JP2007328296A - Faraday rotator and optical isolator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信分野、あるいは光計測の分野において、半導体レーザー等の光源から発射された光が、種々の原因で光源に帰還することを防止するための光アイソレータ等に用いられる、磁性材料から構成されるファラデー回転子であって、特にその磁化を光伝播方向に飽和させるための外部磁界印加手段を必要としないファラデー回転子、及び、そのファラデー回転子を用いた光アイソレータに関するものである。 The present invention relates to a magnetic material used in an optical isolator or the like for preventing light emitted from a light source such as a semiconductor laser from returning to the light source due to various causes in the field of optical communication or optical measurement. In particular, the present invention relates to a Faraday rotator that does not require an external magnetic field applying means for saturating its magnetization in the light propagation direction, and an optical isolator using the Faraday rotator. .
図７に、従来からよく知られた、ファラデー回転子を用いた光アイソレータの構成概略を示す。図中、４１はファラデー回転子、４２は偏光子、４３は検光子、４４は永久磁石等の外部磁界印加手段、４５は半導体レーザー等から成る光源、４６は光源４５から出射された光の伝播方向を示す。
FIG. 7 shows a schematic configuration of an optical isolator using a Faraday rotator that is well known in the art. In the figure, 41 is a Faraday rotator, 42 is a polarizer, 43 is an analyzer, 44 is an external magnetic field applying means such as a permanent magnet, 45 is a light source composed of a semiconductor laser, etc. 46 is a propagation of light emitted from the
従来、ファラデー回転子４１の材料としては、例えば、特許文献１に記載されているように、非磁性ガーネット基板上に液相エピタキシャル法で形成されたビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶が用いられていた。
Conventionally, as a material of the Faraday
一般的に、ファラデー回転子に入射する光の偏光方向と、ファラデー回転子を透過した後の光の偏光方向との成す角度、すなわちファラデー回転角は、ファラデー回転子の光伝播方向の厚さに比例する。 In general, the angle between the polarization direction of light incident on the Faraday rotator and the polarization direction of light after passing through the Faraday rotator, that is, the Faraday rotation angle, is the thickness of the light propagation direction of the Faraday rotator. Proportional.
例えば、光アイソレータの場合、ファラデー回転角は４５度であることが必要であり、そのためのビスマス置換希土類鉄ガーネットの厚さは４００〜５００μｍとなる（以下、４５度のファラデー回転角を得るための厚さを「伝播長」と記す）。 For example, in the case of an optical isolator, the Faraday rotation angle needs to be 45 degrees, and the thickness of the bismuth-substituted rare earth iron garnet is 400 to 500 μm (hereinafter, for obtaining a Faraday rotation angle of 45 degrees). The thickness is referred to as “propagation length”).
通常、係る伝播長を得るために、液相エピタキシャル法で、ビスマス置換希土類鉄ガーネットを前述した伝播長より厚く形成した後、基板を研磨で除去し、更に、精密研磨により所望のファラデー回転角を得るために必要な膜厚に追い込む、という加工方法が採られていた。 Usually, in order to obtain such propagation length, after forming the bismuth-substituted rare earth iron garnet thicker than the propagation length described above by liquid phase epitaxy, the substrate is removed by polishing, and further, the desired Faraday rotation angle is obtained by precision polishing. A processing method was adopted in which the film thickness required for obtaining the film was driven.
ファラデー回転子を光アイソレータ等に使用する場合、一般的には、永久磁石等の適当な外部磁界印加手段４４により、ファラデー回転子の磁化を光伝播方向に飽和させて使用するが、例えば、特許文献２には、係る磁界印加手段を必要としないファラデー回転子が記載されている。
When the Faraday rotator is used for an optical isolator or the like, it is generally used by saturating the magnetization of the Faraday rotator in the light propagation direction by an appropriate external magnetic field applying means 44 such as a permanent magnet.
