專(zhuān)利名稱：硬磁性柘榴石材料、其單晶體膜的制造方法、法拉第旋轉(zhuǎn)子、其制造方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用于光通信系統(tǒng)的硬磁性柘榴石材料、法拉第旋轉(zhuǎn)子、法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法、鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的制造方法。另外、還涉及采用該法拉第旋轉(zhuǎn)子的光學(xué)裝置、具有該光學(xué)裝置的光通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，與傳輸容量小的電通信相比、光通信的普及在不斷加速。其理由如以下所說(shuō)明那樣。光通信匯總了如下優(yōu)點(diǎn)能夠高速大容量地傳輸、因?yàn)槭褂幂^少中繼器而有利于長(zhǎng)距離傳輸，還不受電磁噪聲的影響。
光與TV·無(wú)線電廣播或無(wú)線通信中使用的電波和電磁波是一致的。但是，光通信中使用的電磁波的頻率是約200THz、相當(dāng)于衛(wèi)星廣播(約10GHz)的約20000倍。所謂的頻率高，就意味著波長(zhǎng)短、相應(yīng)地可以高速地傳輸更多的信號(hào)。順便提一下，在光通信中使用的電磁波的波長(zhǎng)(中心波長(zhǎng))是1.31μm(1310nm)和1.55μm(1550nm)。
光通信中使用的光纖正如所熟知的那樣，形成折射率不同的玻璃的二重結(jié)構(gòu)。通過(guò)中心的芯的光是在芯內(nèi)部反復(fù)地反射，因此即使光纖彎曲，也能正確地傳輸信號(hào)。并且，因?yàn)樵诠饫w中使用了透明度高的高純度石英玻璃、所以光通信每1km僅僅衰減0.2dB左右。因而，不使用放大器也可傳輸約100km，與電通信相比，可減少中繼器的數(shù)目。
電通信中，存在EMI(電磁干擾)問(wèn)題。但是，使用光纖的通信是不受由電磁誘導(dǎo)的噪聲的影響。因此，可極其高品質(zhì)地傳輸信息。
現(xiàn)在的光通信系統(tǒng)是用光發(fā)送器的LD(激光二極管)將電信號(hào)變換成光信號(hào)，用光纖傳輸該光信號(hào)之后，用光接收器的PD(光敏二極管)將其變換成電信號(hào)。這樣，光通信系統(tǒng)中不可缺少的要素是LD、PD、光纖和光連接器。無(wú)論是在較低速且近距離的通信系統(tǒng)、還是在高速且長(zhǎng)距離的通信系統(tǒng)中，除了以上的要素之外，還需要光放大器、光分配器等光傳輸設(shè)備，這些設(shè)備中適用的光隔離器、光耦合器、光分波器、光開(kāi)關(guān)、光調(diào)制器、光衰減器等光學(xué)部件。
高速·長(zhǎng)距離傳輸、或多分岐的光通信系統(tǒng)中特別重要的是光隔離器。在現(xiàn)在的光通信系統(tǒng)中，光隔離器用于光發(fā)送器的LD調(diào)制器和中繼器中。光隔離器是具有僅僅單方向地傳播電磁波、阻止在途中反射回來(lái)的電磁波的作用的光學(xué)部件。光隔離器應(yīng)用了作為磁光學(xué)效果的一種的法拉第效應(yīng)。法拉第效應(yīng)就是透過(guò)表現(xiàn)出法拉第效應(yīng)的材料、即稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜等的法拉第旋轉(zhuǎn)子的光的偏振面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。象法拉第效應(yīng)那樣，光的偏振方向旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)稱呼為旋光性，但是與通常的旋光性不同，對(duì)法拉第效應(yīng)而言，光的進(jìn)行方向不能逆向地返回來(lái)，而且偏振方向旋轉(zhuǎn)。將利用光的偏振方向根據(jù)法拉第效應(yīng)旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象的元件稱為法拉第旋轉(zhuǎn)子。
下面以LD調(diào)制器為例子說(shuō)明光隔離器的功能。
將LD作為同光纖一體化的LD調(diào)制器組裝至光發(fā)送器中。光隔離器是配置在LD和光纖之間、利用了應(yīng)用法拉第效應(yīng)防止反射回光至LD上的功能。反射回光就是從LD射出的光僅僅用光連接器等部件反射回來(lái)的光。反射回光對(duì)于LD，成為噪聲的原因。僅僅單方向地通過(guò)光的光隔離器除去了這個(gè)噪聲，從而維持通信品質(zhì)。
在光發(fā)送器的LD的場(chǎng)合，從LD射出的光的振動(dòng)方向(偏振方向)是規(guī)定于單個(gè)方向，所以可以使用構(gòu)造簡(jiǎn)易的偏振依存型的光隔離器?，F(xiàn)有的偏振依存型的光隔離器10的基本構(gòu)成示于圖6。光隔離器10是由由柘榴石單晶體膜構(gòu)成的法拉第旋轉(zhuǎn)子11、包圍法拉第旋轉(zhuǎn)子11且用于磁化法拉第旋轉(zhuǎn)子11的圓筒狀永久磁鐵12、配置在法拉第旋轉(zhuǎn)子11的表底兩面的偏振鏡13，14構(gòu)成。該偏振鏡13和14是被配置成具有45°的相對(duì)角度。而且，在光隔離器10中，將光進(jìn)入的方向稱為順向，而將反射回來(lái)的方向稱為逆向。
下面，基于圖7(省略了永久磁鐵的記載)、對(duì)光隔離器10阻止逆向的光通過(guò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。其中，圖7(a)表示順向的光通過(guò)光隔離器10的樣子，圖7(b)表示阻止逆向的光通過(guò)光隔離器10的樣子的圖。
如圖7(a)所示，在順向上、通過(guò)偏振鏡13的直線偏振光由法拉第旋轉(zhuǎn)子11旋轉(zhuǎn)45°，通過(guò)被配置成具有45°的相對(duì)角度的偏振鏡14。另一方面，如圖7(b)所示，在逆向上，因?yàn)橥ㄟ^(guò)偏振鏡14的直線偏振光由法拉第旋轉(zhuǎn)子11再旋轉(zhuǎn)45°，則不可通過(guò)偏振鏡13。
以上雖然對(duì)在LD調(diào)制器中使用的偏振依存型的光隔離器10進(jìn)行了說(shuō)明，但是可用于在光放大器中的光隔離器是偏振無(wú)依存型的。在光放大器的場(chǎng)合，直射光從光纖被射入至光隔離器，所以不能使偏振方向特定化。為此，開(kāi)發(fā)了偏振無(wú)依存型的光隔離器。因?yàn)槠浠緲?gòu)成已經(jīng)熟知，這里省略對(duì)其的說(shuō)明。而且，在本發(fā)明中，單獨(dú)提到光隔離器時(shí)，均包含偏振依存型和偏振無(wú)依存型兩者的概念。
法拉第旋轉(zhuǎn)子左右了光隔離器的性能。因此，構(gòu)成法拉第旋轉(zhuǎn)子的材料的特性對(duì)于得到高性能的光隔離器是重要的。在選擇構(gòu)成法拉第旋轉(zhuǎn)子的材料時(shí)重要的方面是在使用波長(zhǎng)(光纖的場(chǎng)合、1.31μm，1.55μm)下，法拉第旋轉(zhuǎn)角是大的、和透明度是高的。作為具有這類(lèi)條件的材料，最初使用了YIG(釔鐵柘榴石，Y3Fe5O12)，但是批量生產(chǎn)性、小型化方面是不足夠的。
之后，發(fā)現(xiàn)用鉍(Bi)取代柘榴石型晶體的稀土類(lèi)部位，法拉第旋轉(zhuǎn)能急劇提高、之后已經(jīng)能夠?qū)⒃揃i置換稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體用于法拉第旋轉(zhuǎn)子了。
可是，以前的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體在飽和磁場(chǎng)以上的磁場(chǎng)中法拉第旋轉(zhuǎn)角表現(xiàn)為一定的值。因此，在不滿飽和磁場(chǎng)的大小的磁場(chǎng)中，法拉第旋轉(zhuǎn)角是與磁場(chǎng)的大小成比例，如果取消外部磁場(chǎng)，則法拉第效應(yīng)消失。因此，如圖6中所示，在以前的光隔離器10中，配設(shè)用于施加飽和磁場(chǎng)以上的磁場(chǎng)至法拉第旋轉(zhuǎn)子11上的永久磁鐵12。
對(duì)于光隔離器10，也期望同其它設(shè)備、部件一樣地小型化、低成本化。但是，永久磁鐵12的存在可以說(shuō)是妨礙了光隔離器10的小型化、低成本化。
以前的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體在取消外部磁場(chǎng)時(shí)，法拉第效應(yīng)就消失，所以可稱之為軟磁性材料。因此，永久磁鐵12的配設(shè)是不可缺少的。但是，與鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體相對(duì)，如果可以賦予硬磁性，就是即使取消外部磁場(chǎng)，也能維持法拉第旋轉(zhuǎn)角的性質(zhì)，則可以省略永久磁鐵12的配設(shè)。永久磁鐵12的省略，使得光隔離器或利用法拉第效應(yīng)的各種設(shè)備、部件的小型化、低成本化。因此，正在進(jìn)行硬磁性的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體的開(kāi)發(fā)。
例如、特開(kāi)平6-222311號(hào)公報(bào)中、公開(kāi)了一種鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜，其是通過(guò)LPE(液相外延生長(zhǎng))法培育的鉍取代稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜，其中所述單晶體膜的化學(xué)組成表示為GdxRyBi3-x-yFe5-z(AlGa)zO12(其中，R是La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Tb，Dy，Er，Tm，Yb，Lu，Y之中的至少一種；x，y，z分別是1.0≤x≤2.5、0≤y≤1.9、0.5≤z≤2.0的數(shù)。)，在與所述單晶體膜面交叉的方向上施加外部磁場(chǎng)而被磁飽和之后，當(dāng)即使除去該外部磁場(chǎng)，也能保持磁飽和時(shí)的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。該單晶體膜如果施加飽和磁化以上的外部磁場(chǎng)，即使取消外部磁場(chǎng)，也可維持法拉第旋轉(zhuǎn)角。但是，作為該鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜，具體公開(kāi)的僅僅是Gd1.8Bi1.2Fe4.0Al0.5Ga0.5O12單晶體膜，而沒(méi)有公開(kāi)其它具體的單晶體膜。
另外，在特開(kāi)平9-185027號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了具有下述組成的硬磁性鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜。而且，特開(kāi)平9-185027號(hào)公報(bào)中指出應(yīng)當(dāng)避免含有Gd、Tb和Dy。
Bi1Eu1Ho1Fe4Ga1O12Bi0.75Eu15Ho0.75Fe4.1Ga0.9O12Bi1Eu2Fe4Ga0.5Al0.5O12再者，特開(kāi)平9-328398號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了對(duì)用LPE法培育的、化學(xué)組成表示為T(mén)b3-xBixFe5-y-zGayAlzO12(式中、1.1≤x≤1.5、0.65≤y+z≤1.2、z≤y)的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜進(jìn)行磁化處理得到的法拉第旋轉(zhuǎn)子。另外、特開(kāi)平10-31112號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了對(duì)用LPE法培育的、化學(xué)組成表示為T(mén)b3-x-yHoxBiyFe5-x-wGazAlwO12(式中、0.40≤x≤0.70、1.30≤y≤1.55、0.7≤z+w≤1.2、0≤w/z≤0.3)的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜進(jìn)行磁化處理而得到的法拉第旋轉(zhuǎn)子。特開(kāi)平9-328398號(hào)公報(bào)和特開(kāi)平10-31112號(hào)公報(bào)中記載的法拉第旋轉(zhuǎn)子表現(xiàn)出矩型的磁滯。
還有，在特開(kāi)2000-180791號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了，通過(guò)使得矯頑力值和殘留磁化值之比為1.5以上，抑制由磁特性的溫度變化和磁壁能量的變化而保持逆向的磁化的磁疇，并得到具有表現(xiàn)出矩型的磁滯的法拉第旋轉(zhuǎn)子的光隔離器。另外，在特開(kāi)2000-180791號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了對(duì)用LPE法培育的、鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜，通過(guò)在600～1100℃的范圍內(nèi)實(shí)施熱處理，改善了矯頑力的磁滯的矩型性。
如以上所述，特開(kāi)平6-222311號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平9-185027號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平9-328398號(hào)公報(bào)中，提出了具有硬磁性的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜。但是，上述的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜是停留在對(duì)是否發(fā)現(xiàn)硬磁性的基本研討上，沒(méi)有提及作為法拉第旋轉(zhuǎn)子所要求的法拉第旋轉(zhuǎn)能、法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度特性、波長(zhǎng)特性、插入損失。
