JPH1031112A - 角型ヒステリシスを示すファラデー回転子 - Google Patents
角型ヒステリシスを示すファラデー回転子Info
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- JPH1031112A JPH1031112A JP8186192A JP18619296A JPH1031112A JP H1031112 A JPH1031112 A JP H1031112A JP 8186192 A JP8186192 A JP 8186192A JP 18619296 A JP18619296 A JP 18619296A JP H1031112 A JPH1031112 A JP H1031112A
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- magnetic field
- faraday rotator
- single crystal
- faraday
- bismuth
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 永久磁石が不要な光アイソレータを構成可能
な、核形成磁界が非常に大きなビスマス置換希土類鉄ガ
ーネット単結晶膜を提供する。 【解決手段】 液相エピタキシャル法で育成され、化学
組成が Tb3-xHoXBiy Fe5-z-wGazAlw O12 (但し、0.40
≦ｘ≦0.70、1.30≦ｙ≦1.55、 0.7≦(z＋w)≦1.2 、 0
≦ｗ／ｚ≦0.3 ）で示されるビスマス置換希土類鉄ガー
ネット単結晶膜を好ましくは 1,000 Oe 以上で磁化処理
して角型ヒステリシスとする。 【効果】 光アイソレータが使用される−40℃〜＋70℃
の環境において、50 Oe の外部磁界が存在しても、飽和
されたファラデー回転角が維持されるため、磁石不要の
光アイソレータが構成できる。また、ファラデー回転係
数が大きく、厚みが液相エピタキシャル法で容易に製造
可能な厚み範囲に納まる。
な、核形成磁界が非常に大きなビスマス置換希土類鉄ガ
ーネット単結晶膜を提供する。 【解決手段】 液相エピタキシャル法で育成され、化学
組成が Tb3-xHoXBiy Fe5-z-wGazAlw O12 (但し、0.40
≦ｘ≦0.70、1.30≦ｙ≦1.55、 0.7≦(z＋w)≦1.2 、 0
≦ｗ／ｚ≦0.3 ）で示されるビスマス置換希土類鉄ガー
ネット単結晶膜を好ましくは 1,000 Oe 以上で磁化処理
して角型ヒステリシスとする。 【効果】 光アイソレータが使用される−40℃〜＋70℃
の環境において、50 Oe の外部磁界が存在しても、飽和
されたファラデー回転角が維持されるため、磁石不要の
光アイソレータが構成できる。また、ファラデー回転係
数が大きく、厚みが液相エピタキシャル法で容易に製造
可能な厚み範囲に納まる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気ヒステリシスが非
常に大きいビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜に
関する。詳しくは、実用温度範囲全体にわたって、飽和
磁界よりも核形成磁界が大きく、外部磁界なしに、光ア
イソレータ用ファラデー回転子として好適に使用できる
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜である。
常に大きいビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜に
関する。詳しくは、実用温度範囲全体にわたって、飽和
磁界よりも核形成磁界が大きく、外部磁界なしに、光ア
イソレータ用ファラデー回転子として好適に使用できる
ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜である。
【０００２】
【従来の技術】近年、大きなファラデー効果を有するビ
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を利用した光ア
イソレータ、光スイッチあるいは磁気光学センサ等の開
発が盛んに行われている。ファラデー効果は磁気光学効
果の一種で、ファラデー効果を示す材料、すなわち希土
類鉄ガーネット単結晶膜などのファラデー素子〔ファラ
デー回転子〕を透過した光の偏波面が回転する現象を指
す。
スマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を利用した光ア
イソレータ、光スイッチあるいは磁気光学センサ等の開
発が盛んに行われている。ファラデー効果は磁気光学効
果の一種で、ファラデー効果を示す材料、すなわち希土
類鉄ガーネット単結晶膜などのファラデー素子〔ファラ
デー回転子〕を透過した光の偏波面が回転する現象を指
す。
【０００３】一般にファラデー回転角は、ファラデー回
転子に加えられた外部磁界の強度に対応して大きくな
る。しかし、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜
では、図１に示されるように、ある特定の大きさ以上の
外部磁界でファラデー回転角が飽和し、一定の値とな
る。ファラデー回転角が一定の値を取る外部磁界を飽和
磁界(Hs)と称する。そして外部磁界を逆に小さくしてい
くとファラデー回転角は次第に小さくなり、外部磁界が
０でファラデー回転角も０となる。すなわち、o(原点）
→ａ→ｂ→ｃ→ｂ→ａ→ｏの経路を辿る。
転子に加えられた外部磁界の強度に対応して大きくな
