JPH0769522B2 - 磁気光学アイソレータ装置 - Google Patents
磁気光学アイソレータ装置Info
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- JPH0769522B2 JPH0769522B2 JP18075690A JP18075690A JPH0769522B2 JP H0769522 B2 JPH0769522 B2 JP H0769522B2 JP 18075690 A JP18075690 A JP 18075690A JP 18075690 A JP18075690 A JP 18075690A JP H0769522 B2 JPH0769522 B2 JP H0769522B2
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- Japan
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/0009—Materials therefor
- G02F1/0036—Magneto-optical materials
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
- G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、磁気光学アイソレータからなる装置に関し、
特に、ファラデー回転素子としてなる装置に関し、特に
ファラデー回転素子としてガーネット・フィルムを用い
るアイソレータからなる装置に関する。
特に、ファラデー回転素子としてなる装置に関し、特に
ファラデー回転素子としてガーネット・フィルムを用い
るアイソレータからなる装置に関する。
（従来の技術） レーザまたは他の放射ソースを用いる多くの応用におい
て反射する放射がソースと相互作用すると例えばノイズ
や望ましくないフィードバックを生成する可能性がある
ため、反射する放射のソースとの相互作用を防止するこ
とは重要である。しばしば反射する放射からソースを分
離する必要性のある応用例に光波通信、特に比較的長距
離の高ビットレート通信がある。
て反射する放射がソースと相互作用すると例えばノイズ
や望ましくないフィードバックを生成する可能性がある
ため、反射する放射のソースとの相互作用を防止するこ
とは重要である。しばしば反射する放射からソースを分
離する必要性のある応用例に光波通信、特に比較的長距
離の高ビットレート通信がある。
磁気光学材料におけるファラデー効果は、アイソレータ
として使用できる非相反素子、即ち光を一方向にのみ通
過させるデバイスを与えるのに用いることができ、この
ことは以前から良く知られている。イットリウム鉄ガー
ネット（YIG）はアイソレータ用途に使われてきた磁気
光学材料である。しかしながら、YIGは最近かなり高価
になってきている。それはさらに光波通信に対して重要
である近赤外波長領域（例;0.8−1.6μｍ）において比
旋光度（specific rotation）が比較的小さく、アイソ
レータに必要な偏光面の45°回転を与えるのに大きい光
路長（1.3μｍ放射に対し約2.7mm）を必要とする。それ
はまた高い飽和磁化を有し、高い飽和磁化は一般的に高
価であり、近傍要素に影響しまた影響される。大きく高
い界磁石（例:SmCo）の使用を一般的に必要とする。
として使用できる非相反素子、即ち光を一方向にのみ通
過させるデバイスを与えるのに用いることができ、この
ことは以前から良く知られている。イットリウム鉄ガー
ネット（YIG）はアイソレータ用途に使われてきた磁気
光学材料である。しかしながら、YIGは最近かなり高価
になってきている。それはさらに光波通信に対して重要
である近赤外波長領域（例;0.8−1.6μｍ）において比
旋光度（specific rotation）が比較的小さく、アイソ
レータに必要な偏光面の45°回転を与えるのに大きい光
路長（1.3μｍ放射に対し約2.7mm）を必要とする。それ
はまた高い飽和磁化を有し、高い飽和磁化は一般的に高
価であり、近傍要素に影響しまた影響される。大きく高
い界磁石（例:SmCo）の使用を一般的に必要とする。
稀土類鉄ガーネットにおいてBiの置換を行うと、これら
の材料のファラデー比旋光度が大きく増加することは良
く知られている。Bi置換ガーネットの比較的薄いフィル
ム（10μｍ程度）が磁気バブルデバイス用に液相エピタ
キシ（LPE）法により適当な基板上に成長された。しか
しながら、磁気光学アイソレータには比較的厚い（例:3
00μｍ程度の）フィルムを成長させねばならず、このこ
とは基板材料とその上に成長するガーネット・フィルム
との間の熱膨張に一般的重大な差があることから問題を
難しくしている。度々フィルムの亀裂が観察される場合
の原因はこの差によると考えられる。このような亀裂は
当然のことながら歩留まりを低下させ、コストを増加す
る結果となる。もしガーネット・フィルムが基板の一面
上のみ成長すると基板／フィルムの組合わせのたわみに
より応力が軽減されるので亀裂の発生頻度は少なくなる
ことも周知である。しかしながら、このような一面LPE
成長は成長時間の増加と溶融体の表面撹拌問題から制御
は難しい、従ってこのような一面フィルムの製造は比較
的難しいものがある。
の材料のファラデー比旋光度が大きく増加することは良