同公報に記載されているファラデー回転子は、液相エピタキシャル法で形成されたTb3-xBiXFe5-Y-ZGayAlzO12 (但し、 1.1≦ｘ≦1.5、0.65≦ｙ＋ｚ≦1.2 、ｚ≦ｙ)で表されるビスマス置換希土類鉄ガーネット単結晶から成るものであり、当該ファラデー回転子を磁界中で着磁処理をすることにより、その保磁力が増加し、外部磁界が不要になることが記載されている。 Faraday rotator is described in the publication, Tb formed by the liquid phase epitaxial method 3-x Bi X Fe 5- YZ Ga y Al z O 12 ( where, 1.1 ≦ x ≦ 1.5,0.65 ≦ y + z ≦ 1.2 , Z ≦ y), and is composed of a bismuth-substituted rare earth iron garnet single crystal. By magnetizing the Faraday rotator in a magnetic field, its coercive force is increased and an external magnetic field is not required. It is described that it becomes.
ところで、本発明者等による、上述の外部磁界が不要のファラデー回転子の特性、特にその安定性についての系統的な検討の結果、従来の構成の外部磁界が不要のファラデー回転子は、常温においては良好に動作するものの、例えば温度サイクル試験（−４０℃〜８０℃）を行うと、ファラデー回転角が減少する場合があり、その安定性の点で問題があることが明らかとなった。 By the way, as a result of systematic examination of the characteristics of the above-described Faraday rotator that does not require an external magnetic field by the present inventors, particularly the stability thereof, a Faraday rotator that does not require an external magnetic field of the conventional configuration is However, when a temperature cycle test (−40 ° C. to 80 ° C.) is performed, for example, the Faraday rotation angle may decrease, and it has become clear that there is a problem in terms of stability.
また、液相エピタキシャル法で、ビスマス置換希土類鉄ガーネットを形成する際には、非磁性のガーネット基板、例えばＧｄ３Ｇａ５Ｏ１２単結晶が用いられるが、係る非磁性単結晶基板は高価であり、最終形態のファラデー回転子に当該基板は残存しなくなるものの、結果的にファラデー回転子の価格を高額なものとしていた。 Further, when a bismuth-substituted rare earth iron garnet is formed by a liquid phase epitaxial method, a nonmagnetic garnet substrate, for example, a Gd 3 Ga 5 O 12 single crystal is used, but such a nonmagnetic single crystal substrate is expensive. Although the substrate does not remain in the final form of the Faraday rotator, the price of the Faraday rotator is increased as a result.
本発明は、上記事情を考慮し、ファラデー回転子の磁化を飽和させるための外部磁界印加手段（例えば、永久磁石）が不要であり、かつ、外部擾乱磁界に対する耐性に優れ、しかも、安価なファラデー回転子を提供することを目的とする。 In consideration of the above circumstances, the present invention does not require an external magnetic field applying means (for example, a permanent magnet) for saturating the magnetization of the Faraday rotator, has excellent resistance to an external disturbance magnetic field, and is inexpensive. The object is to provide a rotor.
上記課題を解決するための本発明により提供される第１の手段は、
ファラデー効果を有する磁性体を備えたファラデー回転子において、前記ファラデー効果を有する磁性体が、ガーネット型の結晶構造を有すると共に、磁気弾性効果を起源とする一軸磁気異方性を有し、かつ該一軸磁気異方性エネルギーの大きさが、結晶磁気異方性定数に比べて大きいことを特徴とするファラデー回転子である。
The first means provided by the present invention for solving the above problems is as follows:
In a Faraday rotator including a magnetic body having a Faraday effect, the magnetic body having the Faraday effect has a garnet-type crystal structure, and has uniaxial magnetic anisotropy originating from a magnetoelastic effect, and The Faraday rotator is characterized in that the uniaxial magnetic anisotropy energy is larger than the magnetocrystalline anisotropy constant.
また、本発明により提供される第２の手段は、
第１の手段において、前記ファラデー効果を有する磁性体の磁化容易軸方向が、ファラデー回転子の内部を伝播する光の伝播方向と略平行であり、かつ該磁化容易軸方向の保磁力が５００Ｏｅ以上であることを特徴とするファラデー回転子である。
The second means provided by the present invention includes
In the first means, the magnetization easy axis direction of the magnetic body having the Faraday effect is substantially parallel to the propagation direction of light propagating through the Faraday rotator, and the coercive force in the magnetization easy axis direction is 500 Oe or more. It is a Faraday rotator characterized by being.
また、本発明により提供される第３の手段は、
第１又は第２の手段において、前記ファラデー効果を有する磁性体が多結晶体であることを特徴とするファラデー回転子である。
The third means provided by the present invention includes
In the first or second means, the Faraday rotator is characterized in that the magnetic body having the Faraday effect is a polycrystalline body.
