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JPH0424684B2 - - Google Patents
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JPH0424684B2 - - Google Patents

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JPH0424684B2
JPH0424684B2 JP12717588A JP12717588A JPH0424684B2 JP H0424684 B2 JPH0424684 B2 JP H0424684B2 JP 12717588 A JP12717588 A JP 12717588A JP 12717588 A JP12717588 A JP 12717588A JP H0424684 B2 JPH0424684 B2 JP H0424684B2
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JP
Japan
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garnet
degrees
optical
light
film
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JP12717588A
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Yoichi Honda
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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Publication date
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は光アイソレータ材料に用いられる磁気
光学ガーネツトの製法に関する。 〔従来の技術〕 一般に、半導体レーザを光源として、光デイス
ク、光磁気デイスクへの情報の記録、読み出しが
広く行われているが、光源となる半導体レーザか
ら発振された光の一部が、再び半導体レーザに戻
ると、モードホツピングノイズ等の不都合が生じ
るため、この戻り光を遮断する光アイソレータが
必要となる。 光アイソレータは、第1図に示すように、光源
より発振された光の偏波面を45度回転させるフア
ラデー回転子1とそれを挟んで配置された検光子
2、偏光子3とで構成される。ここで偏光子2、
検光子3の光軸は互いに45度傾けられている。す
なわち半導体レーザ4より発振された偏光は、偏
光子2を通過後、フアラデー回転子1により偏波
面を45度回転され、検光子3を通過する(以下こ
の光を順方向の光5と称する)。一方それとは逆
方向の光、例えば光アイソレータを通過した順方
向の光5が光デイスク等に反射されて戻つてきた
光6などは、フアラデー回転子1により再び偏波
面を45度回転され、その偏波面は偏光子2の光軸
と90度傾く。そのため、この偏光子2を通過でき
ない。以上の原理により光アイソレータは、戻り
光6を遮断するものである。 この光アイソレータにおいて順方向の光の損失
ができるだけ小さいことが望まれるがそのために
はフアラデー回転子の厚みを薄くする。あるい
は/及びフアラデー回転子となる磁性ガーネツト
結晶の光吸収係数αを小さくする必要がある。 フアラデー回転子を薄くする、すなわち単位長
さ当たりのフアラデー回転量(以下フアラデー回
転係数という)を大きくする方法としては、磁性
ガーネツトの12面体サイトに位置する希土類元素
を多量のBiで置換した材料(以下Bi置換磁性ガ
ーネツトという)を使用することが効果的であ
る。 波長1.3〜1.55μmの光を用いる光通信システム
においては、量産生の高いLDE法により育成さ
れた(GdBi)3(FeAlGa)5O12(Bi置換鉄・アルミ
ニウム・ガリウムガーネツト)結晶厚膜が、この
波長範囲での光吸収がかなり小さく(吸収係数、
α<2cm-1)、光アイソレータ材料としてすでに
実用化されている。 この磁性ガーネツト厚膜を光デイスクや、光磁
気デイスク等に使用される波長0.78〜0.83μmの通
常0.8μm帯と称される波長領域での光アイソレー
タ材料として使用することが提案されている。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、0.78〜0.83μmの波長領域では、
磁性ガーネツトには3価の鉄(Fe3+)の存在に
よる不可避の光吸収があり、さらにその光吸収が
重なるため、かなり大きな光吸収を示す。この波
長領域で、挿入損失の小さな光アイソレータを実
現するにはBiを多量に置換させた磁性ガーネツ
ト膜において光吸収を低減することが必要となる
が、LPE法により育成された磁性ガーネツトで
は、るつぼ材、フラツクスからの不純物の混入が
避けられず、45度当たりの挿入損失が1.5dB未満
のものは報告されていない。 一方近年、るつぼおよびフラツクスを使用しな
いイオンビームスパツタ法において、12面サイド
をすべてBiで占めているガーネツト、すなわち、
ビスマス鉄ガーネツト(Bi3Fe5O12)の合成が報
告されており、0.8μmの波長での性能指数(挿入
損失1dB当たりのフアラデー回転角)は、55
(deg/dB)が得られている。すなわちフアラデ
ー回転角45度当たりの挿入損失は0.8dBとなる。
しかしながらスパツタによりガーネツトを堆積す
る場合、膜厚を精度良く制御できないという欠点
がある。例えば波長0.78μmで45度のフアラデー
回転をおこす膜厚(18μm)を得ようとすると、
実際に得られる膜厚は、18±4μm範囲でばらつ
く、。すなわち、フアラデー回転角は、45±10度
の範囲でばらつくという問題があつた。この問題
を解決するには、あらかじめ18μmより充分厚い
膜を堆積し18μmまで研磨することが考えられる
が、ビスマス鉄ガーネツトは非常に脆く、研磨中
にクラツクが生じたり、表面に微細な傷がはいる
ことが多く実用的でない。 本発明の技術的課題は、イオンビームスパツタ
によりフアラデー回転が45度に満たないガーネツ
ト膜を堆積した後LPE法により薄膜育成するこ
とで結晶全体のフアラデー回転を45度に制御し、
0.8μm帯の光アイソレータ材料として使用される
磁気光学ガーネツトの製法を提供するものであ
る。 〔課題を解決するための手段〕 本発明によれば、非磁性ガーネツト基板上にイ
オンビームスパツタ法によりフアラデー回転が45
度に数度満たないガーネツト膜を設けて、該ガー
ネツト膜上にLPE法により薄膜育成することを
特徴とする磁気光学ガーネツトの製法が得られ