く知られている。Bi置換ガーネットの比較的薄いフィル
ム（10μｍ程度）が磁気バブルデバイス用に液相エピタ
キシ（LPE）法により適当な基板上に成長された。しか
しながら、磁気光学アイソレータには比較的厚い（例:3
00μｍ程度の）フィルムを成長させねばならず、このこ
とは基板材料とその上に成長するガーネット・フィルム
との間の熱膨張に一般的重大な差があることから問題を
難しくしている。度々フィルムの亀裂が観察される場合
の原因はこの差によると考えられる。このような亀裂は
当然のことながら歩留まりを低下させ、コストを増加す
る結果となる。もしガーネット・フィルムが基板の一面
上のみ成長すると基板／フィルムの組合わせのたわみに
より応力が軽減されるので亀裂の発生頻度は少なくなる
ことも周知である。しかしながら、このような一面LPE
成長は成長時間の増加と溶融体の表面撹拌問題から制御
は難しい、従ってこのような一面フィルムの製造は比較
的難しいものがある。
ケイ・ナカジマ（K.Nakajima）ら「IEEEトランザクショ
ンズ オン マグティックス（Transactions on Magnet
ics）」第24（６）巻、2565−2567頁とケイ・マチダ
（K.Machida）らの「プロシーディングス オブ ザ
インターナショナル シンポシアム オン マグネトー
オプティックス、ジャーナル オブ ザ マグネティク
ス ソサエティ オブ ジャパン（Proceedings the In
ternational Symposium on Magneto−Optics,Journal o
f the Magnetics Soc.of Japan）」第11巻、サプルメン
ト、No.S1、347−351頁、の両者はガーネット基板上の
(YbTbBi)3Fe5O12フィルムの一面成長を報告している。
ンズ オン マグティックス（Transactions on Magnet
ics）」第24（６）巻、2565−2567頁とケイ・マチダ
（K.Machida）らの「プロシーディングス オブ ザ
インターナショナル シンポシアム オン マグネトー
オプティックス、ジャーナル オブ ザ マグネティク
ス ソサエティ オブ ジャパン（Proceedings the In
ternational Symposium on Magneto−Optics,Journal o
f the Magnetics Soc.of Japan）」第11巻、サプルメン
ト、No.S1、347−351頁、の両者はガーネット基板上の
(YbTbBi)3Fe5O12フィルムの一面成長を報告している。
（発明の概要） 磁気光学アイソレータに使用する基板上のガーネット・
フィルムの技術的重要性に鑑み、比較的高い比旋光度、
比較的小さい温度依存性、比較的低い飽和磁化を有し、
比較的容易に製造でき、さらに先行技術のフィルムに比
較しより破断しにくいフィルムが入手できれば非常に望
ましい。本出願はそのようなフィルム及びその好都合な
製造方法を開示するものである。
フィルムの技術的重要性に鑑み、比較的高い比旋光度、
比較的小さい温度依存性、比較的低い飽和磁化を有し、
比較的容易に製造でき、さらに先行技術のフィルムに比
較しより破断しにくいフィルムが入手できれば非常に望
ましい。本出願はそのようなフィルム及びその好都合な
製造方法を開示するものである。
本発明は磁気光学アイソレータの従来技術のガーネット
・フィルムの有する多くの課題を解決するガーネット・
フィルムを提供するものである。特に、従来技術のフィ
ルムに比較し破断もしくは亀裂を受けることが一般に少
ないガーネット・フィルムを本発明は提供するものであ
る。この機械的安全性の向上は本発明の優れたガーネッ
ト・フィルムの組成変更に起因するものであり、その結
果基板／フィルム組合わせにおける内部応力の少なくと
も部分的補償となるためである。本発明は特許請求の請
求項１により規定するものである。
・フィルムの有する多くの課題を解決するガーネット・
フィルムを提供するものである。特に、従来技術のフィ
ルムに比較し破断もしくは亀裂を受けることが一般に少
ないガーネット・フィルムを本発明は提供するものであ
る。この機械的安全性の向上は本発明の優れたガーネッ
ト・フィルムの組成変更に起因するものであり、その結
果基板／フィルム組合わせにおける内部応力の少なくと
も部分的補償となるためである。本発明は特許請求の請
求項１により規定するものである。
現時点における好ましい本発明の特徴の１つは本発明の
装置が電磁放射ソース（一般的には半導体放射ソース例
えばレーザ・ダイオードまたはLED）、放射利用手段
（例えば光ファイバ）及びソースと利用手段との間の磁
気光学アイソレータ手段からなるものである。このアイ
ソレータ手段は偏光手段、磁石手段及び単結晶基板（一
般的にはガーネット基板）上にエピタキシャル成長した
単結晶磁気光学ガーネット層を有する磁気光学要素を含
むものである。周知のように、与えられた立方晶系材料
は一般的には“a"と表示の、特に温度の関数である格子
定数を有する。
装置が電磁放射ソース（一般的には半導体放射ソース例
えばレーザ・ダイオードまたはLED）、放射利用手段
（例えば光ファイバ）及びソースと利用手段との間の磁
気光学アイソレータ手段からなるものである。このアイ
ソレータ手段は偏光手段、磁石手段及び単結晶基板（一
般的にはガーネット基板）上にエピタキシャル成長した
単結晶磁気光学ガーネット層を有する磁気光学要素を含
