JPS63285196A - 磁気光学素子材料 - Google Patents

磁気光学素子材料

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JPS63285196A
JPS63285196A JP12208787A JP12208787A JPS63285196A JP S63285196 A JPS63285196 A JP S63285196A JP 12208787 A JP12208787 A JP 12208787A JP 12208787 A JP12208787 A JP 12208787A JP S63285196 A JPS63285196 A JP S63285196A
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faraday rotation
zero
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magnetic garnet
single crystal
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Yukiko Yokoyama
横山 侑子
Naoki Koshizuka
直己 腰塚
Hiromitsu Umezawa
浩光 梅澤
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FDK Corp
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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FDK Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ファラデー効果を利用した光アイソレータや
光サーキユレータ、光スィッチ等に用いられる磁性ガー
ネット単結晶に関し、更に詳しくは、ビスマス置換型の
テルビウムおよび/またはジスプロシウム−鉄ガーネッ
トで特定−の組成とすることにより、室温付近における
ファラデー回転の温度係数をゼロもしくはほぼ零に低減
できる磁気光学素子材料に関するものである。
[従来の技術] 例えば半導体レーザを光源として使用する各種の光応用
機器においては、光コネクタ等の端面からの反射光が光
源のレーザに戻ると、発振モードに変化が生じ雑音の原
因になる。この戻り光を阻止するために光アイソレータ
が使用されている。
この光アイソレータには、フラックス法やFZ法によっ
て作製されるバルクYIG (イツトリウム−鉄ガーネ
ット)単結晶が広(使用されている。
しかし近年、LPE (液相エピタキシャル)法による
磁性ガーネット単結晶の厚膜化の研究が進み、一部実用
化がなされている。LPE法は、磁性ガーネットのファ
ラデー回転を飛躍的に負に増大させるBl(ビスマス)
置換を容易に行うことができ、しかも育成に要する時間
が短い等の利点を有し、このため製造コストが低減し高
性能の磁気光学素子の製造が可能とされている。
磁性ガーネットを光アイソレータ等に用いる場合、それ
は光の偏波面を45度回転させる非相反素子としての機
能を果たす、この際の問題として、磁性ガーネットのフ
ァラデー回転が温度によって変化するために、環境温度
の変化に応じてファラデー回転が本来の45度からずれ
るという欠点がある。
その度合を示すため、室温付近(298K)におけるフ
ァラデー回転角の温度係数αを、但しθrszx: 3
23 Kにおけるファラデー回転角 θrat3: 273 Kにおけるファラデー回転角 と定義すると、現在広く使用されているバルクYIGで
は、波長λ!1.3μmにおいて、α=0.035  
(deg/ K )程度である。なお「アプライド・オ
プティックスJ  (APPLIED 0PTIC5)
vol、25. No、12 p、1940−1945
 (1986)には、Yを一部Gdで置換したバルクY
3.G d 1(1−x) F e 501! (0,
57< x <0.7 )で非常に小さなα(0,00
7以下)が得られることが開示されている。
しかしバルク型の単結晶の場合は、育成に時間がかかり
高度な加工を必要とする等、コストが高くなり且つ偏波
面を45度回転させるのに必要な結晶長さが長くなる等
の欠点がある。
他方、LPE法によるビスマス置換ガーネット厚膜の場
合には、ファラデー回転の温度係数αを低減するために
2通りの方法が提案されている。
その一つは、Rx−* B l x F e50+t 
(Rは希土類元素)で表される磁性ガーネット単層膜に
おいて、RとしてTb(テルビウム)やDy(ジスプロ
シウム)等のファラデー効果への寄与が正で且つ大きい
元素、あるいはY(イツトリウム)等のネール温度が大
きくなる元素を置換することにより、前記温度係数αを
小さくする方法である。
例えば、日本応用磁気学会誌vo1.10+No、2+
p、151 (1986)には、RとしてGd、Yb、
Tbを用い、Xを変えて実験を行った結果、D3Fg、
sB i、、6 F e@ O□の組成がαが最も小さ
く、−バルクYIGと同程度のαを有することが記載さ
れている。
電子通信学会技術研究報告CPM86−36 (198
6)には、RとしてEr、Yb、Tm、Lu、Gd。
DY、Yを用いて実験した結果、Yが最もネール温度が
高くαが小さいこと、しかしこれは飽和磁化が大きい欠
点を有するために、RとしてYbとTbを用い、Yb 
:Tb−1:3.65とした(YbTbB i) 3F
 es O+tが、バルクYrGに近いαを有すること