另外，特開(kāi)2000-180791號(hào)公報(bào)中記載的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜具有100Oe(奧斯特)以上的矯頑力，可望有更高矯頑力化。其原因是，在即使取消外部磁場(chǎng)，也可維持法拉第旋轉(zhuǎn)角的硬磁性的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜中，矯頑力越高，就能得到越高的高特性的法拉第旋轉(zhuǎn)子。
對(duì)于法拉第旋轉(zhuǎn)子的實(shí)用化而言，上記法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性、插入損失、矯頑力是重要的特性。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性、插入損失優(yōu)良的硬磁性鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料。另外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制造矯頑力等優(yōu)良的高性能的法拉第旋轉(zhuǎn)子穩(wěn)定的技術(shù)。
還有，本發(fā)明的又一目的是提供具有高性能的法拉第旋轉(zhuǎn)子的光隔離器等光學(xué)裝置。
本發(fā)明的進(jìn)一個(gè)目的是提供具備所述的光學(xué)裝置的光通信系統(tǒng)。
如前述，對(duì)于法拉第旋轉(zhuǎn)子的實(shí)用化，法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失是重要的特性。
此處，法拉第旋轉(zhuǎn)角是與構(gòu)成法拉第旋轉(zhuǎn)子的材料的厚度成比例。因此，將每單位厚度的旋轉(zhuǎn)角稱為法拉第旋轉(zhuǎn)能。因?yàn)樵诠飧綦x器中使用的法拉第旋轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角是45°，所以法拉第旋轉(zhuǎn)能越大，則法拉第旋轉(zhuǎn)子的厚度就可以更薄，對(duì)小型化更有利。
作為光學(xué)裝置的一部分的光隔離器并不一定是在恒溫狀態(tài)下使用，例如需要保證在-40℃至+85℃的溫度范圍內(nèi)動(dòng)作。法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度依存性越小，則就可在更廣的溫度范圍內(nèi)使用。因此，法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度依存性，即溫度特性也是一個(gè)重要的特性。
在現(xiàn)有光隔離器中使用的光的波長(zhǎng)是1.31μm(1310nm)或1.55μm(1550nm)，這始終是中心波長(zhǎng)。也就是說(shuō)，對(duì)于實(shí)際上從LD射出的光的波長(zhǎng)，存在預(yù)定的寬度。因此，法拉第旋轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)依存性，即波長(zhǎng)特性也是必要的特性。特別是，在采用通過(guò)光通信的波長(zhǎng)多重化的大容量傳輸技術(shù)時(shí)，是極其重要的特性。
另外，將射出光相對(duì)于射入光的衰減部分稱為插入損失。為了確保高品質(zhì)的信息傳輸，在法拉第旋轉(zhuǎn)子中，要求降低插入損失。在法拉第旋轉(zhuǎn)子中的插入損失是由構(gòu)成法拉第旋轉(zhuǎn)子的材料的光吸收損失及由于該材料和空氣折射率不同引起的界面反射損失組成?？墒?，通過(guò)在法拉第旋轉(zhuǎn)子表面上施加無(wú)反射涂層，反射損失可降低至忽略不計(jì)的程度。因此，光隔離器的插入損失變成法拉第旋轉(zhuǎn)子的光吸收損失。該光吸收損失是由構(gòu)成鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料的離子的光吸收決定的。
本發(fā)明者為實(shí)現(xiàn)表現(xiàn)出硬磁性、且具有優(yōu)良的法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失而進(jìn)行了研究。由此發(fā)現(xiàn)，在鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料中，在稀土類(lèi)部位，必需含有Gd、Tb和Yb的新型組成是有效的。本發(fā)明正是基于上述發(fā)現(xiàn)，提供一種硬磁性柘榴石材料，其特征在于，化學(xué)組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)、表現(xiàn)出矩型的磁滯。
在本發(fā)明的硬磁性柘榴石材料中，1.0≤a+b+c≤2.3、且0.3≤w≤2.0、優(yōu)選0.1≤a≤1.5、0.3≤b≤2.0、0.1≤c≤1.5、且0.4≤w≤1.5。
本發(fā)明的硬磁性柘榴石材料在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)能可以達(dá)到700°/cm以上。另外，本發(fā)明的硬磁性柘榴石材料在室溫且波長(zhǎng)1550nm下的插入損失可以達(dá)到0.1dB以下。再者，本發(fā)明的硬磁性柘榴石材料，在施加了所述硬磁性柘榴石材料顯示出的飽和磁化以上的大小的外部磁場(chǎng)之后，即使在除去該外部磁場(chǎng)后，所述法拉第旋轉(zhuǎn)能夠?qū)嵸|(zhì)上維持。本發(fā)明的硬磁性柘榴石材料在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度特性可以達(dá)到其目標(biāo)值的13％以下。還有，本發(fā)明的硬磁性柘榴石材料在室溫且波長(zhǎng)1500～1600nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)特性可以達(dá)到其目標(biāo)值的8％以下。
本發(fā)明提供了應(yīng)用以上的硬磁性柘榴石材料的以下法拉第旋轉(zhuǎn)子。即本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)子是使用鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜、使射入的光的偏振面旋轉(zhuǎn)的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述單晶體膜必須含有稀土類(lèi)元素Gd、Tb和Yb，顯示出實(shí)質(zhì)上為矩型的磁滯，且在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)能是700°/cm以上，同時(shí)在室溫和波長(zhǎng)1550nm下的插入損失是0.1dB以下。另外其特征還在于，在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度特性是其目標(biāo)值的13％以下，在室溫和波長(zhǎng)1500～1600nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)特性是其目標(biāo)值的8％以下。
在本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)子中的所述單晶體膜可以含有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Dy，Ho，Er，Tm，Lu，Y和Ca的一種或兩種以上。
本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)子在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)能可達(dá)到800°/cm以上，在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的溫度特性可達(dá)到其目標(biāo)值的11％以下，在室溫和波長(zhǎng)1500～1600nm下的波長(zhǎng)特性可達(dá)到其目標(biāo)值的7％以下，在室溫和波長(zhǎng)1550nm下的插入損失可達(dá)到0.07dB以下。
本發(fā)明還提供采用了以上的法拉第旋轉(zhuǎn)子的以下光學(xué)裝置。本發(fā)明的光學(xué)裝置是以順向的光射入其中的第1光學(xué)元件，與所述第1光學(xué)元件間隔預(yù)定的間距并相向配置的、順向的光從中射出的第2光學(xué)元件，和配置在所述第1光學(xué)元件和所述第2光學(xué)元件之間、使透過(guò)所述第1光學(xué)元件的光的偏振面旋轉(zhuǎn)并向著所述第2光學(xué)元件射出、同時(shí)阻止透過(guò)所述第2光學(xué)元件的逆向的光透過(guò)的法拉第旋轉(zhuǎn)子作為基本的構(gòu)成要素。這里，作為光學(xué)裝置，廣泛地包含光隔離器、光循環(huán)器、光增益控制器、光磁場(chǎng)傳感器、光開(kāi)關(guān)、光衰減器等。另外，作為第1光學(xué)元件和第2光學(xué)元件，可以使用偏振鏡、金紅石等偏振光分離元件等。本發(fā)明的光學(xué)裝置的特征在于，所述法拉第旋轉(zhuǎn)子是由化學(xué)組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜構(gòu)成，且該鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的磁滯顯示為矩型。
光隔離器等光學(xué)裝置，如前述，可適用于光通信系統(tǒng)中的光發(fā)送器。本發(fā)明也提議了將本發(fā)明的光學(xué)裝置應(yīng)用于所述的光通信系統(tǒng)。該提議具有如下部分的光通信系統(tǒng)發(fā)送從電信號(hào)變換成的光信號(hào)的光發(fā)送器、用于傳輸從所述光發(fā)送器發(fā)出的所述光信號(hào)的光傳輸線、接收通過(guò)所述光傳輸線傳輸?shù)乃龉庑盘?hào)、并將所接收的所述光信號(hào)變換成電信號(hào)變換的光接收器，該光通信系統(tǒng)的特征在于，所述光發(fā)送器具有將所述電信號(hào)變換成所述光信號(hào)的電-光變換元件、和配置在所述電-光變換元件和所述光傳輸線之間的光學(xué)裝置；構(gòu)成所述光學(xué)裝置的法拉第旋轉(zhuǎn)子是由化學(xué)組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜構(gòu)成，且該鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的磁滯顯示為矩型。
在光通信系統(tǒng)中，例如在由光纖構(gòu)成的光傳輸線上配置光放大器。在該光放大器中也使用光隔離器等光學(xué)裝置。也可將該光學(xué)裝置作為本發(fā)明的光學(xué)裝置。即在本發(fā)明的光通信系統(tǒng)中，在所述光傳輸線上配置光放大器，所述光放大器具有接收由所述光傳輸線傳輸?shù)墓庑盘?hào)，同時(shí)使被接收的光信號(hào)的偏振面旋轉(zhuǎn)的光學(xué)裝置和放大透過(guò)所述光學(xué)裝置的光信號(hào)的放大裝置，構(gòu)成所述光學(xué)裝置的法拉第旋轉(zhuǎn)子可以由化學(xué)組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜構(gòu)成。因此，該鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的磁滯最好顯示為矩型。
而且，如前述，對(duì)于應(yīng)用硬磁性柘榴石材料的法拉第旋轉(zhuǎn)子的實(shí)用化來(lái)說(shuō)，矯頑力是重要的特性。本發(fā)明者為得到顯示出硬磁性、且具有優(yōu)良的矯頑力的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料進(jìn)行了各種研究。因此，通過(guò)一邊施加外部磁場(chǎng)一邊實(shí)施熱處理(以下、簡(jiǎn)稱為「磁場(chǎng)中熱處理」)，發(fā)現(xiàn)鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料中的磁滯顯示出理想的矩型性、同時(shí)矯頑力提高。也就是說(shuō)，本發(fā)明提供一種法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，其是使用實(shí)質(zhì)上顯示出矩型的磁滯的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于具有如下步驟培育單晶體膜的單晶體膜培育步驟，對(duì)單晶體膜，一邊施加外部磁場(chǎng)一邊實(shí)施熱處理的磁場(chǎng)中熱處理步驟。這里，通過(guò)使在單晶體膜培育步驟中培育的單晶體膜的組成達(dá)到本發(fā)明推薦的組成，即(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12的化學(xué)組成(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)，可得到矯頑力高，且法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性、插入損失方面也是高性能的法拉第旋轉(zhuǎn)子。而且，在本發(fā)明的磁場(chǎng)中熱處理步驟中，在200～1100℃的溫度范圍內(nèi)實(shí)施熱處理對(duì)于提高矯頑力方面是有效的。還有，在磁場(chǎng)中熱處理步驟中的所述溫度范圍內(nèi)保持后，最好對(duì)單晶體膜一邊施加外部磁場(chǎng)一邊冷卻。再者，在磁場(chǎng)中熱處理步驟中的外部磁場(chǎng)最好是300Oe以上，在磁場(chǎng)中熱處理步驟中的熱處理氛圍氣最好是非還原性氛圍氣。
另外，本發(fā)明提供一種法拉第旋轉(zhuǎn)子，其是使用鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜、使射入的光的偏振面旋轉(zhuǎn)的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于所述單晶體膜化學(xué)組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)，且通過(guò)磁場(chǎng)中熱處理在室溫下具有600Oe以上的矯頑力。根據(jù)本發(fā)明者的發(fā)現(xiàn)，通過(guò)構(gòu)成以Gd、Tb和Yb為必需元素的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜，磁特性得以提高。
