a crystal orientation tilted by 4 degrees from [100] was used.
  • each polycrystalline raw material rod is brought into contact with each YIG single crystal, and the contact portion is heated to about 1700 ° C. and irradiated with a YAG laser 3 so as to be melted.
  • the molten zone was moved to single crystallize so as to have the crystal orientation axis shown in Table 1.
  • the moving speed of the zone was from 2 mmh to 3 Omm / h.
  • the magnetic garnet single crystal thus grown is cut into a columnar shape.
  • the diameter and length were cut so as to be as shown in Table 1, and both end surfaces were mirror-polished.
  • a Faraday rotator for magneto-optical device of the sample "! ⁇ 61 having each crystal orientation axes was set to be parallel to the crystal orientation shown in Table 1.
  • samples 1 and 3 with the crystal orientation of the Faraday rotator being ⁇ 100> are ⁇ 1 1 1>
  • the slope of the Faraday curve that is, the rate of increase in the Faraday rotation ability
  • the magnetization process due to rotational magnetization is mainly involved, and it can be seen that even a small magnetic field is sufficiently saturated. This indicates that when used as an electronic component, it has high sensitivity even with a small magnetic field.
  • Example 3 In the same manner as in Example 1, to obtain a Y 2. 8 Ce 0. 2 Fe 4. 5 Ga 0. 5 0, 2 made of a polycrystalline rod. Next, in the same optical heating device 1 as in Example 1, the polycrystalline rod obtained as described above is placed on the upper and lower shafts 8 and placed in the quartz tube 5 whose atmosphere can be adjusted. Then, the end face of one polycrystalline raw material rod is brought into contact with the other polycrystalline raw material rod, and the abutting portion is heated to about 1700 ° C. and irradiated with a YAG laser so as to be melted.
  • a magnetic field of 1OOe was applied to the crystal of the Faraday rotator having each crystal orientation axis obtained as described above in parallel with the length direction of the Faraday rotator. Then, light irradiation was performed using a semiconductor laser device having a wavelength of 1550 nm. At this time, the rate of increase of the Faraday rotation power in the dependence of the Faraday rotation power on the applied magnetic field was measured.
  • Fig. 4 shows the results.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the optical magnetic field sensor of the present invention.
  • the optical magnetic field sensor 11 includes a Faraday rotator 12, a polarizer 13, an analyzer 14, light irradiation means 15, and light sensing means 16.
  • a polarizer 13 is provided on the incident side of the Faraday rotator 12, and an analyzer 14 is arranged in parallel in the optical axis direction on the output side of the Faraday rotator 12, and the polarizer 13 and the analyzer 14 are arranged in parallel. Is Farade Each polarization plane is provided so as to be perpendicular to the optical axis so that the optical axis passing through one rotator 12 passes through the polarization plane. Further, the light irradiation means 15 may be provided at a position where light can be incident on the polarizer 13.
  • the light irradiating means 15 does not necessarily need to be provided along the optical axis passing through the Faraday rotator 12, and for example, a total reflection mirror 17 a is provided between the light irradiating means 15 and the polarizer 13.
  • a total reflection mirror 17 a is provided between the light irradiating means 15 and the polarizer 13.
  • the total reflection mirror 17a between the light irradiation means 15 and the polarizer 13 as described above, the size of the optical magnetic field sensor 11 can be reduced.
  • the total reflection mirror 1 1 is provided between the analyzer 14 and the light sensing means 16. 7b may be provided.
  • condenser lenses 18a and 18b can be provided between the total reflection mirror 17a and the polarizer 13 and between the total reflection mirror 17b and the analyzer 14, respectively.
  • the condenser lens 18a by providing the condenser lens 18a, light can be efficiently incident on the Faraday rotator 12.
  • the condenser lens 18b by providing the condenser lens 18b, light can be efficiently transmitted to the light sensing means 16.
  • the Faraday rotator 12 of the optical magnetic field sensor as described above, the Faraday rotator of the present invention can be suitably used.
  • the optical magnetic field sensor will be described.
  • the light irradiated from the light irradiation means 15 is reflected by the total reflection mirror 17a by 90 ° so that the reflected light is parallel to the optical axis passing through the Faraday rotator 12.
  • the reflected light is condensed by the condenser lens 18b, and is incident on the Faraday rotator 12 having the same polarization plane as the polarizer 13 via the polarizer 13.
  • a magnetic field is applied so as to be parallel to the optical axis passing through the center of the Faraday rotator 12.
  • the polarization plane of the incident light is rotated by the Faraday rotator 12 by the Faraday rotation angle with respect to the traveling direction of the light in the Faraday rotator 12 due to the Faraday effect.
  • only the light having the same polarization plane as the analyzer 14 is emitted from the Faraday rotator 12 via the analyzer 14.
  • the light emitted from the analyzer 14 widens the light through the condenser lens 18b, and the light is reflected 90 ° with respect to the optical axis by the total reflection mirror 17b. Further, the amount of the reflected light is sensed by the sensing means 16.
