JPH06281902A - 磁気光学素子材料 - Google Patents
磁気光学素子材料Info
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- JPH06281902A JPH06281902A JP9068493A JP9068493A JPH06281902A JP H06281902 A JPH06281902 A JP H06281902A JP 9068493 A JP9068493 A JP 9068493A JP 9068493 A JP9068493 A JP 9068493A JP H06281902 A JPH06281902 A JP H06281902A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長０．９３〜１．０５μｍ帯での吸収を低
減し、性能指数の高い、ＬＰＥ法により成膜した磁性ガ
ーネット単結晶膜からなる磁気光学素子材料を得る。 【構成】 Ｇｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12なる化学式で示さ
れる組成を有する非磁性ガーネット基板上に、組成式が
Ｒ3-x-y Ｇｄx Ｂｉy Ｆｅ5 Ｏ12で示され、液相エピタ
キシャル法により育成させた磁性ガーネット単結晶膜を
有する、使用波長０．９３〜１．０５μｍ帯用の磁気光
学素子材料である。但しＲはＳｍ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｌａか
ら選ばれる１種以上の希土類元素であり、ガドリニウム
量ｘは０≦ｘ＜１．５、ビスマス置換量ｙは１．２≦ｙ
≦１．７であり、１．２≦ｘ＋ｙ＜３である。
減し、性能指数の高い、ＬＰＥ法により成膜した磁性ガ
ーネット単結晶膜からなる磁気光学素子材料を得る。 【構成】 Ｇｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12なる化学式で示さ
れる組成を有する非磁性ガーネット基板上に、組成式が
Ｒ3-x-y Ｇｄx Ｂｉy Ｆｅ5 Ｏ12で示され、液相エピタ
キシャル法により育成させた磁性ガーネット単結晶膜を
有する、使用波長０．９３〜１．０５μｍ帯用の磁気光
学素子材料である。但しＲはＳｍ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｌａか
ら選ばれる１種以上の希土類元素であり、ガドリニウム
量ｘは０≦ｘ＜１．５、ビスマス置換量ｙは１．２≦ｙ
≦１．７であり、１．２≦ｘ＋ｙ＜３である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、波長０．９３〜１．０
５μｍ帯域で使用する磁気光学素子材料に関し、更に詳
しく述べると、液相エピタキシャル法（以下、「ＬＰＥ
法」と略記する）による磁性ガーネット単結晶の基板と
して、Ｇｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12なる化学式で示される
組成を有する非磁性ガーネット基板を用いた磁気光学素
子材料に関するものである。この磁気光学素子材料は、
ファラデー効果を利用した光アイソレータなどに有用で
ある。
５μｍ帯域で使用する磁気光学素子材料に関し、更に詳
しく述べると、液相エピタキシャル法（以下、「ＬＰＥ
法」と略記する）による磁性ガーネット単結晶の基板と
して、Ｇｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12なる化学式で示される
組成を有する非磁性ガーネット基板を用いた磁気光学素
子材料に関するものである。この磁気光学素子材料は、
ファラデー効果を利用した光アイソレータなどに有用で
ある。
【０００２】
【従来の技術】光通信において、光源である半導体レー
ザに反射戻り光が入ると伝送品質が悪化する。そのため
ファラデー効果を利用した光アイソレータが用いられて
いる。磁性ガーネット単結晶はファラデー効果を持って
おり、光アイソレータの中心材料である。現在、光通信
に使用されている波長帯は１．３μｍと１．５５μｍで
ある。そして近年、この波長帯に適用される磁性ガーネ