再者，本發(fā)明提供鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的制造方法，其是實(shí)質(zhì)上顯示出矩型的磁滯的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的制造方法，其特征在于具有如下步驟由液相外延生長(zhǎng)法培育單晶體膜的步驟，對(duì)單晶體膜，在保持加熱的狀態(tài)下使磁疇排列的磁疇排列處理步驟。在磁疇排列處理步驟中，一邊施加300Oe以上的外部磁場(chǎng)一邊在200～1100℃內(nèi)加熱保持是有效的。
本發(fā)明還提供使用法拉第旋轉(zhuǎn)子的以下的光學(xué)裝置。本發(fā)明的光學(xué)裝置是以順向的光射入其中的第1光學(xué)元件，與所述第1光學(xué)元件間隔預(yù)定的間距并相向配置的、順向的光從中射出的第2光學(xué)元件，和配置在所述第1光學(xué)元件和所述第2光學(xué)元件之間、使透過(guò)所述第1光學(xué)元件的光的偏振面旋轉(zhuǎn)并向著所述第2光學(xué)元件射出、同時(shí)阻止透過(guò)所述第2光學(xué)元件的逆向的光透過(guò)的法拉第旋轉(zhuǎn)子作為基本的構(gòu)成要素。本發(fā)明的光學(xué)裝置中，可以使用由鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜構(gòu)成的，在形成與順向的光大致平行的磁場(chǎng)的方向上施加外部磁場(chǎng)且同時(shí)保持加熱而制得的法拉第旋轉(zhuǎn)子。該法拉第旋轉(zhuǎn)子顯示為矩型的磁滯，且在室溫下具有600Oe以上的矯頑力，所以本發(fā)明的光學(xué)裝置例如光隔離器實(shí)現(xiàn)了高性能的隔離。
但是，法拉第旋轉(zhuǎn)子是在將通過(guò)LPE法等形成的Bi取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜(以下、簡(jiǎn)稱為「柘榴石單晶體膜」或僅僅稱為「單晶體膜」。)研磨加工至預(yù)定的厚度后，通過(guò)切斷而制成。本發(fā)明者為得到高性能的法拉第旋轉(zhuǎn)子，從組成以外的觀點(diǎn)也進(jìn)行了各種研討，發(fā)現(xiàn)柘榴石單晶體膜的切斷面的性狀對(duì)法拉第旋轉(zhuǎn)子的性能帶來(lái)影響。這里，作為柘榴石單晶體膜的切斷面的性狀，就是屑片的有無(wú)等，屑片就是切斷柘榴石單晶體膜時(shí)柘榴石單晶體膜的切斷面的邊緣缺損的現(xiàn)象。因此，為得到高性能的法拉第旋轉(zhuǎn)子，構(gòu)成法拉第旋轉(zhuǎn)子的材料的特性當(dāng)然是重要的，而在切斷柘榴石單晶體膜時(shí)如何除掉屑片，這也是重要的關(guān)鍵。
特別地，在硬磁性柘榴石單晶體膜中，該屑片成為重要的問(wèn)題。其理由是，在切斷硬磁性柘榴石單晶體膜時(shí)產(chǎn)生的屑片變成一種晶體缺陷，因此矯頑力顯著地降低。這里，如上述，在硬磁性柘榴石單晶體膜中，矯頑力是重要的要素。而且，矯頑力同柘榴石單晶體膜切斷時(shí)的屑片具有密切的關(guān)系，抑制柘榴石單晶體膜切斷時(shí)的屑片對(duì)于提高矯頑力是極其重要的。
本發(fā)明者為抑制柘榴石單晶體膜切斷時(shí)的屑片，嘗試了各種切斷方法，發(fā)現(xiàn)通過(guò)鋼絲鋸切斷是非常有效的。也就是說(shuō)，本發(fā)明提供了一種拉第轉(zhuǎn)子的制造方法，其是使用鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜、使射入的光的偏振面旋轉(zhuǎn)的法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于具有如下的步驟培育單晶體膜的單晶體膜培育步驟、用鋼絲鋸切斷在該單晶體膜培育步驟中得到的單晶體膜的切斷步驟。本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法對(duì)于上述的具有本發(fā)明所推薦組成的硬磁性材料當(dāng)然是有效的，而且對(duì)于具有其它組成的硬磁性材料也是有效的。而且，不限于硬磁性材料，即使對(duì)于以前的軟磁性材料，也可適用通過(guò)本發(fā)明的鋼絲鋸的切斷。特別地，在用鋼絲鋸切斷由樹(shù)脂等粘合的法拉第旋轉(zhuǎn)子和其它光學(xué)元件的場(chǎng)合，可有效地抑制屑片和切斷時(shí)光學(xué)元件的脫離。
本發(fā)明又提供一種采用鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，具有保持預(yù)定間距相向設(shè)置的表面、底面和在該表面、底面的周?chē)纬傻膫?cè)面，在側(cè)面上均一地形成微細(xì)的凹凸。為了在鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的側(cè)面上均一地形成微細(xì)的凹凸，例如可以使用鋼絲鋸。在本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)子中，使單晶體膜顯示出實(shí)質(zhì)上為矩型的磁滯，是有效的。
本發(fā)明還提供使用法拉第旋轉(zhuǎn)子的以下的光學(xué)裝置。本發(fā)明的光學(xué)裝置是以順向的光射入其中的第1光學(xué)元件，與所述第1光學(xué)元件間隔預(yù)定的間距并相向配置的、順向的光從中射出的第2光學(xué)元件，和配置在所述第1光學(xué)元件和所述第2光學(xué)元件之間、使透過(guò)所述第1光學(xué)元件的光的偏振面旋轉(zhuǎn)并向著所述第2光學(xué)元件射出、同時(shí)阻止透過(guò)所述第2光學(xué)元件的逆向的光透過(guò)的法拉第旋轉(zhuǎn)子作為基本的構(gòu)成要素。本發(fā)明的光學(xué)裝置中，所述單晶體膜的表面、底面可以通過(guò)樹(shù)脂等粘合劑粘合至上述的第1光學(xué)元件或第2光學(xué)元件。而且，在本發(fā)明的光學(xué)裝置中的法拉第旋轉(zhuǎn)子顯示為矩型的磁滯，且在室溫下具有350Oe以上的矯頑力，因此本發(fā)明的光學(xué)裝置是高性能的。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的光通信系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的LD調(diào)制器的構(gòu)成的斜視圖。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的光隔離器的構(gòu)成的圖。
圖4表示在實(shí)施例1中制作的磁性柘榴石材料的矯頑力同磁化的關(guān)系的圖。
圖5表示在實(shí)施例1中制作的磁性柘榴石材料的外部磁場(chǎng)同法拉第旋轉(zhuǎn)角的關(guān)系的圖。
圖6表示以前的光隔離器的構(gòu)成的圖。
圖7用于說(shuō)明光隔離器的原理圖。
圖8用于說(shuō)明LPE法的圖。
圖9表示試樣No.1～9的組成、法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失的表。
圖10表示試樣No.1、10～12的組成、法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失的表。
圖11表示試樣No.13～21的組成、法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失的表。
圖12(a)是實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理的試樣No.26(4πMs＝80G、矯頑力＝1050Oe)磁滯的示意圖、(b)是僅僅實(shí)施熱處理的試樣No.30的磁滯的示意圖。
圖13表示隨著熱處理溫度的變化，矯頑力變動(dòng)的圖。
圖14表示隨著外部磁場(chǎng)的變化，矯頑力變動(dòng)的圖。
圖15(a)是顯示用鋼絲鋸的切斷面的圖、(b)是顯示由模切機(jī)的切斷面的圖。
具體實(shí)施例方式
以下、參照附圖，更詳細(xì)和具體地說(shuō)明本發(fā)明。
首先，采用圖1，對(duì)本發(fā)明適用的光通信系統(tǒng)1進(jìn)行說(shuō)明。
光通信系統(tǒng)1是用于在發(fā)送側(cè)和接收側(cè)之間通過(guò)光信號(hào)傳輸信息的系統(tǒng)。在發(fā)送側(cè)配設(shè)了光發(fā)送器2，而在接收側(cè)配設(shè)了光接收器3。光發(fā)送器2和光接收器3是用由光纖構(gòu)成的光傳輸線4相連接。在光傳輸線4上其中有光放大器5。光放大器5的數(shù)目被設(shè)計(jì)成與光傳輸線4的長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)。
光發(fā)送器2具有電子電路21和LD調(diào)制器22。將作為傳輸對(duì)象的數(shù)據(jù)以電信號(hào)接收的電子電路21在實(shí)施了預(yù)定的處理之后，輸出至LD調(diào)制器22上。LD調(diào)制器22將接收的電信號(hào)變換成光信號(hào)之后，在光傳輸線4中傳輸。
光接收器3具有PD調(diào)制器31和電子電路32。接收從光傳輸線4傳輸?shù)墓庑盘?hào)的PD調(diào)制器31變換成電信號(hào)，輸出至電子電路32上。電子電路32將接收的電信號(hào)輸出至接收側(cè)。
光傳輸線4上配置的光放大器5是為了防止光傳輸線4傳輸?shù)墓庑盘?hào)的衰減而進(jìn)行放大。
圖2是顯示LD調(diào)制器22的構(gòu)成的圖。LD調(diào)制器22具有在罩殼內(nèi)配置的LD222、透過(guò)從LD222輸出的光(信號(hào))的透鏡223、和旋轉(zhuǎn)透過(guò)透鏡223的光(信號(hào))的偏振面的光隔離器(光學(xué)裝置)224。透過(guò)光隔離器224的光(信號(hào))射入至透鏡225。然后，該光(信號(hào))從透鏡225射出至光傳輸線4。
圖3是顯示光隔離器224的構(gòu)成的圖。如圖3所示，光隔離器224的構(gòu)成是在2個(gè)偏振鏡(第1光學(xué)元件、第2光學(xué)元件)224a，224c之間配置了法拉第旋轉(zhuǎn)子224b。2個(gè)偏振鏡224a，224c是間隔預(yù)定的間距地相向配置。這樣，當(dāng)順向的光射入到偏振鏡224a時(shí)，順向的光是從偏振鏡224c朝光傳輸線4射出。
偏振鏡224a、224c可以使用公知的材料。例如，最好是コ一二ング社制的ポ一ラ·コァ(商品名)，但是不限于此。
法拉第旋轉(zhuǎn)子224b使透過(guò)偏振鏡224a的光的偏振面旋轉(zhuǎn)并向著偏振鏡224c射出。而且，法拉第旋轉(zhuǎn)子224b阻止來(lái)自偏振鏡224c的逆向的光透過(guò)。可以阻止該逆向的光透過(guò)的理由上文已經(jīng)說(shuō)明過(guò)，所以這里將其省略。
在本發(fā)明中、該法拉第旋轉(zhuǎn)子224b是由顯示出矩型的磁滯的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜構(gòu)成。
鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的組成最好是(Bi3-xRx)Fe(5-w)MwO12的化學(xué)組成(其中，R＝含有Y的稀土類(lèi)元素的1種或2種以上、M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上)。這里，R是含有Y的稀土類(lèi)元素(La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu)的1種或2種以上。以下、將含有Y的稀土類(lèi)元素稱為「稀土類(lèi)元素R」。
另外，在本發(fā)明的硬磁性柘榴石材料中，優(yōu)選是，0.5≤x≤2.5、且0.2≤w≤2.5，更優(yōu)選是1.0≤x≤2.3、且0.4≤w≤1.5。
作為稀土類(lèi)元素R，特別優(yōu)選Gd、Tb、Yb，作為稀土類(lèi)元素R，更優(yōu)選必須含有Gd、Tb和Yb三種元素。
Gd的磁矩是稀土類(lèi)元素中最大的，所以對(duì)于飽和磁化(4πMs)的降低是有效的。而且，Gd Bi系柘榴石的磁化轉(zhuǎn)換溫度是-10℃左右，比Tb Bi系柘榴石的-50℃轉(zhuǎn)換溫度更接近室溫，所以對(duì)于硬磁性有利。另外，因?yàn)镚d不吸收1.2μm以上的波長(zhǎng)的光，對(duì)于插入損失有利。
Tb是用于確保溫度特性和波長(zhǎng)特性的有效元素。Gd是磁各向異性大的、對(duì)高矯頑力化有效的元素，但是對(duì)于貢獻(xiàn)矯頑力，Tb的這方面是大的。
本發(fā)明的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜是以通過(guò)LPE法形成為前提條件，但是含有Yb是為了使該單晶體膜的晶格常數(shù)同基板的晶格常數(shù)匹配。為了使得法拉第旋轉(zhuǎn)能變大，最好采用含有較多Bi的晶體。這里，法拉第旋轉(zhuǎn)角是與構(gòu)成法拉第旋轉(zhuǎn)子224b的材料的厚度成比例，將每單位厚度的旋轉(zhuǎn)角稱為法拉第旋轉(zhuǎn)能。而且，因?yàn)楣飧綦x器224中使用的法拉第旋轉(zhuǎn)子224b的旋轉(zhuǎn)角是45°，所以法拉第旋轉(zhuǎn)能越大，則法拉第旋轉(zhuǎn)子224b的厚度可變得越薄，對(duì)小型化越有利。
又，在LPE法中使用的基板(以下、稱為L(zhǎng)PE基板)具有預(yù)定的晶格常數(shù)。因?yàn)锽i的離子半徑是大的、僅僅增加Bi的量，不能產(chǎn)生所得的結(jié)晶膜的晶格常數(shù)同基板的晶格常數(shù)的匹配。于是，通過(guò)增加Bi的量、同時(shí)不含有離子半徑小的Yb，導(dǎo)致所得的結(jié)晶膜的晶格常數(shù)同基板的晶格常數(shù)匹配。因此，Yb在光通信中使用的光的波長(zhǎng)域下不發(fā)生光吸收，所以也不會(huì)導(dǎo)致插入損失劣化。
