JPH06167554A - Reflection type magneto-optical sensor head - Google Patents
Reflection type magneto-optical sensor headInfo
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- JPH06167554A JPH06167554A JP32037992A JP32037992A JPH06167554A JP H06167554 A JPH06167554 A JP H06167554A JP 32037992 A JP32037992 A JP 32037992A JP 32037992 A JP32037992 A JP 32037992A JP H06167554 A JPH06167554 A JP H06167554A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ビスマス置換磁性ガーネット膜を利用した、
小型軽量、低価格での量産が可能な、反射型光磁界セン
サを提供する。
【構成】 光入出力路、偏光子、ファラデー回転子、反
射膜の順に配置された反射型光磁界センサヘッドにおい
て、ファラデー回転子として [111]軸が膜法線に対して
1度乃至60度の範囲内で傾斜している (111)ビスマス
置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実質
的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット単
結晶膜との複数の (111)ビスマス置換磁性ガーネット単
結晶で形成されているファラデー回転子を採用した。
【効果】 非常に狭い空間における磁界の有無を、容易
に、且つ、高精度で検知・検出することができる。(57) [Summary] [Purpose] Using a bismuth-substituted magnetic garnet film,
(EN) Provided is a reflection type optical magnetic field sensor which is compact, lightweight and can be mass-produced at a low price. [Constitution] In a reflection type optical magnetic field sensor head in which an optical input / output path, a polarizer, a Faraday rotator and a reflective film are arranged in this order, the [111] axis is the Faraday rotator with respect to the film normal
(111) Bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film tilted within the range of 1 to 60 degrees and (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is substantially aligned with the film normal. We adopted a Faraday rotator formed of multiple (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystals with. [Effect] The presence or absence of a magnetic field in a very narrow space can be detected and detected easily and with high accuracy.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ビスマス置換磁性ガー
ネット膜のファラデー効果を利用した光磁界センサヘッ
ドに関する。更に詳しく云えば、本発明は、磁界の強弱
を検知する磁界センサにおいて、小型軽量で、しかも容
易に量産が可能な磁界の強弱を検知するための反射型光
磁界センサヘッドの改良に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical magnetic field sensor head utilizing the Faraday effect of a bismuth-substituted magnetic garnet film. More specifically, the present invention relates to an improvement of a reflection type optical magnetic field sensor head for detecting the strength of a magnetic field which is small and lightweight and can be easily mass-produced in a magnetic field sensor for detecting the strength of a magnetic field. .
【0002】[0002]
【従来の技術】現在、一般に汎用されている工業装置や
民生用機器などには、モーターや歯車などの回転装置や
回転部分を有しているものが多い。科学技術の進歩と地
球環境保護、および、省エネルギーに対する社会的な関
心と要請の高まりから、産業装置、例えば、航空機や船
舶など、および、民生機器、例えば、乗用車などの回転
機器・装置の運転制御を、より高度・高精度に実施しよ
うとの試みが具体的になされるようになってきた。2. Description of the Related Art At present, many general-purpose industrial equipments and consumer equipments have rotating devices such as motors and gears and rotating parts. Due to advances in science and technology, global environment protection, and increasing social concern and demand for energy conservation, operation control of industrial equipment, such as aircraft and ships, and consumer equipment, such as rotating equipment and devices such as passenger cars. Attempts have been made to implement this with higher accuracy and precision.
【0003】地球環境保護、および、省エネルギーに対
する社会的要請に答える具体的な方法の一つとして回転
機器・装置のより高度・高精度な運転制御を実現するた
めには、先ず、その正確な回転速度〔数〕を連続的に、
しかも即時に知ることができなければならない。回転機
器・装置の正確な回転速度〔数〕を知るためには、正確
な回転速度を即時に計測することのできる信頼性の高い
回転速度計・測定装置が提供されなければならない。し
かし、未だ、この社会的要請に答え得る、更に具体的に
言えば、小型軽量で、精度が高く、取扱い易く、高温で
振動の伴う過酷な環境下での長期間の連続使用に耐える
ことができて、しかも安価な測定装置は、提供されてい
ない。地球環境保護、および、省エネルギーに対する国
際的な社会的要請に答えるためには、早急に社会的要請
に答え得る高い性能を有する測定装置を開発して、より
安価に、しかも、大量に提供する必要がある。In order to realize more sophisticated and highly accurate operation control of rotating machines and devices as one of the concrete methods for responding to social demands for protection of the global environment and energy saving, first of all, accurate rotation is required. Speed [number] continuously,
Moreover, it must be possible to know immediately. In order to know the accurate rotation speed (number) of the rotating equipment / device, a highly reliable tachometer / measuring device capable of instantaneously measuring the accurate rotation speed must be provided. However, it can still respond to this social demand, and more specifically, it is small and lightweight, has high precision, is easy to handle, and can withstand long-term continuous use in a harsh environment accompanied by high temperature and vibration. There is no measuring device that can be manufactured and is inexpensive. In order to respond to international social demands for global environmental protection and energy saving, it is necessary to develop measuring devices with high performance that can respond to social demands promptly and to provide them at low cost and in large quantities. There is.
【0004】既に、回転速度〔数〕を測定する方法とし
て、電磁誘導を利用する方法〔センサ技術、1986年、12
月号、68ページ〕や磁気光学材料のファラデー効果を利
用した光磁界センサを用いる方法〔アプライド オプテ
イックス(Applied Optics)、第28巻、第11号、1992頁(1
989 年) 〕が提案されている。As a method for measuring the rotational speed [number], a method utilizing electromagnetic induction [sensor technology, 1986, 12
Issue, p. 68] and a method using an optical magnetic field sensor that utilizes the Faraday effect of magneto-optical materials [Applied Optics, Vol. 28, No. 11, p. 1992 (1
989)] has been proposed.
【0005】電磁誘導を利用する方法は、既に、航空機
や自動車用エンジンなどの回転速度〔数〕の計測・測定
に用いられている。しかし、電磁誘導を利用した回転速
度計には、計測端子と機器本体との間の伝送線路〔ケー
ブル〕で電磁気的雑音を受け易く信頼性に劣ると言った
重大な欠点がある。また、電気回路を用いるため、有機
溶剤などの可燃性物質、即ち、危険物を取り扱う施設、
換言すれば、危険物製造所や危険物取扱所では、防爆対
策を実施しなければならないと言う重大な問題点があ
る。The method utilizing electromagnetic induction has already been used for measuring and measuring the rotational speed [number] of aircraft and automobile engines. However, the tachometer using electromagnetic induction has a serious drawback that it is inferior in reliability because it is susceptible to electromagnetic noise in the transmission line [cable] between the measurement terminal and the device body. Also, because an electric circuit is used, facilities that handle flammable substances such as organic solvents, that is, hazardous materials,
In other words, there is a serious problem that hazardous materials factories and hazardous material handling sites must implement explosion-proof measures.
【0006】磁気光学材料のファラデー効果を利用した
光磁界センサを用いる方法は、光磁界センサに永久磁石
〔磁界〕が接近すると、光磁界センサ中の磁気光学材料
の偏波面が、磁界〔磁石〕の有無によって回転すること
を利用するものである。即ち、光磁界センサ中の磁気光
学材料を透過する光の偏波面の回転を、光強度の変化に
変換して検知・計数して回転速度〔数〕を測定しようと
するものである〔ナショナル テクニカル レポート(N
ational Technical Report) 、Vol.29, No.5,P70(1983)
〕。In the method using the optical magnetic field sensor utilizing the Faraday effect of the magneto-optical material, when the permanent magnet [magnetic field] approaches the optical magnetic field sensor, the polarization plane of the magneto-optical material in the optical magnetic field sensor is changed to the magnetic field [magnet]. It is used to rotate depending on the presence or absence of. That is, the rotation speed [number] is to be measured by converting the rotation of the polarization plane of the light passing through the magneto-optical material in the optical magnetic field sensor into a change in the light intensity to detect and count the rotation [number]. Report (N
ational Technical Report), Vol.29, No.5, P70 (1983)
].
【0007】光磁界センサには、透過型と反射型とがあ
る。透過型は、その構成部品の性質から、信号光の入
射、および、透過の方向が一直線上に並ぶように配置・
配列しなければならないため、その設置場所に制約があ
り、その使用目的と設置場所によっては、設置・採用す
ることができない。The optical magnetic field sensor is classified into a transmission type and a reflection type. Due to the nature of its components, the transmissive type is arranged so that the incident and transmitted directions of signal light are aligned.
Since they must be arranged, there is a restriction on the installation location, and depending on the purpose of use and the installation location, they cannot be installed or adopted.
【0008】透過型光磁界センサの欠点を改善する構成
として反射型の光磁界センサが提案されている〔特開昭
56-55811、特公平3-22595 〕。ここに提案されている反
射型の光磁界センサは、信号光の入力用光ファイバと出
力用光ファイバが、ファラデー回転子に対して、同じ
側、換言すれば、出力用光ファイバが入力用光ファイバ
と同じ方向、更に換言すれば、ファラデー回転子は、光
磁界センサの先端部に配置・設置されている。故に、反
射型光磁界センサは、取付け空間が狭くて透過型光磁界
センサが設置できないような夾雑な、狭い空間にも設置
することができると言った特徴を有している。しかし、
松井らの提案〔特開昭56-55811〕になる反射型光磁界セ
ンサは、レンズと偏光子、および、レンズと検光子を直
列に並べて、しかも、並列に配置しなければならないた
め組立作業の自動化が難しく、従って、製造コストの低
減が困難であるという重大な問題点を残している。A reflection type optical magnetic field sensor has been proposed as a structure for improving the drawbacks of the transmission type optical magnetic field sensor.
56-55811, Japanese Examined Patent Publication 3-22595]. In the reflection type optical magnetic field sensor proposed here, the input optical fiber and the output optical fiber of the signal light are on the same side with respect to the Faraday rotator, in other words, the output optical fiber is the input optical fiber. In the same direction as the fiber, in other words, the Faraday rotator is arranged and installed at the tip of the optical magnetic field sensor. Therefore, the reflection type optical magnetic field sensor has a feature that it can be installed in a convoluted and narrow space where the transmission type optical magnetic field sensor cannot be installed due to a small mounting space. But,
The reflection type optical magnetic field sensor proposed by Matsui et al. [Japanese Patent Laid-Open No. 56-55811] requires a lens and a polarizer, and a lens and an analyzer to be arranged in series and in parallel. It remains a serious problem that it is difficult to automate and thus it is difficult to reduce the manufacturing cost.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】松村ら〔特公平3-2259
5 〕は、松井らの提案した反射型光磁界センサヘッドの
問題点、即ち、組立作業の自動化が難しく、従って、製
造コストの低減が困難であるという問題点を解決する方
法として、偏光子と検光子とを、一つの偏光子に置き換
える構成を提案している。また、松村らは、ファラデー
回転子〔磁気光学材料〕として、イットリウム・鉄・ガ
ーネット(化学構造式:Y3Fe5O12)を用いている。イッ
トリウム・鉄・ガーネートは、通常一般に、YIG と称さ
れ、融液法などの公知の方法で製造することができる。
イットリウム・鉄・ガーネット(YIG)は、従来から、フ
ァラデー回転子として使用されてきた常磁性ガラスやセ
レン化亜鉛(ZnSe)等に較べて感度が非常に高いという
特性を有している。従って、松村らの提案、即ち、イッ
トリウム・鉄・ガーネット(YIG)を、反射型光磁界セン
サのファラデー回転子として使用するとの提案は、その
特性の面で極めて興味のある提案であると言える。しか
し、イットリウム・鉄・ガーネット(YIG) の光の透過性
に関する性質・特徴を考えるとき、光磁界センサの磁気
光学材料、即ち、ファラデー回転子としての実用性に疑
問が生じる。即ち、既に、イットリウム・鉄・ガーネッ
ト(YIG) が、波長 1.1μm以上の近赤外波長領域の光を
良く透過し、波長領域 0.8μm 帯の光を良く吸収すると
言う特徴ある性質を有していることが知られているから
である。[Problems to be solved by the invention] Matsumura et al.
5] is a method for solving the problem of the reflection type optical magnetic field sensor head proposed by Matsui et al., That is, the problem that it is difficult to automate the assembly work and therefore the manufacturing cost is difficult to reduce. We propose a configuration in which the analyzer and one polarizer are replaced. Matsumura et al. Use yttrium-iron-garnet (chemical structural formula: Y 3 Fe 5 O 12 ) as a Faraday rotator (magneto-optical material). Yttrium / iron / garnate is generally called YIG and can be produced by a known method such as a melt method.
Yttrium / Iron / Garnet (YIG) has a characteristic that it has a very high sensitivity as compared with paramagnetic glass and zinc selenide (ZnSe) that have been used as Faraday rotators. Therefore, it can be said that the proposal by Matsumura et al., That is, the use of yttrium-iron-garnet (YIG) as the Faraday rotator of the reflection type optical magnetic field sensor is extremely interesting in terms of its characteristics. However, when considering the properties / characteristics of yttrium / iron / garnet (YIG) with respect to light transmission, the practicality of the magneto-optical sensor as a magneto-optical material, that is, a Faraday rotator, is questioned. That is, yttrium-iron-garnet (YIG) already has the characteristic property that it transmits light in the near-infrared wavelength region with a wavelength of 1.1 μm or more and absorbs light in the 0.8 μm wavelength region well. Because it is known to exist.
【0010】現在、通常一般に、光センサの光源として
は、 0.78 μm 乃至 0.85 μm に中心波長を有する半導
体レーザ(LD)や発光ダイオード(LED) が賞用・汎用され
ている。半導体レーザ(LD)や発光ダイオード(LED) が光
センサの光源として汎用されている理由は、既に、光源
装置として安価に市販されており、しかも、光検出器の
感度も高いからである。従って、光磁界センサの光源と
して、市販の光源装置を使用するのが最も好ましい、換
言すれば、市販の光源装置を使用して、高感度に作動す
る光磁界センサを安価に提供するのが社会的要請に答え
る最良の対応方法であることは言うまでもない。At present, generally, as a light source of an optical sensor, a semiconductor laser (LD) or a light emitting diode (LED) having a center wavelength of 0.78 μm to 0.85 μm is widely used for awards. The reason that the semiconductor laser (LD) and the light emitting diode (LED) are widely used as the light source of the optical sensor is that they are already commercially available as a light source device at low cost, and the photodetector has high sensitivity. Therefore, it is most preferable to use a commercially available light source device as the light source of the optical magnetic field sensor. In other words, it is a social issue to provide a commercially available light source device at a low cost to provide a highly sensitive optical magnetic field sensor. It goes without saying that this is the best way to respond to a specific request.
【0011】イットリウム・鉄・ガーネット(YIG) が、
波長領域 0.8μm 帯の光を良く吸収すると言うことは、
光源として、市販の光源装置を使用すると、光信号の検
出が困難になる可能性があることを意味している。即
ち、イットリウム・鉄・ガーネット(YIG) には、光磁界
センサ用磁気光学材料、換言すれば、ファラデー回転子
に要求される物性・性質に、基本的な欠点・欠陥がある
ことを示している。Yttrium / Iron / Garnet (YIG)
The fact that it absorbs light in the 0.8 μm wavelength range well means that
This means that if a commercially available light source device is used as a light source, it may be difficult to detect an optical signal. In other words, yttrium, iron, and garnet (YIG) have fundamental defects and defects in the physical properties and properties required for magneto-optical materials for optical magnetic field sensors, in other words, Faraday rotators. .
【0012】本願発明者らは、松村らの提案に強い興味
と危惧の念とを抱いた。従って、本願発明者らは、イッ
トリウム・鉄・ガーネット(YIG) の欠点・危惧を回避す
る方法について、種々の検討を実施した結果、磁気光学
材料として注目されているビスマス置換磁性ガーネット
に、その可能性を見い出した。ここに提案するビスマス
置換磁性ガーネットは、液相エピタキシャル(LPE) 法
で、比較的容易に製造することができ、しかも、量産性
にも優れている。ビスマス置換磁性ガーネットは、化学
構造式 (RBi)3(FeA)5O12 で表される。ここに、R は、
イットリウムY 、或いは、希土類元素を意味し、A は、
アルミニウムAlやガリウムGaなどのことを意味する。The inventors of the present application were strongly interested in the proposal of Matsumura et al. Therefore, the inventors of the present application have conducted various studies on a method of avoiding the drawbacks and fears of yttrium-iron-garnet (YIG), and as a result, the bismuth-substituted magnetic garnet, which has attracted attention as a magneto-optical material, can be I found sex. The bismuth-substituted magnetic garnet proposed here can be relatively easily manufactured by the liquid phase epitaxial (LPE) method and is also excellent in mass productivity. The bismuth-substituted magnetic garnet is represented by the chemical structural formula (RBi) 3 (FeA) 5 O 12 . Where R is
Yttrium Y or a rare earth element, where A is
It means aluminum Al or gallium Ga.
【0013】ビスマス置換磁性ガーネットのファラデー
回転係数、換言すれば、磁化が飽和された状態における
単位膜厚当たりの偏波面の回転角は、イットリウム・鉄
・ガーネット(YIG) のファラデー回転係数に比べて数倍
以上、更に具体的に言えば、例えば、波長 0.8μm にお
いて約10倍も大きい。従って、磁気光学材料として同じ
効果を期待する場合には、ファラデー回転係数に比例し
て磁気光学材料の膜厚を薄くすることが可能であり、そ
の結果として、光の吸収損失が少なくなり、より小さ
く、小型化することができることを示唆している。即
ち、磁気光学材料の材質を、イットリウム・鉄・ガーネ
ット(YIG) からビスマス置換磁性ガーネットに替えるこ
とによって、素子の膜厚が薄くなり、光の吸収損失が少
なくなり、波長領域 0.8μm 帯の光を光源とする光磁界
センサの開発が可能であることを示唆している。The Faraday rotation coefficient of bismuth-substituted magnetic garnet, in other words, the rotation angle of the plane of polarization per unit film thickness when the magnetization is saturated is higher than that of yttrium-iron-garnet (YIG). It is several times or more, more specifically, about 10 times larger at a wavelength of 0.8 μm, for example. Therefore, when the same effect as the magneto-optical material is expected, it is possible to reduce the film thickness of the magneto-optical material in proportion to the Faraday rotation coefficient, and as a result, the absorption loss of light is reduced, It is small and suggests that it can be miniaturized. That is, by changing the material of the magneto-optical material from yttrium / iron / garnet (YIG) to a bismuth-substituted magnetic garnet, the thickness of the device is reduced, the absorption loss of light is reduced, and the light in the wavelength range 0.8 μm band is reduced. It suggests that it is possible to develop an optical magnetic field sensor with a light source.
