JPH0375516B2 - - Google Patents
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- JPH0375516B2 JPH0375516B2 JP61131896A JP13189686A JPH0375516B2 JP H0375516 B2 JPH0375516 B2 JP H0375516B2 JP 61131896 A JP61131896 A JP 61131896A JP 13189686 A JP13189686 A JP 13189686A JP H0375516 B2 JPH0375516 B2 JP H0375516B2
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、フアラデー効果を利用した光アイソ
レータ、光サーキユレータ等に用いられる磁気光
学材料に関し、特にフアラデー回転角の温度係数
が小さく、飽和磁化の小さい磁気光学素子用材料
に関するものである。
レータ、光サーキユレータ等に用いられる磁気光
学材料に関し、特にフアラデー回転角の温度係数
が小さく、飽和磁化の小さい磁気光学素子用材料
に関するものである。
(従来の技術)
レーザーを用いる光通信において、光源への戻
り光を遮断するため光アイソレータが必要で、光
アイソレータにはフアラデー効果のある磁性ガー
ネツト材料が用いられている。しかしながら従来
の磁性ガーネツト材料バルク体のフアラデー回転
子では小型・軽量化、低コスト化に限度があり、
これに代る材料が種々研究され、 式:(GdCa)3(GaMgZr)5O12 で表わされるガーネツト単結晶基板、所謂高格子
定数GGG基板上に、例えば 式:(GdBi)3(FeAlGa)5O12 で表わされるようなBi置換希土類鉄ガーネツト
をエピタキシヤル成長させたものが提案されてい
る。Bi置換希土類鉄ガーネツトは、希土類サイ
トを一部Biで置換することによりフアラデー回
転係数を大きくし、Bi置換による格子定数の増
大はFeサイトの一部をAl、Gaで置換することに
調整している。エピタキシヤル成長において基板
と膜との格子定数のマツチングは極めて重要であ
る。
り光を遮断するため光アイソレータが必要で、光
アイソレータにはフアラデー効果のある磁性ガー
ネツト材料が用いられている。しかしながら従来
の磁性ガーネツト材料バルク体のフアラデー回転
子では小型・軽量化、低コスト化に限度があり、
これに代る材料が種々研究され、 式:(GdCa)3(GaMgZr)5O12 で表わされるガーネツト単結晶基板、所謂高格子
定数GGG基板上に、例えば 式:(GdBi)3(FeAlGa)5O12 で表わされるようなBi置換希土類鉄ガーネツト
をエピタキシヤル成長させたものが提案されてい
る。Bi置換希土類鉄ガーネツトは、希土類サイ
トを一部Biで置換することによりフアラデー回
転係数を大きくし、Bi置換による格子定数の増
大はFeサイトの一部をAl、Gaで置換することに
調整している。エピタキシヤル成長において基板
と膜との格子定数のマツチングは極めて重要であ
る。
(発明が解決しようとする問題点)
ところでフアラデー回転子には、フアラデー回
転係数が大きいことの外に、光アイソレータの性
能を一定に保つために使用環境温度(−20〜60
℃)におけるフアラデー回転角の温度係数が小さ
いことが要求される。更に光アイソレータを小型
化、軽量化するため飽和磁化の小さいことが要求
される。この理由は、光アイソレータの外形寸法
は主に磁石で決まり、磁石を小さくするには飽和
磁化の小さいフアラデー回転子が必要だからであ
る。しかしながら、上記条件を全て満足するよう
な材料は未だ報告されていない。
転係数が大きいことの外に、光アイソレータの性
能を一定に保つために使用環境温度(−20〜60
℃)におけるフアラデー回転角の温度係数が小さ
いことが要求される。更に光アイソレータを小型
化、軽量化するため飽和磁化の小さいことが要求
される。この理由は、光アイソレータの外形寸法
は主に磁石で決まり、磁石を小さくするには飽和
磁化の小さいフアラデー回転子が必要だからであ
る。しかしながら、上記条件を全て満足するよう
な材料は未だ報告されていない。
本発明の目的は、フアラデー回転係数が大でフ
アラデー回転角の温度係数が小さく、しかも飽和
磁化が小さいという、フアラデー回転子に要求さ
れる全ての条件を満足する磁気光学素子用材料を
提供することにある。
アラデー回転角の温度係数が小さく、しかも飽和
磁化が小さいという、フアラデー回転子に要求さ
れる全ての条件を満足する磁気光学素子用材料を
提供することにある。
(問題点を解決するための手段)
この目的を達成するため本発明の磁気光学素子
用材料は、前記高格子定数GGG基板上に式:
YbxTbyBi3-x-yFe5O12で表わされるBi置換希土類
鉄ガーネツトをエピタキシヤル成長させたもので
あり、上記式においてxとyは、x+Y≦2.2,
