JPH08290998A - ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶 - Google Patents
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶Info
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- JPH08290998A JPH08290998A JP9241195A JP9241195A JPH08290998A JP H08290998 A JPH08290998 A JP H08290998A JP 9241195 A JP9241195 A JP 9241195A JP 9241195 A JP9241195 A JP 9241195A JP H08290998 A JPH08290998 A JP H08290998A
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- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
- H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 波長0.95μｍ〜1.1 μｍの光アイソレータ用
ファラデー回転素子として低損失なビスマス置換磁性ガ
ーネット単結晶を提供する。 【構成】 液相エピタキシャル法により格子定数が 12.
60Å〜12.70 Åの非磁性ガーネット単結晶基板上に一般
式が Pr3-xBixFe5-yMyO12 (MはIn, Sc,Ga, Alからなる
群から選択された少なくとも１種の元素であり、 0.8≦
ｘ≦1.8、 0≦ｙ≦1.0)であるビスマス置換希土類鉄ガ
ーネット単結晶を育成する。 【効果】 波長0.95μｍ〜1.1 μｍの光アイソレータ用
ファラデー回転素子として従来よりも低損失なビスマス
置換磁性ガーネット単結晶が得られた。
ファラデー回転素子として低損失なビスマス置換磁性ガ
ーネット単結晶を提供する。 【構成】 液相エピタキシャル法により格子定数が 12.
60Å〜12.70 Åの非磁性ガーネット単結晶基板上に一般
式が Pr3-xBixFe5-yMyO12 (MはIn, Sc,Ga, Alからなる
群から選択された少なくとも１種の元素であり、 0.8≦
ｘ≦1.8、 0≦ｙ≦1.0)であるビスマス置換希土類鉄ガ
ーネット単結晶を育成する。 【効果】 波長0.95μｍ〜1.1 μｍの光アイソレータ用
ファラデー回転素子として従来よりも低損失なビスマス
置換磁性ガーネット単結晶が得られた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光アイソレータ用ファ
ラデー回転子に関する。さらに詳しくいえば、本願発明
は、波長１μｍ帯用のファラデー回転子として好適なビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に関するものであ
る。
ラデー回転子に関する。さらに詳しくいえば、本願発明
は、波長１μｍ帯用のファラデー回転子として好適なビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】レーザは、光応用機器あるいは光通信な
どのコヒーレントな光源として広く利用されているが、
レーザから放出された光が光学系などによって反射され
て再びこのレーザに戻ると、レーザ発振が不安定になる
という欠点がある。特に半導体レーザと固体レーザでは
大きな問題となっている。
どのコヒーレントな光源として広く利用されているが、
レーザから放出された光が光学系などによって反射され
て再びこのレーザに戻ると、レーザ発振が不安定になる
という欠点がある。特に半導体レーザと固体レーザでは
大きな問題となっている。
【０００３】この問題に対処するために、レーザの光出
力側に光アイソレータを設け、レーザから放出された光
が戻らないように光路を設定することが行われている。
この目的に用いる光アイソレータは偏光素子とファラデ
ー回転子、およびファラデー回転子を磁気的に飽和させ
るための永久磁石からなる。光アイソレータ用ファラデ
ー回転子としては、液相エピタキシャル（以下「ＬＰ
Ｅ」と略称する）法で育成される厚さが、数十μｍ以上
のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶（一般式 R
3-xBixFe5O12で示され、R は希土類を表す）が用いられ
ている。
力側に光アイソレータを設け、レーザから放出された光
が戻らないように光路を設定することが行われている。
この目的に用いる光アイソレータは偏光素子とファラデ
ー回転子、およびファラデー回転子を磁気的に飽和させ
るための永久磁石からなる。光アイソレータ用ファラデ
ー回転子としては、液相エピタキシャル（以下「ＬＰ
Ｅ」と略称する）法で育成される厚さが、数十μｍ以上
のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶（一般式 R
3-xBixFe5O12で示され、R は希土類を表す）が用いられ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶は 1.2μｍ以上の近赤外領域で優れた
透明性と大きなファラデー効果を示す優れた材料であり
実際、長距離の光ファイバ通信で実用化されている波長
1.31μｍや1.55μｍにおける損失は、0.1dB 以下が達成
されている。しかしながら 1.3μｍ帯よりもさらに短い
1μｍ前後の波長では光吸収損失が大きくなるという問
題があった。現在実用化されているビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶、例えば (HoTbBi)3Fe5O12の波長
