JPH05134221A

JPH05134221A - 磁気光学材料、その製造法およびそれを用いた光素子

Info

Publication number: JPH05134221A
Application number: JP2264570A
Authority: JP
Inventors: Junji Saito; 準二斎藤; Hideaki Kaneda; 英明金田; Takahiko Tamaki; 孝彦玉城
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp; Mitsubishi Chemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-10-02
Publication date: 1993-05-28
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JP2874319B2; JPH04118623A; JP2874320B2

Abstract

(57)【要約】電子出願以前の出願であるので要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、波長特性が極めて良好な磁気光学材料、その製造法およびそれを用いた光アイソレータ、光サーキュレータ、磁界センサ、光スイッチ等の光素子に関する。

〔従来の技術〕

光通信において、１．３μｍ帯および１．５５ μｍ帯の長波長用の光アイソレータ等の光素子には、フラックス法やフローティングゾーン法によって製造されたファラデー効果の大きいビスマス置換ガドリニウム鉄ガーネット（Ｇｄ_３−ｘＢｉ_ｘＦｅ_５Ｏ_１２；以下、ＣｄＢｉＩＧと記載する。）やイットリウム鉄ガーネット（以下、ＹＩＧと記載する。）単結晶を用いたファラデー回転子が使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ＧｄＢｉＩＧやＹＩＧはファラデー回転角の波長変化が大きいために、光源の波長が変わると光アイソレータ等の光素子の特性が劣化したり、あるいは使用できないという欠点があった。

さらに、光通信において伝送容量を増加するために波長の違う光を同一の光ファイバーを使用して伝送する波長多重方式では１．３μｍ帯用の光アイソレータは１．５５μｍの波長では使用できず、また、１．５５μｍ帯用のものは１．３μｍの波長では使用できないという重大な問題点があった。

したがって、光源の波長が変化しても特性の劣化がなく、波長多重通信を実現するための充分な特性を有する光素子の開発が望まれている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、いくつかの波長でファラデー回転角が等しくなる材料を開発すること、および広い波長帯域で特性の良好な光アイソレータ等の光素子を開発することを目的として、種々の希土類鉄ガーネットを育成してその磁気光学効果の測定を行った結果、ビスマスで置換したテルビウム鉄ガーネット（Ｔｂ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２；以下、ＴｂＩＧと記載する。）及びそれを用いた光素子によって上記の目的が達成できることを見出し本発明に到達した。

即ち、本発明の要旨は、主成分組成が、Ｔｂ_ｙＢｉ_ｘＲ_{３−（ｘ＋ｙ）}Ｆｅ_５−ｚＭ_ｚＯ_１２（式中、Ｒは、テルビウムを除く希土類元素またはイットリウムを表し、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、インジウム、クロムまたはコバルトを表す。ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ０．１６≦ｘ≦ ０．１８、１．５≦ｙ≦２．８４、０≦ｚ≦０．３である。）であることを特徴とする磁気光学材料、その製造法およびそれを用いた光素子に存する。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の磁気光学材料は、主成分組成が、Ｔｂ_ｙＢｉ_ｘＲ_3-(x+y)Ｆｅ_5-zＭ_ｚＯ_１２で表されるビスマス置換ＴｂＩＧである。

ビスマス置換量は、１分子当り０．１６以上０．１８未満の範囲である。ビスマス置換量がこの範囲内であると、光通信で使用されうる約1.1 μｍ〜１．６μｍの波長域内の２波長でファラデー回転角が等しくなる。特に、ビスマス置換量が０．１８の場合（実施例２）は、半導体レーザの通常の使用条件下における波長変化が±０．０２ μｍ以下であることを考慮すると、現在光通信で使用されている１．３１±０．０２μｍおよび１．５５±０．０２μｍの２波長においてファラデー回転角が等しくなるため非常に好ましい。

本発明においては、テルビウムとビスマスが適切な量比で含まれていれば、ガリウム、アルミニウム、インジウム、コバルト、クロム等が鉄のサイトに置換されていてもよい。この場合、置換量は１分子当り０．３以下が望ましい。また、テルビウムのサイトに他の希土類元素を置換することもできる。