x≦y及び y=−2.3x+21×(12.62−a) (但しaは上記基板の格子定数である。) なる条件を何れも満足するように選択されている
点に特徴がある。
用材料は、前記高格子定数GGG基板上に式:
YbxTbyBi3-x-yFe5O12で表わされるBi置換希土類
鉄ガーネツトをエピタキシヤル成長させたもので
あり、上記式においてxとyは、x+Y≦2.2,
x≦y及び y=−2.3x+21×(12.62−a) (但しaは上記基板の格子定数である。) なる条件を何れも満足するように選択されている
点に特徴がある。
本発明の磁気光学素子用材料は、公知の高格子
定数GGG、即ち、(GdCa)3(GaMgZr)5O12で表
わされるガーネツト単結晶基板を用いるが、この
基板材料はGdサイト、Gaサイトの置換量によつ
て格子定数が12.48〜12.53Åの範囲で変るので、
予め格子定数を測定しておき、Bi置換希土類鉄
ガーネツトの組成がこの格子定数に±0.001Åの
範囲内で一致(マツチング)するようにする。
定数GGG、即ち、(GdCa)3(GaMgZr)5O12で表
わされるガーネツト単結晶基板を用いるが、この
基板材料はGdサイト、Gaサイトの置換量によつ
て格子定数が12.48〜12.53Åの範囲で変るので、
予め格子定数を測定しておき、Bi置換希土類鉄
ガーネツトの組成がこの格子定数に±0.001Åの
範囲内で一致(マツチング)するようにする。
Bi置換希土類鉄ガーネツトの希土類成分の1
つとしてYbを選択する理由は、Ybはイオン半径
が小さく、Feサイトを置換しなくても格子定数
が基板とマツチングする範囲で充分Bi置換量を
多くできるからである。FeサイトをAl,Ga等で
置換するとフアラデー回転角の温度係数は増大す
るが、本発明は希土類成分の1つにYbを用いる
ことによりFeサイトの置換を不要とし、フアラ
デー回転角の温度係数を最小にすると共にフアラ
デー回転係数を大きくすることに成功している。
つとしてYbを選択する理由は、Ybはイオン半径
が小さく、Feサイトを置換しなくても格子定数
が基板とマツチングする範囲で充分Bi置換量を
多くできるからである。FeサイトをAl,Ga等で
置換するとフアラデー回転角の温度係数は増大す
るが、本発明は希土類成分の1つにYbを用いる
ことによりFeサイトの置換を不要とし、フアラ
デー回転角の温度係数を最小にすると共にフアラ
デー回転係数を大きくすることに成功している。
又、希土類成分の他の1つにTbを選択した理
由は、Tbは使用環境温度(−20〜60℃)におい
て磁化反転がなく、しかも飽和磁化は小さくでき
るからである。飽和磁化を最も小さくできる希土
類元素はGdであるが、Gdは上記使用温度範囲で
磁化反転が起る致命的欠点があり使用できない。
由は、Tbは使用環境温度(−20〜60℃)におい
て磁化反転がなく、しかも飽和磁化は小さくでき
るからである。飽和磁化を最も小さくできる希土
類元素はGdであるが、Gdは上記使用温度範囲で
磁化反転が起る致命的欠点があり使用できない。
YbxTbyBi3-x-yFe5O12においてxとyはフアラ
デー回転係数と飽和磁化の目標値、基板材料との
格子定数マツチングにより決る値である。先ず上
記組成系において、フアラデー回転係数はBi置
換量に比例し、フアラデー回転係数の目標を−
1000度/cm以上(波長1.3μm時)とするにはBiの
1分子式当りの含有率(f.u.)を0.8以上とする必
要がある。この実験結果に基づき、3−x−y≧
0.8であること、即ちx+y≦2.2が導かれる。次
に飽和磁化の大きさはYb/Tbのモル比に比例
し、飽和磁化大きさの目標を1500Oe以下とする
にはYb/Tbのモル比を50%以下とする必要があ
る。この実験結果に基づき、YbとTbのf.u.,即
ちxとy=x≦yなる関係を満足することが必要
となる。更に基板と上記組成の膜とは格子定数が
マツチングする必要がある。このマツチング条件
はYb3Fe5O12,Tb3Fe5O12,Bi3Fe5O12の格子定
数とf.u.及び基板の格子定数から理論的に求めら
れる。即ち、Yb3Fe5O12,Tb3Fe5O12の格子定数
は12.291Å、12.477Åであり、Bi3Fe5O12の理論
格子定数は12.620Åであるので、基板の格子定数
をaÅとすれば次式が成立する。
デー回転係数と飽和磁化の目標値、基板材料との
格子定数マツチングにより決る値である。先ず上
記組成系において、フアラデー回転係数はBi置
換量に比例し、フアラデー回転係数の目標を−
1000度/cm以上(波長1.3μm時)とするにはBiの
1分子式当りの含有率(f.u.)を0.8以上とする必
要がある。この実験結果に基づき、3−x−y≧
0.8であること、即ちx+y≦2.2が導かれる。次
に飽和磁化の大きさはYb/Tbのモル比に比例
し、飽和磁化大きさの目標を1500Oe以下とする
にはYb/Tbのモル比を50%以下とする必要があ
る。この実験結果に基づき、YbとTbのf.u.,即
ちxとy=x≦yなる関係を満足することが必要