1.064μｍにおける損失は、おおよそ 1dBである。１μ
ｍ帯で光吸収が大きくなるのは 0.9μｍ付近にある鉄の
吸収ピークに起因する。
ガーネット単結晶は 1.2μｍ以上の近赤外領域で優れた
透明性と大きなファラデー効果を示す優れた材料であり
実際、長距離の光ファイバ通信で実用化されている波長
1.31μｍや1.55μｍにおける損失は、0.1dB 以下が達成
されている。しかしながら 1.3μｍ帯よりもさらに短い
1μｍ前後の波長では光吸収損失が大きくなるという問
題があった。現在実用化されているビスマス置換希土類
鉄ガーネット単結晶、例えば (HoTbBi)3Fe5O12の波長
1.064μｍにおける損失は、おおよそ 1dBである。１μ
ｍ帯で光吸収が大きくなるのは 0.9μｍ付近にある鉄の
吸収ピークに起因する。
【０００５】１μｍ帯が重要視されるのは、固体レーザ
の発振波長がこの領域に属するためである。具体的に
は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG) レ
ーザの1.064μｍ、ガドリニウム・スカンジウム・ガリ
ウム・ガーネット(GSGG)レーザの 1.061μｍなどであ
る。これら固体レーザの出力パワーは非常に大きく、そ
のためファラデー回転子での吸収損失が大きいと、ファ
ラデー回転子が吸収熱で損傷を受けるという重大な課題
があった。
の発振波長がこの領域に属するためである。具体的に
は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG) レ
ーザの1.064μｍ、ガドリニウム・スカンジウム・ガリ
ウム・ガーネット(GSGG)レーザの 1.061μｍなどであ
る。これら固体レーザの出力パワーは非常に大きく、そ
のためファラデー回転子での吸収損失が大きいと、ファ
ラデー回転子が吸収熱で損傷を受けるという重大な課題
があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、波長１μ
ｍ帯、具体的には0.95μｍ〜1.1 μｍ用の低損失なビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶を提供すべく鋭意検
討を重ね、本発明を完成した。すなわち、本発明は、格
子定数が 12.60Å〜 12.70Åの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り育成されたビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶であって、その一般式
が Pr3-xBixFe5-yMyO12 (MはIn, Sc, Ga,Al からなる
群から選択された少なくとも１種の元素であり、 0.8≦
ｘ≦1.8 、0≦ｙ≦1.0)であることを特長とするファラ
デー回転子用のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
である。
ｍ帯、具体的には0.95μｍ〜1.1 μｍ用の低損失なビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶を提供すべく鋭意検
討を重ね、本発明を完成した。すなわち、本発明は、格
子定数が 12.60Å〜 12.70Åの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り育成されたビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶であって、その一般式
が Pr3-xBixFe5-yMyO12 (MはIn, Sc, Ga,Al からなる
群から選択された少なくとも１種の元素であり、 0.8≦
ｘ≦1.8 、0≦ｙ≦1.0)であることを特長とするファラ
デー回転子用のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
である。
【０００７】本発明を実施するとき、基板の格子定数は
12.60Å〜12.70 Åが好ましい。基板上に育成されるビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の格子定数は、本
質的に基板の格子定数と整合させる必要があり、その意
味では、格子定数が 12.60Å〜12.70 Åの Pr3-xBixFe
5-yMyO12 (MはIn, Sc, Ga, Al からなる群から選択さ
れた少なくとも１種の元素であり、 0.8≦ｘ≦1.8 、 0
≦ｙ≦1.0)が好ましい、とも言い換えることができる。
基板の格子定数が 12.60以下になると、１μｍ帯の吸収
損失が、従来のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
の損失レベルと大差無い値になるので好ましくない。
12.60Å〜12.70 Åが好ましい。基板上に育成されるビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の格子定数は、本
質的に基板の格子定数と整合させる必要があり、その意
味では、格子定数が 12.60Å〜12.70 Åの Pr3-xBixFe
5-yMyO12 (MはIn, Sc, Ga, Al からなる群から選択さ
れた少なくとも１種の元素であり、 0.8≦ｘ≦1.8 、 0
≦ｙ≦1.0)が好ましい、とも言い換えることができる。
基板の格子定数が 12.60以下になると、１μｍ帯の吸収
損失が、従来のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶
の損失レベルと大差無い値になるので好ましくない。
【０００８】本発明を実施するとき、ビスマス置換量ｘ
は 0.8以上1.8 以下が好ましい。ｘが 0.8未満になると
ファラデー効果が低下するので好ましくなく、また、1.