【0014】また、ビスマス置換磁性ガーネットの飽和
磁界〔 500〜1200 Oe 〕は、イットリウム・鉄・ガーネ
ット(YIG) の飽和磁界〔約1800 Oe 〕の半分程度であ
る。従って、弱い磁界の測定も可能であると期待され
る。弱い磁界の測定が可能であると言うことは、永久磁
石と光磁界センサとの距離・間隔をより長くすることが
できると言うことを意味している。このことは、光磁界
センサの配置・設置の自由度・フレキシビリティーの向
上を意味しており、光磁界センサの利用分野の拡大の可
能性を示唆するものである。The saturation magnetic field [500-1200 Oe] of the bismuth-substituted magnetic garnet is about half the saturation magnetic field [about 1800 Oe] of yttrium-iron-garnet (YIG). Therefore, it is expected that a weak magnetic field can be measured. The fact that a weak magnetic field can be measured means that the distance / interval between the permanent magnet and the optical magnetic field sensor can be made longer. This means that the degree of freedom and flexibility of arrangement and installation of the optical magnetic field sensor is improved, which suggests the possibility of expanding the field of application of the optical magnetic field sensor.
【0015】本願発明者らは、上述した検討結果等か
ら、ビスマス置換磁性ガーネットを磁気光学材料、即
ち、ファラデー回転子とする反射型光磁界センサの開発
が可能であるとの確信を得て、更に、種々の基礎実験、
および、開発実験を実施した。本願発明者らは、先ず、
特公平3-22595 明細書の記載に従って、イットリウム・
鉄・ガーネット(YIG) の替わりにビスマス置換磁性ガー
ネットを用いて反射型光磁界センサ〔図1〕を製作し
た。図1において、符号1 は半導体レーザ等からなる光
源、符号2 はレンズ、符号3 は入射光の一部を反射さ
せ、一部を透過するハーフミラー、符号4 は光ファイ
バ、符号5 は分布屈折率レンズ等からなるレンズ、符号
6 はルチル単結晶等からなる偏光子、符号7 はビスマス
置換希土類磁性ガーネットからなるファラデー回転子、
符号8 は金属薄膜等からなる反射膜、符号9 は光検出器
〔パワーメータ〕である。光源1 から出射された信号光
は、レンズ2 、ハーフミラー3 を経て光ファイバ4 に集
光・導かれる。光ファイバ4 に導かれた信号光は、レン
ズ5 により平行光となって、偏光子6 に入射する。信号
光は、偏光子6 により直線偏光となる。次いで、直線偏
光となった信号光は、ファラデー回転子7 に入射して、
その一部がファラデー回転子を透過して反射膜8 に至
る。反射膜8 に到達した信号光は、反射膜8 の表面で反
射して逆進し、再び、ファラデー回転子7 、偏光子6 に
入射する。偏光素子6 を透過した信号光〔反射戻り光〕
は、レンズ5 により光ファイバ4 に結合される。光ファ
イバ4 に入射した信号光〔反射戻り光〕は、ハーフミラ
ー3 に入射する。ハーフミラー3 に入射した信号光〔反
射戻り光〕は、ハーフミラー3 によって、その一部が反
射して光検出器9 に達して、その光強度が測定される。The inventors of the present application have obtained the conviction that it is possible to develop a reflective optical magnetic field sensor using a bismuth-substituted magnetic garnet as a magneto-optical material, that is, a Faraday rotator, based on the above-mentioned examination results and the like. In addition, various basic experiments,
And the development experiment was carried out. The present inventors first of all,
Japanese Examined Patent Publication 3-22595 As described in the specification, yttrium
A reflective optical magnetic field sensor [Fig. 1] was manufactured using a bismuth-substituted magnetic garnet instead of iron-garnet (YIG). In FIG. 1, reference numeral 1 is a light source made of a semiconductor laser, reference numeral 2 is a lens, reference numeral 3 is a half mirror that reflects a part of incident light and transmits a part thereof, reference numeral 4 is an optical fiber, and reference numeral 5 is distributed refraction. Lens made of index lens, etc.
6 is a polarizer made of rutile single crystal, etc., 7 is a Faraday rotator made of bismuth-substituted rare earth magnetic garnet,
Reference numeral 8 is a reflective film made of a metal thin film or the like, and reference numeral 9 is a photodetector [power meter]. The signal light emitted from the light source 1 is condensed and guided to the optical fiber 4 via the lens 2 and the half mirror 3. The signal light guided to the optical fiber 4 is collimated by the lens 5 and enters the polarizer 6. The signal light becomes linearly polarized light by the polarizer 6. Then, the linearly polarized signal light is incident on the Faraday rotator 7 and
Part of the light passes through the Faraday rotator and reaches the reflective film 8. The signal light that has reached the reflection film 8 is reflected by the surface of the reflection film 8 and travels backward to enter the Faraday rotator 7 and the polarizer 6 again. Signal light transmitted through the polarizing element 6 (reflected return light)
Are coupled to the optical fiber 4 by the lens 5. The signal light (reflected return light) that has entered the optical fiber 4 enters the half mirror 3. A part of the signal light (reflected return light) incident on the half mirror 3 is reflected by the half mirror 3 and reaches the photodetector 9, and the light intensity thereof is measured.
【0016】次いで、本願発明者らは、ファラデー回転
子としてビスマス置換磁性ガーネットを採用し、図1に
示される反射型光磁界センサを用いて、ファラデー回転
子に印加する磁界強度を種々に変化させながら光信号の
検出実験を実施した。しかし、本願発明者らの期待に反
して、外部磁界の印加の有無にかかわらず、光信号を、
全く検知・検出することが出来なかった。拠って、光信
号を検出することが出来ない理由・原因を究明するため
に、種々の基礎実験を行なった。その結果、本願発明者
らは、図1に示した反射型光磁界センサでは、ファラデ
ー回転素子として多数の磁区を有する多磁区構造体を用
いると、外部磁界の印加の有無にかかわらず、光の強度
に変化が生じないとの結論を得た。Next, the inventors of the present invention adopted a bismuth-substituted magnetic garnet as a Faraday rotator, and varied the magnetic field strength applied to the Faraday rotator using the reflective optical magnetic field sensor shown in FIG. Meanwhile, an experiment for detecting an optical signal was performed. However, contrary to the expectations of the inventors of the present application, an optical signal is output regardless of whether or not an external magnetic field is applied.
It could not be detected at all. Therefore, various basic experiments were conducted in order to investigate the reason why the optical signal could not be detected and the cause. As a result, the inventors of the present application, in the reflective optical magnetic field sensor shown in FIG. 1, use a multi-domain structure having a large number of magnetic domains as the Faraday rotation element, regardless of whether an external magnetic field is applied or not. It was concluded that there was no change in strength.
【0017】ここに得られた本願発明者らの実験・検討
結果は、ビスマス置換磁性ガーネットと同じ多磁区構造
体であるイットリウム・鉄・ガーネット(YIG) をファラ
デー回転素子として使用している松村らの実験結果〔特
公平3-22595 、実施例〕と、一致しない。本願発明者ら
には、未だ、イットリウム・鉄・ガーネット(YIG) と同
じ多磁区構造体であるビスマス置換磁性ガーネットが、
ファラデー回転素子として有効に機能しない、機能しな
かった理由がわからない。The results of experiments and examinations made by the inventors of the present invention obtained here are based on the fact that yttrium-iron-garnet (YIG), which is the same multi-domain structure as bismuth-substituted magnetic garnet, is used as a Faraday rotation element. The results do not match the experimental results of [Japanese Patent Publication No. 3-22595, Examples]. To the inventors of the present application, a bismuth-substituted magnetic garnet, which is the same multi-domain structure as yttrium / iron / garnet (YIG),
I do not know why it did not work effectively as a Faraday rotator.
【0018】本願発明者らは、上述した実験結果を詳細
に再検討すると共に、更に詳細な基礎実験を行なった結
果、反射膜、ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜、偏
光子、光入出力装置から構成し、しかも、光入出力装置
の光入出力用の光路を二つに分離し、ここに分離した光
入力路と光出力路の二つの光路のなす角度が5度以上に
なるように設定・配置することによって反射型の光磁界
センサを構成することができるとの知見を得て、更に、
鋭意研究検討を行い、ビスマス置換磁性ガーネット製フ
ァラデー回転子を用いる反射型光磁界センサとして完成
させて提案〔特願平4-090976、図2参照〕した。The inventors of the present application reexamined the above-mentioned experimental results in detail and conducted more detailed basic experiments. As a result, it was confirmed that the results obtained from the reflective film, the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, the polarizer, and the optical input / output device. In addition, the light input / output optical path of the optical input / output device is separated into two, and the angle formed by the two optical paths of the separated optical input path and optical output path is set to 5 degrees or more.・ Obtaining the knowledge that a reflective optical magnetic field sensor can be configured by arranging it,
After intensive studies and studies, we have completed and proposed a reflective optical magnetic field sensor using a Faraday rotator made of bismuth-substituted magnetic garnet [Japanese Patent Application No. 4-090976, see FIG. 2].
【0019】図2において、符号10は、コーニング社製
のポーラコア〔商品名〕等の偏光子を、符号11は、磁化
容易軸が膜面に垂直なビスマス置換磁性ガーネット単結
晶膜からなるファラデー回転子を意味し、ここに外部磁
界が印加される。また、符号12は、誘電体多層膜等から
なる反射膜を、符号13は、ガラスや高分子フィルム上に
形成された光導波路、または、光ファイバからなる光入
力路を、符号14は、ガラスや高分子上に形成された光導
波路、或いは、光ファイバからなる光出力路を意味す
る。図2の構成からなる反射型光磁界センサでは、通
常、半導体レーザなどの光源16から出射された信号光
は、レンズ15を経て、光入力路13に導かれる。なお、こ
こに設置したレンズ15は、所望により、これを省略して
光源16と光入力路13とを直接結合することも可能であ
る。光入力路13に入射した信号光は、センサヘッドに至
り、偏光子10、および、ファラデー回転子11を透過して
反射膜12に至る。反射膜12に到達した信号光は、反射膜
12の表面で反射して戻り、ファラデー回転子11、次い
で、偏光子10を透過して光出力路14に入射して光検出器
17に至る。光検出器17に到達した信号光は、光信号とし
て検出される。図2の構成からなる反射型光磁界センサ
では、光入出力装置の光入出力用の光路は、二つに分離
されて、各々独立した光入力路13と光出力路14として構
成されており、しかも、入力路13と光出力路14のなす角
度αが5度以上になるように配置・構成されている。In FIG. 2, reference numeral 10 is a polarizer such as a polar core [trade name] manufactured by Corning, and reference numeral 11 is a Faraday rotation composed of a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose easy axis of magnetization is perpendicular to the film surface. Means a child, to which an external magnetic field is applied. Further, reference numeral 12 is a reflection film made of a dielectric multilayer film, reference numeral 13 is an optical waveguide formed on glass or a polymer film, or an optical input path made of an optical fiber, and reference numeral 14 is a glass. And an optical waveguide formed on a polymer, or an optical output path formed of an optical fiber. In the reflection type optical magnetic field sensor having the configuration shown in FIG. 2, signal light emitted from a light source 16 such as a semiconductor laser is usually guided to a light input path 13 via a lens 15. If desired, the lens 15 installed here may be omitted and the light source 16 and the optical input path 13 may be directly coupled. The signal light incident on the optical input path 13 reaches the sensor head, passes through the polarizer 10 and the Faraday rotator 11, and reaches the reflective film 12. The signal light reaching the reflection film 12 is reflected by the reflection film.
The light is reflected by the surface of 12 and returns, then passes through the Faraday rotator 11 and then the polarizer 10 and enters the optical output path 14, and the photodetector is detected.
Up to 17. The signal light that has reached the photodetector 17 is detected as an optical signal. In the reflection type optical magnetic field sensor having the configuration shown in FIG. 2, the optical input / output optical path of the optical input / output device is divided into two parts, which are configured as an independent optical input path 13 and an independent optical output path 14. Moreover, the input path 13 and the optical output path 14 are arranged and configured such that the angle α formed between them is 5 degrees or more.
【0020】ここに提案したビスマス置換磁性ガーネッ
ト製ファラデー回転子を用いる反射型光磁界センサは、
現在、当該市場において光磁界センサに要求されている
性能を十分に保有している。しかし、ここに提案した反
射型光磁界センサは、図2に見られるように、光入力路
と光出力路の二本の光路を必要とし、更に、光入力路と
光出力路の二本の光路を、約5度以上の角度をもたせて
配置しなければならないと言った技術的困難を残してい
る。The reflection type optical magnetic field sensor using the Faraday rotator made of bismuth-substituted magnetic garnet proposed here is
Currently, it has sufficient performance required for the optical magnetic field sensor in the market. However, the reflective optical magnetic field sensor proposed here requires two optical paths, an optical input path and an optical output path, as shown in FIG. The technical difficulty remains that the optical path must be arranged at an angle of about 5 degrees or more.
【0021】従って、本願発明者らは、ここに残された
技術的改良の余地を改善して、より汎用性に富んだ、よ
り小型で高性能の反射型光磁界センサを開発するために
鋭意改良研究を行なった。その結果、ビスマス置換磁性
ガーネット製のファラデー回転子を、偏光子、および、
反射膜の法線、或いは、平面に対して傾斜させて配置す
ることによって、光入力路と光出力路の二本の光路を一
本に纏めても光信号を検出することができるとの知見を
得た。拠って、本願発明者らは、ここに得られた知見に
基づき、更に、改良研究を行ない、(111) ビスマス置換
磁性ガーネット単結晶膜を、当該ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜の法線、換言すれば、磁化方向と光入出
力路の中心軸、更に具体的に言えば、光の進行方向との
なす角度が、10度乃至70度の範囲内になるように設置・
配置したときに、光路を一本に纏めることができること
を確認して新しい反射型光磁界センサとして提案〔特願
平4-116141〕した。しかし、ここに提案した反射型光磁
界センサ〔特願平4-116141〕には、なお、(111) ビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜を所定の角度に傾斜させ
て設置しなければならないと言った組立作業上、およ
び、調整操作上の技術的困難を残している。次いで、本
願発明者らは、組立作業上、および、調整操作上の技術
的困難を解決するために鋭意研究実験を行い、[111]軸
が膜法線に対して 5度乃至60度の範囲内で傾いているビ
スマス置換磁性ガーネット単結晶膜で構成したときに、
極めて容易に、光路が一本の高性能反射型光磁界センサ
が得られることを見出して組立・調整操作の容易な反射
型光磁界センサとして提案〔特願平4-142929〕した。し
かし、ここに提案した反射型光磁界センサは、ファラデ
ー回転子として高価な[111]軸が膜法線に対して 5度乃
至60度の範囲内で傾いているビスマス置換磁性ガーネッ
ト単結晶膜を使用しなければならないため、量産性に劣
り、経済的に不利であると言う新しい問題点を残してい
ることが明らかになった。本願発明者らは、ここに残さ
れた問題点を解決するために種々の実験検討を行なった
結果、ファラデー回転子として、複数の [111]軸が膜法
線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜を用いることにより、ファラデー回転子
を傾けたり、或いは、[111] 軸が膜法線に対して傾いて
いる特殊なビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜を使用
することなく、光入力路と光出力路を一本の光路に纏め
ても光信号を検出することができることを確認して新し
い反射型光磁界センサとして提案〔特願平4-174357〕し
た。しかし、工業的生産において、時として、極めて稀
に、2枚の (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜
で構成したファラデー回転素子を用いたときに、反射型
光磁界センサとして十分に機能しない製品が生成すると
言うトラブルが生じることが知られた。即ち、先に提案
した反射型光磁界センサ〔特願平4-174357〕には、反射
型光磁界センサとして十分に機能しない製品が生成する
可能性、恐れがある、換言すれば、技術的瑕疵のあるこ
とが明らかになった。拠って、先に提案した反射型光磁
界センサ〔特願平4-174357〕の性能・信頼性を保証する
ためには、ここに製造した全ての製品について、その機
能試験・性能試験を実施しなければならない。Therefore, the inventors of the present invention have keenly made an effort to develop a more versatile, smaller and high performance reflective optical magnetic field sensor by improving the room for technical improvement left here. An improved study was conducted. As a result, a Faraday rotator made of bismuth-substituted magnetic garnet is used as a polarizer, and
Finding that the optical signal can be detected even if the two optical paths, the optical input path and the optical output path, are combined into one by arranging them so as to be inclined with respect to the normal line of the reflection film or the plane. Got Therefore, the inventors of the present application, based on the findings obtained here, further carry out an improved study, the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, the normal line of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, in other words In this case, the magnetization direction and the central axis of the light input / output path, more specifically, the angle between the light traveling direction and the direction of the light, are set within the range of 10 degrees to 70 degrees.
