Magnetooptic element

【発明の詳細な説明】 本発明は、ファラデー回転効果を利用した光フィンレータ又はザーキ、レータなどの磁気光学識子に関する。 近時、光7アイパ4信技補の進歩は目ざましい。 低損失7アイバと長時間連硫発儀可Ilな半導体レーザE)6111発により、光フアイバ通信技術は通信量の増加に対応し安イ―でしかも一品質の通信手lRt提供する手段として期待されている。しかしながら、光伝送路の途中に設けられるスイッチ尋OS品から反射される戻り光が光源である半導体レーずに入ゐとレーザ発懺O安定性を損うとい5大きな一層がある。 /cOgJ!io解決のために、光フィンレータをレーず光源の後段にdげることが提案されている。 1.3~1.8声鵬の義*長蕾用光フィンレータとしては電子過信宇金#ILJI研究櫂告0QJI78-138に報告されているように、強磁性体であるイ、トリウ^・鉄・ガーネy ) (YI”l01m 、 YiG)の775.ツブ-効果を用い丸ものが提案されている。この報告で用いられているFIGは7う、クス法で育成され九バルタ単-晶である。 一方、YIGを光が道通するIIに人耐-光面の一転が生ずるためには、YXQli光の入射方向と平行に一気的に飽和していなければならないゆ円関彫に加工したMIGAルタ単結晶を用いる鳩舎には。 飽和の丸めの外部磁場嬬楯めて大赤くなりgoo。 O・・にも達する。ζO関履点を解決するために。 電子過信学金液嶺研究櫂告OQ1gG-1$8 K、示されるごと(、YIGパルタ単結墨を薄板状に研磨し丸ものを用いることが提案されている。 しかしながら、バルタ単結晶を用いるかぎり曽願@55-93449に示されるごとく高品質なYIGバルク単結晶を入手することは極めて1しく、との九-め光アイソレージの原材料コストは高くなり、光アイソレータの普及を凪げている。この解決の九めに上記特許願に開示されるごとく、非磁性ガーネット基板上にエピタキシャル成長させたガーネット厚膜の採用が提案されている。 C1LKより。 本材料コストを安価にすることが胃能である。 ガーネッシ厚at光アイソレータ用07.ラデーー転子として用いる鳩舎O関履点〇一つは、基板とガーネット康との格子1L款差にようで生ずる複鳳折であり丸。複膳折にようてアイソレージ。 ンが劣化する現象は、特願咽S・-04519sKll示される如く基板と腋とos子定数01110.001i以下とすることによりて解決で會九、しかしながら、(111)成長させ九ガーネツシ厚膜の場合には、基板と膜との格子電歇の差を0.001λ以下としてもアイソレージ、/は最大30dB Lか確保できなかった。 ガーネット液相液相エピタキシャル朧成長の方位としては、従来は(111) が用いられてい友。 (111) -b用いられ九のはバブル磁区素子用のガーネット躾の成長方位として専ら(111) が用0られているためK (111g GdaGamO**基板の入手が極めて容1だからである。し示しながら、本発明らの実験によれば光アイソレータの7アラデ一回転子用に用いるガーネット液相エビタ午シャル@f (111) Gd1G幻0*g基板上に育成すると。 (ill) がガーネットにどける所s”キ/り画”であるために結晶性が悪く、前述の如く基板と鵬との格子を数差による複屈折1m力小さくしたとしてもアイソレージ yはたかだか30dBであり九。 本薙@O目的はアイソレージとして用いる場合にはアイソレーションが少くとも35dB以上でとなる磁気光学素子を提供することである。 本発明ら紘、ガーネットのファセット酉である(110)あるいは(意11)K極めて近い面、ナなわら(110)あるいは(2L1から数置傾い九Hを基[11として用い九ガーネ、ト厚麟を光アイソレータとして用いると、(111) 膜を用いた場合と比べ結晶性が良好なことからアイソレージ、ンは改善され、しかも(11G)あるいは(211)の7アセツト函そOものを用いた成長よりも成長連直が支分犬舎(軍れ、厚膜育成に要する時間が(110)あるいは(30身 よりも格段に少なくて済むことを実験的KJL出し友。 しかしながら、本尭明看らO員に―顔な実験によれば口10)あるいは(鵞11)から傾いえ両管表面とする基板上に育成され丸ガーネ、ト一をアイソレージのファラデー-転子として用いる場合。 膜曹内の特定O方位から光を入射84に先場合のみ優れ丸アイソレージ、ンO値を有することが明らかになり九。 以下に本嬌-O厚堰を違べる。Jllllに示すように、〔・eりを成長方向として(Ml(1asOs*単曽晶棒lをチ、クラルス午-法にて引き上げた。この単結晶棒lより、[001)と垂直な[1103を軸とする欅2t-切り出し、さらに第2図に示すように、基板面法線方向が〔110)から(11G)II内の[110]方向に#の角度だけ僅かに傾いた基板を切り出し友。 