JPH10273397A - ファラデー素子 - Google Patents
ファラデー素子Info
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- JPH10273397A JPH10273397A JP9093139A JP9313997A JPH10273397A JP H10273397 A JPH10273397 A JP H10273397A JP 9093139 A JP9093139 A JP 9093139A JP 9313997 A JP9313997 A JP 9313997A JP H10273397 A JPH10273397 A JP H10273397A
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- film
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- faraday
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- rotation angle
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- 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
- H01F41/14—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 for applying magnetic films to substrates
- H01F41/24—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 for applying magnetic films to substrates from liquids
- H01F41/28—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 for applying magnetic films to substrates from liquids by liquid phase epitaxy
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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- 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
- H01F10/18—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
- H01F10/20—Ferrites
- H01F10/24—Garnets
- H01F10/245—Modifications for enhancing interaction with electromagnetic wave energy
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長１５３０nm〜１５７０nmの広帯域におい
て、ファラデー回転角の波長依存性が小さく、高アイソ
レーション特性を呈するようなファラデー素子を提供
し、それによって１５５０nm帯用の広帯域光アイソレー
タを実現する。 【解決手段】 ＬＰＥ法により成膜したＣｏを含まない
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶からなるＡ膜と、同
じくＬＰＥ法により成膜したＣｏ置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶からなるＢ膜を、それらの合成ファラデー回転
角が４５度となる厚みに重ね合わせ、且つＡ膜のファラ
デー回転角の波長依存性とＢ膜のファラデー回転角の波
長依存性が打ち消し合って波長１５５０nm帯でのアイソ
レーションの最小値Ｋmin が３５ｄＢ以上となるように
組み合わせる。
て、ファラデー回転角の波長依存性が小さく、高アイソ
レーション特性を呈するようなファラデー素子を提供
し、それによって１５５０nm帯用の広帯域光アイソレー
タを実現する。 【解決手段】 ＬＰＥ法により成膜したＣｏを含まない
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶からなるＡ膜と、同
じくＬＰＥ法により成膜したＣｏ置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶からなるＢ膜を、それらの合成ファラデー回転
角が４５度となる厚みに重ね合わせ、且つＡ膜のファラ
デー回転角の波長依存性とＢ膜のファラデー回転角の波
長依存性が打ち消し合って波長１５５０nm帯でのアイソ
レーションの最小値Ｋmin が３５ｄＢ以上となるように
組み合わせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液相エピタキシャ
ル（以下、「ＬＰＥ」と略記する）法により成膜した磁
性ガーネット単結晶からなり、１５５０nm帯で使用する
ファラデー素子に関し、更に詳しく述べると、Ｃｏ（コ
バルト）を含まないＢｉ（ビスマス）置換希土類鉄ガー
ネット単結晶からなるＡ膜と、Ｃｏを含む希土類鉄ガー
