JPH0527207A - フアラデー回転子 - Google Patents
フアラデー回転子Info
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- JPH0527207A JPH0527207A JP20567891A JP20567891A JPH0527207A JP H0527207 A JPH0527207 A JP H0527207A JP 20567891 A JP20567891 A JP 20567891A JP 20567891 A JP20567891 A JP 20567891A JP H0527207 A JPH0527207 A JP H0527207A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型で回転角の大きいファラデー回転子
【構成】 Ｂｉx Ｐy Ｑ3-x-y Ｆｅ5-w Ｍw Ｏ12
（ここでＰ：Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ
の中の１種以上、 Ｑ：Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒの中の１種以上、 Ｍ：Ｆｅと置換しうる元素の１種以上、 であり、又ｘ、ｙ、ｗは ０．７≦ｘ≦２．０、０．５≦ｙ≦２．３、０≦３−ｘ
−ｙ≦１、０．５≦ｗ≦１．０を満足する）で表わされ
るガーネット材料に、この材料に飽和磁界よりも小さい
磁界を印加するための磁石を組合せる磁気不飽和型のフ
ァラデー回転子。 【効果】（１）ファラデー回転角の温度変化が小さい。 （２）Ｂｉを多量置換した材料を用いているため、材料
のファラデー回転能が大きく、材料の厚さを薄くできる
のでＬＰＥ法により、容易に作製できる。 （３）飽和磁化が小さく、そのためガーネットを磁化さ
せるための磁界も小さくて済み、磁石の小型化が達成出
来る。
の中の１種以上、 Ｑ：Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒの中の１種以上、 Ｍ：Ｆｅと置換しうる元素の１種以上、 であり、又ｘ、ｙ、ｗは ０．７≦ｘ≦２．０、０．５≦ｙ≦２．３、０≦３−ｘ
−ｙ≦１、０．５≦ｗ≦１．０を満足する）で表わされ
るガーネット材料に、この材料に飽和磁界よりも小さい
磁界を印加するための磁石を組合せる磁気不飽和型のフ
ァラデー回転子。 【効果】（１）ファラデー回転角の温度変化が小さい。 （２）Ｂｉを多量置換した材料を用いているため、材料
のファラデー回転能が大きく、材料の厚さを薄くできる
のでＬＰＥ法により、容易に作製できる。 （３）飽和磁化が小さく、そのためガーネットを磁化さ
せるための磁界も小さくて済み、磁石の小型化が達成出
来る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はファラデー回転角の温度
変化が小さく、光アイソレータ、光サーキュレータ、光
スイッチ等に使用するのに適したファラデー回転子に関
する。
変化が小さく、光アイソレータ、光サーキュレータ、光
スイッチ等に使用するのに適したファラデー回転子に関
する。
【０００２】
【従来技術の説明】光通信の波長である１．３μｍ帯、
１．５５μｍ帯用の光アイソレータに使用されるファラ
デー回転子材料として、磁性ガーネット材料が知られて
いる。特に、Ｂｉを置換した希土類鉄ガーネット材料は
ファラデー回転能が大きく有望視されているが、ファラ
デー回転角の温度変化が大きいことが欠点である。最近
ガーネットの組成を調整して、この温度特性を改善する
ことが提案されている。一例として、特開昭６２−１０
５９３１号がある。この発明の中でTb2.6 Bi0. 4 Fe5 O
12 が、回転角の温度変化率をほぼ０にする優秀な組成
であることが示されているが、逆に欠点としては温度特
性を改善する目的でＢｉ置換量を少なくしているためフ
ァラデー回転係数（回転能）が小さいことがあげられ
る。現在までにＢｉ置換量が充分大きくかつ温度変化を
ほぼ０にする材料組成は知られていない。
１．５５μｍ帯用の光アイソレータに使用されるファラ
デー回転子材料として、磁性ガーネット材料が知られて
いる。特に、Ｂｉを置換した希土類鉄ガーネット材料は
ファラデー回転能が大きく有望視されているが、ファラ
デー回転角の温度変化が大きいことが欠点である。最近
ガーネットの組成を調整して、この温度特性を改善する
ことが提案されている。一例として、特開昭６２−１０
５９３１号がある。この発明の中でTb2.6 Bi0. 4 Fe5 O
12 が、回転角の温度変化率をほぼ０にする優秀な組成
であることが示されているが、逆に欠点としては温度特
性を改善する目的でＢｉ置換量を少なくしているためフ
ァラデー回転係数（回転能）が小さいことがあげられ