むものである。周知のように、与えられた立方晶系材料
は一般的には“a"と表示の、特に温度の関数である格子
定数を有する。
本発明の磁気光学ガーネット層はガーネット材料の少な
くとも１個の第１と１個の第２の層からなる。この層は
一般的に互いに及び基板表面に平行である。第１の層は
第１の層の格子定数が第１温度（例えば室温）において
基板の格子定数とほぼ等しくなるように、また第１の層
の格子定数が第１温度より高い第２の温度（例えばガ−
ネッット層の成長温度）において基板の格子定数より大
きくなるように選択した（第１の）組成を有する。第２
の層は、第２の層の格子定数が第１の温度において基板
の格子定数より小さく、また第２の温度において第１の
材料の格子定数より小さくなるように選択した（第２
の）組成を有する。一般的には、但し必ずしも必要では
ないが、第２の温度における第２の層の格子定数は第１
の層のそれと基板のそれとの間にある。
くとも１個の第１と１個の第２の層からなる。この層は
一般的に互いに及び基板表面に平行である。第１の層は
第１の層の格子定数が第１温度（例えば室温）において
基板の格子定数とほぼ等しくなるように、また第１の層
の格子定数が第１温度より高い第２の温度（例えばガ−
ネッット層の成長温度）において基板の格子定数より大
きくなるように選択した（第１の）組成を有する。第２
の層は、第２の層の格子定数が第１の温度において基板
の格子定数より小さく、また第２の温度において第１の
材料の格子定数より小さくなるように選択した（第２
の）組成を有する。一般的には、但し必ずしも必要では
ないが、第２の温度における第２の層の格子定数は第１
の層のそれと基板のそれとの間にある。
現時点における好ましい本発明の実施例の１つにおい
て、基板は単結品（Mg、Ca、Zr）−置換ガドリニウム
ガリウム ガーネット（MCZ:GGG）ウェハであり、第１
の層は、 組成BixB3-x)(Fe5-zCz)O12であり、ここでＢは、１種以
上の稀土類（原子番号57−71）であり、Ｃは、選択的
で、Ca、Al、またはその組合わせであり、１≦ｘ≦２＞
５であり、０≦ｚ≦１である。これら好ましい本実施に
おいて、第２の層は、 組成Bix′B3-x′)(Fe5-zCz)O12を有し、ここでｘ′＜ｘ
である。一般的にＣ濃度は公称上に第１と第２の層にお
いて同一である。
て、基板は単結品（Mg、Ca、Zr）−置換ガドリニウム
ガリウム ガーネット（MCZ:GGG）ウェハであり、第１
の層は、 組成BixB3-x)(Fe5-zCz)O12であり、ここでＢは、１種以
上の稀土類（原子番号57−71）であり、Ｃは、選択的
で、Ca、Al、またはその組合わせであり、１≦ｘ≦２＞
５であり、０≦ｚ≦１である。これら好ましい本実施に
おいて、第２の層は、 組成Bix′B3-x′)(Fe5-zCz)O12を有し、ここでｘ′＜ｘ
である。一般的にＣ濃度は公称上に第１と第２の層にお
いて同一である。
［実施例］ 以下図面を参照し本発明をさらに詳しく説明するが、類
似特性を有するものは異なる図面においても同一符号で
示し、図面は必ずしも真の比率及び／または寸法を示す
ものではない。
似特性を有するものは異なる図面においても同一符号で
示し、図面は必ずしも真の比率及び／または寸法を示す
ものではない。
第１図は本発明による二面磁気光学要素例の一部の模式
図であり、そこで符号11は基板を示し、符号12と12′は
基板上にエピタキシャル成長したガーネット層を示す。
現時点における好ましい実施例として第１図に二面磁気
光学要素を示すが本発明による磁気光学要素は必ずしも
これに限る必要はない。各ガーネット層（例:12）は１
個以上の第１の層13と１個以上の第２の層14（第１図で
は全てを表示している訳ではないが）からなる。例え
ば、第１の層はそれらの格子定数が室温において基板の
それにほぼ等しいような組成を有し、また、第２の層は
それらの格子定数がガーネット層の成長温度、例えば75
0−825℃の範囲において、第１の層のそれと基板のそれ
との間にあるような組成を有する。
図であり、そこで符号11は基板を示し、符号12と12′は
基板上にエピタキシャル成長したガーネット層を示す。
現時点における好ましい実施例として第１図に二面磁気
光学要素を示すが本発明による磁気光学要素は必ずしも
これに限る必要はない。各ガーネット層（例:12）は１
個以上の第１の層13と１個以上の第２の層14（第１図で
は全てを表示している訳ではないが）からなる。例え
ば、第１の層はそれらの格子定数が室温において基板の
それにほぼ等しいような組成を有し、また、第２の層は
それらの格子定数がガーネット層の成長温度、例えば75
0−825℃の範囲において、第１の層のそれと基板のそれ
との間にあるような組成を有する。
第２図は、正規化した格子定数対温度の曲線を示しここ
で“ａ。”は室温（22℃）における所定材料の格子定数
である。曲線20は、組成Bi1.6Tb1.0Yb0.4)(Fe4.7Ga0.3)
O12、曲線21は、組成Tb3FeO3（TbIG;白四角）、Gd3Fe5O
12（（GdIG）及びY3Fe5O12（YIG;ともに黒四角）、、曲
線22は、組成Gd3Ga5O12（GGG;黒円）及びMCZ:GGG（白
円）を示す。
で“ａ。”は室温（22℃）における所定材料の格子定数
である。曲線20は、組成Bi1.6Tb1.0Yb0.4)(Fe4.7Ga0.3)
