JP2916995B2 - 光デバイス用磁性ガーネット体 - Google Patents

光デバイス用磁性ガーネット体

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武正 石川
由郎 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液相エピタキシャ
ル法により非磁性ガーネット基板上に育成される磁性ガ
ーネット結晶膜の切断片から成る磁性ガーネット体であ
って、詳しくはファラディー回転子,光アイソレータ等
の光デバイスに使用可能な光デバイス用磁性ガーネット
体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の光デバイスとして代表さ
れるファラデー回転子や光アイソレータには、液相エピ
タキシャル法により非磁性ガーネット基板上に育成され
る磁性ガーネット結晶膜の切断片から成る磁性ガーネッ
ト体が用いられている。この磁性ガーネット体では、磁
性ガーネット結晶膜面に垂直な方向,即ち、磁性ガーネ
ット結晶膜の結晶成長方向に光を入射させることができ
るようになっているが、通常光デバイスとして使用され
る際にはその用途に応じて磁性ガーネット結晶膜が所要
の大きさに切断されて用いられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した磁性ガーネッ
ト体では磁性ガーネット結晶膜の光入射面を磁性ガーネ
ット面[ミラー指数が(111)のもの]としている
が、この磁性ガーネット体をファラデー回転子や光アイ
ソレータとして用いる場合、液相エピタキシャル法によ
り育成される磁性ガーネット結晶膜の膜厚が800μm
程度で最大限度となっている。こうした場合、光波長が
1.55μmよりも長い光波長を用いたり、或いはファ
ラデー回転角が45度以上必要であると磁性ガーネット
結晶膜の膜厚(磁性ガーネット体の厚さ)が不足してし
まう。
【0004】又、従来の磁性ガーネット体を光導波路型
光アイソレータとして用いる場合、磁性ガーネット結晶
膜の光入射方向が磁化困難軸となっており、使用に際し
ては磁性ガーネット結晶膜表面に対して強い磁界を印加
する必要があるため、使用条件が制約されるという問題
がある。
【0005】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、使用条件の制約を
緩和できると共に、様々な種類の光デバイスとして利用
可能な光デバイス用磁性ガーネット体を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、液相エ
ピタキシャル法により非磁性ガーネット基板上に育成さ
れる組成式(RBi)3 (FeAB)5 12[但し、R
はYを含む希土類元素であり、A,BはそれぞれGa,
Alであって,且つそれらのうちの少なくとも一つが無
添加である状態を含むものとする]で表わされる磁性ガ
ーネット結晶膜の切断片から成ると共に、該磁性ガーネ
ット結晶膜の結晶成長方向に平行な面における成長誘導
磁化異方性が熱処理により低減化され,且つ該結晶成長
方向に平行な光入射面における該結晶成長方向に直交す
る方向を磁化容易軸に持つ光デバイス用磁性ガーネット
体が得られる。
【0007】又、本発明によれば、上記光デバイス用磁
性ガーネット体において、熱処理は加熱条件温度100
0℃以上で行われた光デバイス用磁性ガーネット体が得
られる。
【0008】更に、本発明によれば、上記何れかの光デ
バイス用磁性ガーネット体を含んで成る光導波路型光ア
イソレータ,光磁界センサ,或いはファラデー回転子が
得られる。
【0009】
【作用】従来の光アイソレータに用いられるファラデー
回転子は、磁性ガーネット結晶膜中でのファラデー回転
角が45度となっているが、このような光アイソレータ
に用いられる磁性ガーネット結晶膜を別な目的として、
例えば光使用波長が1.55μmの入射光で使用する
と、ファラデー回転角が90度程度の光デバイスを製造
する必要があることが判る。本発明の磁性ガーネット体
では、液相エピタキシャル法により育成される磁性ガー
ネット結晶膜を1000℃以上で熱処理して磁性ガーネ
ット結晶膜の結晶成長方向に平行な面における成長誘導
磁化異方性の低減化を計ると共に、磁性ガーネット結晶
膜の結晶成長方向に平行な光入射面における結晶成長方
向に直交する方向を磁化容易軸としている。これによ
り、磁性ガーネット結晶膜を切断して成る磁性ガーネッ
ト体では弱い磁界を印加した場合でも所望のファラデー
回転角が得られるため、このような磁性ガーネット体を
使用すれば、従来に無く使用条件の制約を緩和し得るフ
ァラデー回転子や光導波路型光アイソレータが具現され
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の光
デバイス用磁性ガーネット体について、図面を参照して
詳細に説明する。
【0011】最初に、本発明の光デバイス用磁性ガーネ
ット体の基本構成に関する概要を簡単に説明する。この
磁性ガーネット体は、液相エピタキシャル法により非磁