る。現在までにＢｉ置換量が充分大きくかつ温度変化を
ほぼ０にする材料組成は知られていない。
【０００３】また、組成調整以外の改善方法として実公
昭６１−９３７６号では温度補償型光アイソレータが示
されている。ファラデー回転子の飽和磁界の温度変化に
よるファラデー回転角の温度変化分を印加磁界を変化さ
せることにより補償する方法であり温度特性を改善する
有効な方法であり本発明もこの原理を利用する。しか
し、この実公昭６１−９３７６号の欠点は永久磁石以外
に整磁鋼が配置された複雑な構成となっていることであ
り、また０．８μｍ帯用を対象としている。
昭６１−９３７６号では温度補償型光アイソレータが示
されている。ファラデー回転子の飽和磁界の温度変化に
よるファラデー回転角の温度変化分を印加磁界を変化さ
せることにより補償する方法であり温度特性を改善する
有効な方法であり本発明もこの原理を利用する。しか
し、この実公昭６１−９３７６号の欠点は永久磁石以外
に整磁鋼が配置された複雑な構成となっていることであ
り、また０．８μｍ帯用を対象としている。
【０００４】なお、近赤外の波長（１．３μｍ、１．５
５μｍ）のファラデー回転子として実用化されている磁
性ガーネット材料は通常飽和磁界中で使用されており、
多少外部磁場が変化してもファラデー回転角は変化しな
い点で優れているが、前述のようにＢｉが多ければ温度
特性が悪くなり、少なければ回転能が低く厚い膜を必要
とする。
５μｍ）のファラデー回転子として実用化されている磁
性ガーネット材料は通常飽和磁界中で使用されており、
多少外部磁場が変化してもファラデー回転角は変化しな
い点で優れているが、前述のようにＢｉが多ければ温度
特性が悪くなり、少なければ回転能が低く厚い膜を必要
とする。
【０００５】一般に希土類鉄ガーネットに磁界Ｈを印加
すると模式的には図１のようにファラデー回転角が変化
する。飽和磁界ＨS 以上ではファラデー回転角は飽和値
θfsとなり変化しない。光アイソレータ用ファラデー回
転子としてこのガーネットを用いる場合は通常飽和磁界
（Ｈ＞ＨS ）中で使用するのでθfsを単にファラデー回
転角と呼ぶ場合が多い。
すると模式的には図１のようにファラデー回転角が変化
する。飽和磁界ＨS 以上ではファラデー回転角は飽和値
θfsとなり変化しない。光アイソレータ用ファラデー回
転子としてこのガーネットを用いる場合は通常飽和磁界
（Ｈ＞ＨS ）中で使用するのでθfsを単にファラデー回
転角と呼ぶ場合が多い。
【０００６】さて、Ｂｉを多量置換した希土類鉄ガーネ
ットはファラデー回転能（θfs／厚さ）が大きいという
特徴があるが反面θfsの温度変化が大きいという欠点が
ある。例えば、BixR3-xFe5O12 （Ｒ：希土類）において
ｘ＞０．５では通常θfsの温度係数は−０．１５％／℃
程度である。
ットはファラデー回転能（θfs／厚さ）が大きいという
特徴があるが反面θfsの温度変化が大きいという欠点が
ある。例えば、BixR3-xFe5O12 （Ｒ：希土類）において
ｘ＞０．５では通常θfsの温度係数は−０．１５％／℃
程度である。
【０００７】
【発明が解決すべき課題】特開昭６２−１０５９３１号
のような回転角の温度変化率の少ない組成のファラデー
回転子はＢｉ置換量が少ないためにファラデー回転係数
（回転能）が小さい。一方、実公昭６１−９３７６号の
ような温度補償装置を有するものは複雑な構造と面倒な
調整が必要である。従って、本発明は温度依存性の少な
く且つファラデー回転角の大きいファラデー回転子を提
供することを目的とする。
のような回転角の温度変化率の少ない組成のファラデー
回転子はＢｉ置換量が少ないためにファラデー回転係数
（回転能）が小さい。一方、実公昭６１−９３７６号の
ような温度補償装置を有するものは複雑な構造と面倒な
調整が必要である。従って、本発明は温度依存性の少な
く且つファラデー回転角の大きいファラデー回転子を提
供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、原子比組成
Ｂｉx Ｐy Ｑ3-x-y Ｆｅ5-w Ｍw Ｏ12 （ここでＰはＹ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ
の中の１種以上、ＱはＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒの
中の１種以上、ＭはＦｅと置換しうる非磁性元素の１種
以上、及び０．７≦ｘ≦２．０、０．５≦ｙ≦２．３、
０≦３−ｘ−ｙ≦１、０．５≦ｗ≦１．０である）で表
わされるガーネット材料に、この材料に飽和磁界よりも
小さい磁界を印加するための磁石を組合せて構成したフ
ァラデー回転子を提供する。好ましい例として、特にＭ
w がＡa Ｄd （ここにＡはガーネットのａサイトに置換