ネット単結晶からなるＢ膜とを重ね合わせ、両方の膜の
ファラデー回転係数の波長依存性の違いを利用して広帯
域化したファラデー素子に関するものである。
ル（以下、「ＬＰＥ」と略記する）法により成膜した磁
性ガーネット単結晶からなり、１５５０nm帯で使用する
ファラデー素子に関し、更に詳しく述べると、Ｃｏ（コ
バルト）を含まないＢｉ（ビスマス）置換希土類鉄ガー
ネット単結晶からなるＡ膜と、Ｃｏを含む希土類鉄ガー
ネット単結晶からなるＢ膜とを重ね合わせ、両方の膜の
ファラデー回転係数の波長依存性の違いを利用して広帯
域化したファラデー素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ファイバ通信の使用波長は、エ
ルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の実用化に
伴って、１５５０nm帯が主流になりつつある。この波長
帯で用いる磁性ガーネット単結晶としては、Ｂｉ置換希
土類鉄ガーネット、例えばＴｂ1.85Ｂｉ1.15Ｆｅ4.75Ａ
ｌ0.25Ｏ12なる組成のＬＰＥ膜が知られている。ここで
ＬＰＥ膜を採用している理由はＬＰＥ法が量産性に優れ
ていることによる。このような磁性ガーネット単結晶の
特性を評価する基準の一つにファラデー回転係数θ
F （deg/cm）がある。ファラデー回転係数は、その絶対
値が大きいほど必要なファラデー回転角を得るための膜
厚を薄くできるので製造し易くなり好ましい。Ｂｉ置換
を行うのは、それによってファラデー回転係数を大きく
できるためである。
ルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の実用化に
伴って、１５５０nm帯が主流になりつつある。この波長
帯で用いる磁性ガーネット単結晶としては、Ｂｉ置換希
土類鉄ガーネット、例えばＴｂ1.85Ｂｉ1.15Ｆｅ4.75Ａ
ｌ0.25Ｏ12なる組成のＬＰＥ膜が知られている。ここで
ＬＰＥ膜を採用している理由はＬＰＥ法が量産性に優れ
ていることによる。このような磁性ガーネット単結晶の
特性を評価する基準の一つにファラデー回転係数θ
F （deg/cm）がある。ファラデー回転係数は、その絶対
値が大きいほど必要なファラデー回転角を得るための膜
厚を薄くできるので製造し易くなり好ましい。Ｂｉ置換
を行うのは、それによってファラデー回転係数を大きく
できるためである。
【０００３】最近、この１５５０nm帯において大容量光
通信を実現するために、波長多重伝送方式が期待されて
いる。波長多重伝送を行うには、波長１５５０nm用の広
帯域光アイソレータを必要とする。この広帯域光アイソ
レータ用のファラデー素子として必要な特性は、ファラ
デー回転係数の波長変化率が小さいことである。また磁
性ガーネット単結晶は、前記のような量産性などの観点
からＬＰＥ法で成膜できることが望まれる。
通信を実現するために、波長多重伝送方式が期待されて
いる。波長多重伝送を行うには、波長１５５０nm用の広
帯域光アイソレータを必要とする。この広帯域光アイソ
レータ用のファラデー素子として必要な特性は、ファラ
デー回転係数の波長変化率が小さいことである。また磁
性ガーネット単結晶は、前記のような量産性などの観点
からＬＰＥ法で成膜できることが望まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に磁性ガーネット
単結晶膜のファラデー回転角は、波長に依存して変化す
る。従って、光源の特定の波長に対して偏光面を丁度４
５度回転させるようにファラデー素子が設定されていて
も、光源の波長が変化すると、偏光面の回転角は４５度
からずれてくる。その結果、逆方向に入射した光の消去
の度合いが低下してくるので、光アイソレータのアイソ
レーションが劣化することになる。
単結晶膜のファラデー回転角は、波長に依存して変化す
る。従って、光源の特定の波長に対して偏光面を丁度４
５度回転させるようにファラデー素子が設定されていて
も、光源の波長が変化すると、偏光面の回転角は４５度
からずれてくる。その結果、逆方向に入射した光の消去
の度合いが低下してくるので、光アイソレータのアイソ
レーションが劣化することになる。
【０００５】前記のような１５５０nm帯での大容量光通
信として期待されている最近の波長多重伝送では、波長
１５５０nmを中心に４０nm以内の波長域で実験が行われ
ている。これは、エルビウムドープファイバ増幅器で増
幅できる波長範囲が１５３０nm〜１５７０nm程度である
ことによる。そこで、このような波長多重伝送システム
に用いる光アイソレータは、この広い波長帯域で良好な
アイソレーションを呈する必要がある。しかし、例えば
前記の従来用いられていた組成の磁性ガーネット単結晶
はファラデー回転係数の波長依存性がかなり大きい問題
があり、そのような広帯域の光アイソレータには不向き
であった。
信として期待されている最近の波長多重伝送では、波長
１５５０nmを中心に４０nm以内の波長域で実験が行われ
ている。これは、エルビウムドープファイバ増幅器で増
幅できる波長範囲が１５３０nm〜１５７０nm程度である
ことによる。そこで、このような波長多重伝送システム
に用いる光アイソレータは、この広い波長帯域で良好な
アイソレーションを呈する必要がある。しかし、例えば
前記の従来用いられていた組成の磁性ガーネット単結晶
はファラデー回転係数の波長依存性がかなり大きい問題
