JPH0769797A - Low saturation magnetic field bismuth substituted iron garnet single crystal - Google Patents

Low saturation magnetic field bismuth substituted iron garnet single crystal

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JPH0769797A
JPH0769797A JP21301393A JP21301393A JPH0769797A JP H0769797 A JPH0769797 A JP H0769797A JP 21301393 A JP21301393 A JP 21301393A JP 21301393 A JP21301393 A JP 21301393A JP H0769797 A JPH0769797 A JP H0769797A
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JP
Japan
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single crystal
magnetic field
bismuth
oxide
test piece
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JP21301393A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazushi Shirai
一志 白井
Kenji Ishikura
賢二 石蔵
Norio Takeda
憲夫 武田
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Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Original Assignee
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Publication date
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  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一般式 Y3-x-y Lax Biy Fe5-z Gaz O12 〔但
し、x、y、zは、各々、0.1 ≦x≦ 0.4、1.0 ≦y≦
1.9、1.0 ≦z≦ 1.6 の数である〕なる化学組成を有
するビスマス置換鉄ガーネット単結晶を工業的に安価に
提供する。 【構成】 酸化鉛、酸化ビスマス、酸化第2鉄、酸化硼
素、酸化イットリウム、酸化ランタンなどからなる単結
晶育成用融液を用いて、非磁性ガーネット単結晶基板上
に液相エピタキシャル法によって育成させる。 【効果】 光磁界センサ用ファラデー回転子として優れ
た特性、特に、裁断によるヒステリシスが小さく、しか
も飽和磁界の小さいビスマス置換鉄ガーネット単結晶が
製造できるようになったため、弱磁界測定用の小型光磁
界センサヘッドを、工業的に安価に製造して提供するこ
とができる。
(57) [Abstract] [Purpose] General formula Y 3-xy La x Bi y Fe 5-z Ga z O 12 [where x, y and z are 0.1 ≦ x ≦ 0.4 and 1.0 ≦ y ≦
A bismuth-substituted iron garnet single crystal having a chemical composition of 1.9, 1.0 ≦ z ≦ 1.6] is industrially provided at low cost. [Structure] Using a melt for single crystal growth composed of lead oxide, bismuth oxide, ferric oxide, boron oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, etc., it is grown by liquid phase epitaxial method on a non-magnetic garnet single crystal substrate. . [Effect] Excellent characteristics as a Faraday rotator for an optical magnetic field sensor, in particular, it has become possible to manufacture a bismuth-substituted iron garnet single crystal with a small hysteresis due to cutting and a small saturation magnetic field. The sensor head can be industrially manufactured at low cost and provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本願発明は、ファラデー効果を利
用した光磁界センサ用ビスマス置換鉄ガーネット単結晶
に関する。更に詳しく言えば、本願発明は、光磁界セン
サヘッド用ファラデー回転子として優れた性質を有し、
しかも、飽和磁界の非常に小さいビスマス置換鉄ガーネ
ット単結晶に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bismuth-substituted iron garnet single crystal for an optical magnetic field sensor utilizing the Faraday effect. More specifically, the present invention has excellent properties as a Faraday rotator for an optical magnetic field sensor head,
Moreover, the present invention relates to a bismuth-substituted iron garnet single crystal having a very small saturation 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ている。
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 specifically to implement the above with higher accuracy.

【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策の一つとして、回
転機器・回転装置のより高度・高精度な制御方法に関す
る種々の実験研究が試みられた。その結果、本研究目的
を、最も簡便に達成できる方法は、当該回転機器・回転
装置の正確な回転速度〔数〕を連続的に、しかも即時的
に計測して、回転速度〔数〕で制御する方法であること
が明らかとなった。回転機器・回転装置の高度・高精度
な制御を、簡便に達成するためには、当該回転機器・回
転装置の回転速度〔数〕を正確に、しかも連続的に計測
することのできる簡便で、軽量・小型の測定装置を、よ
り安価に、しかも、大量に提供・供給されなければなら
ない。
As one of the concrete measures to meet the social demands for protection of the global environment and energy saving, various experimental studies have been attempted on a more sophisticated and highly accurate control method for rotating equipment and devices. As a result, the method that can achieve this research objective most easily is to measure the accurate rotation speed [number] of the rotating equipment / rotating device continuously and instantly, and control it at the rotation speed [number]. It became clear that it is a method to do. In order to easily achieve highly sophisticated and highly accurate control of rotating equipment / rotating device, in order to easily and accurately measure the rotational speed (number) of the rotating equipment / rotating device, it is simple and easy to measure. Lightweight and compact measuring devices must be provided and supplied at low cost and in large quantities.

【0004】既に、種々の回転速度の計測方法が提案さ
れているが、電磁誘導を利用した回転速度計が最も広く
採用されている〔センサ技術、1986年、12月号、68
頁〕。この電磁誘導を利用した回転速度計は、既に、航
空機、および、自動車用エンジンの回転速度〔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〕の間で電磁気的影響・障害、即ち、雑音
を受け易と言った重大な欠点がある。従って、自ずと、
設置環境と信号伝送線路の距離、即ち、伝送線路〔ケー
ブル〕長さに制限があり、遠隔測定・操作に適さない。
また、電気回路を用いるため、有機溶剤などの可燃性物
質を取り扱う環境下での使用に際しては、防爆対策が必
要である。
Various methods of measuring the rotational speed have already been proposed, but the rotational speed meter utilizing electromagnetic induction is most widely adopted [Sensor Technology, December 1986, 68].
page〕. The tachometer using this 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 susceptible to electromagnetic influences, that is, noise, between the transmission line [cable] between the measurement terminal and the device body. . Therefore, naturally,
The distance between the installation environment and the signal transmission line, that is, the length of the transmission line [cable] is limited, making it unsuitable for telemetry and operation.
Further, since an electric circuit is used, explosion-proof measures are required when used in an environment where flammable substances such as organic solvents are handled.

【0005】ブライアン ジェー ズーク[ Brian J. Z
ook ] は、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を提案している〔アプライド
オプテイックス[ Applied Optics ]、第28巻、第11号、
1992頁(1989 年) 〕。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
光学材料の偏波面の回転角が磁界〔磁石〕の有無によっ
て変化することを利用するものである。即ち、光磁界セ
ンサを用いる方法は、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。
Brian J. Z
[ook] proposed a method using an optical magnetic field sensor that utilizes the Faraday effect of a magneto-optical material [Applied
Optics [Applied Optics], Volume 28, No. 11,
1992 (1989)]. 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 rotation angle of the polarization plane of the magneto-optical material in the optical magnetic field sensor causes It utilizes that it changes depending on the presence or absence. That is, the method using the optical magnetic field sensor is to measure the rotation speed (number) 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. It is what

【0006】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.

【0007】松井ら〔特開昭56-55811〕は、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
ンサを提案している。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。
[0007] Matsui et al. [JP-A-56-55811] proposes a reflection type optical magnetic field sensor as a structure for improving the drawbacks of the transmission type optical magnetic field sensor. 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. However, the reflection type optical magnetic field sensor proposed by Matsui et al. [JP-A-56-55811] is
Since the lens and the polarizer, and the lens and the analyzer have to be arranged in series and in parallel, it is difficult to automate the assembly work, and thus it is difficult to reduce the manufacturing cost. ing.

【0008】松村ら〔特公平3-22595 〕は、松井らの提
案〔特開昭56-55811〕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)を用いることを提案
している。
[0008] Matsumura et al. [Japanese Patent Publication No. 3-22595] describes a problem of the reflection type optical magnetic field sensor head proposed by Matsui et al. [Japanese Patent Laid-Open No. 56-55811], that is, it is difficult to automate the assembling work, and therefore the manufacturing cost is As a method of solving the problem that it is difficult to reduce the above, it is proposed to replace the polarizer and the analyzer with a single polarizer. In addition, Matsumura et al. Propose to use yttrium-iron-garnet (chemical structural formula: Y 3 Fe 5 O 12 ) as a Faraday rotator (magneto-optical material).

【0009】イットリウム・鉄・ガーネートは、通常一
般に、YIG と略称され、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(YI
G)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。
Yttrium / iron / garnate is generally abbreviated as YIG and can be produced by a known method such as a melt method. Yttrium / Iron / Garnet (YI
G) has a characteristic that the sensitivity is extremely higher than that of paramagnetic glass, zinc selenide (ZnSe), etc., which have been conventionally used as Faraday rotators. Therefore, the proposal of Matsumura et al., Yttrium / Iron / Garnet (YIG)
It can be said that the proposal of using as a Faraday rotator of a reflection type optical magnetic field sensor is a very interesting proposal 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, and garnet (YIG) have already transmitted light in the near-infrared wavelength region with a wavelength of 1.1 μm or more, and have a wavelength region of 0.8 μm.
This is because it is known to have a characteristic property that it absorbs light in the band well.

【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。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場合、および、あるいは、可
能性があることを意味している。
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. Yttrium / iron / garnet
The fact that (YIG) absorbs light in the 0.8 μm wavelength range well means that when a commercially available light source device is used as the light source,
It means that the detection of the optical signal becomes difficult and / or possible.

【0011】本願発明者らは、イットリウム・鉄・ガー
ネット(YIG) の欠点を回避する方法について、種々の検
討と実験を実施した結果、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る化学構造式 (RBi)
3(FeA)5O12〔但し、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〕で表されるビスマス置換鉄ガー
ネット単結晶、換言すれば、ビスマス置換磁性ガーネッ
ト単結晶、例えば、(GdBi)3(FeGaAl)5O12 や (HoTbBi)3
(FeGaAl)5O12 などに、その可能性を見い出した〔特開
平61-20926、特願平5-55621 参照〕。
The inventors of the present application have conducted various studies and experiments on a method for avoiding the drawbacks of yttrium-iron-garnet (YIG), and as a result, they have relatively easily manufactured by the liquid phase epitaxial (LPE) method. Chemical formula (RBi)
3 (FeA) 5 O 12 [wherein R represents yttrium Y or a rare earth element, and A represents aluminum Al or gallium Ga.
Bismuth-substituted iron garnet single crystal represented by (in other words, bismuth-substituted magnetic garnet single crystal, for example, (GdBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 or (HoTbBi) 3
The possibility has been found in (FeGaAl) 5 O 12 and the like [see Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-20926 and Japanese Patent Application No. 5-55621].

【0012】ビスマス置換鉄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(Y
IG) からビスマス置換鉄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 iron garnet, in other words, the rotation angle of the plane of polarization per unit film thickness when the magnetization is saturated is yttrium.iron.
It is several times more than the Faraday rotation coefficient of garnet (YIG), and more specifically, it is about 10 times larger at a wavelength of 0.8 μm. 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, small,
It suggests that it can be miniaturized. That is, the material of the magneto-optical material is yttrium / iron / garnet (Y
By replacing (IG) with bismuth-substituted iron garnet, the element film thickness will be reduced, light absorption loss will be reduced, and it will be possible to develop an optical magnetic field sensor using light in the wavelength region of 0.8 μm band as a light source. Suggests.

【0013】また、ビスマス置換鉄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 bismuth-substituted iron garnet is about half of 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.

【0014】本願発明者らは、これらの検討結果から、
ビスマス置換鉄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、鋭意詳細な基礎実験と開発
実験とを実施して、ビスマス置換鉄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、特願平4-320379、他〕した。
From the results of these examinations, the present inventors
Magneto-optical material of bismuth-substituted iron garnet, i.e., with the conviction that it is possible to develop a reflection type optical magnetic field sensor using a Faraday rotator, further, earnestly conducting detailed basic experiments and development experiments, We have completed and proposed a reflective optical magnetic field sensor using a Faraday rotator made of bismuth-substituted iron garnet [Japanese Patent Application No. 0-090976, Japanese Patent Application No. 4-320379, etc.].

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】地球環境保護、およ
び、省エネルギーに対する国際的な世論の高まり、即
ち、社会的要請に対する産業界の対応・努力は、予想外
に急速に進み、本願発明の目的とする磁気光学材料のフ
ァラデー効果を利用した光磁界センサの実用化と汎用化
が急速に進んでいる。光磁界センサを用いる回転速度計
の普及と共に、その性能等に対する要求も高度化して、
より厳しくなり、感度の向上のみならず、弱磁界測定用
小型光磁界センサヘッドの開発・提供へと発展してきて
いる。
The international public opinion on the protection of the global environment and energy saving, that is, the response and efforts of the industrial world in response to the social demand, progresses unexpectedly and rapidly. Optical magnetic field sensors that utilize the Faraday effect of magneto-optical materials are rapidly being put into practical use and generalized. With the widespread use of tachometers that use optical magnetic field sensors, the requirements for their performance have also become more sophisticated,
It is becoming more severe and not only improving the sensitivity but also developing and providing a small optical magnetic field sensor head for weak magnetic field measurement.

【0016】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回転速度計、即ち、光信号による
回転速度計では、図1に例示したように、回転機器に永
久磁石が取り付けられている〔アプライド オプテイッ
クス(Applied Optics)、第28巻、第11号、1992頁(1989
年) 〕。永久磁石と光磁界センサヘッドとの距離が長く
なると、永久磁石の形成する磁界は弱まる。従って、当
該回転速度計の感度と精度とを、より高めるためには、
より磁力の強い永久磁石を用いて永久磁石の形成する磁
界の弱まりに対応するか、或いは、および、弱い磁界に
おいても充分な機能を発揮する光磁界センサヘッドを選
ぶと共に永久磁石と光磁界センサヘッドとの距離を、よ
り短くする必要がある。永久磁石を、より磁力の強いも
のに替えることは、経済的に不利であるのみならず、時
として、永久磁石の形状が大きくなって設置場所に制約
が生じ、また、永久磁石と光磁界センサヘッドとの距離
が長くなり、実質的な改善効果が得られないなどの弊害
が生じる。
In a tachometer using an optical magnetic field sensor utilizing the Faraday effect of a magneto-optical material, that is, a tachometer based on an optical signal, a permanent magnet is attached to a rotating device as illustrated in FIG. Applied Optics, Volume 28, No. 11, p. 1992 (1989
Year) 〕. The longer the distance between the permanent magnet and the optical magnetic field sensor head, the weaker the magnetic field formed by the permanent magnet. Therefore, in order to further improve the sensitivity and accuracy of the tachometer,
A permanent magnet and a magnetic field sensor head are selected by using a permanent magnet having a stronger magnetic force to cope with the weakening of the magnetic field formed by the permanent magnet, or to select an optical magnetic field sensor head that exhibits a sufficient function even in a weak magnetic field. It is necessary to shorten the distance between and. Not only is it economically disadvantageous to replace the permanent magnet with one having a stronger magnetic force, but sometimes the shape of the permanent magnet becomes large, which places restrictions on the installation location. As a result, the distance from the head becomes long, and the substantial improvement effect cannot be obtained.

【0017】本願発明者らは、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回転速度計に対
する社会的要請・期待に具体的に答えるために、最も簡
便な方法と考えられる光磁界センサヘッドの、より一層
の感度の向上と弱磁界測定用の小型光磁界センサヘッド
の開発の可能性についての判断資料を得るために、種々
の実験検討を実施した。
The inventors of the present application consider the simplest method of the optical magnetic field sensor to specifically meet the social demands and expectations for the tachometer using the optical magnetic field sensor utilizing the Faraday effect of the magneto-optical material. Various experimental studies were carried out in order to obtain data for further improvement of the sensitivity of the head and the possibility of developing a compact optical magnetic field sensor head for weak magnetic field measurement.