  • Example 2 As the Faraday rotator having the above-described configuration, in Example 2, the sample 15 in which the crystal orientation in the longitudinal direction of the Faraday rotator was the [100] orientation, and the crystal orientation in the longitudinal direction of the Faraday rotator were Sample 18 having the [111] orientation was used. Then, the fara of samples 15 and 18 The magnetic field fluctuation of the optical magnetic field sensor having the de-rotor was measured by the following method. First, an impeller having a magnet at the tip is installed on the side of the Faraday rotator of each optical magnetic field sensor, and the impeller is rotated by a motor to change a magnetic field of about 50 to 250 Oe. Movement. Figure 6 shows the magnetic field fluctuation at this time.
  • the magneto-optical device using the Faraday rotator of the present invention an optical magnetic field sensor for current measurement has been described as an example. However, it may be used for other optical magnetic field sensors such as a rotation sensor and a flow velocity sensor. it can. Further, it can be used for an optical isolator, an optical attenuator, an optical switch, an optical circuit or the like. Industrial applicability
  • the Faraday rotator and the magneto-optical device according to the present invention can be used in a field for detecting a change in a magnetic field using light, for example, electric power, a consumer field such as a home appliance, an automobile, a plant, or a light stabilizing apparatus. It is used in a wide range of fields such as the field of optical communication that needs to oscillate.

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Abstract

磁壁抗磁力の影響を受けず、低磁界においても、ＹＩＧ単結晶を容易に磁化し飽和することが可能となファラデー回転子、及びこれを用いた磁気光学デバイスを提供する。外部から磁界を印加されることによってファラデー効果を発現するファラデー回転子であって、前記ファラデー回転子はＲ３Ｍ５Ｏ１２で表され、Ｒは、Ｙ，及びＴｂのうち少なくとも一種を含み、かつＭはＦｅを含む、磁性ガーネット単結晶からなり、前記ファラデー回転子の長手方向の結晶方位が、磁性ガーネット単結晶の＜１００＞方位、または＜１００＞方位から５°以内の範囲で傾けた方位であり、前記ファラデー回転子の長手方向と平行な方向に磁界が印加されることを特徴とする。

Description

明 細 書 ファラデー回転子、 及びこれを用いた磁気光学デバイス 技術分野
本発明は、ファラデー効果を利用した磁気光学デバイスに用いられるファラデー回転子 に関するものであり、例えば光アイソレータ、光磁界センサ等に用いられるファラデー回転 子、 及び磁気光学デバイスである。 背景技術
近年、情報通信量の増大に伴って従来の金属通信線を用いた通信手段では速度不足及び 容量不足になってきており、高速及び大容量の情報通信技術として光通信技術が注目されて いる。現在の主流の光通信技術として、赤外線領域 （波長が 1 3 0 0〜 1 6 0 0 n m) にお ける石英ファイバ一の極低損失伝送特性を利用しており、 高密度波長多重技術 ( DWD M) との組み合わせによる高速大容量通信技術が盛んに研究開発されている。