があり、そのような広帯域の光アイソレータには不向き
であった。
【０００６】本発明の目的は、波長１５５０nm帯の広帯
域でファラデー回転角の波長依存性が小さく、高アイソ
レーション特性を呈するファラデー素子を提供すること
である。
域でファラデー回転角の波長依存性が小さく、高アイソ
レーション特性を呈するファラデー素子を提供すること
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＬＰＥ法によ
り成膜した組成式がＲ3-x Ｂｉx Ｆｅ5-y Ｍａy Ｏ12で
示される磁性ガーネット単結晶からなるＡ膜と、同じく
ＬＰＥ法により成膜した組成式がＲ′3-k Ｂｉk Ｆｅ
5-l-m-n Ｍｂl Ｍｃm Ｃｏn Ｏ12で示される磁性ガーネ
ット単結晶からなるＢ膜を、それらの合成ファラデー回
転角が４５度となる厚みに重ね合わせ、且つＡ膜のファ
ラデー回転角の波長依存性とＢ膜のファラデー回転角の
波長依存性が打ち消し合って波長１５５０nm帯でのアイ
ソレーションの最小値Ｋmin が３５ｄＢ以上となるよう
に組み合わせた、波長１５５０nm帯で使用するファラデ
ー素子である。但し、Ｒ及びＲ′はイットリウムを含む
希土類元素、Ｍａはコバルトを含まない３価の陽性元
素、Ｍｂは３価の陽性元素、Ｍｃは４価の陽性元素、 ０．６≦ｘ≦１．９ ０≦ｙ≦０．５ ０≦ｋ≦０．３ ０≦ｌ≦０．５ ０≦ｍ≦０．２３ ０．０２≦ｎ≦０．２８ である。
り成膜した組成式がＲ3-x Ｂｉx Ｆｅ5-y Ｍａy Ｏ12で
示される磁性ガーネット単結晶からなるＡ膜と、同じく
ＬＰＥ法により成膜した組成式がＲ′3-k Ｂｉk Ｆｅ
5-l-m-n Ｍｂl Ｍｃm Ｃｏn Ｏ12で示される磁性ガーネ
ット単結晶からなるＢ膜を、それらの合成ファラデー回
転角が４５度となる厚みに重ね合わせ、且つＡ膜のファ
ラデー回転角の波長依存性とＢ膜のファラデー回転角の
波長依存性が打ち消し合って波長１５５０nm帯でのアイ
ソレーションの最小値Ｋmin が３５ｄＢ以上となるよう
に組み合わせた、波長１５５０nm帯で使用するファラデ
ー素子である。但し、Ｒ及びＲ′はイットリウムを含む
希土類元素、Ｍａはコバルトを含まない３価の陽性元
素、Ｍｂは３価の陽性元素、Ｍｃは４価の陽性元素、 ０．６≦ｘ≦１．９ ０≦ｙ≦０．５ ０≦ｋ≦０．３ ０≦ｌ≦０．５ ０≦ｍ≦０．２３ ０．０２≦ｎ≦０．２８ である。
【０００８】本発明者は、種々の組成のＬＰＥ磁性ガー
ネット単結晶膜を試作し、それらの各種特性を測定する
基礎実験を重ねてきた。その結果、Ｃｏを含まないＢｉ
置換希土類鉄ガーネット単結晶と、Ｃｏを含む希土類鉄
ガーネット単結晶とで、波長１５５０nmにおけるファラ
デー回転係数の波長依存性が逆になっていることを見い
出した。波長依存性を評価する指標としては、次式で定
義される波長１５５０nmにおけるファラデー回転係数の
波長変化率FWC （％／nm）を用いた。 FWC ＝（θF(1570nm) −θF(1550nm) ）／｜θ
F(1550nm) ｜／２０×１００ 但し、θF(1550nm) とθF(1570nm) は、それぞれ１５５
０nmと１５７０nmにおけるファラデー回転係数である。
上記の基礎実験の結果の一例を表１に示し、各試料につ
いてのＢｉ置換量とファラデー回転係数の波長変化率FW
C との関係を図１に示す。
ネット単結晶膜を試作し、それらの各種特性を測定する
基礎実験を重ねてきた。その結果、Ｃｏを含まないＢｉ
置換希土類鉄ガーネット単結晶と、Ｃｏを含む希土類鉄
ガーネット単結晶とで、波長１５５０nmにおけるファラ
デー回転係数の波長依存性が逆になっていることを見い
出した。波長依存性を評価する指標としては、次式で定
義される波長１５５０nmにおけるファラデー回転係数の
波長変化率FWC （％／nm）を用いた。 FWC ＝（θF(1570nm) −θF(1550nm) ）／｜θ
F(1550nm) ｜／２０×１００ 但し、θF(1550nm) とθF(1570nm) は、それぞれ１５５
０nmと１５７０nmにおけるファラデー回転係数である。
上記の基礎実験の結果の一例を表１に示し、各試料につ
いてのＢｉ置換量とファラデー回転係数の波長変化率FW
C との関係を図１に示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】表１から分かるように、Ｃｏを含んでいる
試料１１，１２のファラデー回転係数の波長変化率FWC
は符号がマイナスであるのに対して、それ以外のＣｏを
含んでいない試料のファラデー回転係数の波長変化率FW
C は全て符号がプラスであり且つ０．１２〜０．１５％
／nmで希土類元素の種類及びＢｉ置換量にかかわらずほ
ぼ一定である（図１参照）。これらの結果から、Ｃｏを
含まないＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶と、Ｃｏを
含む希土類鉄ガーネット単結晶とは、ファラデー回転係
数の波長依存性が逆符号の関係にあることを利用し、両
者を組み合わせることで、それぞれの磁性ガーネット単
結晶単独の場合に比べてファラデー回転係数の波長依存
性を小さくできる可能性が生じる。
試料１１，１２のファラデー回転係数の波長変化率FWC
は符号がマイナスであるのに対して、それ以外のＣｏを
含んでいない試料のファラデー回転係数の波長変化率FW
C は全て符号がプラスであり且つ０．１２〜０．１５％