この基板上に、基板との格子定数の差が9.0005人の磁気光学用材料であるGd、、、Yシ・’6M012ガーネ、トを液相エピタキシャル法により140μmの厚さに成長させた。このクエハより2-41111角のチップを切り出したのち端面を光学研磨し、端面より1.3μmのレーザー光を第3図に示すように(100ン、<110>、<211>、<111>の各方向より入射させてアイソレージ、ンを評価した。 その結果、(001)もしくは(0011より入射させる(Zoo>入射の場合にもっともアイソレージ。 ンが良好であり、(11G)入射はもっともよくなかりた。<211>参よび(111>入射におけるアイソレージ、ンは、(10G)入射と(110)入射との中間の値を示し丸、すなわち、 (10G)入射では394B、<211>および(111)入射では25aB。 (1102入射では11dBであり丸。 光の入射方向によるアイソレージ、ンの-いの原因を詳細に調べたところ、以下のようなことが解り九、 (001)方向に引き上げられた単結晶棒を、JIJIIにして成長の際に導入される成長縞を観察し九ところ第4図の30様であうた。一方、+(001)TIKmm-XtLLa長1114F11に4m(04(D様であ2丸eJI”図に示すよ5に(001)と垂直な(IIOJ を軸とする結晶棒!を結晶棒1から切り出し、第2-に示すような一≧O@O角度で基坂倉結晶棒2より切り出すと、この基1[KFi45図に示すような成長縞が見出され丸、成長縞は成長方向と捻ば垂直である。 成長縞は、-の大きさに如何に拘らず、(11G)面内に投影されたLIIG)とはは平行方向に走りているのが観關され丸、この成員縞唸Gd、G匂01意 単膣墨棒引き上げ時の1転、対流、加電入力の変mによる′-〇?あり、成長縞の所で格子*数が周眉的に微妙に変-していた、第@IIIK示すように基板上に成長させ丸ガーネ、ト厚11iWCCO成長縞は伝畿しいることが、クエハより切り出したチップのX線トポグラフによる観察から明らかKなりた。 成長縞があると成長縞の部分では他の部分と格子定数が微妙に変化している。格子定数の変動による複屈折の効果は、成長縞に垂直に′′′ltf:ltf:入射(第5図ではL:001 )もしく、ま(001))には現われない。しかしながら成長縞と平行に光を入射させる場合(第5図では(IIOJもしくは(1103)には、光の進行方向を2とするとXと1とには格子定款の差によって生ずる歪みを介して屈折率の差、すなわち複屈折が生ずることになる。 この効果はガーネット一の厚さには上記の実験結果および詳細な考案から、本姑1J11をなすに至りた。 すなわち、非砿性ガーネ、ト基板上にエビタ中シャル成長させた磁性ガーネット屓の一面内に光を入射させて皺ガーネット-をファラデー回転子として用いる磁気光学素子において、ガーネット基板の成長方向と平行に光を該ガーネット躾に入射させることを特徴とする磁気光学素子である。 以下に実施例を用いて本発明をIH1lKm明する。 実施例1 (001)を成長方向としてGd1GalO*を単結晶棒をチ、タラルスキー法により引き上げた。この単結晶棒より[001]と垂直な(11G)を軸とする欅を切り出し、この棒より基板画法線方向が(11G)から(11G) ii内O[110]方向に3°だけ傾いた基板を切り出し丸、この基板上に、基板との格子定数差がa、oos@ o磁気光学用材料であるGa-、Yシ畠!・-011ガーネ# ) jll t-液相エビタ午シャル法により141)声mの厚さKIa、長させた。 このクエハより<ioo>と面内に投影され九(11G)とで囲まれたL4m角のチップを切り出し、m板cia、 Ga @Ot *単結晶の引き上げ方向と平行なくIOQ> K光を入射させ光アイソレージのファラデー回転子として用い九、この光アイソレータ0アイソレージ、ンは89dBであう九、一方(110〉方向に入射させた場合にはアイソレージ、ンは18dBであった。 ま丸いずれも一面内に投影され九(211)と(111>とで纒まれるチップを切り出してファラデー-転子として用い丸場倉にはアイソレージ、ンは254Bでありた。 実施例2 (110) を成長方向としてGd、 C31011単結晶棒をチ、タラルスキー法により引き上げ丸。この単結晶棒より1.11G)と垂直な(112)を輪とする欅を切り出し、この棒より基板面法線方向が(112)から(112)面内の(111)方向Kl’だけ傾い友基板を切り出した。この基板上に、基板よりも格子定数差がαooi A大きい磁気光学用材料であるTb、、Yシ・rす01.ガーネット膜を液相エピタキシャル法により15μmの厚さに育成し丸、このウニ^より[110) を-辺とする2-41111jljlのチップを切り出し・基板(jds(jm、01. 単結晶の弓1上げ方向と平行な(1101もしくは(Tlo)に光を入射させて薄膜導波路渥のファラデー回転子として用いた。