このような背景から光通信技術をハ一ドウエアの面からサポー卜する光部品の特性の 向上及び低コスト化が重要になってきている。その中で、光と磁気との相互作用に基づいた 磁気光学デ / イスも重要になってきている。
磁気光学デバイスに用いられる材料特性として、大きなファラデー効果を有することが 求められている。 ここで言うファラデー効果とは、 ファラデー回転子となる単結晶体に磁界 を加えた状態において、磁界と平行な方向に光を入射した時に、 ファラデー回転子の中で光 の偏光面が回転するという性質を示す。このファラデー効果の大きさを示す指標の一つとし て、 ファラデー回転能の増加割合 （V : ( d e g / (O e - c m) ) ) がある。 ファラデー回転能 の増加割合とは単位長さ単位印加磁場あたりのファラデ一回転角を意味し、偏光した光の回 転角度を示すファラデー回転角 （0 f )、 ファラデー回転子を通る光の移動距離 （d )、及び ファラデー回転子にかかる磁界強度 （H ) 力、ら、 Θ f = V H dの関係で表される。 このこと から、 ファラデー回転能の増加割合が大きいファラデー回転子であるほど、 ファラデー回転 子が磁化されやすいことがわかる。すなわち、 ファラデー回転能の増加割合の大きなファラ デ一回転子を磁気光学デバイスとして用いた場合、磁化を飽和させるのに要する印加磁界が 小さくて済む。 そこで、光アイソレータ等のように、 ファラデー回転角を所望の一定角度に する場合、ファラデー回転能の増加割合が大きい方がファラデー回転子のサイズを小さくす ることができ、光アイソレータの小型化が図れるため好ましいことがわかる。また、光磁界 センサ等に用いた場合、ファラデー回転能の増加割合が大きいほど、ファラデー回転角の変 化割合を大きくすることができて好ましい。
上記のようなファラデー回転能の増加割合が大きい磁性材料として、イツトリゥム鉄ガ ーネット系単結晶 （以下、 Y I G系単結晶） が知られている。 その一例として、 R3一 XB i xF e5— yAy012 (Rは T b、 または G d、 Aは Ga、 または A I、 x = 0. 7〜1. 9、 y = 0. 3〜1. 8)で表される Y I G系単結晶を、液相ェピタキシャル成長法によって（G d C a)3(G aMg Z r)5012 (SGGG) 基板上に成長させて形成し、 チップ状に切り出 して薄板型のファラデー回転子として用いられることが特開平 9— 1 97360号公報に 開示されている。また、 F eの一部を G aまたは A Iによって置換することで、飽和磁化を 小さくすることができると開示がされている。
しかしながら、特開平 9— 1 97360号公報の図 1に開示される磁気モーメン卜の方 向から分かるように、 Y I G系単結晶は [1 1 1 ] 方位に成長させていると推測される。 こ の [1 1 1 ]方位は Y I G系単結晶において、磁化容易軸にあたることは一般的に知られて し、る。 この磁化容易軸とは、外部磁界が印加されない場合に自発磁化が安定に向く方向のこ とで、外部から別の方位に磁界を印加しない限り、磁性ガーネット中の磁気モーメントの向 きは [1 1 1 ] 方位近辺に揃っている。
さらに特開平 9一 1 97360号公報のように、 [1 1 1 ] 方位に成長させた Y I G薄 膜に対して、 このような磁化容易軸と同じ結晶軸方向に磁界を印加した場合、低磁場の印加 では磁化されにくいという問題が生じる。すなわち、 Y I G系単結晶のような強磁性体の場 合、磁壁を介して互いに反平行に磁気モーメントが並んでいるため、磁界の印加方向と反平 行な方向の磁気モ一メントを磁界の向きに向かせるためには、磁壁の持つ磁壁抗磁力を超え る大きな磁気エネルギーが必要となる。 このため、たとえファラデー回転能の増加割合が大 きいとしても、磁壁抗磁力が生じるため、所望の方向に磁化させるのに、 より強し、磁界を印 加しなければないという問題が生じていた。
そこで、本発明の目的は、上述の問題点を解決するべくなされたもので、例えば 300 e以下の低磁場の印加であっても、容易に飽和させることのできる強磁性体のファラデ一回 転子、 およびこれを用いた磁気光学デ / スを提供することにある。 発明の開示
上記目的を達成するために、本願第 1の発明のファラデー回転子は、外部から磁界を印 加されることによってファラデー効果を発現するファラデー回転子であって、前記ファラデ 一回転子は R3M5012で表され、 Rは Y, T bのうち少なくとも一種を含み、 かつ Mは F eを含む磁性ガーネット単結晶からなり、前記ファラデー回転子の長手方向の結晶方位が、 磁性ガーネット単結晶のく 100>方位、またはく 1 00 >方位から 5° 以内の範囲で傾け た方位であり、前記ファラデー回転子の長手方向と平行な方向に磁界が印加されることを特 徵とする。