【0018】現在、既に、種々の構成・構造の光磁界セ
ンサが提案されている。光磁界センサヘッドの、より一
層の小型化の図るとの観点からすれば、1本の光ファイ
バの先端に、ガラス偏光子とファラデー回転子、即ち、
ビスマス置換鉄ガーネット単結晶を配置した、所謂反射
型光磁界センサヘッドが好ましいことは、容易に理解さ
れよう。反射型光磁界センサヘッド[特願平4-116141]
は、その構成と構造が簡単であり、既に、それなりの小
型化と軽量化の効果を得ており、しかも、生産性・量産
性にも優れていることが確認されている。よって、本願
発明者らは、先ず、反射型光磁界センサヘッドを構成す
るファラデー回転子、即ち、ビスマス置換鉄ガーネット
単結晶の、より一層の小型化の可能性について検討し
た。
At present, optical magnetic field sensors having various configurations and structures have already been proposed. From the viewpoint of further miniaturization of the optical magnetic field sensor head, a glass polarizer and a Faraday rotator, that is,
It will be easily understood that a so-called reflection type magneto-optical sensor head having a bismuth-substituted iron garnet single crystal is preferable. Reflective magnetic field sensor head [Japanese Patent Application No. 4-116141]
Has a simple structure and structure, and has already been confirmed to have a certain size and weight reduction effect, and is also excellent in productivity and mass productivity. Therefore, the inventors of the present application first examined the possibility of further miniaturization of the Faraday rotator constituting the reflective optical magnetic field sensor head, that is, the bismuth-substituted iron garnet single crystal.

【0019】現在、一般に市販されている反射型光磁界
センサヘッドに使用されているファラデー回転子、即
ち、ビスマス置換鉄ガーネット単結晶は、主として、そ
の取扱い易さ、更に具体的に言えば、単結晶の裁断、お
よび、組み立てと微調整操作の容易さを考慮して、辺の
長さ 2.5mm乃至3.0mm の正四角形に選ばれている。光学
の原理に基づけば、ビスマス置換鉄ガーネット単結晶の
大きさは、光ファイバのコア径の数倍程度あれば十分で
ある。従って、理論的には、ビスマス置換鉄ガーネット
単結晶の取扱いの容易さを勘案したとしても、より一層
の小型化が可能であり、辺の長さを 2.0mm以下、更に具
体的に言えば、 1.5mm乃至2.0mm にすることも可能と推
測される。
The Faraday rotator, ie, the bismuth-substituted iron garnet single crystal, which is currently used in the commercially available reflection type optical magnetic field sensor head is mainly used because of its easy handling, more specifically, the single crystal. Considering the ease of cutting and assembling and fine-tuning operations of the crystal, it is selected as a square with a side length of 2.5 mm to 3.0 mm. Based on the principle of optics, it is sufficient that the size of the bismuth-substituted iron garnet single crystal is about several times the core diameter of the optical fiber. Therefore, theoretically, even considering the ease of handling of the bismuth-substituted iron garnet single crystal, further downsizing is possible, the side length is 2.0 mm or less, more specifically, It is estimated that it can be 1.5 mm to 2.0 mm.

【0020】本願発明者らは、ビスマス置換鉄ガーネッ
ト単結晶の小型化の可能性を実験的に確認するために、
既に、光アイソレータ用や磁界センサ用ファラデー回転
子として採用されている化学構造式 (HoTbBi)3Fe5O
12〔飽和磁界 1100 Oe、特開昭63-041979 参照〕と化学
構造式 (HoTbBi)3(FeGaAl)5O12〔飽和磁界 600 Oe 以
下、特願平5-055621参照〕、および、化学構造式 (GdB
i)3(FeGaAl)5O12〔飽和磁界 600 Oe 、特開平61-020926
参照〕のビスマス置換鉄ガーネット単結晶を、辺の長
さ 1.5mm乃至3.0mm の正四角形に裁断して反射型光磁界
センサヘッド〔特願平4-090976参照〕を作製して、磁界
センサヘッド部分の磁界強度が飽和磁界〔最大値〕にな
るように回転速度試験装置に設置し、ビスマス置換鉄ガ
ーネット単結晶の大きさと反射型光磁界センサ、即ち、
回転速度〔数〕センサとしての性能との関係について試
験・検討した。化学構造式(HoTbBi)3Fe5O12 〔飽和磁界
1100 Oe〕のビスマス置換鉄ガーネット単結晶をファラ
デー回転子とする反射型光磁界センサヘッドは、単結晶
の大きさ、即ち、辺の長さを 1.5mmに選んでも、 3.0mm
のものと同様に磁界を検出することができ、回転速度
〔数〕センサとして機能した。しかし、化学構造式 (Ho
TbBi)3(FeGaAl)5O12〔飽和磁界 600 Oe 以下〕、およ
び、化学構造式(GdBi)3(FeGaAl)5O12 〔飽和磁界 600 O
e 〕のビスマス置換鉄ガーネット単結晶をファラデー回
転子とする反射型光磁界センサヘッドは、単結晶の大き
さ、即ち、辺の長さが 2.0mm以下のものでは、表1に例
示するように、時として、磁界を検出することができ
ず、回転速度〔数〕センサとして機能しなかった。
In order to experimentally confirm the possibility of downsizing a bismuth-substituted iron garnet single crystal, the inventors of the present invention:
The chemical structural formula (HoTbBi) 3 Fe 5 O that has already been adopted as a Faraday rotator for optical isolators and magnetic field sensors
12 [saturation magnetic field 1100 Oe, refer to JP-A-63-041979] and chemical structural formula (HoTbBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 [saturation magnetic field 600 Oe or less, see Japanese Patent Application No. 5-055621], and chemical structural formula (GdB
i) 3 (FeGaAl) 5 O 12 (saturation magnetic field 600 Oe, JP-A 61-020926
The bismuth-substituted iron garnet single crystal described in [1] is cut into a square shape with a side length of 1.5 mm to 3.0 mm to produce a reflection type optical magnetic field sensor head [see Japanese Patent Application No. 4-090976]. Installed in a rotation speed tester so that the magnetic field strength of the part becomes the saturation magnetic field [maximum value], the size of the bismuth-substituted iron garnet single crystal and the reflection type optical magnetic field sensor, that is,
The relationship with the performance as a rotation speed (number) sensor was tested and examined. Chemical structural formula (HoTbBi) 3 Fe 5 O 12 [Saturation magnetic field
1100 Oe] bismuth-substituted iron garnet single crystal is used as a Faraday rotator in a reflection type optical magnetic field sensor head, the size of the single crystal, that is, even if the side length is 1.5 mm, it is 3.0 mm.
It could detect a magnetic field similar to the one described above, and functioned as a rotation speed (number) sensor. However, the chemical structural formula (Ho
TbBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 (saturation magnetic field 600 Oe or less) and chemical structural formula (GdBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 (saturation magnetic field 600 O
The reflective optical magnetic field sensor head using the bismuth-substituted iron garnet single crystal of [e] as a Faraday rotator has a single crystal size, that is, a side length of 2.0 mm or less, as shown in Table 1. Sometimes, it could not detect the magnetic field and did not function as a rotational speed (number) sensor.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】ここに得られた実験結果は、ビスマス置換
鉄ガーネット単結晶をファラデー回転子とする反射型光
磁界センサヘッドの感度、換言すれば、磁界強度の検出
限界値が、ビスマス置換鉄ガーネット単結晶の種類、換
言すれば、化学構造式、および、ファラデー回転子、即
ち、ビスマス置換鉄ガーネット単結晶の大きさ〔寸法〕
によって大きく変化することを示している。このこと
は、飽和磁界の低いビスマス置換鉄ガーネット単結晶の
外部磁界に対する磁化特性が、その形状・寸法によって
大きく変化することを意味している。本願発明者らは、
未だ、本現象について記載・報告された文献等の所在を
知らない。
The experimental results obtained here show that the sensitivity of a reflection type optical magnetic field sensor head using a bismuth-substituted iron garnet single crystal as a Faraday rotator, in other words, the detection limit value of the magnetic field strength is bismuth-substituted iron garnet single crystal. Type of crystal, in other words, chemical structural formula, and size of Faraday rotator, that is, bismuth-substituted iron garnet single crystal [dimension]
It shows that it changes greatly by. This means that the magnetization characteristics of the bismuth-substituted iron garnet single crystal having a low saturation magnetic field with respect to the external magnetic field greatly change depending on its shape and size. The present inventors
I do not know the whereabouts of the documents that describe / report this phenomenon.

【0023】次いで、本願発明者らは、ここに試作した
化学構造式 (HoTbBi)3(FeGaAl)5O12、および、化学構造
式(GdBi)3(FeGaAl)5O12 のビスマス置換鉄ガーネット単
結晶をファラデー回転子とする反射型光磁界センサヘッ
ドが、その飽和磁界と同程度に印加された状態と印加さ
れていない状態とを識別する、換言すれば、回転速度
〔数〕センサとして機能することができない原因を明ら
かにするため、種々の基礎的な検討実験を実施した。
Next, the inventors of the present invention have prepared the bismuth-substituted iron garnets of the chemical structural formula (HoTbBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 and the chemical structural formula (GdBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 which were prototyped here. A reflection type optical magnetic field sensor head that uses a crystal as a Faraday rotator distinguishes between a state in which the saturation magnetic field is applied and a state in which the saturation magnetic field is not applied, in other words, functions as a rotation speed (number) sensor. In order to clarify the reason why it is not possible, various basic examination experiments were conducted.

【0024】その結果、上記の現象、即ち、その飽和磁
界と同程度に印加された状態と磁界がほとんど印加され
ていない状態とを識別することができない主たる原因
が、当該単結晶の裁断によって生じる磁気ヒステリスの
増大にあることを知った。このことは、飽和磁界の低い
ビスマス置換鉄ガーネット単結晶、更に具体的に言え
ば、化学構造式 (HoTbBi)3(FeGaAl)5O12、および、化学
構造式(GdBi)3(FeGaAl)5O12 のビスマス置換鉄ガーネッ
ト単結晶が光磁界センサ、例えば、回転速度〔数〕セン
サとして機能するためには、その大きさ、即ち、寸法に
限界値があり、その値が、辺の長さとして約2.0mm であ
ることを意味している。
As a result, the above phenomenon, that is, the main cause of not being able to discriminate between the state in which the magnetic field is applied to the same degree as the saturation magnetic field and the state in which the magnetic field is hardly applied, is caused by the cutting of the single crystal. I knew it was due to an increase in magnetic hysteris. This means that the bismuth-substituted iron garnet single crystal having a low saturation magnetic field, more specifically, the chemical structural formula (HoTbBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 and the chemical structural formula (GdBi) 3 (FeGaAl) 5 O In order for the bismuth-substituted iron garnet single crystal of 12 to function as an optical magnetic field sensor, for example, a rotation speed (number) sensor, its size, that is, the dimension has a limit value, and that value is the side length. This means about 2.0 mm.

【0025】また、表1に例示した実験結果は、本実験
に供したビスマス置換鉄ガーネット単結晶の外部磁界に
対する磁化特性、換言すれば、磁気ヒステリシスが、該
単結晶の辺の長さの僅かな減少によって大きく増大し
て、光磁界センサ、例えば、回転速度〔数〕センサとし
て機能しなくなることを意味している。
Further, the experimental results shown in Table 1 show that the bismuth-substituted iron garnet single crystal used in the present experiment has a magnetization characteristic with respect to an external magnetic field, in other words, a magnetic hysteresis shows that the side length of the single crystal is small. It means that it greatly increases due to such a decrease, and it does not function as an optical magnetic field sensor, for example, a rotation speed (number) sensor.

【0026】飽和磁界の大きいビスマス置換鉄ガーネッ
ト単結晶〔(HoTbBi)3Fe5O12 〕や十分な辺の長さが 2.5
mm以上の飽和磁界の小さいビスマス置換鉄ガーネット単
結晶〔(HoTbBi)3(FeGaAl)5O12 、(GdBi)3(FeGaAl)
5O12 〕をファラデー回転子とする光磁界センサ、例え
ば、回転速度〔数〕センサのファラデー回転子の外部磁
界に対する磁化特性、即ち、外部磁界強度とファラデー
回転角との関係は、図2のようである。
A bismuth-substituted iron garnet single crystal [(HoTbBi) 3 Fe 5 O 12 ] having a large saturation magnetic field and a sufficient side length of 2.5
Bismuth-substituted iron garnet single crystal with a small saturation magnetic field of mm or more [(HoTbBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 , (GdBi) 3 (FeGaAl)
5 O 12 ] as a Faraday rotator, for example, the magnetization characteristics of a Faraday rotator of a rotation speed [number] sensor with respect to an external magnetic field, that is, the relationship between the external magnetic field strength and the Faraday rotation angle is shown in FIG. It seems

【0027】図2において、外部磁界〔強度〕を印加し
ない状態、換言すれば、永久磁石の磁界がファラデー回
転子に影響力をおよぼさない位置にあるとき、ビスマス
置換鉄ガーネット単結晶のファラデー回転角は、ゼロ
In FIG. 2, when an external magnetic field [strength] is not applied, in other words, when the magnetic field of the permanent magnet does not exert an influence on the Faraday rotator, the Faraday of the bismuth-substituted iron garnet single crystal is The rotation angle is zero

〔0〕、即ち、原点Oに位置する。回転体が回転して、
回転体に固定されている永久磁石がファラデー回転子に
近づくと、外部印加磁界が徐々に強まってファラデー回
転子のファラデー回転角の絶対値〔θF 、または、−θ
F 〕は、経路a、または、経路dを経て、次第に大きく
なって行く〔経路O→a→b、または、経路O→d→
e〕。回転体が更に回転して、永久磁石とファラデー回
転子との距離が或る一定の値、換言すれば、外部磁界強
度が或る強度〔Hs〕に達すると、ファラデー回転子のフ
ァラデー回転角は、飽和した値〔飽和磁界:b、また
は、e点〕となる。更に回転体が回転して、永久磁石が
ファラデー回転子に近づいて、更に外部印加磁界強度が
強まっても、すでにファラデー回転子のファラデー回転
角が飽和しているから、bからc、または、eからfへ
と移行するのみで、ファラデー回転角は変化しない。永
久磁石がファラデー回転子に最接近して外部磁界強度が
最大値となり、次いで、遠ざかって行くと、外部印加磁
界は、徐々に弱まり、逆の経路、即ち、c→b→a→
O、或いは、f→e→d→Oを辿り、外部磁界の影響が
なくなり、原点Oに戻る。反射型光磁界センサによる磁
界の検出は、この原点Oと、飽和点b、或いは、飽和点
eにおけるファラデー回転角の差異を光強度として検出
しようとするものである。
[0], that is, located at the origin O. The rotating body rotates,
When the permanent magnet fixed to the rotating body approaches the Faraday rotator, the externally applied magnetic field gradually strengthens and the absolute value of the Faraday rotation angle of the Faraday rotator (θ F or −θ
F ] gradually increases through the route a or the route d [route O → a → b or route O → d →
e]. When the rotating body further rotates and the distance between the permanent magnet and the Faraday rotator reaches a certain value, in other words, the external magnetic field strength reaches a certain strength [Hs], the Faraday rotation angle of the Faraday rotator becomes , A saturated value [saturation magnetic field: point b or point e]. Even if the rotating body further rotates, the permanent magnet approaches the Faraday rotator, and the externally applied magnetic field strength further increases, the Faraday rotation angle of the Faraday rotator is already saturated. Therefore, b to c or e Only the shift from f to f does not change the Faraday rotation angle. When the permanent magnet comes closest to the Faraday rotator and the external magnetic field strength reaches its maximum value, and then moves away, the externally applied magnetic field gradually weakens, and the reverse path, that is, c → b → a →
O or f → e → d → O is traced, the influence of the external magnetic field disappears, and the process returns to the origin O. The detection of the magnetic field by the reflective optical magnetic field sensor is intended to detect the difference in Faraday rotation angle between the origin O and the saturation point b or the saturation point e as the light intensity.