O12、曲線21は、組成Tb3FeO3（TbIG;白四角）、Gd3Fe5O
12（（GdIG）及びY3Fe5O12（YIG;ともに黒四角）、、曲
線22は、組成Gd3Ga5O12（GGG;黒円）及びMCZ:GGG（白
円）を示す。
第２図にみられるように、MCZ;GGGの熱膨脹は、曲線20
のBi含有ガーネットのそれまたはTbIGのそれより実質上
小さい。さらに、曲線22のCaガーネットは、約250℃で
熱膨脹係数が変わることを示しており、その温度未満の
熱膨脹は、Feガーネット曲線から急速にはずれる。
のBi含有ガーネットのそれまたはTbIGのそれより実質上
小さい。さらに、曲線22のCaガーネットは、約250℃で
熱膨脹係数が変わることを示しており、その温度未満の
熱膨脹は、Feガーネット曲線から急速にはずれる。
例として、もし基板がMCZ:GGGであり、その上に成長し
たガーネット層が、実質上第２図の曲線20の材料のよう
な組成を有しまた室温で実質上基板に適合する格子であ
る場合、基板は成長温度で引張り応力を受ける。他方、
もしMCZ:GGG基板上に成長するガーネット層のBi含量が
曲線20の材料のそれより実質上低い（対応するTbまたは
可能には他の稀土類の含量増加）とすると、ガーネット
層の格子定数は室温における基板のそれより実質上低く
また成長温度における上に説明のガーネット層のそれよ
り小さくなり得る。これらの状況の下では基板は成長温
度においてより小さい引張り応力を受け室温において圧
縮応力を受ける。第１の温度において基板に引張りと圧
縮応力がそれぞれ加わる層を組合わせることにより基板
上に加えられる全応力を減ずることができそれにより破
断の可能性を減少する。
たガーネット層が、実質上第２図の曲線20の材料のよう
な組成を有しまた室温で実質上基板に適合する格子であ
る場合、基板は成長温度で引張り応力を受ける。他方、
もしMCZ:GGG基板上に成長するガーネット層のBi含量が
曲線20の材料のそれより実質上低い（対応するTbまたは
可能には他の稀土類の含量増加）とすると、ガーネット
層の格子定数は室温における基板のそれより実質上低く
また成長温度における上に説明のガーネット層のそれよ
り小さくなり得る。これらの状況の下では基板は成長温
度においてより小さい引張り応力を受け室温において圧
縮応力を受ける。第１の温度において基板に引張りと圧
縮応力がそれぞれ加わる層を組合わせることにより基板
上に加えられる全応力を減ずることができそれにより破
断の可能性を減少する。
本発明の現時点において好ましい実施例の特定例とし
て、第１の層は、組成 (BixTbyRE3-x-y)(Fe5-zGaz)O12を有し、ここでREは選択
的で、構成成分にして１種以上の（Tb以外の）稀土類元
素で、１≦ｘ≦2.5（しばしば≦２であり）０≦ｙ≦
２、ｘ＋ｙ≦３、０≦ｚ≦１である。Biは、比較的大き
いファラデー比旋光度を与えるために特に加え、Tbは、
ファラデー回転の温度依存性を小さくするために特に使
用し、REは、材料の格子定数を特注作成するために特に
用いることができる。ｘが、約１未満の値の場合にはフ
ァラデー比旋光度は一般的に小さいので必要とするガー
ネット層をあまり厚くすると多くの用途に使えなくな
る。逆にｘが、約2.5超過の値の場合、ガーネット層と
基板との間の熱膨脹のずれがあまりに大き過ぎて一般的
に良好な磁気光学要素とならない、３−ｘ−ｙの値は一
般的に約1.2より小さい。Gaは、ガーネット層の飽和磁
化を得るのに必要な磁場を減ずるために特に用いる。し
かしながら、Feの代わりにGaを置換すると一般的にガー
ネット材料の補償点が増加し、また約１より大きいｚの
場合は、多くの目的のためには補償温度はあまりに高す
ぎる。
て、第１の層は、組成 (BixTbyRE3-x-y)(Fe5-zGaz)O12を有し、ここでREは選択
的で、構成成分にして１種以上の（Tb以外の）稀土類元
素で、１≦ｘ≦2.5（しばしば≦２であり）０≦ｙ≦
２、ｘ＋ｙ≦３、０≦ｚ≦１である。Biは、比較的大き
いファラデー比旋光度を与えるために特に加え、Tbは、
ファラデー回転の温度依存性を小さくするために特に使
用し、REは、材料の格子定数を特注作成するために特に
用いることができる。ｘが、約１未満の値の場合にはフ
ァラデー比旋光度は一般的に小さいので必要とするガー
ネット層をあまり厚くすると多くの用途に使えなくな
る。逆にｘが、約2.5超過の値の場合、ガーネット層と
基板との間の熱膨脹のずれがあまりに大き過ぎて一般的
に良好な磁気光学要素とならない、３−ｘ−ｙの値は一
般的に約1.2より小さい。Gaは、ガーネット層の飽和磁
化を得るのに必要な磁場を減ずるために特に用いる。し
かしながら、Feの代わりにGaを置換すると一般的にガー
ネット材料の補償点が増加し、また約１より大きいｚの
場合は、多くの目的のためには補償温度はあまりに高す
ぎる。
上記に説明した本発明の現時点における好ましい実施例
において第２の層の組成は (Bix′Tby′RE3-x′-y′)(Fe5-zGaz)O12であり、REは上
記の通りであり、ｚは、第１の組成の場合とほぼ同じ値
を有する。ｘ′の値は、ｘの値より小さく、その差は格
子パラメータの所望の差が得られるように選択される。
Tbの濃度及び選択的REの濃度は、当業者に周知のように
Bi、Tb及びREの合計が表示する式単位当たり３に等しく
なるように調節される。現時点において好ましい実施例