また、本発明により提供される第４の手段は、
第１の手段乃至第３の手段のいずれかよりなるファラデー回転子を用いた光アイソレータである。
The fourth means provided by the present invention includes:
This is an optical isolator using a Faraday rotator comprising any one of the first to third means.
本発明により、ファラデー回転子の磁化を飽和させるための外部磁界印加手段が不要で、外部擾乱磁界に対する耐性に優れ、かつ安価なビスマス置換希土類鉄ガーネットから成るファラデー回転子の提供が可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a Faraday rotator made of a bismuth-substituted rare earth iron garnet that does not require an external magnetic field applying means for saturating the magnetization of the Faraday rotator, has excellent resistance to an external disturbance magnetic field, and is inexpensive.
本発明の第１の実施の形態について、図１を用いて説明する。
図１は、本発明により成るファラデー回転子の概略図で、図中１は非磁性基体、２はファラデー効果を有する磁性体（以下、単に磁性体ということもある）、３は光の伝播方向を示す矢印である。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic view of a Faraday rotator according to the present invention, in which 1 is a non-magnetic substrate, 2 is a magnetic body having a Faraday effect (hereinafter also simply referred to as a magnetic body), and 3 is the light propagation direction. It is an arrow which shows.
このファラデー回転子は、ファラデー効果を有する磁性体２と非磁性基体１とから構成されており、光は、非磁性基体１と磁性体２の両者の内部を伝播する。ここで、非磁性基体１は、可視光領域で必ずしも透明である必要はなく、使用される光の波長で透明であれば問題はない。
This Faraday rotator is composed of a
本実施形態は、非磁性基体１により磁性体２内部に生じる応力によって、当該磁性体２自身に、磁気弾性効果による一軸異方性を誘導し、その誘導された一軸異方性を利用して、磁性体２の持つ保磁力を増加させることを特徴とするものである。非磁性基体１によって誘発される磁性体２の応力は、両者の熱膨張係数差を利用することにより、以下のように制御することが可能である。
In the present embodiment, uniaxial anisotropy is induced in the
例えば、磁性体２を適当な薄膜成長法、例えばエアロゾルデポジション法を用いて非磁性基体１の表面に所望膜厚で形成し、適当な温度条件で熱処理を施す。ここで適当な温度条件とは、当該熱処理温度において、非磁性基体１と磁性体２との間に存する応力（磁性体２の薄膜成長過程で生じる固有応力）がほぼゼロに解放される温度条件を云う。
For example, the
当該温度で一定時間保持し、薄膜成長過程で生じる固有応力が解放された状態になった後、常温にまで冷却した場合、非磁性基体１と磁性体２との間には、両者の熱膨張係数差に起因した応力が残留する。
When the temperature is maintained for a certain period of time and the intrinsic stress generated in the thin film growth process is released and then cooled to room temperature, the thermal expansion between the
例えば、図２（ａ）のように、磁性体２の熱膨張係数が、非磁性基体１の熱膨張係数よりも小さい場合には、高温から常温に温度が下がることで、非磁性基体１が、磁性体２に比べて大きく収縮することになる。従って、両者の熱膨張差により、磁性体２の内部には圧縮応力が発生する。
For example, as shown in FIG. 2A, when the thermal expansion coefficient of the
また、図２（ｂ）のように、磁性体２の熱膨張係数が、非磁性基体１の熱膨張係数よりも大きい場合には、高温から常温に温度が下がることで、磁性体２が、非磁性基体１に比べて大きく収縮することになる。従って、両者の熱膨張差により、磁性体２の内部には引張応力が誘発される。係る応力は、基板表面（光伝播方向３に直交する面）においては等方的となる。
Further, as shown in FIG. 2B, when the thermal expansion coefficient of the
一般的に、磁気弾性効果によって誘導される磁気異方性は一軸的であり、その大きさは、次の（１）式によって与えられる。
Ｋｕ＝（３／２）λ・σ …（１）
Generally, the magnetic anisotropy induced by the magnetoelastic effect is uniaxial, and its magnitude is given by the following equation (1).
