(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる光学特性を有する２種類の誘電体薄膜がその厚さに規則性をもって交互に積層された２つの誘電体多層膜と、該２つの誘電体多層膜の間に設けたビスマス置換希土類鉄ガーネットからなる磁性体薄膜とを有する磁気光学体において、
前記２種類の誘電体薄膜の交互の積層の回数はｎであるように２つの誘電体多層膜のそれぞれが構成されるとともに、前記誘電体多層膜と前記磁性体薄膜との間に光学的厚さが使用波長λに対してλ／８の第３の誘電体薄膜を設け、
前記第３の誘電体薄膜は、前記誘電体多層膜を構成する２種類の誘電体薄膜のうち光屈折率が大きい方の誘電体薄膜と同一材料からなり、
前記誘電体多層膜は、前記誘電体多層膜を構成する２種類の誘電体薄膜のうち光屈折率が小さい方の誘電体薄膜が前記第３の誘電体薄膜と接するように構成され、
前記磁性体薄膜の光屈折率は、前記２種類の誘電体薄膜の各光屈折率の間の値であることを特徴とする磁気光学体。
【請求項２】
請求項１記載の磁気光学体において、第３の誘電体薄膜はSiで形成されることを特徴とする磁気光学体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の磁気光学体において、前記誘電体多層膜を構成する２種類の誘電体薄膜のうち光屈折率の小さい方の誘電体薄膜がSiO2で形成されることを特徴とする磁気光学体。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の磁気光学体を用いることを特徴とする光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信、光計測システム等に用いられる光アイソレータに係り、より詳しくは磁気光学体及びこの磁気光学体を用いる光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザを光源にする光ファイバ通信システム、特に高速ディジタル伝送やアナログ直接変調方式による光システムにおいては、光ファイバ回路中に使用している光コネクタ接続点や光回路部品等からの反射光がレーザに再入射して生じる反射雑音がシステム及びデバイス設計上の大きな問題になる事が多い。この場合、反射再入射光を除去する目的で光アイソレータが使用される。光アイソレータの基本的機能は半導体レーザ（光源）からの出射光を光アイソレータを通して無損失で光ファイバ等の伝送路に伝送する一方、光ファイバ等からの反射光を遮断して半導体レーザ（光源）に戻さないようにするものである。
【０００３】
光ファイバ通信システムに用いられる光アイソレータは、入射光の偏光面を４５度回転させるファラデー効果（磁気光学効果）を有し、半導体レーザ等の光源からの出射光を無損失で伝送路に伝送する一方、前記伝送路からの反射光を遮断して前記光源側に戻さないようにしている。
【０００４】
従来の通信用光アイソレータで一般的なものとして、偏光子と、検光子と、ファラデー効果（磁気光学効果）を有し前記偏光子及び検光子の間に設けられる磁気光学体とから構成されるものがある。
図１２に通信用光アイソレータの構造を示し、図１３にその動作原理を示す。図１２の通信用光アイソレータは、偏光子２Ａ及び検光子２Ｂと、偏光子２Ａ及び検光子２Ｂの間に設けられ光の偏光面を４５度回転させるファラデー回転子（ファラデー素子、磁気光学素子）１と、磁場を印加するために用いるための永久磁石３とから大略構成されている。
【０００５】
図１３（I）に示す順方向から入射してくる光１０１は偏光していない光であるが、偏光子２Ａを通過すると偏光子２Ａの偏光方向の成分だけの光１０２になる。次に、ファラデー回転子１を通過すると偏光方向が４５度回転した光１０３となる。この４５度回転した光の偏光方向と平行になるように検光子２Ｂの偏光方向をあわせると光は損失が最小の状態で検光子２Ｂを通過していく。一方、図１３（II）のように、光ファイバなどから反射し逆方向に進んできた光１０５のうち、検光子２Ｂの偏光方向の成分１０６だけがここを通過し、ファラデー回転子１に逆方向から入射する。この光はファラデー効果特有の非相反性により、順方向の場合と同じ向きにさらに４５度回転する。その結果、ファラデー回転子１を通過したあとは偏光子の偏光方向と直交した光１０７となり光は遮断されて光源には戻らない。
【０００６】