性ガーネット基板上に育成される組成式(RBi)
3 (FeAB)5 12[但し、RはYを含む希土類元素
であり、A,BはそれぞれGa,Alであって,且つそ
れらのうちの少なくとも一つが無添加である状態を含む
ものとする]で表わされる磁性ガーネット結晶膜の切断
片から成るもので、その磁性ガーネット結晶膜の結晶成
長方向に平行な面における成長誘導磁化異方性が加熱条
件温度1000℃以上の熱処理により低減化されている
と共に、結晶成長方向に平行な光入射面における結晶成
長方向に直交する方向を磁化容易軸に持つものである。
このような磁性ガーネット体は、光導波路型光アイソレ
ータ,光磁界センサ,或いはファラデー回転子等の各種
光デバイスに適用することができる。
【0012】そこで、以下はこのような磁性ガーネット
体を含む光デバイスに関し、幾つかの実施例を挙げて具
体的に説明する。
【0013】(実施例1)実施例1では、先ず図1に示
されるように、非磁性ネオジウム,ガリウム,及びガー
ネット(NGG)の結晶を含んで成る非磁性ガーネット
基板1上に液相エピタキシャル法により組成(GdB
i)3 (FeAlGa)5 12の磁性ガーネット結晶膜
2を図示の結晶成長方向Gに従って育成した後、加熱条
件温度1000℃で窒素雰囲気中で熱処理を行ってガー
ネット体を得た。このガーネット体の磁性ガーネット結
晶膜2では、熱処理によって磁性ガーネット結晶膜2の
結晶成長方向Gに平行な面における成長誘導磁化異方性
が低減化されており、又結晶成長方向Gに平行な光入射
面2aにおける結晶成長方向Gに直交する方向である光
入射方向LINに磁化容易軸方向CE が持たされている。
【0014】この磁性ガーネット結晶膜2において、結
晶成長方向Gに平行な側面であって、光入射面2aに直
交する光入射直交面2bでは、結晶成長方向G及びこの
方向に直交する光入射方向LINについて磁気特性はそれ
ぞれほぼ同等となるか、或いは光入射方向LINの方が磁
化が容易となるが、何れの場合も次工程として磁界の印
加を行えばほぼ同等の磁界250エールステッド(O
e)で磁化が飽和する。
【0015】そこで、このような磁性ガーネット結晶膜
2を例えば図1中の点線で示されるように所望の大きさ
の切断片(長さを1.0mm程度の寸法とする場合が挙
げられる)となるように切断して磁性ガーネット体と成
し、この磁性ガーネット体を図2に示されるように光磁
界センサのファラデー回転子2´として用いると、小型
で高性能なものとなる。この光磁界センサでは、光入射
方向LINに対してルチル単結晶の偏光子3,ファラデー
回転子2´,及びルチル単結晶の検光子4をこの順で配
置して成っている。
【0016】ファラデー回転子2´では上述したように
磁性ガーネット結晶膜2の結晶成長方向Gに直交する面
を光入射面2aとして選択すると共に、波長が1.55
μmの光を使用する場合に200ガウス(G)程度の弱
磁界(光入射方向LINに平行な被測定磁界方向H´のも
の)に対してファラデー回転角が90度以下になるよう
に調整されている。従来の磁性ガーネット体を使用した
ファラデー回転子の場合では膜厚の最大限が800μ程
度であることにより、結晶成長方向Gに光を入射する場
合に材料中で光を1光路で通過させることが不可能であ
ったが、このファラデー回転子2´では膜厚の制約も緩
和されて材料中で光を多重反射させることなく1光路で
通過する機能(1パス機能)を有する。これにより、こ
の光磁界センサは小型で高性能なものとなる上、光軸が
ずれずにその調整操作も簡単に行うことができる。
【0017】この光磁界センサによって光入射方向LIN
に平行な被測定磁界方向H´の磁界を測定する場合、垂
直方向に直線偏光を有する光入射方向LINが偏光子3を
通ってファラデー回転子2´を通過した時点で磁界によ
るファラデー回転を受けてその偏光方向が変化した状態
で検光子4を通過するため、このときの直線偏光の水平
成分を検知することによって磁界の大きさの測定が可能
となる。
【0018】因みに、光磁界センサ用に適当な磁性ガー
ネット体としては高磁界用として別途磁性ガーネット結
晶膜2の組成を選択する必要がある。この実施例では組
成が(GdBi)3 (FeAlGa)5 12の場合につ
いて説明したが、これに代えて例えば組成(TbBi)
3 Fe5 12の磁性ガーネット体等、組成式(RBi)
3 (FeAB)5 12[但し、RはYを含む希土類元素
であり、A,BはそれぞれGa,Alであって,且つそ
れらのうちの少なくとも一つが無添加である状態を含む
ものとする]で表わされる磁性ガーネット体のうちの適
応性の高いものであれば良い。
【0019】(実施例2)実施例2では、実施例1で使
用したものと同様の特性を持つ磁性ガーネット結晶膜2
をファラデー回転角45度となるように切断して得た磁
性ガーネット体の端部に対し、所定寸法のアルミニウム
金属薄膜を蒸着することにより金属クラッドTEモード
偏光子5を設けることにより、図3に示すような光導波
路型光アイソレータを作製した。
【0020】この光導波路型光アイソレータでは、従来
の結晶成長方向Gを磁化容易軸方向CE とする磁性ガー
ネット結晶膜の磁性ガーネット体を用いて構成した光導