When it was arranged, it was confirmed that the optical paths could be combined into one, and a new reflective optical magnetic field sensor was proposed [Japanese Patent Application No. 4-116141]. However, in the proposed reflection type optical magnetic field sensor [Japanese Patent Application No. 4-116141], it is said that the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film should be installed at a predetermined angle. There are technical difficulties in assembly work and adjustment operation. Next, the inventors of the present application conducted extensive research and experiments to solve technical difficulties in assembly work and adjustment operation, and the [111] axis was in the range of 5 to 60 degrees with respect to the membrane normal. When composed of a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film that tilts inside,
We have found that a high-performance reflective optical magnetic field sensor with a single optical path can be obtained very easily, and have proposed it as a reflective optical magnetic field sensor that is easy to assemble and adjust [Japanese Patent Application No. 4-142929]. However, the reflective optical magnetic field sensor proposed here uses a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis, which is expensive as a Faraday rotator, is tilted within the range of 5 to 60 degrees with respect to the film normal. Since it has to be used, it has become clear that it has a new problem that it is inferior in mass productivity and economically disadvantageous. The inventors of the present invention have conducted various experiments to solve the problems left here, and as a result, as a Faraday rotator, a plurality of [111] axes substantially match the film normal. By using a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, a Faraday rotator is tilted, or a special bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is tilted with respect to the film normal is used. It was confirmed that an optical signal can be detected even if the optical input path and the optical output path are combined into a single optical path without any problem, and a new reflective optical magnetic field sensor was proposed [Japanese Patent Application No. 4-174357]. However, in industrial production, sometimes very rarely, when a Faraday rotator composed of two (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films is used, a product that does not function sufficiently as a reflection type optical magnetic field sensor. It has been known that there is a problem that is generated. In other words, the previously proposed reflective optical magnetic field sensor [Japanese Patent Application No. 4-174357] has a possibility of producing a product that does not function sufficiently as a reflective optical magnetic field sensor, in other words, a technical flaw. It became clear that there is. Therefore, in order to guarantee the performance and reliability of the previously proposed reflective optical magnetic field sensor [Japanese Patent Application No. 4-174357], all the products manufactured here shall be tested for their functions and performance. There must be.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】本願発明者らは、本願発
明者らの提案した反射型光磁界センサに残されている技
術的欠陥・欠点を改善して、即時に正確な回転速度を計
測することのできる信頼性の高い、更に具体的に言え
ば、小型軽量で、精度が高く、取扱い易く、高温で振動
の伴うような過酷な環境下での長期間の連続使用に耐え
ることができて、しかも安価な回転速度計・測定装置を
提供することによって、地球環境保護、および、省エネ
ルギーに対する国際的な社会的要請に寄与するべく鋭意
検討・実験を実施した。その結果、先ず、先に提案した
反射型光磁界センサ〔特願平4-174357〕に反射型光磁界
センサとして十分に機能しない製品が混入する原因が、
光路とファラデー回転子を構成するビスマス置換磁性ガ
ーネット単結晶膜の相対的な光学的位置関係にある、即
ち、光学的な微調製・整合操作を省略したことによって
生じることを知った。Means for Solving the Problems The inventors of the present application improved technical defects and defects left in the reflection type optical magnetic field sensor proposed by the inventors of the present application, and immediately measured an accurate rotation speed. It is highly reliable, and more specifically, it is small and lightweight, highly accurate, easy to handle, and can withstand long-term continuous use in harsh environments such as high temperature and vibration. Moreover, by providing an inexpensive tachometer / measuring device, we have earnestly studied and conducted experiments to contribute to the international social demand for global environment protection and energy saving. As a result, first of all, the reason why the previously proposed reflective optical magnetic field sensor [Japanese Patent Application No. 4-174357] is mixed with a product that does not function sufficiently as a reflective optical magnetic field sensor,
We have found that there is a relative optical positional relationship between the optical path and the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film that constitutes the Faraday rotator, that is, it is caused by omitting the optical fine adjustment and alignment operations.
【0023】実際問題として、反射型光磁界センサの工
業的な製造において、光学的な微調製・整合操作を実施
することは容易ではない。従って、本願発明者らは、光
学的な調製・整合操作に替わる技術を開発するべく鋭意
検討実験を実施した。その結果、ファラデー回転子とし
て、その [111]軸が膜法線に対して1度乃至60度の範
囲内で傾いているビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜
と [111]軸が膜法線と実質的に一致している (111)ビス
マス置換磁性ガーネット単結晶膜との複数の (111)ビス
マス置換磁性ガーネットで構成されたファラデー回転子
を用いることにより、反射型光磁界センサとしての機能
性の欠陥を実質的に回避することができるとの知見を得
て、更に鋭意改良研究、および、信頼性の確認実験と試
験生産とを行い、本願発明を完成させた。即ち、本願発
明は、光入出力路、偏光子、ファラデー回転子、反射膜
の順に配置された光磁界測定装置において、反射膜が、
光入出力路の光路中心に対してほぼ垂直に配置されてお
り、しかも、ファラデー回転子が、その [111]軸が膜法
線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実
質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜との複数の (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜で構成されている反射型光磁界センサヘッドに
関する。As a practical matter, it is not easy to carry out the optical fine adjustment / alignment operation in the industrial manufacture of the reflection type optical magnetic field sensor. Therefore, the inventors of the present application have conducted earnest study experiments in order to develop a technique that replaces the optical preparation / alignment operation. As a result, as the Faraday rotator, the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal and the [111] axis is substantially the film normal. By using a Faraday rotator composed of multiple (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal films and (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films that are consistent with each other. Based on the finding that the above can be substantially avoided, the inventors of the present invention have completed the present invention by conducting further diligent improvement research, reliability confirmation experiments, and trial production. That is, in the present invention, in the optical magnetic field measurement device in which the optical input / output path, the polarizer, the Faraday rotator, and the reflective film are arranged in this order, the reflective film is
The Faraday rotator is arranged almost perpendicular to the optical path center of the optical input / output path, and the Faraday rotator has a [111] axis tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. It is composed of a plurality of (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films with a substituted magnetic garnet single-crystal film and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film whose [111] axis substantially coincides with the film normal. Reflective optical magnetic field sensor head.
【0024】本願発明のビスマス置換磁性ガーネット製
ファラデー回転子を用いる反射型光磁界センサヘッド
は、光入出力路、偏光子、その [111]軸が膜法線に対し
て1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス置換磁
性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実質的に一
致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜
との複数の (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜、および、反射膜で構成されている〔図3、図4参
照〕。The reflection type optical magnetic field sensor head using the Faraday rotator made of bismuth-substituted magnetic garnet of the present invention has an optical input / output path, a polarizer, and its [111] axis of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. Multiple (111) bismuth-substituted magnetic films with bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal films tilted within the range and (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal films whose [111] axis substantially coincides with the film normal It is composed of a garnet single crystal film and a reflective film [see FIGS. 3 and 4].
【0025】本願発明の反射型光磁界センサヘッドは、
光源装置側から、光入出力路、偏光子、複数のビスマス
置換磁性ガーネット単結晶膜からなるファラデー回転
子、反射膜の順に配置されている〔図3参照〕。即ち、
図3において、符号18は、ポーラコア等からなる偏光子
を、符号19は、複数のビスマス置換磁性ガーネット単結
晶膜からなるファラデー回転子を、符号20は、金属薄膜
等からなる反射膜を、符号21は、光ファイバや光導波路
などからなる光入力出路を意味している。ここに、反射
型光磁界センサヘッドの小型化の観点から、該光入出力
路21が、光入力用の光路であると同時に、反射膜20で反
射した信号光を光検出器に入射させるために分岐する機
能を有していても良いことは言うまでもない〔図9参
照〕。The reflection type optical magnetic field sensor head of the present invention comprises:
An optical input / output path, a polarizer, a Faraday rotator composed of a plurality of bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films, and a reflective film are arranged in this order from the light source device side (see FIG. 3). That is,
In FIG. 3, reference numeral 18 is a polarizer made of a polar core or the like, reference numeral 19 is a Faraday rotator made of a plurality of bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films, and reference numeral 20 is a reflection film made of a metal thin film. Reference numeral 21 denotes an optical input / output path including an optical fiber and an optical waveguide. Here, from the viewpoint of miniaturization of the reflection type optical magnetic field sensor head, the optical input / output path 21 is an optical path for light input, and at the same time, the signal light reflected by the reflection film 20 is incident on the photodetector. It goes without saying that it may have a function of branching to [see FIG. 9].
【0026】多磁区構造を有するビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜をファラデー回転子とする反射型光磁界
センサでは、光入出力路から出射された光信号が、レン
ズ、偏光子、ビスマス置換磁性ガーネット単結晶を透過
して反射膜に至り、反射膜で反射して、再び、ビスマス
置換磁性ガーネット単結晶に入射して透過し、光入出力
路に至るまでの間に、異なる磁区、即ち、磁区a と磁区
b とを通過する必要がある〔特願平4-090976、特願平4-
116141、特願平4-174357、図5、図6、図7参照〕。In a reflection type optical magnetic field sensor using a Faraday rotator made of a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film having a multi-domain structure, an optical signal emitted from an optical input / output path is a lens, a polarizer, and a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film. It passes through the crystal to reach the reflection film, is reflected by the reflection film, is incident on the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal again, and is transmitted therethrough. And magnetic domain
It is necessary to pass through b and [Japanese Patent Application No. 4-090976, Japanese Patent Application No. 4-
116141, Japanese Patent Application No. 4-174357, FIGS. 5, 6 and 7].
【0027】先に提案した反射型光磁界センサ〔特願平
4-174357〕に、時として、極めて稀にではあるが、反射
型光磁界センサとして十分に機能しない製品が生じるの
は、光学的な位置関係によって、光入出力路から出射さ
れた光信号が、レンズ、偏光子、ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶を透過して反射膜に至り、反射膜で反射し
て、再び、ビスマス置換磁性ガーネット単結晶に入射し
て透過し、光入出力路に至るまでの間に、異なる磁区、
即ち、磁区a と磁区b とを通過しない場合が生じるため
である〔図7参照〕。The previously proposed reflective optical magnetic field sensor [Japanese Patent Application No.
4-174357], sometimes very rarely, a product that does not function sufficiently as a reflection type optical magnetic field sensor is generated because an optical signal emitted from an optical input / output path is caused by an optical positional relationship. , Lens, polarizer, bismuth-substituted magnetic garnet single crystal is transmitted to the reflection film, reflected by the reflection film, again incident on the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal, transmitted, to the optical input / output path Between different magnetic domains,
That is, there is a case where the magnetic domains a and b do not pass [see FIG. 7].
【0028】[111] 軸が膜法線と実質的に一致している
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜のみで構成
したファラデー回転子では、図7に例示したように、そ
の磁化方向が信号光の進行方向と平行になっている。従
って、例えば、第1層目の磁区a に入射した信号光が異
なる磁区、即ち、磁区b を通過するためには、その光路
の直線上に第2層目、或いは、第3層目以降として磁区
b が存在しなければならない。このことは、図7の構成
からなるファラデー回転子では、光入出力路から出射さ
れた光信号を、確実に、異なる磁区、即ち、磁区a と磁
区b とを通過させるためには、ビスマス置換磁性ガーネ
ット単結晶の積層数をより多くする以外に方法がないこ
とを示している。実際問題として、経済性の観点から、
ビスマス置換磁性ガーネット単結晶の積層数をより多く
することはできない。拠って、ビスマス置換磁性ガーネ
ット単結晶の積層数を増加することなく、光入出力路か
ら出射された光信号が、反射膜で反射して、再び、光入
出力路に至るまでの間に、より高い確率・精度で、異な
る磁区、即ち、磁区a と磁区b とを通過させることがで
きれば、光学的な微調製・整合操作に替わる工業的製造
技術として評価することができる。[111] axis is substantially coincident with the membrane normal
In the Faraday rotator composed only of the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, the magnetization direction is parallel to the traveling direction of the signal light, as illustrated in FIG. Therefore, for example, in order that the signal light incident on the magnetic domain a of the first layer passes through different magnetic domains, that is, the magnetic domain b, the second layer or the third layer or later on the straight line of the optical path. Magnetic domain
b must exist. This means that in the Faraday rotator configured as shown in FIG. 7, in order to ensure that the optical signal emitted from the optical input / output path passes through different magnetic domains, that is, magnetic domain a and magnetic domain b, bismuth substitution is performed. It indicates that there is no other method than increasing the number of laminated magnetic garnet single crystals. As a matter of fact, from an economic perspective,
The number of stacked bismuth-substituted magnetic garnet single crystals cannot be increased. Therefore, without increasing the number of stacked bismuth-substituted magnetic garnet single crystals, the optical signal emitted from the optical input / output path is reflected by the reflective film, and before reaching the optical input / output path again, If it is possible to pass different magnetic domains, that is, magnetic domain a and magnetic domain b with higher probability and accuracy, it can be evaluated as an industrial manufacturing technique that replaces the optical fine adjustment / alignment operation.
【0029】本願発明では、ファラデー回転子を、[1
11] 軸が膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾い
ているビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と[111]
軸が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマス置換
磁性ガーネット単結晶膜とで構成する〔図4参照〕こと
によって、ファラデー回転子を傾けたり、或いは、複雑
な微調整操作を行うことなく、工業的生産において発生
する不良品の発生率を許容限度以下、実質的にゼロにす
る効果が得られる。即ち、本願発明では、光入出力路か
ら出射された光信号を、[111] 軸が膜法線に対して1度
乃至60度の範囲内で傾いているビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実質的に一致して
いる (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜とで構
成されたファラデー回転子を通過させることによって、
より高い確率・精度で、異なる磁区、即ち、磁区a と磁
区b とを通過させようとするものである。このことを図
3、および、図4を用いて、更に具体的に説明すると、
光入出力路21から出射された光信号が、ファラデー回転
子19を構成している第1のビスマス置換磁性ガーネット
単結晶22、例えば、[111] 軸が膜法線と実質的に一致し
ている (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜に入
射して磁区a を透過し、次いで、第2のビスマス置換磁
性ガーネット単結晶23、例えば、[111] 軸が膜法線に対
して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス置換
磁性ガーネット単結晶膜の磁区b を透過して、反射膜20
に至って反射して、再び、第2のビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶23に入射してファラデー回転子内を往復す
る間に、より高い確率・精度で、実質的に、相異なる磁
区、即ち、磁区a と磁区b とを通過するのである。In the present invention, the Faraday rotator is
11] A bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose axis is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal [111]
By composing with a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose axis is substantially coincident with the film normal [see FIG. 4], it is possible to tilt the Faraday rotator or perform a complicated fine adjustment operation. Without doing so, it is possible to obtain the effect of reducing the occurrence rate of defective products that occur in industrial production to below the allowable limit and to substantially zero. That is, in the present invention, an optical signal emitted from an optical input / output path is converted into a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis is inclined within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. By passing a Faraday rotator composed of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis substantially coincides with the film normal,
It is intended to pass different magnetic domains, that is, magnetic domain a and magnetic domain b, with higher probability and accuracy. This will be described more specifically with reference to FIG. 3 and FIG.
The optical signal emitted from the optical input / output path 21 indicates that the first bismuth-substituted magnetic garnet single crystal 22 forming the Faraday rotator 19, for example, the [111] axis is substantially aligned with the film normal. Incident on the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film and transmitted through the magnetic domain a, and then the second bismuth-substituted magnetic garnet single crystal 23, for example, the [111] axis is 1 degree to the film normal. The bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film tilted within the range of 60 degrees transmits through the magnetic domain b, and the reflection film 20
While the laser beam is reflected on the second bismuth-substituted magnetic garnet single crystal 23 and reciprocates in the Faraday rotator, the magnetic domains are substantially different from each other with higher probability and accuracy. It passes through a and magnetic domain b.
【0030】本発明を実施するとき、ファラデー回転子
は、同一の、或いは、種類の相異なる [111]軸が膜法線
に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス
置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実質
的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット単
結晶膜とで構成しなければならない。しかし、[111]軸
が膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いている
ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法
線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜とで構成することを除いて、その他の構
成、例えば、何方を光源側に配置するかや組み合わせな
ど、および、(111) ビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜の構成枚数には、特に制限はない。従って、本発明を
実施するとき、ファラデー回転子を構成するビスマス置
換磁性ガーネット単結晶膜の種類と構成と構成枚数は、
ファラデー回転子に要求される性能と特性を考慮して適
宜に選べば良い。In practicing the present invention, a Faraday rotator is a bismuth-substituted magnetic material in which the [111] axes of the same or different types are tilted within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. It must consist of a garnet single crystal film and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is substantially aligned with the film normal. However, the [111] axis is substantially coincident with the film normal with the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis is inclined within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal ( 111) Bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film, other configurations, for example, which one is arranged on the light source side or combination, and (111) Bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film configuration The number of sheets is not particularly limited. Therefore, when carrying out the present invention, the type and composition of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film that constitutes the Faraday rotator and the number of constituents are
It may be appropriately selected in consideration of the performance and characteristics required for the Faraday rotator.
【0031】通常一般的な用途に使用される光磁界セン
サヘッドの場合には、実用上の観点、即ち、ファラデー
回転子の性能・特性と材料コストの観点から、同一の、
[111] 軸が膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾
いているビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]
軸が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマス置換
磁性ガーネット単結晶膜の2枚で構成すれば、十分にそ
の目的を達成することができる。なお、特殊な目的を有
する場合には、適宜に構成枚数を増加し、或いは、非磁
性ガーネット基板の両面に育成された3層構造のビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶を選ぶのが好ましい。In the case of an optical magnetic field sensor head which is usually used for general purposes, the same from the practical viewpoint, that is, from the viewpoint of performance / characteristics and material cost of the Faraday rotator,
[111] A bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose axis is tilted within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal.
The objective can be sufficiently achieved by using two (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films whose axes are substantially coincident with the film normal. In addition, when it has a special purpose, it is preferable to appropriately increase the number of constituents or to select a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal having a three-layer structure grown on both surfaces of a non-magnetic garnet substrate.
【0032】本発明を実施するとき、ファラデー回転
子、即ち、ビスマス置換磁性ガーネットの組成には、特
に制限はないが、一般式、 R3-XBiXFe5-ZAZO12 〔但し、R は、Y 、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luの群から選ばれる少なくとも一
種であり、Aは、Ga、Sc、Al、Inの群から選ばれる少な
くとも一種であり、しかも、0.3 ≦X≦ 2.0、0 ≦Z≦
1.0である〕で示される磁性ガーネット単結晶の中から
適宜に選ぶのが好ましい。In carrying out the present invention, the composition of the Faraday rotator, that is, the bismuth-substituted magnetic garnet is not particularly limited, but the general formula: R 3-X Bi X Fe 5-Z A Z O 12 [however, , R is Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb,
At least one selected from the group of Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu, A is at least one selected from the group of Ga, Sc, Al, In, and 0.3 ≤ X ≤ 2.0, 0 ≦ Z ≦
It is preferable to appropriately select from among the magnetic garnet single crystals represented by 1.0].
【0033】本発明で使用する (111)ビスマス置換磁性
ガーネット単結晶膜は、公知の方法によって製造するこ
とができる。とりわけ操作が容易で、しかも量産性に優
れた液相エピタキシャル(LPE) 法〔スィン ソリッド
フィルムズ (Thin Solid Films), Vol.114, p33(1984)
〕を選ぶのが好ましい。液相エピタキシャル法を実施
するとき、単結晶育成用基板としては、公知の何れの基
板も使用し得るが、通常一般的には、既に、SGGG基板と
称して市販されている格子定数が 12.490 Å、乃至、1
2.5Åの非磁性ガーネット[(GdCa)3(GaMgZr)5O12 ]の
中から適宜に選ぶのが好ましい。The (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film used in the present invention can be manufactured by a known method. Liquid phase epitaxial (LPE) method [Sin Solid]
Films (Thin Solid Films), Vol.114, p33 (1984)
] Is preferred. When carrying out the liquid phase epitaxial method, any known substrate can be used as the single crystal growth substrate, but generally, the lattice constant which is already commercially available as SGGG substrate is 12.490 Å. , Thru 1
It is preferable to appropriately select from 2.5Å non-magnetic garnet [(GdCa) 3 (GaMgZr) 5 O 12 ].