る。しかし、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜
では、図１に示されるように、ある特定の大きさ以上の
外部磁界でファラデー回転角が飽和し、一定の値とな
る。ファラデー回転角が一定の値を取る外部磁界を飽和
磁界(Hs)と称する。そして外部磁界を逆に小さくしてい
くとファラデー回転角は次第に小さくなり、外部磁界が
０でファラデー回転角も０となる。すなわち、o(原点）
→ａ→ｂ→ｃ→ｂ→ａ→ｏの経路を辿る。
【０００４】ところが、通常、ヒステリシスを示すもの
がある。この場合、図１において、o(原点）→ａ→ｂ→
ｃ→ｂ→b'→ａ→ｏの経路を辿る。また、或種のビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜[(YBi)3(FeAl)5O12]
において、一度飽和されたファラデー回転角が、飽和磁
界と絶対値が同じ程度で逆向きの外部磁界を加えてもそ
のまま維持される（図２; 経路はｏ→ａ→ｂ→ｃ→ｂ→
ｄ→ｅ→ｆ→ｅ）という現象が発見された(Journal of
Applied Physics, Vol. 55(1984), 1052-1061)。図２に
おいて、ファラデー回転角が反転する際の磁界強度を核
形成磁界(Hn)と称する。HsとHnの差が磁気ヒステリシス
の大きさとなる。
がある。この場合、図１において、o(原点）→ａ→ｂ→
ｃ→ｂ→b'→ａ→ｏの経路を辿る。また、或種のビスマ
ス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜[(YBi)3(FeAl)5O12]
において、一度飽和されたファラデー回転角が、飽和磁
界と絶対値が同じ程度で逆向きの外部磁界を加えてもそ
のまま維持される（図２; 経路はｏ→ａ→ｂ→ｃ→ｂ→
ｄ→ｅ→ｆ→ｅ）という現象が発見された(Journal of
Applied Physics, Vol. 55(1984), 1052-1061)。図２に
おいて、ファラデー回転角が反転する際の磁界強度を核
形成磁界(Hn)と称する。HsとHnの差が磁気ヒステリシス
の大きさとなる。
【０００５】この図２のような飽和磁界を越える大きな
磁気ヒステリシスを示すものの磁気ヒステリシスカーブ
を特に角型ヒステリシスと称する。角型ヒステリシスを
示す磁気光学材料は、外部磁界が無くてもファラデー回
転子としての機能を有することを意味する。従って、角
型ヒステリシスを示すビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶膜をファラデー回転子として用いると、永久磁石
不要の光アイソレータが作製できるため小型化やコスト
面で非常に大きなメリットがある。
磁気ヒステリシスを示すものの磁気ヒステリシスカーブ
を特に角型ヒステリシスと称する。角型ヒステリシスを
示す磁気光学材料は、外部磁界が無くてもファラデー回
転子としての機能を有することを意味する。従って、角
型ヒステリシスを示すビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶膜をファラデー回転子として用いると、永久磁石
不要の光アイソレータが作製できるため小型化やコスト
面で非常に大きなメリットがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】光アイソレータが使用
される環境は、通常、周囲温度が−20℃〜＋50℃の範囲
であり、また、光アイソレータの設置場所に外部磁界が
存在するケースも想定される。従って、実用的可能な温
度範囲−40℃〜＋70℃の温度範囲で上記の角形ヒステリ
シスを維持し、しかも、ある程度の大きさの外部磁界が
存在した場合、50 Oe程度まで、好ましくは 100 Oe 程
度までの外部磁界に対しても一旦飽和させたファラデー
回転角が維持されることが必要とされる。
される環境は、通常、周囲温度が−20℃〜＋50℃の範囲
であり、また、光アイソレータの設置場所に外部磁界が
存在するケースも想定される。従って、実用的可能な温
度範囲−40℃〜＋70℃の温度範囲で上記の角形ヒステリ
シスを維持し、しかも、ある程度の大きさの外部磁界が
存在した場合、50 Oe程度まで、好ましくは 100 Oe 程
度までの外部磁界に対しても一旦飽和させたファラデー
回転角が維持されることが必要とされる。
【０００７】こうした要求に答えるべく本発明者らは鋭
意検討し、化学組成がBixTb3-x Fe5-y-zGayAlz O12
(但し、 1.0≦ｘ≦1.5 、0.65≦y+z≦1.2 、z≦y の範
囲）なるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を開
発して、これを既に特許出願した（特願平08−14002
0）。以下上記のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶膜を (BiTb)3(FeGaAl)5O12と略称する。(BiTb)3(FeGa
Al)5O12 は、−40℃〜＋70℃の温度範囲で角形ヒステリ
シスを維持し、また、さらにある程度の大きさの外部磁
界が存在しても一旦飽和させたファラデー回転角が維持
される、という非常に優れた特性を有するが、他方ファ
ラデー回転係数が小さく、そのためファラデー回転子と
して必要な45度の角度を達成するための膜厚が、従来の
ファラデー回転子用ビスマス置換希土類鉄ガーネット単
結晶膜よりも厚くなるという問題があった。
意検討し、化学組成がBixTb3-x Fe5-y-zGayAlz O12
(但し、 1.0≦ｘ≦1.5 、0.65≦y+z≦1.2 、z≦y の範