【0028】現在一般にファラデー回転子として賞用さ
れているビスマス置換鉄ガーネット単結晶、例えば、化
学構造式(HoTbBi)3(FeGaAl)5O12 や化学構造式(GdBi)
3(FeGaAl)5O12 のビスマス置換鉄ガーネット単結晶を、
辺の長さ 2.0mm以下の小片に裁断すると、表1に例示し
たように光磁界センサとして機能しないという現象が起
こる。このことは、辺の長さ 2.0mm以下の飽和磁界の小
さいビスマス置換鉄ガーネット単結晶〔(HoTbBi)3(FeGa
Al)5O12 、(GdBi)3(FeGaAl)5O12 〕の外部磁界強度とフ
ァラデー回転角との関係が、図2のようではないことを
示唆している。
A bismuth-substituted iron garnet single crystal that is currently commonly used as a Faraday rotator, for example, a chemical structural formula (HoTbBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 or a chemical structural formula (GdBi)
Bismuth-substituted iron garnet single crystal of 3 (FeGaAl) 5 O 12
When cut into small pieces with a side length of 2.0 mm or less, a phenomenon occurs that the optical magnetic field sensor does not function as illustrated in Table 1. This means that the bismuth-substituted iron garnet single crystal [(HoTbBi) 3 (FeGa
It is suggested that the relationship between the external magnetic field strength and the Faraday rotation angle of (Al) 5 O 12 and (GdBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 ] is not as shown in FIG.

【0029】本願発明者らは、ビスマス置換鉄ガーネッ
ト単結晶の外部磁界強度とファラデー回転角との関係に
ついて詳細な検討を行った結果、上記した現象は、該ビ
スマス置換鉄ガーネット単結晶の裁断による磁化特性の
ヒステリシス効果を考慮することによって、容易に理解
し、説明することができるとの知見を得た。即ち、ビス
マス置換鉄ガーネット単結晶をファラデー回転子とする
光磁界センサが、時として外部磁界を検出することがで
きず、光磁界センサとして機能しないのは、ファラデー
回転子、即ち、ビスマス置換鉄ガーネット単結晶を辺の
長さ2.0mm以下に裁断したことによって、磁化特性が変
化して、外部磁界強度とファラデー回転角との関係が図
2ではなく、図3のように〔経路 O→a→b→c→b
→b' →a→O〕なったためである。即ち、ビスマス置
換鉄ガーネット単結晶を、辺の長さ 2.0mm以下の小片に
裁断すると、外部磁界の強度を強めて行くとき〔経路
O→a→b→c〕と、弱めて行くとき〔経路c→b→
b' →a→O〕とで、その経路が、図3に見られるよう
に異なるのである。
The inventors of the present invention have made a detailed study on the relationship between the external magnetic field strength and the Faraday rotation angle of the bismuth-substituted iron garnet single crystal. As a result, the above-mentioned phenomenon is caused by the cutting of the bismuth-substituted iron garnet single crystal. We have found that it can be easily understood and explained by considering the hysteresis effect of the magnetization characteristics. That is, an optical magnetic field sensor using a bismuth-substituted iron garnet single crystal as a Faraday rotator cannot sometimes detect an external magnetic field, and does not function as an optical magnetic field sensor because it is a Faraday rotator, that is, bismuth-substituted iron garnet. By cutting the single crystal to a side length of 2.0 mm or less, the magnetization characteristics change, and the relationship between the external magnetic field strength and the Faraday rotation angle is not shown in FIG. 2 but as shown in FIG. 3 [path O → a → b → c → b
→ b '→ a → O]. That is, when the bismuth-substituted iron garnet single crystal is cut into small pieces with a side length of 2.0 mm or less, when the strength of the external magnetic field is strengthened [route
O → a → b → c], when weakening [Route c → b →
b ′ → a → O], the route is different as seen in FIG.

【0030】図3において、b点、および、e点におけ
る磁界を飽和磁界Hs、裁断による磁化特性のヒステリシ
スによって生じたb' 点、および、e' 点における磁界
を核形成磁界Hnと称し、飽和磁界Hsと核形成磁界Hnとの
差(Hs-Hn) をヒステリシスの大きさと定義する。図3に
見られる経路の相違は、裁断による磁化特性のヒステリ
シスによるものである。今、説明を簡単・容易にするた
めに、b点における飽和磁界Hsを Hs1、b' 点における
核形成磁界Hnを Hn1と表示し、また、e点における飽和
磁界HsをHs2、e' 点における核形成磁界Hnを Hn2と表
示する。ファラデー回転子のヒステリシスが大きくな
り、核形成磁界Hnが原点Oに近づくと、図3に見られる
ように、磁気的に一旦飽和された状態が、外部磁界が殆
どゼロになるまで保持されることになる。即ち、c→b
→b' 、或いは、f→e→e' の経路においては、外部
印加磁界強度が変化しているにもかかわらずファラデー
回転子のファラデー回転角が変化しないため、センサヘ
ッドから反射された出力信号光の光強度が変化しないこ
とになる。従って、ヒステリシスの大きなファラデ回転
子で構成された光磁界センサヘッドを用いて磁界強度の
強弱を検知するためには、光磁界センサヘッドの周囲・
周辺の磁界強度を、ほぼゼロにしなければならない。
In FIG. 3, the magnetic fields at points b and e are called saturation magnetic field Hs, and the magnetic fields at points b'and e'caused by the hysteresis of the magnetization characteristic due to cutting are called nucleation magnetic fields Hn. The difference between the magnetic field Hs and the nucleation magnetic field Hn (Hs-Hn) is defined as the size of hysteresis. The difference in the paths seen in FIG. 3 is due to the hysteresis of the magnetization characteristics due to cutting. For simplicity and ease of explanation, the saturation magnetic field Hs at the point b is represented by Hs 1 , the nucleation magnetic field Hn at the point b ′ is represented by Hn 1, and the saturation magnetic field Hs at the point e is represented by Hs 2 , e. The nucleation magnetic field Hn at the 'point is denoted by Hn 2 . When the hysteresis of the Faraday rotator increases and the nucleation magnetic field Hn approaches the origin O, the magnetically saturated state is maintained until the external magnetic field becomes almost zero, as shown in FIG. become. That is, c → b
In the path of → b 'or f → e → e', the output signal reflected from the sensor head does not change because the Faraday rotation angle of the Faraday rotator does not change even though the externally applied magnetic field strength changes. The light intensity of the light will not change. Therefore, in order to detect the strength of the magnetic field using the optical magnetic field sensor head composed of the Faraday rotator with large hysteresis,
The magnetic field strength in the periphery should be almost zero.

【0031】また、ファラデー回転子のヒステリシスが
更に大きくなると、図4に例示したように、核形成磁界
Hn1 が原点Oを越えてマイナス側に入り込むようにな
る。更にヒステリシスが大きくなると、核形成磁界Hn1
が飽和磁界Hs2 よりも更に小さくなり、終には、四角形
のヒステリシスカーブを描くようになり〔図5〕、一旦
飽和された後は、この四角形のループを描くだけにな
る。
When the hysteresis of the Faraday rotator is further increased, as shown in FIG. 4, the nucleation magnetic field is increased.
Hn 1 goes over the origin O and enters the negative side. When the hysteresis further increases, the nucleation magnetic field Hn 1
Becomes smaller than the saturation magnetic field Hs 2 , and finally, a hysteresis curve of a quadrangle is drawn [Fig. 5], and once saturated, only a loop of this quadrangle is drawn.

【0032】実際問題として、回転体の回転速度〔数〕
を計測するための光磁界センサヘッドの設置場所・環境
は、多くの場合、機械装置の内部である。従って、その
周辺には、多数の金属部品が存在する。機械装置を構成
する金属部品が、何らかの形で磁気を帯びていること
は、すでに、周知の事実である。当該技術分野における
現在の技術水準からして、磁界センサヘッドの設置場所
・部位の磁界強度をゼロにすることは極めて困難であ
る。
As a practical matter, the rotational speed [number] of the rotating body
In many cases, the installation location / environment of the optical magnetic field sensor head for measuring is inside the mechanical device. Therefore, a large number of metal parts exist around it. It is a well-known fact that the metal parts constituting the mechanical device are magnetized in some way. Based on the current state of the art in this technical field, it is extremely difficult to make the magnetic field strength at the installation location / site of the magnetic field sensor head zero.

【0033】ここに得られた実験結果は、反射型光磁界
センサヘッドの小型化を、単に、ファラデー回転子、即
ち、ビスマス置換鉄ガーネット単結晶の形状・寸法を小
さくすることによって達成することが不可能であること
を示している。即ち、ヒステリシスの大きなビスマス置
換鉄ガーネットは、特に、弱い磁界の検出・測定を目的
とする磁界センサ用ファラデー回転子としては不適当で
あり、実用性がないと言える。また、表1、および、図
2〜図5は、従来一般にファラデー回転子として賞用さ
れているビスマス置換鉄ガーネット、例えば、化学構造
式(HoTbBi)3(FeGaAl)5O12 や化学構造式(GdBi)3(FeGaA
l)5O12 のビスマス置換鉄ガーネット単結晶では弱磁界
測定用の小型光磁界センサヘッドを製造することができ
ないこと、および、その目的に適した所望の感度と外部
磁界に対する磁化特性を有する、更に具体的に言えば、
飽和磁界が小さく、しかも、ヒステリシスの小さい新し
いビスマス置換鉄ガーネットを開発しなければならない
ことを意味している。
The experimental results obtained here can achieve the miniaturization of the reflection type optical magnetic field sensor head simply by reducing the shape and size of the Faraday rotator, that is, the bismuth-substituted iron garnet single crystal. It shows that it is impossible. That is, the bismuth-substituted iron garnet having a large hysteresis is unsuitable as a Faraday rotator for a magnetic field sensor for the purpose of detecting and measuring a weak magnetic field, and is not practical. In addition, Table 1 and FIGS. 2 to 5 show bismuth-substituted iron garnets that have conventionally been commonly used as Faraday rotators, such as the chemical structural formula (HoTbBi) 3 (FeGaAl) 5 O 12 and the chemical structural formula ( GdBi) 3 (FeGaA
l) 5 O 12 bismuth-substituted iron garnet single crystal cannot be used to manufacture a small optical magnetic field sensor head for weak magnetic field measurement, and has desired sensitivity and magnetization characteristics for an external magnetic field suitable for that purpose, More specifically,
This means that a new bismuth-substituted iron garnet with a low saturation magnetic field and a low hysteresis must be developed.

【0034】[0034]

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、社会的
要請に対応して弱磁界測定用の小型光磁界センサヘッド
用ファラデー回転子に適した新しいビスマス置換鉄ガー
ネットを工業的に製造して提供するために、種々の実験
検討を行った結果、非磁性ガーネット単結晶基板上に、
液相エピタキシャル法で育成された一般式 Y3-x-y Lax
Biy Fe5-z GazO12 〔但し、x、y、zは、各々、0.1
≦x≦ 0.4、1.0 ≦y≦ 1.9、1.0 ≦z≦ 1.6 の数で
ある〕なる化学組成を有するビスマス置換鉄ガーネット
単結晶が、外部磁界に対する磁化特性に優れており、弱
い磁界においても光磁界センサとして充分に機能し、し
かも、光磁界センサのより一層の小型化の目的に適して
いるとの知見を得て、更に、鋭意研究実験を行い本願発
明を完成させた。即ち、本願発明は、イットリウム・ラ
ンタン・ビスマス置換鉄ガーネット単結晶の鉄元素の一
部をガリウムで置換することによって、外部磁界に対す
る磁化特性が改善され、しかも、所望の磁化特性値に制
御することができるとの知見に基づき、更に、詳細な実
験検討を行い、工業的製造技術として完成させたもので
ある。
The inventors of the present invention industrially manufacture a new bismuth-substituted iron garnet suitable for a Faraday rotator for a small optical magnetic field sensor head for weak magnetic field measurement in response to social demands. As a result of conducting various experimental studies in order to provide the above, on a non-magnetic garnet single crystal substrate,
General formula Y 3-xy La x grown by liquid phase epitaxial method
Bi y Fe 5-z Ga z O 12 [where x, y, and z are 0.1
≤ x ≤ 0.4, 1.0 ≤ y ≤ 1.9, 1.0 ≤ z ≤ 1.6], the bismuth-substituted iron garnet single crystal has excellent magnetization characteristics with respect to an external magnetic field, and has an optical magnetic field even in a weak magnetic field. Based on the knowledge that the sensor functions sufficiently as a sensor and is suitable for the purpose of further miniaturization of the optical magnetic field sensor, further intensive research experiments were conducted to complete the present invention. That is, according to the present invention, by substituting gallium for part of the iron element of the yttrium-lanthanum-bismuth-substituted iron garnet single crystal, the magnetization characteristic with respect to the external magnetic field is improved, and moreover, the desired magnetization characteristic value is controlled. Based on the knowledge that it can be done, further detailed experimental study was conducted and it was completed as an industrial manufacturing technology.

【0035】本願発明の完成によって、弱磁界測定用
の、より一層小型の光磁界センサヘッドを工業的に製造
して、安価に提供することができるようになった。
With the completion of the present invention, it has become possible to industrially manufacture a smaller optical magnetic field sensor head for measuring a weak magnetic field and to provide it at a low cost.

【0036】本願発明のビスマス置換鉄ガーネット単結
晶は、辺の長さ 1.5mm乃至 2.0mmにに裁断しても光磁界
センサ、例えば、回転速度〔数〕センサ用のファラデー
回転子に要求される性能、即ち、磁気ヒステリシスが小
さく、また、外部磁界の強度が弱くても、容易に、その
ファラデー回転角が飽和した値、換言すれば、飽和磁界
〔θF 、または、−θF 〕に達するので、弱い磁力、即
ち、弱い磁場〔磁石〕の存在を検知することができる。
しかも、本願発明のビスマス置換鉄ガーネット単結晶の
磁化特性値は、光磁界センサヘッドの実用温度領域〔範
囲〕、更に具体的に言えば、おおよそ -50℃から 70 ℃
の温度範囲にわたって保持・維持しており、その社会的
要請・期待に、十二分に答えうるものである。
The bismuth-substituted iron garnet single crystal of the present invention is required for a Faraday rotator for an optical magnetic field sensor, for example, a rotation speed (number) sensor, even if it is cut into a side length of 1.5 mm to 2.0 mm. Even if the performance, that is, the magnetic hysteresis is small and the strength of the external magnetic field is weak, the value at which the Faraday rotation angle is saturated is easily reached, in other words, the saturation magnetic field [θ F or −θ F ] is reached. Therefore, it is possible to detect the presence of a weak magnetic force, that is, a weak magnetic field [magnet].
Moreover, the magnetization characteristic value of the bismuth-substituted iron garnet single crystal of the present invention is in the practical temperature range [range] of the optical magnetic field sensor head, more specifically, from about -50 ° C to 70 ° C.
It is maintained and maintained over the temperature range of, and can fully meet the social demands and expectations.