【0034】[111] 軸が膜法線と実質的に一致している
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜は、一般に
市販されている非磁性ガーネット基板〔[111] 軸が法線
と実質的に一致している〕を単結晶育成用基板として、
液相エピタキシャル(LPE) 法で単結晶育成用基板上にビ
スマス置換磁性ガーネット単結晶膜を育成・成長させる
ことによって得られる。[111] axis is substantially coincident with the membrane normal
The (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film is a commercially available non-magnetic garnet substrate [[111] axis substantially matches the normal line] as a single crystal growth substrate.
It is obtained by growing and growing a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film on a single crystal growth substrate by the liquid phase epitaxial (LPE) method.
【0035】(111) ビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜の [111]軸、換言すれば、磁化容易軸を膜法線からγ
度傾けるためには、 [111]軸が法線から、おおよそγ度
傾いた非磁性基板を単結晶育成用基板として使用すれば
よい。[111] 軸が膜法線に対して1度乃至60度の範囲
内で傾いているビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜
は、[111] 軸が法線から傾いた非磁性ガーネット基板を
単結晶育成用基板として、液相エピタキシャル(LPE) 法
で単結晶育成用基板上にビスマス置換磁性ガーネット単
結晶膜を育成・成長させることによって得られる。ここ
に得られたビスマス置換磁性ガーネット単結晶の [111]
軸は、単結晶育成用基板と同等、若しくは、それ以上に
傾いている。The [111] axis of the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film, in other words, the easy axis of magnetization is γ from the film normal.
For tilting, a non-magnetic substrate whose [111] axis is tilted approximately γ degrees from the normal line may be used as a single crystal growth substrate. The bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal is a non-magnetic garnet substrate whose [111] axis is tilted from the normal line. It is obtained by growing and growing a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film on a single crystal growth substrate as a substrate for liquid crystal by a liquid phase epitaxial (LPE) method. [111] of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal obtained here
The axis is tilted to be equal to or more than that of the single crystal growth substrate.
【0036】[111] 軸が法線からγ度傾いた非磁性基板
は、そのインゴットを所望の傾き角度γだけ傾けて切り
出すことによって得られる。[111] 軸の法線からの傾き
角度γが大きくなるほど、当該インゴットから得られる
基板の枚数が少なくなり、基板の価額が高価になる。従
って、[111] 軸の法線からの傾き角度γは、実用上の観
点から、経済性を考慮して必要最小限度に近い値に選ぶ
のが好ましい。本発明を実施するとき、(111) ビスマス
置換磁性ガーネット単結晶膜の [111]軸の法線からの傾
き角度γは、1度乃至60度の範囲内、より好ましく
は、3度乃至45度の範囲内に選ぶのがよい。実用上の
観点、特に、経済性を重視する場合には、3度乃至20
度に選べばよい。[111] 軸の法線からの傾き角度γを1
度以下に選ぶと、[111] 軸が膜法線に対して傾いている
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜を使用した
ことによる明らかな効果が確認できない。即ち、複数の
[111]軸が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜を使用した場合と区別す
ることができない。一方、[111] 軸の法線からの傾き角
度γを45度以上、特に、60度以上に選ぶと、経済的
に不利である。The non-magnetic substrate whose [111] axis is inclined by γ degrees from the normal line can be obtained by inclining the ingot by a desired inclination angle γ. The larger the tilt angle γ from the normal of the [111] axis, the smaller the number of substrates obtained from the ingot, and the more expensive the substrate. Therefore, it is preferable that the inclination angle γ from the normal line of the [111] axis is set to a value close to the minimum required value in consideration of economy from a practical viewpoint. When carrying out the present invention, the tilt angle γ of the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film from the normal line of the [111] axis is in the range of 1 to 60 degrees, and more preferably 3 to 45 degrees. It is better to choose within the range. From a practical point of view, especially when economic is important, 3 to 20 degrees
You can choose each time. Set the tilt angle γ from the normal of the [111] axis to 1
[111] axis is tilted with respect to the membrane normal
No clear effect can be confirmed by using the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film. That is, multiple
It is indistinguishable from the case of using a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis substantially coincides with the film normal. On the other hand, it is economically disadvantageous if the inclination angle γ from the normal line of the [111] axis is selected to be 45 degrees or more, particularly 60 degrees or more.
【0037】本発明を実施するとき、ビスマス置換磁性
ガーネット単結晶膜の空間配置・組合せは、[111] 軸が
膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビ
スマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線
と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネ
ット単結晶膜とを用いて、単結晶膜表面の磁区模様と磁
区幅に応じた構成をとる限り、特に制限はない。また、
ここに言う [111]軸が膜法線に対して1度乃至60度の
範囲内で傾いているビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜は、複数枚の [111]軸が膜法線に対して1度乃至6
0度の範囲内で傾いているビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜を積層させたもの、または、非磁性ガーネッ
ト基板の両面に育成された3層構造の [111]軸が膜法線
に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス
置換磁性ガーネット単結晶、或いは、 [111]軸が膜法
線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜と非磁性ガーネット基板
の両面に育成された3層構造の [111]軸が膜法線に対し
て1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス置換磁
性ガーネット単結晶とを適宜に積層させたものであって
もよい。In carrying out the present invention, the spatial arrangement and combination of bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films are such that the [111] axis is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. Using a garnet single crystal film and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis substantially coincides with the film normal, a structure according to the magnetic domain pattern and domain width of the single crystal film surface There is no particular limitation as long as Also,
In the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal, a plurality of [111] axes are 1 with respect to the film normal. Degree to 6
A stack of bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films tilted in the range of 0 degree, or the [111] axis of a three-layer structure grown on both surfaces of a non-magnetic garnet substrate has a 1 with respect to the film normal. Bismuth-substituted magnetic garnet single crystal tilted in the range of 60 to 60 degrees, or bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis is tilted in the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. And a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal in which the [111] axis of the three-layer structure grown on both sides of the non-magnetic garnet substrate is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. It may be
【0038】更にまた、ここに言う [111]軸が膜法線と
実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネッ
ト単結晶膜は、複数枚の [111]軸が膜法線と実質的に
一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜を積層させたもの、または、非磁性ガーネット基板
の両面に育成された3層構造の[111] 軸が膜法線と実質
的に一致しているビスマス置換磁性ガーネット単結晶、
或いは、 [111]軸が膜法線と実質的に一致している
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と非磁性ガ
ーネット基板の両面に育成された3層構造の[111] 軸が
膜法線と実質的に一致しているビスマス置換磁性ガーネ
ット単結晶とを適宜に積層させたものであってもよい。Furthermore, in the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis is substantially coincident with the film normal, the plural [111] axes are substantially the film normal. Which are identical to each other, the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film is laminated, or the [111] axis of the three-layer structure grown on both sides of the non-magnetic garnet substrate is substantially the same as the film normal. Bismuth-substituted magnetic garnet single crystal,
Alternatively, the [111] axis is substantially coincident with the membrane normal
The (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal and the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal in which the [111] axis of the three-layer structure grown on both sides of the non-magnetic garnet substrate substantially coincides with the film normal It may be laminated on.
【0039】即ち、表面の磁区模様が直線状を呈したビ
スマス置換磁性ガーネット膜の場合には、直線模様が交
差するように密着させて、或いは、空間を設けて重ねる
〔図8参照〕るのが良い。また、磁区幅が異なるビスマ
ス置換磁性ガーネット同士を密着させて、或いは、空間
を設けて重ねてもよい。しかし、磁区幅が同じで、しか
も表面の磁区模様がメイズパターンであるビスマス置換
磁性ガーネット膜の場合には、密着させると磁区が重な
ってしまうので、当該材料の特性に応じて、適宜の距
離、更に具体的に言えば、大凡 400μm だけ離して配置
する必要がある。このようにして構成すれば、光磁界セ
ンサによる磁界の検出において要求される光信号強度の
差ΔPとして、少なくとも 2dB以上〔特願平4-90976 〕
を達成することができる。That is, in the case of a bismuth-substituted magnetic garnet film whose surface has a linear magnetic domain pattern, the bismuth-substituted magnetic garnet films are closely attached so that the linear patterns intersect with each other, or they are stacked with a space (see FIG. 8). Is good. Further, bismuth-substituted magnetic garnets having different magnetic domain widths may be closely attached to each other, or a space may be provided to overlap each other. However, in the case of a bismuth-substituted magnetic garnet film in which the magnetic domain width is the same and the surface magnetic domain pattern is a maize pattern, the magnetic domains will overlap when they are brought into close contact with each other.Accordingly, depending on the characteristics of the material, an appropriate distance, More specifically, they need to be separated by about 400 μm. According to this structure, the difference ΔP in optical signal intensity required for detecting the magnetic field by the optical magnetic field sensor is at least 2 dB or more [Japanese Patent Application No. 4-90976].
Can be achieved.
【0040】本発明を実施するとき、ビスマス置換磁性
ガーネット単結晶膜の光路に対する傾き角には、特に制
限はない。ビスマス置換磁性ガーネット単結晶表面の反
射による影響が大きい場合には、反射光が光入出力路に
直接戻らないようにするために、ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶を適宜に傾けて配置するのが好ましい。ビ
スマス置換磁性ガーネット単結晶に反射防止膜が施され
ていて、表面の反射が十分に抑制されている場合には、
組立・調整作業の観点から、光路に対してほぼ垂直に近
い状態で配置するのが簡便で好ましい。In carrying out the present invention, the tilt angle of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film with respect to the optical path is not particularly limited. When the influence of the surface of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal is large, it is preferable that the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal is appropriately tilted so that the reflected light does not return directly to the light input / output path. . When the antireflection film is applied to the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal and the surface reflection is sufficiently suppressed,
From the viewpoint of assembling / adjusting work, it is convenient and preferable to dispose them in a state of being almost vertical to the optical path.
【0041】本発明を実施するとき、偏光子は、特に特
殊なものである必要はなく、通常一般に市販されている
ものの中から、所望によって、適宜に選んで用いれば良
い。しかし、厚さが薄く、消光比が高いと言った点で、
特に、二色性偏光子が好適である。In carrying out the present invention, the polarizer does not have to be a special one and may be appropriately selected and used from those generally commercially available. However, in terms of thin thickness and high extinction ratio,
In particular, a dichroic polarizer is suitable.
【0042】本発明を実施するとき、反射膜には、特に
制限はない。通常一般に市販されているガラス等に金属
を蒸着した金属薄膜鏡・ミラー、または、ビスマス置換
磁性ガーネット薄膜、或いは、非磁性基板の表面に金、
或いは、アルミニウム等を蒸着した金属薄膜ミラー、若
しくは、SiO2や TiO2 等の金属酸化物の多層膜からなる
誘電体多層膜ミラーの中から所望によって適宜に選べば
良い。When carrying out the present invention, the reflective film is not particularly limited. Generally, metal thin film mirrors / mirrors that are metal-deposited on commercially available glass, bismuth-substituted magnetic garnet thin film, or gold on the surface of a non-magnetic substrate,
Alternatively, it may be appropriately selected as desired from among a metal thin film mirror in which aluminum or the like is vapor-deposited, or a dielectric multilayer film mirror formed of a multilayer film of a metal oxide such as SiO 2 or TiO 2 .
【0043】本発明を実施するとき、光入出力路は、特
に特殊なものである必要はなく、通常一般に市販されて
いる光ファイバや、或いは、ガラスや高分子フィルム母
材内にパターニングされている光導波路、および、空中
伝搬路などの中から所望によって適宜に選べば良い。通
常一般には、その量産性や小型化の観点から、特に、光
ファイバを選ぶのが好ましい。When the present invention is carried out, the optical input / output path does not need to be special, and is usually patterned on a commercially available optical fiber or glass or polymer film base material. It may be appropriately selected from the existing optical waveguides, air propagation paths, and the like as desired. Generally, from the viewpoint of mass productivity and downsizing, it is generally preferable to select an optical fiber.
【0044】光入出力路を光ファイバで形成するとき、
使用する光ファイバの種類等には、特に制限はない。し
かし、ここに使用する光ファイバのコア直径を 50 μm
以下に選ぶと、ビスマス置換磁性ガーネットの磁区幅の
影響が現れて感度が不安定になったり、或いは、光の結
合効率が低下することがある。従って、通常一般的に
は、市販のコア径 50 μm 以上の光ファイバの中から適
宜に選択すれば、十分にその目的を達成することができ
る。When the optical input / output path is formed by an optical fiber,
There are no particular restrictions on the type of optical fiber used. However, the core diameter of the optical fiber used here is 50 μm.
If selected below, the effect of the magnetic domain width of the bismuth-substituted magnetic garnet may appear and the sensitivity may become unstable, or the light coupling efficiency may decrease. Therefore, generally, the purpose can be sufficiently achieved by appropriately selecting from commercially available optical fibers having a core diameter of 50 μm or more.
【0045】本発明を実施するとき、本願発明の反射型
光磁界センサヘッドと光源、および、光検出器との結合
は、図1に示したハーフミラーを使用する方法、およ
び、或いは、図7に例示したような光導波路や光カプラ
等の信号光の分岐器を使用する方法によってなされる。
図7において、符号24は、半導体レーザ等からなる光源
を、符号25と符号28と符号29は、光ファイバを、符号26
は、ガラス、或いは、高分子上に形成された光導波路
を、符号27は、偏光子と複数のビスマス置換磁性ガーネ
ットと反射膜からなる光磁界センサヘッドを、符号30
は、光検出器(パワーメータ)を意味している。なお、
所望によっては、図7に図示した光ファイバの全て、或
いは、その一部を省略して、換言すれば、光ファイバを
使用することなく、例えば、光導波路に反射型光磁界セ
ンサヘッドを、直接接続しても良い。When the present invention is carried out, the reflection type optical magnetic field sensor head of the present invention is coupled to the light source and the photodetector by using the half mirror shown in FIG. 1 and / or FIG. The method is performed by using a signal light branching device such as an optical waveguide or an optical coupler as illustrated in FIG.
In FIG. 7, reference numeral 24 is a light source including a semiconductor laser, reference numerals 25, 28 and 29 are optical fibers, and reference numeral 26 is an optical fiber.
Reference numeral 27 denotes an optical waveguide formed on glass or a polymer, reference numeral 27 denotes an optical magnetic field sensor head including a polarizer, a plurality of bismuth-substituted magnetic garnets, and a reflective film, reference numeral 30.
Means a photodetector (power meter). In addition,
If desired, all or part of the optical fiber shown in FIG. 7 may be omitted, in other words, without using the optical fiber, for example, a reflective optical magnetic field sensor head may be directly attached to the optical waveguide. You may connect.
【0046】光磁界測定装置の光源の波長は、ファラデ
ー回転子の感度、光透過率、光源の性能と価格、およ
び、検知器の感度などを総合的に考慮して選択される。
本発明を実施するとき、光源の波長は、 ・ビスマス置換磁性ガーネットには、ウインドと呼ばれ
る光吸収係数の比較的小さい領域がある ・ビスマス置換希土類磁性ガーネットのファラデー回転
係数が大きい ・ビスマス置換磁性ガーネットの膜厚が 30 乃至 100μ
m で製造が容易である ・高出力の短波長半導体レーザや発光ダイオードが安価
に市販されている ・光検出器の感度が高く、しかも、安価に入手できる などの理由によって、波長 780nm乃至 850nmの近赤外光
を選ぶのが好ましい。また、次善の策として、光ファイ
バ通信で実用化されている 1300nm と 1550nm の波長
帯、または、YAG レーザが使用可能な 1060nm の波長帯
の光を選ぶことも可能である。しかし、光源の波長が、
上記の範囲を逸脱すると、光吸収が大きくなったり、或
いは、ビスマス置換磁性ガーネットのファラデー回転係
数が小さくなるなどの障害が現れるため、信号光の検出
が困難になったり、ファラデー回転子の膜厚を厚くしな
ければならなくなるなどの種々の問題点が生じるので好
ましくない。The wavelength of the light source of the optical magnetic field measuring device is selected in consideration of the sensitivity of the Faraday rotator, the light transmittance, the performance and cost of the light source, the sensitivity of the detector, and the like.
When the present invention is carried out, the wavelength of the light source is: -The bismuth-substituted magnetic garnet has a region called a window having a relatively small light absorption coefficient-The bismuth-substituted rare earth magnetic garnet has a large Faraday rotation coefficient-Bismuth-substituted magnetic garnet Film thickness of 30 to 100μ
It is easy to manufacture at m.-High-power short-wavelength semiconductor lasers and light-emitting diodes are available on the market at a low price.-Because of the high sensitivity of the photodetector and the availability at low cost, the wavelength range of 780 nm to 850 nm is used. It is preferable to select near infrared light. In addition, as a suboptimal measure, it is possible to select light in the wavelength bands of 1300 nm and 1550 nm, which are practically used in optical fiber communication, or in the wavelength band of 1060 nm, which can be used by YAG lasers. However, if the wavelength of the light source is
If the value deviates from the above range, there will be problems such as large optical absorption or a small Faraday rotation coefficient of the bismuth-substituted magnetic garnet, which makes it difficult to detect signal light and the film thickness of the Faraday rotator. This is not preferable because it causes various problems such as the need to increase the thickness.
【0047】以下、本発明を代表的な実施例によって、
その実施態様と効果を具体的に、かつ詳細に説明する
が、以下の例は、具体的に説明するためのものであっ
て、本発明の実施態様や発明の範囲を限定するものとし
ては意図されていない。Hereinafter, the present invention will be described with reference to typical examples.
The embodiments and effects thereof will be described specifically and in detail, but the following examples are for the purpose of specifically describing the embodiments and are not intended to limit the embodiments of the present invention or the scope of the invention. It has not been.