／nmで希土類元素の種類及びＢｉ置換量にかかわらずほ
ぼ一定である（図１参照）。これらの結果から、Ｃｏを
含まないＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶と、Ｃｏを
含む希土類鉄ガーネット単結晶とは、ファラデー回転係
数の波長依存性が逆符号の関係にあることを利用し、両
者を組み合わせることで、それぞれの磁性ガーネット単
結晶単独の場合に比べてファラデー回転係数の波長依存
性を小さくできる可能性が生じる。
【００１１】一例として、Ｃｏが置換されていないＢｉ
置換希土類鉄ガーネット単結晶のＡ膜（後述する実施例
の膜番号Ａ−４）と、Ｃｏ置換希土類鉄ガーネット単結
晶のＢ膜（後述する実施例の膜番号Ｂ−４）のファラデ
ー回転係数θF の波長依存性を図２に示す。Ｃｏが置換
されていないＡ膜のファラデー回転係数の波長変化率FW
C はプラスの符号を持つ。それに対してＣｏ置換がなさ
れたＢ膜は、Ｃｏに起因するファラデー回転の影響で１
５５０nm付近ではファラデー回転係数の波長変化率FWC
はマイナス符号をもつ。これはＣｏを含む希土類鉄ガー
ネットのみに見られる現象である。
置換希土類鉄ガーネット単結晶のＡ膜（後述する実施例
の膜番号Ａ−４）と、Ｃｏ置換希土類鉄ガーネット単結
晶のＢ膜（後述する実施例の膜番号Ｂ−４）のファラデ
ー回転係数θF の波長依存性を図２に示す。Ｃｏが置換
されていないＡ膜のファラデー回転係数の波長変化率FW
C はプラスの符号を持つ。それに対してＣｏ置換がなさ
れたＢ膜は、Ｃｏに起因するファラデー回転の影響で１
５５０nm付近ではファラデー回転係数の波長変化率FWC
はマイナス符号をもつ。これはＣｏを含む希土類鉄ガー
ネットのみに見られる現象である。
【００１２】ところで光アイソレータにおけるアイソレ
ーションとは、順方向と逆方向の挿入損失の比である。
本発明では、ファラデー素子の性能を評価するために、
次のような評価方法を採用した。これは、「ファラデー
回転係数の波長変化率FWC の異なるＡ膜とＢ膜とを組み
合わせて、波長１５５０nmにおける合成ファラデー回転
角４５度のファラデー素子を作製し、それを用いて光ア
イソレータを作製する。偏光子及び検光子には５０ｄＢ
以上の消光比が得られているルチル単結晶を用いる。そ
して、波長領域１５３０nm〜１５７０nmでのアイソレー
ションを測定し、この時のアイソレーションの最低値Ｋ
min （ｄＢ）を求め、それによって性能比較を行う。」
という評価方法である。
ーションとは、順方向と逆方向の挿入損失の比である。
本発明では、ファラデー素子の性能を評価するために、
次のような評価方法を採用した。これは、「ファラデー
回転係数の波長変化率FWC の異なるＡ膜とＢ膜とを組み
合わせて、波長１５５０nmにおける合成ファラデー回転
角４５度のファラデー素子を作製し、それを用いて光ア
イソレータを作製する。偏光子及び検光子には５０ｄＢ
以上の消光比が得られているルチル単結晶を用いる。そ
して、波長領域１５３０nm〜１５７０nmでのアイソレー
ションを測定し、この時のアイソレーションの最低値Ｋ
min （ｄＢ）を求め、それによって性能比較を行う。」
という評価方法である。
【００１３】Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶は、Ｂ
ｉ置換量が多くなるほどファラデー回転係数の絶対値が
大きくなり（但し、符号はマイナス）、４５度ファラデ
ー回転角を得るのに必要な膜厚が薄くて済む。そして、
Ｃｏが無いＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶は、前述
のように希土類元素の種類やＢｉ量にかかわらず、１５
５０nm付近でのファラデー回転係数の波長変化率FWC は
プラス符号をもち、ほぼ一定の値をとる（但し、ファラ
デー回転係数の符号はマイナス）。他方、Ｃｏ置換希土
類鉄ガーネット単結晶の１５５０nm付近でのファラデー
回転係数の波長変化率FWC は逆にマイナス符号をもち、
Ｃｏの価数（２価又は３価）や置換量の多少によって値
が変化する（但し、ファラデー回転係数の符号はプラ
ス）。そこで、両方の膜の膜厚の調整によって１５５０
nmにおける合成ファラデー回転角を４５度にし、各々の
性質をもつ膜を組み合わせることで、１５５０nm付近で
のファラデー回転係数の波長変化率FWC を相殺できる。
つまり本発明においては、Ｂｉ置換したＡ膜によってフ
ァラデー回転角を稼ぎ、Ｃｏを含むＢ膜によってファラ
デー回転係数の波長変化率FWC の調整を行っているので
ある。Ａ膜の膜厚はファラデー回転角が−（４５＋α）
度となるようにし（実際には−５０度程度）、Ｂ膜の膜
厚はファラデー回転角が＋α度（実際には＋５度程度）
となるように設定する。α度が小さすぎると膜厚が薄く
なりすぎて作製し難かったり、ファラデー回転係数の波
長変化率の打ち消し効果が乏しくなるし、α度が大きす
ぎると膜厚が厚くなりすぎて膜の成長が難しくなるた
め、上記のように５度前後とするのがよい。そしてＡ膜
とＢ膜とでファラデー回転角の波長依存性をできるだけ
打ち消し合うようにする。膜厚比率の調整と、膜の組成
の選択で、好適な条件を求めることができる。
ｉ置換量が多くなるほどファラデー回転係数の絶対値が
大きくなり（但し、符号はマイナス）、４５度ファラデ
ー回転角を得るのに必要な膜厚が薄くて済む。そして、