8 を越えると、結晶成長中に微結晶が析出し所定の厚さ
のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が得られなく
なるという不都合を生じる。本発明を実施するとき、ｙ
は１以下が好ましい。１を越えるとファラデー回転角の
温度依存性が大きくなったり、キュリー温度が低下する
などの不都合が生じるので好ましくない。
は 0.8以上1.8 以下が好ましい。ｘが 0.8未満になると
ファラデー効果が低下するので好ましくなく、また、1.
8 を越えると、結晶成長中に微結晶が析出し所定の厚さ
のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が得られなく
なるという不都合を生じる。本発明を実施するとき、ｙ
は１以下が好ましい。１を越えるとファラデー回転角の
温度依存性が大きくなったり、キュリー温度が低下する
などの不都合が生じるので好ましくない。
【０００９】本発明の液相エピタキシャル成長用のフラ
ックス成分は、酸化鉛(PbO) 、酸化ビスマス(Bi2O3) 、
酸化ほう素(B2O3)で構成するのが好適である。本発明の
液相エピタキシャル成長温度に特に制限はないが、通常
一般に行われているビスマス置換ガーネット単結晶育成
温度である 650〜800 ℃の範囲で、適宜選択するのが好
ましい。以下、本発明を実施例によって、その実施態様
と効果を具体的に、かつ詳細に説明するが、以下の例
は、具体的に説明するためのものであって、本発明の実
施態様や発明の範囲を限定するものとしては意図されて
いない。
ックス成分は、酸化鉛(PbO) 、酸化ビスマス(Bi2O3) 、
酸化ほう素(B2O3)で構成するのが好適である。本発明の
液相エピタキシャル成長温度に特に制限はないが、通常
一般に行われているビスマス置換ガーネット単結晶育成
温度である 650〜800 ℃の範囲で、適宜選択するのが好
ましい。以下、本発明を実施例によって、その実施態様
と効果を具体的に、かつ詳細に説明するが、以下の例
は、具体的に説明するためのものであって、本発明の実
施態様や発明の範囲を限定するものとしては意図されて
いない。
【００１０】
実施例１ 容量 1,000ml(ミリリットル)の白金製ルツボに、酸化鉛(PbO)
2,000g、酸化ビスマス(Bi2O3) 2,300g、酸化第二鉄(Fe2
O3) 300g、酸化ほう素(B2O3) 90g、酸化プラセオジウム
(Pr2O3) 31g 、酸化スカンジウム(Sc2O3) 9gを仕込ん
だ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、
1000℃に加熱して溶融し、十分に攪拌して均一に混合さ
せたのち、融液温度 751℃にまで冷却してビスマス置換
磁性ガーネット単結晶育成用融液とした。
2,000g、酸化ビスマス(Bi2O3) 2,300g、酸化第二鉄(Fe2
O3) 300g、酸化ほう素(B2O3) 90g、酸化プラセオジウム
(Pr2O3) 31g 、酸化スカンジウム(Sc2O3) 9gを仕込ん
だ。これを精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、
1000℃に加熱して溶融し、十分に攪拌して均一に混合さ
せたのち、融液温度 751℃にまで冷却してビスマス置換
磁性ガーネット単結晶育成用融液とした。
【００１１】次いで、常法に従って、ここに得られた融
液の表面に、格子定数：12.641Åの(111)ガーネット単
結晶[Sm3(ScGa)5O12］基板の片面を接触させ融液温度を
751℃に維持しながら 4時間のエピタキシャル成長を行
い、厚さが 130μｍで、Pr1.6Bi1.4Fe4.8Sc0.2O12 の組
成を有するビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜を得た。
この厚膜の波長 1.064μｍにおけるファラデー回転係数
は 3364deg/cm 、光吸収係数は 34dB/cmであった。従っ
て、性能指数（＝ファラデー回転係数／光吸収係数）は
99deg/dB で、ファラデー回転子（ファラデー回転角が
45度とする）における光吸収損失は 0.45dB となる。な
お、組成分析は、プラズマ発光分析 (セイコー電子工業
製、高周波誘導プラズマ発光分析計 SPS 1200VR型) に
依った。