において基板は（MCZ:GGG）である。
において第２の層の組成は (Bix′Tby′RE3-x′-y′)(Fe5-zGaz)O12であり、REは上
記の通りであり、ｚは、第１の組成の場合とほぼ同じ値
を有する。ｘ′の値は、ｘの値より小さく、その差は格
子パラメータの所望の差が得られるように選択される。
Tbの濃度及び選択的REの濃度は、当業者に周知のように
Bi、Tb及びREの合計が表示する式単位当たり３に等しく
なるように調節される。現時点において好ましい実施例
において基板は（MCZ:GGG）である。
本発明による磁気光学要素における第２の層の存在は例
えば、ピー・ゴウナウト（P.Gornert）ら、「フィジカ
ステータス ソリジ エイ（Physica Status Solidi
A」第41巻、505−511頁に開示通りのエッチング法によ
り容易に確認できる。
えば、ピー・ゴウナウト（P.Gornert）ら、「フィジカ
ステータス ソリジ エイ（Physica Status Solidi
A」第41巻、505−511頁に開示通りのエッチング法によ
り容易に確認できる。
第３図は本発明による磁気光学部材（10）を含むアセン
ブリ（30）例を示す模式図であり、さらに屈折率適合接
着手段（31と31′）により要素（10）に取付けられた偏
光手段（32と32′）を含む。本発明の実施に際し好都合
な偏光手段は既知である。ルチル・ウェッジ（rutile w
edge）と偏光ガラスはそのような手段の例である。屈折
率適合接着手段はまた周知であり市販の赤外透過エポキ
シドからなる。当業者は周知のように、偏光手段32′
は、一般的に、偏光手段32に対し方位角45°だけ傾けて
置かれ、部材10は設計波長（例えば約1.3μｍ）の放射
の偏光面を45°だけ回転するように設計されている。こ
の場合偏光子32を通過したほぼ全ての放射は偏光子32′
もまた通過する。さらにまた偏光子32′を通過した全て
の反射した放射は偏光子32の方位角と90°ずれで偏光す
ることになり、阻止され戻らない。
ブリ（30）例を示す模式図であり、さらに屈折率適合接
着手段（31と31′）により要素（10）に取付けられた偏
光手段（32と32′）を含む。本発明の実施に際し好都合
な偏光手段は既知である。ルチル・ウェッジ（rutile w
edge）と偏光ガラスはそのような手段の例である。屈折
率適合接着手段はまた周知であり市販の赤外透過エポキ
シドからなる。当業者は周知のように、偏光手段32′
は、一般的に、偏光手段32に対し方位角45°だけ傾けて
置かれ、部材10は設計波長（例えば約1.3μｍ）の放射
の偏光面を45°だけ回転するように設計されている。こ
の場合偏光子32を通過したほぼ全ての放射は偏光子32′
もまた通過する。さらにまた偏光子32′を通過した全て
の反射した放射は偏光子32の方位角と90°ずれで偏光す
ることになり、阻止され戻らない。
第４図は本発明による装置（40）例の模式図である。こ
の装置は放射ソース41、即ち一般的には半導体レーザま
たはLEDを含み、この出力は外部信号による適切な手段
（図示せず）で変調できる。ここで用いた集束手段42は
第３図に示す種類のアセンブリ30上に発せられた放射を
導く。アセンブリ30を通り送られた放射は所定の集束手
段43により光ファイバ45上に向けられる。永久磁石44は
アセンブリ30におけるガーネット層の飽和磁化を惹起す
るのに十分な強度を有する磁場を与える。本発明による
装置に使用する集束手段は既知でありそれは球面とGRIN
ロッドを含む。当業者により知られているように、本発
明のアイソレータ手段はレーザまたはLEDパッケージに
組込むことができまたセパレーツのイン ライン デバ
イスの形で提供できる。
の装置は放射ソース41、即ち一般的には半導体レーザま
たはLEDを含み、この出力は外部信号による適切な手段
（図示せず）で変調できる。ここで用いた集束手段42は
第３図に示す種類のアセンブリ30上に発せられた放射を
導く。アセンブリ30を通り送られた放射は所定の集束手
段43により光ファイバ45上に向けられる。永久磁石44は
アセンブリ30におけるガーネット層の飽和磁化を惹起す
るのに十分な強度を有する磁場を与える。本発明による
装置に使用する集束手段は既知でありそれは球面とGRIN
ロッドを含む。当業者により知られているように、本発
明のアイソレータ手段はレーザまたはLEDパッケージに
組込むことができまたセパレーツのイン ライン デバ
イスの形で提供できる。
本発明による現時点における好ましい装置ではガーネッ
ト層組成は飽和磁化が比較的低く、好都合には500G未満
であり、また磁気補償温度が実質上室温未満、好都合に
−20°以下であるように選択される。さらに、ファラデ
ー回転の温度依存性は望ましくは0.06°／℃以下であ
り、一方望ましくは比旋光度が高く、YIGで得られる16.
6°/mmの回転より実質上大きいことが望ましい。上記特
定範囲内における多くの他の組成も使用できるが、組成 (Bi1.6Tb1.0Yb0.4)(Fe4.7Ga0.3)O12は一例として上記の
必要条件を満たすものである。
ト層組成は飽和磁化が比較的低く、好都合には500G未満
であり、また磁気補償温度が実質上室温未満、好都合に
−20°以下であるように選択される。さらに、ファラデ
ー回転の温度依存性は望ましくは0.06°／℃以下であ
り、一方望ましくは比旋光度が高く、YIGで得られる16.