このファラデー回転子である磁気光学素子として、イットリウム鉄ガーネット(YIG) やビスマス置換希土類鉄ガーネット(BiYIG)のような比較的大きな固有の磁気光学効果を有する材料を GGG（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット）単結晶基板上に液相エピタキシャル（ＬＰＥ）成長にて厚膜化して得た単結晶厚膜がある。しかしながら、この単結晶厚膜は液相エピタキシャル（ＬＰＥ）成長にて形成することから、たとえば光アイソレータとして用いる場合、光アイソレータとして機能するのに必要となる４５度のファラデー回転角を確保するためには、膜厚が厚くなり、ひいては外形寸法が大きくなり上記要望に適切には応え得るものにはなっていなかった。また、膜厚が厚いことから光吸収損失が大きく（透過率が悪く）なってしまうという問題点があった。
【０００７】
さらに、液相エピタキシャル（ＬＰＥ）成長では多くの制御パラメータが使用されており、厚膜を成長させるためには、その製造技術が十分なものとなっていないというのが実情であった。さらに、ガーネット厚膜について偏光角が４５度回転とするためには、液相エピタキシャル（ＬＰＥ） により成長させた厚膜を所定の厚さに精密研磨し、さらにARコートした後、光アイソレータのサイズに切断する。ところで、Bi置換ガーネットは膜厚が数百μｍであり、きびしい加工精度が要求される。また基板となるGGG 単結晶ウェーハは非常に高価であるという問題も含んでいる。
【０００８】
一方、本出願の発明者は上記のLPE で作製する磁気光学素子の問題点を考慮し、磁気光学効果の向上のために磁気光学膜の光学的なエンハンスメント効果を利用するように構成した磁気光学体を用い、この磁気光学体と、偏光子及び検光子とを組み合わせて構成した光アイソレータを提案している。
この磁気光学体の構成としては磁性体と誘電体との各層の厚さを不規則にして薄膜状に形成したものや、磁性体及び誘電体がその厚さに規則性をもって交互に積層された２つの誘電体多層膜と不規則積層部とを備えたものがある。このとき、偏光子及び検光子としては、方解石のローションプリズムやくさび型のルチル単結晶あるいは偏光ビームスプリッタ(PBS) 等が用いられている。
【０００９】
図１４に本発明者らが提案した光アイソレータに用いる光学的なエンハンスメント効果を利用するように構成した磁気光学体を示す。この磁気光学体２００は、中央部にビスマス置換希土類ガーネット(BiYIG) 〔磁気光学薄膜２０７〕を用い、その両側にそれぞれ、反射層２１０，２１１として、たとえば、低屈折薄膜としてSiO2(Mt=1.415) 、高屈折膜として赤外光領域で透光性のよいSi(Ms=3.11)を用いて大略構成されている。
【００１０】
より具体的には、この磁気光学体２００は、中央部にビスマス置換希土類鉄ガーネットBiYIG((BiY)3Fe5O12) 、BiTbIG((BiTb)3Fe5O12) 、あるいはセリウム置換希土類鉄ガーネット(CeRIG) 〔磁気光学薄膜２０７〕を用い（ここではBiYIG を用い）、その両側にそれぞれ、反射層として、(SiO2/Si) の積層膜〔誘電体多層膜２１０〕及び(Si/SiO2) の積層膜〔誘電体多層膜２１１〕を設けて形成され、(SiO2/Si)n/BiYIG/(Si/SiO2)n 構造の多層膜の磁気光学体となっている。ここでBiYIG 薄膜はスパッタ等により作製される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に(SiO2 / Si)n/BiYIG/(Si/SiO2)n  構造の多層膜の磁気光学体の光透過率とファラデー回転角を示す。この図に示すように大きなファラデー回転角を得るためには(Si/SiO2) の積層数を多くしなければならないが、その場合、光透過率が悪くなる。換言すれば、上述した多層膜ひいては積層膜タイプの磁気光学体については、これまで、大きなファラデー回転角と高い光透過率とは互いに逆の関係にあった。