【0048】[0048]
実施例1 常法に従って、チョクラルスキー法によって製造された
1インチの (111)ガーネット単結晶[(GdCa)3(GaMgZr)5
O12 、インゴット]〔格子定数 12.498 ± 0.002Å〕を
[112]軸方向に5度傾けて裁断して、[111] 軸が法線に
対して5度傾いている厚さ 490〜510 μm の単結晶育成
用基板[a1]を得た。同様にして [111]軸が法線と実質的
に一致している厚さ 480〜500 μm の単結晶育成用基板
[b] を得た。容量 500mlの白金製ルツボに、酸化鉛[Pb
O 、4N]843g、酸化ビスマス[Bi2O 3 、4N]978g、酸化
第2鉄[Fe2O3 、4N]128g、酸化ほう素[B2O3、5N]38
g 、酸化テルビウム[Tb4O7 、3N]4.0g、および、酸化
ホルミウム[Ho2O3 、3N]9.0gを仕込んだ。これを精密
縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に加熱し
て溶融し、十分に攪拌して均一に混合させたのち、融液
温度 768℃にまで冷却してビスマス置換磁性ガーネット
単結晶育成用融液を得た。次いで、常法に従って、ここ
に得られた融液中に、単結晶育成用基板[a1]、および、
基板[b] を浸漬させて、融液温度を 768℃に維持しなが
ら 0.5時間のエピタキシャル成長を行ない、単結晶育成
用基板の両面に [111]軸が膜法線に対して5度傾いてい
る Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12単結晶膜を有する Ho1.1Tb
0.6Bi1.3Fe5O 12単結晶〔以下、HoTbBiIG単結晶[A1]と略
称する〕、および、[111] 軸が膜法線と実質的に一致し
ている Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12単結晶膜を有する Ho1.1
Tb0.6Bi1.3Fe5O12単結晶〔以下、HoTbBiIG単結晶[B1]と
略称する〕とを得た。ここに得られた HoTbBiIG 単結晶
[A1]は、片面12μm 、両面の厚さが 24 μmで、磁化を
飽和させた状態でのファラデー回転角θF は、波長 786
nmで 22.2 度であり、飽和磁界は 1000 Oeであった。ま
た、ここに得られた HoTbBiIG 単結晶[B1]は、片面13μ
m 、両面の厚さが 26 μm で、磁化を飽和させた状態で
のファラデー回転角θF は、波長 786nmで 23.1 度であ
り、飽和磁界は 1000 Oeであった。 Example 1 Manufactured by the Czochralski method according to a conventional method
1 inch (111) garnet single crystal [(GdCa)3(GaMgZr)Five
O12, Ingot] [lattice constant 12.498 ± 0.002Å]
Tilt it 5 degrees in the [112] axis and cut it so that the [111] axis is normal.
Growth of a single crystal with a thickness of 490-510 μm tilted 5 degrees
Substrate [a1I got Similarly, the [111] axis is substantially the normal
Substrate for growing single crystal with a thickness of 480-500 μm
I got [b]. Platinum oxide [Pb
O, 4N] 843g, Bismuth oxide [Bi2O 3, 4N] 978g, oxidized
Ferric iron [Fe2O3, 4N] 128g, boron oxide [B2O3, 5N] 38
g, terbium oxide [TbFourO7, 3N] 4.0g and oxidation
Holmium [Ho2O3, 3N] 9.0g was charged. Precision this
Installed in a predetermined position in a vertical tubular electric furnace and heated to 1000 ° C.
Melt, mix well, mix evenly, then melt
Bismuth-substituted magnetic garnet cooled to 768 ℃
A melt for growing a single crystal was obtained. Then, according to the usual method,
Substrate for single crystal growth [a1],and,
Immerse the substrate [b] and keep the melt temperature at 768 ° C.
Epitaxial growth for 0.5 hours to grow a single crystal
[111] axis is tilted 5 degrees to the film normal on both sides of the substrate
Ru Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Ho with single crystal film1.1Tb
0.6Bi1.3FeFiveO 12Single crystal [hereinafter, HoTbBiIG single crystal [A1] Stands for
And the [111] axis is substantially coincident with the film normal.
Ho1.1Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Ho with single crystal film1.1
Tb0.6Bi1.3FeFiveO12Single crystal [hereinafter, HoTbBiIG single crystal [B1]When
Abbreviated]. HoTbBiIG single crystal obtained here
[A1] Is 12 μm on one side and 24 μm on both sides.
Faraday rotation angle θ when saturatedFIs the wavelength 786
It was 22.2 degrees in nm and the saturation magnetic field was 1000 Oe. Well
Also, the HoTbBiIG single crystal obtained here [B1] Is 13μ on one side
m, the thickness of both sides is 26 μm, and the magnetization is saturated.
Faraday rotation angle θFIs 23.1 degrees at a wavelength of 786 nm.
The saturation magnetic field was 1000 Oe.
【0049】ここに得られた HoTbBiIG 単結晶[A1]の一
方の HoTbBiIG 単結晶表面に、蒸着法によりアルミニウ
ムを蒸着させて反射膜、即ち、ミラーを形成させたの
ち、他方の HoTbBiIG 単結晶表面に、常法により、反射
防止膜を施したのち、所定の大きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕
に裁断して HoTbBiIG 単結晶[A1]−反射膜ブロックを得
た。次いで、HoTbBiIG単結晶[B1]の HoTbBiIG 単結晶膜
の両面に、常法により、反射防止膜を施したのち、所定
の大きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕に裁断して HoTbBiIG単結
晶[B1]片を得た。On one HoTbBiIG single crystal surface of the HoTbBiIG single crystal [A 1 ] obtained here, aluminum was vapor-deposited by a vapor deposition method to form a reflection film, that is, a mirror, and then the other HoTbBiIG single crystal surface. Then, after applying an anti-reflection film by the usual method, the specified size [2.5 mm × 2.5 mm]
It was cut into pieces to obtain a HoTbBiIG single crystal [A 1 ] -reflection film block. Then, on both sides of the HoTbBiIG single crystal film of HoTbBiIG single crystal [B 1 ], by an ordinary method, after applying an antireflection film, it is cut into a predetermined size [2.5 mm × 2.5 mm] HoTbBiIG single crystal [B 1 1 ] I got a piece.
【0050】引き続いて、ここに得られた HoTbBiIG 単
結晶[B1]片を HoTbBiIG 単結晶[A1]−反射膜ブロックの
HoTbBiIG 単結晶膜面に密着させて、市販の光学用接着
剤を用いて固定して接合させて、ファラデー回転子−反
射膜ブロックを得た。Subsequently, the obtained HoTbBiIG single crystal [B 1 ] piece was converted into a HoTbBiIG single crystal [A 1 ] -reflection film block.
The Faraday rotator-reflection film block was obtained by closely contacting with the HoTbBiIG single crystal film surface and fixing and bonding with a commercially available optical adhesive.
【0051】ここに得られたファラデー回転子−反射膜
ブロックの中から、無作為に5個を選び出して、その H
oTbBiIG 単結晶[B1]膜の表面に、反射防止膜を施した偏
光子〔コーニング社製、商品名ポーラコア〕を取り付け
て、エポキシ系接着剤で固定して接合させて、偏光子−
ファラデー回転子[A1-B1] −反射膜ブロックを得た。こ
こに得られた偏光子−ファラデー回転子−反射膜ブロッ
クに、光入出力路としてコア径 400μm のポリマクラッ
ド光ファイバを取り付けて光磁界センサヘッドを得た。From the Faraday rotator-reflecting film block obtained here, five were randomly selected and the H
oTbBiIG single crystal [B 1 ] film surface is attached with an antireflection film polarizer [Corning Co., trade name POLACORE], fixed with an epoxy-based adhesive to bond, polarizer-
A Faraday rotator [A 1 -B 1 ] -reflection film block was obtained. An optical magnetic field sensor head was obtained by attaching a polymer clad optical fiber having a core diameter of 400 μm as an optical input / output path to the obtained polarizer / Faraday rotator / reflection film block.
【0052】ここに得られた光磁界センサヘッドを反射
型光磁界センサ〔図1参照〕の光磁界センサヘッド端子
に取り付けた。光磁界センサヘッドの先端部を磁界印加
装置〔マグネテイック社製、MAGNET〕の所定の位置に設
置した。光磁界センサヘッドの磁界の印加状態を種々に
変化させながら、光源〔半導体レーザ、シャープ社製、
商品名半導体レーザ、LT024MD/PD型〕から波長 0.786μ
m の信号光を出射して、レンズ、ハーフミラー、光入出
力路〔コア径 400μm の光ファイバ〕を介して、上記の
光磁界センサヘッドに信号光を入射させた。そして、光
磁界センサヘッドで反射して、再び、光ファイバから出
射された光信号の一部をハーフミラーで反射させて光検
出器〔安藤電気社製、商品名パワーメータ、AQ-1111
型〕に導き、ここに到達した信号光の光強度を測定し
た。その結果、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oe
の磁界を印加したときに、ファラデー回転子は磁気的に
飽和した。また、ファラデー回転子に磁界を印加しない
状態と、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oe の磁界
を印加した状態との光強度差は 2.5dB乃至 2.6dB(平均
値 2.5dB)であった。The optical magnetic field sensor head obtained here was attached to the optical magnetic field sensor head terminal of the reflection type optical magnetic field sensor [see FIG. 1]. The tip of the optical magnetic field sensor head was set at a predetermined position of a magnetic field applying device [MAGNET, manufactured by Magnetic Co., Ltd.]. The light source [semiconductor laser, manufactured by Sharp,
Product name Laser diode, LT024MD / PD type] wavelength 0.786μ
The signal light of m 2 was emitted, and the signal light was made incident on the above-mentioned optical magnetic field sensor head through a lens, a half mirror, and an optical input / output path [optical fiber having a core diameter of 400 μm]. Then, it is reflected by the optical magnetic field sensor head, and again, a part of the optical signal emitted from the optical fiber is reflected by a half mirror to detect a photodetector (manufactured by Ando Electric Co., Ltd., power meter, AQ-1111).
Mold], and the light intensity of the signal light that reached here was measured. As a result, the Faraday rotator has a magnetic field strength of 1000 Oe.
The Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field of 1 was applied. The difference in light intensity between the state in which no magnetic field was applied to the Faraday rotator and the state in which a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator was 2.5 dB to 2.6 dB (average value 2.5 dB).
【0053】実施例2 実施例1において、単結晶育成用基板[a1]の片面を単結
晶育成用融液の表面に接触させて 1.0時間のエピタキシ
ャル成長を行った以外は、全て実施例1と同様に処理し
て、単結晶育成用基板[a1]の片面に Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe
5O12単結晶膜を有する Ho1.1Tb0.6Bi1.3Fe5O12単結晶
〔以下、HoTbBiIG単結晶[A2]と略称する〕を得た。ここ
に得られた HoTbBiIG 単結晶[A2]の膜厚は 23 μm であ
った。また、磁化を飽和させた状態でのファラデー回転
角θF は、波長 786nmで 21.7 度であった。ここに得ら
れた HoTbBiIG 単結晶[A2]の基板[a1]の表面に、蒸着法
によりアルミニウムを蒸着させて反射膜、即ち、ミラー
を形成させたのち、常法に従って、HoTbBiIG 単結晶
[A2]の表面に反射防止膜を施したのち、所定の大きさ
〔 2.5mm×2.5mm 〕に裁断して HoTbBiIG 単結晶[A2]−
反射膜ブロックを得た。Example 2 Example 1 was the same as Example 1 except that one side of the single crystal growth substrate [a 1 ] was brought into contact with the surface of the single crystal growth melt to carry out epitaxial growth for 1.0 hour. By the same treatment, Ho 1.1 Tb 0.6 Bi 1.3 Fe is formed on one surface of the single crystal growth substrate [a 1 ].
A Ho 1.1 Tb 0.6 Bi 1.3 Fe 5 O 12 single crystal [hereinafter abbreviated as HoTbBiIG single crystal [A 2 ]] having a 5 O 12 single crystal film was obtained. The film thickness of the HoTbBiIG single crystal [A 2 ] obtained here was 23 μm. The Faraday rotation angle θ F in the state where the magnetization was saturated was 21.7 degrees at the wavelength of 786 nm. On the surface of the substrate [a 1 ] of the HoTbBiIG single crystal [A 2 ] obtained here, aluminum was vapor-deposited by a vapor deposition method to form a reflection film, that is, a mirror, and then the HoTbBiIG single crystal was formed by a conventional method.
After applying an antireflection film on the surface of [A 2 ], it is cut into a predetermined size [2.5 mm × 2.5 mm] and HoTbBiIG single crystal [A 2 ]-
A reflective film block was obtained.
【0054】ここに得られた HoTbBiIG 単結晶[A2]−反
射膜ブロックの中から、無作為に5個を選び出して、実
施例1で得た HoTbBiIG 単結晶[B1]片を HoTbBiIG 単結
晶[A 2]−反射膜ブロックの HoTbBiIG 単結晶[A2]膜面に
密着させて、市販の光学用接着剤を用いて固定して接合
させた。次いで、HoTbBiIG単結晶[B1]膜の表面に、反射
防止膜を施した偏光子〔コーニング社製、商品名ポーラ
コア〕を取り付けて、エポキシ系接着剤で固定して接合
させて偏光子−ファラデー回転子[A2-B1] −反射膜ブロ
ックを得た。ここに得られた偏光子−ファラデー回転子
−反射膜ブロックに、光入出力路としてコア径 400μm
のポリマクラッド光ファイバを取り付けて光磁界センサ
ヘッドを得た。HoTbBiIG single crystal obtained here [A2] -Anti
From the film block, randomly select 5 blocks and
HoTbBiIG single crystal obtained in Example 1 [B1] Piece is HoTbBiIG single bond
Crystal [A 2] -Reflective film block HoTbBiIG single crystal [A2] On the membrane surface
Adhere closely and fix with a commercially available optical adhesive to join
Let Next, HoTbBiIG single crystal [B1] Reflection on the surface of the film
Polarizer coated with an anti-reflection film
Core] and attach and fix with epoxy adhesive
Let the Polarizer-Faraday rotator [A2-B1] -Reflective film block
I got a hook. Polarizer obtained here-Faraday rotator
− A core diameter of 400 μm as an optical input / output path in the reflective film block
Optical field sensor with attached polymer clad optical fiber
Got the head.
【0055】ここに得られた光磁界センサヘッドを実施
例1で使用した試験装置の光磁界センサヘッド端子に取
り付けて、実施例1と同様にして評価試験を行った。そ
の結果、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oe の磁界
を印加したときに、ファラデー回転子は磁気的に飽和し
た。また、ファラデー回転子に磁界を印加しない状態
と、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oe の磁界を印
加した状態との光強度差は 2.8dB乃至 3.0dB(平均値
2.9dB)であった。The optical magnetic field sensor head obtained here was attached to the optical magnetic field sensor head terminal of the test apparatus used in Example 1, and an evaluation test was conducted in the same manner as in Example 1. As a result, when a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator, the Faraday rotator was magnetically saturated. Also, the light intensity difference between the state in which no magnetic field is applied to the Faraday rotator and the state in which a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe is applied to the Faraday rotator is 2.8 dB to 3.0 dB (average value).
It was 2.9 dB).
【0056】実施例3 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に3度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して3度傾むいた単結晶育成用基板
[a3]を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁界
センサヘッドを製作し、実施例1と同様にして評価試験
を行った。その結果、ファラデー回転子[A3-B1] に磁界
強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー回
転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に磁
界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度 1
000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 2.2dB乃
至 2.5dB(平均値 2.3dB)であった。Example 3 In Example 1, in cutting the single crystal growth substrate,
Obtained by cutting the ingot by tilting it 3 degrees in the [112] axis direction
Substrate for growing single crystal in which the [111] axis is tilted 3 degrees with respect to the normal line
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that [a 3 ] was used, and an evaluation test was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 3 -B 1 ]. In addition, when the magnetic field is not applied to the Faraday rotator, the magnetic field strength 1
The difference in light intensity from the state in which a magnetic field of 000 Oe was applied was 2.2 dB to 2.5 dB (average value 2.3 dB).
【0057】実施例4 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に10度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して10度傾むいた単結晶育成用基
板[a4]を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例1と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A4-B1] に磁
界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー
回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に
磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度
1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 2.8dB
乃至 3.3dB(平均値 3.0dB)であった。Example 4 In Example 1, in cutting the single crystal growth substrate,
Obtained by cutting the ingot by tilting it by 10 degrees in the [112] axis direction
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the single crystal growth substrate [a 4 ] whose [111] axis was tilted by 10 degrees with respect to the normal was used. An evaluation test was conducted in the same manner. As a result, when a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 4 -B 1 ], the Faraday rotator was magnetically saturated. In addition, when the magnetic field is not applied to the Faraday rotator,
2.8 dB difference in light intensity when a magnetic field of 1000 Oe is applied
It was 3.3 dB (average value 3.0 dB).
【0058】実施例5 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に20度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して20度傾むいた単結晶育成用基
板[a5]を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例1と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A5-B1] に磁
界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー
回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に
磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度
1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 3.0dB
乃至 3.4dB(平均値 3.2dB)であった。Example 5 In Example 1, in cutting the single crystal growth substrate,
Obtained by cutting the ingot by tilting it by 20 degrees in the [112] axis direction
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the single crystal growth substrate [a 5 ] whose [111] axis was tilted at 20 degrees with respect to the normal was used. An evaluation test was conducted in the same manner. As a result, the Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 5 -B 1 ]. In addition, when the magnetic field is not applied to the Faraday rotator,
The light intensity difference from the state where a magnetic field of 1000 Oe is applied is 3.0 dB.
To 3.4 dB (average value 3.2 dB).
【0059】実施例6 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に40度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して40度傾むいた単結晶育成用基
板[a6]を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例1と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A6-B1] に磁
界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー
回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に
磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度
1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 3.6dB
乃至 4.1dB(平均値 3.8dB)であった。Example 6 In Example 1, in cutting the single crystal growth substrate,
Obtained by cutting the ingot by tilting it by 40 degrees in the [112] axis direction
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the single crystal growth substrate [a 6 ] in which the [111] axis was tilted 40 degrees with respect to the normal was used. An evaluation test was conducted in the same manner. As a result, the Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 6 -B 1 ]. In addition, when the magnetic field is not applied to the Faraday rotator,
The difference in light intensity from the state where a magnetic field of 1000 Oe is applied is 3.6 dB.
To 4.1 dB (average value 3.8 dB).
【0060】実施例7 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に60度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して60度傾むいた単結晶育成用基
板[a7]を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例1と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A7-B1] に磁
界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー
回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に
磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度
1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 3.3dB
乃至 3.5dB(平均値 3.4dB)であった。Example 7 In Example 1, in cutting the single crystal growth substrate,
Obtained by cutting the ingot by tilting it by 60 degrees in the [112] axis direction
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the single crystal growth substrate [a 7 ] whose [111] axis was tilted at 60 degrees with respect to the normal was used. An evaluation test was conducted in the same manner. As a result, the Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 7 -B 1 ]. In addition, when the magnetic field is not applied to the Faraday rotator,
3.3 dB difference in light intensity from the state where a magnetic field of 1000 Oe was applied
To 3.5 dB (average value 3.4 dB).