Ｃｏが無いＢｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶は、前述
のように希土類元素の種類やＢｉ量にかかわらず、１５
５０nm付近でのファラデー回転係数の波長変化率FWC は
プラス符号をもち、ほぼ一定の値をとる（但し、ファラ
デー回転係数の符号はマイナス）。他方、Ｃｏ置換希土
類鉄ガーネット単結晶の１５５０nm付近でのファラデー
回転係数の波長変化率FWC は逆にマイナス符号をもち、
Ｃｏの価数（２価又は３価）や置換量の多少によって値
が変化する（但し、ファラデー回転係数の符号はプラ
ス）。そこで、両方の膜の膜厚の調整によって１５５０
nmにおける合成ファラデー回転角を４５度にし、各々の
性質をもつ膜を組み合わせることで、１５５０nm付近で
のファラデー回転係数の波長変化率FWC を相殺できる。
つまり本発明においては、Ｂｉ置換したＡ膜によってフ
ァラデー回転角を稼ぎ、Ｃｏを含むＢ膜によってファラ
デー回転係数の波長変化率FWC の調整を行っているので
ある。Ａ膜の膜厚はファラデー回転角が−（４５＋α）
度となるようにし（実際には−５０度程度）、Ｂ膜の膜
厚はファラデー回転角が＋α度（実際には＋５度程度）
となるように設定する。α度が小さすぎると膜厚が薄く
なりすぎて作製し難かったり、ファラデー回転係数の波
長変化率の打ち消し効果が乏しくなるし、α度が大きす
ぎると膜厚が厚くなりすぎて膜の成長が難しくなるた
め、上記のように５度前後とするのがよい。そしてＡ膜
とＢ膜とでファラデー回転角の波長依存性をできるだけ
打ち消し合うようにする。膜厚比率の調整と、膜の組成
の選択で、好適な条件を求めることができる。
【００１４】本発明において、Ｃｏを含まないＢｉ置換
希土類鉄ガーネット単結晶（Ａ膜）と、Ｃｏを含む希土
類鉄ガーネット単結晶（Ｂ膜）は、それぞれ別々にＬＰ
Ｅ成長により作製した後、重ね合わせるのが好ましい。
別々にＬＰＥ成長させる方が基板材料や膜組成に制約が
少ないからである。その場合、例えばＡ膜として必ずし
も単一の膜である必要はなく、複数の膜を重ねてもよ
い。また、非磁性ガーネット基板上に、まずＡ膜もしく
はＢ膜のいずれかをＬＰＥ成長させ、その上に残る他方
の膜をＬＰＥ成長させる構成でもよい。通常、ＬＰＥ成
膜する際に使用する非磁性ガーネット基板は順方向の挿
入損失を低減するため研磨によって除去する。その他、
非磁性ガーネット基板の一方の面にＡ膜をＬＰＥ成長さ
せ、該基板の他方の面にＢ膜をＬＰＥ成長させる構成で
もよい。但し、この構成は基板を除去できないために、
その分厚くなるし挿入損失が増えるため、あまり好まし
くはない。
希土類鉄ガーネット単結晶（Ａ膜）と、Ｃｏを含む希土
類鉄ガーネット単結晶（Ｂ膜）は、それぞれ別々にＬＰ
Ｅ成長により作製した後、重ね合わせるのが好ましい。
別々にＬＰＥ成長させる方が基板材料や膜組成に制約が
少ないからである。その場合、例えばＡ膜として必ずし
も単一の膜である必要はなく、複数の膜を重ねてもよ
い。また、非磁性ガーネット基板上に、まずＡ膜もしく
はＢ膜のいずれかをＬＰＥ成長させ、その上に残る他方
の膜をＬＰＥ成長させる構成でもよい。通常、ＬＰＥ成
膜する際に使用する非磁性ガーネット基板は順方向の挿
入損失を低減するため研磨によって除去する。その他、
非磁性ガーネット基板の一方の面にＡ膜をＬＰＥ成長さ
せ、該基板の他方の面にＢ膜をＬＰＥ成長させる構成で
もよい。但し、この構成は基板を除去できないために、
その分厚くなるし挿入損失が増えるため、あまり好まし
くはない。
【００１５】
【発明の実施の形態】Ａ膜におけるＲとしては、Ｙ（イ
ットリウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｇｄ（ガドリニウ
ム）、Ｌａ（ランタン）から選ばれる１種又は２種以上
の希土類元素を用いるのがよい。Ａ膜においてＢｉ量ｘ
は、０．６≦ｘ≦１．９とする。Ｂｉ置換量ｘの増加に
ともなってファラデー回転係数が増大し、少なすぎると
所望のファラデー回転角を得るのに膜厚が著しく厚くな
ってしまうためである。特にＬＰＥ法では６００μｍ以
上の膜厚に成長させることは一般に困難であるから、１
枚の膜で構成できることを考慮すると、Ｂｉ量ｘは、
１．１５≦ｘであることが好ましい。逆に、Ｂｉ量ｘが
多すぎると、クラックが入り育成不能となる。Ａ膜にお
いてＭａは含まれていなくてもよいが、Ｆｅサイトの一
部をＡｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ
（ガリウム）から選ばれる１種又は２種以上で置換する
と、ＬＰＥ膜の飽和磁化が小さくなり、光アイソレータ
を構成するときに磁石を小さくできるため好ましい。但
し、置換量ｙが多すぎると、ファラデー回転係数が低下
するため好ましくない。
ットリウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｇｄ（ガドリニウ
ム）、Ｌａ（ランタン）から選ばれる１種又は２種以上
の希土類元素を用いるのがよい。Ａ膜においてＢｉ量ｘ
は、０．６≦ｘ≦１．９とする。Ｂｉ置換量ｘの増加に
ともなってファラデー回転係数が増大し、少なすぎると
所望のファラデー回転角を得るのに膜厚が著しく厚くな
ってしまうためである。特にＬＰＥ法では６００μｍ以
上の膜厚に成長させることは一般に困難であるから、１
枚の膜で構成できることを考慮すると、Ｂｉ量ｘは、