する元素で例えばＳｃ、Ｉｎ等より選択され、Ｄはガー
ネットのｄサイトに置換する元素で例えばＧａ、Ａｌ等
より選択され、また、０≦ａ＜０．３、０．５≦ｄ≦
１、ｗ＝ａ＋ｄである）で表わされるガーネット材料を
用いたファラデー回転子を提供する。
Ｂｉx Ｐy Ｑ3-x-y Ｆｅ5-w Ｍw Ｏ12 （ここでＰはＹ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ
の中の１種以上、ＱはＧｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒの
中の１種以上、ＭはＦｅと置換しうる非磁性元素の１種
以上、及び０．７≦ｘ≦２．０、０．５≦ｙ≦２．３、
０≦３−ｘ−ｙ≦１、０．５≦ｗ≦１．０である）で表
わされるガーネット材料に、この材料に飽和磁界よりも
小さい磁界を印加するための磁石を組合せて構成したフ
ァラデー回転子を提供する。好ましい例として、特にＭ
w がＡa Ｄd （ここにＡはガーネットのａサイトに置換
する元素で例えばＳｃ、Ｉｎ等より選択され、Ｄはガー
ネットのｄサイトに置換する元素で例えばＧａ、Ａｌ等
より選択され、また、０≦ａ＜０．３、０．５≦ｄ≦
１、ｗ＝ａ＋ｄである）で表わされるガーネット材料を
用いたファラデー回転子を提供する。
【０００９】本発明者らは、先に特願平２−１３６９８
８号、及び特願平３−９４８５１号において組成Ｂｉx
Ｐy Ｑ3-x-y Ｆｅ5-w Ｍw Ｏ12 （ただしＰ：Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ
の１種以上、 Ｑ：Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒの少なくとも１種以
上、 Ｍ：Ｆｅと置換できる元素の１種以上、 ０．７≦ｘ≦２．０、０．５≦ｙ≦２．３、０≦３−ｘ
−ｙ≦１、ｗ＜０．５）で表わされるガーネット材料と
この材料にファラデー回転角が飽和する磁界（飽和磁
界）よりも小さい磁界を印加するための磁石より構成さ
れるファラデー回転子を提案した。
８号、及び特願平３−９４８５１号において組成Ｂｉx
Ｐy Ｑ3-x-y Ｆｅ5-w Ｍw Ｏ12 （ただしＰ：Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ
の１種以上、 Ｑ：Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒの少なくとも１種以
上、 Ｍ：Ｆｅと置換できる元素の１種以上、 ０．７≦ｘ≦２．０、０．５≦ｙ≦２．３、０≦３−ｘ
−ｙ≦１、ｗ＜０．５）で表わされるガーネット材料と
この材料にファラデー回転角が飽和する磁界（飽和磁
界）よりも小さい磁界を印加するための磁石より構成さ
れるファラデー回転子を提案した。
【００１０】これらの先願発明と本発明の違いは、Ｆｅ
に置換する元素Ｍのみである。ｗが０．５未満のもので
あった。このものは、ガーネット材料を飽和磁化直下の
状態で使用され自動的な温度補償機能を有し、又Ｂｉが
多いことからファラデー回転能も大きいという特徴を有
するが、飽和磁化が約１．６ｋＧと大きいためそれより
やや低い磁化約１．５ｋＧ程度に磁化させるための磁石
が大型化し、ファラデー回転子の全体的な寸法を大型に
する欠点があった。本発明は元素Ｍの量を先願のものよ
りも多くすることによりガーネット材料の飽和磁化を低
下させ、以てファラデー回転子の寸法を小さくする。磁
石が大型化するのはガーネット材料を飽和させないで使
用するため、磁界を均一にする目的で磁石を長さを充分
長くして磁石の形状の影響を出来るだけ回避する必要が
あるからである。
に置換する元素Ｍのみである。ｗが０．５未満のもので
あった。このものは、ガーネット材料を飽和磁化直下の
状態で使用され自動的な温度補償機能を有し、又Ｂｉが
多いことからファラデー回転能も大きいという特徴を有
するが、飽和磁化が約１．６ｋＧと大きいためそれより
やや低い磁化約１．５ｋＧ程度に磁化させるための磁石
が大型化し、ファラデー回転子の全体的な寸法を大型に
する欠点があった。本発明は元素Ｍの量を先願のものよ
りも多くすることによりガーネット材料の飽和磁化を低
下させ、以てファラデー回転子の寸法を小さくする。磁
石が大型化するのはガーネット材料を飽和させないで使
用するため、磁界を均一にする目的で磁石を長さを充分
長くして磁石の形状の影響を出来るだけ回避する必要が
あるからである。
【００１１】本発明で使用するガーネット材料は、上記
先願と同様に大ファラデー回転角及び温度特性の自己調
節機能を有する他、更に低飽和磁化を有するので、先願
よりも小型のファラデー回転子を構成することが出来
る。
先願と同様に大ファラデー回転角及び温度特性の自己調
節機能を有する他、更に低飽和磁化を有するので、先願