Ku = (3/2) λ · σ (1)
同式（１）において、Ｋｕは磁気異方性エネルギー、λは磁歪定数、σは応力である。磁歪定数λは正負いずれの値をとることもでき、磁性材料、及びその組成等によって決定される。また、応力σは引張応力の場合を正、圧縮応力の場合を負とする。Ｋｕが正の場合には、誘導される磁気異方性の磁化容易軸は、応力印加方向に平行となり、Ｋｕが負の場合には、誘導される磁気異方性の磁化容易軸は、応力印加方向に直交する方向となる。 In the formula (1), Ku is the magnetic anisotropy energy, λ is the magnetostriction constant, and σ is the stress. The magnetostriction constant λ can be either positive or negative, and is determined by the magnetic material, its composition, and the like. The stress σ is positive in the case of tensile stress and negative in the case of compressive stress. When Ku is positive, the induced easy axis of magnetic anisotropy is parallel to the stress application direction, and when Ku is negative, the induced easy axis of magnetic anisotropy is stress-induced. The direction is orthogonal to the application direction.
以下、ファラデー効果を有する磁性体２として、ビスマス置換希土類鉄ガーネットを用いた場合について詳細に説明する。
Hereinafter, a case where bismuth-substituted rare earth iron garnet is used as the
Ｂｉ置換Ｔｂ鉄ガーネット多結晶体の場合、その磁歪定数は正であることが知られている。従って、係る場合には、Ｂｉ置換Ｔｂ鉄ガーネット多結晶体の基板面方向（光伝播方向３と直交する方向）に圧縮応力が誘発されるように、図２（ａ）のごとく、熱膨張係数がＢｉ置換Ｔｂ鉄ガーネット多結晶体（磁性体２）よりも大きい非磁性基体１を用いればよい。
In the case of a Bi-substituted Tb iron garnet polycrystal, its magnetostriction constant is known to be positive. Therefore, in such a case, as shown in FIG. 2A, the thermal expansion coefficient is such that compressive stress is induced in the substrate surface direction (direction orthogonal to the light propagation direction 3) of the Bi-substituted Tb iron garnet polycrystal. A
例えば、Bi1.2Tb1.8Fe5O12多結晶体の場合、その磁歪定数は約６×１０−６である。仮に３００Ｍｐａの応力が誘発されたとすると、その磁気異方性エネルギーは、（１）より、約２．７ｋＪ／ｍ３となり、結晶磁気異方性定数（ｋ１）である約０．４５ｋＪ／ｍ３よりも大きく、かつ係る異方性に基づく保磁力は約０．８ｋＯｅとなる。係る保磁力は、外部擾乱磁界に対して充分な耐性を有するものである。 For example, in the case of Bi 1.2 Tb 1.8 Fe 5 O 12 polycrystal, the magnetostriction constant is about 6 × 10 −6 . If a stress of 300 Mpa is induced, the magnetic anisotropy energy is about 2.7 kJ / m 3 from (1), and the magnetocrystalline anisotropy constant (k1) is about 0.45 kJ / m 3. And a coercive force based on such anisotropy is about 0.8 kOe. Such a coercive force is sufficiently resistant to an external disturbance magnetic field.
一方、Ｂｉ置換Ｇｄ鉄ガーネット多結晶体の場合、その磁歪定数は負であることが知られている。従って、係る場合には、Ｂｉ置換Ｇｄ鉄ガーネット多結晶体（磁性体２）の基板面方向（光伝播方向３と直交する方向）に引張応力が誘発されるように、図２（ｂ）のごとく、熱膨張係数がＢｉ置換Ｔｂ鉄ガーネット多結晶体（磁性体２）よりも小さい非磁性基体１を用いればよい。
On the other hand, in the case of Bi-substituted Gd iron garnet polycrystal, it is known that its magnetostriction constant is negative. Therefore, in such a case, the tensile stress is induced in the substrate surface direction (direction orthogonal to the light propagation direction 3) of the Bi-substituted Gd iron garnet polycrystal (magnetic material 2) as shown in FIG. As described above, the
例えば、Bi1.2Gd1.8Fe5O12多結晶の場合、その磁歪定数は約−２×１０−６である。仮に５００Ｍｐａの応力が誘発されたとすると、その磁気異方性エネルギーは、式（１）より、約１．５ｋＪ／ｍ３となり、結晶磁気異方性定数（ｋ１）である約０．５Ｊ／ｍ３よりも大きく、かつ係る異方性に基づく保磁力は約０．６ｋＯｅとなる。係る保磁力は、外部擾乱磁界に対して充分な耐性を有するものである。 For example, in the case of Bi 1.2 Gd 1.8 Fe 5 O 12 polycrystal, its magnetostriction constant is about −2 × 10 −6 . If a stress of 500 Mpa is induced, the magnetic anisotropy energy is about 1.5 kJ / m 3 from the formula (1), which is about 0.5 J / m, which is the magnetocrystalline anisotropy constant (k1). The coercive force is larger than 3 and based on such anisotropy is about 0.6 kOe. Such a coercive force has sufficient resistance against an external disturbance magnetic field.