囲）なるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を開
発して、これを既に特許出願した（特願平08−14002
0）。以下上記のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結
晶膜を (BiTb)3(FeGaAl)5O12と略称する。(BiTb)3(FeGa
Al)5O12 は、−40℃〜＋70℃の温度範囲で角形ヒステリ
シスを維持し、また、さらにある程度の大きさの外部磁
界が存在しても一旦飽和させたファラデー回転角が維持
される、という非常に優れた特性を有するが、他方ファ
ラデー回転係数が小さく、そのためファラデー回転子と
して必要な45度の角度を達成するための膜厚が、従来の
ファラデー回転子用ビスマス置換希土類鉄ガーネット単
結晶膜よりも厚くなるという問題があった。
【０００８】例えば、光アイソレータ用ファラデー回転
子として広く賞用されている (HoTbBi)3Fe5O12では、波
長1.55μｍでの厚さが 350μｍである。ところが、 (Bi
Tb)3(FeGaAl)5O12では 450μｍ以上となる。実際には研
磨代として少なくとも30μｍを上乗せした厚さが必要で
ある。しかし液相エピタキシャル法では、 450μｍ以上
の厚さのビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を育
成すると、周辺にクラックが発生するとか、結晶育成中
に基板が割れるなどの問題がある。したがって−40℃〜
＋70℃の温度範囲で角形ヒステリシスを維持し、また、
さらにある程度の大きさの外部磁界が存在しても一旦飽
和させたファラデー回転角が維持され、同時に波長1.55
μｍにおいてファラデー回転子としての厚さ 420μｍ以
下のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が望まれて
いる。
子として広く賞用されている (HoTbBi)3Fe5O12では、波
長1.55μｍでの厚さが 350μｍである。ところが、 (Bi
Tb)3(FeGaAl)5O12では 450μｍ以上となる。実際には研
磨代として少なくとも30μｍを上乗せした厚さが必要で
ある。しかし液相エピタキシャル法では、 450μｍ以上
の厚さのビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を育
成すると、周辺にクラックが発生するとか、結晶育成中
に基板が割れるなどの問題がある。したがって−40℃〜
＋70℃の温度範囲で角形ヒステリシスを維持し、また、
さらにある程度の大きさの外部磁界が存在しても一旦飽
和させたファラデー回転角が維持され、同時に波長1.55
μｍにおいてファラデー回転子としての厚さ 420μｍ以
下のビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が望まれて
いる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく鋭
意検討した結果、本発明を完成した。すなわち、本発明
は、液相エピタキシャル法で育成されてなり、下記式
(1) の化学組成で示されるビスマス置換希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜を磁化処理してなる角型ヒステリシスと示
すファラデー回転子である。 Tb3-x-yHoxBiy Fe5-z-wGazAlw O12 (1) (式中、0.40≦ｘ≦0.70、1.30≦ｙ≦1.55、 0.7≦z+w≦
1.2、 0≦w/z≦0.3)
意検討した結果、本発明を完成した。すなわち、本発明
は、液相エピタキシャル法で育成されてなり、下記式
(1) の化学組成で示されるビスマス置換希土類鉄ガーネ
ット単結晶膜を磁化処理してなる角型ヒステリシスと示
すファラデー回転子である。 Tb3-x-yHoxBiy Fe5-z-wGazAlw O12 (1) (式中、0.40≦ｘ≦0.70、1.30≦ｙ≦1.55、 0.7≦z+w≦
1.2、 0≦w/z≦0.3)
【００１０】本発明を実施するに当たり、本発明のビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を飽和させ角型ヒ
ステリシスを形成させる際には、1,000 Oe以上の外部磁
界を加えることにより磁化処理することが好ましい。理
由は明確ではないが、加える磁界が大きくなるほど磁気
ヒステリシスが大きくなり、磁石不要な光アイソレータ
として好適な材料となるからである。なお、強い磁界を
加えて磁気的に飽和させ、磁気ヒステリシスを大きくす
る操作を「磁化処理」と、そして磁化処理後に外部磁界
をいったん０とし、次に磁化処理とは逆向きに外部磁界
を加える操作を「逆磁化処理」と記載する。
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶膜を飽和させ角型ヒ
ステリシスを形成させる際には、1,000 Oe以上の外部磁
界を加えることにより磁化処理することが好ましい。理
由は明確ではないが、加える磁界が大きくなるほど磁気
ヒステリシスが大きくなり、磁石不要な光アイソレータ
として好適な材料となるからである。なお、強い磁界を
加えて磁気的に飽和させ、磁気ヒステリシスを大きくす
る操作を「磁化処理」と、そして磁化処理後に外部磁界
をいったん０とし、次に磁化処理とは逆向きに外部磁界
を加える操作を「逆磁化処理」と記載する。
【００１１】また、該角型ヒステリシスが、−40℃〜＋
70℃の温度範囲で維持されてなること、さらに、少なく
とも 50 Oeまでの磁化方向と逆の磁界に対してもファラ