ット単結晶は、基板（板状の種結晶）を用いたＬＰＥ法
によるビスマス置換型希土類鉄ガーネットが主になって
きている。その理由は、ＬＰＥ法が量産性に優れている
からである。代表的な基板としては、格子定数ａ＝12.4
96Åの（ＣａＧｄ）3 （ＺｒＭｇＧａ）5Ｏ12がある。
ザに反射戻り光が入ると伝送品質が悪化する。そのため
ファラデー効果を利用した光アイソレータが用いられて
いる。磁性ガーネット単結晶はファラデー効果を持って
おり、光アイソレータの中心材料である。現在、光通信
に使用されている波長帯は１．３μｍと１．５５μｍで
ある。そして近年、この波長帯に適用される磁性ガーネ
ット単結晶は、基板（板状の種結晶）を用いたＬＰＥ法
によるビスマス置換型希土類鉄ガーネットが主になって
きている。その理由は、ＬＰＥ法が量産性に優れている
からである。代表的な基板としては、格子定数ａ＝12.4
96Åの（ＣａＧｄ）3 （ＺｒＭｇＧａ）5Ｏ12がある。
【０００３】ビスマス置換型希土類鉄ガーネットの場
合、ビスマス置換量に比例してファラデー効果が大きく
なり、結果として性能指数Ｆ（deg/dB）が大きくなる。
そのためビスマス多量置換が試みられている。性能指数
はＦ＝θF ／αで表され、θFはファラデー回転係数（d
eg/cm）、αは吸収係数（dB/cm ）である。この場合、
ビスマス置換量に比例して結晶の格子定数が大きくなる
ため、基板としては格子定数ａの大きなものを用いてい
る。例えばａ＝12.509ÅのＮｄ3 Ｇａ5 Ｏ12、ａ＝12.5
15ÅのＴｂ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12、ａ＝12.56 ÅのＧｄ
3 （ＳｃＧａ）5Ｏ12がある。これらは全て、ビスマス
を多量置換し、ファラデー効果を大きくすること、つま
りファラデー回転係数を大きくすることを目的としてい
る。
合、ビスマス置換量に比例してファラデー効果が大きく
なり、結果として性能指数Ｆ（deg/dB）が大きくなる。
そのためビスマス多量置換が試みられている。性能指数
はＦ＝θF ／αで表され、θFはファラデー回転係数（d
eg/cm）、αは吸収係数（dB/cm ）である。この場合、
ビスマス置換量に比例して結晶の格子定数が大きくなる
ため、基板としては格子定数ａの大きなものを用いてい
る。例えばａ＝12.509ÅのＮｄ3 Ｇａ5 Ｏ12、ａ＝12.5
15ÅのＴｂ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12、ａ＝12.56 ÅのＧｄ
3 （ＳｃＧａ）5Ｏ12がある。これらは全て、ビスマス
を多量置換し、ファラデー効果を大きくすること、つま
りファラデー回転係数を大きくすることを目的としてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで近年、光信号
をそのまま増幅できるファイバ型光増幅器の開発が活発
に行われている。１．３μｍ帯にはプラセオジウムドー
プファイバが、１．５５μｍ帯にはエルビウムドープフ
ァイバがある。各々その実用化のためには、励起光用光
アイソレータが必要となる。プラセオジウムドープファ
イバの励起光波長は1.017 μｍ、エルビウムドープファ
イバの励起光波長は0.98μｍと1.48μｍである。従っ
て、0.98μｍ，1.017 μｍ，1.48μｍ帯の光アイソレー
タが必要であり、それに応じて各々の波長に適した磁性
ガーネット単結晶が必要となる。
をそのまま増幅できるファイバ型光増幅器の開発が活発
に行われている。１．３μｍ帯にはプラセオジウムドー
プファイバが、１．５５μｍ帯にはエルビウムドープフ
ァイバがある。各々その実用化のためには、励起光用光
アイソレータが必要となる。プラセオジウムドープファ
イバの励起光波長は1.017 μｍ、エルビウムドープファ
イバの励起光波長は0.98μｍと1.48μｍである。従っ
て、0.98μｍ，1.017 μｍ，1.48μｍ帯の光アイソレー
タが必要であり、それに応じて各々の波長に適した磁性
ガーネット単結晶が必要となる。
【０００５】現在、このうち、1.48μｍ帯の磁性ガーネ
ット単結晶は、既存の1.55μｍ帯用の磁性ガーネット単
結晶を流用し製造している。これに対して0.98μｍ，1.