次に、図３を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図３は、第２の実施形態のファラデー回転子の概略図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ矢視断面図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
3A and 3B are schematic views of a Faraday rotator according to the second embodiment, in which FIG. 3A is a perspective view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line IIIb-IIIb in FIG.
本実施の形態においては、ファラデー効果を有する多結晶の磁性体２が、非磁性基体１に形成された円形の貫通孔１ａの内部に充填されており、磁性体２と非磁性基体１の熱膨張差により、磁性体２の内部に、応力が残留させられている。そして、その応力の残留により、磁性体２に、磁気弾性効果による一軸磁気異方性が誘導されている。
In the present embodiment, a polycrystalline
これを作る場合は、まず、前述したエアロゾルデポジション法等で、ファラデー効果を有する多結晶磁性体２を、非磁性基体１に設けられた貫通孔１ａ内に充填する。ここでは、非磁性基体１の熱膨張係数が、磁性体２の熱膨張係数よりも小さくなるように、両者の材料が選定されている。その後、高温で熱処理を施す。熱処理温度、時間等の条件は、当該熱処理温度で、非磁性基体１及びファラデー効果を有する円柱形状の多結晶磁性体２の両者がほぼ応力フリーの状態になるように設定する。
In making this, first, the polycrystalline
このような応力フリーの状態から、室温まで冷却すると、図４（ａ）に示すように、熱膨張係数の大きい材料である磁性体２の方が、熱膨張係数の小さい材料である非磁性基体１よりも大きく収縮しようとするので、内周側の磁性体２には、矢印で示すような半径方向外側に向かう引張応力が発生する。
When cooled to room temperature from such a stress-free state, as shown in FIG. 4 (a), the
なお、収縮時の図においては、理解をしやすくするために、両部材間に収縮量の差としての隙間Ｓを図示してある。外周側の非磁性基体１と内周側の磁性体２が分離しているものであれば、このように収縮時に熱膨張差による隙間Ｓが生じる。しかし、実際には、非磁性基体１と磁性体２は一体化されているものであるから、前記隙間Ｓは生じず、その代わり、内周側の磁性体２には半径方向外方に向かう引張応力が発生し、外周側の非磁性基体１には半径方向内方に向かう引張応力が発生する。
In the drawing at the time of contraction, a gap S as a difference in contraction amount is shown between both members for easy understanding. If the
発生する引張応力の大きさは、磁性体２と非磁性基体１の熱膨張係数の違いに依存する。このように磁性体２に引張応力が発生することにより、磁気弾性効果によって一軸的な磁気異方性が誘導される。
The magnitude of the generated tensile stress depends on the difference in thermal expansion coefficient between the
従って、本実施の形態においては、ファラデー効果を有する磁性体２は負の磁歪定数を有していることが必要となる。負であれば、磁気異方性の磁気容易軸が、引張応力の方向と直交する方向に誘導され、図４（ｂ）に示す光伝播方向３と平行になるからである。
Therefore, in the present embodiment, the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述した第１及び２の実施形態に制限されるものではなく、非磁性基体１とファラデー効果を有する磁性体２との相互作用によって誘発される応力を利用することにより、磁気弾性効果を利用して、光伝播方向３に一軸的な磁気異方性を誘導できる形態であれば有効である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and is based on the interaction between the
また、本発明により成るファラデー回転子に、偏光子及び検光子等を従来と同様の方法で付加させることにより、外部磁界印加手段を必要としない光アイソレータを容易に製造することができる。 Further, by adding a polarizer, an analyzer and the like to the Faraday rotator according to the present invention in the same manner as in the prior art, an optical isolator that does not require an external magnetic field applying means can be easily manufactured.