となる。更に基板と上記組成の膜とは格子定数が
マツチングする必要がある。このマツチング条件
はYb3Fe5O12,Tb3Fe5O12,Bi3Fe5O12の格子定
数とf.u.及び基板の格子定数から理論的に求めら
れる。即ち、Yb3Fe5O12,Tb3Fe5O12の格子定数
は12.291Å、12.477Åであり、Bi3Fe5O12の理論
格子定数は12.620Åであるので、基板の格子定数
をaÅとすれば次式が成立する。
12.291x+12.477y+12.620×(3−x−y)=3a
この式からy=−2.3x+21×(12.62−a)が導か
れる。(aは上記のように12.48〜12.53Åの範囲
である。)従つて基板の格子定数が決まればxと
yの関係は一義的に決まる。
この式からy=−2.3x+21×(12.62−a)が導か
れる。(aは上記のように12.48〜12.53Åの範囲
である。)従つて基板の格子定数が決まればxと
yの関係は一義的に決まる。
上記のようにYbとTbのf.u.,即ちxとyは、
x+y≦2.2、x≦y、y=−2.3x+21×(12.62−
a)の3式を満足するように選択する必要があ
る。
x+y≦2.2、x≦y、y=−2.3x+21×(12.62−
a)の3式を満足するように選択する必要があ
る。
(実施例)
実施例 1
基板として格子定数12.498Åの
(GbCa)3(GaMgZr)5O12を用い、液相エピタキ
シヤル法によりYb0.5Tb1.3Bi1.2Fe5O12を育成し
た。この液相エピタキシヤルの方法は融液組成は
Yb2O32.3g、Tb2O34.3g、Fe2O341.8g、
PbO206.7g、Bi2O3150.5g、B2O33.5gとし、こ
れらを白金ルツボ中で1000℃で融解した後、810
℃に温度を下げて過冷却状態とし、この融液に上
記基板を100rpmで回転しながら接触させて行つ
た。
シヤル法によりYb0.5Tb1.3Bi1.2Fe5O12を育成し
た。この液相エピタキシヤルの方法は融液組成は
Yb2O32.3g、Tb2O34.3g、Fe2O341.8g、
PbO206.7g、Bi2O3150.5g、B2O33.5gとし、こ
れらを白金ルツボ中で1000℃で融解した後、810
℃に温度を下げて過冷却状態とし、この融液に上
記基板を100rpmで回転しながら接触させて行つ
た。
成長速度は1μm/分で、膜厚300μmに成長させ
た。この材料は波長1.3μmで測定して室温におけ
るフアラデー回転係数が−1700度/cm、フアラデ
ー回転角の30℃における温度係数が0.064度/℃
となり、飽和磁化の大きさは1100Oeであつた。
た。この材料は波長1.3μmで測定して室温におけ
るフアラデー回転係数が−1700度/cm、フアラデ
ー回転角の30℃における温度係数が0.064度/℃
となり、飽和磁化の大きさは1100Oeであつた。
実施例 2
融液組成をYb2O31.5g、Tb2O35.0g、
Fe3O341.8g、PbO206.8g、Bi2O3150.5g、
B2O33.5gとし、育成温度を820℃とした以外は
実施例1と同様に高格子定数GGG基板にエピタ
キシヤル膜を400μm厚に成長させた。得られた膜
組成はYb0.4Tb1.5Bi1.1Fe5O12であり、波長1.3μm
で測定して室温におけるフアラデー回転係数が−
1300度/cm、フアラデー回転角の30℃における温
度係数は0.060度/℃、飽和磁化は1000Oeであつ
た。
Fe3O341.8g、PbO206.8g、Bi2O3150.5g、
B2O33.5gとし、育成温度を820℃とした以外は
実施例1と同様に高格子定数GGG基板にエピタ
キシヤル膜を400μm厚に成長させた。得られた膜
組成はYb0.4Tb1.5Bi1.1Fe5O12であり、波長1.3μm
で測定して室温におけるフアラデー回転係数が−
1300度/cm、フアラデー回転角の30℃における温
度係数は0.060度/℃、飽和磁化は1000Oeであつ
た。
実施例 3
融液組成をYb2O33.4g、Tb2O33.2g、
Fe2O341.8g、PbO206.7g、Bi2O3150.5g、
B2O33.5gとし、育成温度を800℃とした以外は
実施例1と同様にエピタキシヤル成長を行ない、
厚さ200μmのYb0.7Tb0.9Bi1.4Fe5O12の膜を得た。
このエピタキシヤル膜を有する材料は波長1.3μm
で測定して室温におけるフアラデー回転係数が−
2600度/cm、フアラデー回転角の30℃における温
度係数は0.062度/℃、飽和磁化は1300Oeであつ
た。
Fe2O341.8g、PbO206.7g、Bi2O3150.5g、
B2O33.5gとし、育成温度を800℃とした以外は
実施例1と同様にエピタキシヤル成長を行ない、
厚さ200μmのYb0.7Tb0.9Bi1.4Fe5O12の膜を得た。
このエピタキシヤル膜を有する材料は波長1.3μm
で測定して室温におけるフアラデー回転係数が−
2600度/cm、フアラデー回転角の30℃における温