017μｍ帯用に適した磁性ガーネット単結晶は未だ実用
化されていない。この波長帯に既存の１．３μｍ帯の磁
性ガーネット単結晶を使用しても、光吸収が大きく、特
性が悪化して使用できない。
ット単結晶は、既存の1.55μｍ帯用の磁性ガーネット単
結晶を流用し製造している。これに対して0.98μｍ，1.
017μｍ帯用に適した磁性ガーネット単結晶は未だ実用
化されていない。この波長帯に既存の１．３μｍ帯の磁
性ガーネット単結晶を使用しても、光吸収が大きく、特
性が悪化して使用できない。
【０００６】本発明の目的は、波長０．９３〜１．０５
μｍ帯において良好な特性を呈し、ＬＰＥ法により成膜
した磁性ガーネット単結晶膜からなる磁気光学素子材料
を提供することである。
μｍ帯において良好な特性を呈し、ＬＰＥ法により成膜
した磁性ガーネット単結晶膜からなる磁気光学素子材料
を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｇｄ3 （Ｓｃ
Ｇａ）5 Ｏ12なる化学式で示される組成を有する非磁性
ガーネット基板上に、組成式がＲ3-x-y Ｇｄx Ｂｉy Ｆ
ｅ5 Ｏ12 但し、ＲはＳｍ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｌａから選ばれる１種以
上の希土類元素 ０≦ｘ＜１．５ １．２≦ｙ≦１．７ １．２≦ｘ＋ｙ＜３ で示され、ＬＰＥ法により育成させた磁性ガーネット単
結晶膜を有する使用波長０．９３〜１．０５μｍ帯用の
磁気光学素子材料である。ここで非磁性ガーネット基板
は、Ｎｄ，Ｃｒをドープしたものであってもよい。
Ｇａ）5 Ｏ12なる化学式で示される組成を有する非磁性
ガーネット基板上に、組成式がＲ3-x-y Ｇｄx Ｂｉy Ｆ
ｅ5 Ｏ12 但し、ＲはＳｍ，Ｎｄ，Ｐｒ，Ｌａから選ばれる１種以
上の希土類元素 ０≦ｘ＜１．５ １．２≦ｙ≦１．７ １．２≦ｘ＋ｙ＜３ で示され、ＬＰＥ法により育成させた磁性ガーネット単
結晶膜を有する使用波長０．９３〜１．０５μｍ帯用の
磁気光学素子材料である。ここで非磁性ガーネット基板
は、Ｎｄ，Ｃｒをドープしたものであってもよい。
【０００８】0.98μｍ，1.017 μｍ帯光アイソレータの
ファラデー素子に鉄ガーネットを用いた場合は、Ｆｅ3+
固有の吸収が０．９μｍ付近にピークを持つため、吸収
が大きい問題がある。フラックス法による磁性ガーネッ
ト単結晶では、結晶の格子定数を大きくすると、吸収の
ピークは短波長側にシフトする。そこで、本発明ではＬ
ＰＥ法の基板として、格子定数の大きいＧｄ3 （ＳｃＧ
ａ）5 Ｏ12なる化学式で示される非磁性ガーネット基板
を用い、それによって成膜する磁性ガーネット単結晶の
格子定数を大きくしている。
ファラデー素子に鉄ガーネットを用いた場合は、Ｆｅ3+
固有の吸収が０．９μｍ付近にピークを持つため、吸収
が大きい問題がある。フラックス法による磁性ガーネッ
ト単結晶では、結晶の格子定数を大きくすると、吸収の
ピークは短波長側にシフトする。そこで、本発明ではＬ
ＰＥ法の基板として、格子定数の大きいＧｄ3 （ＳｃＧ
ａ）5 Ｏ12なる化学式で示される非磁性ガーネット基板
を用い、それによって成膜する磁性ガーネット単結晶の
格子定数を大きくしている。
【０００９】本発明において必要に応じてガドリニウム
を用いるのは、品川らによる論文、ジャパニーズ・ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Japanese J
ournal of Applied Physics ）第１３巻（1974）1663頁
より、ガドリニウムがビスマスを最も多く固溶できるか
らである。ガドリニウム置換量ｘを０以上、１．５未満
としたのは、基板と格子定数を合わせるためである。ま
たビスマスの置換量ｙを１．２以上、１．７以下と規定
しているのは、下記に示す実験結果に基づくものであ
り、１．２未満では性能指数が改善されず、逆に１．７
を超えると基板との熱膨張率の差が大きくなって亀裂の
発生が生じるからである。
を用いるのは、品川らによる論文、ジャパニーズ・ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Japanese J
ournal of Applied Physics ）第１３巻（1974）1663頁
より、ガドリニウムがビスマスを最も多く固溶できるか
らである。ガドリニウム置換量ｘを０以上、１．５未満
としたのは、基板と格子定数を合わせるためである。ま
たビスマスの置換量ｙを１．２以上、１．７以下と規定
しているのは、下記に示す実験結果に基づくものであ
り、１．２未満では性能指数が改善されず、逆に１．７
を超えると基板との熱膨張率の差が大きくなって亀裂の
発生が生じるからである。
【００１０】ところでＬＰＥ法で結晶を育成する場合、
基板と膜の格子定数を合わせなければならない制約を受
ける。そのためビスマス置換量１．２〜１．７が決まる
と、その範囲でＧｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12基板と格子定
数を合わせるためには、B.STROCKA らによる論文〔Phil
ips J.Res.33（1978）186 〕中の式を用いた計算結果に
よれば、Ｒはイオン半径がユウロピウム（Ｅｕ）以上の
希土類元素でなければならない。例えば、格子定数ａ＝
12.561ÅのＧｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12基板と格子定数を