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光透過率を減少させないでファラデー回転角を大きくできる磁気光学体及びこの磁気光学体を用いた光アイソレータを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、異なる光学特性を有する２種類の誘電体薄膜がその厚さに規則性をもって交互に積層された２つの誘電体多層膜と、該２つの誘電体多層膜の間に設けたビスマス置換希土類鉄ガーネットからなる磁性体薄膜とを有する磁気光学体において、前記２種類の誘電体薄膜の交互の積層の回数はｎであるように２つの誘電体多層膜のそれぞれが構成されるとともに、前記誘電体多層膜と前記磁性体薄膜との間に光学的厚さが使用波長λに対してλ／８の第３の誘電体薄膜を設け、前記第３の誘電体薄膜は、前記誘電体多層膜を構成する２種類の誘電体薄膜のうち光屈折率が大きい方の誘電体薄膜と同一材料からなり、前記誘電体多層膜は、前記誘電体多層膜を構成する２種類の誘電体薄膜のうち光屈折率が小さい方の誘電体薄膜が前記第３の誘電体薄膜と接するように構成され、前記磁性体薄膜の光屈折率は、前記２種類の誘電体薄膜の各光屈折率の間の値であることを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁気光学体において、第３の誘電体薄膜はSiで形成されることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の磁気光学体において、前記誘電体多層膜を構成する２種類の誘電体薄膜のうち光屈折率の小さい方の誘電体薄膜がSiO2で形成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載に係る光アイソレータの発明は、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の磁気光学体を用いることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者は、異なる光学特性を有する２種類の誘電体薄膜がその厚さに規則性をもって交互に積層された誘電体多層膜と、該２つの誘電体多層膜の間に設けた磁性体薄膜とを有する磁気光学体において、前記２種類の誘電体薄膜のうち、一方の誘電体薄膜はその光屈折率を大きくし、かつ、他方の誘電体薄膜はその光屈折率を小さくして、２種類の誘電体薄膜の屈折率の差を大きくとることにより、この磁気光学体の中心部により強い光の局在化を示すことを見出した。
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を図１ないし図１１に基づいて説明する。本発明の第１実施の形態に係る磁気光学体の構成は、図１に大略示されるが、この説明に先だって、磁気光学体を構成する磁性体薄膜及び誘電体多層膜について図５ないし図６に基づいて説明する。
【００１８】
例えば、低屈折薄膜としてSiO2(屈折率Mt=1.415) 、高屈折膜として赤外光領域で透光性のよいSi(Ms=3.11)を用いた場合の磁気光学体を以下に示す。なお、高屈折膜として赤外光領域で透光性の良いGeを用いてもかまわない。
【００１９】
磁気光学体は、この光アイソレータを構成するが、この一例として、中央部にビスマス置換希土類鉄ガーネットBiYIG((BiY)3Fe5O12) 、BiTbIG((BiTb)3Fe5O12) 、あるいはセリウム置換希土類鉄ガーネット(CeRIG) 磁気光学薄膜（例えばここではBiYIG 磁気光学薄膜）を用い、その両側にそれぞれ、反射層として、(SiO2/Si) の積層膜〔誘電体多層膜〕及び(Si/SiO2) の積層膜〔誘電体多層膜〕を設けて形成された(SiO2/Si)n/BiYIG/(Si/SiO2)n 構造（ｎは誘電体多層膜の積層数を示す。以下、同様である。）の多層膜の磁気光学体がある。ここでBiYIG 薄膜はスパッタ等により作製される。
なお、スパッタ法以外〔蒸着法、ＣＶＤ（化学的気相成長法）など〕でも、(SiO2/Si)n多層膜の作製は可能である。
【００２０】
前記(SiO2/Si) の積層膜及び(Si/SiO2) の積層膜のSiO2の屈折率Mtは、Siの屈折率Msよりも小さく、それぞれの厚さDt、Dsは、Ms・Ds＝Mt ・Dt＝λ／４（光学的厚さ）〔λは、入射光の波長を示す。〕を満たしている。また、BiTbIG薄膜は、Nm・Dm＝λまたはλ／２（Nm：BiTbIG の薄膜の屈折率、Dm：BiTbIG 薄膜の膜厚）としている。
【００２１】
上記構成の磁気光学体は、特定の波長の光を入射すると強い光の局在化が生じ大きな磁気光学効果と高い透過率を示す。なお、この磁気光学体では、固有の光学特性を有する光学薄膜を所定の厚さに積層して、中心部に光が局在化する干渉膜を形成しているため、より強い光の局在化を示すためには(SiO2/Si)n及び(Si/SiO2)n〔多層膜〕の層構造の乱れがないことが求められる。