由于以上的理由，在本發(fā)明的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜中，特別優(yōu)選使得其組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12的化學(xué)組成(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)。
另外，在本發(fā)明的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料中，M是取代一部分Fe的元素，其是選自于Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上。其中，從單晶體膜培育的容易性的觀點(diǎn)看，Ga是最好的元素。
在本發(fā)明的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料中，表示Gd、Tb和Yb的含量的a，b和c應(yīng)當(dāng)達(dá)到0.5≤a+b+c≤2.5。如果a+b+c不滿0.5，則離子半徑大的Bi的量變得較多，用于通過(guò)LPE法培育的單晶體膜的同LPE基板的晶格常數(shù)的匹配性不能實(shí)現(xiàn)。又，如果a+b+c超過(guò)2.5，相反地Bi的量變得較少，法拉第旋轉(zhuǎn)能變小。因此，必須使單晶體膜的厚度變厚，否則難以用LPE法培育單晶體膜，招致成品率降低。a+b+c的優(yōu)選范圍是1.0≤a+b+c≤2.3。
另外，a，b和c分別優(yōu)選是0.1≤a≤1.5、0.3≤b≤2.0、0.1≤c≤1.5。將a(Gd量)設(shè)定為0.1以上是為了充分地確保用于得到硬磁性的磁各向異性。另一方面，如果a超過(guò)1.5，因?yàn)門(mén)b和Bi量是不足的，不能得到高的法拉第旋轉(zhuǎn)能。
將b(Tb的量)設(shè)定為0.3以上是為了充分地確保用于得到硬磁性的磁各向異性。另一方面，如果b超過(guò)1.5，在超過(guò)1.5μm(1500nm)的波長(zhǎng)的光下插入損失變大。
將c(Yb的量)設(shè)定為0.1以上是因?yàn)?，如果不滿0.1，則不能確保充分的法拉第旋轉(zhuǎn)能，由此必須增加膜厚。另一方面，如果c超過(guò)1.5，則Gd、Tb和Bi的量不足，由此不能確保高的法拉第旋轉(zhuǎn)能。
在本發(fā)明的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料中、作為M對(duì)Fe的取代量的w設(shè)定為0.2≤w≤2.5。如果w不滿0.2，不能保證所得的單晶體膜具有矩型的磁滯。另一方面，如果w超過(guò)2.5，則在單晶體的培育過(guò)程中在熔融部分中生成不必要的結(jié)晶核，難以健全地培育單晶體。w的較佳范圍是0.3≤w≤2.0，w的更佳范圍是0.4≤w≤1.5。
通過(guò)以上說(shuō)明，采用適當(dāng)?shù)卣{(diào)整化學(xué)組成為(Bi3-xRx)Fe(5-w)MwO12(其中，R＝含有Y的稀土類(lèi)元素的1種或2種以上、M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上)的單晶體膜的組成，得到在-40℃～+85℃的溫度范圍、即在光隔離器的動(dòng)作保證所必需的溫度范圍中體現(xiàn)出法拉第效應(yīng)，同時(shí)在-40℃～+85℃的溫度范圍和波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)能是700°/cm以上的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料。該柘榴石材料在施加了使該材料顯示為飽和磁化以上的大小的外部磁場(chǎng)后，在除去該外部磁場(chǎng)之后，也能實(shí)質(zhì)地維持以上的法拉第旋轉(zhuǎn)能。
另外，在將單晶體膜的組成調(diào)整成以Gd、Tb和Yb三種元素作為稀土類(lèi)元素R所必需的場(chǎng)合，得到在-40℃～+85℃的溫度范圍、即在光隔離器的動(dòng)作保證所必需的溫度范圍中體現(xiàn)出法拉第效應(yīng)，同時(shí)在-40℃～+85℃的溫度范圍和波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)能是700°/cm以上的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料。
又，將Gd、Tb和Yb三種元素作為必需的本發(fā)明的柘榴石材料可以得到如下的特性在-40℃～+85℃的溫度范圍和波長(zhǎng)1310nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)能是1000°/cm以上。
又，根據(jù)本發(fā)明的柘榴石材料，在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度特性可達(dá)到其目標(biāo)值的13％以下。又，該材料在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1310nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度特性可達(dá)到其目標(biāo)值的10％以下。另外，雖然溫度特性也變成負(fù)值，但在本發(fā)明中規(guī)定的溫度特性是絕對(duì)值。這對(duì)于波長(zhǎng)特性也是同樣的。又，本發(fā)明中的目標(biāo)值具有以下的意義。即，現(xiàn)行的光隔離器如前述，旋轉(zhuǎn)角為45°。這個(gè)45°就是在本發(fā)明中所稱的目標(biāo)值。在現(xiàn)行的光隔離器的場(chǎng)合，溫度特性是以這個(gè)45°為基準(zhǔn)求得。例如，在旋轉(zhuǎn)角為60°的場(chǎng)合，溫度特性是以60°為基準(zhǔn)求得。這對(duì)于波長(zhǎng)特性同樣也適用。
又，本發(fā)明的柘榴石材料在室溫和波長(zhǎng)1500～1600nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)特性可以是其目標(biāo)值的8％以下，而在室溫和波長(zhǎng)1250～1360nm下的波長(zhǎng)特性可以是其目標(biāo)值的13％以下。
另外，在本發(fā)明的柘榴石材料中，在重視溫度特性、波長(zhǎng)特性的場(chǎng)合下，使Tb的量增多即可。又，在重視插入損失的場(chǎng)合下，使Gd的量增多即可。另外，在法拉第旋轉(zhuǎn)能變大以重視小型化的場(chǎng)合，使Bi的量增多即可。
本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)子可以由以上所述的通過(guò)LPE法培育的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料的單晶體膜構(gòu)成。該單晶體膜具有如下的構(gòu)成必須含有稀土類(lèi)元素Gd、Tb和Yb，表現(xiàn)出實(shí)質(zhì)上為矩型的磁滯，且在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)能是700°/cm以上，同時(shí)在室溫和波長(zhǎng)1550nm下的插入損失是0.1dB以下。又，在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度特性是其目標(biāo)值的13％以下，在室溫和波長(zhǎng)1500～1600nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)特性是其目標(biāo)值的8％以下。
本發(fā)明的單晶體膜雖然以稀土類(lèi)元素Gd、Tb和Yb作為必需的構(gòu)成元素，但是并不排除含有其它稀土類(lèi)元素。因此，即使除Gd、Tb和Yb之外，還含有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Dy，Ho，Er，Tm，Lu和Y的一種或兩種以上，也包含在本發(fā)明的范圍中。再者，即使除了上述的稀土類(lèi)元素之外，還含有Ca，也包含在本發(fā)明的范圍中。但是，它們的含量應(yīng)當(dāng)控制在不損害本發(fā)明的效果的程度。不過(guò)，是不容易確定具體的含量。
本發(fā)明的單晶體膜的特征在于以稀土類(lèi)元素Gd、Tb和Yb作為必需的構(gòu)成元素。因此，這三種稀土類(lèi)元素之中，Gd和Tb是為了改善法拉第旋轉(zhuǎn)能的溫度特性、波長(zhǎng)特性而被含有的。另一方面，Yb是為同LPE基板的晶格常數(shù)的匹配而被含有的。在本發(fā)明中不排除含有的上述稀土類(lèi)元素之中，Sm、Eu和Dy同Gd和Tb同樣地具有大的磁各向異性。又，Lu，Tm，Er，Ho和Y在離子半徑比Dy更小的這方面是與Yb共同的。
接下來(lái)，說(shuō)明經(jīng)過(guò)單晶體膜培育步驟、著磁步驟、切斷步驟、磁場(chǎng)中熱處理步驟，制造法拉第旋轉(zhuǎn)子的方法。<單晶體膜培育步驟>
本發(fā)明的單晶體膜可以通過(guò)LPE法培育。圖8顯示出了通過(guò)LPE法培育單晶體膜的樣子。
如圖8所示，例如將所得的單晶體膜的原料和焊藥投入至鉑金制的坩堝40中。將投入到坩堝40中的原料和焊藥通過(guò)對(duì)加熱線圈41通電而加熱、熔融，形成熔體42。降低熔體42的溫度到達(dá)過(guò)冷卻狀態(tài)，使LPE基板43一邊旋轉(zhuǎn)一邊同熔體接觸，單晶體膜44在LPE基板43上外延生長(zhǎng)。另外，在培育的單晶體膜44中，從焊藥和坩堝40不可避免地混入了雜質(zhì)，本發(fā)明容許這類(lèi)不可避免的雜質(zhì)的混入，這點(diǎn)就不用說(shuō)了。當(dāng)然，為了使本發(fā)明的效果得以實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選是降低這些雜質(zhì)的混入。
通過(guò)LPE法得到的單晶體膜44被培育成比最終得到的法拉第旋轉(zhuǎn)子224b的厚度更厚若干。這是因?yàn)楣┳餮心ゼ庸ず笥米鞣ɡ谛D(zhuǎn)子224b。另外，對(duì)于法拉第旋轉(zhuǎn)子224b，采用對(duì)所使用的光的波長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)角變成45°的單晶體膜44。換言之，將由LPE法得到的單晶體膜44研磨加工直至法拉第旋轉(zhuǎn)角為45°。法拉第旋轉(zhuǎn)子224b具有大約500μm程度的厚度。研磨加工后，為減低插入損失，優(yōu)選在法拉第旋轉(zhuǎn)子224b的表面上施加無(wú)反射涂層。<著磁步驟>
說(shuō)起著磁步驟，就是對(duì)由單晶體膜44構(gòu)成的法拉第旋轉(zhuǎn)子224b，施加外部磁場(chǎng)。
外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度是設(shè)定為飽和磁場(chǎng)以上，具體地說(shuō)是300Oe以上。外部磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，則可期待拉第轉(zhuǎn)子224b越高矯頑力化。但是，為了防止裝置的高成本化，現(xiàn)有的狀況是將外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度的上限設(shè)定為20kOe左右。更優(yōu)選外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度是500Oe以上，再優(yōu)選外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度是1kOe以上。為了對(duì)法拉第旋轉(zhuǎn)子224b施加飽和磁場(chǎng)以上的磁場(chǎng)，可以使用例如電磁鐵。磁場(chǎng)的施加方向是法拉第旋轉(zhuǎn)子224b應(yīng)該最終著磁的方向，具體地說(shuō)，在法拉第旋轉(zhuǎn)子224b的厚度方向上施加磁場(chǎng)。這里，使用圖3(a)顯示對(duì)法拉第旋轉(zhuǎn)子224b的磁場(chǎng)的施加方向。如圖3(a)中所示，法拉第旋轉(zhuǎn)子224b配置在偏振鏡224a，224c之間，在與光行進(jìn)的方向、即順向的光大致平行的法拉第旋轉(zhuǎn)子224b的厚度方向上施加磁場(chǎng)。
施加外部磁場(chǎng)的時(shí)間可以是1分鐘到1小時(shí)左右。但是，該時(shí)間是由外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度所左右的，在外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度高的場(chǎng)合，具體地說(shuō)是在外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度是500Oe以上的場(chǎng)合，施加外部磁場(chǎng)的時(shí)間即使是數(shù)秒，也可得到上述的高矯頑力化效果。
另外，這個(gè)著磁步驟是對(duì)硬磁性材料進(jìn)行的步驟。又，這個(gè)著磁步驟是不限于在切斷步驟前進(jìn)行，也可在切斷步驟后進(jìn)行。但是，如在切斷步驟之前對(duì)單晶體膜著磁，具有可匯總地進(jìn)行著磁的這種有利點(diǎn)。<切斷步驟>
這個(gè)切斷步驟，就是用鋼絲鋸切斷單晶體膜44。作為鋼絲鋸，例如可使用金剛石鋼絲鋸。金剛石鋼絲鋸是用在鋼絲鋸工法中使用的金剛石工具、將混合了金剛石砥粒的金屬粘接劑的珠粒配列·粘合在專(zhuān)用的鋼絲上。并不限于這種金剛石鋼絲鋸，對(duì)于使用琴鋼線作為鋼絲和氧化鋁等砥粒進(jìn)行切斷，在本實(shí)施的形態(tài)中也稱為鋼絲鋸。
以下、對(duì)由鋼絲鋸切斷是有效的理由進(jìn)行說(shuō)明，之后對(duì)通過(guò)鋼絲鋸的切斷條件進(jìn)行描述。
在硬磁性材料的場(chǎng)合中，通過(guò)鋼絲鋸進(jìn)行切斷是有效的理由如以下所述。也就是說(shuō)，在硬磁性材料中，如果生成屑片，則如上述，磁特性顯著地降低。這樣，由屑片使磁特性降低的理由如以下說(shuō)明的那樣，是基于硬磁性材料的矯頑力發(fā)生構(gòu)造。