デー回転角の符号が変化しないものであることが好まし
い。これらは、通常のファラデー回転子の使用環境にお
いて、信頼性をもって使用可能とするものである。
70℃の温度範囲で維持されてなること、さらに、少なく
とも 50 Oeまでの磁化方向と逆の磁界に対してもファラ
デー回転角の符号が変化しないものであることが好まし
い。これらは、通常のファラデー回転子の使用環境にお
いて、信頼性をもって使用可能とするものである。
【００１２】本発明のビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶膜の組成は式(1) において、ホルミウム置換量ｘ
は 0.4以上、 0.7以下が好ましい。ｘが 0.4未満ではフ
ァラデー効果が低下し、必要な膜厚が厚くなるので好ま
しくない。逆にｘが 0.7を越えると光アイソレータの使
用温度範囲において角型ヒシステリシスが保てなくなる
とか、逆磁化処理によって飽和させたファラデー回転角
が維持できなくなるなどの不都合が生じる。
単結晶膜の組成は式(1) において、ホルミウム置換量ｘ
は 0.4以上、 0.7以下が好ましい。ｘが 0.4未満ではフ
ァラデー効果が低下し、必要な膜厚が厚くなるので好ま
しくない。逆にｘが 0.7を越えると光アイソレータの使
用温度範囲において角型ヒシステリシスが保てなくなる
とか、逆磁化処理によって飽和させたファラデー回転角
が維持できなくなるなどの不都合が生じる。
【００１３】ビスマス置換量ｙは 1.3以上、1.55以下が
好ましい。ｙが 1.3未満ではファラデー回効果が低下
し、ファラデー回転子として必要な膜厚が厚くなるので
好ましくない。また1.55を越えると、光アイソレータの
使用温度範囲において角型ヒシステリシスが保てなくな
るとか、逆磁化処理によって飽和させたファラデー回転
角が維持できなくなるなどの不都合が生じる。
好ましい。ｙが 1.3未満ではファラデー回効果が低下
し、ファラデー回転子として必要な膜厚が厚くなるので
好ましくない。また1.55を越えると、光アイソレータの
使用温度範囲において角型ヒシステリシスが保てなくな
るとか、逆磁化処理によって飽和させたファラデー回転
角が維持できなくなるなどの不都合が生じる。
【００１４】ガリウムとアルミニウムの置換量(z+w) は
0.7以上、 1.2以下が好ましい。(z+w) が 0.7未満にな
ると、光アイソレータの使用温度範囲において角型ヒシ
ステリシスが保てなくなるとか、逆磁化処理によって飽
和させたファラデー回転角が維持できなくなるなどの不
都合が生じる。(z+w) が 1.2を越えるとファラデー効果
が低下し、ファラデー回転子としての厚さが厚くなるの
で好ましくない。
0.7以上、 1.2以下が好ましい。(z+w) が 0.7未満にな
ると、光アイソレータの使用温度範囲において角型ヒシ
ステリシスが保てなくなるとか、逆磁化処理によって飽
和させたファラデー回転角が維持できなくなるなどの不
都合が生じる。(z+w) が 1.2を越えるとファラデー効果
が低下し、ファラデー回転子としての厚さが厚くなるの
で好ましくない。
【００１５】ガリウムに対するアルミニウムの比率(w/
z) は 0.3以下が好ましい。 0.3を越えると、アルミニ
ウムのイオン半径が小さいため現在入手の容易な基板と
の格子整合が取れなくなり、製造が困難となる。
z) は 0.3以下が好ましい。 0.3を越えると、アルミニ
ウムのイオン半径が小さいため現在入手の容易な基板と
の格子整合が取れなくなり、製造が困難となる。
【００１６】本発明のビスマス置換希土類鉄ガーネット
単結晶膜の育成に用いるガーネット基板としては、格子
定数が1.2497±0.0002nmの（111)ガーネット単結晶[(Gd
Ca)3(GaMgZr)5O12] 基板、1.2509nmの（111)ガーネット
単結晶[Nd3Ga5O12] 基板があり、格子整合の面で好まし
い。
単結晶膜の育成に用いるガーネット基板としては、格子
定数が1.2497±0.0002nmの（111)ガーネット単結晶[(Gd
Ca)3(GaMgZr)5O12] 基板、1.2509nmの（111)ガーネット
単結晶[Nd3Ga5O12] 基板があり、格子整合の面で好まし
い。
【００１７】
【実施例】以下、実施例、比較例を示し本発明を具体的
に説明する。 実施例１ 酸化鉛(PbO, 4N) 3,559g、酸化ビスマス(Bi2O3, 4N) 3,
715g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 434g、酸化硼素(B2O3, 5
N) 171g 、酸化テルビウム(Tb2O3, 3N) 28.3g、酸化ホ
ルミウム(Ho2O3, 3N) 19.2g 、酸化ガリウム(Ga2O3, 3
N) 76.3g を容量2,000ml(ミリリットル) の白金製ルツボに加
熱溶融し、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成
用融液とした。
に説明する。 実施例１ 酸化鉛(PbO, 4N) 3,559g、酸化ビスマス(Bi2O3, 4N) 3,
715g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 434g、酸化硼素(B2O3, 5
N) 171g 、酸化テルビウム(Tb2O3, 3N) 28.3g、酸化ホ
ルミウム(Ho2O3, 3N) 19.2g 、酸化ガリウム(Ga2O3, 3
N) 76.3g を容量2,000ml(ミリリットル) の白金製ルツボに加
熱溶融し、ビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成