合わせるためには、Ｒ＝Ｅｕ，ｘ＝０の場合、Ｅｕ1.3
Ｂｉ1.7 Ｆｅ5Ｏ12となり、Ｒ＝Ｇｄの場合、Ｇｄ1.1
Ｂｉ1.9 Ｆｅ5 Ｏ12となる。しかし、ユウロピウムは２
価と３価の両方とも安定であるため、Ｆｅ4+を生成させ
る可能性がある。Ｆｅ4+が生成すると、０．９３〜１．
０５μｍの吸収が大きくなるため好ましくない。そこ
で、Ｒはサマリウム、ネオジウム、プラセオジウム、ラ
ンタンから選ばれる１種以上とした。
基板と膜の格子定数を合わせなければならない制約を受
ける。そのためビスマス置換量１．２〜１．７が決まる
と、その範囲でＧｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12基板と格子定
数を合わせるためには、B.STROCKA らによる論文〔Phil
ips J.Res.33（1978）186 〕中の式を用いた計算結果に
よれば、Ｒはイオン半径がユウロピウム（Ｅｕ）以上の
希土類元素でなければならない。例えば、格子定数ａ＝
12.561ÅのＧｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12基板と格子定数を
合わせるためには、Ｒ＝Ｅｕ，ｘ＝０の場合、Ｅｕ1.3
Ｂｉ1.7 Ｆｅ5Ｏ12となり、Ｒ＝Ｇｄの場合、Ｇｄ1.1
Ｂｉ1.9 Ｆｅ5 Ｏ12となる。しかし、ユウロピウムは２
価と３価の両方とも安定であるため、Ｆｅ4+を生成させ
る可能性がある。Ｆｅ4+が生成すると、０．９３〜１．
０５μｍの吸収が大きくなるため好ましくない。そこ
で、Ｒはサマリウム、ネオジウム、プラセオジウム、ラ
ンタンから選ばれる１種以上とした。
【００１１】
【作用】ＬＰＥ法で用いる非磁性ガーネット基板とし
て、格子定数の大きなＧｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12を使用
し、それに合致したビスマス置換鉄ガーネット単結晶を
育成すると、成膜した単結晶の格子定数が大きくなり、
それによって該単結晶膜の０．９μｍ付近での吸収のピ
ークが短波長側にシフトする。そのため０．９３〜１．
０５μｍの帯域での吸収低減効果が生じ、性能指数が向
上する。
て、格子定数の大きなＧｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12を使用
し、それに合致したビスマス置換鉄ガーネット単結晶を
育成すると、成膜した単結晶の格子定数が大きくなり、
それによって該単結晶膜の０．９μｍ付近での吸収のピ
ークが短波長側にシフトする。そのため０．９３〜１．
０５μｍの帯域での吸収低減効果が生じ、性能指数が向
上する。
【００１２】
【実施例】以下、実験例と比較例について説明する。実
験例１〜７には、全て同一の基板〔格子定数ａ＝12.561
ÅのＮｄ，ＣｒドープＧｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12〕を用
いた。比較例には格子定数ａ＝12.496Åの（ＣａＧｄ）
3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12を用いた。いずれも原料を９
５０℃で１０時間溶融し、同じ９５０℃で３時間攪拌し
た。その後、材料に応じた単結晶育成温度まで下げ、Ｌ
ＰＥ法で磁性ガーネット単結晶を育成した。各実験例及
び比較例で用いた原料、単結晶育成温度、育成した磁性
ガーネットの膜厚、組成は次の通りである。なお、実験
例１〜７で使用した基板はＮｄ，Ｃｒがドープされてい
るが、そのドープ量は主成分の約１／１００程度であっ
て、ドープには特に意味はない。
験例１〜７には、全て同一の基板〔格子定数ａ＝12.561
ÅのＮｄ，ＣｒドープＧｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12〕を用
いた。比較例には格子定数ａ＝12.496Åの（ＣａＧｄ）
3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12を用いた。いずれも原料を９
５０℃で１０時間溶融し、同じ９５０℃で３時間攪拌し
た。その後、材料に応じた単結晶育成温度まで下げ、Ｌ
ＰＥ法で磁性ガーネット単結晶を育成した。各実験例及
び比較例で用いた原料、単結晶育成温度、育成した磁性
ガーネットの膜厚、組成は次の通りである。なお、実験
例１〜７で使用した基板はＮｄ，Ｃｒがドープされてい
るが、そのドープ量は主成分の約１／１００程度であっ
て、ドープには特に意味はない。
【００１３】（実験例１） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ
3 ，ＰｂＯ，Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…８５０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１３０μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.5 Ｌａ0.5 Ｂｉ
1.0 Ｆｅ5 Ｏ12 （実験例２） 原料…Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，
Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…８００℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１２５μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｓｍ1.8 Ｂｉ1.2 Ｆｅ5