【0037】本願発明のビスマス置換鉄ガーネット単結
晶、更に具体的に言えば、一般式 Y 3-x-y Lax Biy Fe
5-z Gaz O12 〔但し、x、y、zは、各々、0.1 ≦x≦
0.4、1.0 ≦y≦ 1.9、1.0 ≦z≦ 1.6 の数である。
以下、ビスマス置換鉄ガーネット[Y3-x-y Lax Biy Fe
5-z Gaz O12]単結晶、または、YLaBiFeGa ガーネット単
結晶と略記する〕で表わされるビスマス置換鉄ガーネッ
ト単結晶は、公知の液相エピタキシャル(LPE) 法によっ
て非磁性ガーネット単結晶基板上に育成することによっ
て製造することができる。
Bismuth-substituted iron garnet single bond of the present invention
Crystal, more specifically, the general formula Y 3-xyLaxBiyFe
5-zGazO12[However, x, y, and z are each 0.1 ≤ x ≤
 The numbers are 0.4, 1.0 ≤ y ≤ 1.9, and 1.0 ≤ z ≤ 1.6.
Below, bismuth-substituted iron garnet [Y3-xyLaxBiyFe
5-zGazO12] Single crystal or YLaBiFeGa garnet single
Abbreviated as crystal]]
The single crystal is formed by the well-known liquid phase epitaxial (LPE) method.
By growing it on a non-magnetic garnet single crystal substrate.
Can be manufactured.

【0038】本願発明を実施するとき、ビスマス置換鉄
ガーネット[Y3-x-y Lax Biy Fe5-zGaz O12]単結晶を構
成するランタン La 元素の置換量xは、0.1 乃至 0.4、
特に、0.1 乃至 0.25 の範囲内に選ぶのが好ましい。ラ
ンタン La 元素の置換量xの値を 0.1以下に選ぶと、結
晶欠陥、即ち、ピット、スワール、および、クラックが
増加し、時として、結晶欠陥によって光透過率が低下す
るので、光磁界センサ用ファラデー回転子用としては、
不都合である。
When carrying out the present invention, the substitution amount x of the lanthanum La element constituting the bismuth-substituted iron garnet [Y 3-xy La x Bi y Fe 5-z Ga z O 12 ] single crystal is 0.1 to 0.4,
In particular, it is preferable to select it within the range of 0.1 to 0.25. If the value of the substitution amount x of the lanthanum La element is selected to be 0.1 or less, crystal defects, that is, pits, swirls, and cracks increase, and sometimes the light transmittance decreases due to the crystal defects. For Faraday rotator,
It is inconvenient.

【0039】ファラデー回転子の光透過率が低くなるこ
とは、光検知器に到達する信号光強度が低下することを
意味し、そのため光磁界センサ製造に際し高い精度が必
要であるとか、信号光の増幅率を高めるための電子回路
が一層複雑になるなど、製造コスト面で不利となる。従
って、ファラデー回転子の光透過率は、高いほど好まし
い。光磁界センサに要求されているファラデー回転子の
光透過率は、使用する光源の光強度や、光磁界センサの
構成によって異なるが、一般的には、ファラデー回転角
45度の厚さにおいて、光損失〔透過損失〕として 5dB以
下である。反射型光磁界センサヘッドでは、光源から出
射された入射光は、偏光子、ファラデー回転子と透過し
て反射膜に至り、反射膜面で反射して、反射光として、
再び、ファラデー回転子、偏光子を透過して光検出器に
至る。従って、反射型光磁界センサヘッドの光損失は、
透過損失の2倍になる。しかし、本願発明においては、
当該技術分野の慣例に従い、ファラデー回転子の光損失
は、全て、透過損失で表示することとする。
The decrease in the light transmittance of the Faraday rotator means that the intensity of the signal light reaching the photodetector is decreased, and therefore high precision is required in manufacturing the optical magnetic field sensor, and the signal light This is disadvantageous in terms of manufacturing cost, such as the electronic circuit for increasing the amplification factor becomes more complicated. Therefore, the higher the light transmittance of the Faraday rotator, the more preferable. The optical transmittance of the Faraday rotator required for an optical magnetic field sensor varies depending on the light intensity of the light source used and the configuration of the optical magnetic field sensor, but in general, the Faraday rotation angle
At a thickness of 45 degrees, the optical loss (transmission loss) is 5 dB or less. In the reflection type optical magnetic field sensor head, the incident light emitted from the light source passes through the polarizer and the Faraday rotator to reach the reflection film, is reflected by the reflection film surface, and is reflected light.
Once again, the light passes through the Faraday rotator and the polarizer to reach the photodetector. Therefore, the optical loss of the reflective magneto-optical sensor head is
Double the transmission loss. However, in the present invention,
In accordance with convention in the art, all Faraday rotator optical losses shall be expressed as transmission losses.

【0040】また、ビスマス置換鉄ガーネット[Y3-x-y
Lax Biy Fe5-z Gaz O12]単結晶を構成するランタン La
元素の置換量xを、0.4 以上に選ぶと、単結晶の育成・
成長操作中に、融液中に微結晶が析出して、単結晶の育
成が困難になり、所定の厚さの単結晶膜が得られなくな
る。
Also, bismuth-substituted iron garnet [Y 3-xy
La x Bi y Fe 5-z Ga z O 12 ] Lanthanum La constituting a single crystal
If the element replacement amount x is selected to be 0.4 or more, single crystal growth
During the growth operation, fine crystals are precipitated in the melt, making it difficult to grow a single crystal, and a single crystal film having a predetermined thickness cannot be obtained.

【0041】本願発明を実施するとき、ビスマス置換鉄
ガーネット[Y3-x-y Lax Biy Fe5-zGaz O12]単結晶を構
成するビスマス Bi 元素の量yは、1.0 乃至 1.9、特
に、1.2 乃至1.7 の範囲内に選ぶのが好ましい。ビスマ
ス Bi 元素の量yの値を 1.0以下に選ぶと、ファラデー
回転係数〔感度定数とも言う〕、更に具体的に言えば、
当該ファラデー回転子の単位膜厚さ当たりの偏波面の回
転角〔ファラデー回転角〕小さくなるなどの不都合が生
じる。ファラデー回転子の膜厚さは、ファラデー回転係
数が大きいほど、薄くなる。従って、ファラデー回転子
のファラデー回転係数は、大きいほど、より好ましい。
また、ファラデー回転子の膜厚さが、厚くなると、それ
だけ挿入損失が大きくなる。従って、本願発明の目的と
する弱磁界測定用の小型光磁界センサヘッドのファラデ
ー回転子、換言すれば、ビスマス置換鉄ガーネット単結
晶としては、不適当である。また、ビスマス置換鉄ガー
ネット[Y3-x-y Lax Biy Fe5-z Gaz O12]単結晶を構成す
るビスマス Bi 元素の量yを、1.9 以上に選ぶと、単結
晶の育成・成長操作中に、融液中に微結晶が析出して、
単結晶の育成・成長操作ができなくなる。
When carrying out the present invention, the amount y of the bismuth Bi element constituting the bismuth - substituted iron garnet [Y 3-xy La x Bi y Fe 5-z Ga z O 12 ] single crystal is 1.0 to 1.9, particularly , 1.2 to 1.7 is preferable. If the value y of the bismuth Bi element is selected to be 1.0 or less, the Faraday rotation coefficient (also called sensitivity constant), more specifically,
There arises such a problem that the rotation angle [Faraday rotation angle] of the polarization plane per unit film thickness of the Faraday rotator becomes small. The film thickness of the Faraday rotator becomes thinner as the Faraday rotation coefficient becomes larger. Therefore, the larger the Faraday rotation coefficient of the Faraday rotator, the more preferable.
Further, as the film thickness of the Faraday rotator increases, the insertion loss increases accordingly. Therefore, it is unsuitable as the Faraday rotator of the small-sized optical magnetic field sensor head for weak magnetic field measurement, that is, the bismuth-substituted iron garnet single crystal, which is the object of the present invention. Also, if the amount y of the bismuth Bi element that constitutes the bismuth - substituted iron garnet [Y 3-xy La x Bi y Fe 5-z Ga z O 12 ] single crystal is selected to be 1.9 or more, the growth and growth operation of the single crystal is performed. Inside, crystallites are precipitated in the melt,
It becomes impossible to grow and grow single crystals.

【0042】本願発明を実施するとき、ビスマス置換鉄
ガーネット[Y3-x-y Lax Biy Fe5-zGaz O12]単結晶を構
成するガリウムGaの量zは、1.0 乃至 1.6の範囲内に選
ぶのが好ましい。ガリウムGaの量zの値を 1.0以下に選
ぶと、ここに育成されたビスマス置換鉄ガーネット単結
晶の飽和磁界が 600 Oe 以上となり、弱磁界測定用の小
型光磁界センサヘッド用ファラデー回転子としては、不
適当である。また、ビスマス置換鉄ガーネット[Y3-x-y
Lax Biy Fe5-z Gaz O12]単結晶を構成するガリウムGaの
量zを、1.6 以上に選ぶと、ここに育成されたビスマス
置換鉄ガーネット単結晶のキュリー温度、即ち、ファラ
デー回転角が0となる温度が50℃乃至60℃にまで低下す
るので、実用上の観点で不適当である。
When the present invention is carried out, the amount z of gallium Ga constituting the bismuth-substituted iron garnet [Y 3-xy La x Bi y Fe 5-z Ga z O 12 ] single crystal is in the range of 1.0 to 1.6. It is preferable to select. When the amount z of gallium Ga is selected to be 1.0 or less, the saturation magnetic field of the bismuth-substituted iron garnet single crystal grown here becomes 600 Oe or more, and as a Faraday rotator for a small optical magnetic field sensor head for weak magnetic field measurement, Is inappropriate. Also, bismuth-substituted iron garnet [Y 3-xy
If the amount z of gallium Ga that composes the La x Bi y Fe 5-z Ga z O 12 ] single crystal is selected to be 1.6 or more, the Curie temperature of the bismuth-substituted iron garnet single crystal grown here, that is, the Faraday rotation The temperature at which the angle becomes 0 is reduced to 50 ° C. to 60 ° C., which is unsuitable from a practical point of view.

【0043】本願発明を実施するとき、ビスマス置換鉄
ガーネット単結晶の育成用基板として使用するガーネッ
トの種類には、特に制限はない。育成の目的とするビス
マス置換鉄ガーネット[Y3-x-y Lax Biy Fe5-z Gaz O12]
単結晶に要求される品質を考慮して、通常一般に使用さ
れている結晶方位[111] のガーネットの中から適宜に選
べば良い。通常一般的には、内部ピット、スワール、お
よび、同心円状のクラックの発生防止・抑制、および、
簡便さの観点から、液相エピタキシャル成長用基板とし
て市販されている非磁性ガーネット単結晶、例えば、格
子定数が 12.492 Å乃至 12.503 Åのカルシウム・マグ
ネシウム・ジルコニウム置換ガドリニウム・ガリウム・
ガーネット(CaGd)3(MgZrGa)5O12 単結晶〔SGGG〕基板の
中から、所望によって適宜に選べばよい。
When carrying out the present invention, the type of garnet used as a substrate for growing a bismuth-substituted iron garnet single crystal is not particularly limited. Bismuth-substituted iron garnet for growth [Y 3-xy La x Bi y Fe 5-z Ga z O 12 ]
Considering the quality required for a single crystal, it may be appropriately selected from garnets having a crystal orientation [111] that are generally used. Generally, the prevention / suppression of internal pits, swirls, and concentric cracks, and
From the viewpoint of simplicity, a non-magnetic garnet single crystal commercially available as a substrate for liquid phase epitaxial growth, for example, calcium / magnesium / zirconium substituted gadolinium / gallium / gallium / gallium with a lattice constant of 12.492 Å to 12.503 Å
It may be appropriately selected from the garnet (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 single crystal [SGGG] substrate, if desired.

【0044】本発明を実施するとき、非磁性ガーネット
基板上に液相エピタキシャル法で育成するための融液に
は、特に制限はないが、とりわけ、酸化鉛、酸化ビスマ
ス、酸化第2鉄、酸化硼素、酸化イットリウム、およ
び、酸化ランタンからなる融液を用いるのが好ましい。
単結晶育成用融液の組成は、目的とするビスマス置換鉄
ガーネット[Y3-x-y La x Biy Fe5-z Gaz O12]単結晶の品
質と育成条件などを考慮して適宜に選択されるが、通常
一般的には、酸化鉛PbO 30重量%乃至50重量%、酸化ビ
スマスBi2O3 35重量%乃至60重量%、酸化硼素B2O3 2.4
重量%乃至 3.3重量%、酸化第2鉄Fe2O 3 5.5 重量%乃
至 7重量%、更に、酸化第2鉄と酸化ガリウムの和に対
する酸化イットリウムと酸化ランタンの和の比率[(Fe2O
3+Ga2O3)/(Y2O3+La2O3)]を 10 乃至25の範囲内に選ぶの
が好ましい。酸化鉛、酸化ビスマス、酸化第2鉄、酸化
硼素の各濃度、および、酸化第2鉄と酸化ガリウムの和
に対する酸化イットリウムと酸化ランタンの和の比率・
モル比[(Fe2O3+Ga2O3)/(Y2O3+La2O3)]が上記の範囲を外
れると、目的とするビスマス置換鉄ガーネット単結晶以
外の結晶が成長するとか、或いは、結晶成長中に微結晶
が析出し、目的とするイットリウム・ランタン・ビスマ
ス・鉄・ガリウム・ガーネットの正常なエピタキシャル
成長が不可能になる。
In practicing the present invention, non-magnetic garnet
For the melt to grow on the substrate by liquid phase epitaxial method
Is not particularly limited, but especially lead oxide, bismuth oxide
, Ferric oxide, boron oxide, yttrium oxide, and
And it is preferable to use a melt of lanthanum oxide.
The composition of the melt for single crystal growth is the target bismuth-substituted iron.
Garnet [Y3-xyLa xBiyFe5-zGazO12] Single crystal products
It is selected appropriately considering the quality and growing conditions, but usually
Generally, lead oxide PbO 30% to 50% by weight,
Suma Bi2O335% to 60% by weight, boron oxide B2O3 2.4
Wt% to 3.3 wt%, ferric oxide Fe2O 35.5% by weight
Up to 7% by weight, in addition to the sum of ferric oxide and gallium oxide
Ratio of yttrium oxide to lanthanum oxide [[Fe2O
3+ Ga2O3) / (Y2O3+ La2O3)] In the range 10 to 25
Is preferred. Lead oxide, bismuth oxide, ferric oxide, oxidation
Each concentration of boron and the sum of ferric oxide and gallium oxide
Ratio of the sum of yttrium oxide and lanthanum oxide to
Molar ratio [(Fe2O3+ Ga2O3) / (Y2O3+ La2O3)] Is outside the above range
The target bismuth-substituted iron garnet single crystal
The outer crystal grows, or the crystallite grows during the crystal growth.
Yttrium, lanthanum, and bismuth
Normal epitaxial of iron, gallium and garnet
It becomes impossible to grow.