表現(xiàn)出硬磁性的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料的矯頑力發(fā)生構(gòu)造是所謂的成核(nucleation)類(lèi)型。這類(lèi)材料具有易于磁化，磁化一次就難以發(fā)生逆磁疇的特征。由于該特征，由單晶體膜44構(gòu)成的法拉第旋轉(zhuǎn)子224b表現(xiàn)出矩型的磁滯。
可是，現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的是，在培育單晶體膜44時(shí)，培育完全沒(méi)有缺陷的完全晶體是極其困難的。因此，通常在單晶體膜44中存在結(jié)晶缺陷，但是該結(jié)晶缺陷成為逆磁疇發(fā)生的核。這里，在單晶體膜44切斷時(shí)發(fā)生屑片的場(chǎng)合，屑片點(diǎn)成為結(jié)晶缺陷，由此成為逆磁疇發(fā)生的核。因此，在上述的單晶體膜培育步驟中，即使能培育接近于盡可能完全的結(jié)晶，在切斷時(shí)發(fā)生屑片的場(chǎng)合，硬磁性材料的磁特性也會(huì)顯著地降低。
因此，為了得到具有高的磁特性的單晶體膜44、更高特性的法拉第旋轉(zhuǎn)子224b，在單晶體膜44切斷時(shí)如何抑制屑片，是極其重要的。
在通過(guò)鋼絲鋸切斷單晶體膜44的場(chǎng)合，單晶體膜44和鋼絲的接觸不是面接觸，而是線接觸。因此，如果同由例如模切機(jī)那樣的面接觸的切斷場(chǎng)合相比較，對(duì)作為切斷對(duì)象的單晶體膜44的負(fù)荷可以非常小，可以將切斷時(shí)的屑片抑制在最小限。通過(guò)如此抑制屑片，使得到用單晶體膜培育步驟培育的維持在接近于完全結(jié)晶的狀態(tài)，磁特性良好的單晶體膜44成為可能。
又，在單晶體膜44的表面、底面，通過(guò)樹(shù)脂等粘合偏振鏡224a、224c等光學(xué)元件，如果在該狀態(tài)下通過(guò)模切機(jī)進(jìn)行切斷，則生成顯著的屑片，在單晶體膜44上暫且粘合的光學(xué)元件從樹(shù)脂等粘合層上剝離。又，發(fā)生光學(xué)元件從模切薄膜脫落的不良狀態(tài)。這些被認(rèn)為是因?yàn)?，通過(guò)用樹(shù)脂等粘合而成為一體的單晶體膜44和光學(xué)元件、即相比于切斷對(duì)象的切斷面積，切斷厚度變得過(guò)厚，通過(guò)象模切機(jī)那樣地面接觸而切斷，對(duì)切斷對(duì)象的負(fù)荷由此變大。另一方面，對(duì)于象鋼絲鋸那樣通過(guò)線接觸進(jìn)行切斷，即使切斷對(duì)象的厚度是厚的場(chǎng)合，對(duì)切斷對(duì)象的負(fù)荷也可以是最小限，結(jié)果切斷時(shí)的屑片可被有效地抑制。
以下、通過(guò)鋼絲鋸對(duì)優(yōu)選的切斷條件進(jìn)行描述。
在鋼絲鋸中使用的鋼絲優(yōu)選是極細(xì)的。這是為了使得對(duì)單晶體膜44的負(fù)荷進(jìn)一步減小。另一方面，在切斷單晶體膜44時(shí)，必需具備預(yù)定的強(qiáng)度的鋼絲。因此，較佳的鋼絲的線徑是0.08～0.3mm，優(yōu)選是0.15～0.2mm。
如后述的實(shí)施例中所示，如果用鋼絲鋸切斷單晶體膜44，則在切斷面上均勻地形成微細(xì)的凹凸。這里，在鋼絲鋸中所用的平均砥粒徑越小，在單晶體膜44的切斷面上形成的微細(xì)的凹凸就越微細(xì)。因此，在鋼絲鋸中使用的平均砥粒徑設(shè)定為1～30μm左右。更優(yōu)選的平均砥粒徑是5～15μm。
鋼絲鋸的運(yùn)行方向是往復(fù)運(yùn)行，運(yùn)行速度是100～700m/min左右。更優(yōu)選的運(yùn)行速度是300～500m/min。即，為了提高切斷效率，使用的所謂的多線鋼絲鋸是有效的。<磁場(chǎng)中熱處理步驟>
本發(fā)明的另一特征是，在切斷法拉第旋轉(zhuǎn)子224b之后，一邊施加外部磁場(chǎng)，一邊進(jìn)行熱處理。通過(guò)該磁場(chǎng)中熱處理，磁滯表現(xiàn)出理想的矩型，同時(shí)矯頑力顯著地提高。
以下，說(shuō)明對(duì)于由單晶體膜44構(gòu)成的法拉第旋轉(zhuǎn)子224b，進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理是有效提高磁滯的矩型性和矯頑力的理由。
顯示出硬磁性的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料的矯頑力發(fā)生構(gòu)造時(shí)所謂成核(nucleation)類(lèi)型。這類(lèi)材料易于磁化，磁化一次就難以發(fā)生逆磁疇。因此，在培育單晶體膜44時(shí)，如上所述，培育完全沒(méi)有缺陷的完全晶體是極其困難的。因此，通常在單晶體膜44存在結(jié)晶缺陷，該結(jié)晶缺陷成為逆磁疇發(fā)生的核。即使對(duì)由產(chǎn)生逆磁疇的單晶體膜44構(gòu)成的法拉第旋轉(zhuǎn)子224b僅僅實(shí)施熱處理(僅僅加熱)，也不能修正磁疇的傾斜。在磁疇的傾斜不被修正的狀態(tài)下，不僅高矯頑力化變得不充分，而且發(fā)生個(gè)體間的矯頑力差別，成品率降低。
另一方面，如本發(fā)明所提出，通過(guò)對(duì)由單晶體膜44構(gòu)成的法拉第旋轉(zhuǎn)子224b一邊施加外部磁場(chǎng)一邊實(shí)施熱處理，可修正磁疇傾斜、使磁滯的矩型性成為理想的形態(tài)。這些被認(rèn)為是，釘固在單晶體膜44中的缺陷等上的磁疇通過(guò)在例如200～1100℃的高溫狀態(tài)下，即在原子容易運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下施加外部磁場(chǎng)，有利于從釘固點(diǎn)解放。通過(guò)實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理，在磁場(chǎng)方向上磁疇都是理想的，由此難以發(fā)生逆磁疇，結(jié)果提高了矯頑力。
接下來(lái)，就對(duì)法拉第旋轉(zhuǎn)子224b實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理時(shí)的優(yōu)選條件進(jìn)行說(shuō)明。
熱處理溫度是200～1100℃。在熱處理溫度不滿200℃的場(chǎng)合，不能充分地開(kāi)放伸縮，且磁疇的旋轉(zhuǎn)也是不充分的。另一方面，如果熱處理溫度超過(guò)1100℃，作為揮發(fā)成分的Bi等構(gòu)成元素的蒸發(fā)是顯著的。因此，如果這些揮發(fā)成分的蒸發(fā)變得顯著，發(fā)生磁滯的矩型性的降低。由此，單晶體膜44的磁各向異性降低，并且矯頑力也降低。更具體地說(shuō)，特征為即使取消外部磁場(chǎng)也能使法拉第旋轉(zhuǎn)角維持的硬磁性的單晶體膜44，在未施加外部磁場(chǎng)時(shí)不能維持法拉第旋轉(zhuǎn)角的狀態(tài)下法拉第旋轉(zhuǎn)子224b的特性劣化。
因此，熱處理溫度是200～1100℃。優(yōu)選的熱處理溫度是400～1000℃、更優(yōu)選的熱處理溫度是500～800℃。
另外，外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度是與上述的著磁步驟的場(chǎng)合相同，為飽和磁場(chǎng)以上、具體地說(shuō)為300Oe以上。外部磁場(chǎng)的優(yōu)選強(qiáng)度即使在磁場(chǎng)的施加方向上也是與上述的著磁步驟的場(chǎng)合相同，為此這里省略其說(shuō)明。
實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理的時(shí)間可以是10分至8小時(shí)左右。但是，該時(shí)間是由外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度所左右，在外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度高的場(chǎng)合，具體地說(shuō)是在外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度是500Oe以上的場(chǎng)合，即使施加磁場(chǎng)中熱處理的時(shí)間是從數(shù)秒至數(shù)分，也能得到上述的高矯頑力化的效果。
熱處理氛圍氣是非還原性氛圍氣，例如在大氣中或氧濃度10％以上的氛圍氣中。
通過(guò)在以上的條件下進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理，可獲得法拉第旋轉(zhuǎn)子224b的高矯頑力化、各個(gè)差別減低，成品率改善等效果。又，即使在上述條件下加熱保持后的冷卻過(guò)程中，也優(yōu)選對(duì)單晶體膜44一邊施加外部磁場(chǎng)一邊冷卻。這時(shí)的外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度是與著磁步驟、磁場(chǎng)中熱處理步驟相同。而且，優(yōu)選施加外部磁場(chǎng)直至室溫。
本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法的特征之一是如上述，對(duì)硬磁性的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜施加磁場(chǎng)中熱處理。因此，該單晶體膜的組成不限于以Gd、Tb和Yb作為必需構(gòu)成元素。但是，通過(guò)使得單晶體膜的組成為本發(fā)明所推薦的化學(xué)組成(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)，可得到法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失優(yōu)良的法拉第旋轉(zhuǎn)子。
又，本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法是以用鋼絲鋸切斷單晶體膜44作為另一特征。通過(guò)該特征，有效地防止了切斷單晶體膜44時(shí)的屑片，可得到矯頑力優(yōu)良的單晶體膜44和法拉第旋轉(zhuǎn)子224b。
另外，在上述的實(shí)施形態(tài)中，雖然對(duì)在切斷單晶體膜44后進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但是磁場(chǎng)中熱處理的時(shí)機(jī)不限于此。由此，也可在切斷步驟前實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理步驟。如果在切斷步驟之前對(duì)單晶體膜實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理，具有可匯總地進(jìn)行熱處理的這種有利點(diǎn)。而且，在進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理的場(chǎng)合下，因?yàn)榭梢栽谶@個(gè)步驟中進(jìn)行著磁，所以也可省略上述的著磁步驟。
又，在上述的實(shí)施形態(tài)中，雖然就單晶體膜44是硬磁性材料的場(chǎng)合進(jìn)行說(shuō)明，但是由鋼絲鋸的切斷對(duì)單晶體膜44為軟磁性材料的場(chǎng)合也是有效的。其理由如以下所述。
軟磁性材料同上述的硬磁性材料的矯頑力發(fā)生構(gòu)造是不同的，因此即使在單晶體膜44切斷時(shí)產(chǎn)生屑片，如果其是容許范圍內(nèi)的屑片(現(xiàn)狀下為100μm以下)，則也不發(fā)生磁特性顯著地降低的問(wèn)題。
但是，在通過(guò)與例如模切機(jī)之類(lèi)的面接觸切斷的場(chǎng)合，如果單晶體膜44切斷時(shí)生成的屑片量增多，則成品率降低。與此相對(duì)，在通過(guò)鋼絲鋸切斷單晶體膜44的場(chǎng)合，如上述，單晶體膜44同鋼絲的接觸變成線接觸。由此，對(duì)作為切斷對(duì)象的單晶體膜44負(fù)荷可以非常的小，可將切斷時(shí)的屑片抑制在最小限。
以上、對(duì)經(jīng)過(guò)單晶體膜培育步驟、著磁步驟、切斷步驟、磁場(chǎng)中熱處理步驟，制造法拉第旋轉(zhuǎn)子的方法進(jìn)行了說(shuō)明。這里，本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法具有的特征在于切斷步驟和磁場(chǎng)中熱處理步驟，本發(fā)明包含以下的形態(tài)。(A)單晶體膜培育步驟→著磁步驟→切斷步驟→磁場(chǎng)中熱處理步驟(硬磁性材料的場(chǎng)合)(B)單晶體膜培育步驟→切斷步驟→磁場(chǎng)中熱處理步驟(硬磁性材料的場(chǎng)合)(C)單晶體膜培育步驟→切斷步驟(硬磁性材料、軟磁性材料的場(chǎng)合)(D)單晶體膜培育步驟→著磁步驟→切斷步驟(硬磁性材料的場(chǎng)合)(E)單晶體膜培育步驟→磁場(chǎng)中熱處理步驟(硬磁性材料的場(chǎng)合)(F)單晶體膜培育步驟→磁場(chǎng)中熱處理步驟→切斷步驟(硬磁性材料的場(chǎng)合)另外，在單晶體膜培育步驟中，得到接近于完全結(jié)晶的理想的單晶體膜44的場(chǎng)合，也可適宜地省略磁場(chǎng)中熱處理步驟。因?yàn)槔硐氲膯尉w膜44從最初時(shí)起特性就是高的，通過(guò)實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理，矯頑力的提高率雖然不是那么大，但是對(duì)于理想的單晶體膜44實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理步驟的場(chǎng)合，也可望有20％左右的矯頑力的提高。另一方面，在單晶體膜培育步驟中得到理想的單晶體膜44的場(chǎng)合，通過(guò)磁場(chǎng)中熱處理步驟提高矯頑力的效果是顯著的。具體地說(shuō)，剛培育之后的單晶體膜44的矯頑力也可被提高至1.5～5.0倍左右。實(shí)際上，接近于完全結(jié)晶的理想的單晶體膜44是非常困難的，由于培育中和冷卻中的溫度坡度引起熱變形，存在由雜質(zhì)等引起的結(jié)晶缺陷，所以最好在單晶體膜培育后實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理。
另外，即使可暫時(shí)地得到理想的單晶體膜44，也會(huì)由加工時(shí)的切斷形變引起特性劣化。因此，為最終得到高特性的法拉第旋轉(zhuǎn)子224b，最好在切斷步驟后實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理步驟。