が示されている。
もう一つの方法は、αが正の81置換磁性ガーネツトと
αが負で大きな値を持つ磁性ガーネットからなる二層膜
構造とし、膜厚を各々適当に選ぶことによって全体の温
度係数αをゼロにする方法である。
例えば第34回応用物理学会関係連合講演会29p−Z
E−15(1987)には、(GdBl)s  (Fe
、A11Ga)so+gと (YbTbBi)z  F
e50、tの組み合わせで、全体のαがほぼゼロになる
ことが示されているし、同じく第34回応用物理学会関
係連合講演会31a−Z[!−5(1987)には、(
BiLuGd)s  Fes  O+tと (3iGd
)3(p’ eQa)s O+zの組み合わせで、全体
のαがほぼゼロになることが示されている。
[発明が解決しようとする問題点] 上記のような従来のLPE法によるBi置換磁性ガーネ
ット単結晶厚膜によるファラデー回転の温度係数αの低
減に関しては、単層膜構造ではαがバルクYIGなみの
値にとどまり、それよりも低減できない欠点があり、ま
た二層膜構造ではαがほぼゼロになるが、2種類の膜を
育成する必要があるため、時間や工数を要し、従ってコ
スト高になる欠点があった。
本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、磁性ガーネット単結晶の単層膜構造でありながら、フ
ァラデー回転の温度係数αをゼロもしくはほぼゼロに低
減できる磁気光学素子材料を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 上記のような目的を達成できる本発明は、磁性ガーネッ
ト単結晶であって、次の一般式%式% まず本発明の基本的考え方について説明するガーネット
型構造を有する単結晶は、一般にIcy )  (At
 )(Ds )Ottで書き表わされ希土類元素やビス
マスはCサイトに、鉄はAサイトとDサイトとに入る。
そして鉄ガーネットにおいては、CサイトとAサイトの
磁気モーメントが平行で、Dサイトの磁気モーメントは
それらと反平行をなし、全体でフェリ磁性を形成してい
る。
ファラデー回転の温度変化は、下記に示す一定波長での
理論式(Phys、 Rev、 VOl、181 No
、2p896 (1969) ) θF(T) = CMc(T) 十A Ma(T) +
 D Md(T) ・=■が実験価とよく合うとされて
いる。ここで、Mc(T)、 Ma(T)、 Md(T
)は上述の各サイトの磁気モーメントの温度変化を示し
、またC、A。
Dは一定波長における定数である。
鉄サイトが鉄以外の元素で置換されていない場合には、
上記0式は希土類元素の寄与θrm(T)と鉄による寄
与θ22.(↑)を用いてθ F   (Tン  −θ
 2ヨ(T)   + θ rr−(T)   ・・・
 ■と書くことができる。
ところでファラデー回転を大きくするには希土類サイト
の一部をBlで置換するのが有効であるが、この場合に
はBt自身はファラデー回転に寄与しない代わりに、鉄
サイトの係数AおよびDが変化し、結局、B!置換量X
の増加に伴ってθFF−(T)が負に増大するために、
θr(↑)が負に増大するものと説明されている。
第1図は前記0式に基づいたBi置換ガーネットにおけ
るファラデー回転の温度変化を示す模式図である。Xが
約0.02より大きい場合、θFF−(T)のαは正の
傾きを有している。従って全体のファラデー回転θr 
(T)のαをゼロにするには、θFIL(T)のαが負
である必要がある。
θFl(T)のαについては、Rs F es 0Ix
(Rは希土類元素)において調べられており、その結果
、DyおよびTbでそれが負で大きいことが知られてい
る。
そこで本発明者は、T b 5−x−y L u、v 
B i *Fe50+□の磁性ガーネット単結晶につい
て種々検討を行った結果、ファラデー回転の温度係数α
がゼロもしくはほぼゼロになる組成を見出した0本発明
はかかる現象の知得に基づき完成されたものである。即
ち前記のように本発明は次の一般式 %式% で表される組成を有する。
ここでTbまたはDFを用いるのは、前述のようにそれ
らを含む鉄ガーネットが大きな負の温度係数αをもつか
らである。またR1 として用いる希土類元素は、LP
E法の場合に使用する基板との格子整合をとるため置換
したものであり、基板材料によって、あるいは製法によ
って用いなくてよければ、その方が好ましい。
Bi置換量Xを0.35≦X≦0.45としたのは、各
種実験の結果、特にその組成範囲とすることによってフ
ァラデー回転の温度係数αが非常に小さくなるからであ
る。更に好ましくは、0.4≦X≦0.45程度とする
ことである。
[実施例〕 以下、7’ bff−11−F L uy B I I
lF e s C’+zについて行った実験結果を特性
線図によって詳細に説明する。
第2図は、LPE法によってSmGGおよびCaMgZ
rGGG基板上に作製したT b 3−x−yLu、B
 lx  F es  Olzのx −0、0,4、0
,6。
1.1の場合の波長λ=633nmにおけるファラデー
回転θ7の温度依存性を示している。x−0、y−0の
Tb、Fe、O,tでは温度係数α(曲線の傾き)は負
であるが、Xの増加とともに正に変化している。その中
間段階であるX −0,4、y−0,5の場合には、室
温付近での温度係数αが非常に小さくなることが分かる
。なおファラデー回転θ2の符号の反転は磁気補償によ
るものである。
第3図は、第2図の試料におけるαのX依存性を示す、
x−0ではXが増えるに従い正に変化しており、Xが約
0.4ではαがほぼゼロになることが分かる。
上記の実施例は、波長λ−633nmの場合であるが、