Ｏ12 （実験例３） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ
3 ，ＰｂＯ，Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…７６０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１２０μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.0 Ｎｄ0.6 Ｂｉ
1.4 Ｆｅ5 Ｏ12 （実験例４） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｐｒ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ
3 ，ＰｂＯ，Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…７４０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１４０μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.1 Ｐｒ0.4 Ｂｉ
1.5 Ｆｅ5 Ｏ12 （実験例５） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ
3 ，ＰｂＯ，Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…７２０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１４５μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.2 Ｌａ0.1 Ｂｉ
1.7 Ｆｅ5 Ｏ12 （実験例６） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，
Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…７００℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１３５μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.1 Ｂｉ1.9 Ｆｅ5
Ｏ12 但し、この場合は、単結晶育成終了後、冷却途中、基板
と育成した磁性ガーネット単結晶の界面に亀裂が生じ
た。 （実験例７） 原料…Ｔｂ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，
Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…６８０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１２０μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｔｂ0.9 Ｂｉ2.1 Ｆｅ5
Ｏ12 但し、この場合も、単結晶育成終了後、冷却途中、基板
と育成した磁性ガーネット単結晶の界面に亀裂が生じ
た。 （比較例） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ
3 ，ＰｂＯ，Ｂ2 Ｏ3 基板…（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12 単結晶育成温度…７３０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１４５μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.1 Ｌｕ0.6 Ｂｉ
1.3 Ｆｅ5 Ｏ12 なお、Ｌｕを用いているのは、基板との格子定数を合わ
せるためである。
3 ，ＰｂＯ，Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…８５０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１３０μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.5 Ｌａ0.5 Ｂｉ
1.0 Ｆｅ5 Ｏ12 （実験例２） 原料…Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，
Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…８００℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１２５μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｓｍ1.8 Ｂｉ1.2 Ｆｅ5
Ｏ12 （実験例３） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ
3 ，ＰｂＯ，Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…７６０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１２０μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.0 Ｎｄ0.6 Ｂｉ