實(shí)施例以下對(duì)本發(fā)明的具體的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。(實(shí)施例1)*組成以氧化鉍(Bi2O3，4N)、氧化鐵(Fe2O3，4N)、氧化釓(Gd2O3，5N)、氧化鋱(Tb4O7，3N)、氧化鐿(Yb2O3，4N)、氧化鎵(Ga2O3，4N)作為原料，使用圖8中所示的裝置，通過(guò)外延生長(zhǎng)，培育成8種鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜。所用的LPE基板是(111)柘榴石單晶體((GdCa)3(GaMgZr)5O12)。這種基板的晶格常數(shù)是1.2497±0.0002nm。而且，除了所述原料之外，還將氧化鉛(PbO，4N)和氧化硼(B2O3，5N)作為焊藥投入至鉑金制的坩堝40中。
對(duì)所得的單晶體膜進(jìn)行組成分析。其結(jié)果示于圖9中。又，將該單晶體膜研磨至500μm之后，使用VSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測(cè)定磁特性。結(jié)果，試樣No.1的單晶體膜在飽和磁化(4πMs)為60G、矯頑力為600Oe下，如圖4中所示，顯示出良好的矩型磁滯。
又，施加飽和磁化以上大小的外部磁場(chǎng)后，采用法拉第旋轉(zhuǎn)角測(cè)定裝置測(cè)定法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失。其結(jié)果一同示于圖5和圖9中。另外，將該單晶體膜制成具有45°的旋轉(zhuǎn)角。因此，溫度特性、波長(zhǎng)特性方面的目標(biāo)值是45°。又，法拉第旋轉(zhuǎn)能和其溫度特性是在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的值，法拉第旋轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)特性是在室溫和波長(zhǎng)1500～1600nm下的值。又，插入損失是室溫和波長(zhǎng)1550nm下的值(在實(shí)施例2和3中也相同)。另外，對(duì)于溫度特性、波長(zhǎng)特性，對(duì)它們的評(píng)價(jià)也可同時(shí)記載常用的(°/℃)和(°/nm)的值。(實(shí)施例2，3也相同)。
如圖5所示，即使除去外部磁場(chǎng)，試樣No.1的法拉第旋轉(zhuǎn)能也是不變的，試樣No.1的單晶體膜在除去外部磁場(chǎng)后，也表現(xiàn)出矩形的磁滯。
在圖9中，試樣No.1是含有稀土類(lèi)元素Gd、Tb和Yb的本發(fā)明的鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜。另一方面，試樣No.2～4分別是在不含有Gd、Tb和Yb的點(diǎn)與本發(fā)明的試樣No.1不同。又，試樣No.5～8分別是與前述的特開(kāi)平6-222311號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平9-185027號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平9-328398號(hào)公報(bào)和特開(kāi)平10-31112號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的單晶體膜相對(duì)應(yīng)的單晶體膜。
試樣No.1同試樣No.2～4的比較如以下所述。即，不含有Gd的試樣No.2與本發(fā)明的試樣No.1相比插入損失變差。又，不含有Tb的試樣No.3與本發(fā)明的試樣No.1相比溫度特性和波長(zhǎng)特性變差。另外，不含有Yb的試樣No.4的法拉第旋轉(zhuǎn)能是不足的。
又，與本發(fā)明的試樣No.1相比，試樣No.5是波長(zhǎng)特性變差，試樣No.6是溫度特性和波長(zhǎng)特性變差，試樣No.7是插入損失變差，以及試樣No.8是溫度特性變差。
同以上的試樣No.2～8相比，本發(fā)明的試樣No.1的單晶體膜在法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失方面也表現(xiàn)出優(yōu)異的值，可以認(rèn)識(shí)到稀土類(lèi)元素Gd、Tb和Yb作為必需的構(gòu)成元素的必要性。
可是，因?yàn)榇呕且蕾囉跍囟?，即使組成相同，如果測(cè)定時(shí)的溫度變動(dòng)，則矯頑力的值也變動(dòng)。通常，磁化為零時(shí)的溫度稱為補(bǔ)償溫度。又，對(duì)磁化和矯頑力而言，具有如下的關(guān)系Hc＝(AK)/M(式中、K晶體磁各向異性能量、A比例保數(shù)、Hc矯頑力、M磁化)，如果磁化變小，則矯頑力會(huì)變大。因此，即使相同的組成，在磁化為小的補(bǔ)償溫度近旁，矯頑力變大。因此，為了使得室溫下的矯頑力變大，選擇組成以使得補(bǔ)償溫度變成室溫即可。為了使得補(bǔ)償溫度變成室溫附近而最優(yōu)化組成，結(jié)果得到化學(xué)組成為Bi1.0Gd0.3Tb1.4Yb0.3Fe4.3Ga0.7O120的鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜(No.9)。
將該單晶體膜(No.9)研磨至500μm后，采用VSM(振試樣型磁力計(jì))測(cè)定磁特性，結(jié)果在飽和磁化(4πMs)為15G、矯頑力為3500Oe下顯示出良好的矩型磁滯。又，對(duì)該單晶體膜施加飽和磁化以上的大小的外部磁場(chǎng)后，采用法拉第旋轉(zhuǎn)角測(cè)定裝置測(cè)定法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失。所得的結(jié)果一同示于圖9中。而且，法拉第旋轉(zhuǎn)能和其溫度特性是在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的值、法拉第旋轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)特性是在室溫且波長(zhǎng)1500～1600nm下的值。又，插入損失是室溫和波長(zhǎng)1550nm下的值。
這里，進(jìn)行本發(fā)明的試樣No.1和試樣No.9的比較。對(duì)組成最優(yōu)化的試樣No.9，其插入損失是0.07dB，與試樣No.1的插入損失相同，而對(duì)于法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性和波長(zhǎng)特性顯示出比試樣No.1更好的值。因此，可以確認(rèn)的是，通過(guò)在本發(fā)明推薦的范圍中使組成最優(yōu)化，可得到更高性能的法拉第旋轉(zhuǎn)子。(實(shí)施例2)采用與實(shí)施例1相同的手法，得到圖10中所示的4種鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜。另外，圖10中的試樣No.1是在實(shí)施例1中制成的單晶體膜。對(duì)于這些單晶體膜，與實(shí)施例1同樣地測(cè)定法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失。它們的結(jié)果示于圖10中。
從組成方面比較No.1、No.10和No.11，No.1與No.10和No.11相比Tb的含量多。又，No.10與No.1和No.11相比Gd的含量多。以及，No.11與No.1和No.10相比Bi的含量多。
考慮到以上的組成方面的不同而試圖比較測(cè)定的特性，首先，如果Tb的含量增多(No.1)，則可使得溫度特性和波長(zhǎng)特性上升。又，如果Gd的含量增多(No.10)，則可使得插入損失上升。以及，如果Bi含量增多(No.11)，則可使得法拉第旋轉(zhuǎn)能上升。
No.12是Ga的含量低達(dá)0.1的材料，但是未顯示出矩型的磁滯，沒(méi)有體現(xiàn)出在本發(fā)明中所說(shuō)的硬磁性。
如以上所述，本發(fā)明的鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整構(gòu)成元素的含量，可以成為與法拉第旋轉(zhuǎn)子中所要求的各種特性相匹配的材料。(實(shí)施例3)用與實(shí)施例1同樣的手法，得到圖11所示的各種鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜。對(duì)于這些單晶體膜，與實(shí)施例1同樣地測(cè)定法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失。其結(jié)果示于圖11中，但是顯示出No.13～21的試樣所有在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)能均是700°/cm以上，同時(shí)顯示在室溫和波長(zhǎng)1550nm下的插入損失是0.1dB以下。又，在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度特性是其目標(biāo)值的13％以下、室溫和波長(zhǎng)1500～1600nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)特性是目標(biāo)值的8％以下的這些特性。(實(shí)施例4)采用與實(shí)施例1同樣的手法，得到化學(xué)組成為Bi1.0Gd0.6Tb1.0Yb0.4Fe4.1Ga0.9O12.0的鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜。將該單晶體膜制成1mm方塊而得到10個(gè)試樣后，采用VSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測(cè)定這10個(gè)試樣的磁特性。結(jié)果，4πMs是80G、矯頑力是200～400Oe。又，磁性類(lèi)別是硬磁性，均表現(xiàn)出矩型的磁滯。另外，在本實(shí)施例中，矯頑力表示室溫下的值，在以下的實(shí)施例中也相同。
10個(gè)試樣之中，對(duì)5個(gè)試樣在大氣中、800℃、外部磁場(chǎng)3kOe中、進(jìn)行保持5小時(shí)的磁場(chǎng)中熱處理。之后，一邊繼續(xù)施加3kOe外部磁場(chǎng)，一邊冷卻至室溫之后，采用VSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測(cè)定磁特性。以下、將這5個(gè)試樣稱為試樣No.22～26。
另一方面，對(duì)于剩下的5個(gè)試樣，不施加外部磁場(chǎng)而進(jìn)行熱處理(只加熱)后，采用VSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測(cè)定磁特性。以下，將這5個(gè)試樣稱為試樣No.27～31。另外，試樣No.27～31的熱處理?xiàng)l件是與試樣No.22～26相同，在大氣中、800℃、5小時(shí)。
試樣No.27～31(只加熱)的矯頑力是400～600Oe，與此相反，試樣No.22～26(磁場(chǎng)中熱處理)的矯頑力是950～1050Oe、均顯示出900Oe以上的矯頑力。即，可見(jiàn)對(duì)于實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理的試樣No.22～26，顯示出比熱處理前的矯頑力(200～400Oe)高4倍以上的矯頑力。
又，試樣No.27～31(只加熱)中表現(xiàn)出最高的矯頑力的試樣的矯頑力是600Oe、表現(xiàn)出最低的矯頑力的試樣的矯頑力是400Oe。即，試樣No.27～31各個(gè)的矯頑力的差別達(dá)到200Oe。這里，鑒于熱處理前的矯頑力的差別是200Oe，可以說(shuō)通過(guò)僅僅實(shí)施熱處理(只加熱)不能減低各個(gè)矯頑力的差別。
另一方面，對(duì)于試樣No.22～26(磁場(chǎng)中熱處理)，各個(gè)矯頑力的差別是100Oe。因此可見(jiàn)，磁場(chǎng)中熱處理不僅對(duì)提高矯頑力有效，而且也對(duì)減低矯頑力的差別有效。
接著，將實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理的試樣No.26(4πMs＝80 、矯頑力＝1050Oe)磁滯示于圖12(a)中，將僅僅實(shí)施熱處理的試樣No.30(4πMs＝80G、矯頑力＝600Oe)磁滯示于圖12(b)。
如圖12所示，試樣No.26的4個(gè)角大約是90°，顯示出具有理想的形態(tài)的矩型磁滯。另一方面，雖然試樣No.30顯示出矩型的磁滯，但確認(rèn)4個(gè)角是85～95°。
從以上結(jié)果可知，通過(guò)實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理，磁滯顯示為理想的矩型。還確認(rèn)的是磁場(chǎng)中熱處理對(duì)于矯頑力的提高、樣品間的矯頑力差別的減低是極其有效的。因此，在實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理的場(chǎng)合，可穩(wěn)定地得到具有900Oe以上的矯頑力的鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜。(實(shí)施例5)將為了確認(rèn)伴隨著熱處理溫度變化的磁特性的變動(dòng)而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)作為實(shí)施例5進(jìn)行說(shuō)明。
采用與實(shí)施例1同樣的手法，得到化學(xué)組成為Bi1.0Gd0.6Tb1.0Yb0.4Fe4.1Ga0.9O12.0的鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜。將該單晶體膜制成1mm方塊而得到8個(gè)試樣后，采用VSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測(cè)定這8個(gè)試樣的磁特性。其結(jié)果是，4πMs是80G、矯頑力是200～400Oe。而且，磁性類(lèi)別是硬磁性，顯示出矩型的磁滯。