波路型光アイソレータと比べ、熱処理によって磁性ガー
ネット結晶膜2の結晶成長方向Gに平行な面における成
長誘導磁化異方性が低減化されていると共に、結晶成長
方向Gに平行な光入射面における結晶成長方向Gに直交
する方向である光入射方向LINに磁化容易軸方向CE
持たされているため、従来のものよりも永久磁石等によ
って印加磁場方向Hに従って印加する磁場が少なくて済
む上、小型化されている。
【0021】この光導波路型光アイソレータは、レーザ
ダイオード(LD)等の光源部6により光入射方向LIN
に沿って照射された直線偏光を持つ入射光を透過する
が、その偏光方向に関しては入射光が図示の光入射方向
INから入射された場合には光源部6との間で実線で示
される向きであるとすると、図示の光入射方向LINとは
逆方向から入射された場合には点線で示される向きとな
る。
【0022】尚、このような光導波路型光アイソレータ
は他の光デバイスと組み合わせると、一枚板状の小型で
高性能な所用の光デバイスとして構成できる。
【0023】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光デバ
イス用磁性ガーネット体によれば、液相エピタキシャル
法により非磁性ガーネット基板上に育成される磁性ガー
ネット結晶膜を成長誘導磁化異方性が熱処理により低減
されると共に、その結晶成長方向に平行な光入射面にお
ける結晶成長方向に直交する方向を磁化容易軸に持つも
のとした上で、その磁性ガーネット結晶膜の切断片から
成る磁性ガーネット体を用いるようにしているので、使
用条件の制約を緩和でき,且つ様々な種類の光デバイス
として利用できるようになるため、工業的に非常に有益
となる。例えば、この磁性ガーネット体は、ファラデー
回転角が45度以上必要であると共に、光波長が1.5
5μm以上必要な場合でも、材料中を多重反射させずに
1光路で通過する機能を有するファラデー回転子と成す
ことができる。又、この磁性ガーネット体を用いて構成
した光導波路型光アイソレータを他の光デバイスと一体
化すれば、一枚板状の小型で高性能な所用の光デバイス
を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光デバイス用磁性ガーネット体を含む
ガーネット体の構成を示した斜視図である。
【図2】図1に示した磁性ガーネット体の磁性ガーネッ
ト結晶膜をファラデー回転子として用いて製造された光
磁界センサの基本構成を示した斜視図である。
【図3】図1に示した磁性ガーネット体の磁性ガーネッ
ト結晶膜を用いて製造される光導波路型光アイソレータ
の基本構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
1 非磁性ガーネット基板 2 磁性ガーネット結晶膜 2a 光入射面 2b 光入射直交面 2´ ファラデー回転子 3 偏光子 4 検光子 5 金属クラッドTEモード偏光子 6 光源部 G 結晶成長方向 LIN 光入射方向
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 1/00 - 35/00 G01R 33/032 G02B 1/00 G02F 1/09 CA(STN)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液相エピタキシャル法により非磁性ガー
    ネット基板上に育成される組成式(RBi)3 (FeA
    B)5 12[但し、RはYを含む希土類元素であり、
    A,BはそれぞれGa,Alであって,且つそれらのう
    ちの少なくとも一つが無添加である状態を含むものとす
    る]で表わされる磁性ガーネット結晶膜の切断片から成
    ると共に、該磁性ガーネット結晶膜の結晶成長方向に平
    行な面における成長誘導磁化異方性が熱処理により低減
    化され,且つ該結晶成長方向に平行な光入射面における
    該結晶成長方向に直交する方向を磁化容易軸に持つこと
    を特徴とする光デバイス用磁性ガーネット体。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光デバイス用磁性ガーネ
    ット体において、前記熱処理は加熱条件温度1000℃
    以上で行われたものであることを特徴とする光デバイス
    用磁性ガーネット体。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の光デバイス用磁
    性ガーネット体を含んで成ることを特徴とする光導波路
    型光アイソレータ。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2に記載の光デバイス用磁
    性ガーネット体を含んで成ることを特徴とする光磁界セ
    ンサ。
  5. 【請求項5】 請求項1又は2に記載の光デバイス用磁
    性ガーネット体を含んで成ることを特徴とするファラデ
    ー回転子。
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