本願第 1の発明のような構成にすることによって、磁壁抗磁力の影響を受けず、低磁界 においても、例えば Y3Fe5012 (Y I G単結晶）、 T b3F e5012などの強磁性体単結晶 を容易に磁化することが可能となる。より具体的に説明すると、一般的に Y I G単結晶のよ うな強磁性体の磁化過程は、磁壁移動と回転磁化との和に基づく。磁壁移動の場合、磁界を 印加する方向とは反平行な方向に向いている磁気モ一メントを、磁界と平行な方向に向ける のに磁壁抗磁力が妨げとなる。すなわち、 Y I G単結晶の磁化容易軸である <1 1 1 >方位 と平行な方向に磁界を印加する場合、 この現象が生じる。磁壁抗磁力が生じる分、 より強い 磁界が必要となる。そこで、本発明者らは鋭意検討した結果、 ファラデー回転子の磁性材料 として、 R3M5012で表され、 Rは Y、 T bのうち少なくとも一種を含み、 かつ Μは F e を含む磁性ガーネット単結晶からなり、ファラデー回転子の長手方向の結晶方位が <1 00 >方位、または <1 00>方位から 5° 以内の範囲で傾けた方位となるようにし、 このファ ラデー回転子の長手方向に平行に磁界を印加することを見出したのである。このように 5兹界 が印加される結晶方位を、磁化容易軸から敢えてずらし、磁壁移動による磁壁抗磁力が生じ ない回転 ¾Η匕を利用することによって、例えば 3 OO e以下の氐 ί玆場であっても、 ファラデ 一回転子を容易に飽和できることを見出した。 特に注目すべき点は、 <1 00>方位は丫3 Fe5012系、 Tb3Fe5012系単結晶における磁化困難軸である。従来から、磁化困難軸 は平行な方向に磁化を印加した場合、ファラデー回転能の増加割合は小さくなり飽和させに くいと言われていたが、本発明者らは回転磁化を利用できる結晶方位の中でも、磁化困難軸 である < 1 00 >方位、または < 100 >方位から 5 ° 以内の範囲で傾けた方位で、低磁場 でもファラデー回転能の増加割合を小さくすることなく磁化が飽和されやすいことを見出 したことにある。
また、 本願第 2の発明のファラデー回転子は、 前記ファラデー回転子が、 R ' 3_xCe xFe5_yM' y012 (R 'は Y, 及び T bのうち少なくとも一種を含み、 M 'は A I， 及び G aのうち少なくとも一種を含み、 0<x≤0. 5、 0≤y≤ 1. 0) であることが好まし い。
本願第 2の発明のような構成にすることによって、 Rの一部を C eで置換することによ リ、 よりファラデ一回転能の増加割合を大きくすることができる。
また、本願第 3の発明のファラデー回転子は、前記ファラデー回転子が円柱状であり、 前記ファラデー回転子の円柱の直径 Xに対する、 前記ファラデー回転子の長手方向の長さ Yの比 （アスペクト比） 力《Y/ X≥2で表されていることが好ましい。
本願第 3の発明のような構成にすることによって、よリ低磁場を印加しても充分に飽和 されるファラデー回転子を得ることができる。また、 ファラデー回転子の一端面から他端面 までの距離が大きい方が、ファラデー回転子内における反磁界を小さくすることができる。 すなわち、 ファラデー回転子は磁性体であるため、ファラデー回転子に外部から磁化が印加 されると、 ファラデー回転子内には外部磁界とは逆方向に磁界（反磁界） 力《生じる。すると、 実際には外部磁界から反磁界を差し引いた磁界分が、ファラデー回転子を磁化していること になる。 このため、 ファラデー回転能の増加割合が一定の場合、 ファラデー回転能 ( Θ f ： 単位長さあたりのファラデー回転角） が小さくなるという問題が生じる。そこで、本願第 3 の発明のようにファラデー回転子の一方の端面から他方の端面までの距離を大きくするこ とによって、 ファラデー回転子内に生じる反磁界の影響を抑制することができる。なお、ァ スぺクト比の上限の定めはないが、磁気光学デバイスとしての用いやすさ、またはファラデ 一回転子の飽和磁化されやすさから 1 0以下が好ましい。
また、 本願第 4の発明の磁気光学デバイスは、 本願第 1及び第 2の発明のファラデー 回転子を有することを特徴とする。
本願第 4の発明のように、本願第 1〜第 3の発明のファラデー回転子を用いることによ つて、低磁場、例えば 3 O O e以下であっても充分にファラデー回転子を磁化することがで きる。 このため、磁界を発生させる磁石等を小さくすることが可能となり、磁気光学デバィ スの小型化を図れる。また、低磁場においても、充分なファラデー回転能が得られるため、 感度の良い磁気光学デバイスが得られる。また、低磁場でファラデー回転子を磁化すること ができるため、 周辺機器への磁場の影響を最小限に抑制することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、本発明の製造方法の一実施の形態に用いる光学式加熱装置の概略斜視図である。 図 2は、 Y 2. 8 C e 0. 2 F e 4. 5 G a 0. 50 1 2単結晶を用いたファラデー回転子おける、 磁界が印加される結晶方位面と、 ファラデー回転能の増加割合との関係図である。 図 3は、本発明にかかる試料 1〜試料 5のファラデー回転子における、磁界の大きさと ファラデー回転能との関係図である。
図 4は、本発明にかかるファラデー回転子のァスぺクト比とファラデー回転能の増加割 合との関係図である。
図 5は、 本発明にかかる一実施形態の磁気光学デバイスの概略構成図である。
図 6は、 試料 1 5及び試料 1 8にかかる磁場一時間特性図である。
図 7は、 試料 1 5及び試料 1 8の光量一時間特性図である。 発明を実施する為の最良の形態
以下に、 本願発明のファラデー回転子の一実施形態ついて具体的に説明する。
本願発明のファラデー回転子は、 R3M5012 (Rは Y、 T bの少なくとも一種を含み、 Mは Feを含む）で表される磁性ガーネット単結晶からなり、 ファラデー回転子の長手方向 の結晶方位が、磁性ガーネット単結晶の < 1 00>方位、または < 1 00>方位から 5° 以 内の範囲で傾けた方位であり、ファラデー回転子の長手方向と平行な方向に磁界が印加され ていることを特徴とする。