よりも小型のファラデー回転子を構成することが出来
る。
【００１２】本発明の温度補償の原理を図２を用いて説
明する。図には２つの温度Ｔ1 ＜Ｔ2 におけるファラデ
ー回転角θf と磁界Ｈの関係を示す。本発明では印加磁
界ＨM は飽和磁界ＨSより小さく設定してあるので飽和
時のファラデー回転角θfsではなく、飽和磁界以下の磁
界ＨM が印加されたときのファラデー回転角θfMが問題
となる。磁石は温度が上がると磁界の強さが小さくなり
（ＨM1＞ＨM2、添字１、２はそれぞれ温度Ｔ1 、Ｔ2 に
対応）、一方本発明の組成の材料では温度が上昇すると
不飽和部分の傾きが大きくなるためθfs1 ／ＨS1＜θ
fs2 ／ＨS2であるので、温度が上って磁界が減っても図
に示すようにファラデー回転角が大きくなるので温度変
化がほとんど無いファラデー回転子が得られる。なお、
本発明の組成のガーネット素子の不飽和部の温度係数は
飽和部の温度係数よりはるかに小さいので、磁石の磁束
の温度による減少率に拘らず、従来よりもはるかに安定
な回転角が得られる。すなわち温度係数が零の磁石を使
用しても従来よりは良好な結果が得られるが、一般には
磁石の温度係数は負であるので、例えば稀土類コバルト
系の磁石のように温度係数が小さいものを使用すると更
に改善された効果がえられる。例えば光アイソレータ用
に通常使用される希土類コバルト磁石では、ＨM の温度
係数は−０．０３〜−０．０４５％／℃であり、また一
般に他の磁石でも温度係数は負である。結局、ＨM の温
度変化と Ｖ＝θfs／Ｈs の温度変化が打ち消し合う場
合に、回転角の温度変化が最も小さくなる。
明する。図には２つの温度Ｔ1 ＜Ｔ2 におけるファラデ
ー回転角θf と磁界Ｈの関係を示す。本発明では印加磁
界ＨM は飽和磁界ＨSより小さく設定してあるので飽和
時のファラデー回転角θfsではなく、飽和磁界以下の磁
界ＨM が印加されたときのファラデー回転角θfMが問題
となる。磁石は温度が上がると磁界の強さが小さくなり
（ＨM1＞ＨM2、添字１、２はそれぞれ温度Ｔ1 、Ｔ2 に
対応）、一方本発明の組成の材料では温度が上昇すると
不飽和部分の傾きが大きくなるためθfs1 ／ＨS1＜θ
fs2 ／ＨS2であるので、温度が上って磁界が減っても図
に示すようにファラデー回転角が大きくなるので温度変
化がほとんど無いファラデー回転子が得られる。なお、
本発明の組成のガーネット素子の不飽和部の温度係数は
飽和部の温度係数よりはるかに小さいので、磁石の磁束
の温度による減少率に拘らず、従来よりもはるかに安定
な回転角が得られる。すなわち温度係数が零の磁石を使
用しても従来よりは良好な結果が得られるが、一般には
磁石の温度係数は負であるので、例えば稀土類コバルト
系の磁石のように温度係数が小さいものを使用すると更
に改善された効果がえられる。例えば光アイソレータ用
に通常使用される希土類コバルト磁石では、ＨM の温度
係数は−０．０３〜−０．０４５％／℃であり、また一
般に他の磁石でも温度係数は負である。結局、ＨM の温
度変化と Ｖ＝θfs／Ｈs の温度変化が打ち消し合う場
合に、回転角の温度変化が最も小さくなる。
【００１３】本発明ではＭの量が０．５≦ｗ≦１を満足
するので、前述の先願のガーネット材料（ファラデー回
転素子）よりも飽和磁化が約１．５ｋＧから例えば約
１．１Ｇ程度に減少し（対応して図２のＨｓ1 、Ｈｓ2
も小さくなる）、そのためファラデー回転子を構成する
磁石を小型化することが可能になる。
するので、前述の先願のガーネット材料（ファラデー回
転素子）よりも飽和磁化が約１．５ｋＧから例えば約
１．１Ｇ程度に減少し（対応して図２のＨｓ1 、Ｈｓ2
も小さくなる）、そのためファラデー回転子を構成する
磁石を小型化することが可能になる。
【００１４】次ぎに本発明で使用するガーネット材料を
説明する。Ｖ＝θfs／Ｈs の温度係数は希土類鉄ガーネ
ットの組成によって変わる。Ｂｉx Ｐy Ｑ3-x-y Ｆｅ
5-w Ｍw Ｏ12においてＰ（Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔ
ｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）はＶの温度変化を正にすることが知ら
れており、磁石の温度変化と打ち消し合う。一方Ｑ（Ｇ
ｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ）はＶの温度変化を負にす
ることが知られており、これを調整すると、磁石の磁界
の温度変化を相殺する様にガーネット材料の温度係数を
調整できる。０．７≦ｘはＢｉ置換量が少ないとファラ
デー回転能が小さくなるため、ｘ≦２はＢｉ置換量が多
すぎるとＬＰＥ成長が困難になるため、またＰの０．５
≦ｙ≦２．３はＶの温度変化を正にする効果があるが、