用融液とした。
【００１８】ここに得られた融液表面に、常法に従っ
て、厚さが 500μｍで、格子定数が 1.2497 ±0.0002nm
の（111)ガーネット単結晶[(GdCa)3(GaMgZr)5O12] 基板
の片面を接触させ、エピタキシャル成長を行った。そし
て厚さ 447μｍのTb0.98Ho0.59Bi1.43Fe3.95Ga1.05O12
単結晶膜（以下「G 膜−1 ］と記す）を得た。なお、組
成分析はプラズマ発光分析法によった。
て、厚さが 500μｍで、格子定数が 1.2497 ±0.0002nm
の（111)ガーネット単結晶[(GdCa)3(GaMgZr)5O12] 基板
の片面を接触させ、エピタキシャル成長を行った。そし
て厚さ 447μｍのTb0.98Ho0.59Bi1.43Fe3.95Ga1.05O12
単結晶膜（以下「G 膜−1 ］と記す）を得た。なお、組
成分析はプラズマ発光分析法によった。
【００１９】このＧ膜−1 を研磨して、厚さ 406μｍに
調整した。ただし、基板は研磨の過程で除去した。その
後両面に波長1.55μｍ対応の反射防止膜を施して1.55μ
ｍ用のファラデー回転子 (以下「ファラデー回転子−1
」と記す) を作製し、その磁気特性を調べた。
調整した。ただし、基板は研磨の過程で除去した。その
後両面に波長1.55μｍ対応の反射防止膜を施して1.55μ
ｍ用のファラデー回転子 (以下「ファラデー回転子−1
」と記す) を作製し、その磁気特性を調べた。
【００２０】磁気測定は以下の方法を採った。まず、フ
ァラデー回転子−1 を、マグネテック社のヘルムホルツ
コイルからなる磁界発生装置の中心に配置させ、磁界を
印加しながら、1310nmの半導体レーザ光をファラデー回
転子−1 に照射した。そしてファラデー回転子を透過し
たレーザ光の偏波面の回転角を測定から、飽和磁界を
得、さらにファラデー回転子−1 の周囲温度を変化させ
ながら飽和磁界を測定した。ファラデー回転子−1 の飽
和磁界は25℃で 163 Oe 、−40℃〜＋70℃の範囲では最
大 218 Oe であった。
ァラデー回転子−1 を、マグネテック社のヘルムホルツ
コイルからなる磁界発生装置の中心に配置させ、磁界を
印加しながら、1310nmの半導体レーザ光をファラデー回
転子−1 に照射した。そしてファラデー回転子を透過し
たレーザ光の偏波面の回転角を測定から、飽和磁界を
得、さらにファラデー回転子−1 の周囲温度を変化させ
ながら飽和磁界を測定した。ファラデー回転子−1 の飽
和磁界は25℃で 163 Oe 、−40℃〜＋70℃の範囲では最
大 218 Oe であった。
【００２１】次に、このファラデー回転子−1 を、25℃
にて電磁石の中心に設置し膜面に垂直に 5,000 Oe の磁
界を加え、磁気的に飽和させた。飽和させたのち、磁界
を０にしたが、ファラデー回転子−1 は飽和させたとき
のファラデー回転角を維持していた。なお、ファラデー
回転角は45.3度であった。再び、ファラデー回転子−1
をヘルムホルツコイルに戻し、先に電磁石によって加え
た外部磁界と反対向きに磁界を加え、核形成磁界を調べ
た。すなわち、磁気的に飽和した状態がどのくらいの外
部磁界にまで耐えうるかを見た。その結果、温度範囲−
40℃〜＋70℃の範囲で、87 Oe までの外部磁界に耐えう
ることがわかった。
にて電磁石の中心に設置し膜面に垂直に 5,000 Oe の磁
界を加え、磁気的に飽和させた。飽和させたのち、磁界
を０にしたが、ファラデー回転子−1 は飽和させたとき
のファラデー回転角を維持していた。なお、ファラデー
回転角は45.3度であった。再び、ファラデー回転子−1
をヘルムホルツコイルに戻し、先に電磁石によって加え
た外部磁界と反対向きに磁界を加え、核形成磁界を調べ
た。すなわち、磁気的に飽和した状態がどのくらいの外
部磁界にまで耐えうるかを見た。その結果、温度範囲−
40℃〜＋70℃の範囲で、87 Oe までの外部磁界に耐えう
ることがわかった。
【００２２】次に、ファラデー回転子−1 を用いて実際
に1.55μｍ用の光アイソレータを作製した。図３にこの
光アイソレータの構成を示した。図３において符号１は
あらかじめ室温で 5,000 Oe の強さの磁界で磁化処理を
行った 2mm×2mm の大きさのＧ膜−1 からなるファラデ
ー回転子であり、符号２はコーニング社の1.55μｍ用ガ
ラス製偏光素子、ポーラコア（商品名）からなる偏光子
であり、符号３は同じくコーニング社の1.55μｍ用ガラ
ス製偏光素子、ポーラコア（商品名）からなる検光子で
あり、符号４はファラデー回転子、偏光子、検光子を固
定するための金属ジグである。符号５は検光子を固定す
るための金属ジグである。ファラデー回転子、偏光子、
検光子をそれぞれエポキシ系接着剤で金属ジグ(4,5) に
固定し、次いで金属ジグ(4,5) を同じくエポキシ系接着
剤で固定して磁石不要の光アイソレータとした。
に1.55μｍ用の光アイソレータを作製した。図３にこの
光アイソレータの構成を示した。図３において符号１は
あらかじめ室温で 5,000 Oe の強さの磁界で磁化処理を
行った 2mm×2mm の大きさのＧ膜−1 からなるファラデ
ー回転子であり、符号２はコーニング社の1.55μｍ用ガ
ラス製偏光素子、ポーラコア（商品名）からなる偏光子
であり、符号３は同じくコーニング社の1.55μｍ用ガラ
ス製偏光素子、ポーラコア（商品名）からなる検光子で
あり、符号４はファラデー回転子、偏光子、検光子を固
定するための金属ジグである。符号５は検光子を固定す
るための金属ジグである。ファラデー回転子、偏光子、
検光子をそれぞれエポキシ系接着剤で金属ジグ(4,5) に