この <1 00>方位とは、具体的には以下に示す式 1の 6つの方位を指しており、この 方位から上下左右に 5° 以内のずれの範囲であれば、 本願発明の効果が得られる。
【式 1】
[1 00]、 [01 0]、 [001]、 [1 00]、 [01 0]、 [001]
また、 本発明のファラデー回転子の磁性ガーネット単結晶は、 R3M5012 (Rは Y、
T bの少なくとも一種を含み、 Mは Feを含む） で表される。 ここで、 Rは Y及び T bの少 なくとも一種を含むことが好ましいが、 Yもしくは T bの一部を Ce、 Gd、 Yb、 Lu等 の希土類元素で置換したものを用いてもよし、。特に Ceで置換した場合が好ましく、 Rに対 して 0〜0. 5 3 a t omであることが好ましい。 このような範囲で C eを置換した場 合、 ファラデー効果が大きくなリ、 ファラデー回転能の増加割合を増大させることができる c また、 Mは A I及び G aのうち少なくとも一種を含むことが好ましい。 この添加量を添 加することにより、 よリ小さい磁場で飽和させることができる。
上記の点から、特に R ' 3-xCexFe5_yM ' y012 (R 'は Y， T bの少なくとも一 種を含み、 Mは A I , 及び G aのうち少なくとも一種を含み、 0<k≤0. 5、 0≤y≤ 1. 0、 なお、 ここでの R 'は C eを含まない。 また、 ここでの は F eを含まない。） が好 ましい。 この時、 x = 0の場合、十分な大きさのファラデー効果が得られない。 また、 Xが 0. 5よりも大きい場合、 固溶しない Ceが Ce02として結晶中に析出してしまうことが ある。また、 Feサイトに Gaを 1よりも多く置換すると、 ファラデー回転角が小さくなつ てしまい、 ファラデー回転能の増加割合が小さくなる。
また、本願発明においてファラデー回転子が円柱状であることが好ましい。具体的には、 ファラデー回転子の円柱の直径 Xに対する前記ファラデー回転子の長手方向の長さ Yの比
(ァスぺクト比） が Y X≥ 2であることが好ましい。 ΥΖΧが 2よりも小さい場合、反磁 界の影響が大きくなリ、特に低磁界領域において効率良くファラデー回転子を磁化できない ことがある。特に、光磁界センサとして用いる場合は、 ファラデー回転子の円柱の直径 Xが 2mm以下であることが好ましい。直径 Xが 2 mmよりも大きい場合、光ファイバ一、永久 磁石等の光磁界センサの周辺部品との接合性が十分に得られず、磁界のばらつきが生じる恐 れがある。
本発明のファラデー回転子は、 レーザー FZ法、 LPE法、 フラックス法等によって、 作製することができる。特に、 Ceを置換する場合、 Ceの固溶量が多くすることができる ため、 レーザー FZ法で作製されることが好ましい。
(実施例 1 )
以下に、本発明のファラデー回転子の一実施例として、 レーザー FZ法を用いて作製さ れたファラデー回転子を説明する。
まず、常磁性ガ一ネット多結晶の出発原料として、 Y203、 Ce02、 Fe2Oa、 Ga 203を用意し、組成式が Y2. 8Ce0. 2F e4.5Ga0. 5 O 2となるように粹量した。 次に 秤量した出発原料の混合粉末にトルエンと分散剤とを加えて玉石とともに約 24時間ポッ ト架で混合 '粉砕する。混合された原料はァスピレータで脱水され、乾燥機内で乾燥される。 そして乾燥された原料はメッシュを通すことで粒度を整えられ、電気炉内で仮焼される。仮 焼された原料は再度粉砕され、有機バインダとよく練り混ぜた後、成型器で直径 2mm以下、 長さ 5 mm以上の円柱状に成型される。このようにして成型された原料は再び電気炉内に入 れられ焼結し、 上記組成からなる多結晶棒を得る。
次に、得られた多結晶棒を、図 1に示す光学式加熱装置 1に設置する。 この装置自体は、 特開平 1 0— 251 088号公報に開示されているものであり、赤外線集光加熱双楕円形ィ メージ炉 2と、 Y AGレーザ 3とからなるものである。赤外線集光過熱双楕円形イメージ炉 2内は楕円形のミラ一 9が設けられており、雰囲気調整可能な石英管 5と、ハロゲンランプ 6とが設置してある。 このハロゲンランプ 6は、 レーザー光発射口 7と接続されており、 A Gレーザー 3はレーザー光発射口 7を介してレーザー光を照射し、ハロゲンランプ 6にて レーザー光の照射力を調整することができる。また、石英管 5の内部には上下に分離され上 下駆動可能なシャフト 8に酉己置されている。 このような上下シャフト 8の一方に、上記のよ うにして得られた多結晶原料棒 4を配置する。そして、上下シャフト 8の他方に、結晶方位 力《 [100]方位から [01 1]方位に 0° から + 90。 の範囲で傾けた Y I G単結晶から なる種結晶を配置する。そして、 多結晶原料棒と種結晶棒とを当接し、その当接部分を 1 7 00 °C程度に加熱し溶融させるように Y A Gレーザ 3をレーザー光発射口 7、及びハロゲン ランプ 6を介して照射する。次に上下のシャフト 8を同期させながら、移動させることによ つて溶融帯を移動速度 2 mmZhから 3 Omm/" hで移動させて、単結晶化した。 このよう にして育成されたそれぞれの円柱状の Y 2.8Ce0.2F e4.5G a0.5012単結晶を、直径 2 mm、長さ 1 Ommとなるように円柱状にカットし、両端面を鏡面研磨した。 この時、 円柱 状の長手方向がそれぞれ [1 00]方位から [1 1 1]方位を介して、 [01 1]方位へ 0° から + 90° 傾けた結晶方位となっていた。 そして両端面に硼ケィ酸ガラス と Ta 205か らなる反射防止膜を施して、各結晶方位軸を有する磁気光学デバイス用ファラデー回転子を 得た。