度係数は0.062度/℃、飽和磁化は1300Oeであつ
た。
(発明の効果)
本発明により、波長1.3μmにおいてフアラデー
回転係数の絶対値が1000度/cm以上、フアラデー
回転角の温度変化は0.065度/℃以下、飽和磁化
が1500Oe以下という極めてバランスのとれた磁
気光学素子用材料を得ることができた。このよう
な材料によれば、光アイソレータ、光サーキユレ
ータ等をより小型、軽量化し、低コスト化を図る
ことが可能である。
回転係数の絶対値が1000度/cm以上、フアラデー
回転角の温度変化は0.065度/℃以下、飽和磁化
が1500Oe以下という極めてバランスのとれた磁
気光学素子用材料を得ることができた。このよう
な材料によれば、光アイソレータ、光サーキユレ
ータ等をより小型、軽量化し、低コスト化を図る
ことが可能である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 式:(GdCa)3(GaMgZr)5O12 で表わされる組成を有するガーネツト単結晶基板
と、該基板上にエピタキシヤル成長させた、 式:YbxTbyBi3-x-yFe5O12 で表わされ且つxとyは、x+y≦2.2,x≦y
及び y=−2.3x+21×(12.62−a) (aは上記基板の格子定数で、12.48〜12.53の
範囲の値、単位A)なる条件を満足する磁性ガー
ネツト単結晶膜とからなる磁性光学素子用材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13189686A JPS62288199A (ja) | 1986-06-09 | 1986-06-09 | 磁気光学素子用材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13189686A JPS62288199A (ja) | 1986-06-09 | 1986-06-09 | 磁気光学素子用材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62288199A JPS62288199A (ja) | 1987-12-15 |
JPH0375516B2 true JPH0375516B2 (ja) | 1991-12-02 |
Family
ID=15068689
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13189686A Granted JPS62288199A (ja) | 1986-06-09 | 1986-06-09 | 磁気光学素子用材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62288199A (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4972696A (ja) * | 1972-11-17 | 1974-07-13 | ||
JPS5645895A (en) * | 1979-09-25 | 1981-04-25 | Nec Corp | Growing method of garnet liquid phase epitaxial film |
JPS5878106A (ja) * | 1981-10-29 | 1983-05-11 | Nec Corp | 薄膜磁気光学素子 |
JPS61113026A (ja) * | 1984-11-07 | 1986-05-30 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁気光学素子用媒体 |
-
1986
- 1986-06-09 JP JP13189686A patent/JPS62288199A/ja active Granted
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4972696A (ja) * | 1972-11-17 | 1974-07-13 | ||
JPS5645895A (en) * | 1979-09-25 | 1981-04-25 | Nec Corp | Growing method of garnet liquid phase epitaxial film |
JPS5878106A (ja) * | 1981-10-29 | 1983-05-11 | Nec Corp | 薄膜磁気光学素子 |
JPS61113026A (ja) * | 1984-11-07 | 1986-05-30 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁気光学素子用媒体 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62288199A (ja) | 1987-12-15 |
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