１．１５≦ｘであることが好ましい。逆に、Ｂｉ量ｘが
多すぎると、クラックが入り育成不能となる。Ａ膜にお
いてＭａは含まれていなくてもよいが、Ｆｅサイトの一
部をＡｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ
（ガリウム）から選ばれる１種又は２種以上で置換する
と、ＬＰＥ膜の飽和磁化が小さくなり、光アイソレータ
を構成するときに磁石を小さくできるため好ましい。但
し、置換量ｙが多すぎると、ファラデー回転係数が低下
するため好ましくない。
【００１６】Ｂ膜におけるＲ′はＹ、Ｔｂ、Ｇｄから選
ばれる１種又は２種以上とすることが好ましく、その極
く一部がＢｉで置換されていてもかまわない。Ｂ膜にお
いてＭｂ及びＭｃは含まれていなくてもよいが、Ｍｂと
しては例えばＡｌ、Ｉｎ、Ｇａから選ばれる１種又は２
種以上、Ｍｃとしては例えばＧｅ（ゲルマニウム）、Ｚ
ｒ（ジルコニウム）、Ｓｎ（錫）、Ｓｉ（ケイ素）から
選ばれる１種又は２種以上を用いるのが好ましい。Ｃｏ
含有量ｎを、０．０２≦ｎ≦０．２８としたのは、ある
程度の量以上含まれていないと、Ｃｏの効果が現れない
し、逆に多過ぎると波長１５５０nm帯でのアイソレーシ
ョンの最小値Ｋmin が高くならないことによる。なおＭ
ｂによる置換は、主としてＬＰＥ法による成膜の際の基
板との格子定数を合わせるために行われ、Ｍｃによる置
換は、Ｃｏの価数を制御するために行われる。それぞれ
の含有量は、０≦ｌ≦０．５、０≦ｍ≦０．２３とする
のがよい。
ばれる１種又は２種以上とすることが好ましく、その極
く一部がＢｉで置換されていてもかまわない。Ｂ膜にお
いてＭｂ及びＭｃは含まれていなくてもよいが、Ｍｂと
しては例えばＡｌ、Ｉｎ、Ｇａから選ばれる１種又は２
種以上、Ｍｃとしては例えばＧｅ（ゲルマニウム）、Ｚ
ｒ（ジルコニウム）、Ｓｎ（錫）、Ｓｉ（ケイ素）から
選ばれる１種又は２種以上を用いるのが好ましい。Ｃｏ
含有量ｎを、０．０２≦ｎ≦０．２８としたのは、ある
程度の量以上含まれていないと、Ｃｏの効果が現れない
し、逆に多過ぎると波長１５５０nm帯でのアイソレーシ
ョンの最小値Ｋmin が高くならないことによる。なおＭ
ｂによる置換は、主としてＬＰＥ法による成膜の際の基
板との格子定数を合わせるために行われ、Ｍｃによる置
換は、Ｃｏの価数を制御するために行われる。それぞれ
の含有量は、０≦ｌ≦０．５、０≦ｍ≦０．２３とする
のがよい。
【００１７】
【実施例】非磁性ガーネット基板上に、ＬＰＥ法により
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶膜（Ａ膜）を育成し
た。フラックスにはＢｉ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −ＰｂＯを用
いた。育成した試料（膜番号Ａ−１からＡ−４の４種）
の組成と磁気光学特性及び使用した基板を表２の上半分
に示す。なお膜番号Ａ−５の試料は、クラックが入り育
成不能であった。
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶膜（Ａ膜）を育成し
た。フラックスにはＢｉ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −ＰｂＯを用
いた。育成した試料（膜番号Ａ−１からＡ−４の４種）
の組成と磁気光学特性及び使用した基板を表２の上半分
に示す。なお膜番号Ａ−５の試料は、クラックが入り育
成不能であった。
【００１８】表２に示すように、Ｂｉ含有量が多くなる
ほどファラデー回転係数の絶対値は大きくなる。但し、
Ｂｉ含有量ｘが多過ぎると（ｘ＞１．９）、基板との熱
膨張差のためにクラックが入り単結晶が育成できなくな
る。これらの膜を用いた光アイソレータでは、Ｋmin は
良くても３３ｄＢ程度である。Ａ−１の膜組成は、Ｂｉ
量が少ないためにファラデー回転係数が小さく、その
分、膜厚を厚くするか、複数枚構成とする必要がある。
しかしＬＰＥ法では膜厚を厚くすることが難しいため
に、できればＢｉ量ｘを１．１５以上とすることが望ま
しい。
ほどファラデー回転係数の絶対値は大きくなる。但し、
Ｂｉ含有量ｘが多過ぎると（ｘ＞１．９）、基板との熱
膨張差のためにクラックが入り単結晶が育成できなくな
る。これらの膜を用いた光アイソレータでは、Ｋmin は
良くても３３ｄＢ程度である。Ａ−１の膜組成は、Ｂｉ
量が少ないためにファラデー回転係数が小さく、その
分、膜厚を厚くするか、複数枚構成とする必要がある。
しかしＬＰＥ法では膜厚を厚くすることが難しいため
に、できればＢｉ量ｘを１．１５以上とすることが望ま
しい。
【００１９】同様にして、非磁性ガーネット基板上に、
ＬＰＥ法によりＣｏを含む希土類鉄ガーネット単結晶
（Ｂ膜）を育成した。フラックスにはＢ2 Ｏ3 −ＰｂＯ
を用いた（但し、Ｂ−２のみフラックスにＢｉ2 Ｏ3 −
Ｂ2 Ｏ3 −ＰｂＯを用いた）。育成した試料（Ｂ−１か
らＢ−１３の１３種）の組成と磁気光学特性及び使用し
た基板を表２の下半分に示す。Ｂ−１〜Ｂ−６はＣｏ3+
置換膜、Ｂ−７〜Ｂ−１１はＣｏ2+置換膜、Ｂ−１２と
Ｂ−１３はＣｏ3+とＣｏ2+の同時置換膜と考えられる。
ＬＰＥ法によりＣｏを含む希土類鉄ガーネット単結晶
（Ｂ膜）を育成した。フラックスにはＢ2 Ｏ3 −ＰｂＯ
を用いた（但し、Ｂ−２のみフラックスにＢｉ2 Ｏ3 −