1.4 Ｆｅ5 Ｏ12 （実験例４） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｐｒ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ
3 ，ＰｂＯ，Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…７４０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１４０μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.1 Ｐｒ0.4 Ｂｉ
1.5 Ｆｅ5 Ｏ12 （実験例５） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ
3 ，ＰｂＯ，Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…７２０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１４５μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.2 Ｌａ0.1 Ｂｉ
1.7 Ｆｅ5 Ｏ12 （実験例６） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，
Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…７００℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１３５μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.1 Ｂｉ1.9 Ｆｅ5
Ｏ12 但し、この場合は、単結晶育成終了後、冷却途中、基板
と育成した磁性ガーネット単結晶の界面に亀裂が生じ
た。 （実験例７） 原料…Ｔｂ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ3 ，ＰｂＯ，
Ｂ2 Ｏ3 単結晶育成温度…６８０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１２０μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｔｂ0.9 Ｂｉ2.1 Ｆｅ5
Ｏ12 但し、この場合も、単結晶育成終了後、冷却途中、基板
と育成した磁性ガーネット単結晶の界面に亀裂が生じ
た。 （比較例） 原料…Ｇｄ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｂｉ2 Ｏ
3 ，ＰｂＯ，Ｂ2 Ｏ3 基板…（ＣａＧｄ）3 （ＭｇＺｒＧａ）5 Ｏ12 単結晶育成温度…７３０℃ 磁性ガーネット単結晶の膜厚…１４５μｍ 磁性ガーネット単結晶の組成…Ｇｄ1.1 Ｌｕ0.6 Ｂｉ
1.3 Ｆｅ5 Ｏ12 なお、Ｌｕを用いているのは、基板との格子定数を合わ
せるためである。
【００１４】実験例１〜５及び比較例で作製した磁性ガ
ーネット単結晶について、0.85μｍ〜1.31μｍの各波長
帯における吸収係数α（dB/cm ）を測定した。その結果
を表１に示す。なお、実験例６及び７の磁性ガーネット
単結晶は、界面の亀裂により入射光が散乱し、透過しな
かったため、測定不能であった。
ーネット単結晶について、0.85μｍ〜1.31μｍの各波長
帯における吸収係数α（dB/cm ）を測定した。その結果
を表１に示す。なお、実験例６及び７の磁性ガーネット
単結晶は、界面の亀裂により入射光が散乱し、透過しな
かったため、測定不能であった。
【００１５】この表１から、波長０．９３〜１．０５μ
ｍの範囲内において、実験例１〜５の磁性ガーネット単
結晶の吸収係数は、比較例の磁性ガーネット単結晶の吸
収係数よりも小さくなることが分かる。つまり、基板と
して格子定数が大きいＧｄ3（ＳｃＧａ）5 Ｏ12を用い
ると、育成した磁性ガーネット単結晶は、０．９３〜
１．０５μｍの波長帯で吸収係数が小さくなる。
ｍの範囲内において、実験例１〜５の磁性ガーネット単
結晶の吸収係数は、比較例の磁性ガーネット単結晶の吸
収係数よりも小さくなることが分かる。つまり、基板と
して格子定数が大きいＧｄ3（ＳｃＧａ）5 Ｏ12を用い
ると、育成した磁性ガーネット単結晶は、０．９３〜
１．０５μｍの波長帯で吸収係数が小さくなる。
【００１６】
【表１】
【００１７】次に各試料の波長0.98μｍにおけるファラ
デー回転係数θF （deg/cm）を測定し、性能指数Ｆ（de
g/dB）を算出した。その結果を表２に示す。併せて吸収
係数α（dB/cm ）とビスマス置換量ｙ（atm/f.u.）も記
載する。
デー回転係数θF （deg/cm）を測定し、性能指数Ｆ（de
g/dB）を算出した。その結果を表２に示す。併せて吸収
係数α（dB/cm ）とビスマス置換量ｙ（atm/f.u.）も記
載する。
【００１８】表２から、実験例１の磁性ガーネット単結
晶は、吸収係数αは小さいが、ファラデー回転係数θF
も小さいため、性能指数Ｆは比較例の磁性ガーネット単
結晶よりも小さくなった。ファラデー回転係数はビスマ
ス置換量に比例するので、この結果からビスマス置換量
ｙは１．２atm/f.u.以上必要である。
晶は、吸収係数αは小さいが、ファラデー回転係数θF
も小さいため、性能指数Ｆは比較例の磁性ガーネット単