6°/mmの回転より実質上大きいことが望ましい。上記特
定範囲内における多くの他の組成も使用できるが、組成 (Bi1.6Tb1.0Yb0.4)(Fe4.7Ga0.3)O12は一例として上記の
必要条件を満たすものである。
本発明によるガーネット部材は、一般的にLPEにより製
造される。例えば（111）面方位MCZ:GGG基板をまず熱リ
ン酸（160℃）で１ないし２分間エッチングを行い、次
に温界面活性剤溶液（70℃、超音波なし）で洗浄し、超
純水ですすぎ、スプレーすすぎを行い、濾過N2で送風乾
燥した。
造される。例えば（111）面方位MCZ:GGG基板をまず熱リ
ン酸（160℃）で１ないし２分間エッチングを行い、次
に温界面活性剤溶液（70℃、超音波なし）で洗浄し、超
純水ですすぎ、スプレーすすぎを行い、濾過N2で送風乾
燥した。
このようにして調整した基板を適当なホルダに置き、LP
E成長のための融液に浸漬する、融液は好都合にはPbOと
B2O3のフラックスを含み、さらにガーネットの所望の構
成成分の酸化物からなる。ガーネット中にPbが存在する
と、アイソレータ中に放射吸収を惹起しうるのでPbOは
他の全ての点では望ましいフラックスではあるが、フラ
ックス中のPbの量を低く押さえることが望ましい。一例
として、ビスマスと鉛の酸化物の1:1の比率の融液は許
容しうる結果を与えることが見出されている。B2O3は融
液の安定性を促進し、比較的大きい過冷却を許容する。
少なくとも約25％B2O3を含むフラックスが望ましい。溶
質の全濃度は当業者には良く知られているように所望の
飽和と成長の温度を与えるように一般的に調節される。
800℃近辺（例：約785−825℃）の成長温度は良好な結
果を与えることが見出された。
E成長のための融液に浸漬する、融液は好都合にはPbOと
B2O3のフラックスを含み、さらにガーネットの所望の構
成成分の酸化物からなる。ガーネット中にPbが存在する
と、アイソレータ中に放射吸収を惹起しうるのでPbOは
他の全ての点では望ましいフラックスではあるが、フラ
ックス中のPbの量を低く押さえることが望ましい。一例
として、ビスマスと鉛の酸化物の1:1の比率の融液は許
容しうる結果を与えることが見出されている。B2O3は融
液の安定性を促進し、比較的大きい過冷却を許容する。
少なくとも約25％B2O3を含むフラックスが望ましい。溶
質の全濃度は当業者には良く知られているように所望の
飽和と成長の温度を与えるように一般的に調節される。
800℃近辺（例：約785−825℃）の成長温度は良好な結
果を与えることが見出された。
LPE成長の重要点は融液中基板を回転する速度と方式と
である。約60rpmまでは成長速度とそのBiの動的挿入が
大きく増加することが見出されている。約60rpmの回転
速度で、サイクル毎に逆回転すると第１の層材料の成長
に好都合であることが見出されている。
である。約60rpmまでは成長速度とそのBiの動的挿入が
大きく増加することが見出されている。約60rpmの回転
速度で、サイクル毎に逆回転すると第１の層材料の成長
に好都合であることが見出されている。
Bi挿入は回転速度に依存するので、第２の層材料は同じ
融液で回転速度を例えば約8rpmに減ずることにより好都
合に成長される。しかしながら、本発明の多層ガーネッ
ト層は他の方法でも成長させることでき、このような方
法は全て企画されている。
融液で回転速度を例えば約8rpmに減ずることにより好都
合に成長される。しかしながら、本発明の多層ガーネッ
ト層は他の方法でも成長させることでき、このような方
法は全て企画されている。
例えば、本発明のガーネット・フィルムは面当たり約0.