【0061】実施例8 容量 500mlの白金製ルツボに、酸化鉛[PbO 、4N]843
g、酸化ビスマス[Bi2O3、4N]978g、酸化第2鉄[Fe2O
3 、4N]120g、酸化ガリウム[Ga2O3 、4N]4.5g、酸化
ほう素[B2O3、5N]38g 、酸化ガドリニウム[Gd2O3 、
3N]6.5g、および、酸化イットリウム[Y2O3、3N]4.0g
を仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置に
設置し、1000℃に加熱して溶融し、十分に撹拌して均一
に混合させたのち、融液温度 773℃にまで冷却してビス
マス置換磁性ガーネット単結晶育成用融液とした。次い
で、常法に従って、ここに得られた融液に、実施例1で
得た単結晶育成用基板[b] を浸漬し、融液温度を 773℃
に維持しながら 0.7時間のエピタキシャル成長を行な
い、単結晶育成用基板[b] の両面に Y0.9Gd0.9Bi1.2Fe4
.8Ga0.2O12単結晶[YGdBiGaIG 単結晶]膜を有する Y
0.9Gd0.9Bi1.2Fe4.8Ga0.2O 12単結晶〔以下、YGdBiGaIG
単結晶[B2]と略称する〕膜を得た。ここに得られた YGd
BiGaIG単結晶[B2]は、片面16μm 、両面の厚さが 32 μ
mで、磁化を飽和させた状態でのファラデー回転角θF
は、波長 786nmで 24.4 度であった。また、飽和磁界は
600 Oe であった。次いで、常法に従って、YGdBiGaIG
単結晶[B2]の両面に反射防止膜を施したのち、所定の大
きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕に裁断して YGdBiGaIG単結晶[B
2]片を得た。Example 8 Platinum oxide [PbO 4N] 843 was placed in a platinum crucible having a capacity of 500 ml.
g, bismuth oxide [Bi2O3, 4N] 978g, ferric oxide [Fe2O
3 , 4N] 120 g, gallium oxide [Ga2O3 , 4N] 4.5 g, oxidized
Boron [B2O3, 5N] 38g, Gadolinium oxide [Gd2O3 ,
3N] 6.5 g and yttrium oxide [Y2O3, 3N] 4.0g
Was charged. Place this in place on the precision vertical tubular electric furnace.
Install, heat to 1000 ℃ to melt, stir well and homogenize
And melt to a melt temperature of 773 ° C.
It was used as a melt for growing a mass-substituted magnetic garnet single crystal. Next
Then, according to a conventional method, the melt obtained in
The obtained single crystal growth substrate [b] is immersed and the melt temperature is 773 ° C.
Epitaxial growth for 0.7 hours while maintaining
Y on both sides of the single crystal growth substrate [b]0.9Gd0.9Bi1.2FeFour
.8Ga0.2O12Y with single crystal [YGdBiGaIG single crystal] film
0.9Gd0.9Bi1.2Fe4.8Ga0.2O 12Single crystal (hereinafter, YGdBiGaIG
Single crystal [B2]]] A film was obtained. YGd obtained here
BiGaIG single crystal [B2] Is 16 μm on one side and 32 μ on both sides
Faraday rotation angle θ when the magnetization is saturated at mF
Was 24.4 degrees at a wavelength of 786 nm. Also, the saturation magnetic field is
It was 600 Oe. Then, according to the conventional method, YGdBiGaIG
Single crystal [B2] After applying anti-reflection film on both sides,
YGdBiGaIG single crystal [B
2I got a piece
【0062】ここに得られた YGdBiGaIG単結晶[B2]片の
中から、無作為に5個を選び出して、実施例1で得た H
oTbBiIG 単結晶[A1]−反射膜ブロックの HoTbBiIG 単結
晶膜面に密着させて、市販の光学用接着剤を用いて固定
して接合させた。次いで、YGdBiGaIG 単結晶[B2]膜の表
面に、反射防止膜を施した偏光子〔コーニング社製、商
品名ポーラコア〕を取り付けて、エポキシ系接着剤で固
定して接合させて、偏光子−ファラデー回転子[A1-B2]
−反射膜ブロックを得た。ここに得られた偏光子−ファ
ラデー回転子−反射膜ブロックに、光入出力路としてコ
ア径 400μm のポリマクラッド光ファイバを取り付けて
光磁界センサヘッドを得た。From the YGdBiGaIG single crystal [B 2 ] pieces obtained here, five pieces were randomly selected, and H obtained in Example 1 was selected.
The oTbBiIG single crystal [A 1 ] -reflection film block was closely adhered to the HoTbBiIG single crystal film surface, and fixed and bonded using a commercially available optical adhesive. Then, on the surface of the YGdBiGaIG single crystal [B 2 ] film, an antireflection film-provided polarizer [Corning Co., Ltd., trade name POLACORE] was attached, and fixed and bonded with an epoxy adhesive to form a polarizer- Faraday rotator [A 1 -B 2 ]
-A reflective film block is obtained. An optical magnetic field sensor head was obtained by attaching a polymer clad optical fiber having a core diameter of 400 μm as an optical input / output path to the obtained polarizer / Faraday rotator / reflection film block.
【0063】ここに得られた光磁界センサヘッドを、高
分子光導波路で作製された光分岐器〔三菱瓦斯化学社
製、200S-D2 型〕で構成された反射型光磁界センサ〔図
7参照〕の光入出力路〔コア径 200μm の光ファイバ〕
に取り付けた。光磁界センサヘッドの先端部を磁界印加
装置〔マグネテイック社製、MAGNET〕の所定の位置に設
置した。光磁界センサヘッドの磁界の印加状態を種々に
変化させながら、光源から波長0.786μm のレーザ光を
入射させて、光検出器〔安藤電気社製、商品名パワーメ
ータ、AQ-1111 型〕に到達した信号光の光強度を測定し
た。その結果、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの
磁界を印加したときに、ファラデー回転子は磁気的に飽
和した。また、ファラデー回転子に磁界を印加しない状
態と、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの磁界を印
加した状態との光強度差は 3.5dB乃至 3.8dB(平均値
3.7dB)であった。The optical magnetic field sensor head obtained here is a reflection type optical magnetic field sensor constituted by an optical branching device [200S-D2 type manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.] made of a polymer optical waveguide [see FIG. 7]. ] Optical input / output path [optical fiber with a core diameter of 200 μm]
Attached to. The tip of the optical magnetic field sensor head was set at a predetermined position of a magnetic field applying device [MAGNET, manufactured by Magnetic Co., Ltd.]. While varying the magnetic field application state of the optical magnetic field sensor head, a laser beam with a wavelength of 0.786 μm was made incident from the light source to reach the photodetector (manufactured by Ando Electric Co., Ltd., product name Power Meter, AQ-1111 type). The light intensity of the signal light was measured. As a result, when a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator, the Faraday rotator was magnetically saturated. The difference in light intensity between the state in which no magnetic field is applied to the Faraday rotator and the state in which a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe is applied to the Faraday rotator is 3.5 dB to 3.8 dB (average value).
It was 3.7 dB).
【0064】実施例9 実施例8において、実施例1で得た HoTbBiIG)単結晶[A
1]−反射膜ブロックの替わりに実施例3で得た HoTbBiI
G)単結晶[A3]−反射膜ブロックを用いた以外は、全て実
施例8と同様にして評価試験を行った。その結果、ファ
ラデー回転子[A3-B2] に磁界強度 1000 Oeの磁界を印加
したときに、ファラデー回転子は磁気的に飽和した。ま
た、ファラデー回転子に磁界を印加しない状態と、ファ
ラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの磁界を印加した状態
との光強度差は 3.0dB乃至 3.5dB(平均値 3.3dB)であ
った。Example 9 In Example 8, the HoTbBiIG) single crystal obtained in Example 1 [A
1 ] -HoTbBiI obtained in Example 3 instead of the reflective film block
G) single crystal [A 3] - except that a reflective film block, an evaluation test was conducted in the same manner as in Example 8. As a result, when a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 3 -B 2 ], the Faraday rotator was magnetically saturated. The difference in light intensity between the state in which no magnetic field was applied to the Faraday rotator and the state in which a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator was 3.0 dB to 3.5 dB (average value 3.3 dB).
【0065】実施例10 実施例8において、実施例1で得た HoTbBiIG 単結晶[A
1]−反射膜ブロックの替わりに実施例7で得た HoTbBiI
G 単結晶[A7]−反射膜ブロックを用いた以外は、全て実
施例8と同様にして評価試験を行った。その結果、ファ
ラデー回転子[A7-B2] に磁界強度 1000 Oeの磁界を印加
したときに、ファラデー回転子は磁気的に飽和した。ま
た、ファラデー回転子に磁界を印加しない状態と、ファ
ラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの磁界を印加した状態
との光強度差は 2.7dB乃至 3.1dB(平均値 2.8dB)であ
った。Example 10 In Example 8, the HoTbBiIG single crystal obtained in Example 1 [A
1 ] -HoTbBiI obtained in Example 7 instead of the reflective film block
An evaluation test was conducted in the same manner as in Example 8 except that the G single crystal [A 7 ] -reflection film block was used. As a result, the Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 7 -B 2 ]. The light intensity difference between the state where no magnetic field was applied to the Faraday rotator and the state where a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator was 2.7 dB to 3.1 dB (average value 2.8 dB).
【0066】実施例11 先ず、容量 500mlの白金製ルツボに、酸化鉛[PbO 、4
N]843g、酸化ビスマス[Bi2O3 、4N]978g、酸化第2
鉄[Fe2O3 、4N]120g、酸化ガリウム[Ga2O3 、4N]4.
5g、酸化ほう素[B2O3、5N]38g 、酸化ガドリニウム
[Gd2O3 、3N]6.5g、および、酸化イットリウム[Y
2O3、3N]4.0gを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉
の所定の位置に設置し、1000℃に加熱して溶融し、十分
に攪拌して均一に混合させたのち、融液温度 773℃にま
で冷却してビスマス置換磁性ガーネット単結晶育成用融
液とした。次いで、常法に従って、ここに得られた融液
中に、実施例1で得た単結晶育成用基板[a1]を浸漬させ
て、融液温度を 773℃に維持しながら 0.7時間のエピタ
キシャル成長を行ない、単結晶育成用基板の両面に [11
1]軸が膜法線に対して5度傾いている Y0.9Gd0.9Bi1.2F
e4.8Ga0.2O12単結晶膜を有する Y0.9Gd0.9Bi1.2Fe4 .8Ga
0.2O12単結晶〔以下、YGdBiGaIG 単結晶[A8]と略称す
る〕を得た。ここに得られた YGdBiGaIG単結晶[A8]は、
片面15μm 、両面の厚さが 30 μmで、磁化を飽和させ
た状態でのファラデー回転角θF は、波長 786nmで 23.
7 度であり、飽和磁界は 600 Oe であった。Example 11 First, a platinum crucible having a capacity of 500 ml was placed in a lead oxide [PbO 4,
N] 843 g, bismuth oxide [Bi 2 O 3 , 4N] 978 g, second oxide
Iron [Fe 2 O 3 , 4N] 120 g, gallium oxide [Ga 2 O 3 , 4N] 4.
5g, boron oxide [B 2 O 3 , 5N] 38g, gadolinium oxide [Gd 2 O 3 , 3N] 6.5g, and yttrium oxide [Y
2 O 3 , 3N] 4.0 g was charged. This was placed in a predetermined position in a precision vertical tubular electric furnace, heated to 1000 ° C to melt it, stirred well and mixed uniformly, then cooled to a melt temperature of 773 ° C and bismuth-substituted magnetic. The melt was used for growing a garnet single crystal. Then, according to a conventional method, the single crystal growth substrate [a 1 ] obtained in Example 1 was immersed in the melt obtained here, and the epitaxial growth was performed for 0.7 hours while maintaining the melt temperature at 773 ° C. On both sides of the single crystal growth substrate.
1] axis is tilted 5 degrees to the membrane normal Y 0.9 Gd 0.9 Bi 1.2 F
e 4.8 Ga 0.2 O 12 Y has a single-crystal film 0.9 Gd 0.9 Bi 1.2 Fe 4 .8 Ga
A 0.2 O 12 single crystal [hereinafter, abbreviated as YGdBiGaIG single crystal [A 8 ]] was obtained. The YGdBiGaIG single crystal [A 8 ] obtained here is
The Faraday rotation angle θ F when the magnetization is saturated is 15 μm on one side and 30 μm on both sides.
It was 7 degrees and the saturation magnetic field was 600 Oe.
【0067】ここに得られた YGdBiGaIG単結晶[A8]の一
方の YGdBiGaIG単結晶表面に、蒸着法によりアルミニウ
ムを蒸着させて反射膜、即ち、ミラーを形成させたの
ち、他方の YGdBiGaIG単結晶表面に、常法により、反射
防止膜を施したのち、所定の大きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕
に裁断して YGdBiGaIG単結晶[A8]−反射膜ブロックを得
た。ここに得られた YGdBiGaIG単結晶[A8]−反射膜ブロ
ックの中から、無作為に5個を選び出して、実施例8で
得た YGdBiGaIG単結晶[B2]片の YGdBiGaIG単結晶膜面に
密着させて、市販の光学用接着剤を用いて固定して接合
させた。次いで、YGdBiGaIG 単結晶[B2]膜の表面に、反
射防止膜を施した偏光子〔コーニング社製、商品名ポー
ラコア〕を取り付けて、エポキシ系接着剤で固定して接
合させて、偏光子−ファラデー回転子[A8-B2] −反射膜
ブロックを得た。以下、全て実施例8と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例8と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A8-B8] に磁
界強度 600 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー回
転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に磁
界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度 6
00 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 4.5dB乃至
4.6dB(平均値 4.6dB)であった。On one YGdBiGaIG single crystal surface of the YGdBiGaIG single crystal [A 8 ] obtained here, aluminum was vapor-deposited by a vapor deposition method to form a reflection film, that is, a mirror, and then the other YGdBiGaIG single crystal surface. Then, after applying an anti-reflection film by the usual method, the specified size [2.5 mm × 2.5 mm]
It was cut into YGdBiGaIG single crystal [A 8 ] -reflection film block. From the YGdBiGaIG single crystal [A 8 ] -reflecting film blocks obtained here, five were randomly selected and the YGdBiGaIG single crystal [B 2 ] piece obtained in Example 8 was used as the YGdBiGaIG single crystal film surface. They were brought into close contact with each other and fixed and joined using a commercially available optical adhesive. Then, on the surface of the YGdBiGaIG single crystal [B 2 ] film, an antireflection film-provided polarizer [Corning Co., Ltd., trade name POLACORE] was attached, and fixed and bonded with an epoxy adhesive to form a polarizer- Faraday rotator [a 8 -B 2] - was obtained reflective film blocks. Hereinafter, an optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 8 and an evaluation test was performed in the same manner as in Example 8. As a result, when a magnetic field with a magnetic field strength of 600 Oe was applied to the Faraday rotator [A 8 -B 8 ], the Faraday rotator was magnetically saturated. In addition, when the magnetic field is not applied to the Faraday rotator, the magnetic field strength 6
The difference in light intensity from the state in which a magnetic field of 00 Oe is applied is 4.5 dB or more.
It was 4.6 dB (average value 4.6 dB).
【0068】比較例1 実施例1で得られた HoTbBiIG 単結晶[B1]の一方の HoT
bBiIG 単結晶表面に、蒸着法によりアルミニウムを蒸着
させて反射膜、即ち、ミラーを形成させたのち、他方の
HoTbBiIG 単結晶表面に、常法に従って、反射防止膜を
施し、所定の大きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕に裁断して HoT
bBiIG 単結晶[A9]−反射膜ブロックを得た。ここに得ら
れた HoTbBiIG 単結晶[A9]−反射膜ブロックの中から、
無作為に5個を選び出して、実施例1で得た HoTbBiIG
単結晶[B1]片を HoTbBiIG 単結晶[A 9]膜面に密着させ
て、市販の光学用接着剤を用いて固定して接合させた。
次いで、HoTbBiIG単結晶[B1]膜の表面に、反射防止膜を
施した偏光子〔コーニング社製、商品名ポーラコア〕を
取り付けて、エポキシ系接着剤で固定して接合させて、
偏光子−ファラデー回転子[A9-B1] −反射膜ブロックを
得た。ここに得られた偏光子−ファラデー回転子−反射
膜ブロックに、光入出力路としてコア径 400μm のポリ
マクラッド光ファイバを取り付けて光磁界センサヘッド
を得た。次いで、実施例1と同様にして評価試験を行っ
た。その結果、ファラデー回転子[A9-B1] に磁界強度 1
000 Oeの磁界を印加したときに、ファラデー回転子は磁
気的に飽和した。また、ファラデー回転子に磁界を印加
しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの
磁界を印加した状態との光強度差は 1.7dB乃至 2.1dB
(平均値 1.8dB)であった。Comparative Example 1 HoTbBiIG single crystal obtained in Example 1 [B1] One HoT
Aluminum is vapor-deposited on the surface of bBiIG single crystal.
After forming a reflection film, that is, a mirror, the other
An anti-reflection film was formed on the HoTbBiIG single crystal surface by a conventional method.
Then, cut it to a specified size [2.5 mm × 2.5 mm] and HoT
bBiIG single crystal [A9] -A reflective film block was obtained. Got here
HoTbBiIG single crystal [A9] -From the reflective film block,
HoTbBiIG obtained in Example 1 by randomly selecting 5 pieces
Single crystal [B1] Pieces of HoTbBiIG single crystal [A 9] Adhere to the film surface
Then, they were fixed and joined using a commercially available optical adhesive.
Next, HoTbBiIG single crystal [B1] An antireflection film on the surface of the film
The applied polarizer (made by Corning, trade name Polar Core)
Attach, fix with epoxy adhesive and join,
Polarizer-Faraday rotator [A9-B1] -Reflective film block
Obtained. Polarizer obtained here-Faraday rotator-reflection
The membrane block has a core with a core diameter of 400 μm
Optical field sensor head with attached maclad optical fiber
Got Then, an evaluation test is conducted in the same manner as in Example 1.
It was As a result, the Faraday rotator [A9-B1] To magnetic field strength 1
When a magnetic field of 000 Oe is applied, the Faraday rotator
It was saturated. Also, apply a magnetic field to the Faraday rotator.
The magnetic field strength of 1000 Oe to the Faraday rotator.
Light intensity difference from the state where a magnetic field is applied is 1.7 dB to 2.1 dB
(Average value 1.8 dB).
