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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