以下、実施例を用いて本発明について、更に詳細に説明する。以下に述べる実施例１は、前記第１の実施の形態に相当し、実施例２は前記第２の実施の形態に相当する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Example 1 described below corresponds to the first embodiment, and Example 2 corresponds to the second embodiment.
実施例１では、非磁性基体１としてサファイア基板を用いた。サファイア基板の熱膨張係数は約５×１０−６／℃であり、本実施例において、ファラデー効果を有する磁性体２として用いたBi1.2Gd1.8Fe5O12の熱膨張係数（約１０×１０−６／℃）に比べて小さい。なお、用いたサファイア基板（非磁性基体１）の形状は１０ｍｍ角で、厚さは１ｍｍであった。
In Example 1, a sapphire substrate was used as the
エアロゾルデポジション法により、サファイア基板の表面に、多結晶Bi1.2Gd1.8Fe5O12膜を成膜した。ここで用いた原料微粒子の平均粒径は０．８μｍ、搬送ガスは酸素で、その流量は５リットル／分であった。また、噴射ノズルの開口径は０．６ｍｍφであった。 A polycrystalline Bi 1.2 Gd 1.8 Fe 5 O 12 film was formed on the surface of the sapphire substrate by the aerosol deposition method. The average particle diameter of the raw material fine particles used here was 0.8 μm, the carrier gas was oxygen, and the flow rate was 5 liters / minute. The opening diameter of the injection nozzle was 0.6 mmφ.
係る条件で、多結晶Bi1.2Gd1.8Fe5O12を約３５０μｍの膜厚に形成した。その後、６００℃で１時間の熱処理を施した。 Under such conditions, polycrystalline Bi 1.2 Gd 1.8 Fe 5 O 12 was formed to a thickness of about 350 μm. Thereafter, heat treatment was performed at 600 ° C. for 1 hour.
熱処理後、多結晶Bi1.2Gd1.8Fe5O12の表面を鏡面研磨し、最終的に約２８０μｍ厚とした。 After the heat treatment, the surface of polycrystalline Bi 1.2 Gd 1.8 Fe 5 O 12 was mirror-polished to a final thickness of about 280 μm.
当該サンプルについて、波長１．５μｍでファラデー効果を測定した結果、ファラデー回転角は約４５度であった。また、振動式磁力計を用いて、多結晶Bi1.2Gd1.8Fe5O12膜の膜面垂直方向の磁化曲線を測定した結果、保磁力は６５０Ｏｅ、Ｍｒ角型比はほぼ１であった。 As a result of measuring the Faraday effect with respect to the sample at a wavelength of 1.5 μm, the Faraday rotation angle was about 45 degrees. Further, as a result of measuring the magnetization curve in the direction perpendicular to the film surface of the polycrystalline Bi 1.2 Gd 1.8 Fe 5 O 12 film using a vibration magnetometer, the coercive force was 650 Oe and the Mr square ratio was approximately 1.
実施例２について図５及び図６を用いて説明する。
図５の（ａ）は、多結晶磁性体が形成される前の非磁性基体の全体形状を示す概略図で、図中３１はステアタイト基板（非磁性基体）、３２はステアタイト基板３１に設けられた孔である。また、図５の（ｂ）は、孔３２の断面形状を示す概略図である。また、図６の（ａ）は、ステアタイト基板３１上に多結晶磁性体が形成された後の形態を示す概略側断面図で、図中４１は多結晶のBi1.2Gd1.8Fe5O12である。また、図６の（ｂ）は、（ａ）に示した多結晶のBi1.2Gd1.8Fe5O12４１が形成された基板３１を、（ａ）中のＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線の位置まで、研削・研磨により薄肉化した後の状態を示す概略側断面図である。
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
FIG. 5A is a schematic diagram showing the overall shape of the non-magnetic substrate before the polycrystalline magnetic body is formed, in which 31 is a steatite substrate (non-magnetic substrate), and 32 is a
本実施例では、非磁性基体３１としてステアタイト基板（熱膨張係数：５×１０−６／℃）を用いており、その形状は１０ｍｍ角で、厚さは１ｍｍであった。当該ステアタイト基板３１に対して、図５（ａ）に示すように、ドリルを用いて５００μｍφ、深さ３５０μｍの孔３２を形成した。ただし、図５の（ｂ）に示すように、孔３２の表面近傍は、径の大きなドリルを用いて、孔３２の入口径を７００μｍに拡げた。当該孔３２を、１．７ｍｍピッチで複数個形成した。
In this example, a steatite substrate (thermal expansion coefficient: 5 × 10 −6 / ° C.) was used as the