【0069】比較例2 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に1度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して1度傾むいた単結晶育成用基板
[a10] を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光磁
界センサヘッドを制作し、実施例1と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A10-B1]に磁
界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー
回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に
磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度
1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 1.8dB
乃至 2.1dB(平均値 2.0dB)であった。Comparative Example 2 In Example 1, in cutting the single crystal growth substrate,
Obtained by cutting the ingot by tilting it once in the [112] axis direction
Substrate for growing single crystal in which the [111] axis is inclined by 1 degree with respect to the normal line
An optical magnetic field sensor head was produced in the same manner as in Example 1 except that [a 10 ] was used, and an evaluation test was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field having a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 10 -B 1 ]. In addition, when the magnetic field is not applied to the Faraday rotator,
1.8 dB difference in light intensity when a magnetic field of 1000 Oe is applied
It was 2.1 dB (average value 2.0 dB).
【0070】比較例3 実施例1において、単結晶育成用基板の裁断に際して、
インゴットを [112]軸方向に65度傾けて裁断して得た
[111]軸が法線に対して65度傾むいた単結晶育成用基
板[a11] を用いた以外は、全て実施例1と同様にして光
磁界センサヘッドを制作し、実施例1と同様にして評価
試験を行った。その結果、ファラデー回転子[A11-B1]に
磁界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、ファラデ
ー回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子
に磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強
度 1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 3.2
dB乃至 3.5dB(平均値 3.3dB)であった。Comparative Example 3 In Example 1, in cutting the single crystal growth substrate,
Obtained by cutting the ingot by tilting it 65 degrees to the [112] axis
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the single crystal growth substrate [a 11 ] whose [111] axis was inclined by 65 degrees with respect to the normal was used. An evaluation test was conducted in the same manner. As a result, the Faraday rotator was magnetically saturated when a magnetic field having a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 11 -B 1 ]. The difference in light intensity between the state in which no magnetic field is applied to the Faraday rotator and the state in which a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe is applied to the Faraday rotator is 3.2.
dB to 3.5 dB (average value 3.3 dB).
【0071】比較例4 実施例8において、 HoTbBiIG 単結晶[A1]−反射膜ブロ
ックの替わりに比較例2で得た HoTbBiIG 単結晶[A10]
−反射膜ブロックを用いた以外は、全て実施例8と同様
にして光磁界センサヘッドを制作し、実施例1と同様に
して評価試験を行った。その結果、ファラデー回転子[A
10-B2]に磁界強度 1000 Oe の磁界を印加したときに、
ファラデー回転子は磁気的に飽和した。また、ファラデ
ー回転子に磁界を印加しない状態と、ファラデー回転子
に磁界強度 1000 Oe の磁界を印加した状態との光強度
差は 1.8dB乃至 2.1dB(平均値 2.0dB)であった。Comparative Example 4 The HoTbBiIG single crystal [A 1 ] in Example 8 was replaced with the HoTbBiIG single crystal [A 10 ] obtained in Comparative Example 2 instead of the reflective film block.
An optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 8 except that the reflective film block was used, and an evaluation test was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the Faraday rotator [A
When a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe is applied to [ 10 -B 2 ],
The Faraday rotator was magnetically saturated. The difference in light intensity between the state in which no magnetic field was applied to the Faraday rotator and the state in which a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator was 1.8 dB to 2.1 dB (average value 2.0 dB).
【0072】[0072]
【発明の効果】本発明によれば、多磁区構造を有する磁
気光学材料を用いて、小型軽量の反射型光磁界センサヘ
ッドを、工業的に、極めて容易に製造して提供すること
ができる。According to the present invention, a small and lightweight reflective magneto-optical sensor head can be industrially and extremely easily manufactured and provided using a magneto-optical material having a multi-domain structure.
【図1】特公平3−22595号に開示された反射型光
磁界センサの構成を示した模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a reflective optical magnetic field sensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-22595.
【図2】特願平4−90976号に開示した反射型光磁
界センサの構成を示した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a reflective optical magnetic field sensor disclosed in Japanese Patent Application No. 4-90976.
【図3】本発明の反射型光磁界センサヘッドの基本構成
を、具体的に説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for specifically explaining the basic configuration of the reflective optical magnetic field sensor head of the present invention.
【図4】本発明の [111]軸が膜法線に対して傾いている
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸
が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁
性ガーネット単結晶膜とからなるファラデー回転子を、
光入出力路〔光路〕に対して垂直に配置したときの光路
と磁区の位置と磁化方向との関係を示す模式図である。FIG. 4 The [111] axis of the present invention is tilted with respect to the film normal.
A Faraday rotator composed of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis substantially coincides with the film normal is
It is a schematic diagram which shows the relationship between the position of an optical path and a magnetic domain, and a magnetization direction when arrange | positioning perpendicularly with respect to an optical input / output path [optical path].
【図5】[111]軸が膜法線と実質的に一致している (11
1)ビスマス置換磁性ガーネット膜からなるファラデー回
転子を、光入出力路〔光路、光軸〕に対して傾斜させて
配置したときの光路〔光軸〕と法線と磁区の位置と磁化
方向との関係を示す模式図である。FIG. 5: The [111] axis substantially coincides with the membrane normal (11
1) When the Faraday rotator composed of a bismuth-substituted magnetic garnet film is arranged to be inclined with respect to the optical input / output path (optical path, optical axis), the optical path [optical axis], the normal line, the position of the magnetic domain, and the magnetization direction It is a schematic diagram which shows the relationship of.
【図6】[111]軸が膜法線に対して傾いている (111)ビ
スマス置換磁性ガーネット膜からなるファラデー回転子
を、光入出力路〔光路、光軸〕に対して垂直に配置した
ときの光路〔光軸〕と法線と磁区の位置と磁化方向との
関係を示す模式図である。[FIG. 6] A Faraday rotator composed of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet film in which the [111] axis is inclined with respect to the film normal is arranged perpendicular to the optical input / output path [optical path, optical axis]. FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship among the optical path [optical axis], the normal line, the position of the magnetic domain, and the magnetization direction at that time.
【図7】2枚の [111]軸が膜法線と実質的に一致してい
る (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜からなる
ファラデー回転子を、光入出力路〔光路〕に対して垂直
に配置したときの光路と磁区の位置と磁化方向との関係
を示す模式図である。FIG. 7 shows a Faraday rotator composed of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose two [111] axes substantially coincide with the film normal to an optical input / output path [optical path]. It is a schematic diagram which shows the relationship between the optical path and the position of a magnetic domain, and a magnetization direction when arrange | positioning perpendicularly.
【図8】表面の磁区模様が直線状のビスマス置換磁性ガ
ーネット膜を重ねたファラデー回転子の一例を示す模式
図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a Faraday rotator on which a bismuth-substituted magnetic garnet film having a linear magnetic domain pattern is superposed.
【図9】本発明の反射型光磁界センサヘッドを用いた光
磁界センサの全体構成の一例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of an optical magnetic field sensor using the reflective optical magnetic field sensor head of the present invention.
1 ・・・光源 2 ・・・レンズ 3 ・・・ハーフミラー 4 ・・・光ファイバ 5 ・・・レンズ 6 ・・・偏光子 7 ・・・ファラデー回転子 8 ・・・反射膜 9 ・・・光検出器 10 ・・・偏光子 11 ・・・ファラデー回転子 12 ・・・反射膜 13 ・・・光入力路 14 ・・・光出力路 15 ・・・レンズ 16 ・・・光源 17 ・・・光検出器 18 ・・・偏光子 19 ・・・ファラデー回転子 20 ・・・反射膜 21 ・・・光入出力路 22 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 23 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 24 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 25 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 26 ・・・光源 27 ・・・光ファイバ 28 ・・・光導波路 29 ・・・光磁界センサヘッド 30 ・・・光入出力路 31 ・・・光ファイバ 32 ・・・光検出器 1 ・ ・ ・ Light source 2 ・ ・ ・ Lens 3 ・ ・ ・ Half mirror 4 ・ ・ ・ Optical fiber 5 ・ ・ ・ Lens 6 ・ ・ ・ Polarizer 7 ・ ・ ・ Faraday rotator 8 ・ ・ ・ Reflective film 9 ・ ・ ・Photodetector 10 ・ ・ ・ Polarizer 11 ・ ・ ・ Faraday rotator 12 ・ ・ ・ Reflective film 13 ・ ・ ・ Optical input path 14 ・ ・ ・ Optical output path 15 ・ ・ ・ Lens 16 ・ ・ ・ Light source 17 ・ ・ ・Photodetector 18 ・ ・ ・ Polarizer 19 ・ ・ ・ Faraday rotator 20 ・ ・ ・ Reflective film 21 ・ ・ ・ Optical input / output path 22 ・ ・ ・ Bismuth-substituted magnetic garnet 23 ・ ・ ・ Bismuth-substituted magnetic garnet 24 ・ ・ ・Bismuth-substituted magnetic garnet 25 ・ ・ ・ Bismuth-substituted magnetic garnet 26 ・ ・ ・ Light source 27 ・ ・ ・ Optical fiber 28 ・ ・ ・ Optical waveguide 29 ・ ・ ・ Optical magnetic field sensor head 30 ・ ・ ・ Optical input / output path 31 ・ ・ ・ Optical Fa IVA 32 ・ ・ ・ Photodetector
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【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成5年4月2日[Submission date] April 2, 1993
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項1[Name of item to be corrected] Claim 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【手続補正2】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0030[Name of item to be corrected] 0030
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0030】本発明を実施するとき、ファラデー回転子
は、同一の、或いは、種類の相異なる [111]軸が膜法線
に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマス
置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実質
的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット単
結晶膜とで構成しなければならない。しかし、[111]軸
が膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いている
ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法
線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガー
ネット単結晶膜とで構成することを除いて、その他の構
成、例えば、どちらを光源側に配置するかや組み合わせ
など、および、(111) ビスマス置換磁性ガーネット単結
晶膜の構成枚数には、特に制限はない。従って、本発明
を実施するとき、ファラデー回転子を構成するビスマス
置換磁性ガーネット単結晶膜の種類と構成と構成枚数
は、ファラデー回転子に要求される性能と特性を考慮し
て適宜に選べば良い。In practicing the present invention, a Faraday rotator is a bismuth-substituted magnetic material in which the [111] axes of the same or different types are tilted within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. It must consist of a garnet single crystal film and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is substantially aligned with the film normal. However, the [111] axis is substantially coincident with the film normal with the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [111] axis is inclined within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal ( 111) Bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film, other configurations, for example, which is to be arranged on the light source side and combinations, and (111) Bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film configuration The number of sheets is not particularly limited. Therefore, when carrying out the present invention, the type and configuration of the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film constituting the Faraday rotator and the number of constituents may be appropriately selected in consideration of the performance and characteristics required for the Faraday rotator. .
【手続補正3】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0033[Correction target item name] 0033
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0033】本発明で使用する (111)ビスマス置換磁性
ガーネット単結晶膜は、公知の方法によって製造するこ
とができる。とりわけ操作が容易で、しかも量産性に優
れた液相エピタキシャル(LPE) 法〔スィン ソリッド
フィルムズ (Thin Solid Films), Vol.114, p33(1984)
〕を選ぶのが好ましい。液相エピタキシャル法を実施
するとき、単結晶育成用基板としては、公知の何れの基
板も使用し得るが、通常一般的には、既に、SGGG基板と
称して市販されている格子定数が 12.490 Å、乃至、1
2.515Åの非磁性ガーネット[(GdCa)3(GaMgZr)5O12 ]
の中から適宜に選ぶのが好ましい。The (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film used in the present invention can be manufactured by a known method. Liquid phase epitaxial (LPE) method [Sin Solid]
Films (Thin Solid Films), Vol.114, p33 (1984)
] Is preferred. When carrying out the liquid phase epitaxial method, any known substrate can be used as the single crystal growth substrate, but generally, the lattice constant which is already commercially available as SGGG substrate is 12.490 Å. , Or 1
2.515 Å non-magnetic garnet [(GdCa) 3 (GaMgZr) 5 O 12 ]
It is preferable to appropriately select from among these.
【手続補正4】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0045[Name of item to be corrected] 0045
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0045】本発明を実施するとき、本願発明の反射型
光磁界センサヘッドと光源、および、光検出器との結合
は、図1に示したハーフミラーを使用する方法、およ
び、或いは、図9に例示したような光導波路や光カプラ
等の信号光の分岐器を使用する方法によってなされる。
図9において、符号26は、半導体レーザ等からなる光源
を、符号27と符号30と符号31は、光ファイバを、符号28
は、ガラス、或いは、高分子上に形成された光導波路
を、符号29は、偏光子と複数のビスマス置換磁性ガーネ
ットと反射膜からなる光磁界センサヘッドを、符号32
は、光検出器(パワーメータ)を意味している。なお、
所望によっては、図9に図示した光ファイバの全て、或
いは、その一部を省略して、換言すれば、光ファイバを
使用することなく、例えば、光導波路に反射型光磁界セ
ンサヘッドを、直接接続しても良い。In carrying out the present invention, the reflection type of the present invention
Coupling of optical magnetic field sensor head with light source and photodetector
Is a method using the half mirror shown in FIG.
Or9Optical waveguides and optical couplers
Etc. by using a signal light branching device.
Figure9Where the sign26Is a light source consisting of a semiconductor laser, etc.
The sign27And sign30And sign31Code optical fiber28
Is an optical waveguide formed on glass or polymer
The sign29Is a polarizer and multiple bismuth-substituted magnetic gauze
Optical magnetic field sensor head consisting of32
Means a photodetector (power meter). In addition,
Figure, if desired9All of the optical fibers shown in
Or, omit a part of it, in other words, use an optical fiber
Without using, for example, a reflective magneto-optical field
The sensor head may be directly connected.
【手続補正5】[Procedure Amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0063[Correction target item name] 0063
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0063】ここに得られた光磁界センサヘッドを、高
分子光導波路で作製された光分岐器〔三菱瓦斯化学社
製、200S-D2 型〕で構成された反射型光磁界センサ〔図
9参照〕の光入出力路〔コア径 200μm の光ファイバ〕
に取り付けた。光磁界センサヘッドの先端部を磁界印加
装置〔マグネテイック社製、MAGNET〕の所定の位置に設
置した。光磁界センサヘッドの磁界の印加状態を種々に
変化させながら、光源から波長0.786μm のレーザ光を
入射させて、光検出器〔安藤電気社製、商品名パワーメ
ータ、AQ-1111 型〕に到達した信号光の光強度を測定し
た。その結果、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの
磁界を印加したときに、ファラデー回転子は磁気的に飽
和した。また、ファラデー回転子に磁界を印加しない状
態と、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの磁界を印
加した状態との光強度差は 3.5dB乃至 3.8dB(平均値
3.7dB)であった。The optical magnetic field sensor head obtained here is constituted by an optical branching device (200S-D2 type manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Inc.) made of a polymer optical waveguide, and a reflection type optical magnetic field sensor [Fig.
9 )] Optical input / output path [optical fiber with a core diameter of 200 μm]
Attached to. The tip of the optical magnetic field sensor head was set at a predetermined position of a magnetic field applying device [MAGNET, manufactured by Magnetic Co., Ltd.]. While varying the magnetic field application state of the optical magnetic field sensor head, a laser beam with a wavelength of 0.786 μm was made incident from the light source to reach the photodetector (manufactured by Ando Electric Co., Ltd., product name Power Meter, AQ-1111 type). The light intensity of the signal light was measured. As a result, when a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator, the Faraday rotator was magnetically saturated. The difference in light intensity between the state in which no magnetic field is applied to the Faraday rotator and the state in which a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe is applied to the Faraday rotator is 3.5 dB to 3.8 dB (average value).
It was 3.7 dB).
【手続補正6】[Procedure correction 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0064[Correction target item name] 0064
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0064】実施例9 実施例8において、実施例1で得た HoTbBiIG 単結晶[A
1]−反射膜ブロックの替わりに実施例3で得た HoTbBiI
G 単結晶[A3]−反射膜ブロックを用いた以外は、全て実
施例8と同様にして評価試験を行った。その結果、ファ
ラデー回転子[A3-B2] に磁界強度 1000 Oeの磁界を印加
したときに、ファラデー回転子は磁気的に飽和した。ま
た、ファラデー回転子に磁界を印加しない状態と、ファ
ラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの磁界を印加した状態
との光強度差は 3.0dB乃至 3.5dB(平均値 3.3dB)であ
った。 ─────────────────────────────────────────────────────
Example 9 In Example 8, the HoTbBiIG single crystal obtained in Example 1 [A
1 ] -HoTbBiI obtained in Example 3 instead of the reflective film block
An evaluation test was conducted in the same manner as in Example 8 except that the G single crystal [A 3 ] -reflection film block was used. As a result, when a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator [A 3 -B 2 ], the Faraday rotator was magnetically saturated. The difference in light intensity between the state in which no magnetic field was applied to the Faraday rotator and the state in which a magnetic field with a magnetic field strength of 1000 Oe was applied to the Faraday rotator was 3.0 dB to 3.5 dB (average value 3.3 dB). ─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成5年4月9日[Submission date] April 9, 1993
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0022[Name of item to be corrected] 0022
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】本願発明者らは、本願発
明者らの提案した反射型光磁界センサに残されている技
術的欠陥・欠点を改善して、即時に正確な回転速度を計
測することのできる信頼性の高い、更に具体的に言え
ば、小型軽量で、精度が高く、取扱い易く、高温で振動
の伴うような過酷な環境下での長期間の連続使用に耐え
ることができて、しかも安価な回転速度計・測定装置を
提供することによって、地球環境保護、および、省エネ
ルギーに対する国際的な社会的要請に寄与するべく鋭意
検討・実験を実施した。その結果、先ず、先に提案した
反射型光磁界センサ〔特願平4-174357〕に反射型光磁界
センサとして十分に機能しない製品が混入する原因が、
光路とファラデー回転子を構成するビスマス置換磁性ガ
ーネット単結晶膜の相対的な光学的位置関係にある、即
ち、光学的な微調整・整合操作を省略したことによって
生じることを知った。Means for Solving the Problems The inventors of the present application improved technical defects and defects left in the reflection type optical magnetic field sensor proposed by the inventors of the present application, and immediately measured an accurate rotation speed. It is highly reliable, and more specifically, it is small and lightweight, highly accurate, easy to handle, and can withstand long-term continuous use in harsh environments such as high temperature and vibration. Moreover, by providing an inexpensive tachometer / measuring device, we have earnestly studied and conducted experiments to contribute to the international social demand for global environment protection and energy saving. As a result, first of all, the reason why the previously proposed reflective optical magnetic field sensor [Japanese Patent Application No. 4-174357] is mixed with a product that does not function sufficiently as a reflective optical magnetic field sensor,
We have found that there is a relative optical positional relationship between the optical path and the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film that constitutes the Faraday rotator, that is, it is caused by omitting the optical fine adjustment and alignment operations.