【００２２】
なお、光結晶の特性は一般的な電子結晶の電子状態と対比して説明される。光結晶では、電子結晶のエネルギー準位にバンドギャップが存在するように、ある方向に対し光が伝播できない波長域が現れる。この特定波長域はフォトニックバンドギャップと呼ばれ、結晶構造に依存し変化する。電子状態（ａ）と対比したフォトニックバンドギャップ（ｂ）を図５に示す。
【００２３】
また、結晶の周期的な構造の一部に乱れがあることは、電子結晶の欠陥に相当し、フォトニックバンドギャップ中の特定波長の光が透過するようになる。磁気光学体の定在波の分布の様子を図６に示す。図６に示す磁気光学体では、中心部分に光が強く局在化しており、この局在化がユニークな透光性と大きな磁気光学効果とをもたらすと言える。また、図６に示すように強い局在化が生じた波長で大きな高い透過率を示す（段落「００２４」参照）ことが判った。
【００２４】
例えば、異なる光学特性を有する複数種類の誘電体素材がその厚さに規則性をもって交互に積層された反射層としての２つの誘電体多層膜（例えばSiO2/Si の積層膜。この場合、例えばSiO2の屈折率MtはSiの屈折率Msよりも小さく、それぞれの厚さDt 、Dsは、Ms ・Ds＝Mt ・Dt＝λ／４（光学的厚さ）を満たす。）と、該２つの誘電体多層膜の間に設ける磁性体膜（例えばその光学的厚さをλまたはλ／２とする）とを有する磁気光学体においては、特定の波長の光を入射すると強い光の局在化が生じ大きな磁気光学効果と高い透過率を示し、特に前記磁性体膜としてファラデー回転角が大きい希土類鉄ガーネットを用いることにより前記磁気光学効果をより大きくできることを本発明者は実験により検証している。
【００２５】
ここで、図１に基づいて、本発明の第１実施の形態に係る磁気光学体３００について、以下に説明する。この磁気光学体３００は、屈折率が異なる２種の誘電体を反射層に用いて構成されている。そして、この磁気光学体３００は、１．３１μｍの共鳴波長を有し、中央層として(BiY)3Fe5O12ガーネット膜〔以下、適宜、単にBiYIG膜（磁性体薄膜３０７）という〕が用いられ、その両側にそれぞれ、反射層〔２つの誘電体多層膜３１０，３１１〕として、Si膜３２０（２種類の誘電体薄膜のうちの１つ）とSiO2膜３２１（２種類の誘電体薄膜のうちの１つ）とのｎ層の積層膜（誘電体多層膜３１０，３１１）がそれぞれ用いられている。すなわち、図１にも示されるように、誘電体多層膜３１０は、Si膜３２０及びSiO2膜３２１が交互に積層され、かつ当該２種類の誘電体薄膜（Si膜３２０及びSiO2膜３２１）の交互積層が複数回（ｎ回）なされて構成されている。また、誘電体多層膜３１１も、誘電体多層膜３１０と同様に、２種類の誘電体薄膜（Si膜３２０及びSiO2膜３２１）の交互積層が複数回（ｎ回）なされて構成されている。
【００２６】
さらに、誘電体多層膜３１０と磁性体薄膜３０７との間及び誘電体多層膜３１１と磁性体薄膜３０７との間には、それぞれ、所定厚さの第３の誘電体薄膜３３０，３３１が介装されている。そして、この磁気光学体３００は、上述したように誘電体多層膜３１０，３１１と磁性体薄膜３０７との間に，所定厚さの第３の誘電体薄膜３３０，３３１を設け、 (Si/SiO2)n/Si/BiYIG/Si/(SiO2/Si)n の構造になっており、光透過率が向上したものになっている。
【００２７】
このような磁気光学体３００の反射層（誘電体多層膜３１０，３１１）は、中央層（磁性体薄膜３０７）を中心に対称の膜構成を有しており、各誘電体膜は〔入射光の波長λ／（４×誘電体の屈折率Ｍ）〕の膜厚〔換言すれば、（誘電体の膜厚）×（誘電体の屈折率Ｍ）で算出される光学的厚さ（ＪＩＳ工業用語大辞典第４版（（財）日本規格協会１９９５年１１月２０日発行）第５８１頁の光路長（屈折率ｎの媒質において、光の進む道筋の長さＬと、その道筋に沿った媒質の屈折率ｎとの積。光学距離ともいう。）に相当する。）λ／４〕を有して交互に積層されている。即ち、厚さに規則性を有して積層されている。SiO2膜３２１の膜厚は〔１３１０／（４×１．４１５）〕＝２３１ｎｍであり、Si膜３２０の膜厚は〔１３１０／（４×３．１１）〕＝１０５ｎｍである。そして、BiYIG 膜３０７からなる中央層は反射層（３１０，３１１）の規則性から外れた膜厚を有しており、その膜厚は２９８ｎｍである。