固定し、次いで金属ジグ(4,5) を同じくエポキシ系接着
剤で固定して磁石不要の光アイソレータとした。
【００２３】ついで、この光アイソレータに外部磁界を
全く加えない状態で、−40℃から70℃まで加熱冷却しな
がらアイソレーションを測定した。その結果、−10℃か
ら40℃の温度範囲で26dB以上、−40℃から70℃の温度範
囲で21dB以上のアイソレーションを得た。アイソレーシ
ョンが温度範囲で異なるのはファラデー回転角の温度依
存性によるものである。さらに磁化処理した際の磁界と
逆方向に 50 Oe の磁界をこの光アイソレータに加えな
がら、−40℃から70℃まで加熱冷却しながらアイソレー
ションを測定した。その結果、−10℃から40℃の温度範
囲で27dB以上、−40℃から70℃の温度範囲で20dB以上の
アイソレーションを得た。
全く加えない状態で、−40℃から70℃まで加熱冷却しな
がらアイソレーションを測定した。その結果、−10℃か
ら40℃の温度範囲で26dB以上、−40℃から70℃の温度範
囲で21dB以上のアイソレーションを得た。アイソレーシ
ョンが温度範囲で異なるのはファラデー回転角の温度依
存性によるものである。さらに磁化処理した際の磁界と
逆方向に 50 Oe の磁界をこの光アイソレータに加えな
がら、−40℃から70℃まで加熱冷却しながらアイソレー
ションを測定した。その結果、−10℃から40℃の温度範
囲で27dB以上、−40℃から70℃の温度範囲で20dB以上の
アイソレーションを得た。
【００２４】実施例２ 酸化鉛(PbO, 4N) 3,559g、酸化ビスマス(Bi2O3, 4N) 3,
715g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 434g、酸化硼素(B2O3, 5
N) 171g 、酸化テルビウム(Tb2O3, 3N) 32.00g、酸化ホ
ルミウム(Ho2O3, 3N) 15.2g 、酸化ガリウム(Ga2O3, 3
N) 61.9g 、酸化アルミニウム(Al2O3, 3N) 4.21g を容
量 2,000mlの白金製ルツボに加熱溶融し、ビスマス置換
希土類鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。得られた
融液を用いる他は実施例1 に準じて、厚さ 438μｍのTb
1.08Ho0.44Bi 1.48Fe4.09Ga0.77Al0.14O12 単結晶膜（以
下「Ｇ膜−2 ］と記す）を得た。
715g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 434g、酸化硼素(B2O3, 5
N) 171g 、酸化テルビウム(Tb2O3, 3N) 32.00g、酸化ホ
ルミウム(Ho2O3, 3N) 15.2g 、酸化ガリウム(Ga2O3, 3
N) 61.9g 、酸化アルミニウム(Al2O3, 3N) 4.21g を容
量 2,000mlの白金製ルツボに加熱溶融し、ビスマス置換
希土類鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。得られた
融液を用いる他は実施例1 に準じて、厚さ 438μｍのTb
1.08Ho0.44Bi 1.48Fe4.09Ga0.77Al0.14O12 単結晶膜（以
下「Ｇ膜−2 ］と記す）を得た。
【００２５】Ｇ膜−2 を研磨して、厚さ 408μｍに調整
した。ただし、基板は研磨の過程で除去した。その後両
面に波長1.55μｍ対応の反射防止膜を施して1.55μｍ用
のファラデー回転子 (以下「ファラデー回転子−2 」と
記す) を作製し、その磁気特性を調べた。
した。ただし、基板は研磨の過程で除去した。その後両
面に波長1.55μｍ対応の反射防止膜を施して1.55μｍ用
のファラデー回転子 (以下「ファラデー回転子−2 」と
記す) を作製し、その磁気特性を調べた。
【００２６】次に、ファラデー回転子−2 を、室温にて
電磁石の中心に設置し膜面に垂直に、3,000 Oeの磁界を
加え、磁気的に飽和させた。飽和させたのち、磁界を０
にしたが、ファラデー回転子−2 は飽和させたときのフ
ァラデー回転角を維持していた。なおファラデー回転角
は44.7度であった。再び、ファラデー回転子−2 をヘル
ムホルツコイルに戻し、先に電磁石によって加えた外部
磁界と反対向きに磁界を加え、核形成磁界を調べた。す
なわち磁気的に飽和した状態がどのくらいの外部磁界に
まで耐えうるかを見た。その結果、温度範囲−40℃〜＋
70℃の範囲で、65 Oe までの外部磁界に耐えうることが
わかった。
電磁石の中心に設置し膜面に垂直に、3,000 Oeの磁界を
加え、磁気的に飽和させた。飽和させたのち、磁界を０
にしたが、ファラデー回転子−2 は飽和させたときのフ
ァラデー回転角を維持していた。なおファラデー回転角
は44.7度であった。再び、ファラデー回転子−2 をヘル
ムホルツコイルに戻し、先に電磁石によって加えた外部
磁界と反対向きに磁界を加え、核形成磁界を調べた。す
なわち磁気的に飽和した状態がどのくらいの外部磁界に
まで耐えうるかを見た。その結果、温度範囲−40℃〜＋
70℃の範囲で、65 Oe までの外部磁界に耐えうることが
わかった。
【００２７】実施例３ 実施例１で得られたＧ膜−1 を研磨して 260μｍとし、
さらに両面に波長1.31μｍ用対応の反射防止膜を施し1.
31μｍ用のファラデー回転子（以下「ファラデー回転子
−３」と記す）を作製した。次に、ファラデー回転子−
3 を、室温にて電磁石の中心に設置し膜面に垂直に、5,
000 Oeの磁界を加え、磁気的に飽和させた。
さらに両面に波長1.31μｍ用対応の反射防止膜を施し1.