【手続補正2】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0023[Name of item to be corrected] 0023
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0023】実際問題として、反射型光磁界センサの工
業的な製造において、光学的な微調整・整合操作を実施
することは容易ではない。従って、本願発明者らは、光
学的な調整・整合操作に替わる技術を開発するべく鋭意
検討実験を実施した。その結果、ファラデー回転子とし
て、その [111]軸が膜法線に対して1度乃至60度の範
囲内で傾いているビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜
と [111]軸が膜法線と実質的に一致している (111)ビス
マス置換磁性ガーネット単結晶膜との複数の (111)ビス
マス置換磁性ガーネットで構成されたファラデー回転子
を用いることにより、反射型光磁界センサとしての機能
性の欠陥を実質的に回避することができるとの知見を得
て、更に鋭意改良研究、および、信頼性の確認実験と試
験生産とを行い、本願発明を完成させた。即ち、本願発
明は、光入出力路、偏光子、ファラデー回転子、反射膜
の順に配置された光磁界測定装置において、反射膜が、
光入出力路の光路中心に対してほぼ垂直に配置されてお
り、しかも、ファラデー回転子が、その [111]軸が膜法
線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実
質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜との複数の (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜で構成されている反射型光磁界センサヘッドに
関する。As a practical matter, it is not easy to carry out the optical fine adjustment / alignment operation in the industrial manufacture of the reflection type optical magnetic field sensor. Therefore, the inventors of the present application have conducted earnest study experiments in order to develop a technique that replaces the optical adjustment / alignment operation. As a result, as the Faraday rotator, the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal and the [111] axis is substantially the film normal. By using a Faraday rotator composed of multiple (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films and (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films that match each other. Based on the finding that the above can be substantially avoided, the inventors of the present invention have completed the present invention by conducting further diligent improvement research, reliability confirmation experiments, and trial production. That is, in the present invention, in the optical magnetic field measurement device in which the optical input / output path, the polarizer, the Faraday rotator, and the reflective film are arranged in this order, the reflective film is
The Faraday rotator is arranged almost perpendicular to the optical path center of the optical input / output path, and the Faraday rotator has a [111] axis tilted within the range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal. It is composed of a plurality of (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal films with a substituted magnetic garnet single-crystal film and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film whose [111] axis substantially coincides with the film normal. Reflective optical magnetic field sensor head.
【手続補正3】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0067[Correction target item name] 0067
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0067】ここに得られた YGdBiGaIG単結晶[A8]の一
方の YGdBiGaIG単結晶表面に、蒸着法によりアルミニウ
ムを蒸着させて反射膜、即ち、ミラーを形成させたの
ち、他方の YGdBiGaIG単結晶表面に、常法により、反射
防止膜を施したのち、所定の大きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕
に裁断して YGdBiGaIG単結晶[A8]−反射膜ブロックを得
た。ここに得られた YGdBiGaIG単結晶[A8]−反射膜ブロ
ックの中から、無作為に5個を選び出して、実施例8で
得た YGdBiGaIG単結晶[B2]片の YGdBiGaIG単結晶膜面に
密着させて、市販の光学用接着剤を用いて固定して接合
させた。次いで、YGdBiGaIG 単結晶[B2]膜の表面に、反
射防止膜を施した偏光子〔コーニング社製、商品名ポー
ラコア〕を取り付けて、エポキシ系接着剤で固定して接
合させて、偏光子−ファラデー回転子[A8-B2] −反射膜
ブロックを得た。以下、全て実施例8と同様にして光磁
界センサヘッドを製作し、実施例8と同様にして評価試
験を行った。その結果、ファラデー回転子[A8-B2] に磁
界強度 600 Oe の磁界を印加したときに、ファラデー回
転子は磁気的に飽和した。また、ファラデー回転子に磁
界を印加しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度 6
00 Oe の磁界を印加した状態との光強度差は 4.5dB乃至
4.6dB(平均値 4.6dB)であった。On one YGdBiGaIG single crystal surface of the YGdBiGaIG single crystal [A 8 ] obtained here, aluminum was vapor-deposited by a vapor deposition method to form a reflection film, that is, a mirror, and then the other YGdBiGaIG single crystal surface. Then, after applying an anti-reflection film by the usual method, the specified size [2.5 mm × 2.5 mm]
It was cut into YGdBiGaIG single crystal [A 8 ] -reflection film block. From the YGdBiGaIG single crystal [A 8 ] -reflecting film blocks obtained here, five were randomly selected and the YGdBiGaIG single crystal [B 2 ] piece obtained in Example 8 was used as the YGdBiGaIG single crystal film surface. They were brought into close contact with each other and fixed and joined using a commercially available optical adhesive. Then, on the surface of the YGdBiGaIG single crystal [B 2 ] film, an antireflection film-provided polarizer [Corning Co., Ltd., trade name POLACORE] was attached, and fixed and bonded with an epoxy adhesive to bond the polarizer- Faraday rotator [a 8 -B 2] - was obtained reflective film blocks. Hereinafter, an optical magnetic field sensor head was manufactured in the same manner as in Example 8 and an evaluation test was performed in the same manner as in Example 8. As a result, when a magnetic field with a magnetic field strength of 600 Oe was applied to the Faraday rotator [A 8 -B 2 ] , the Faraday rotator was magnetically saturated. In addition, when the magnetic field is not applied to the Faraday rotator, the magnetic field strength 6
The difference in light intensity from the state in which a magnetic field of 00 Oe is applied is 4.5 dB or more.
It was 4.6 dB (average value 4.6 dB).
【手続補正3】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0068[Correction target item name] 0068
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0068】比較例1 実施例1で得られた HoTbBiIG 単結晶[B1]の一方の HoT
bBiIG 単結晶表面に、蒸着法によりアルミニウムを蒸着
させて反射膜、即ち、ミラーを形成させたのち、他方の
HoTbBiIG 単結晶表面に、常法に従って、反射防止膜を
施し、所定の大きさ〔 2.5mm×2.5mm 〕に裁断して HoT
bBiIG 単結晶[B1]−反射膜ブロックを得た。ここに得ら
れた HoTbBiIG 単結晶[B1]−反射膜ブロックの中から、
無作為に5個を選び出して、実施例1で得た HoTbBiIG
単結晶[B1]片を HoTbBiIG 単結晶[B 1]膜面に密着させ
て、市販の光学用接着剤を用いて固定して接合させた。
次いで、HoTbBiIG単結晶[B1]膜の表面に、反射防止膜を
施した偏光子〔コーニング社製、商品名ポーラコア〕を
取り付けて、エポキシ系接着剤で固定して接合させて、
偏光子−ファラデー回転子[B1-B1] −反射膜ブロックを
得た。ここに得られた偏光子−ファラデー回転子−反射
膜ブロックに、光入出力路としてコア径 400μm のポリ
マクラッド光ファイバを取り付けて光磁界センサヘッド
を得た。次いで、実施例1と同様にして評価試験を行っ
た。その結果、ファラデー回転子[B1-B1] に磁界強度 1
000 Oeの磁界を印加したときに、ファラデー回転子は磁
気的に飽和した。また、ファラデー回転子に磁界を印加
しない状態と、ファラデー回転子に磁界強度 1000 Oeの
磁界を印加した状態との光強度差は 1.7dB乃至 2.1dB
(平均値 1.8dB)であった。Comparative Example 1 HoTbBiIG single crystal obtained in Example 1 [B1] One HoT
Aluminum is vapor-deposited on the surface of bBiIG single crystal.
After forming a reflection film, that is, a mirror, the other
An anti-reflection film was formed on the HoTbBiIG single crystal surface by a conventional method.
Then, cut it to a specified size [2.5 mm × 2.5 mm] and HoT
bBiIG single crystal[B 1 ]-A reflective film block is obtained. Got here
HoTbBiIG single crystal[B 1 ]-From the reflective film block,
HoTbBiIG obtained in Example 1 by randomly selecting 5 pieces
Single crystal [B1] Pieces of HoTbBiIG single crystal[B 1]Close contact with the film surface
Then, they were fixed and joined using a commercially available optical adhesive.
Next, HoTbBiIG single crystal [B1] An antireflection film on the surface of the film
The applied polarizer (made by Corning, trade name Polar Core)
Attach, fix with epoxy adhesive and join,
Polarizer-Faraday rotator[B 1- B1] -Reflective film block
Obtained. Polarizer obtained here-Faraday rotator-reflection
The membrane block has a core with a core diameter of 400 μm
Optical field sensor head with attached maclad optical fiber
Got Then, an evaluation test is conducted in the same manner as in Example 1.
It was As a result, the Faraday rotator[B 1- B1] To magnetic field strength 1
When a magnetic field of 000 Oe is applied, the Faraday rotator
It was saturated. Also, apply a magnetic field to the Faraday rotator.
The magnetic field strength of 1000 Oe to the Faraday rotator.
Light intensity difference from the state where a magnetic field is applied is 1.7 dB to 2.1 dB
(Average value 1.8 dB).
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成5年8月5日[Submission date] August 5, 1993
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief description of the drawing
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】特公平3−22595号に開示された反射型光
磁界センサの構成を示した模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a reflective optical magnetic field sensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-22595.
【図2】特願平4−90976号に開示した反射型光磁
界センサの構成を示した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a reflective optical magnetic field sensor disclosed in Japanese Patent Application No. 4-90976.
【図3】本発明の反射型光磁界センサヘッドの基本構成
を、具体的に説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for specifically explaining the basic configuration of the reflective optical magnetic field sensor head of the present invention.
【図4】本発明の [111]軸が膜法線に対して傾いている
(111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸
が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁
性ガーネット単結晶膜とからなるファラデー回転子を、
光入出力路〔光路〕に対して垂直に配置したときの光路
と磁区の位置と磁化方向との関係を示す模式図である。FIG. 4 The [111] axis of the present invention is tilted with respect to the film normal.
A Faraday rotator composed of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film and a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis substantially coincides with the film normal is
It is a schematic diagram which shows the relationship between the position of an optical path and a magnetic domain, and a magnetization direction when arrange | positioning perpendicularly with respect to an optical input / output path [optical path].
【図5】[111]軸が膜法線と実質的に一致している (11
1)ビスマス置換磁性ガーネット膜からなるファラデー回
転子を、光入出力路〔光路、光軸〕に対して傾斜させて
配置したときの光路〔光軸〕と法線と磁区の位置と磁化
方向との関係を示す模式図である。FIG. 5: The [111] axis substantially coincides with the membrane normal (11
1) When the Faraday rotator composed of a bismuth-substituted magnetic garnet film is arranged to be inclined with respect to the optical input / output path (optical path, optical axis), the optical path [optical axis], the normal line, the position of the magnetic domain, and the magnetization direction It is a schematic diagram which shows the relationship of.
【図6】[111]軸が膜法線に対して傾いている (111)ビ
スマス置換磁性ガーネット膜からなるファラデー回転子
を、光入出力路〔光路、光軸〕に対して垂直に配置した
ときの光路〔光軸〕と法線と磁区の位置と磁化方向との
関係を示す模式図である。[FIG. 6] A Faraday rotator composed of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet film in which the [111] axis is inclined with respect to the film normal is arranged perpendicular to the optical input / output path [optical path, optical axis]. FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship among the optical path [optical axis], the normal line, the position of the magnetic domain, and the magnetization direction at that time.
【図7】2枚の [111]軸が膜法線と実質的に一致してい
る (111)ビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜からなる
ファラデー回転子を、光入出力路〔光路〕に対して垂直
に配置したときの光路と磁区の位置と磁化方向との関係
を示す模式図である。FIG. 7 shows a Faraday rotator composed of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose two [111] axes substantially coincide with the film normal to an optical input / output path [optical path]. It is a schematic diagram which shows the relationship between the optical path and the position of a magnetic domain, and a magnetization direction when arrange | positioning perpendicularly.
【図8】表面の磁区模様が直線状のビスマス置換磁性ガ
ーネット膜を重ねたファラデー回転子の一例を示す模式
図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a Faraday rotator on which a bismuth-substituted magnetic garnet film having a linear magnetic domain pattern is superposed.
【図9】本発明の反射型光磁界センサヘッドを用いた光
磁界センサの全体構成の一例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of an optical magnetic field sensor using the reflective optical magnetic field sensor head of the present invention.
【符号の説明】 1 ・・・光源 2 ・・・レンズ 3 ・・・ハーフミラー 4 ・・・光ファイバ 5 ・・・レンズ 6 ・・・偏光子 7 ・・・ファラデー回転子 8 ・・・反射膜 9 ・・・光検出器 10 ・・・偏光子 11 ・・・ファラデー回転子 12 ・・・反射膜 13 ・・・光入力路 14 ・・・光出力路 15 ・・・レンズ 16 ・・・光源 17 ・・・光検出器 18 ・・・偏光子 19 ・・・ファラデー回転子 20 ・・・反射膜 21 ・・・光入出力路 22 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 23 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 24 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 25 ・・・ビスマス置換磁性ガーネット 26 ・・・光源 27 ・・・光ファイバ 28 ・・・光導波路 29 ・・・光磁界センサヘッド 30 ・・・光入出力路 31 ・・・光ファイバ 32 ・・・光検出器[Explanation of Codes] 1 ... Light source 2 ... Lens 3 ... Half mirror 4 ... Optical fiber 5 ... Lens 6 ... Polarizer 7 ... Faraday rotator 8 ... Reflection Film 9 ... Photodetector 10 ... Polarizer 11 ... Faraday rotator 12 ... Reflective film 13 ... Optical input path 14 ... Optical output path 15 ... Lens 16 ... Light source 17 ・ ・ ・ Photodetector 18 ・ ・ ・ Polarizer 19 ・ ・ ・ Faraday rotator 20 ・ ・ ・ Reflective film 21 ・ ・ ・ Optical input / output path 22 ・ ・ ・ Bismuth substitution magnetic garnet 23 ・ ・ ・ Bismuth substitution magnetism Garnet 24 ・ ・ ・ Bismuth-substituted magnetic garnet 25 ・ ・ ・ Bismuth-substituted magnetic garnet 26 ・ ・ ・ Light source 27 ・ ・ ・ Optical fiber 28 ・ ・ ・ Optical waveguide 29 ・ ・ ・ Optical magnetic field sensor head 30 ・ ・ ・ Optical input / output path Three 1 ... Optical fiber 32 ... Photodetector
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下野 泰雄 東京都千代田区丸の内二丁目5番2号 三 菱瓦斯化学株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasuo Shimono Sanyo Gas Chemical Co., Ltd. 2-5-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo
Claims (6)
反射膜の順に配置された光磁界測定装置において、反射
ミラーが、光入出力路の光路中心に対してほぼ垂直に配
置されており、しかも、ファラデー回転子が、その [11
1]軸が膜法線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いて
いるビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が
膜法線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁性
ガーネット単結晶膜との複数の (111)ビスマス置換磁性
ガーネット単結晶膜で構成されていることを特徴とする
反射型の光磁界センサヘッド。1. An optical input / output path, a polarizer, a Faraday rotator,
In the optical magnetic field measurement device arranged in the order of the reflection film, the reflection mirror is arranged almost perpendicular to the optical path center of the optical input / output path, and the Faraday rotator
A bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film in which the [1] axis is inclined within a range of 1 to 60 degrees with respect to the film normal, and the [111] axis is substantially aligned with the film normal (111) bismuth A reflection type optical magnetic field sensor head, which is composed of a plurality of (111) bismuth substituted magnetic garnet single crystal films with a substituted magnetic garnet single crystal film.
膜が (111)ガーネット単結晶基板を介在して、或いは、
介在することなく密着して一体的に構成されていること
を特徴とする請求項1記載の反射型光磁界センサヘッ
ド。2. A polarizer, a Faraday rotator, and a reflective film with a (111) garnet single crystal substrate interposed, or
2. The reflection type optical magnetic field sensor head according to claim 1, wherein the reflection type optical magnetic field sensor head is integrally formed so as to be in close contact without being interposed.
線に対して1度乃至60度の範囲内で傾いているビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実
質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜との2枚の (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜で構成されていることを特徴とする請求項1、
および、請求項2記載の反射型光磁界センサヘッド。3. A Faraday rotator comprising a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is tilted within a range of 1 ° to 60 ° with respect to the film normal and a [111] axis being the film normal. 2. A (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film that is substantially identical to the (111) bismuth-substituted magnetic garnet single-crystal film.
And the reflection type optical magnetic field sensor head according to claim 2.
線に対して3度乃至45度の範囲内で傾いているビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶膜と [111]軸が膜法線と実
質的に一致している (111)ビスマス置換磁性ガーネット
単結晶膜とで構成されていることを特徴とする請求項
1、請求項2、および、請求項3記載の反射型光磁界セ
ンサヘッド。4. A Faraday rotator having a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film whose [111] axis is tilted within a range of 3 to 45 degrees with respect to a film normal and a [111] axis being a film normal. 4. The reflection type optical magnetic field sensor head according to claim 1, wherein the reflection type optical magnetic field sensor head is composed of a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film that substantially corresponds to .
0度の範囲内で傾いている、或いは、および、 [111]軸
が膜法線と実質的に一致している (111)ビスマス置換磁
性ガーネット単結晶膜が、(111) ガーネット単結晶基板
の両面に育成・形成されている3層構造の (111)ビスマ
ス置換磁性ガーネット単結晶であることを特徴とする請
求項1、請求項2、および、請求項3記載の反射型光磁
界センサヘッド。5. The [111] axis has a degree of 1 to 6 with respect to the film normal.
The (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film which is tilted within the range of 0 degree or whose [111] axis substantially coincides with the film normal is a (111) garnet single crystal substrate. The reflection type optical magnetic field sensor head according to any one of claims 1, 2 and 3, which is a (111) bismuth-substituted magnetic garnet single crystal having a three-layer structure grown and formed on both surfaces.
種類以上のビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜を積層
させて構成されていることを特徴とする請求項1、請求
項2、請求項3、請求項4、および、請求項5記載の反
射型光磁界センサヘッド。6. A Faraday rotator having two different chemical compositions.
6. The reflection type optical magnetic field according to claim 1, wherein the bismuth-substituted magnetic garnet single crystal film of at least one type is laminated. The sensor head.
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|---|---|---|---|
| JP32037992A JP3148024B2 (en) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | Reflection type optical magnetic field sensor head |
| EP19930110477 EP0577114A3 (en) | 1992-07-01 | 1993-06-30 | Reflection type magneto-optic sensor head |
| CA 2099485 CA2099485A1 (en) | 1992-07-01 | 1993-06-30 | Reflection type magnetooptic sensor head |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP32037992A JP3148024B2 (en) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | Reflection type optical magnetic field sensor head |
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1992
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