る。 また、本発明を適用し得る非磁性ガーネツト基
板は、サマリウム・スカンジウム・ガリウム・ガ
ーネツト、ガドリニウム・スカンジウム・ガリウ
ム・ガーネツトに限定されず、ガドリニウム・ガ
リウム・ガーネツト(GGG)で代表される非磁
性ガーネツト基板全般にわたるものである。 また、本発明に適用し得るイオンビームスパツ
タ薄膜の組成は、Bi3Fe5O12に限定されず
Bi3Fe5-xMxO12(x=0〜2 MはGaあるいは/
およびAl)の組成をとるものである。 また、本発明を適用し得るLPE膜は、Pr1.5
Bi1.5Fe4Ca1O12に限定されずBi置換磁性ガーネツ
ト全般にわたるものである。 〔実施例〕 本発明の実施例について説明する。 サマリウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネ
ツト基板{111}上にイオンビームスパツタ法に
より波長0.78μmでフアラデー回転角36度(膜厚
14.4μm)となるようにビスマス鉄ガーネツト
(Bi3Fe5O12)を堆積したところの膜厚のばらつ
きのためフアラデー回転は36±9度の範囲でばら
ついた。これらのスパツタ膜上にフアラデー回転
角がすべて45度となるように0〜9度のフアラデ
ー回転角を有するPr1.5Bi1.5Fe4Ga1O12薄膜(膜厚
0〜6μm)をLPE法により育成した。LPE育成
後のこれらの試料の表面は、いずれも鏡面であ
り、光アイソレータ用フアラデー回転子とするこ
とができた。また、試料の光挿入損失は、第1表
に示す通り、0.8〜1.0dBであつた。第1表には、
比較のためLPE法により育成されたBi置換磁性
ガーネツト厚膜において報告されている最小の挿
入損失値も示した。すなわちイオンビームスパツ
タにより膜を堆積させた後にLPE法により薄膜
を育成させた場合の挿入損失は、LPE法のみで
育成された磁性ガーネツト膜のそれよりも小さか
つた。 尚、本発明を適用し得る波長範囲は、0.78μm
に限定されず、0.78〜0.83μmの通常0.8μm帯と称
される波長領域におよぶ。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing magneto-optic garnets used as optical isolator materials. [Prior Art] In general, information is recorded on and read out from optical disks and magneto-optical disks using a semiconductor laser as a light source, but some of the light emitted from the semiconductor laser as a light source is Returning to a semiconductor laser causes inconveniences such as mode hopping noise, so an optical isolator is required to block this returning light. As shown in Fig. 1, the optical isolator is composed of a Faraday rotator 1 that rotates the plane of polarization of light oscillated by a light source by 45 degrees, an analyzer 2 and a polarizer 3 placed between it. . Here, polarizer 2,
The optical axes of the analyzers 3 are tilted at 45 degrees with respect to each other. That is, after the polarized light emitted from the semiconductor laser 4 passes through the polarizer 2, the plane of polarization is rotated by 45 degrees by the Faraday rotator 1, and passes through the analyzer 3 (hereinafter, this light is referred to as forward light 5). . On the other hand, light in the opposite direction, such as light 5 in the forward direction that has passed through an optical isolator and returned after being reflected by an optical disk etc., has its polarization plane rotated by 45 degrees again by the Faraday rotator 1. The plane of polarization is tilted 90 degrees with respect to the optical axis of polarizer 2. Therefore, it cannot pass through this polarizer 2. Based on the above principle, the optical isolator blocks the return light 6. In this optical isolator, it is desired that the loss of light in the forward direction be as small as possible, and for this purpose, the thickness of the Faraday rotator is made thin. Or/and it is necessary to reduce the optical absorption coefficient α of the magnetic garnet crystal serving as the Faraday rotator. One way to make the Faraday rotator thinner, that is, to increase the amount of Faraday rotation per unit length (hereinafter referred to as the Faraday rotation