このようにガリウム、アルミニウム、インジウム、コバルト、クロムや希土類元素等を置換することによって飽和磁場を小さくする等、磁気的性質を改善することもできる。

本発明のビスマス置換ＴｂＩＧは、単結晶をフラックス法、液相エピタキシャル法、ブリッジマン法、チョクラルスキー法等によって育成することができる。また、焼結法により多結晶体として製造することもできる。特に、単結晶をフラックス法および液晶エピタキシャル法によって育成するのが好ましい。

フラックス法の場合は、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_５）、フッ化鉛（ＰｂＦ_２）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、フッ化カリウム（ＫＦ）等の融剤（フラックス）に結晶原料を溶解し、高温で飽和溶液を作り、この溶液を徐冷することによって単結晶を析出、育成させる。

液相エピタキシャル法の場合は、Ｇｄ_３Ｃａ_５Ｏ_１２、（ＧｄＣａ）_３（ＧａＭｇＺｒ）_５Ｏ_１２、Ｓ
ｍ_３Ｇａ_５Ｏ_１２等の非磁性ガーネット基板に、フラックス法の場合と同様に調製した飽和溶液を接触させることによって基板上に単結晶膜をエピタキシャル成長させる。基板と単結晶膜の格子定数の差が大きいと単結晶膜にクラックが発生するため、成長させる単結晶膜の格子定数に合致した基板を選択する必要がある。

このようにして得られたビスマス置換ＴｂＩＧを用いると、広い波長帯域で特性が良好であり、波長多重通信が可能な光素子を製造することができる。

このような光素子としては、光アイソレータ、光サーキュレータ、光スイッチ及び磁界センサを挙げることができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り実施例により限定されるものではない。

実施例１Ｔｂ_２．８４Ｂｉ_０．１６Ｆｅ_５Ｏ_１２の組成を有
する単結晶をフラックス法により育成した。

得られた単結晶を波長１．５５μｍでファラデー回転角が４５度になるように規格化し、磁気光学素子とした。

得られた磁気光学素子についてファラデー回転角の波長依存性を測定したところ、波長１．１８ μｍの場合にもファラデー回転角が４５度であった。

実施例２Ｔｂ_２．８２Ｂｉ_０．１８Ｆｅ_５Ｏ_１２の組成を有
する単結晶をフラックス法により育成した。

得られた磁気光学素子についてファラデー回転角の波長依存性を測定したところ、波長１．３１ μｍの場合にもファラデー回転角が４５度であった。

比較例１Ｔｂ_２．７６Ｂｉ_０．２４Ｆｅ_５Ｏ_１２の組成を有
する単結晶をフラックス法により育成した。

得られた磁気光学素子のファラデー回転角の波長依存性を測定したところ、１．１μｍ〜１．６ μｍの波長域でファラデー回転角が４５度となる波長は存在しなかった。

比較例２Ｔｂ_２．４９Ｂｉ_０．５１Ｆｅ_５Ｏ_１２の組成を有
する単結晶をフラックス法により育成した。

比較例３Ｔｂ_２．３１Ｂｉ_０．６９Ｆｅ_５Ｏ_１２の組成を有
する単結晶をフラックス法により育成した。

比較例４Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２の組成を有する単結晶をフラックス法により育成した。

第１図に、実施例１〜２、比較例２〜４で得られた磁気光学素子のファラデー回転角の絶対値の波長依存性を示した。

実施例３Ｓｍ_３Ｇａ_５Ｏ_１２単結晶基板上に、ＰｂＯ− Ｂｉ_２Ｏ_３系融剤から、Ｔｂ_２．８２Ｂｉ_０．１８Ｆ
ｅ_５Ｏ_１２の組成を有する単結晶膜を液相エピタキシャル法により育成した。

得られた単結晶膜を波長１．５５μｍでファラデー回転角が４５度になるように規格化し、磁気光学素子とした。

実施例４Ｓｍ_３Ｇａ_５Ｏ_１２単結晶基板上に、ＰｂＯ− Ｂｉ_２Ｏ_３系融剤からＴｂ_２．８２Ｂｉ_０．１８Ｆｅ
_４．８５Ｇａ_０．１５Ｏ_１２の組成を有する単結晶膜を液相エピタキシャル法により育成した。