【0045】本願発明を実施するとき、ビスマス置換鉄
ガーネット単結晶の育成温度は、本願発明の目的とする
ビスマス置換鉄ガーネット単結晶の格子定数と基板の格
子定数とが一致するように、単結晶育成用融液の組成と
基板の格子定数とを考慮して選択される。通常一般的に
は、ビスマス置換磁性ガーネット単結晶の育成温度は、
通常公知の温度範囲内の温度、更に具体的に言えば、72
0 ℃乃至 860℃の範囲内に選べば、所期の目的を達成す
ることができる。
When carrying out the present invention, the growth temperature of the bismuth-substituted iron garnet single crystal is set so that the lattice constant of the bismuth-substituted iron garnet single crystal, which is the object of the present invention, matches the lattice constant of the substrate. It is selected in consideration of the composition of the growing melt and the lattice constant of the substrate. Generally, the growth temperature of a bismuth-substituted magnetic garnet single crystal is
A temperature within a commonly known temperature range, more specifically 72
If the temperature is selected within the range of 0 ° C to 860 ° C, the intended purpose can be achieved.

【0046】また、本願発明を実施するとき、液相エピ
タキシャル成長速度には、特に制限はない。しかし、単
結晶の生産性・量産性と結晶欠陥の多寡を考慮すると
き、10μm/時乃至40μm/時の範囲内、特に、15μm/時乃
至30μm/時範囲に選ぶのが好ましい。液相エピタキシャ
ル成長速度を 10 μm/時以下に選ぶと、液相エピタキシ
ャル成長に要する時間、換言すれば、所要膜成長時間が
長くなるので、生産性の観点で好ましくない。一方、液
相エピタキシャル成長速度を 40 μm/時以上に選ぶと、
スワールの数が増加し、しかも、スワール、即ち、縞模
様の長さが長くなるので、製品歩留りの観点で好ましく
ない。
When carrying out the present invention, the liquid phase epitaxial growth rate is not particularly limited. However, considering the productivity and mass productivity of the single crystal and the amount of crystal defects, it is preferable to select within the range of 10 μm / hour to 40 μm / hour, particularly 15 μm / hour to 30 μm / hour. When the liquid phase epitaxial growth rate is selected to be 10 μm / hour or less, the time required for liquid phase epitaxial growth, in other words, the required film growth time, becomes long, which is not preferable from the viewpoint of productivity. On the other hand, if the liquid phase epitaxial growth rate is selected to be 40 μm / hour or more,
Since the number of swirls increases and the length of the swirl, that is, the striped pattern becomes long, it is not preferable from the viewpoint of product yield.

【0047】本発明を実施するとき、YLaBiFeGa ガーネ
ット薄膜形成用の非磁性基板は特に除去する必要はな
い。むしろ、YLaBiFeGa ガーネット単結晶膜の膜厚が数
十μmと非常に薄い場合は、強度の点で支持体として基
板を残しておくのが好ましい。一方、YLaBiFeGa ガーネ
ットの膜厚が数百μm と非常に厚い場合は、強度の点で
支持体としての必要性がないので、小型化するという観
点から、研磨法によって除去しても良い。
When carrying out the present invention, the non-magnetic substrate for forming the YLaBiFeGa garnet thin film need not be removed. Rather, when the YLaBiFeGa garnet single crystal film has a very small thickness of several tens of μm, it is preferable to leave the substrate as a support in terms of strength. On the other hand, when the YLaBiFeGa garnet has a very large film thickness of several hundreds of μm, it is not necessary as a support in terms of strength, and may be removed by a polishing method from the viewpoint of miniaturization.

【0048】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、 ・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、YLaBiFeGa 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、または、および、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: -A high-power short-wavelength semiconductor laser or a light-emitting diode is commercially available at a low price-The photodetector has a high sensitivity and is available at a low price. It is preferable to select near infrared light having a wavelength of 780 nm to 850 nm. 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 in which a YAG laser can be used. However, if the wavelength of the light source deviates from the above range, the light absorption becomes large, or the Faraday rotation coefficient of YLaBiFeGa garnet becomes small, which makes it difficult to detect the signal light, or , And the Faraday rotator must be made thicker, which is not preferable.

【0049】以下、本願発明を実施例、および、比較例
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、本願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。
The embodiments and effects of the present invention will be specifically described in detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the following examples are for specific description. It is not intended to limit the embodiments of the present invention or the scope of the invention.

【0050】[0050]

【実施例】【Example】

実施例1 容量 300mlの白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕450
g、酸化ビスマス〔Bi2O 3 、4N〕400g、酸化第2鉄〔Fe2
O3 、4N〕55g 、酸化ほう素〔B2O3、5N〕24g 、酸化イ
ットリウム〔Y2O3、3N〕3.60g 、酸化ランタン〔La
2O3 、3N〕2.50g 、酸化ガリウム〔Ga2O3 、3N〕12g と
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℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に混
合したのち、融液温度 756℃にまで冷却して、ビスマス
置換鉄ガーネット単結晶育成用融液を得た。次いで、こ
こに得られた融液表面に、常法に従って、厚さ 400μm
の単結晶育成用基板〔(111) ガーネット単結晶[(GdCa)
3(GaMgZr)5O12 、格子定数:12.490±0.002 Å、1イン
チ〕の片面を接触させて、融液温度を 756℃に維持しな
がら130分間のエピタキシャル成長を行い、単結晶育成
用基板の片面に (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶膜を有する
(YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶〔以下、YLaBiFeGa 単結晶
1 と略称する〕を得た。次いで、ここに得られた YLaBi
FeGa単結晶1 を、常法により所定の大きさ〔 8.3mm×8.
3mm 〕に裁断して試験片[1-1] を得た〔4個〕。ここに
得られた試験片[1-1] の中から無作為に1個を選び、YL
aBiFeGa 単結晶1 の単結晶組成、および、特性値〔単結
晶組成、膜厚、飽和磁界、ファラデー回転角〕の測定を
行なったところ、 単結晶組成 : Y1.32La0.11Bi1.57Fe3.84Ga
1.16O12 膜厚 : 68 μm 飽和磁界 : 470 Oe ファラデー回転角 : 47 °〔度〕 なる結果が得られた。次いで、常法に従って、残余の試
験片[1-1] を、所定の大きさに裁断して試験片[1-2]
〔 4.0mm×4.0mm 、4個〕、試験片[1-3] 〔 2.0mm×2.
0mm 、16個〕、および、試験片[1-4] 〔 1.5mm×1.5mm
、25個〕を得た。ここに得られた試験片[1-2] と試験
片[1-3] および試験片[1-4] の中から無作為にそれぞれ
4個を選び、印加磁界強度を変化させながら、磁界強度
とファラデー回転角との関係を測定して図上に描き、ヒ
ステリシスの大きさを求めたところ、 試験片[1-2] 〔 4.0mm×4.0mm 〕 : 10 Oe 試験片[1-3] 〔 2.0mm×2.0mm 〕 : 15 Oe 試験片[1-4] 〔 1.5mm×1.5mm 〕 : 15 Oe なる結果が得られた〔図3参照〕。
 Example 1 A platinum crucible having a capacity of 300 ml was charged with lead oxide [PbO 4N] 450.
g, bismuth oxide (Bi2O 3, 4N] 400 g, ferric oxide [Fe2
O3, 4N] 55 g, boron oxide [B2O3, 5N] 24g, oxide
Thorium [Y2O3, 3N] 3.60 g, lanthanum oxide [La
2O3, 3N] 2.50 g, gallium oxide [Ga2O3, 3N] 12g
Was charged. Place this in place on the precision vertical tubular electric furnace.
Install, heat and melt at 1000 ° C, stir well and mix evenly.
After combining, cool to melt temperature 756 ℃ and add bismuth.
A melt for growing a substituted iron garnet single crystal was obtained. Then this
On the surface of the melt thus obtained, a thickness of 400 μm
Substrate for growing single crystal of [[111] Garnet single crystal [(GdCa)
3(GaMgZr)FiveO12, Lattice constant: 12.490 ± 0.002 Å, 1 in
[H] and keep the melt temperature at 756 ℃.
Epitaxial growth for 130 minutes to grow single crystal
On one side of the circuit board (YLaBi)3(FeGa)FiveO12Has a single crystal film
 (YLaBi)3(FeGa)FiveO12Single crystal (hereinafter, YLaBiFeGa single crystal
1). Then, the YLaBi obtained here
The FeGa single crystal 1 was made into a predetermined size (8.3 mm × 8.
3 mm] was cut to obtain a test piece [1-1] [4 pieces]. here
Select one randomly from the obtained test pieces [1-1], and
Single crystal composition of aBiFeGa single crystal 1 and its characteristic value [single crystal
Crystal composition, film thickness, saturation magnetic field, Faraday rotation angle]
When done, single crystal composition: Y1.32La0.11Bi1.57Fe3.84Ga
1.16O12 Film thickness: 68 μm Saturation magnetic field: 470 Oe Faraday rotation angle: 47 ° [degree]. Then, according to the usual method,
Specimen [1-1] is cut into a specified size and Specimen [1-2]
[4.0 mm x 4.0 mm, 4 pieces], test piece [1-3] [2.0 mm x 2.
0mm, 16 pieces] and test piece [1-4] [1.5mm × 1.5mm
 , 25 pieces] were obtained. Test piece obtained here [1-2] and test
Randomly from piece [1-3] and test piece [1-4]
Select four and change the applied magnetic field strength while changing the magnetic field strength.
And the Faraday rotation angle are measured and drawn on the diagram.
When the amount of stersis was calculated, the test piece [1-2] [4.0mm × 4.0mm]: 10 Oe test piece [1-3] [2.0mm × 2.0mm]: 15 Oe test piece [1-4] [1.5 mm × 1.5 mm]: A result of 15 Oe was obtained [see FIG. 3].

【0051】なお、YLaBiFeGa 単結晶、即ち、YLaBiFeG
a ガーネットの結晶組成は、ここに得た試験片[1-1] の
中から無作為に1個を選び、研磨法によって単結晶育成
用基板を除去したのち、燐酸に溶解させて得た YLaBiFe
Gaガーネット−燐酸溶液を分析試料として、ICP分析
法により測定・定量した。また、単結晶膜の磁化特性、
即ち、ヒステリシスの大きさは、通常一般に採用されて
いるファラデー回転角の外部印加磁界依存性から決定す
る方法によって測定した。即ち、マグネテイック社製の
磁界印加装置(MAGNET)の試料保持装置に試験片を装着し
て所定の位置、即ち、電磁コイルの間〔ギャップ〕に設
置した。次いで、印加磁界強度を変化させながら、光源
から波長 0.786μm のレーザ光を入射させて、試験片を
透過したレーザ光の偏波面の回転角、即ち、ファラデー
回転角を測定した。
It should be noted that YLaBiFeGa single crystal, that is, YLaBiFeG
a The garnet crystal composition was obtained by randomly selecting one from the test pieces [1-1] obtained here, removing the single crystal growth substrate by the polishing method, and then dissolving it in phosphoric acid to obtain YLaBiFe.
The Ga garnet-phosphoric acid solution was used as an analytical sample and measured and quantified by the ICP analysis method. In addition, the magnetization characteristics of the single crystal film,
That is, the magnitude of the hysteresis was measured by a method which is generally adopted and determined from the dependence of the Faraday rotation angle on the externally applied magnetic field. That is, a test piece was attached to a sample holding device of a magnetic field application device (MAGNET) manufactured by Magnetic Corporation and set at a predetermined position, that is, in a [gap] between electromagnetic coils. Next, while changing the applied magnetic field strength, laser light having a wavelength of 0.786 μm was made incident from the light source, and the rotation angle of the plane of polarization of the laser light transmitted through the test piece, that is, the Faraday rotation angle was measured.

【0052】実施例2 容量 300mlの白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕500
g、酸化ビスマス〔Bi2O 3 、4N〕380g、酸化第2鉄〔Fe2
O3 、4N〕70g 、酸化ほう素〔B2O3、5N〕26g 、酸化イ
ットリウム〔Y2O3、3N〕0.80g 、酸化ランタン〔La
2O3 、3N〕12.0g 、酸化ガリウム〔Ga2O3 、3N〕14g と
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℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に混
合したのち、融液温度 827℃にまで冷却して、ビスマス
置換鉄ガーネット単結晶育成用融液を得た。次いで、こ
こに得られた融液表面に、常法に従って、厚さ 400μm
の単結晶育成用基板〔(111) ガーネット単結晶[(GdCa)
3(GaMgZr)5O12 、格子定数:12.490±0.002 Å、1イン
チ〕の片面を接触させて、融液温度を 827℃に維持しな
がら130分間のエピタキシャル成長を行い、単結晶育成
用基板の片面に (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶膜を有する
(YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶〔以下、YLaBiFeGa 単結晶
2 と略称する〕を得た。次いで、ここに得られた YLaBi
FeGa単結晶2 を、常法により所定の大きさ〔 8.3mm×8.
3mm 〕に裁断して試験片[2-1] を得た〔4個〕。ここに
得られた試験片[2-1] の中から無作為に1個を選び、YL
aBiFeGa 単結晶2 の単結晶組成、および、特性値〔単結
晶組成、膜厚、飽和磁界、ファラデー回転角〕の測定を
行なったところ、 単結晶組成 : Y1.57La0.37Bi1.06Fe3.95Ga
1.05O12 膜厚 : 65 μm 飽和磁界 : 580 Oe ファラデー回転角 : 43 °〔度〕 なる結果が得られた。次いで、常法に従って、残余の試
験片[2-1] を、所定の大きさに裁断して試験片[2-2]
〔 4.0mm×4.0mm 、4個〕、試験片[2-3] 〔 2.0mm×2.
0mm 、16個〕、および、試験片[2-4] 〔 1.5mm×1.5mm
、25個〕を得た。ここに得られた試験片[2-2] と試験
片[2-3] および試験片[2-4] の中から無作為にそれぞれ
4個を選び、印加磁界強度を変化させながら、磁界強度
とファラデー回転角との関係を測定して図上に描き、ヒ
ステリシスの大きさを求めたところ、 試験片[2-2] 〔 4.0mm×4.0mm 〕 : 5 Oe 試験片[2-3] 〔 2.0mm×2.0mm 〕 : 10 Oe 試験片[2-4] 〔 1.5mm×1.5mm 〕 : 10 Oe なる結果が得られた。
Example 2 A platinum crucible having a capacity of 300 ml was charged with lead oxide [PbO 4, 4N] 500.
g, bismuth oxide (Bi2O 3, 4N] 380g, ferric oxide [Fe2
O3, 4N] 70 g, boron oxide [B2O3, 5N] 26g, oxide
Thorium [Y2O3, 3N] 0.80 g, lanthanum oxide [La
2O3, 3N] 12.0 g, gallium oxide [Ga2O3, 3N] 14g
Was charged. Place this in place on the precision vertical tubular electric furnace.
Install, heat and melt at 1000 ° C, stir well and mix evenly.
After combining, cool to a melt temperature of 827 ℃ and add bismuth.
A melt for growing a substituted iron garnet single crystal was obtained. Then this
On the surface of the melt thus obtained, a thickness of 400 μm
Substrate for growing single crystal of [[111] Garnet single crystal [(GdCa)
3(GaMgZr)FiveO12, Lattice constant: 12.490 ± 0.002 Å, 1 in
Contact the other side to maintain the melt temperature at 827 ℃.
Epitaxial growth for 130 minutes to grow single crystal
On one side of the circuit board (YLaBi)3(FeGa)FiveO12Has a single crystal film
 (YLaBi)3(FeGa)FiveO12Single crystal (hereinafter, YLaBiFeGa single crystal
2). Then, the YLaBi obtained here
FeGa single crystal 2 was sized according to the usual method (8.3 mm × 8.
3 mm] was cut to obtain a test piece [2-1] [4 pieces]. here
Select one randomly from the obtained test pieces [2-1], and
Single crystal composition of aBiFeGa single crystal 2 and its characteristic value [single crystal
Crystal composition, film thickness, saturation magnetic field, Faraday rotation angle]
When done, single crystal composition: Y1.57La0.37Bi1.06Fe3.95Ga
1.05O12 The following results were obtained: film thickness: 65 μm Saturation magnetic field: 580 Oe Faraday rotation angle: 43 ° [degrees]. Then, according to the usual method,
Specimen [2-1] is cut into a specified size and Specimen [2-2]
[4.0 mm x 4.0 mm, 4 pieces], test piece [2-3] [2.0 mm x 2.
0mm, 16 pieces] and test piece [2-4] [1.5mm × 1.5mm
 , 25 pieces] were obtained. Test piece obtained here [2-2] and test
Randomly from piece [2-3] and test piece [2-4]
Select four and change the applied magnetic field strength while changing the magnetic field strength.
And the Faraday rotation angle are measured and drawn on the diagram.
When the amount of stersis was calculated, the test piece [2-2] [4.0 mm × 4.0 mm]: 5 Oe test piece [2-3] [2.0 mm × 2.0 mm]: 10 Oe test piece [2-4] [1.5 mm × 1.5 mm]: A result of 10 Oe was obtained.