31μｍ用のファラデー回転子（以下「ファラデー回転子
−３」と記す）を作製した。次に、ファラデー回転子−
3 を、室温にて電磁石の中心に設置し膜面に垂直に、5,
000 Oeの磁界を加え、磁気的に飽和させた。
【００２８】飽和させたのち、磁界を０にしたが、ファ
ラデー回転子−3 は飽和させたときのファラデー回転角
を維持していた。なおファラデー回転角は波長1.31μｍ
において44.1度であった。このファラデー回転子−3 を
ヘルムホルツコイルに設置し、先に電磁石によって加え
た外部磁界と反対向きに磁界を加え、核形成磁界を調べ
た。すなわち磁気的に飽和した状態がどのくらいの外部
磁界にまで耐えうるかを見た。その結果、温度範囲−40
℃〜＋70℃の範囲で、126 Oeまでの外部磁界に耐えうる
ことがわかった。
ラデー回転子−3 は飽和させたときのファラデー回転角
を維持していた。なおファラデー回転角は波長1.31μｍ
において44.1度であった。このファラデー回転子−3 を
ヘルムホルツコイルに設置し、先に電磁石によって加え
た外部磁界と反対向きに磁界を加え、核形成磁界を調べ
た。すなわち磁気的に飽和した状態がどのくらいの外部
磁界にまで耐えうるかを見た。その結果、温度範囲−40
℃〜＋70℃の範囲で、126 Oeまでの外部磁界に耐えうる
ことがわかった。
【００２９】比較例１ 酸化鉛(PbO, 4N) 3,559g、酸化ビスマス(Bi2O3, 4N) 3,
715g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 434g、酸化硼素(B2O3,5
N) 171g、酸化テルビウム(Tb2O3, 3N) 22.70g、酸化ホ
ルミウム(Ho2O3,3N) 25.7g、酸化ガリウム(Ga2O3,3N) 7
6.3gを容量 2,000mlの白金製ルツボに加熱溶融し、ビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。
得られた融液を用いる他は実施例１に準じて、厚さ 444
μｍのTb0.84Ho0.76Bi 1.40Fe4.17Ga0.83O12 単結晶膜
（以下「Ｇ膜−C1」と記す) を得た。このＧ膜−C1を実
施例１に準じて、厚さ 411μｍの1.55μｍ用ファラデー
回転子 (以下「ファラデー回転子−C1」と記す) を得、
その磁気特性を調べた。その結果、飽和磁界は25℃で 3
76 Oe 、−40℃〜＋70℃の温度範囲では最大 413 Oeで
あった。
715g、酸化第２鉄(Fe2O3, 4N) 434g、酸化硼素(B2O3,5
N) 171g、酸化テルビウム(Tb2O3, 3N) 22.70g、酸化ホ
ルミウム(Ho2O3,3N) 25.7g、酸化ガリウム(Ga2O3,3N) 7
6.3gを容量 2,000mlの白金製ルツボに加熱溶融し、ビス
マス置換希土類鉄ガーネット単結晶育成用融液とした。
得られた融液を用いる他は実施例１に準じて、厚さ 444
μｍのTb0.84Ho0.76Bi 1.40Fe4.17Ga0.83O12 単結晶膜
（以下「Ｇ膜−C1」と記す) を得た。このＧ膜−C1を実
施例１に準じて、厚さ 411μｍの1.55μｍ用ファラデー
回転子 (以下「ファラデー回転子−C1」と記す) を得、
その磁気特性を調べた。その結果、飽和磁界は25℃で 3
76 Oe 、−40℃〜＋70℃の温度範囲では最大 413 Oeで
あった。
【００３０】次に、ファラデー回転子−C1 を室温にて
電磁石の中心に設置し、膜面に垂直に 5,000 Oe の磁界
を加え磁気的に飽和させた。飽和させたのち、磁界を０
にしたが、ファラデー回転子−C1は飽和させたときのフ
ァラデー回転角を維持していた。なおファラデー回転角
は43.8度であった。再び、ファラデー回転子−C1 をヘ
ルムホルツコイルに戻し、先に電磁石によって加えた外
部磁界と反対向きに磁界を加え、核形成磁界を調べた。
すなわち磁気的に飽和した状態がどのくらいの外部磁界
にまで耐えうるかを見た。その結果、−40℃〜＋70℃の
範囲で、15 Oe までの外部磁界に耐えうることがわかっ
た。
電磁石の中心に設置し、膜面に垂直に 5,000 Oe の磁界
を加え磁気的に飽和させた。飽和させたのち、磁界を０
にしたが、ファラデー回転子−C1は飽和させたときのフ
ァラデー回転角を維持していた。なおファラデー回転角
は43.8度であった。再び、ファラデー回転子−C1 をヘ
ルムホルツコイルに戻し、先に電磁石によって加えた外
部磁界と反対向きに磁界を加え、核形成磁界を調べた。
すなわち磁気的に飽和した状態がどのくらいの外部磁界
にまで耐えうるかを見た。その結果、−40℃〜＋70℃の
範囲で、15 Oe までの外部磁界に耐えうることがわかっ
た。
【００３１】比較例２ 実施例１で得たファラデー回転子−1 を電磁石の中心に
設置し、500 Oeの磁界を加え、25℃にて磁気的に飽和さ
せた。飽和させたのち、磁界を０にしたが、ファラデー
回転子−1 は飽和させたときのファラデー回転角を維持
していた。再び、ファラデー回転子−1 をヘルムホルツ
コイルに戻し、先に電磁石によって加えた外部磁界と反
対向きに磁界を加え、核形成磁界を調べた。すなわち磁
気的に飽和した状態がどのくらいの外部磁界にまで耐え
うるかを見た。その結果、温度範囲−40℃〜＋70℃の範
囲で、27 Oe までの外部磁界に耐えうることがわかっ
た。
設置し、500 Oeの磁界を加え、25℃にて磁気的に飽和さ
せた。飽和させたのち、磁界を０にしたが、ファラデー
回転子−1 は飽和させたときのファラデー回転角を維持
していた。再び、ファラデー回転子−1 をヘルムホルツ
コイルに戻し、先に電磁石によって加えた外部磁界と反
対向きに磁界を加え、核形成磁界を調べた。すなわち磁
気的に飽和した状態がどのくらいの外部磁界にまで耐え
うるかを見た。その結果、温度範囲−40℃〜＋70℃の範
囲で、27 Oe までの外部磁界に耐えうることがわかっ
た。
【００３２】
【発明の効果】本発明のビスマス置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜を磁化処理してなる角型ヒステリシスを示す
ファラデー回転子は、該角型ヒステリシスが、−40℃〜
＋70℃の温度範囲で維持され、さらに、少なくとも 50
Oeまでの磁化方向と逆の磁界に対してもファラデー回転
角の符号が変化しないものであることから、磁石なしの
アイソレータが信頼性をもって作成できるものである。
ト単結晶膜を磁化処理してなる角型ヒステリシスを示す
ファラデー回転子は、該角型ヒステリシスが、−40℃〜
＋70℃の温度範囲で維持され、さらに、少なくとも 50
Oeまでの磁化方向と逆の磁界に対してもファラデー回転
角の符号が変化しないものであることから、磁石なしの
アイソレータが信頼性をもって作成できるものである。
【図１】磁気ヒステリシスを示さないビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶の磁気特性の一例を示す模式図で
ある。
類鉄ガーネット単結晶の磁気特性の一例を示す模式図で
ある。
【図２】磁気ヒステリシスを示すビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶の磁気特性の一例を示す模式図であ
る。磁気ヒステリシスが非常に大きいため、角型ヒステ
リシスをなすビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の
磁気特性の一例を示す模式図である。
ガーネット単結晶の磁気特性の一例を示す模式図であ