結晶よりも小さくなった。ファラデー回転係数はビスマ
ス置換量に比例するので、この結果からビスマス置換量
ｙは１．２atm/f.u.以上必要である。
【００１９】
【表２】
【００２０】ところで前述のように、実験例６，７の試
料は界面に亀裂が生じた。それについて種々検討した結
果、亀裂の生じた原因は基板と、その上に育成する磁性
ガーネット単結晶との熱膨張率の差によるものであるこ
とが判明した。図１に、実験例１〜７におけるビスマス
置換量ｙと熱膨張率βの関係を示す。ここで熱膨張率β
は、次式で定義した値である。 β＝Δｔ／ｔ0 ＝〔（300 ℃における膜厚）−（100 ℃における膜
厚）〕／（100 ℃における膜厚）×〔１／200 〕 図１から、ビスマス置換量ｙが多くなるほど、基板と磁
性ガーネット単結晶との熱膨張率の差が大きくなること
が分かる。なお、破線は基板の熱膨張率を示している。
これはビスマス置換量ｙとは無関係であるが、便宜的に
直線で示した。実験例６のビスマス置換量ｙ＝１．９at
m/f.u.以上（×印で示す）では、熱膨張率βが大きいた
め、それによる応力増加で亀裂が生じるものと考えられ
る。このため、ビスマス置換量は１．７atm/f.u.以下が
適当である。
料は界面に亀裂が生じた。それについて種々検討した結
果、亀裂の生じた原因は基板と、その上に育成する磁性
ガーネット単結晶との熱膨張率の差によるものであるこ
とが判明した。図１に、実験例１〜７におけるビスマス
置換量ｙと熱膨張率βの関係を示す。ここで熱膨張率β
は、次式で定義した値である。 β＝Δｔ／ｔ0 ＝〔（300 ℃における膜厚）−（100 ℃における膜
厚）〕／（100 ℃における膜厚）×〔１／200 〕 図１から、ビスマス置換量ｙが多くなるほど、基板と磁
性ガーネット単結晶との熱膨張率の差が大きくなること
が分かる。なお、破線は基板の熱膨張率を示している。
これはビスマス置換量ｙとは無関係であるが、便宜的に
直線で示した。実験例６のビスマス置換量ｙ＝１．９at
m/f.u.以上（×印で示す）では、熱膨張率βが大きいた
め、それによる応力増加で亀裂が生じるものと考えられ
る。このため、ビスマス置換量は１．７atm/f.u.以下が
適当である。
【００２１】
【発明の効果】本発明は上記のように、Ｇｄ3 （ＳｃＧ
ａ）5 Ｏ12なる化学式の格子定数の大きい非磁性ガーネ
ット基板を用い、その上にＲ3-x-y Ｇｄx Ｂｉy Ｆｅ5
Ｏ12なる組成式の磁性ガーネット単結晶膜をＬＰＥ法に
より育成させた磁気光学素子材料であるから、波長０．
９３〜１．０５μｍ帯において性能指数が向上し、その
帯域の光アイソレータとして使用可能な材料が得られ
た。これによって、プラセオジウムドープファイバを用
いる１．３μｍ帯、及びエルビウムドープファイバを用
いる１．５５μｍ帯のファイバ型光増幅器の励起光用光
アイソレータ等の実用化が可能となる。
ａ）5 Ｏ12なる化学式の格子定数の大きい非磁性ガーネ
ット基板を用い、その上にＲ3-x-y Ｇｄx Ｂｉy Ｆｅ5
Ｏ12なる組成式の磁性ガーネット単結晶膜をＬＰＥ法に
より育成させた磁気光学素子材料であるから、波長０．
９３〜１．０５μｍ帯において性能指数が向上し、その
帯域の光アイソレータとして使用可能な材料が得られ
た。これによって、プラセオジウムドープファイバを用
いる１．３μｍ帯、及びエルビウムドープファイバを用
いる１．５５μｍ帯のファイバ型光増幅器の励起光用光
アイソレータ等の実用化が可能となる。
【図１】Ｂｉ置換量ｙと熱膨張率βとの関係を示すグラ
フ。
フ。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｇｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12なる化学式で
示される組成を有する非磁性ガーネット基板上に、組成
式がＲ3-x-y Ｇｄx Ｂｉy Ｆｅ5 Ｏ12但し、ＲはＳｍ，
Ｎｄ，Ｐｒ，Ｌａから選ばれる１種以上の希土類元素 ０≦ｘ＜１．５ １．２≦ｙ≦１．７ １．２≦ｘ＋ｙ＜３ で示され、液相エピタキシャル法により育成させた磁性
ガーネット単結晶膜を有する使用波長０．９３〜１．０
５μｍ帯用の磁気光学素子材料。 - 【請求項２】 Ｇｄ3 （ＳｃＧａ）5 Ｏ12なる化学式で
示される組成を有する非磁性ガーネット基板が、Ｎｄ，
Ｃｒをドープしたものである請求項１記載の磁気光学素
子材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9068493A JPH06281902A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 磁気光学素子材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9068493A JPH06281902A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 磁気光学素子材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281902A true JPH06281902A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=14005370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9068493A Pending JPH06281902A (ja) | 1993-03-25 | 1993-03-25 | 磁気光学素子材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06281902A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011256073A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法 |