【0053】実施例3 容量 300mlの白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕400
g、酸化ビスマス〔Bi2O 3 、4N〕470g、酸化第2鉄〔Fe2
O3 、4N〕65g 、酸化ほう素〔B2O3、5N〕25g 、酸化イ
ットリウム〔Y2O3、3N〕3.50g 、酸化ランタン〔La
2O3 、3N〕2.60g 、酸化ガリウム〔Ga2O3 、3N〕17g と
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℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に混
合したのち、融液温度 775℃にまで冷却して、ビスマス
置換鉄ガーネット単結晶育成用融液を得た。次いで、こ
こに得られた融液表面に、常法に従って、厚さ 400μm
の単結晶育成用基板〔(111) ガーネット単結晶[(GdCa)
3(GaMgZr)5O12 、格子定数:12.490±0.002 Å、1イン
チ〕の片面を接触させて、融液温度を 775℃に維持しな
がら180分間のエピタキシャル成長を行い、単結晶育成
用基板の片面に (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶膜を有する
(YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶〔以下、YLaBiFeGa 単結晶
3 と略称する〕を得た。次いで、ここに得られた YLaBi
FeGa単結晶3 を、常法により所定の大きさ〔 8.3mm×8.
3mm 〕に裁断して試験片[3-1] を得た〔4個〕。ここに
得られた試験片[3-1] の中から無作為に1個を選び、YL
aBiFeGa 単結晶3 の単結晶組成、および、特性値〔単結
晶組成、膜厚、飽和磁界、ファラデー回転角〕の測定を
行なったところ、 単結晶組成 : Y1.37La0.14Bi1.49Fe3.69Ga
1.31O12 膜厚 : 70 μm 飽和磁界 : 320 Oe ファラデー回転角 : 46 °〔度〕 なる結果が得られた。次いで、常法に従って、残余の試
験片[3-1] を、所定の大きさに裁断して試験片[3-2]
〔 4.0mm×4.0mm 、4個〕、試験片[3-3] 〔 2.0mm×2.
0mm 、16個〕、および、試験片[3-4] 〔 1.5mm×1.5mm
、25個〕を得た。ここに得られた試験片[3-2] と試験
片[3-3] および試験片[3-4] の中から無作為にそれぞれ
4個を選び、印加磁界強度を変化させながら、磁界強度
とファラデー回転角との関係を測定して図上に描き、ヒ
ステリシスの大きさを求めたところ、 試験片[3-2] 〔 4.0mm×4.0mm 〕 : 15 Oe 試験片[3-3] 〔 2.0mm×2.0mm 〕 : 20 Oe 試験片[3-4] 〔 1.5mm×1.5mm 〕 : 30 Oe なる結果が得られた。
Example 3 A platinum crucible having a capacity of 300 ml was charged with lead oxide [PbO 4N] 400.
g, bismuth oxide (Bi2O 3, 4N] 470 g, ferric oxide [Fe2
O3, 4N] 65 g, boron oxide [B2O3, 5N] 25g, oxide
Thorium [Y2O3, 3N] 3.50 g, lanthanum oxide [La
2O3, 3N] 2.60 g, gallium oxide [Ga2O3, 3N] 17g
Was charged. Place this in place on the precision vertical tubular electric furnace.
Install, heat and melt at 1000 ° C, stir well and mix evenly.
After combining, cool to melt temperature 775 ℃ and add bismuth.
A melt for growing a substituted iron garnet single crystal was obtained. Then this
On the surface of the melt thus obtained, a thickness of 400 μm
Substrate for growing single crystal of [[111] Garnet single crystal [(GdCa)
3(GaMgZr)FiveO12, Lattice constant: 12.490 ± 0.002 Å, 1 in
[H] and keep the melt temperature at 775 ℃.
Epitaxial growth for 180 minutes to grow a single crystal
On one side of the circuit board (YLaBi)3(FeGa)FiveO12Has a single crystal film
 (YLaBi)3(FeGa)FiveO12Single crystal (hereinafter, YLaBiFeGa single crystal
3). Then, the YLaBi obtained here
The FeGa single crystal 3 was made into a predetermined size (8.3 mm × 8.
3 mm] was cut to obtain a test piece [3-1] [4 pieces]. here
Select one randomly from the obtained test pieces [3-1], and
Single crystal composition of aBiFeGa single crystal 3 and its characteristic value [single crystal
Crystal composition, film thickness, saturation magnetic field, Faraday rotation angle]
When done, single crystal composition: Y1.37La0.14Bi1.49Fe3.69Ga
1.31O12 Film thickness: 70 μm Saturation magnetic field: 320 Oe Faraday rotation angle: 46 ° [degree] Then, according to the usual method,
Specimen [3-1] is cut into a specified size and Specimen [3-2]
[4.0 mm x 4.0 mm, 4 pieces], test piece [3-3] [2.0 mm x 2.
0mm, 16 pieces] and test piece [3-4] [1.5mm × 1.5mm
 , 25 pieces] were obtained. Test piece [3-2] obtained here and test
Randomly from piece [3-3] and test piece [3-4]
Select four and change the applied magnetic field strength while changing the magnetic field strength.
And the Faraday rotation angle are measured and drawn on the diagram.
When the size of stersis was calculated, the test piece [3-2] [4.0mm × 4.0mm]: 15 Oe test piece [3-3] [2.0mm × 2.0mm]: 20 Oe test piece [3-4] [1.5 mm × 1.5 mm]: A result of 30 Oe was obtained.

【0054】実施例4 容量 300mlの白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕400
g、酸化ビスマス〔Bi2O 3 、4N〕470g、酸化第2鉄〔Fe2
O3 、4N〕60g 、酸化ほう素〔B2O3、5N〕25g 、酸化イ
ットリウム〔Y2O3、3N〕3.20g 、酸化ランタン〔La
2O3 、3N〕3.20g 、酸化ガリウム〔Ga2O3 、3N〕17.5g
とを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置
に設置し、1000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に
混合したのち、融液温度 785℃にまで冷却して、ビスマ
ス置換鉄ガーネット単結晶育成用融液を得た。次いで、
ここに得られた融液表面に、常法に従って、厚さ 400μ
m の単結晶育成用基板〔(111) ガーネット単結晶[(GdC
a)3(GaMgZr)5O12 、格子定数:12.510±0.002 Å、1イ
ンチ〕の片面を接触させて、融液温度を 785℃に維持し
ながら190分間のエピタキシャル成長を行い、単結晶育
成用基板の片面に (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶膜を有す
る (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶〔以下、YLaBiFeGa 単結
晶4 と略称する〕を得た。次いで、ここに得られた YLa
BiFeGa単結晶4 を、常法により所定の大きさ〔 8.3mm×
8.3mm 〕に裁断して試験片[4-1] を得た〔4個〕。ここ
に得られた試験片[4-1] の中から無作為に1個を選び、
YLaBiFeGa 単結晶4 の単結晶組成、および、特性値〔単
結晶組成、膜厚、飽和磁界、ファラデー回転角〕の測定
を行なったところ、 単結晶組成 : Y1.11La0.18Bi1.77Fe3.54Ga
1.46O12 膜厚 : 70 μm 飽和磁界 : 230 Oe ファラデー回転角 : 44 °〔度〕 なる結果が得られた。次いで、常法に従って、残余の試
験片[4-1] を、所定の大きさに裁断して試験片[4-2]
〔 4.0mm×4.0mm 、4個〕、試験片[4-3] 〔 2.0mm×2.
0mm 、16個〕、および、試験片[4-4] 〔 1.5mm×1.5mm
、25個〕を得た。ここに得られた試験片[4-2] と試験
片[4-3] および試験片[4-4] の中から無作為にそれぞれ
4個を選び、印加磁界強度を変化させながら、磁界強度
とファラデー回転角との関係を測定して図上に描き、ヒ
ステリシスの大きさを求めたところ、 試験片[4-2] 〔 4.0mm×4.0mm 〕 : 20 Oe 試験片[4-3] 〔 2.0mm×2.0mm 〕 : 40 Oe 試験片[4-4] 〔 1.5mm×1.5mm 〕 : 45 Oe なる結果が得られた。
Example 4 A platinum crucible having a capacity of 300 ml was charged with lead oxide [PbO 4, 4N] 400.
g, bismuth oxide (Bi2O 3, 4N] 470 g, ferric oxide [Fe2
O3, 4N] 60 g, boron oxide [B2O3, 5N] 25g, oxide
Thorium [Y2O3, 3N] 3.20 g, lanthanum oxide [La
2O3, 3N] 3.20 g, gallium oxide [Ga2O3, 3N] 17.5g
And prepared. This is the position of the precision vertical tubular electric furnace.
Installed in a container, heat and melt to 1000 ° C, and stir well to homogenize
After mixing, cool to melt temperature 785 ℃ and
A melt for growing a single crystal of S-substituted iron garnet was obtained. Then
On the surface of the melt obtained here, according to the usual method, a thickness of 400μ
m single crystal growth substrate [(111) Garnet single crystal [(GdC
a)3(GaMgZr)FiveO12, Lattice constant: 12.510 ± 0.002 Å, 1 b
Contact one side to maintain the melt temperature at 785 ° C.
While performing epitaxial growth for 190 minutes, single crystal growth
On one side of the production substrate (YLaBi)3(FeGa)FiveO12Has a single crystal film
(YLaBi)3(FeGa)FiveO12Single crystal (hereinafter referred to as YLaBiFeGa single crystal
Abbreviated as crystal 4] was obtained. Then YLa obtained here
The BiFeGa single crystal 4 was made into a predetermined size [8.3 mm ×
8.3 mm], and a test piece [4-1] was obtained [4 pieces]. here
We randomly selected one from the test pieces [4-1] obtained in
Single crystal composition of YLaBiFeGa single crystal 4 and characteristic value [single crystal
Crystal composition, film thickness, saturation magnetic field, Faraday rotation angle]
Was carried out, the single crystal composition: Y1.11La0.18Bi1.77Fe3.54Ga
1.46O12 The film thickness: 70 μm, saturation magnetic field: 230 Oe, Faraday rotation angle: 44 ° [degrees] were obtained. Then, according to the usual method,
The test piece [4-1] is cut into a predetermined size, and the test piece [4-2]
[4.0 mm x 4.0 mm, 4 pieces], test piece [4-3] [2.0 mm x 2.
0mm, 16 pieces] and test piece [4-4] [1.5mm × 1.5mm
 , 25 pieces] were obtained. Test piece obtained here [4-2] and test
Randomly from piece [4-3] and test piece [4-4]
Select four and change the applied magnetic field strength while changing the magnetic field strength.
And the Faraday rotation angle are measured and drawn on the diagram.
When the size of the stersis was calculated, the test piece [4-2] [4.0 mm × 4.0 mm]: 20 Oe test piece [4-3] [2.0 mm × 2.0 mm]: 40 Oe test piece [4-4] [1.5 mm × 1.5 mm]: A result of 45 Oe was obtained.

【0055】実施例5 容量 300mlの白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕330
g、酸化ビスマス〔Bi2O 3 、4N〕570g、酸化第2鉄〔Fe2
O3 、4N〕60g 、酸化ほう素〔B2O3、5N〕30g 、酸化イ
ットリウム〔Y2O3、3N〕1.20g 、酸化ランタン〔La
2O3 、3N〕5.50g 、酸化ガリウム〔Ga2O3 、3N〕20.0g
とを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置
に設置し、1000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に
混合したのち、融液温度 760℃にまで冷却して、ビスマ
ス置換鉄ガーネット単結晶育成用融液を得た。次いで、
ここに得られた融液表面に、常法に従って、厚さ 400μ
m の単結晶育成用基板〔(111) ガーネット単結晶[(GdC
a)3(GaMgZr)5O12 、格子定数:12.510±0.002 Å、1イ
ンチ〕の片面を接触させて、融液温度を 760℃に維持し
ながら150分間のエピタキシャル成長を行い、単結晶育
成用基板の片面に (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶膜を有す
る (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶〔以下、YLaBiFeGa 単結
晶5 と略称する〕を得た。次いで、ここに得られた YLa
BiFeGa単結晶5 を、常法により所定の大きさ〔 8.3mm×
8.3mm 〕に裁断して試験片[5-1] を得た〔4個〕。ここ
に得られた試験片[5-1] の中から無作為に1個を選び、
YLaBiFeGa 単結晶5 の単結晶組成、および、特性値〔単
結晶組成、膜厚、飽和磁界、ファラデー回転角〕の測定
を行なったところ、 単結晶組成 : Y0.89La0.25Bi1.86Fe3.43Ga
1.57O12 膜厚 : 74 μm 飽和磁界 : 190 Oe ファラデー回転角 : 45 °〔度〕 なる結果が得られた。次いで、常法に従って、残余の試
験片[5-1] を、所定の大きさに裁断して試験片[5-2]
〔 4.0mm×4.0mm 、4個〕、試験片[5-3] 〔 2.0mm×2.
0mm 、16個〕、および、試験片[5-4] 〔 1.5mm×1.5mm
、25個〕を得た。ここに得られた試験片[5-2] と試験
片[5-3] および試験片[5-4] の中から無作為にそれぞれ
4個を選び、印加磁界強度を変化させながら、磁界強度
とファラデー回転角との関係を測定して図上に描き、ヒ
ステリシスの大きさを求めたところ、 試験片[5-2] 〔 4.0mm×4.0mm 〕 : 40 Oe試験片
[5-3] 〔 2.0mm×2.0mm 〕 : 60 Oe 試験片[5-4] 〔 1.5mm×1.5mm 〕 : 75 Oe なる結果が得られた。
Example 5 A platinum crucible having a capacity of 300 ml was charged with lead oxide [PbO 4, 4N] 330.
g, bismuth oxide (Bi2O 3, 4N] 570 g, ferric oxide [Fe2
O3, 4N] 60 g, boron oxide [B2O3, 5N] 30g, oxide
Thorium [Y2O3, 3N] 1.20 g, lanthanum oxide [La
2O3, 3N] 5.50 g, gallium oxide [Ga2O3, 3N] 20.0 g
And prepared. This is the position of the precision vertical tubular electric furnace.
Installed in a container, heat and melt to 1000 ° C, and stir well to homogenize
After mixing, cool to melt temperature 760 ℃ and
A melt for growing a single crystal of S-substituted iron garnet was obtained. Then
On the surface of the melt obtained here, according to the usual method, a thickness of 400μ
m single crystal growth substrate [(111) Garnet single crystal [(GdC
a)3(GaMgZr)FiveO12, Lattice constant: 12.510 ± 0.002 Å, 1 b
Contact one side to maintain the melt temperature at 760 ° C.
While performing epitaxial growth for 150 minutes, single crystal growth
On one side of the production substrate (YLaBi)3(FeGa)FiveO12Has a single crystal film
(YLaBi)3(FeGa)FiveO12Single crystal (hereinafter referred to as YLaBiFeGa single crystal
Abbreviated as crystal 5]. Then YLa obtained here
The BiFeGa single crystal 5 was made into a prescribed size [8.3 mm ×
8.3 mm] was cut to obtain a test piece [5-1] [4 pieces]. here
Select one randomly from the test pieces [5-1] obtained in
Single crystal composition of YLaBiFeGa single crystal 5 and its characteristic value [single crystal
Crystal composition, film thickness, saturation magnetic field, Faraday rotation angle]
Was carried out, the single crystal composition: Y0.89La0.25Bi1.86Fe3.43Ga
1.57O12 Film thickness: 74 μm Saturation magnetic field: 190 Oe Faraday rotation angle: 45 ° [degrees]. Then, according to the usual method,
Specimen [5-1] is cut into a specified size and Specimen [5-2]
[4.0 mm x 4.0 mm, 4 pieces], test piece [5-3] [2.0 mm x 2.
0mm, 16 pieces], and test piece [5-4] [1.5mm × 1.5mm
 , 25 pieces] were obtained. Test piece obtained here [5-2] and test
Randomly from piece [5-3] and test piece [5-4]
Select four and change the applied magnetic field strength while changing the magnetic field strength.
And the Faraday rotation angle are measured and drawn on the diagram.
When the size of the sterisis was calculated, the test piece [5-2] [4.0 mm × 4.0 mm]: 40 Oe test piece
[5-3] [2.0 mm × 2.0 mm]: 60 Oe test piece [5-4] [1.5 mm × 1.5 mm]: 75 Oe.