上記のようにして得られた各結晶方位軸を有するファラデー回転子の結晶体に、ファラ デ一回転子の長手方向と平行に磁界を 10 O e印加した。そして、波長 1 550 n mの半導 体レーザー装置を用いて光を照射した。そして、磁界を印加していない状態から、磁界を 1 OOe印加した場合までのファラデー回転角を測定した。そして、 V=0 f ZHd (Θ f ： ファラデー回転角， H：磁界， d：長さ）の式に代入してファラデー回転能の増加割合（V) を計算した。 その結果を図 2に示す。
図 2に示されるように、 [1 00] 方位または [1 00] 方位に対して 5° 以内に傾け た結晶方位では、 同じ程度のファラデー回転能の増加割合が得られたが、 [100] 方位に 対して 5° よりも角度が大きくなるにつれてファラデー回転能の増加割合は小さくなるこ とがわかった。特に [1 00] 方位から 54. 7° ずれている磁化容易軸の [1 1 1] 方位 では、最もファラデー回転能の増加割合が小さくなつた。なお、式 1で示される全ての結晶 方位で、 [100] と同様にく 1 00>方位、 またはく 1 00>方位から 5° 以内に傾けた 方位において、 ファラデー回転能の増加割合が大きくなることがわかった。
(実施例 2) まず、 常磁性ガーネット多結晶の出発原料として、 Y203， Ce02， La203, P r2 03, N d203> Sm203, E u203, Gd203, Dy203， H o203, E r203, Tm203> Y b 203, L u203, Fe 203, G a 203, T b4Ov, 及び A I 203を用意し、 組成式が表 1の 試料"!〜 61と同じ組成となるように秤量した。次に稗量した出発原料の混合粉末にトルェ ンと分散剤とを加えて玉石とともに約 24時間ポット架で混合，粉砕する。混合され原料は ァスピレータで脱水され、乾燥機内で乾燥される。そして乾燥された原料はメッシュを通す ことで粒度を整えられ、電気炉内で仮焼される。仮焼された原料は再度粉砕され、有機バイ ンダとよ〈練り混ぜた後、成型器で直径が 2 mm以下の円柱状に成型される。このようにし て成型された原料は再び電気炉内に入れられ焼結し、各試料 1 ~61と同じ組成の多結晶棒 を得る。
次に、実施例 1と同様の光学式加熱装置 1に、上記のようにして得られた試料 1〜試料 61と同じ組成の多結晶棒を上下シャフト 8の一方に、上下シャフト 8の他方には Y I G単 結晶設置し、雰囲気調整が可能な石英管 5内に配置した。 なお、種結晶としては、 [100] 方位及び [1 1 1] 方位の Y I G単結晶を用い、試料 29については [100] から 4度傾 けた結晶方位を有する Y I G単結晶を用いた。そして、各多結晶原料棒と各 Y I G単結晶と を当接させ、その当接部を 1 700°C程度に加熱し溶融させるように Y AGレーザ 3を照射 する。次に上下のシャフト 8を同期させながら、移動させることによって溶融帯を移動させ て表 1に示される結晶方位軸となるように単結晶化した。この時の融帯の移動速度は 2 mm hから 3 Omm/hであった。このようにして育成された磁性ガーネット単結晶を円柱状 にカツ卜する。 この時の、直径、長さが表 1となるようにそれぞれカツ卜し、両端面を鏡面 研磨した。そして両端面に硼ケィ酸ガラス及び T a 205とからなる 4層の反射防止膜を施し て、各結晶方位軸を有する試料"!〜 61の磁気光学デバイス用ファラデー回転子を得た。な お、 この時のファラデー回転子の長手方向が、表 1に示される結晶方位と平行になるように した。
上記のようにして得られた各結晶方位軸を有するファラデー回転子の結晶体に、ファラ デ一回転子の長さ方向と平行に磁界を OOeから 1 OO eまで印加した。そして、波長 1 5 50 nmの半導体レーザー装置を用いて光を照射した。この時のファラデー回転能の印加磁 界依存性におけるファラデー回転能の増加割合を測定した。その結果を表 1一 1、表 1— 2 に示す。 【表 1一 1】
Figure imgf000010_0001
【表 1一 2】
Figure imgf000011_0001
上記表から、 ファラデー回転能の増加割合が、 [1 1 1] 方位よりも [100] 方位の 方が大きいことがわかった。これにより、 1 OOe程度の低磁界であって Y I G単結晶を容 易に磁化し飽和することができる。特に、 Yの一部を Ceで置換している試料 7〜試料 61 のうち、 <1 00>方位、または <1 00>方位から 5° 以内の範囲で傾けた結晶方位を有 する試料は、 他の試料に比べてファラデー回転能の増加割合が大きいことがわかる。
C eの置換量が 0. 5よりも大きい試料 27, 28は単結晶の育成を行っても、結晶性 が悪く、 ファラデー回転能の増加割合が劣っていた。また、 G aの置換量が本願発明の範囲 外である、試料 23および試料 24についても、 ファラデー回転能の増加割合が若干劣るこ とがわかった。
上記のようにして得られた試料のうち、試料 1〜試料 5について、印加磁場を OOeか ら 1 0 OOeまで変化させた場合のファラデー回転能 (Θ f ：単位長さあたりのファラデー 回転角） を、 G a置換割合と、純粋な Y I G単結晶のファラデー回転能の増加割合の比から シミュレーションした。 その結果を図 3に示す。