Ｂ2 Ｏ3 −ＰｂＯを用いた）。育成した試料（Ｂ−１か
らＢ−１３の１３種）の組成と磁気光学特性及び使用し
た基板を表２の下半分に示す。Ｂ−１〜Ｂ−６はＣｏ3+
置換膜、Ｂ−７〜Ｂ−１１はＣｏ2+置換膜、Ｂ−１２と
Ｂ−１３はＣｏ3+とＣｏ2+の同時置換膜と考えられる。
【００２０】表２に示すように、Ｃｏ置換希土類鉄ガー
ネット膜は、表２のＣｏ置換量の範囲ではファラデー回
転係数はプラスの符号をもつ。Ｋmin は良くても２４ｄ
ＢでありＢｉ置換膜に比べて非常に悪い。またファラデ
ー回転係数の波長変化率FWCの符号はマイナスである。
ファラデー回転係数の波長変化率FWC は、Ｃｏ置換量が
０．０２／f.u.のＢ−７では−０．１４％／nmで、その
絶対値はＡ膜の場合とほとんど変わらないが、Ｃｏ置換
量が０．０５／f.u.以上になると、ファラデー回転係数
の波長変化率FWC の絶対値は増大し、Ｃｏ置換でない従
来のＢｉ置換希土類鉄ガーネットのそれに比べて著しく
劣化する。
ネット膜は、表２のＣｏ置換量の範囲ではファラデー回
転係数はプラスの符号をもつ。Ｋmin は良くても２４ｄ
ＢでありＢｉ置換膜に比べて非常に悪い。またファラデ
ー回転係数の波長変化率FWCの符号はマイナスである。
ファラデー回転係数の波長変化率FWC は、Ｃｏ置換量が
０．０２／f.u.のＢ−７では−０．１４％／nmで、その
絶対値はＡ膜の場合とほとんど変わらないが、Ｃｏ置換
量が０．０５／f.u.以上になると、ファラデー回転係数
の波長変化率FWC の絶対値は増大し、Ｃｏ置換でない従
来のＢｉ置換希土類鉄ガーネットのそれに比べて著しく
劣化する。
【００２１】
【表２】
【００２２】そこで、上記のように育成した種々のＡ膜
とＢ膜とを組み合わせて４５度ファラデー素子を作製
し、それを用いて光アイソレータを組み立てた時のアイ
ソレーションの最低値Ｋmin を測定した。実験結果の一
例を表３に示す。
とＢ膜とを組み合わせて４５度ファラデー素子を作製
し、それを用いて光アイソレータを組み立てた時のアイ
ソレーションの最低値Ｋmin を測定した。実験結果の一
例を表３に示す。
【００２３】
【表３】
【００２４】実験例において、Ａ−１膜は単膜ではファ
ラデー回転角が小さいために２枚構成としている。各実
験例において、Ａ−１〜Ａ−４については、それぞれ同
じ膜厚のものを使用し、Ｂ−１〜Ｂ−１３の膜厚を変え
ることで合成ファラデー回転角を４５度に調整してい
る。従って、Ａ膜とＢ膜の各組み合わせは、必ずしも最
適膜厚比率になっているわけではない。＊を付した組み
合わせではアイソレーションの最低値Ｋmin が３５ｄＢ
以上になっており、特に＊＊を付した組み合わせではＫ
min が４２〜４４ｄＢが得られ、Ａ膜単独の場合に比べ
１０ｄＢ程度以上も向上した。
ラデー回転角が小さいために２枚構成としている。各実
験例において、Ａ−１〜Ａ−４については、それぞれ同
じ膜厚のものを使用し、Ｂ−１〜Ｂ−１３の膜厚を変え
ることで合成ファラデー回転角を４５度に調整してい
る。従って、Ａ膜とＢ膜の各組み合わせは、必ずしも最
適膜厚比率になっているわけではない。＊を付した組み
合わせではアイソレーションの最低値Ｋmin が３５ｄＢ
以上になっており、特に＊＊を付した組み合わせではＫ
min が４２〜４４ｄＢが得られ、Ａ膜単独の場合に比べ
１０ｄＢ程度以上も向上した。
【００２５】因に、現在１５５０nmで用いられている４
５度ファラデー素子は、Ｔｂ1.85Ｂｉ1.15Ｆｅ4.75Ａｌ
0.25Ｏ12のＬＰＥ膜であり、それを用いた光アイソレー
タのアイソレーションの最低値Ｋmin は３３ｄＢであ
る。
５度ファラデー素子は、Ｔｂ1.85Ｂｉ1.15Ｆｅ4.75Ａｌ
0.25Ｏ12のＬＰＥ膜であり、それを用いた光アイソレー
タのアイソレーションの最低値Ｋmin は３３ｄＢであ
る。
【００２６】
【発明の効果】本発明は上記のように、Ｃｏを含まない
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶からなるＡ膜とＣｏ
を含む希土類鉄ガーネット単結晶からなるＢ膜を、合成
ファラデー回転角が４５度となり、且つ両方の膜のファ
ラデー回転角の波長依存性が極力打ち消し合うように構
成したファラデー素子であるから、波長１５５０nm帯で
のアイソレーションの最小値Ｋmin を３５ｄＢ以上にで
き、１５５０nm帯での波長多重伝送に対応できる広帯域
光アイソレータを実現することが可能となる。
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット単結晶からなるＡ膜とＣｏ
を含む希土類鉄ガーネット単結晶からなるＢ膜を、合成
ファラデー回転角が４５度となり、且つ両方の膜のファ
ラデー回転角の波長依存性が極力打ち消し合うように構
成したファラデー素子であるから、波長１５５０nm帯で
のアイソレーションの最小値Ｋmin を３５ｄＢ以上にで
き、１５５０nm帯での波長多重伝送に対応できる広帯域
光アイソレータを実現することが可能となる。
【図１】Ｂｉ置換量とファラデー回転係数の波長変化率
FWC との関係を示す図。
FWC との関係を示す図。
【図２】Ａ−４膜とＢ−４膜のファラデー回転係数θF
の波長依存性を示す図。
の波長依存性を示す図。
Claims (4)
- 【請求項１】 組成式がＲ3-x Ｂｉx Ｆｅ5-y Ｍａy Ｏ
12 但し、Ｒはイットリウムを含む希土類元素、Ｍａはコバ