7μm/分の速度で成長させ、公称式単位当たり約１ない
し1.3原子のBi挿入で130°/mm以上の比旋光度を与え
た。このようにして、45°の回転を与えるガーネット層
の二面成長は数時間を要する。このような長時間成長は
融液に溶質を、特に稀土類を減衰する。成長速度と所望
の格子パラメータを保持するために、フィルム成長中融
液温度を漸減させると望ましいことが度々見出された。
この減少する最適速度は特に融液のサイズに依存する。
例えば、7Kgの融液に対し約0.7℃／時間の減少速度が直
径２インチのウェハ上の成長中に使用された。周期的融
液の補充が一般的に当業者に知られているように必要で
ある。フィルム成長の完了後フィルムを化学的もしくは
機械的に研磨しフラックス残渣を除去し及び／または所
望のファラデー回転を得るために層の厚さを微調節する
ことがしばしば望ましい。例えば、次に研磨ウェハは所
望の大きさのチップにダイシングされ、チップは洗浄さ
れ、反射防止塗布、検査、偏光子取付けが行われ、本発
明による装置に取り付けられる。
7μm/分の速度で成長させ、公称式単位当たり約１ない
し1.3原子のBi挿入で130°/mm以上の比旋光度を与え
た。このようにして、45°の回転を与えるガーネット層
の二面成長は数時間を要する。このような長時間成長は
融液に溶質を、特に稀土類を減衰する。成長速度と所望
の格子パラメータを保持するために、フィルム成長中融
液温度を漸減させると望ましいことが度々見出された。
この減少する最適速度は特に融液のサイズに依存する。
例えば、7Kgの融液に対し約0.7℃／時間の減少速度が直
径２インチのウェハ上の成長中に使用された。周期的融
液の補充が一般的に当業者に知られているように必要で
ある。フィルム成長の完了後フィルムを化学的もしくは
機械的に研磨しフラックス残渣を除去し及び／または所
望のファラデー回転を得るために層の厚さを微調節する
ことがしばしば望ましい。例えば、次に研磨ウェハは所
望の大きさのチップにダイシングされ、チップは洗浄さ
れ、反射防止塗布、検査、偏光子取付けが行われ、本発
明による装置に取り付けられる。
また本願と同時出願と共譲渡の米国特許出願番号第380,
579号に開示の温度補償手段を本発明によるガーネット
・フィルムも含むことができる。
579号に開示の温度補償手段を本発明によるガーネット
・フィルムも含むことができる。
（実施例１） 白井坩堝中にて、下に記載の第１の層成長条件の元で公
称組成 (Bi1.2Tb1.8)(Fe4.6Ga0.4)O12の材料が成長するよう
に、各酸化物の量を選択したBi2O3Tb2O3、Ga2O3、Fe2O3、B
2O3、PbOを融解した。融液は799℃に加熱され、実質的に
上記のように調整した直径２インチの（111）面方位MC
Z:GGG基板は融液に浸漬された。ウェハをはじめ60rpmで
約2.5時間回転させ、上記組成の約80μｍの材料を成長
させた。この後回転速度を約10分間8rpmに減少し、低Bi
濃度の材料（第２の層）の約２。５μｍを成長させた。
さらに上記のように、次に60rpmで得られた各ガーネッ
ト層の合計厚さが約162μｍになるように成長させた。
成長を行っている間、融液温度を約６℃／時間の速度で
漸減させた。ウェハは室温に冷却しても破断しなかっ
た。LPE装置、使用条件、使用操作、上記以外のその他
は従来通りのものであった。
称組成 (Bi1.2Tb1.8)(Fe4.6Ga0.4)O12の材料が成長するよう
に、各酸化物の量を選択したBi2O3Tb2O3、Ga2O3、Fe2O3、B
2O3、PbOを融解した。融液は799℃に加熱され、実質的に
上記のように調整した直径２インチの（111）面方位MC
Z:GGG基板は融液に浸漬された。ウェハをはじめ60rpmで
約2.5時間回転させ、上記組成の約80μｍの材料を成長
させた。この後回転速度を約10分間8rpmに減少し、低Bi
濃度の材料（第２の層）の約２。５μｍを成長させた。
さらに上記のように、次に60rpmで得られた各ガーネッ
ト層の合計厚さが約162μｍになるように成長させた。
成長を行っている間、融液温度を約６℃／時間の速度で
漸減させた。ウェハは室温に冷却しても破断しなかっ
た。LPE装置、使用条件、使用操作、上記以外のその他
は従来通りのものであった。
このようにして製造した第１の層材料は室温にして基板
にほぼ格子が適合するものであり、800℃で基板の格子
定数を約0.025オングストロームだけ超える格子定数を
有した。第２の層は表示組成Bi1.1Tb1.9Ga0.4Fe4.6O12
を有した。室温におけるこの材料の格子定数は実質基板
のそれより小さく、また800℃における第１の層材料の
それより小さいものである。このように製造したウェハ
からダイシングしたチップを磁気光学アイソレータに組
込み、所望のように作動させた。
にほぼ格子が適合するものであり、800℃で基板の格子
定数を約0.025オングストロームだけ超える格子定数を
有した。第２の層は表示組成Bi1.1Tb1.9Ga0.4Fe4.6O12
を有した。室温におけるこの材料の格子定数は実質基板
のそれより小さく、また800℃における第１の層材料の
それより小さいものである。このように製造したウェハ
からダイシングしたチップを磁気光学アイソレータに組
込み、所望のように作動させた。
上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。
第１図は、本発明による磁気光学部材の一部分を模式的
に示す図、 第２図は、温度の関数として幾つかのガーネット材料の
格子定数の曲線を示す図であり、 第３図は、本発明による磁気光学部材を模式的に示す
図、 第４図は、本発明による装置例を模式的に示す図であ
る。 10……磁気光学部材 11……基板 12、12′……ガーネット層 13……第１の層 14……第２の層 20、21、22……格子定数対温度の曲線 30……アッセンブリ 31、31′……接着手段 32、偏光子32′……偏光手段 40……装置 41……放射ソース 42……集束手段 43……集束手段 44……永久磁石 45……光ファイバ
に示す図、 第２図は、温度の関数として幾つかのガーネット材料の
格子定数の曲線を示す図であり、 第３図は、本発明による磁気光学部材を模式的に示す
図、 第４図は、本発明による装置例を模式的に示す図であ
る。 10……磁気光学部材 11……基板 12、12′……ガーネット層 13……第１の層 14……第２の層 20、21、22……格子定数対温度の曲線 30……アッセンブリ 31、31′……接着手段 32、偏光子32′……偏光手段 40……装置 41……放射ソース 42……集束手段 43……集束手段 44……永久磁石 45……光ファイバ
Claims (9)
- 【請求項１】電磁放射ソース、放射利用手段及びソース
と利用手段との間の磁気光学アイソレータ手段からなる