【0056】比較例1 容量 300mlの白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕400
g、酸化ビスマス〔Bi2O 3 、4N〕470g、酸化第2鉄〔Fe2
O3 、4N〕55g 、酸化ほう素〔B2O3、5N〕27g 、酸化イ
ットリウム〔Y2O3、3N〕4.00g 、酸化ランタン〔La
2O3 、3N〕2.00g 、酸化ガリウム〔Ga2O3 、3N〕12.0g
とを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置
に設置し、1000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に
混合したのち、融液温度 748℃にまで冷却して、ビスマ
ス置換鉄ガーネット単結晶育成用融液を得た。次いで、
ここに得られた融液表面に、常法に従って、厚さ 400μ
m の単結晶育成用基板〔(111) ガーネット単結晶[(GdC
a)3(GaMgZr)5O12 、格子定数:12.510±0.002 Å、1イ
ンチ〕の片面を接触させて、融液温度を 748℃に維持し
ながら130分間のエピタキシャル成長を行い、単結晶育
成用基板の片面に (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶膜を有す
る (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶〔以下、YLaBiFeGa 単結
晶6 と略称する〕を得た。次いで、ここに得られた YLa
BiFeGa単結晶6 を、常法により所定の大きさ〔 8.3mm×
8.3mm 〕に裁断して試験片[6-1] を得た〔4個〕。ここ
に得られた試験片[6-1] の中から無作為に1個を選び、
YLaBiFeGa 単結晶6 の単結晶組成、および、特性値〔単
結晶組成、膜厚、飽和磁界、ファラデー回転角〕の測定
を行なったところ、 単結晶組成 : Y0.98La0.07Bi1.95Fe3.80Ga
1.20O12 膜厚 : 68 μm 飽和磁界 : 500 Oe ファラデー回転角 : 47 °〔度〕 なる結果が得られた。次いで、常法に従って、残余の試
験片[6-1] を、所定の大きさに裁断して試験片[6-2]
〔 4.0mm×4.0mm 、4個〕、試験片[6-3] 〔 2.0mm×2.
0mm 、16個〕、および、試験片[6-4] 〔 1.5mm×1.5mm
、25個〕を得た。ここに得られた試験片[6-2] と試験
片[6-3] および試験片[6-4] の中から無作為にそれぞれ
4個を選び、印加磁界強度を変化させながら、磁界強度
とファラデー回転角との関係を測定して図上に描き、ヒ
ステリシスの大きさを求めたところ、 試験片[6-2] 〔 4.0mm×4.0mm 〕 : 5 Oe 試験片[6-3] 〔 2.0mm×2.0mm 〕 : 10 Oe 試験片[6-4] 〔 1.5mm×1.5mm 〕 : 10 Oe なる結果が得られた。また、光挿入損失は 7dBであっ
た。
Comparative Example 1 Lead oxide [PbO 4N] 400 was added to a platinum crucible having a capacity of 300 ml.
g, bismuth oxide (Bi2O 3, 4N] 470 g, ferric oxide [Fe2
O3, 4N] 55 g, boron oxide [B2O3, 5N] 27g, oxide
Thorium [Y2O3, 3N] 4.00 g, lanthanum oxide [La
2O3, 3N] 2.00 g, gallium oxide [Ga2O3, 3N] 12.0 g
And prepared. This is the position of the precision vertical tubular electric furnace.
Installed in a container, heat and melt to 1000 ° C, and stir well to homogenize
After mixing, cool to melt temperature 748 ℃ and
A melt for growing a single crystal of S-substituted iron garnet was obtained. Then
On the surface of the melt obtained here, according to the usual method, a thickness of 400μ
m single crystal growth substrate [(111) Garnet single crystal [(GdC
a)3(GaMgZr)FiveO12, Lattice constant: 12.510 ± 0.002 Å, 1 b
Contact one side to maintain the melt temperature at 748 ° C.
While performing epitaxial growth for 130 minutes, single crystal growth
On one side of the production substrate (YLaBi)3(FeGa)FiveO12Has a single crystal film
(YLaBi)3(FeGa)FiveO12Single crystal (hereinafter referred to as YLaBiFeGa single crystal
Crystal 6] is obtained. Then YLa obtained here
The BiFeGa single crystal 6 was made into a prescribed size [8.3 mm ×
8.3 mm], and a test piece [6-1] was obtained [4 pieces]. here
Select one randomly from the test pieces [6-1] obtained in
Single crystal composition of YLaBiFeGa single crystal 6 and characteristic value [single crystal
Crystal composition, film thickness, saturation magnetic field, Faraday rotation angle]
Was carried out, the single crystal composition: Y0.98La0.07Bi1.95Fe3.80Ga
1.20O12 The film thickness: 68 μm, saturation magnetic field: 500 Oe, Faraday rotation angle: 47 ° [degree] were obtained. Then, according to the usual method,
The test piece [6-1] is cut into a predetermined size, and the test piece [6-2]
[4.0 mm x 4.0 mm, 4 pieces], test piece [6-3] [2.0 mm x 2.
0mm, 16 pieces] and test piece [6-4] [1.5mm × 1.5mm
 , 25 pieces] were obtained. Test piece [6-2] obtained here and test
Randomly from piece [6-3] and test piece [6-4]
Select four and change the applied magnetic field strength while changing the magnetic field strength.
And the Faraday rotation angle are measured and drawn on the diagram.
When the size of the stersis was calculated, the test piece [6-2] [4.0 mm × 4.0 mm]: 5 Oe test piece [6-3] [2.0 mm × 2.0 mm]: 10 Oe test piece [6-4] [1.5 mm × 1.5 mm]: A result of 10 Oe was obtained. The optical insertion loss is 7 dB.
It was

【0057】比較例2 容量 300mlの白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕400
g、酸化ビスマス〔Bi2O 3 、4N〕470g、酸化第2鉄〔Fe2
O3 、4N〕60g 、酸化ほう素〔B2O3、5N〕30g 、酸化イ
ットリウム〔Y2O3、3N〕3.50g 、酸化ランタン〔La
2O3 、3N〕2.60g 、酸化ガリウム〔Ga2O3 、3N〕22.0g
とを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置
に設置し、1000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に
混合したのち、融液温度 759℃にまで冷却して、ビスマ
ス置換鉄ガーネット単結晶育成用融液を得た。次いで、
ここに得られた融液表面に、常法に従って、厚さ 400μ
m の単結晶育成用基板〔(111) ガーネット単結晶[(GdC
a)3(GaMgZr)5O12 、格子定数:12.496±0.002 Å、1イ
ンチ〕の片面を接触させて、融液温度を 759℃に維持し
ながら160分間のエピタキシャル成長を行い、単結晶育
成用基板の片面に (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶膜を有す
る (YLaBi)3(FeGa)5O12 単結晶〔以下、YLaBiFeGa 単結
晶7 と略称する〕を得た。次いで、ここに得られた YLa
BiFeGa単結晶6 を、常法により所定の大きさ〔 8.3mm×
8.3mm 〕に裁断して試験片[7-1] を得た〔4個〕。ここ
に得られた試験片[7-1] の中から無作為に1個を選び、
YLaBiFeGa 単結晶6 の単結晶組成、および、特性値〔単
結晶組成、膜厚、飽和磁界、ファラデー回転角〕の測定
を行なったところ、 単結晶組成 : Y1.27La0.14Bi1.59Fe3.35Ga
1.65O12 膜厚 : 72 μm 飽和磁界 : 150 Oe ファラデー回転角 : 44 °〔度〕 なる結果が得られた。次いで、常法に従って、残余の試
験片[7-1] を、所定の大きさに裁断して試験片[7-2]
〔 4.0mm×4.0mm 、4個〕、試験片[7-3] 〔 2.0mm×2.
0mm 、16個〕、および、試験片[7-4] 〔 1.5mm×1.5mm
、25個〕を得た。ここに得られた試験片[7-2] と試験
片[7-3] および試験片[7-4] の中から無作為にそれぞれ
4個を選び、印加磁界強度を変化させながら、磁界強度
とファラデー回転角との関係を測定して図上に描き、ヒ
ステリシスの大きさを求めたところ、 試験片[7-2] 〔 4.0mm×4.0mm 〕 : 100 Oe 試験片[7-3] 〔 2.0mm×2.0mm 〕 : 150 Oe 試験片[7-4] 〔 1.5mm×1.5mm 〕 : 230 Oe なる結果が得られた。
Comparative Example 2 Lead oxide [PbO, 4N] 400 was added to a platinum crucible having a capacity of 300 ml.
g, bismuth oxide (Bi2O 3, 4N] 470 g, ferric oxide [Fe2
O3, 4N] 60 g, boron oxide [B2O3, 5N] 30g, oxide
Thorium [Y2O3, 3N] 3.50 g, lanthanum oxide [La
2O3, 3N] 2.60 g, gallium oxide [Ga2O3, 3N] 22.0 g
And prepared. This is the position of the precision vertical tubular electric furnace.
Installed in a container, heat and melt to 1000 ° C, and stir well to homogenize
After mixing, cool to melt temperature 759 ℃ and
A melt for growing a single crystal of S-substituted iron garnet was obtained. Then
On the surface of the melt obtained here, according to the usual method, a thickness of 400μ
m single crystal growth substrate [(111) Garnet single crystal [(GdC
a)3(GaMgZr)FiveO12, Lattice constant: 12.496 ± 0.002 Å, 1 b
Contact one side to maintain the melt temperature at 759 ° C.
While performing epitaxial growth for 160 minutes, single crystal growth
On one side of the production substrate (YLaBi)3(FeGa)FiveO12Has a single crystal film
(YLaBi)3(FeGa)FiveO12Single crystal (hereinafter referred to as YLaBiFeGa single crystal
Abbreviated as crystal 7.] Then YLa obtained here
The BiFeGa single crystal 6 was made into a prescribed size [8.3 mm ×
8.3 mm], and a test piece [7-1] was obtained [4 pieces]. here
Select one randomly from the test pieces [7-1] obtained in
Single crystal composition of YLaBiFeGa single crystal 6 and characteristic value [single crystal
Crystal composition, film thickness, saturation magnetic field, Faraday rotation angle]
Was carried out, the single crystal composition: Y1.27La0.14Bi1.59Fe3.35Ga
1.65O12 The film thickness: 72 μm, saturation magnetic field: 150 Oe, Faraday rotation angle: 44 ° [degrees] were obtained. Then, according to the usual method,
The test piece [7-1] is cut into a predetermined size, and the test piece [7-2]
[4.0 mm x 4.0 mm, 4 pieces], test piece [7-3] [2.0 mm x 2.
0mm, 16 pieces] and test piece [7-4] [1.5mm × 1.5mm
 , 25 pieces] were obtained. Test piece obtained here [7-2] and test
Randomly from piece [7-3] and test piece [7-4]
Select four and change the applied magnetic field strength while changing the magnetic field strength.
And the Faraday rotation angle are measured and drawn on the diagram.
When the amount of stersis was calculated, the test piece [7-2] [4.0mm × 4.0mm]: 100 Oe test piece [7-3] [2.0mm × 2.0mm]: 150 Oe test piece [7-4] [1.5 mm × 1.5 mm]: A result of 230 Oe was obtained.