ルトを含まない３価の陽性元素、 ０．６≦ｘ≦１．９ ０≦ｙ≦０．５ で示される液相エピタキシャル磁性ガーネット単結晶か
らなるＡ膜と、 組成式がＲ′3-k Ｂｉk Ｆｅ5-l-m-n Ｍｂl Ｍｃm Ｃｏ
n Ｏ12 但し、Ｒ′はイットリウムを含む希土類元素、Ｍｂは３
価の陽性元素、Ｍｃは４価の陽性元素、 ０≦ｋ≦０．３ ０≦ｌ≦０．５ ０≦ｍ≦０．２３ ０．０２≦ｎ≦０．２８ で示される液相エピタキシャル磁性ガーネット単結晶か
らなるＢ膜を、それらの合成ファラデー回転角が４５度
となる厚みに重ね合わせ、且つＡ膜のファラデー回転角
の波長依存性とＢ膜のファラデー回転角の波長依存性が
打ち消し合って波長１５５０nm帯でのアイソレーション
の最小値Ｋmin が３５ｄＢ以上となるように組み合わせ
た、波長１５５０nm帯で使用するファラデー素子。 - 【請求項２】 Ａ膜におけるＢｉ量ｘが、１．１５≦ｘ
≦１．９である請求項１記載のファラデー素子。 - 【請求項３】 Ａ膜におけるＲがＹ、Ｔｂ、Ｇｄ、Ｌａ
から選ばれる１種又は２種以上、ＭａがＡｌ、Ｉｎ、Ｇ
ａから選ばれる１種又は２種以上であり、Ｂ膜における
Ｒ′がＹ、Ｔｂ、Ｇｄから選ばれる１種又は２種以上、
ＭｂがＡｌ、Ｉｎ、Ｇａから選ばれる１種又は２種以
上、ＭｃがＧｅ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｓｉから選ばれる１種又
は２種以上である請求項１又は２記載のファラデー素
子。 - 【請求項４】 波長１５３０nm〜１５７０nmである波長
１５５０nm帯で使用する請求項１乃至３記載のファラデ
ー素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9093139A JPH10273397A (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | ファラデー素子 |
| US08/959,214 US5965287A (en) | 1996-10-29 | 1997-10-28 | Magneto-optical element material and Faraday element using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9093139A JPH10273397A (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | ファラデー素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10273397A true JPH10273397A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=14074203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9093139A Pending JPH10273397A (ja) | 1996-10-29 | 1997-03-27 | ファラデー素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10273397A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1162494A1 (en) * | 1999-02-24 | 2001-12-12 | FDK Corporation | Faraday rotation angle varying device |
| 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 |
-
1997
- 1997-03-27 JP JP9093139A patent/JPH10273397A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1162494A1 (en) * | 1999-02-24 | 2001-12-12 | FDK Corporation | Faraday rotation angle varying device |
| US6417952B1 (en) | 1999-02-24 | 2002-07-09 | Fdk Corporation | Faraday rotation angle varying device |
| 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 |
| JP2012116673A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-21 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| US9322111B2 (en) | 2010-11-29 | 2016-04-26 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. | Bismuth-substituted rare-earth iron garnet crystal film and optical isolator |
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