磁気光学アイソレータ装置であって、該アイソレータ手
段が偏光手段、磁石手段及び単結晶基板上に単結晶磁気
光学ガーネット層を有する磁気光学要素を含む前記装置
において、 ガーネット層は、ガーネット材料の少なくとも第１と第
２の層からなり； 第１の層は、第１の層の格子定数が第１の温度において
基板の格子定数とほぼ等しくなるように、また第１の層
の格子定数が第１の温度より高い第２の温度において基
板の格子定数より大きくなるように選択した第１の組成
を有し； 第２の層は、第２の層の格子定数が第１の温度において
基板の格子定数より小さくなるように、また第２の層の
格子定数が第２の温度において第１の層の格子定数より
小さくなるように選択した第２の組成を有する ことを特徴とする磁気光学アイソレータ装置。 - 【請求項２】第１の温度は、ほぼ室温で、第２の温度
は、ほぼガーネット層成長温度で、基板は、第１と第２
の主要面を有し、第１と第２の両主要面上にガーネット
層を有する ことを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項３】第１の組成は、 (BixB3-x)(Fe5-zCz)O12であって、ここでＢは、１種以
上の稀土類元素（原子番号57−71）、Ｃは、選択的で、
Ga、Al、及びその組合わせよりなる群から選択され、 １≦ｘ≦2.5、０≦ｚ≦１であり； 第２の組成は、 (Bix′B3-x′)(Fe5-zCz)O12であって、ここで、ｘ′＜
ｘである ことを特徴とする請求項２記載の装置。 - 【請求項４】第１の組成は、 BixTbyRE3-x-y)(Fe5-zGaz)O12であって、ここで０≦ｙ
≦2.0、 ｘ＋ｙ≦３、REは、選択的で、Tb以外の１種以上の稀土
類であり； 第２の組成は (Bix′Tby′RE3-x′-y′)(Fe5-zGaz)O12であって、ここ
で、ｘ′＋ｙ′≦３、０≦ｙ′≦２である ことを特徴とする請求項３記載の装置。 - 【請求項５】基板は、Mg、Ca、Zrの少なくとも１種を含
むガドリニウム・ガリウム・ガーネットであることを特
徴とする請求項３記載の装置。 - 【請求項６】少なくとも２つの第１の層を有し、この２
つの第１の層の間に第２の層を有することを特徴とする
請求項１記載の装置。 - 【請求項７】ソースは半導体放射ソースであり、利用手
段は光ファイバからなり、ガーネット層は飽和磁化を含
み、磁石手段はガーネット層に飽和磁化を示すのに十分
なだけの強度を有する永久磁石を含み、アイソレータ手
段はさらに偏光手段を含み、第１の組成は、 BixTb3-x)(Fe5-zGaz)O12であり、第２の組成は (Bix′Tb3-x′)(Fe5-zGaz)O12であって、ここで１≦ｘ
≦２、０≦ｚ≦１、ｘ′＜ｘであることを特徴とする請
求項１記載の装置。 - 【請求項８】半導体放射ソースはレーザまたは発光ダイ
オード（LED）であり、ソースが発する放射は、ほぼ0.8
μｍないし1.6μｍの範囲にあることを特徴とする請求
項７記載の装置。 - 【請求項９】基板は第１と第２の面を有し、基板の第１
と第２の各面上にガーネット層を有し、各ガーネット層
は少なくとも２個の第１の層からなり、その間に第２の
層を有し、各ガーネット・フィルムの合計厚さは約100
μｍより大きく、ｘは約1.2であり、ｚは約0.4であるこ
とを特徴とする請求項８記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US38058089A | 1989-07-14 | 1989-07-14 | |
| US380580 | 1989-07-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0346613A JPH0346613A (ja) | 1991-02-27 |
| JPH0769522B2 true JPH0769522B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=23501721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18075690A Expired - Lifetime JPH0769522B2 (ja) | 1989-07-14 | 1990-07-10 | 磁気光学アイソレータ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0408250B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0769522B2 (ja) |
| DE (1) | DE69008442T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5198923A (en) * | 1991-01-17 | 1993-03-30 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Optical isolator |
| CN113463196B (zh) * | 2021-07-15 | 2022-09-13 | 中国电子科技集团公司第九研究所 | 液相外延法制备的超厚石榴石单晶膜及其制备方法 |
| JP7644733B2 (ja) * | 2022-04-25 | 2025-03-12 | 信越化学工業株式会社 | ファラデー回転子及び光アイソレータの製造方法 |
| CN118295159B (zh) * | 2024-06-05 | 2024-09-03 | 西南应用磁学研究所(中国电子科技集团公司第九研究所) | 一种无胶化法拉第旋光器 |
-
1990
- 1990-07-05 DE DE1990608442 patent/DE69008442T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1990-07-05 EP EP19900307349 patent/EP0408250B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-07-10 JP JP18075690A patent/JPH0769522B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0408250B1 (en) | 1994-04-27 |
| JPH0346613A (ja) | 1991-02-27 |
| EP0408250A1 (en) | 1991-01-16 |
| DE69008442D1 (de) | 1994-06-01 |
| DE69008442T2 (de) | 1994-08-11 |
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