る。磁気ヒステリシスが非常に大きいため、角型ヒステ
リシスをなすビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶の
磁気特性の一例を示す模式図である。
【図３】本発明からなる光アイソレータの構造を示す模
式図である。
式図である。
１・・・本発明からなすビスマス置換希土類鉄ガーネッ
ト単結晶膜 ２・・・ガラス製偏光素子（商品名；ポーラコア）から
なる偏光子 ３・・・ガラス製偏光素子（商品名；ポーラコア）から
なる検光子 ４・・・金属ジグ ５・・・金属ジグ
ト単結晶膜 ２・・・ガラス製偏光素子（商品名；ポーラコア）から
なる偏光子 ３・・・ガラス製偏光素子（商品名；ポーラコア）から
なる検光子 ４・・・金属ジグ ５・・・金属ジグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 憲夫 東京都葛飾区新宿６丁目１番１号 三菱瓦 斯化学株式会社東京研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 液相エピタキシャル法で育成されてな
り、下記式(1) の化学組成で示されるビスマス置換希土
類鉄ガーネット単結晶膜を磁化処理してなる角型ヒステ
リシスを示すファラデー回転子。 Tb3-x-yHoxBiy Fe5-z-wGazAlw O12 (1) (式中、0.40≦ｘ≦0.70、1.30≦ｙ≦1.55、 0.7≦z+w≦
1.2、 0≦w/z≦0.3) - 【請求項２】 該磁化処理が、該ビスマス置換希土類鉄
ガーネット単結晶膜の膜面に垂直に 1,000 Oe 以上の磁
界を加えた後、外部磁界を除去することによるものであ
る請求項１記載の角型ヒステリシスを示すファラデー回
転子。 - 【請求項３】 該角型ヒステリシスが、−40℃〜＋70℃
の温度範囲維持されてなるものである請求項１記載の角
型ヒステリシスを示すファラデー回転子。 - 【請求項４】 少なくとも 50 Oeまでの磁化方向と逆の
磁界に対してもファラデー回転角の符号が変化しないも
のである請求項１記載の角型ヒステリシスを示すファラ
デー回転子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8186192A JPH1031112A (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 角型ヒステリシスを示すファラデー回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8186192A JPH1031112A (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 角型ヒステリシスを示すファラデー回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1031112A true JPH1031112A (ja) | 1998-02-03 |
Family
ID=16184003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8186192A Pending JPH1031112A (ja) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | 角型ヒステリシスを示すファラデー回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1031112A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6775052B2 (en) | 2001-12-25 | 2004-08-10 | Tdk Corporation | Hard magnetic garnet material, faraday rotator, optical device, optical communication system, method of manufacturing faraday rotator and method of manufacturing bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal |
| CN1308739C (zh) * | 2002-01-24 | 2007-04-04 | Tdk株式会社 | 法拉第转子及用其的光部件、防反射膜及用其的光部件 |
| JP2008275499A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Toshiba Corp | 光電圧センサ |
| JP2009085593A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Toshiba Corp | 光電界センサ |
| JP2013170120A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Granopt Ltd | ファラデー回転子の製造方法 |
-
1996
- 1996-07-16 JP JP8186192A patent/JPH1031112A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6775052B2 (en) | 2001-12-25 | 2004-08-10 | Tdk Corporation | Hard magnetic garnet material, faraday rotator, optical device, optical communication system, method of manufacturing faraday rotator and method of manufacturing bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal |
| US7242516B2 (en) | 2001-12-25 | 2007-07-10 | Tdk Corporation | Hard magnetic garnet material, faraday rotator, optical device, optical communication system, method of manufacturing faraday rotator and method of manufacturing bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal |
| CN1308739C (zh) * | 2002-01-24 | 2007-04-04 | Tdk株式会社 | 法拉第转子及用其的光部件、防反射膜及用其的光部件 |
| JP2008275499A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Toshiba Corp | 光電圧センサ |
| JP2009085593A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Toshiba Corp | 光電界センサ |
| JP2013170120A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Granopt Ltd | ファラデー回転子の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040602 |