それをＱの０≦３−ｘ−ｙ≦１によりＶの温度変化を負
にする効果と相殺させるのであり、またＭの量が０．５
≦ｗ≦１で飽和磁化が減少する。
説明する。Ｖ＝θfs／Ｈs の温度係数は希土類鉄ガーネ
ットの組成によって変わる。Ｂｉx Ｐy Ｑ3-x-y Ｆｅ
5-w Ｍw Ｏ12においてＰ（Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔ
ｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）はＶの温度変化を正にすることが知ら
れており、磁石の温度変化と打ち消し合う。一方Ｑ（Ｇ
ｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ）はＶの温度変化を負にす
ることが知られており、これを調整すると、磁石の磁界
の温度変化を相殺する様にガーネット材料の温度係数を
調整できる。０．７≦ｘはＢｉ置換量が少ないとファラ
デー回転能が小さくなるため、ｘ≦２はＢｉ置換量が多
すぎるとＬＰＥ成長が困難になるため、またＰの０．５
≦ｙ≦２．３はＶの温度変化を正にする効果があるが、
それをＱの０≦３−ｘ−ｙ≦１によりＶの温度変化を負
にする効果と相殺させるのであり、またＭの量が０．５
≦ｗ≦１で飽和磁化が減少する。
【００１５】飽和磁化の減少はＦｅに非磁性元素Ｍを置
換することにより行なうことが出来る。すなわち、Ｆｅ
のｄサイトに置換し得る元素Ｍすなわち元素Ｄは飽和磁
化を下げることが出来ることが分かった。一方Ｆｅのａ
サイトに置換し得る元素Ｍすなわち元素Ａは逆効果であ
るが、ｄサイトの元素との関係で少量存在するのは構わ
ない。従って、特に本発明のガーネット材料の組成中Ｍ
w がＡa Ｄd （ｗ＝ａ＋ｄ）において、０≦ａ＜０．
３、０．５≦ｄ≦１．０が満足されると良い。ガーネッ
トのａサイトに置換し得る非磁性イオンを構成する元素
ＡはＳｃ、Ｉｎが挙げられ、又ガーネットのｄサイトに
置換し得る元素ＤはＧａ、Ａｌが挙げられる。
換することにより行なうことが出来る。すなわち、Ｆｅ
のｄサイトに置換し得る元素Ｍすなわち元素Ｄは飽和磁
化を下げることが出来ることが分かった。一方Ｆｅのａ
サイトに置換し得る元素Ｍすなわち元素Ａは逆効果であ
るが、ｄサイトの元素との関係で少量存在するのは構わ
ない。従って、特に本発明のガーネット材料の組成中Ｍ
w がＡa Ｄd （ｗ＝ａ＋ｄ）において、０≦ａ＜０．
３、０．５≦ｄ≦１．０が満足されると良い。ガーネッ
トのａサイトに置換し得る非磁性イオンを構成する元素
ＡはＳｃ、Ｉｎが挙げられ、又ガーネットのｄサイトに
置換し得る元素ＤはＧａ、Ａｌが挙げられる。
【００１６】具体的な組成の例は（ＹＬａＨｏ）1.6 Ｂ
ｉ1.4 Ｆｅ4.5 （Ｇａ，Ａｌ）0.5Ｏ12（ただしＨｏ／
Ｙ＝０．２５、Ｌａ／（Ｙ＋Ｌａ）＝０．１）が好適で
ある。例えばこの組成中Ａｌを含まないものは次ぎの特
性を有する。 飽和磁化＝０．９ｋＧ ファラデー回転角θf ＝１９００ｄｅｇ／ｃｍ（１３０
０ｎｍで） ベルデ定数の温度特性〜＋０．０３％／℃ 格子定数＝１２．４９６Å これに対してｄサイトに非磁性置換イオンを持たないも
のは飽和磁化が約１７００Ｇであった。
ｉ1.4 Ｆｅ4.5 （Ｇａ，Ａｌ）0.5Ｏ12（ただしＨｏ／
Ｙ＝０．２５、Ｌａ／（Ｙ＋Ｌａ）＝０．１）が好適で
ある。例えばこの組成中Ａｌを含まないものは次ぎの特
性を有する。 飽和磁化＝０．９ｋＧ ファラデー回転角θf ＝１９００ｄｅｇ／ｃｍ（１３０
０ｎｍで） ベルデ定数の温度特性〜＋０．０３％／℃ 格子定数＝１２．４９６Å これに対してｄサイトに非磁性置換イオンを持たないも
のは飽和磁化が約１７００Ｇであった。
【００１７】なお光軸方向に磁界を加えて飽和磁化以下
の磁化で使用すると、磁界方向とは逆の磁化を有する小
さい磁区が残る。光ビームの材料に入射される位置によ
って、ファラデー回転角が変化しないためには、ビーム
径の中にいつもほぼ同じ数のこの小さい磁区が含まれて
いなければいけない。すなわち光ビーム径は磁区の大き
さより、充分大きくする必要がある。なお磁化の方向が
磁界と平行な方向に均一ならば磁界と直角な方向に磁化
が反転する磁区を有するのはかまわない。
の磁化で使用すると、磁界方向とは逆の磁化を有する小
さい磁区が残る。光ビームの材料に入射される位置によ
って、ファラデー回転角が変化しないためには、ビーム
径の中にいつもほぼ同じ数のこの小さい磁区が含まれて
いなければいけない。すなわち光ビーム径は磁区の大き
さより、充分大きくする必要がある。なお磁化の方向が
磁界と平行な方向に均一ならば磁界と直角な方向に磁化
が反転する磁区を有するのはかまわない。
【００１８】次に飽和磁界以下の磁界を印加した磁性ガ
ーネット材料に光を入射させるときに生ずる回折損失に