光通信に使われる波長である0、8゜1.15.1.3
 、1.55μm等の場合でもx−0,4゜7−o、s
の膜が、αがほぼゼロになることを確認している。従っ
て以上の議論および組成は、そのまま光通信波長にも当
てはまる。
また実施例ではLuが置換されているが、これは基板と
膜との格子整合をとる目的で使用されており、従って必
ずしもLuのみに限られるものではなく、その目的を達
しうる希土類元素であればよい。但し、この種の元素の
置換は、Tb、D)IあるいはBiの置換量を減らし、
その寄与を減少させることになるので、その量yはなる
べく小さい値をとることが望ましい、この置換元素の種
類や用いる基板の格子定数に応してα=0となる組成は
若干変化するが、0.35≦X≦0.45.  O≦y
≦1の範囲内である。
更に実施例ではR1にTbを用いているが、Dyに変え
ても、またTbとDYとを一緒に用いても同じ効果が得
られる。但し、Dy3゛イオンは波長λ=1.3 μm
付近に光吸収を有するため、この波長での使用は適当で
ない。
なお本発明による磁性ガーネットは、ファラデー回転の
温度係数αがほぼゼロになる原因がその組成のみに依存
するため、LPE法によって作製されたものだけでなく
、フラツクス性やFZ法によって作製したものでも同等
の効果が得られることは言うまでもない、このような製
法の場合には、格子整合をとるための置換元素R2は不
要となる。
[発明の効果] 本発明は上記のように、Bl置換型のTbおよび/また
はDy−鉄ガーネット単結晶でBi量Xを0.35≦X
≦0.45としたから、室温付近のファラデー回転の温
度係数αをほぼゼロにできる優れた効果を有する。
そのため例えばLPE法の場合、従来技術の二層膜樽造
のように、それぞれ適当な厚みをもった2種類の磁性ガ
ーネット膜を作製せずに済み、結晶の育成や加工の工程
を半減できる等の利点が生じる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理を示すBt置換ガーネットにおけ
るファラデー回転の温度変化を示す模式図、第2図は’
l’ b 3−X−F L u y B 1 z F 
@O+Xのx −0、0,4、0,6、1,1の場合の
λ−633n−におけるファラデー回転の温度依存性を
示す特性線図、第3図はその室温付近のファラデー回転
の温度係数αのBi置換量X依存性を示す特性線図であ
る。 特許出願人 工業技術院長 飯塚幸三 指定代理人 佐 藤 孝 平 復代理人  弁理士 茂 見  穣 特許出願人 富士電気化学株式会社 代  理  人  弁理士  茂  見   穣第1図 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、磁性ガーネット単結晶であって、一般式R_1_3
    _x_−_yR_2_yBi_xFe_3O_1_2但
    し、R_1:Tbおよび/またはDy R_2:希土類元素 0≦y≦1、0.35≦x≦0.45 にて表される組織を有することを特徴とする磁気光学素
    子材料。
JP12208787A 1987-05-19 1987-05-19 磁気光学素子材料 Granted JPS63285196A (ja)

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JP12208787A JPS63285196A (ja) 1987-05-19 1987-05-19 磁気光学素子材料

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JPS63285196A true JPS63285196A (ja) 1988-11-22
JPH0471878B2 JPH0471878B2 (ja) 1992-11-16

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63291028A (ja) * 1987-05-25 1988-11-28 Furukawa Electric Co Ltd:The ファラデ−素子
JPH02164723A (ja) * 1988-12-19 1990-06-25 Tokin Corp 磁気光学ガーネット
JPH038725A (ja) * 1989-06-05 1991-01-16 Tokin Corp 磁気光学ガーネット
US5501913A (en) * 1990-11-14 1996-03-26 Nippon Steel Corporation Garnet polycrystalline film for magneto-optical recording medium

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JPH02164723A (ja) * 1988-12-19 1990-06-25 Tokin Corp 磁気光学ガーネット
JPH038725A (ja) * 1989-06-05 1991-01-16 Tokin Corp 磁気光学ガーネット
US5501913A (en) * 1990-11-14 1996-03-26 Nippon Steel Corporation Garnet polycrystalline film for magneto-optical recording medium

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JPH0471878B2 (ja) 1992-11-16

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