この光アイソレータのアイソレージ、/は38 dll であり九。 実施例3 (101)を成長方向としてGd1GIIO1!単結晶棒tチ、タラルスキー法により引き上げた。この単結蟲捧より(101)と垂直な(101)を軸をする棒を切り出し、この欅より基板画法線方向が[101]から(101)面内の(010)方向に8°だけ傾い九基板を切り出し丸、この基板上に、基板との格子定数差が(LOOO3ム の磁気光学用材料であるLl(ie、tY鵞、畠に ゙・lO凰諺 ガーネット裏をilIL41mエピタキシャル法により170715mの厚さに冑成し良、このウニ^より(101)を-辺とする14■角のチップを切り出し、基板Gda(j8,01.単結晶の引上げ方向と平行な(101)もしくは(1013に光を入射させて7アラデ一回転子として用いえ、 ゙この光アイソレータのフイソレーシ、ンは36-Bでありた。 実施例4 [112]を成長方向としてq-801-O1単結晶欅tチ、タラルスキー法により引き上げ丸。この単結晶棒より(112)と垂直な(11G)を軸とする棒を切り出し、この欅より基板画法線方向が(110)から(110)側内0(IIT)方向に-だけ傾い九基板を切り出した。この基板上に、基板よりも格子定数差がOoO・7人だけ大きい磁気光学用材料であるGdTh1Y宜-a”・1011ガーネ、トーを液相エピタキシャル法により4.0μmの厚さに育成し九、このクエハ#ηを用いて薄膜導波路形の光集積回路を作った。基板GdlGm1011単結晶の引上げ方向と平行な(112)もしくは(112)にf、に入射させてスイッチを動作させたところスイッチのスイソレーションは3fidBであった。 実施例5 (113)を成長方向としてGdaGm1013卑結蟲欅をチ、タラルスキー法により引き上げた。この単結晶棒より(113)と垂直な[110) を軸とする欅を切り出し、この棒よりjII板面法線方向が(110)から(11G)Ii内においてCi ia)とは、垂直な方向に2′′だけ傾いた基板を切り出した。この2!l&板上に、基板との格子定紋差がαoooaムの磁気光学材料である’I’be、t Yha ’@I01!ガーネットを液相1ピタキシヤル法により160μmの厚さに育成した。 このクエハ(113) を-辺とする5L41111j%のチ。 プを切り出し、基板G d @ G a HOB !単結晶の引上げ方向と平行な(113)もしくは(113,)に光を入射させてファラデー回転子として用いた。 ζや党アイソレータのフイソレーシ、ンは37411であ2丸。 な詔、Gd、Ga、0□、単結晶の引き上げ方向は。 基板として用いる画が(110) から数置傾い友画である場合には(11G)を晶帯軸とする晶1面(hkjjと垂直なくhhl>を引き上げ方向としたいずれの場合においても同様の効果が得られた。また基板両として用いる面が(11冨)から数置傾いえ漏である場合に紘、(112)を晶帯軸とする晶帯El (hskt4 k (ただしj、+に、+27. =0を満足する)と垂直なくhs ks 11>を引き上げ方向としたいずれO場合ゆおいても同様の*Jlがあうた。 以上a@し丸ように、本発明を用いることKよリアイソレージ、ノが少な(とも35dB以上の磁気光学素子が得られる。 図面の一本なalt明 531図は(jdgGagOn単結晶棒を示す、lは(001) を引きけ方向とし丸棒であり、2は(Go l )と!l直な[110]を軸としてlより切り出した単結晶棒を示す、第2図は表面の法線方向が(ltO) 1 t) (lTOJKu41tr # ≧O”)角度り4を傾い九基板を示す。第3図は(11G)あるいは(110)からその表面がaf傾いた基板における光の入射方向を示す、基板表面が(llO)から傾いている場合には、[110) 、 (110) 、 [111]あるいは察される成長縞である。第5図は41図および嬉2図のように切り出された基板に纏察される成長縞である。縞6図は基板から液相エビタキシャルガーネ、ト膜に伝搬され九成長縞を示す。 〔〒12〕〔oo1〕 第3図 萬4図 〔IiO〕 第5凹 1JJ6図 手続補正書(自船 57.11.22 1、事件の表示 昭和56年 特 許 願第153254号2、発明の名称 磁気光学素子 3、補正をする者 事件との関係 出 願 人東京都港区芝五丁目33番1号 (423) 日本電気株式会社 代表者 関本忠弘 4、代理人 〒108 東京都港区芝五丁目37番8号 住人三田ビル電話東京(03)456-3111(大代表)& 補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 &補正の内容 明細書第8頁第12行目K[この効果はガーネット膜の厚さKは上記の実験結」どあるのを[この効果はガーネット膜の厚さにはよらない、上記の実験結」と補正する。