ついて説明する。磁化方向と平行な直線偏光の光が入射
すると、ファラデー効果により偏波面が回転し、磁化が
光の進行方向と同じ向きである磁区では光の偏波面は＋
回転し、一方、逆向きの磁化である−回転する。このよ
うに磁区の場所により偏波面の回転角が異なってくるた
め、回折が生じることになる。このような多磁区構造は
飽和磁化より少し小さい磁場が印加されている場合にも
残存しており、ここに光が入射すると、多磁区構造は回
折格子として作用して入射光の一部を回折する。その結
果、検出光は回折損失を生じることになる。この問題は
光軸方向に垂直に磁化したガーネット板を互いに隔離し
て複数枚用いるかあるいは磁化が面内成分を有している
材料を用いることによって、ファラデー回転角の温度変
化を解消し且つ回折による検出光の損失を低減しまたは
回折を生じなくすることが出来る。これらは前記特願平
３−９４８５１号に記載されている。
ーネット材料に光を入射させるときに生ずる回折損失に
ついて説明する。磁化方向と平行な直線偏光の光が入射
すると、ファラデー効果により偏波面が回転し、磁化が
光の進行方向と同じ向きである磁区では光の偏波面は＋
回転し、一方、逆向きの磁化である−回転する。このよ
うに磁区の場所により偏波面の回転角が異なってくるた
め、回折が生じることになる。このような多磁区構造は
飽和磁化より少し小さい磁場が印加されている場合にも
残存しており、ここに光が入射すると、多磁区構造は回
折格子として作用して入射光の一部を回折する。その結
果、検出光は回折損失を生じることになる。この問題は
光軸方向に垂直に磁化したガーネット板を互いに隔離し
て複数枚用いるかあるいは磁化が面内成分を有している
材料を用いることによって、ファラデー回転角の温度変
化を解消し且つ回折による検出光の損失を低減しまたは
回折を生じなくすることが出来る。これらは前記特願平
３−９４８５１号に記載されている。
【００１９】
【実施例の説明】本発明の問題としてファラデー回転角
の場所による不均一分布がある。従来は飽和させていた
ので飽和磁界以上の磁界があれば磁界分布が悪くてもフ
ァラデー回転角の分布は良好であった。しかし、本発明
では飽和させないので磁界分布がそのままファラデー回
転角の分布に反映する。上記の特願平２−１３６９８８
号にはこの点が検討されており、磁石を内径Ｄi 、外径
Ｄo 、長さＬの円板状に構成し、円板状のガーネット材
料製のファラデー回転素子をその中心に配した時、磁界
の最も均一になる条件は、 Ｌ／Ｄi ＝（0.4 〜1.0)＋0.5 Ｄo／Ｄi で表わされる。なお、外径が内径の５倍を超えると小型
化が困難となるのでＤoはＤi の５倍以下とする。
の場所による不均一分布がある。従来は飽和させていた
ので飽和磁界以上の磁界があれば磁界分布が悪くてもフ
ァラデー回転角の分布は良好であった。しかし、本発明
では飽和させないので磁界分布がそのままファラデー回
転角の分布に反映する。上記の特願平２−１３６９８８
号にはこの点が検討されており、磁石を内径Ｄi 、外径
Ｄo 、長さＬの円板状に構成し、円板状のガーネット材
料製のファラデー回転素子をその中心に配した時、磁界
の最も均一になる条件は、 Ｌ／Ｄi ＝（0.4 〜1.0)＋0.5 Ｄo／Ｄi で表わされる。なお、外径が内径の５倍を超えると小型
化が困難となるのでＤoはＤi の５倍以下とする。
【００２０】好ましい具体的な寸法は次の通りである。
材料の厚さ：Ｂｉ置換量が多いため波長１．３μｍ又は
１．５５μｍ用の４５度回転子として厚さは０．５ｍｍ
以下である。 材料の寸法：通常１．５〜５ｍｍ。ただし使用する光ビ
ーム径が大きいほど大きくする必要がある。 磁石の内径：材料が配置できる大きさ。 磁石の長さと外径：上式により決める。 磁界の強さ：本発明の材料では飽和磁化は約９００Ｇで
あり、これを飽和させるには約９００Oeが必要であるの
で、これより小さくなる。
材料の厚さ：Ｂｉ置換量が多いため波長１．３μｍ又は
１．５５μｍ用の４５度回転子として厚さは０．５ｍｍ
以下である。 材料の寸法：通常１．５〜５ｍｍ。ただし使用する光ビ
ーム径が大きいほど大きくする必要がある。 磁石の内径：材料が配置できる大きさ。 磁石の長さと外径：上式により決める。 磁界の強さ：本発明の材料では飽和磁化は約９００Ｇで
あり、これを飽和させるには約９００Oeが必要であるの
で、これより小さくなる。
【００２１】図３は本発明によるファラデー回転子をア
イソレータに応用した例を示す。希土類鉄ガーネット結
晶素子１は永久磁石２による均一磁界中に配置される。
その磁界は素子１が飽和しない領域でしかもできるだけ
大きい回転角度で使用されるように調整された強度、形
状、寸法の磁石により発生される。本発明のファラデー
回転子とはこのガーネット素子１と磁石２の組合せを言
う。３は入射光用の偏光子であり、４は出射光側の偏光