図 3の試料 1と試料 2、及び試料 3と試料 4を見てわかるように、ファラデー回転子の 結晶方位を < 1 00 >方位としている試料 1及び試料 3の方が、 <1 1 1 >方位としている 試料 2及び試料 4よりも、 3 OOe以下の低磁界側でファラデー曲線の傾き、すなわち、 フ ァラデー回転能の増加割合が大きいこと力わかる。 これは 3 OOeと低磁界の場合、回転磁 化による磁化過程が主になつていることを示し、小さい磁界でも十分に飽和されることがわ かる。 これは、電子部品として用いた場合、小さい磁界でも高い感度を有することを示す。
また、 試料 1 ( y = 0) では印加磁界 3 OOeを境にファラデー曲線が大きく 2段階 に分離され、 低磁界側ではファラデー曲線の傾きが大きく、 高磁界側ではファラデー曲線 の傾きが小さいことがわかった。 これは 3 OO eのような低磁界側では回転磁化による磁 化過程が主となっており、 低磁界で飽和しやすいことを示す。 また、 高磁界側では磁壁移 動による磁化過程が主であることを示唆している。 また、 試料 3及び試料 5についても、 印加磁界 3 OOeよりも低磁界側では、 G aを 0. 4置換した [1 1 1 ]方位よリもファラ デ一曲線の傾きが大きくなつていることがわかる。 また、 図示していないが、 Gaを置換 した試料 1 , 3， 5について、 OOeから 50 OOeまで磁界を印加した場合、 Ga置換 量の増加にともない、磁壁の数が減少するため、磁壁移動による磁化過程の影響が薄らぎ、 飽和磁化しやすいことがわかった。
(実施例 3) 実施例 1と同様にして、 Y2.8Ce0.2Fe4.5Ga0.50， 2からなる多結晶棒を得た。 次に、実施例 1と同様の光学式加熱装置 1において、上記のようにして得られた多結晶棒を 上下シャフト 8に設置し、雰囲気調整が可能な石英管 5内に設置する。そして、一方の多結 晶原料棒と他方の多結晶原料棒の端面を当接し、当接部分を 1 700°C程度に加熱し、溶融 させるように Y AGレーザを照射する。次に上下のシャフト 8を同期させながら、移動させ ることによって溶融帯を移動させて結晶方位が [100]方位となるように単結晶化した。 この時の融帯の移動速度は 2 mm, hから 30 mmZ hであった。このようにして得られた Y2.8C e0.2F e4.5Ga0.5 O 2単結晶の直径 2 mm、長さ 50 mmの円柱状単結晶を得 た。得られた円柱状単結晶を、直径 2mm、長さはそれぞれ 2mm、 4mm、 6mm、 8m m、端面の結晶方位面が（1 00) 面となるように円柱状にカツ卜し、 4個の試料を得た。 この時、 円柱の長手方向の結晶方位は [100] 方位と平行になっている。 そして、各試料 の両端面を鏡面研磨し、両端面に硼ケィ酸ガラスと T a 2 O 5からなる 4層の反射防止膜を施 して、 各結晶方位軸を有する磁気光学デバィス用ファラデー回転子を得た。
上記のようにして得られた各結晶方位軸を有するファラデー回転子の結晶体に、ファラ デ一回転子の長さ方向と平行に磁界 1 OOeを印加した。そして、波長 1 550 n mの半導 体レーザ一装置を用いて光を照射した。この時のファラデ一回転能の印加磁界依存性におけ るファラデー回転能の増加割合を測定した。 その結果を図 4に示す。
図 4に示されるように、ァスぺクト比の増加によりファラデー回転能の増加割合が大き <なることがわかった。特にァスぺクト比が 2以上の場合、増加効果が格段に大きくなるこ とがわかった。
(実施例 4)
以下、本発明の磁気光学デバイスの一実施形態として、図 5に示す磁気光学センサを用 いて説明する。以下、本発明の光磁界センサの一実施形態について図 5を用いて説明する。 なお、 ここでいう光軸とは光の伝搬路を説明するための一般的な意味で用いられる。また、 ここでいう入射とは、光源から照射された光が最初に光磁界センサに入る向きを示し、出射 とはその光が光磁界センサから出てくる向きを示す。図 5は本発明の光磁界センサの概略構 成図を示している。 この光磁界センサ 1 1は、 ファラデー回転子 1 2と偏光子 1 3と検光子 1 4と光照射手段 1 5、 光感知手段 1 6とを具備している。
ここで、 ファラデー回転子 1 2の入射側に偏光子 1 3を設け、 ファラデー回転子 1 2の 出射側に検光子 14が光軸方向に並列に配置され、偏光子 1 3及ぴ検光子 14は、 ファラデ 一回転子 1 2を通る光軸がその偏光面を通過するよう、それぞれの偏光面が光軸に対して垂 直となるように設けられている。また、光照射手段 1 5は偏光子 1 3に光を入射できる位置 に設けられていればよい。すなわち、光照射手段 1 5は必ずしもファラデー回転子 1 2を通 る光軸に沿って設けられる必要がなく、例えば光照射手段 1 5と偏光子 1 3との間に全反射 ミラー 1 7 aを設けることによって光を反射させてその光路を変えることも可能である。こ のように光照射手段 1 5と偏光子 1 3との間に全反射ミラ一 1 7 aを設けることで、光磁界 センサ 1 1としては小型化が可能となる。また、光照射手段 1 5と偏光子 1 3との間に設け られる全反射ミラー 1 7 aと同様の理由で、検光子 1 4と光感知手段 1 6との間に全反射ミ ラ一 1 7 bを設けてもよい。 さらに、全反射ミラー 1 7 aと偏光子 1 3、及び全反射ミラー 1 7 bと検光子 1 4との間に、それぞれ集光レンズ 1 8 a及び 1 8 bを設けることが可能で ある。 この場合、集光レンズ 1 8 aを設けることによって、 ファラデー回転子 1 2に効率良 く光を入射させることができる。また、集光レンズ 1 8 bを設けることによって、光感知手 段 1 6に効率良く光を送ることができる。上記のような光磁界センサのファラデー回転子 1 2として、 本願発明のファラデー回転子を好適に用いることができる。