次に、図６（ａ）に示すように、前記孔３２内にエアロゾルデポジション法により、多結晶Bi1.2Gd1.8Fe5O12４１を成膜充填した。ここで、非磁性基体として用いるステアタイト基板３１の熱膨張係数（約５×１０−６／℃）は、多結晶Bi1.2Gd1.8Fe5O12４１の熱膨張係数（約１０×１０−６／℃）に比べて小さい。エアロゾルデポジション法で用いる原料微粒子の平均粒径は０．８μｍ、搬送ガスは酸素で、その流量は５リットル／分であった。また、噴射ノズルの開口径は０．６ｍｍφであった。
Next, as shown in FIG. 6A, polycrystalline Bi 1.2 Gd 1.8 Fe 5 O 12 41 was formed and filled in the
係る条件で、多結晶Bi1.2Gd1.8Fe5O12を約４００μｍの膜厚さ形成した。その後、６００℃で１時間の熱処理を施した。 Under such conditions, polycrystalline Bi 1.2 Gd 1.8 Fe 5 O 12 was formed to a thickness of about 400 μm. Thereafter, heat treatment was performed at 600 ° C. for 1 hour.
熱処理後、基板表裏面を、図６の（ａ）中のＡ−Ａ‘線及びＢ−Ｂ’線の位置まで研削除去及び研磨し、最終的に約２８０μｍ厚とした。そしてその後、図６の（ｂ）のＣＣ‘線及びＤＤ’線に沿って切断し、図３に示す形状のファラデー回転子を作成した。 After the heat treatment, the front and back surfaces of the substrate were ground and removed to the positions of the A-A ′ line and the B-B ′ line in FIG. 6A to finally have a thickness of about 280 μm. And then, it cut | disconnected along CC 'line and DD' line of (b) of FIG. 6, and produced the Faraday rotator of the shape shown in FIG.
当該サンプルについて、波長１．５μｍでファラデー効果を測定した結果、ファラデー回転角は約４５度であった。また、振動式磁力計で円柱形状Bi1.2Gd1.8Fe5O12の中心軸方向の磁化曲線を測定した結果、保磁力は６００Ｏｅで、Ｍｒ角型比はほぼ１であった。 As a result of measuring the Faraday effect with respect to the sample at a wavelength of 1.5 μm, the Faraday rotation angle was about 45 degrees. Moreover, as a result of measuring the magnetization curve in the central axis direction of the cylindrical shape Bi 1.2 Gd 1.8 Fe 5 O 12 with a vibration magnetometer, the coercive force was 600 Oe and the Mr squareness ratio was approximately 1.
なお、上述の実施形態では、非磁性基体１と磁性体２の熱膨張差を利用して磁性体２の内部に応力を導入し、磁気弾性効果により、光伝播方向３に一軸的な磁気異方性を誘導したが、別の応力導入手段を設けることにより、光伝播方向に一軸的な磁気異方性を誘導するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, stress is introduced into the
１ 非磁性基体
２ ファラデー回転効果を有する磁性体
３ 光伝播方向
1
Claims (4)
前記ファラデー効果を有する磁性体が、ガーネット型の結晶構造を有すると共に、磁気弾性効果を起源とする一軸磁気異方性を有し、かつ該一軸磁気異方性エネルギーの大きさが、結晶磁気異方性定数に比べて大きいことを特徴とするファラデー回転子。 In a Faraday rotator provided with a magnetic body having a Faraday effect,
The magnetic material having the Faraday effect has a garnet-type crystal structure, uniaxial magnetic anisotropy originating from the magnetoelastic effect, and the magnitude of the uniaxial magnetic anisotropy energy is different from that of the magnetocrystalline magnetic property. Faraday rotator characterized by being larger than the isotropic constant.
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| JP2012172233A (en) * | 2011-02-23 | 2012-09-10 | Fujitsu Ltd | Film deposition method and film deposition apparatus |
| CN111560612A (en) * | 2020-06-18 | 2020-08-21 | 河北光束激光科技有限公司 | Laser cladding device and method capable of changing non-uniform distribution of Gaussian light energy |
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