子であり、これらの偏光子は入射光をファラデー回転子
に透過させ、光ファイバー等から反射されて来た光は完
全に遮断するように配置されている。
イソレータに応用した例を示す。希土類鉄ガーネット結
晶素子１は永久磁石２による均一磁界中に配置される。
その磁界は素子１が飽和しない領域でしかもできるだけ
大きい回転角度で使用されるように調整された強度、形
状、寸法の磁石により発生される。本発明のファラデー
回転子とはこのガーネット素子１と磁石２の組合せを言
う。３は入射光用の偏光子であり、４は出射光側の偏光
子であり、これらの偏光子は入射光をファラデー回転子
に透過させ、光ファイバー等から反射されて来た光は完
全に遮断するように配置されている。
【００２２】実施例
ＬＰＥ法により材料（ＹＬａＨｏ）1.6 Ｂｉ1.4 Ｆｅ
4.5 （Ｇａ，Ａｌ）0.5Ｏ12（ただしＨｏ／Ｙ＝０．２
５、Ｌａ／（Ｙ＋Ｌａ）＝０．１）を作製した。飽和磁
界は約９００Oe、波長１．３μｍの回転能は１９００de
g/cm、θFSの温度係数は−０．１３％／℃、Ｖ＝θfs／
ＨS の温度係数は＋０．０３％／℃。であった。内径３
ｍｍ、外径４．５ｍｍ、長さ４．２ｍｍの中空円筒の希
土類コバルト磁石（温度係数−０．０３％／℃、中心磁
界８５０Oe）の中心に２ｍｍ口×厚さ０．２５ｍｍの上
記材料を配置してファラデー回転子とした所ファラデー
回転角は４５°であり回転角の温度係数はほぼ０であっ
た。
4.5 （Ｇａ，Ａｌ）0.5Ｏ12（ただしＨｏ／Ｙ＝０．２
５、Ｌａ／（Ｙ＋Ｌａ）＝０．１）を作製した。飽和磁
界は約９００Oe、波長１．３μｍの回転能は１９００de
g/cm、θFSの温度係数は−０．１３％／℃、Ｖ＝θfs／
ＨS の温度係数は＋０．０３％／℃。であった。内径３
ｍｍ、外径４．５ｍｍ、長さ４．２ｍｍの中空円筒の希
土類コバルト磁石（温度係数−０．０３％／℃、中心磁
界８５０Oe）の中心に２ｍｍ口×厚さ０．２５ｍｍの上
記材料を配置してファラデー回転子とした所ファラデー
回転角は４５°であり回転角の温度係数はほぼ０であっ
た。
【００２３】従来例
内径３ｍｍ、外径５．０ｍｍ、長さ３ｍｍの希土類コバ
ルト磁石（中心磁界１４００Oe）の中心に２ｍｍ口×厚
さ０．２３７ｍｍの上記材料を配置した所ファラデー回
転角は室温で４５°、温度係数は−０．１３％／℃と悪
かった。 比較例 特願平２−１３６９８８号による（ＹＬａＨｏ）1.6 Ｂ
ｉ1.4 Ｆｅ5 Ｏ12（ただしＨｏ／Ｙ＝０．２５、Ｌａ／
（Ｙ＋Ｌａ）＝０．１）では、飽和磁化が約１７００Ｇ
であり、本発明と同じ結果を得るためには稀土類コバル
ト磁石の寸法は内径３ｍｍ、外径６．０ｍｍ、長さ５．
７ｍｍの中空円筒の希土類コバルト磁石（温度係数−
０．０３％／℃、中心磁界１８００Oe）であった。
ルト磁石（中心磁界１４００Oe）の中心に２ｍｍ口×厚
さ０．２３７ｍｍの上記材料を配置した所ファラデー回
転角は室温で４５°、温度係数は−０．１３％／℃と悪
かった。 比較例 特願平２−１３６９８８号による（ＹＬａＨｏ）1.6 Ｂ
ｉ1.4 Ｆｅ5 Ｏ12（ただしＨｏ／Ｙ＝０．２５、Ｌａ／
（Ｙ＋Ｌａ）＝０．１）では、飽和磁化が約１７００Ｇ
であり、本発明と同じ結果を得るためには稀土類コバル
ト磁石の寸法は内径３ｍｍ、外径６．０ｍｍ、長さ５．
７ｍｍの中空円筒の希土類コバルト磁石（温度係数−
０．０３％／℃、中心磁界１８００Oe）であった。
【００２４】
【発明の効果】以上をまとめると本発明の効果は次の通
りである。 （１）ファラデー回転角の温度変化が小さい。 （２）Ｂｉを多量置換した材料を用いているため、材料
のファラデー回転能が大きく、材料の厚さを薄くできる
のでＬＰＥ法により、容易に作製できる。 （３）飽和磁化が小さく、そのためガーネットを磁化さ
せるための磁界も小さくて済み、磁石の小型化が達成出
来る。
りである。 （１）ファラデー回転角の温度変化が小さい。 （２）Ｂｉを多量置換した材料を用いているため、材料
のファラデー回転能が大きく、材料の厚さを薄くできる
のでＬＰＥ法により、容易に作製できる。 （３）飽和磁化が小さく、そのためガーネットを磁化さ
せるための磁界も小さくて済み、磁石の小型化が達成出
来る。
【図１】ファラデー回転子の特性を示す説明図である。
【図２】本発明の原理を示すグラフである。
【図３】本発明をアイソレータに応用した図を示す。
Claims (4)
- 【請求項１】 組成 Ｂｉx Ｐy Ｑ3-x-y Ｆｅ5-w Ｍw
Ｏ12 （ここでＰ：Ｙ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ
の中の１種以上、 Ｑ：Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒの中の１種以上、 Ｍ：Ｆｅと置換しうる元素の１種以上、 であり、又ｘ、ｙ、ｗは ０．７≦ｘ≦２．０、０．５≦ｙ≦２．３、０≦３−ｘ