ここで、ファラデー回転子の側部に磁場を発 させる永久磁石を取り付けた羽根車が配 置されていると仮定し、磁場がファラデー回転子の光軸に対して平行に印加されている場合 の上記光磁界センサの作用を説明する。まず、光照射手段 1 5から照射された光は、全反射 ミラー 1 7 aにおいて、反射された光がファラデー回転子 1 2を通る光軸と平行となるよう に 9 0 ° 反射される。そして、反射された光は集光レンズ 1 8 bにより集光され、偏光子 1 3を介して偏光子 1 3と同じ偏光面を有する光力 ファラデー回転子 1 2に入射される。 こ こで、ファラデー回転子 1 2の中心を通る光軸と平行となるように、磁界が印加されている。 これによリ、入射された光の偏光面はファラデー効果によりファラデー回転子 1 2の中で光 の進行方向に対して、 ファラデー回転角の大きさほど回転する。そして、 ファラデー回転子 1 2を出射した光は、検光子 1 4を介して検光子 1 4と同じ偏光面を有する光だけ出射され ることになる。検光子 1 4を出射した光は集光レンズ 1 8 bを介して光の幅を広げていき、 その光線を全反射ミラー 1 7 bにおいて、光軸に対して 9 0 ° 反射される。さらに反射した 光は感知手段 1 6において、 その光量を感知されることになる。
上記のような構成のファラデー回転子として、実施例 2において、ファラデー回転子の 長手方向の結晶方位が [ 1 0 0 ]方位である試料 1 5と、 ファラデー回転子の長手方向の結 晶方位が [ 1 1 1 ]方位である試料 1 8を用いた。そして、試料 1 5及ぴ試料 1 8のファラ デ一回転子を有する光磁界センサについて、 以下のような方法で磁場変動を測定した。 まず、各光磁界センサのファラデー回転子の側部に、先端に磁石を有する羽根車を設置 し、 この羽根車をモータにより回転させることによって、 5 0 ~ 2 5 0 O e程度の磁場の変 動を生じさせた。 このときの磁場変動を図 6に示す。そして、半導体レーザ（波長が 1 5 5 0 n m) を用いて各光磁界センサのレーザ光を照射した。 このとき、磁場変動に合わせてフ ァラデー回転子から出射される光量の変化を、フォトディテクタを用いて測定した。 このと きの試料 1 5及び試料 1 8の光量の変化を図 7に示す。なお、図 6及び図 7の時間軸の範囲 は同じものとする。
図 6及び図 7を見てわかるように、 ファラデー回転子を用いた光磁界センサにおいて は、 フォトディテクタが感知する光量が試料 1 5の方が試料 1 8よりも大きいことがわか る。 すなわち、 磁場変動を漏れなく光量に変換していることがわかる。 なお、 ここでは本 願発明のファラデー回転子を用いた磁気光学デバイスとして、 電流測定用光磁界センサを 例に挙げたが、 その他にも回転センサ、 流速センサ等の光磁界センサ材料に用いることが できる。 また、 光アイソレータ、 光アツテネータ、 光スィッチ、 光サーキユレ一タ等に用 いることが可能である。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明にかかるファラデー回転子、 及び磁気光学デバイスは、 光を用 いて磁界の変動を検知する分野、 例えば、 電力、 家電等の民生分野、 自動車、 プラント、 又は、 光を安定的に発振する必要のある光通信分野など幅広い分野で使用される。

Claims

請 求 の 範 囲
1.外部から磁界を印加されることによってファラデー効果を発現するファラデー回転子で あって、 前記ファラデー回転子は R3M5012で表され、 Rは、 Y, 及び Tbのうち少 なくとも一種を含み、かつ Mは Feを含む、磁性ガーネット単結晶からなり、前記ファ ラデー回転子の長手方向の結晶方位が、磁性ガーネット単結晶の < 100>方位、また は < 100 >方位から 5 ° 以内の範囲で傾けた方位であり、前記ファラデー回転子の長 手方向と平行な方向に磁界が印加されることを特徴とするファラデ一回転子。
2. 前記ファラデー回転子が、 R ' 3_xCexF e5_yM' y012 (R 'は、 Y, 及び Tbの うち少なくとも 1種を含み、 M'は A I， 及び G aのうち少なくとも一種を含み、 0< x≤0. 5, 0≤y≤1. 0) であることを特徴とする請求項 1に記載のファラデー回 転子
3. 前記ファラデー回転子が円柱状であり、前記ファラデー回転子の円柱の直径 Xに対する、 前記ファラデー回転子の長手方向の長さ Yの比（ァスぺクト比）が YZX≥2で表され ることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載のファラデー回転子。
4.請求項 1〜請求項 3に記載のファラデー回転子を具備することを特徴とする磁気光学デ バイス。
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