這8個(gè)試樣之中，對(duì)4個(gè)試樣(試樣No.32～35)，進(jìn)行在外部磁場(chǎng)3kOe中保持5小時(shí)的磁場(chǎng)中熱處理。之后，繼續(xù)施加3kOe的外部磁場(chǎng)，同時(shí)冷卻至室溫后，采用VSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測(cè)定磁特性。熱處理溫度為以下所示，而且熱處理在大氣中進(jìn)行。試樣No.32～35的矯頑力示于圖13中。而且，對(duì)剩下的4個(gè)試樣(試樣No.36～39)按照以下所示的條件僅僅進(jìn)行加熱，之后采用VSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測(cè)定磁特性。關(guān)于試樣No.36～39的矯頑力也示于圖13中。<熱處理溫度>
試樣No.32、36400℃試樣No.33、37600℃試樣No.34、38800℃試樣No.35、391000℃
以下、將進(jìn)行了磁場(chǎng)中熱處理的試樣No.32～35的描述曲線稱為曲線a、將僅僅進(jìn)行了加熱的試樣No.36～39的描述曲線稱為曲線b。
在圖13中，實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理的試樣No.32～35在400℃、600℃、800℃、1000℃的任何溫度下，均顯示出比僅僅實(shí)施加熱的試樣No.36～39更良好的矯頑力。也就是說(shuō)，確認(rèn)有與實(shí)施例4有同樣的傾向。
這里，曲線a(磁場(chǎng)中熱處理)和曲線b(只加熱)均是在熱處理溫度為800℃附近，矯頑力表現(xiàn)出峰值?？墒?，曲線a的峰值是約1000Oe，與此相反，曲線b的峰值停留在約500Oe。由此可見(jiàn)，即使采用適當(dāng)?shù)臒崽幚頊囟确秶?，也是難以通過(guò)僅僅加熱而使得矯頑力達(dá)到600Oe以上。另一方面，在實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理的場(chǎng)合，當(dāng)熱處理溫度為500℃附近時(shí)，顯示出600Oe以上的矯頑力，當(dāng)熱處理溫度達(dá)到600℃以上時(shí)，顯示出800Oe以上的優(yōu)異矯頑力。
從以上的結(jié)果可以確認(rèn)，在實(shí)施磁場(chǎng)中熱處理的場(chǎng)合，能夠得到600Oe以上的優(yōu)異矯頑力。又，在本實(shí)施例中，在磁場(chǎng)中熱處理過(guò)程中較佳的熱處理溫度是300～1100℃、優(yōu)選是500～1000℃、更優(yōu)選是700～900℃。(實(shí)施例6)將為了確認(rèn)伴隨著外部磁場(chǎng)變化的磁特性的變動(dòng)而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)作為實(shí)施例6進(jìn)行說(shuō)明。
用實(shí)施例1同樣的手法，得到化學(xué)組成為Bi1.0Gd0.6Tb1.0Yb0.4Fe4.1Ga0.9O12.0的鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜。將該制成單晶體膜1mm方塊而得到4個(gè)試樣后，采用VSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測(cè)定這4個(gè)試樣的磁特性。其結(jié)果是，4πMs是80G、頑磁是500Oe。另外，磁性類(lèi)別是硬磁性，均顯示出矩型的磁滯。
對(duì)于這4個(gè)試樣，將熱處理溫度固定在800℃，使外部磁場(chǎng)變動(dòng)為1kOe(試樣No.40)、2kOe(試樣No.41)、3kOe(試樣No.42)、5kOe(試樣No.43)，并進(jìn)行磁場(chǎng)中熱處理。試樣No.40～43的磁場(chǎng)中熱處理時(shí)間分別是5小時(shí)，且熱處理是在大氣中進(jìn)行。磁場(chǎng)中熱處理后、一邊繼續(xù)施加外部磁場(chǎng)，一邊冷卻至室溫。冷卻后，采用VSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測(cè)定試樣No.40～43的磁特性，4πMs是80。試樣No.40～43的矯頑力示于圖14中。
如圖14所示，隨著外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度增高至1kOe(No.40)、2kOe(試樣No.41)、3kOe(試樣No.42)、5kOe(試樣No.43)，矯頑力也提高。這里，在外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度為1kOe附近時(shí)顯示出約600Oe的矯頑力、在外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度為2kOe附近時(shí)顯示出約800Oe的矯頑力，在外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度為3kOe附近時(shí)顯示出約950Oe的矯頑力。
從以上的結(jié)果可以確認(rèn)，在磁場(chǎng)中熱處理中外部磁場(chǎng)越高，就可得到越優(yōu)良的矯頑力。還可知，設(shè)定熱處理溫度在適當(dāng)?shù)姆秶?，和設(shè)定外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度為1kOe以上時(shí)，可以得到600Oe以上的矯頑力。(實(shí)施例7)將為確定用鋼絲鋸切斷硬磁性單晶體膜時(shí)的成品率而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)作為實(shí)施例7進(jìn)行說(shuō)明。
采用與實(shí)施例1同樣的手法，得到化學(xué)組成為Bi1.0Gd0.6Tb1.0Yb0.4Fe4.0Ga1.0O12.0的鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜。將由此得到的單晶體膜在外部磁場(chǎng)10kOe中著磁后、采用VSM(振動(dòng)試樣型磁力計(jì))測(cè)定磁特性。其結(jié)果是，4πMs是80G、矯頑力是300Oe。而且，磁性類(lèi)別是硬磁性，顯示出矩型的磁滯。另外，在本實(shí)施例中，矯頑力是表示室溫下的值，在以下的實(shí)施例中也相同。
接下來(lái)，采用鋼絲鋸和模切機(jī)，分別從1個(gè)基片切出50個(gè)試樣。切出的各試樣尺寸1.0×1.0mm、厚500μm。而且，利用鋼絲鋸切斷的條件是如以下所示。(由鋼絲鋸切斷的條件)鋼絲線徑0.14mm平均砥粒徑13μm鋼絲鋸的運(yùn)行方向往復(fù)運(yùn)行運(yùn)行速度400m/min結(jié)果，在用模切機(jī)切斷的場(chǎng)合，成品率是80％。切斷后、采用VSM測(cè)定矯頑力，顯示出300±25％Oe的矯頑力。也就是說(shuō)，各個(gè)矯頑力的差別大到25％左右，矯頑力低的情況表現(xiàn)出225Oe左右的低值。
另一方面，在用鋼絲鋸切斷的場(chǎng)合，成品率是96％。切斷后，采用VSM用測(cè)定矯頑力，表現(xiàn)出400±5％Oe的矯頑力。這樣，切斷后的矯頑力比切斷前增加，被認(rèn)為是因?yàn)橥ㄟ^(guò)反磁場(chǎng)的影響變小，矯頑力增加。而且確認(rèn)，對(duì)任何試樣均顯示出350Oe以上的良好矯頑力、各個(gè)矯頑力的差別也少于5％左右。
接下來(lái)，對(duì)用鋼絲鋸切斷的試樣和用模切機(jī)切斷的試樣，用顯微鏡觀察切斷面。用鋼絲鋸切斷的試樣的切斷面示于圖15(a)中，用模切機(jī)切斷的試樣的切斷面示于圖15(b)中。
參看圖15(a)可知，在用鋼絲鋸切斷硬磁性單晶體膜時(shí)，在切斷面上均勻地形成微細(xì)的凹凸。另外，僅僅參看這個(gè)切斷面，則不能判別切斷方向，這意味著可以認(rèn)為切斷面是各向同性的。另外，如圖15(a)所示，即使在邊緣也可大體上觀察到屑片。
另一方面，參考圖15(b)可知，在由模切機(jī)切斷的硬磁性單晶體膜的場(chǎng)合，在切斷面上形成方向性的條紋狀的模樣。該條紋狀的模樣多在單晶體膜的厚度方向中央觀察到。而且，如圖15(b)所示，確知在邊緣上生成了許多屑片。
從以上的結(jié)果可以確認(rèn)，通過(guò)用鋼絲鋸切斷硬磁性單晶體膜，矯頑力提高，和試樣間的差別可減低。而且，在通過(guò)鋼絲鋸切斷硬磁性單晶體膜的場(chǎng)合，可知屑片降低，成品率改善。(實(shí)施例8)
將為確認(rèn)將硬磁性單晶體膜和玻璃偏振鏡粘合之后，切斷時(shí)的成品率而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)作為實(shí)施例8說(shuō)明。
在實(shí)施例8中得的單晶體膜(法拉第旋轉(zhuǎn)子224b)是用圖3(b)中所示的要領(lǐng)用樹(shù)脂粘合至偏振鏡224a、224c上。接著，使用鋼絲鋸和模切機(jī)，從粘合了偏振鏡224a、224c的單晶體膜分別切取出50個(gè)試樣。切取出的各試樣的尺寸是1.0×1.0mm、厚度500μm。另外，使用鋼絲鋸的切斷條件是與實(shí)施例7相同。
用鋼絲鋸切斷后，采用VSM測(cè)定矯頑力，矯頑力是430±2.5％Oe。
另一方面，用模切機(jī)切斷后，采用VSM測(cè)定矯頑力，矯頑力是330±15％Oe。
從以上的結(jié)果得知，在硬磁性單晶體膜同玻璃偏振鏡粘合之后，用鋼絲鋸切斷的場(chǎng)合可得到比用模切機(jī)切斷的場(chǎng)合高約100Oe的矯頑力，但是試樣間的矯頑力的差別非常小。(實(shí)施例9)將為確認(rèn)用鋼絲鋸切斷軟磁性單晶體膜時(shí)的成品率而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)作為實(shí)施例9進(jìn)行說(shuō)明。
除了以氧化鉍(Bi2O3，4N)、氧化鐵(Fe2O3，4N)、氧化鈥(Ho2O3，3N)、氧化鋱(Tb4O7，3N)、氧化鋁(Al2O3，3N)為原料以外，采用與實(shí)施例1同樣的手法得到一種鉍取代型稀土類(lèi)鐵磁性柘榴石單晶體膜。對(duì)所得單晶體膜進(jìn)行組成分析的結(jié)果是Bi1.3Tb1.3Ho0.4Fe4.9Al0.1O12.0。另外，該單晶體膜的磁性類(lèi)別是軟磁性。采用鋼絲鋸和模切機(jī)分別從一個(gè)基片上切取出50個(gè)試樣。切取出的各試樣的尺寸是1.0×1.0mm、厚度500μm。另外，用鋼絲鋸的切斷條件是與實(shí)施例7的相同。
結(jié)果，用鋼絲鋸切斷的場(chǎng)合，成品率是96％。另一方面，在用模切機(jī)切斷的場(chǎng)合，成品率是80％。而且，成品率是基于屑片的尺寸和量。
從以上的結(jié)果可知，鋼絲鋸切斷單晶體膜的場(chǎng)合，相比于由模切機(jī)切斷的場(chǎng)合，成品率大幅度改善。(實(shí)施例10)將為確認(rèn)在軟磁性單晶體膜同玻璃偏振鏡粘合后切斷的場(chǎng)合的成品率進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)作為實(shí)施例10說(shuō)明。
在實(shí)施例9得到的單晶體膜(法拉第旋轉(zhuǎn)子224b)按照?qǐng)D3(b)中所示的要領(lǐng)用樹(shù)脂粘合至偏振鏡224a、224c。接著，粘合了偏振鏡224a、224c的單晶體膜在與實(shí)施例8相同的條件下通過(guò)鋼絲鋸切割成1.0×1.0mm、厚度500μm、50個(gè)。結(jié)果，成品率是100％。
另一方面，將粘合了偏振鏡224a、224c的單晶體膜通過(guò)模切機(jī)切斷成1.0×1.0mm、厚度500μm、50個(gè)。結(jié)果，成品率是90％。
從以上的結(jié)果可知，在將軟磁性單晶體膜同玻璃偏振鏡粘合后用鋼絲鋸切斷的場(chǎng)合，表現(xiàn)出理想的成品率。
通過(guò)以上的實(shí)施例7～實(shí)施例10發(fā)現(xiàn)，通過(guò)用鋼絲鋸切斷鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜，實(shí)現(xiàn)了防止屑片、成品率改善、矯頑力提高的效果。另外可知，即使在為軟磁性材料和硬磁性材料的任一場(chǎng)合，用鋼絲鋸切斷是有效的。
另外確知，不僅在單獨(dú)切斷鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜切斷的場(chǎng)合，而且在鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜同玻璃偏振鏡粘合后切斷的場(chǎng)合，用鋼絲鋸切斷也是有效的。
因此認(rèn)為，用鋼絲鋸切斷鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜、或同玻璃偏振鏡粘合的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜，可有效地實(shí)現(xiàn)屑片防止、成品率改善、矯頑力提高。
而且，在上述的實(shí)施例8和實(shí)施例10中，對(duì)鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜同玻璃偏振鏡粘合后切斷的場(chǎng)合進(jìn)行了說(shuō)明，但是并不限于玻璃偏振鏡玻璃，即使在同雙折射板玻璃、在玻璃上沉積金屬制成的金屬薄膜鏡面等光學(xué)元件粘合后切斷的場(chǎng)合，也有望達(dá)到同樣的效果。
如以上說(shuō)明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，提供了法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性和插入損失優(yōu)良的硬磁性鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料。因此，本發(fā)明采用硬磁性鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料的法拉第旋轉(zhuǎn)子，可實(shí)現(xiàn)小型化·低成本化。而且，本發(fā)明的法拉第旋轉(zhuǎn)子、即法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性、插入損失和矯頑力優(yōu)良的法拉第旋轉(zhuǎn)子應(yīng)用于光學(xué)裝置的場(chǎng)合，可得到高性能的光學(xué)裝置。而且，使用這樣的光學(xué)裝置的本發(fā)明的光通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的光通信。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了矯頑力優(yōu)良的硬磁性鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料，具體地說(shuō)是硬磁性鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜。