coefficient), is to use a material in which the rare earth elements located at the dodecahedral sites of magnetic garnet are replaced with a large amount of Bi ( It is effective to use Bi-substituted magnetic garnet (hereinafter referred to as Bi-substituted magnetic garnet). In optical communication systems that use light with a wavelength of 1.3 to 1.55 μm, thick films of (GdBi) 3 (FeAlGa) 5 O 12 (Bi-substituted iron, aluminum, and gallium garnet) crystals grown by the LDE method, which can be produced in large quantities, are used. , the optical absorption in this wavelength range is quite small (absorption coefficient,
α<2cm -1 ), it has already been put into practical use as an optical isolator material. It has been proposed to use this magnetic garnet thick film as an optical isolator material in a wavelength range of 0.78 to 0.83 .mu.m, usually referred to as the 0.8 .mu.m band, used in optical disks and magneto-optical disks. [Problem to be solved by the invention] However, in the wavelength range of 0.78 to 0.83 μm,
Magnetic garnets have unavoidable light absorption due to the presence of trivalent iron (Fe 3+ ), and because these light absorptions overlap, they exhibit considerably large light absorption. In order to realize an optical isolator with low insertion loss in this wavelength range, it is necessary to reduce optical absorption in a magnetic garnet film with a large amount of Bi substituted. The inclusion of impurities from materials and flux is unavoidable, and no insertion loss per 45 degrees has been reported to be less than 1.5 dB. On the other hand, in recent years, in the ion beam sputtering method that does not use a crucible or flux, garnets whose 12 sides are occupied by Bi, that is,
The synthesis of bismuth iron garnet (Bi 3 Fe 5 O 12 ) has been reported, and the figure of merit (Faraday rotation angle per 1 dB of insertion loss) at a wavelength of 0.8 μm is 55
(deg/dB) is obtained. In other words, the insertion loss per Faraday rotation angle of 45 degrees is 0.8 dB.
However, when depositing garnet by sputtering, there is a drawback that the film thickness cannot be precisely controlled. For example, when trying to obtain a film thickness (18 μm) that causes a Faraday rotation of 45 degrees at a wavelength of 0.78 μm,
The actual film thickness that can be obtained varies within a range of 18 ± 4 μm. That is, there was a problem in that the Faraday rotation angle varied within a range of 45±10 degrees. To solve this problem, it is possible to deposit a film thicker than 18 μm in advance and polish it to 18 μm, but bismuth iron garnet is extremely brittle, and cracks may occur during polishing or minute scratches may occur on the surface. It is often impractical. The technical problem of the present invention is to control the Faraday rotation of the entire crystal to 45 degrees by depositing a garnet film with a Faraday rotation of less than 45 degrees by ion beam sputtering, and then growing a thin film using the LPE method.