【0058】比較例3 容量 500mlの白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕843
g、酸化ビスマス〔Bi2O 3 、4N〕978g、酸化第2鉄〔Fe2
O3 、4N〕128g、酸化ほう素〔B2O3、5N〕38g 、酸化テ
ルビウム〔Tb4O7 、3N〕5.0g、酸化ホルミウム〔Ho
2O3 、3N〕8.0g、酸化ガリウム〔Ga2O3 、3N〕13g 、酸
化アルミニウム〔Al2O3 、3N〕1.0gとを仕込んだ。これ
を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に
加熱溶融して十分に撹拌して均一に混合したのち、融液
温度 792℃にまで冷却して、ビスマス置換鉄ガーネット
単結晶育成用融液を得た。次いで、ここに得られた融液
表面に、常法に従って、厚さ 400μm の単結晶育成用基
板〔(111) ガーネット単結晶[(GdCa)3(GaMgZr)5O12 、
格子定数:12.493±0.002 Å、1インチ〕の片面を接触
させて、融液温度を 792℃に維持しながら120分間のエ
ピタキシャル成長を行い、単結晶育成用基板の片面に
(HoTbBi)3(FeGaAl)5O12単結晶膜を有する (HoTbBi)3(Fe
GaAl)5O12単結晶〔以下、HoTbBiFeGaAl単結晶と略称す
る〕を得た。次いで、ここに得られた HoTbBiFeGaAl 単
結晶を、常法により所定の大きさ〔 8.3mm×8.3mm 〕に
裁断して試験片[8-1] を得た〔4個〕。ここに得られた
試験片[8-1] の中から無作為に1個を選び、HoTbBiFeGa
Al単結晶8 の単結晶組成、および、特性値〔単結晶組
成、膜厚、飽和磁界、ファラデー回転角〕の測定を行な
ったところ、 単結晶組成 : Ho0.99Tb0.61Bi1.40Fe4.39Ga
0.51Al0.10O12 膜厚 : 63 μm 飽和磁界 : 480 Oe ファラデー回転角 : 43 °〔度〕 なる結果が得られた。次いで、常法に従って、残余の試
験片[8-1] を、所定の大きさに裁断して試験片[8-2]
〔 4.0mm×4.0mm 、4個〕、試験片[8-3] 〔 2.0mm×2.
0mm 、16個〕、および、試験片[8-4] 〔 1.5mm×1.5mm
、25個〕を得た。ここに得られた試験片[8-2] と試験
片[8-3] および試験片[8-4] の中から無作為にそれぞれ
4個を選び、印加磁界強度を変化させながら、磁界強度
とファラデー回転角との関係を測定して図上に描き、ヒ
ステリシスの大きさを求めたところ、 試験片[8-2] 〔 4.0mm×4.0mm 〕 : 260 Oe 試験片[8-3] 〔 2.0mm×2.0mm 〕 : 350 Oe 試験片[8-4] 〔 1.5mm×1.5mm 〕 : 440 Oe なる結果が得られた。
Comparative Example 3 Lead oxide [PbO 4N] 843 was placed in a platinum crucible having a capacity of 500 ml.
g, bismuth oxide (Bi2O 3, 4N] 978g, ferric oxide [Fe2
O3, 4N] 128 g, boron oxide [B2O3, 5N] 38g,
Rubium (TbFourO7, 3N] 5.0 g, holmium oxide [Ho
2O3, 3N] 8.0 g, gallium oxide [Ga2O3, 3N] 13 g, acid
Aluminum chloride (Al2O3, 3N] 1.0 g. this
Installed at a predetermined position in a precision vertical tubular electric furnace and heated to 1000 ° C.
After melting by heating and stirring thoroughly to mix uniformly, melt
Cooled to 792 ℃, bismuth-substituted iron garnet
A melt for growing a single crystal was obtained. Then, the melt obtained here
A 400 μm-thick single crystal growth substrate was formed on the surface according to the usual method.
Plate [(111) Garnet single crystal [(GdCa)3(GaMgZr)FiveO12,
Lattice constant: 12.493 ± 0.002 Å, 1 inch] contact on one side
And maintain the melt temperature at 792 ° C for 120 minutes.
Performs epitaxial growth on one side of the single crystal growth substrate
(HoTbBi)3(FeGaAl)FiveO12Has a single crystal film (HoTbBi)3(Fe
GaAl)FiveO12Single crystal (hereinafter referred to as HoTbBiFeGaAl single crystal
I got] Then, the HoTbBiFeGaAl single crystal obtained here was
The crystal is made into a prescribed size [8.3 mm × 8.3 mm] by a conventional method.
It cut and obtained the test piece [8-1] [4 pieces]. Got here
Select one randomly from the test pieces [8-1] and select HoTbBiFeGa
Single crystal composition of Al single crystal 8 and characteristic value [single crystal set
Film thickness, film thickness, saturation magnetic field, Faraday rotation angle)
After a while, single crystal composition: Ho0.99Tb0.61Bi1.40Fe4.39Ga
0.51Al0.10O12 Film thickness: 63 μm Saturation magnetic field: 480 Oe Faraday rotation angle: 43 ° [degrees]. Then, according to the usual method,
The test piece [8-1] is cut into a predetermined size, and the test piece [8-2] is cut.
[4.0 mm x 4.0 mm, 4 pieces], test piece [8-3] [2.0 mm x 2.
0mm, 16 pieces] and test piece [8-4] [1.5mm × 1.5mm
 , 25 pieces] were obtained. Test piece [8-2] obtained here and test
Randomly from piece [8-3] and test piece [8-4]
Select four and change the applied magnetic field strength while changing the magnetic field strength.
And the Faraday rotation angle are measured and drawn on the diagram.
When the size of the stersis was calculated, the test piece [8-2] [4.0 mm × 4.0 mm]: 260 Oe test piece [8-3] [2.0 mm × 2.0 mm]: 350 Oe test piece [8-4] [1.5 mm × 1.5 mm]: A result of 440 Oe was obtained.

【0059】比較例4 容量 300mlの白金製ルツボに、酸化鉛〔PbO 、4N〕420
g、酸化ビスマス〔Bi2O 3 、4N〕490g、酸化第2鉄〔Fe2
O3 、4N〕65g 、酸化ほう素〔B2O3、5N〕15g 、酸化ガ
ドリニウム〔Ga2O3 、3N〕7.1g、酸化ガリウム〔Ga
2O3 、3N〕0.9g、酸化アルミニウム〔Al2O3 、3N〕2.8g
とを仕込んだ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置
に設置し、1000℃に加熱溶融して十分に撹拌して均一に
混合したのち、融液温度 831℃にまで冷却して、ビスマ
ス置換鉄ガーネット単結晶育成用融液を得た。次いで、
ここに得られた融液表面に、常法に従って、厚さ 400μ
m の単結晶育成用基板〔(111) ガーネット単結晶[(GdC
a)3(GaMgZr)5O12 、格子定数:12.506±0.002 Å、1イ
ンチ〕の片面を接触させて、融液温度を 831℃に維持し
ながら110分間のエピタキシャル成長を行い、単結晶育
成用基板の片面に (GdBi)3(FeGaAl)5O12単結晶膜を有す
る (GdBi)3(FeGaAl)5O12単結晶〔以下、GdBiFeGaAl単結
晶と略称する〕を得た。次いで、ここに得られた GdBiF
eGaAl 単結晶を、常法により所定の大きさ〔 8.3mm×8.
3mm 〕に裁断して試験片[9-1] を得た〔4個〕。ここに
得られた試験片[9-1] の中から無作為に1個を選び、Gd
BiFeGaAl単結晶9 の単結晶組成、および、特性値〔単結
晶組成、膜厚、飽和磁界、ファラデー回転角〕の測定を
行なったところ、 単結晶組成 : Gd1.70Bi1.30Fe4.70Ga0.11Al
0.59O12 膜厚 : 73 μm 飽和磁界 : 230 Oe ファラデー回転角 : 46 °〔度〕 なる結果が得られた。次いで、常法に従って、残余の試
験片[9-1] を、所定の大きさに裁断して試験片[9-2]
〔 4.0mm×4.0mm 、4個〕、試験片[9-3] 〔 2.0mm×2.
0mm 、16個〕、および、試験片[9-4] 〔 1.5mm×1.5mm
、25個〕を得た。ここに得られた試験片[9-2] と試験
片[9-3] および試験片[9-4] の中から無作為にそれぞれ
4個を選び、印加磁界強度を変化させながら、磁界強度
とファラデー回転角との関係を測定して図上に描き、ヒ
ステリシスの大きさを求めたところ、 試験片[9-2] 〔 4.0mm×4.0mm 〕 : 320 Oe 試験片[9-3] 〔 2.0mm×2.0mm 〕 : 390 Oe 試験片[9-4] 〔 1.5mm×1.5mm 〕 : 420 Oe なる結果が得られた。
Comparative Example 4 A platinum crucible having a capacity of 300 ml was charged with lead oxide [PbO, 4N] 420.
g, bismuth oxide (Bi2O 3, 4N] 490 g, ferric oxide [Fe2
O3, 4N] 65 g, boron oxide [B2O3, 5N] 15g, oxidized gas
Dolinium (Ga2O3, 3N] 7.1 g, gallium oxide [Ga
2O3, 3N] 0.9 g, aluminum oxide [Al2O3, 3N] 2.8g
And prepared. This is the position of the precision vertical tubular electric furnace.
Installed in a container, heat and melt to 1000 ° C, and stir well to homogenize
After mixing, cool to melt temperature 831 ℃ and
A melt for growing a single crystal of S-substituted iron garnet was obtained. Then
On the surface of the melt obtained here, according to the usual method, a thickness of 400μ
m single crystal growth substrate [(111) Garnet single crystal [(GdC
a)3(GaMgZr)FiveO12, Lattice constant: 12.506 ± 0.002 Å, 1 b
Contact the other side to maintain the melt temperature at 831 ° C.
While performing epitaxial growth for 110 minutes, single crystal growth
On one side of the production substrate (GdBi)3(FeGaAl)FiveO12Has a single crystal film
(GdBi)3(FeGaAl)FiveO12Single crystal (hereinafter, GdBiFeGaAl single crystal
Abbreviated as crystal]. Then GdBiF obtained here
The eGaAl single crystal was prepared in a standard size (8.3 mm × 8.
3 mm] was cut to obtain a test piece [9-1] [4 pieces]. here
Select one randomly from the obtained test pieces [9-1], and
BiFeGaAl single crystal 9 single crystal composition and characteristic value [single crystal
Crystal composition, film thickness, saturation magnetic field, Faraday rotation angle]
As a result, single crystal composition: Gd1.70Bi1.30Fe4.70Ga0.11Al
0.59O12 The following results were obtained: film thickness: 73 μm Saturation magnetic field: 230 Oe Faraday rotation angle: 46 ° [degree]. Then, according to the usual method,
The test piece [9-1] is cut into a predetermined size, and the test piece [9-2] is cut.
[4.0 mm x 4.0 mm, 4 pieces], test piece [9-3] [2.0 mm x 2.
0mm, 16 pieces] and test piece [9-4] [1.5mm × 1.5mm
 , 25 pieces] were obtained. Test piece obtained here [9-2] and test
Randomly from piece [9-3] and test piece [9-4]
Select four and change the applied magnetic field strength while changing the magnetic field strength.
And the Faraday rotation angle are measured and drawn on the diagram.
When the size of the sterisis was obtained, the test piece [9-2] [4.0 mm × 4.0 mm]: 320 Oe test piece [9-3] [2.0 mm × 2.0 mm]: 390 Oe test piece [9-4] [1.5 mm × 1.5 mm]: A result of 420 Oe was obtained.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明の完成により、光磁界センサ用フ
ァラデー回転子として優れた特性、特に、裁断によるヒ
ステリシスが小さく、しかも飽和磁界の小さいビスマス
置換鉄ガーネット単結晶が製造できるようになったた
め、弱磁界測定用の小型光磁界センサヘッドを、工業的
に安価に製造して提供することができる。
As a result of the completion of the present invention, it is possible to produce a bismuth-substituted iron garnet single crystal having excellent characteristics as a Faraday rotator for an optical magnetic field sensor, particularly, a small hysteresis due to cutting and a small saturation magnetic field. A small optical magnetic field sensor head for measuring a weak magnetic field can be industrially manufactured and provided at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】磁気光学材料のファラデー効果を利用した光磁
界センサを用いた回転速度〔数〕計の一例を示す基本構
成図である〔アプライド オプテイックス(Applied Op
tics), vol.28,1991-1994(1989) 〕。
FIG. 1 is a basic configuration diagram showing an example of a rotational speed (number) meter using an optical magnetic field sensor that utilizes the Faraday effect of a magneto-optical material [Applied Optics (Applied Optics)
tics), vol.28, 1991-1994 (1989)].

【図2】ファラデー回転子の外部磁界に対する磁化特
性、即ち、ファラデー回転角と外部磁界強度との関係を
示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a magnetization characteristic of a Faraday rotator with respect to an external magnetic field, that is, a relationship between a Faraday rotation angle and an external magnetic field strength.

【図3】磁気光学材料の裁断によるヒステリシスの比較
的小さいファラデー回転子のファラデー回転角と外部磁
界強度とヒステリシスとの関係を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the Faraday rotation angle of a Faraday rotator having a relatively small hysteresis due to the cutting of the magneto-optical material, the external magnetic field strength, and the hysteresis.

【図4】磁気光学材料の裁断によるヒステリシスの比較
的大きいファラデー回転子のファラデー回転角と外部磁
界強度とヒステリシスとの関係を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the Faraday rotation angle of a Faraday rotator having a relatively large hysteresis due to the cutting of the magneto-optical material, the external magnetic field strength, and the hysteresis.

【図5】磁気光学材料の裁断によるヒステリシスの極め
て大きいファラデー回転子のファラデー回転角と外部磁
界強度とヒステリシスとの関係を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a relationship between a Faraday rotation angle of a Faraday rotator having an extremely large hysteresis due to cutting of a magneto-optical material, an external magnetic field strength, and hysteresis.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非磁性ガーネット単結晶基板上に、液相
エピタキシャル法で育成された一般式 Y3-x-y Lax Biy
Fe5-z Gaz O12 〔但し、x、y、zは、各々、0.1 ≦x
≦ 0.4、1.0 ≦y≦ 1.9、1.0 ≦z≦ 1.6 の数であ
る〕なる化学組成を有するビスマス置換鉄ガーネット単
結晶。
1. A general formula Y 3-xy La x Bi y grown by a liquid phase epitaxial method on a non-magnetic garnet single crystal substrate.
Fe 5-z Ga z O 12 [where x, y, and z are each 0.1 ≦ x
≤ 0.4, 1.0 ≤ y ≤ 1.9, 1.0 ≤ z ≤ 1.6] bismuth-substituted iron garnet single crystal having a chemical composition.
【請求項2】 酸化鉛、酸化ビスマス、酸化第2鉄、酸
化硼素、酸化イットリウム、酸化ランタンからなる融液
を用いて、非磁性ガーネット単結晶基板上に液相エピタ
キシャル法によって育成された請求項1記載のビスマス
置換鉄ガーネット。
2. A crystal grown on a non-magnetic garnet single crystal substrate by a liquid phase epitaxial method using a melt composed of lead oxide, bismuth oxide, ferric oxide, boron oxide, yttrium oxide, and lanthanum oxide. 1. A bismuth-substituted iron garnet according to 1.
【請求項3】 非磁性ガーネット単結晶基板が、カルシ
ウム・マグネシウム・ジルコニウム置換ガドリニウム・
ガリウム・ガーネット(CaGd)3(MgZrGa)5O12基板である
ことを特徴とする請求項1、および、または、請求項2
記載のビスマス置換鉄ガーネット単結晶。
3. A non-magnetic garnet single crystal substrate is calcium-magnesium-zirconium-substituted gadolinium.
3. A gallium garnet (CaGd) 3 (MgZrGa) 5 O 12 substrate, and / or claim 2.
The bismuth-substituted iron garnet single crystal described.
【請求項4】 非磁性ガーネット単結晶基板上に、液相
エピタキシャル法で育成された一般式 Y3-x-y Lax Biy
Fe5-z Gaz O12 〔但し、x、y、zは、各々、0.1 ≦x
≦ 0.25 、1.2 ≦y≦ 1.7、1.0 ≦z≦ 1.6 の数であ
る〕なる化学組成を有する請求項2、および、または、
請求項3記載のビスマス置換鉄ガーネット単結晶。
4. A general formula Y 3-xy La x Bi y grown by a liquid phase epitaxial method on a non-magnetic garnet single crystal substrate.
Fe 5-z Ga z O 12 [where x, y, and z are each 0.1 ≦ x
≤ 0.25, 1.2 ≤ y ≤ 1.7, 1.0 ≤ z ≤ 1.6], and / or
The bismuth-substituted iron garnet single crystal according to claim 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6143435A (en) * 1996-04-23 2000-11-07 Garnatec Magneto-optical thin-layer structure
JP2013170120A (en) * 2012-02-17 2013-09-02 Granopt Ltd Method for manufacturing faraday rotator

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US6143435A (en) * 1996-04-23 2000-11-07 Garnatec Magneto-optical thin-layer structure
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