得られた単結晶膜を波長１．５３μｍでファラデー回転角が４５度になるように規格化し、磁気光学素子とした。

得られた磁気光学素子についてファラデー回転角の波長依存性を測定したところ、波長１．２９ μｍの場合にもファラデー回転角が４５度であった。

実施例５Ｓｍ_３Ｇａ_５Ｏ_１２単結晶基板上に、ＰｂＯ− Ｂｉ_２Ｏ_３系融剤からＴｂ_２．５３Ｇｄ_０．３０Ｂｉ
_０．１７Ｆｅ_５Ｏ_１２の組成を有する単結晶膜を液相エピタキシャル法により育成した。

得られた単結晶膜を波長１．５７μｍでファラデー回転角が４５度になるように規格化し、磁気光学素子とした。

得られた磁気光学素子についてファラデー回転角の波長依存性を測定したところ、波長１．３３ μｍの場合にもファラデー回転角が４５度であった。

比較例５（ＧｄＣａ）_３（ＧａＭｇＺｒ）_５Ｏ_１２単結晶基板上に、Ｔｂ_２．１９Ｂｉ_０．８１Ｆｅ_５Ｏ_１２の組成
を有する単結晶膜を液相エピタキシャル法により育成した。

得られた単結晶膜を波長１．５５μｍでフアラデー回転角が４５度になるように規格化し、磁気光学素子とした。

実施例６２つの波長においてファラデー回転角が等しくなるという特異な現象を調べるために、実施例１で得られた磁気光学素子について２μｍの波長までファラデー回転角の測定を行った。その結果、Ｔｂイオンの基底状態^７Ｆ_６から励起状態^７Ｆ_０と^７Ｆ_１への遷移に起因するファラデー効果（１．７４μｍ、１．８２μｍ及び１．８４μｍの波長にピークがある。）が測定された。１．７４ μｍより短波長側ではθ_Ｆは負であり、これが短波長から長波長へ延びてきたビスマスの寄与による負のファラデー効果に重畳されていることが判明した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ファラデー回転係数が一致する２波長において共用することができるので、波長多重通信用の光アイソレータ、光スイッチ、光サーキュレータ、磁界センサー等の光素子として使用できるため工業上非常に有用である。

【図面の簡単な説明】第１図は、実施例１〜２、比較例２〜３で得られた磁気光学素子のファラデー回転角の絶対値の波長依存性を示す図面である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者玉城孝彦東京都世田谷区砧１丁目10番11号日本放送協会放送技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分組成が、Ｔｂ_ｙＢｉ_ｘＲ_{３−（ｘ＋ｙ）}Ｆｅ_５−ｚＭ_ｚＯ
_１２（式中、Ｒは、テルビウムを除く希土類元素またはイットリウムを表し、Ｍは、ガリウム、アルミニウル、インジウム、クロムまたはコバルトを表す。ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ0.16 ≦ｘ≦０．１８、１．５≦ｙ≦２．８４、０≦ ｚ≦０．３である。）であることを特徴とする磁気光学材料。
【請求項２】主成分組成が、Ｔｂ_ｙＢｉ_ｘＲ_{３−（ｘ＋ｙ）}Ｆｅ_５−ｚＭ_ｚＯ
_１２（式中、Ｒは、テルビウムを除く希土類元素またはイットリウムを表し、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、インジウム、クロムまたはコバルトを表す。ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ0.16 ≦ｘ≦０．１８、１．５≦ｙ≦２．８４、０≦ ｚ≦０．３である。である単結晶をフラックス法で製造することを特徴とする磁気光学材料の製造法。
【請求項３】非磁性ガーネット基板上に、主成分組成
が、Ｔｂ_ｙＢｉ_ｘＲ_{３−（ｘ＋ｙ）}Ｆｅ_５−ｚＭ_ｚＯ
_１２（式中、Ｒは、テルビウムを除く希土類元素またはイットリウムを表し、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、インジウム、クロムまたはコバルトを表す。ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ0.16 ≦ｘ≦０．１８、１．５≦ｙ≦２．８４、０≦ ｚ≦０．３である。）である単結晶膜を液相エピタキシャル法で育成することを特徴とする磁気光学材料の製造法。
【請求項４】特許請求の範囲第１項記載の磁気光学材
料を用いることを特徴とする光素子。