The present invention provides a method for producing magneto-optic garnets used as optical isolator materials in the 0.8 μm band. [Means for Solving the Problems] According to the present invention, a Faraday rotation of 45
A method for producing a magneto-optic garnet is obtained, which is characterized in that a garnet film of less than a few degrees is provided at a time, and a thin film is grown on the garnet film by the LPE method. Furthermore, the nonmagnetic garnet substrate to which the present invention can be applied is not limited to samarium scandium gallium garnet or gadolinium scandium gallium garnet, but also nonmagnetic garnet substrates typified by gadolinium gallium garnet (GGG). It covers everything. Furthermore, the composition of the ion beam sputtered thin film that can be applied to the present invention is not limited to Bi 3 Fe 5 O 12 .
Bi 3 Fe 5-x M x O 12 (x=0~2 M is Ga or/
and Al). Further, the LPE membrane to which the present invention can be applied is Pr 1.5
It is not limited to Bi 1.5 Fe 4 Ca 1 O 12 but covers all Bi-substituted magnetic garnets. [Example] An example of the present invention will be described. A Faraday rotation angle of 36 degrees (film thickness
When bismuth iron garnet (Bi 3 Fe 5 O 12 ) was deposited to give a thickness of 14.4 μm), the Faraday rotation varied within a range of 36±9 degrees due to variations in the film thickness. On these sputtered films, a Pr 1.5 Bi 1.5 Fe 4 Ga 1 O 12 thin film (film thickness 0 to 6 μm) with a Faraday rotation angle of 0 to 9 degrees was grown using the LPE method so that all Faraday rotation angles were 45 degrees. did. The surfaces of these samples after LPE growth were all mirror surfaces, and could be used as Faraday rotators for optical isolators. Further, the optical insertion loss of the sample was 0.8 to 1.0 dB, as shown in Table 1. In Table 1,
For comparison, we also show the minimum insertion loss value reported for a Bi-substituted magnetic garnet thick film grown by the LPE method. In other words, the insertion loss when the thin film was grown by LPE after being deposited by ion beam sputtering was smaller than that of the magnetic garnet film grown by LPE alone. The wavelength range to which the present invention can be applied is 0.78 μm.
The wavelength range is not limited to 0.78 to 0.83 μm, which is usually referred to as the 0.8 μm band.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した如く、本発明の磁気光学ガーネツ
トの製法によれば、表面状態が良好で挿入損失の
小さな0.8μm帯光アイソレータ材料が再現よく生
産可能となる。
As explained above, according to the method for producing a magneto-optic garnet of the present invention, a 0.8 μm band optical isolator material with good surface condition and low insertion loss can be produced with good reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は光アイソレータの原理を説明するのに
供する図である。 図中、1はフアラデー回転子、2は偏光子、3
は検光子、4は半導体レーザ、5は順方向の光、
6は戻り光である。
FIG. 1 is a diagram used to explain the principle of an optical isolator. In the figure, 1 is a Faraday rotator, 2 is a polarizer, and 3
is an analyzer, 4 is a semiconductor laser, 5 is forward light,
6 is the return light.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 非磁性ガーネツト基板上にイオンビームスパ
ツタ法によりフアラデー回転が45度に数度満たな
いガーネツト膜を設けて、該ガーネツト膜上に
LPE法により薄膜育成することを特徴とする磁
気光学ガーネツトの製法。
1. A garnet film with a Faraday rotation of several degrees less than 45 degrees is provided on a nonmagnetic garnet substrate by ion beam sputtering, and
A method for manufacturing magneto-optical garnets characterized by growing a thin film using the LPE method.
JP12717588A 1988-05-26 1988-05-26 Production of magneto-optical garnet Granted JPH01297618A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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JPH01297618A JPH01297618A (en) 1989-11-30
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