| WO2012073671A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| WO2012073670A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2012131690A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-07-12 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2012188302A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2012188303A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2013087015A (ja) * | 2011-10-18 | 2013-05-13 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換希土類−鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル成長方法 |
-
1993
- 1993-03-25 JP JP9068493A patent/JPH06281902A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011256073A (ja) * | 2010-06-09 | 2011-12-22 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜の製造方法 |
| CN103228826A (zh) * | 2010-11-29 | 2013-07-31 | 住友金属矿山株式会社 | 铋置换型稀土类铁石榴石晶体膜和光隔离器 |
| WO2012073670A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2012116672A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2012131690A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-07-12 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| CN103221585A (zh) * | 2010-11-29 | 2013-07-24 | 住友金属矿山株式会社 | 铋置换型稀土类铁石榴石晶体膜和光隔离器 |
| WO2012073671A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| EP2647742A4 (en) * | 2010-11-29 | 2014-07-16 | Sumitomo Metal Mining Co | WISMUT SUBSTITUTED RARE IRON GRANATE CRYSTAL FILM AND OPTICAL ISOLATOR |
| EP2647743A4 (en) * | 2010-11-29 | 2014-07-23 | Sumitomo Metal Mining Co | WISMUT SUBSTITUTED RARE IRON GRANATE CRYSTAL FILM AND OPTICAL ISOLATOR |
| US9303333B2 (en) | 2010-11-29 | 2016-04-05 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Bismuth-substituted rare-earth iron garnet crystal film and optical isolator |
| US9322111B2 (en) | 2010-11-29 | 2016-04-26 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Bismuth-substituted rare-earth iron garnet crystal film and optical isolator |
| JP2012188302A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2012188303A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2013087015A (ja) * | 2011-10-18 | 2013-05-13 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換希土類−鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル成長方法 |
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