液の表面に、格子定数：12.641Åの(111)ガーネット単
結晶[Sm3(ScGa)5O12］基板の片面を接触させ融液温度を
751℃に維持しながら 4時間のエピタキシャル成長を行
い、厚さが 130μｍで、Pr1.6Bi1.4Fe4.8Sc0.2O12 の組
成を有するビスマス置換鉄ガーネット単結晶膜を得た。
この厚膜の波長 1.064μｍにおけるファラデー回転係数
は 3364deg/cm 、光吸収係数は 34dB/cmであった。従っ
て、性能指数（＝ファラデー回転係数／光吸収係数）は
99deg/dB で、ファラデー回転子（ファラデー回転角が
45度とする）における光吸収損失は 0.45dB となる。な
お、組成分析は、プラズマ発光分析 (セイコー電子工業
製、高周波誘導プラズマ発光分析計 SPS 1200VR型) に
依った。
【００１２】実施例２ 容量 1,000mlの白金製ルツボに、酸化鉛(PbO) 2,000g、
酸化ビスマス(Bi2O3)2,300g、酸化第二鉄(Fe2O3) 300
g、酸化ほう素(B2O3) 83g、酸化プラセオジウム(Pr2O3)
31g、酸化インジウム(In2O3) 20gを仕込んだ。これ
を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に
加熱して溶融し、十分に攪拌して均一に混合させたの
ち、融液温度 766℃にまで冷却してビスマス置換磁性ガ
ーネット単結晶育成用融液とした。
酸化ビスマス(Bi2O3)2,300g、酸化第二鉄(Fe2O3) 300
g、酸化ほう素(B2O3) 83g、酸化プラセオジウム(Pr2O3)
31g、酸化インジウム(In2O3) 20gを仕込んだ。これ
を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に
加熱して溶融し、十分に攪拌して均一に混合させたの
ち、融液温度 766℃にまで冷却してビスマス置換磁性ガ
ーネット単結晶育成用融液とした。
【００１３】次いで、常法に従って、ここに得られた融
液の表面に、格子定数：12.662Åの(111)ガーネット単
結晶[La3(ScGa)5O12］基板の片面を接触させ融液温度を
766℃に維持しながら 7時間のエピタキシャル成長を行
い、厚さが 218μｍで、Pr2.0Bｉ1.0Fe4.7In0.3O12の組
成を有するビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜を得
た。この厚膜の 1.064μｍにおけるファラデー回転係数
は 2350deg/cm 、光吸収係数は 28dB/cmであった。従っ
て、性能指数は 84deg/dB で、ファラデー回転子におけ
る光吸収損失は 0.54dB となる。
液の表面に、格子定数：12.662Åの(111)ガーネット単
結晶[La3(ScGa)5O12］基板の片面を接触させ融液温度を
766℃に維持しながら 7時間のエピタキシャル成長を行
い、厚さが 218μｍで、Pr2.0Bｉ1.0Fe4.7In0.3O12の組
成を有するビスマス置換磁性ガーネット単結晶膜を得
た。この厚膜の 1.064μｍにおけるファラデー回転係数
は 2350deg/cm 、光吸収係数は 28dB/cmであった。従っ
て、性能指数は 84deg/dB で、ファラデー回転子におけ
る光吸収損失は 0.54dB となる。
【００１４】実施例３ 容量 1,000mlの白金製ルツボに、酸化鉛(PbO) 2,000g、
酸化ビスマス(Bi2O3)2,300g、酸化第二鉄(Fe2O3) 300
g、酸化ほう素(B2O3) 90g、酸化プラセオジウム(Pr2O3)
31g、酸化インジウム(In2O3) 42gを仕込んだ。これ
を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に
加熱して溶融し、十分に攪拌して均一に混合させたの
ち、融液温度 758℃にまで冷却してビスマス置換磁性ガ
ーネット単結晶育成用融液とした。
酸化ビスマス(Bi2O3)2,300g、酸化第二鉄(Fe2O3) 300
g、酸化ほう素(B2O3) 90g、酸化プラセオジウム(Pr2O3)
31g、酸化インジウム(In2O3) 42gを仕込んだ。これ
を精密縦型管状電気炉の所定の位置に設置し、1000℃に
加熱して溶融し、十分に攪拌して均一に混合させたの
ち、融液温度 758℃にまで冷却してビスマス置換磁性ガ