−ｙ≦１、０．５≦ｗ≦１．０を満足する）で表わされ
るガーネット材料に、この材料に飽和磁界よりも小さい
磁界を印加するための磁石を組合せて構成したファラデ
ー回転子。 - 【請求項２】 Ｍw がＡa Ｄd （ここにＡはガーネット
のａサイトに置換し得るＳｃ、Ｉｎより選択される元
素、Ｄはガーネットのｄサイトに置換し得るＧａ、Ａｌ
より選択される元素であり、０≦ａ＜０．３、０．５≦
ｄ≦１、ｗ＝ａ＋ｄである）で表わされる請求項１に記
載のファラデー回転子。 - 【請求項３】ファラデー回転子の飽和磁界よりも小さい
磁界での回転角度は正の温度係数を有し、磁石は前記温
度係数の変化を相殺する負の温度係数を有する請求項１
又は２に記載のファラデー回転子。 - 【請求項４】 外形Ｄo 、内径Ｄi 、長さＬが次の関係 Ｌ／Ｄi ＝（0.4 〜1.0)＋0.5 Ｄo／Ｄi Ｄo ／Ｄi ＜５ を満足し、且つ着磁方向が長さ方向である磁石と、この
磁石が印加する磁界よりも飽和磁界が大きい強磁性体に
よるファラデー回転子材料を磁石の中空中心付近に配置
して構成した前記第１項記載のファラデー回転子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3205678A JP3037474B2 (ja) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | ファラデー回転子 |
| US08/062,690 US5640516A (en) | 1991-04-02 | 1993-05-17 | Faraday rotator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3205678A JP3037474B2 (ja) | 1991-07-23 | 1991-07-23 | ファラデー回転子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0527207A true JPH0527207A (ja) | 1993-02-05 |
| JP3037474B2 JP3037474B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=16510883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3205678A Expired - Fee Related JP3037474B2 (ja) | 1991-04-02 | 1991-07-23 | ファラデー回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3037474B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1308739C (zh) * | 2002-01-24 | 2007-04-04 | Tdk株式会社 | 法拉第转子及用其的光部件、防反射膜及用其的光部件 |
| CN100399111C (zh) * | 2002-01-24 | 2008-07-02 | Tdk株式会社 | 法拉第转子及用其的光部件 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4139400B2 (ja) | 2005-05-20 | 2008-08-27 | 株式会社ミヤタ | 通気靴 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4981341A (en) | 1989-07-14 | 1991-01-01 | At&T Bell Laboratories | Apparatus comprising a magneto-optic isolator utilizing a garnet layer |
-
1991
- 1991-07-23 JP JP3205678A patent/JP3037474B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1308739C (zh) * | 2002-01-24 | 2007-04-04 | Tdk株式会社 | 法拉第转子及用其的光部件、防反射膜及用其的光部件 |
| CN100399111C (zh) * | 2002-01-24 | 2008-07-02 | Tdk株式会社 | 法拉第转子及用其的光部件 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3037474B2 (ja) | 2000-04-24 |
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