權(quán)利要求
1.一種硬磁性柘榴石材料，其特征在于，具有(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12的化學(xué)組成(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)、并表現(xiàn)出矩形的磁滯。
2.如權(quán)利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，1.0≤a+b+c≤2.3、且0.3≤w≤2.0。
3.如權(quán)利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，0.1≤a≤1.5、0.3≤b≤2.0、0.1≤c≤1.5、且0.4≤w≤1.5。
4.如權(quán)利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下法拉第旋轉(zhuǎn)能是700°/cm以上。
5.如權(quán)利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，在施加所述硬磁性柘榴石材料呈現(xiàn)出飽和磁化以上的大小的外部磁場(chǎng)后，當(dāng)除去該外部磁場(chǎng)后、所述法拉第旋轉(zhuǎn)均能被實(shí)質(zhì)地維持。
6.如權(quán)利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度特性是其目標(biāo)值的13％以下。
7.如權(quán)利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，在室溫和波長(zhǎng)1500～1600nm下法拉第旋轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)特性是其目標(biāo)值的8％以下。
8.如權(quán)利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，在室溫和波長(zhǎng)1550nm下插入損失是0.1dB以下。
9.一種法拉第旋轉(zhuǎn)子，其使用鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜并使射入其中的光的偏振面旋轉(zhuǎn)、其特征在于，所述單晶體膜必需含有稀土類(lèi)元素Gd、Tb和Yb、表現(xiàn)出實(shí)質(zhì)上為矩型的磁滯、且在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下法拉第旋轉(zhuǎn)能是700°/cm以上、同時(shí)在所述溫度范圍和所述波長(zhǎng)下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的溫度特性是其目標(biāo)值的13％以下、在室溫和波長(zhǎng)1500～1600nm下的法拉第旋轉(zhuǎn)角的波長(zhǎng)特性是其目標(biāo)值的8％以下、在室溫和波長(zhǎng)1550nm下插入損失是0.1dB以下。
10.如權(quán)利要求9所述的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述單晶體膜除了Gd、Tb和Yb之外、還含有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Dy，Lu，Tm，Er，Ho，Y和Ca之中的一種或兩種以上。
11.如權(quán)利要求9或10所述的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，在-40℃～+85℃的溫度范圍、波長(zhǎng)1550nm下，所述法拉第旋轉(zhuǎn)能是800°/cm以上。
12.如權(quán)利要求9所述的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述溫度特性是其目標(biāo)值的11％以下。
13.如權(quán)利要求9所述的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述波長(zhǎng)特性是其目標(biāo)值的7％以下。
14.如權(quán)利要求9所述的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述插入損失是0.07dB。
15.一種光學(xué)裝置，其具備順向的光射入其中的第1光學(xué)元件、與該第1光學(xué)元件間隔一定的間距相向配置的、所述順向的光從中射出的第2光學(xué)元件、和配置在所述第1光學(xué)元件和所述第2光學(xué)元件之間、使透過(guò)所述第1光學(xué)元件的光的偏振面旋轉(zhuǎn)且向著所述第2光學(xué)元件射出、同時(shí)阻止透過(guò)所述第2光學(xué)元件的逆向的光透過(guò)的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述法拉第旋轉(zhuǎn)子是由化學(xué)組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜構(gòu)成、且該鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的磁滯表現(xiàn)為矩型。
16.一種光通信系統(tǒng)，其具有用于發(fā)射從電信號(hào)變換的光信號(hào)的光發(fā)送器、用于傳輸從所述光發(fā)送器發(fā)射的所述光信號(hào)的光傳輸線、用于接收通過(guò)所述光傳輸線傳輸?shù)乃龉庑盘?hào)、且將接收的所述光信號(hào)變換成電信號(hào)的光接收器、其特征在于，所述光發(fā)送器具有將所述電信號(hào)變換成所述光信號(hào)的電-光變換元件、和配置在所述電-光變換元件和所述光傳輸線之間的光學(xué)裝置，構(gòu)成所述光學(xué)裝置的法拉第旋轉(zhuǎn)子是由化學(xué)組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜構(gòu)成、且該鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的磁滯表現(xiàn)為矩型。
17.一種法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，該法拉第旋轉(zhuǎn)子使用實(shí)質(zhì)上表現(xiàn)出矩型的磁滯的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜，該方法的特征在于，具有如下步驟培育化學(xué)組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的單晶體膜培育步驟、和對(duì)所述單晶體膜一邊施加外部磁場(chǎng)、一邊實(shí)施熱處理的磁場(chǎng)中熱處理步驟。
18.一種法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，該法拉第旋轉(zhuǎn)子使用鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜并使射入其中的光的偏振面旋轉(zhuǎn)，該方法的特征在于，具有如下步驟培育化學(xué)組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的單晶體膜培育步驟、和用鋼絲鋸將在所述單晶體膜培育步驟得到的所述單晶體膜切斷的切斷步驟。
19.一種法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，該法拉第旋轉(zhuǎn)子使用實(shí)質(zhì)上表現(xiàn)為矩型的磁滯的鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜，該方法的特征在于，包括如下步驟培育所述單晶體膜的單晶體膜培育步驟、和對(duì)所述單晶體膜一邊施加外部磁場(chǎng)、一邊實(shí)施熱處理的磁場(chǎng)中熱處理步驟。
20.如權(quán)利要求19所述的法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于，在所述磁場(chǎng)中熱處理步驟中、在200～1100℃的溫度范圍內(nèi)實(shí)施熱處理。
21.如權(quán)利要求20所述的法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于，在所述溫度范圍內(nèi)保持預(yù)定時(shí)間后，對(duì)所述單晶體膜一邊施加外部磁場(chǎng)，一邊進(jìn)行冷卻。
22.如權(quán)利要求19所述的法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于，在所述磁場(chǎng)中熱處理步驟中，其特征在于，所述外部磁場(chǎng)是300Oe以上。
23.如權(quán)利要求19所述的法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，其特征在于，所述磁場(chǎng)中熱處理步驟是在非還原性氛圍氣中進(jìn)行。
24.一種法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，使用鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜并使射入的光的偏振面旋轉(zhuǎn)，所述單晶體膜是化學(xué)組成為(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一種或兩種以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)、且通過(guò)磁場(chǎng)中熱處理在室溫下具有600Oe以上的矯頑力。
25.一種鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的制造方法，該單晶體膜實(shí)質(zhì)上表現(xiàn)為矩型的磁滯，該方法的特征在于，具有如下步驟通過(guò)液相外延生長(zhǎng)法培育所述單晶體膜的步驟、和對(duì)所述單晶體膜、在保持加熱的狀態(tài)下使磁疇排列的磁疇排列處理步驟。
26.一種光學(xué)裝置，其具有順向的光射入其中的第1光學(xué)元件、與該第1光學(xué)元件間隔一定的間距相向配置的、所述順向的光從中射出的第2光學(xué)元件、和配置在所述第1光學(xué)元件和所述第2光學(xué)元件之間、使透過(guò)所述第1光學(xué)元件的光的偏振面旋轉(zhuǎn)且向著所述第2光學(xué)元件射出、同時(shí)阻止透過(guò)所述第2光學(xué)元件的逆向的光透過(guò)的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述法拉第旋轉(zhuǎn)子是由鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜構(gòu)成，通過(guò)在形成與所述順向的光大致平行的磁場(chǎng)的方向上一邊施加外部磁場(chǎng)一邊保持加熱，表現(xiàn)出矩型的磁滯、且在室溫下具有600Oe以上的矯頑力。
27.一種法拉第旋轉(zhuǎn)子的制造方法，該法拉第旋轉(zhuǎn)子使用鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜并使射入的光的偏振面旋轉(zhuǎn)，該方法的特征在于，具有如下步驟培育所述單晶體膜的單晶體膜培育步驟、和用鋼絲鋸將在所述單晶體膜培育步驟中得的所述單晶體膜切斷的切斷步驟。
28.一種采用鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其具有保持預(yù)定間隔且相向設(shè)置的表面、底面和在所述表面、底面的周?chē)纬傻膫?cè)面，其特征在于，在所述側(cè)面上均勻地形成微細(xì)的凹凸。
29.如權(quán)利要求28所述的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述單晶體膜表現(xiàn)出實(shí)質(zhì)上為矩型的磁滯。
30.一種光學(xué)裝置，其具有順向的光射入其中的第1光學(xué)元件、與該第1光學(xué)元件間隔一定的間距相向配置的、所述順向的光從中射出的第2光學(xué)元件、和配置在所述第1光學(xué)元件和所述第2光學(xué)元件之間、使透過(guò)所述第1光學(xué)元件的光的偏振面旋轉(zhuǎn)且向著所述第2光學(xué)元件射出、同時(shí)阻止透過(guò)所述第2光學(xué)元件的逆向的光透過(guò)的法拉第旋轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述法拉第旋轉(zhuǎn)子是由鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石單晶體膜構(gòu)成，且所述單晶體膜具有保持預(yù)定間隔且相向設(shè)置的表面、底面和在所述表面、底面的周?chē)纬傻膫?cè)面，所述側(cè)面是各向同性的切斷面。
31.如權(quán)利要求30所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述單晶體膜的所述表面、底面通過(guò)粘合劑與所述第1光學(xué)元件或所述第2光學(xué)元件粘合。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供法拉第旋轉(zhuǎn)能、溫度特性、波長(zhǎng)特性、插入損失優(yōu)良的硬磁性鉍取代型稀土類(lèi)鐵柘榴石材料?；瘜W(xué)組成為(Bi
文檔編號(hào)G02F1/00GK1428629SQ0215715
公開(kāi)日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月25日
發(fā)明者菅原保, 大井戶敦, 山澤和人 申請(qǐng)人:Tdk株式會(huì)社