ーネット単結晶育成用融液とした。
【００１５】次いで、常法に従って、ここに得られた融
液の表面に、格子定数：12.725Åの(111)ガーネット単
結晶[La3(ScGa)5O12] 基板の片面を接触させ融液温度を
758℃に維持しながら 4時間のエピタキシャル成長を行
い、厚さが 154μｍで、Pr1.3Bｉ1.7Fe4.3In0.5Ga0.2O
12 の組成を有するビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜を得た。この厚膜の 1.064μｍにおけるファラデー回
転係数は 3660deg/cm 、光吸収係数は 25dB/cmであっ
た。従って、性能指数は 146deg/dBで、ファラデー回転
子における光吸収損失は 0.31dB となる。
液の表面に、格子定数：12.725Åの(111)ガーネット単
結晶[La3(ScGa)5O12] 基板の片面を接触させ融液温度を
758℃に維持しながら 4時間のエピタキシャル成長を行
い、厚さが 154μｍで、Pr1.3Bｉ1.7Fe4.3In0.5Ga0.2O
12 の組成を有するビスマス置換磁性ガーネット単結晶
膜を得た。この厚膜の 1.064μｍにおけるファラデー回
転係数は 3660deg/cm 、光吸収係数は 25dB/cmであっ
た。従って、性能指数は 146deg/dBで、ファラデー回転
子における光吸収損失は 0.31dB となる。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、波長0.95μｍ〜1.1 μ
ｍの光アイソレータ用ファラデー回転素子として低損失
なビスマス置換磁性ガーネット単結晶を提供できる。
ｍの光アイソレータ用ファラデー回転素子として低損失
なビスマス置換磁性ガーネット単結晶を提供できる。
Claims (1)
- 【請求項１】 格子定数が 12.60Å〜 12.70Åの非磁性
ガーネット単結晶基板上に液相エピタキシャル法により
育成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶であ
って、その一般式が Pr3-xBixFe5-yMyO12 (MはIn, Sc,
Ga, Alからなる群から選択された少なくとも１種の元素
であり、 0.8≦ｘ≦1.8 、 0≦ｙ≦1.0)であることを特
長とするファラデー回転子用のビスマス置換希土類鉄ガ
ーネット単結晶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9241195A JPH08290998A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9241195A JPH08290998A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08290998A true JPH08290998A (ja) | 1996-11-05 |
Family
ID=14053679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9241195A Pending JPH08290998A (ja) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08290998A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012073670A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| WO2012073671A1 (ja) | 2010-11-29 | 2012-06-07 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2012131690A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-07-12 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2012188303A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
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