また、第３の誘電体薄膜３３０，３３１は、Si膜とされており、その光学的厚さは、λ／８、すなわち、膜厚（厚さ）は〔１３１０／（８×３．１１）〕＝５３ｎｍとされている。ここで、入射光の波長λ＝１３１０ｎｍ、Si膜３２０及び第３の誘電体薄膜３３０，３３１（Si膜）の屈折率Ms＝３．１１、SiO2膜３２１の屈折率Mt＝１．４１５である。本実施の形態ではｋ＝１としているが、ｋを他の整数としてもよい。
【００２８】
図２（ｂ）に本発明の(Si/SiO2)n/Si/BiYIG/Si/(SiO2/Si)n の多層膜の磁気光学体について、第３の誘電体薄膜３３０，３３１（Si膜）の光学的厚さをλ／８としたときの、ｎ＝３、４、５の場合においての磁気光学体３００について、入射光の波長λに対する透過率の変化を示す。また、比較として図２（ａ）に(Si/SiO2)n/BiYIG/(SiO2/Si)n 構造の入射光の波長に対する透過率の変化を示す。図２（ａ）及び（ｂ）は、いずれも縦軸が透過率を示し、横軸は入射光の波長λを示している。図２から明らかなように、波長λが１３１０ｎｍの近傍で、透過率ピークを有しており、かつ、第３の誘電体薄膜３３０，３３１（Si膜）を挿入することで光の透過率の向上が図られている。
また図３はｎ＝５のとき、つまり、(Si/SiO2)5/Si/BiYIG/Si/(SiO2/Si)5 の時の光透過率とファラデー回転角を示したものであり、本発明によって高い光透過率（すなわち、光透過率を減少させない。）と大きなファラデー回転角が得られることが示されている。
【００２９】
図４（ｂ）は、第１実施の形態に係る第３の誘電体薄膜３３０，３３１（Si膜）の光学的厚さをλ／４とし、ｎ＝３のときの光透過率とファラデー回転角を示したものである。従来技術（第３の誘電体薄膜を用いない例）における光透過率とファラデー回転角を求めると、図４（ａ）に示すようになる。そして、図４（ａ）及び図４（ｂ）を比較して明らかなように、第３の誘電体薄膜３３０，３３１を用いる第１実施の形態〔図４（ｂ）〕は、第３の誘電体薄膜を用いない従来技術〔図４（ａ）〕に比べ、同等の光透過で大きなファラデー回転角を得ることができる。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態の磁気光学体及びその製造法を図７に基づいて説明する。ガラス等の使用波長で透光性の良好な基板の上に高屈折率を持つλ／４の光学的厚さの薄膜（例えばSi薄膜）を形成し（ステップS1）、次に低屈折率を持つλ／４の光学的厚さの薄膜（例えばSiO2薄膜）を形成する(ステップS2)。この工程(ステップS1及びステップS2)をｎ回繰返し、さらに、高屈折率を持つ所定厚さの第３の誘電体薄膜（例えばSi薄膜）を形成し(ステップS3)、次に、希土類鉄ガーネット膜（BiYIG 薄膜）を形成する(ステップS4)。
【００３１】
希土類鉄ガーネット膜はスパッタ直後にはアモルファス層で磁性を持たないため、高温熱処理してガーネットを結晶化させる必要があるためアニール処理を行う(ステップS5)。さらに、高屈折率を持つ所定厚さの第３の誘電体薄膜（例えばSi薄膜）を形成する(ステップS6)。さらに、低屈折率を持つλ／４の光学的厚さの薄膜（例えばSiO2薄膜）を形成し(ステップS7)、次に高屈折率を持つλ／４の光学的厚さの薄膜（例えばSi薄膜）を形成する(ステップS8)。この工程(ステップS7及びステップS8)をｎ回繰返すことにより本発明の(Si/SiO2)n/Si/BiYIG/Si/(SiO2/Si)n 構造の磁気光学体を形成する。
【００３２】
また、基板側から低屈折率を持つλ／４の光学的厚さの薄膜（たとえばSiO2薄膜）を形成し、次に高屈折率を持つλ／４の光学的厚さの薄膜（例えばSi薄膜）を形成する、(SiO2/Si)n/ SiO2/BiYIG/SiO2/(Si/SiO2)n構造の磁気光学体も上述したものと同様にして製造される。
【００３３】
なお、前記希土類鉄ガーネットを用いた磁気光学体の製造に関し、希土類鉄ガーネット膜はスパッタ直後にはアモルファス層で磁性を持たないため、高温熱処理してガーネットを結晶化させる必要がある。一方、誘電体多層膜は、高温熱処理によりその周期構造が乱れて（壊れて）しまう。このため、大きな磁気光学効果を得るために、希土類鉄ガーネットを用いた上記磁気光学体を製造することは、非常に面倒であるというのが実情であった。
この実施の形態では、図８に示すように、水冷された基板ホルダ２０１上にインジウムシート２０２をセットし、インジウムシート２０２の上に基板２０３〔例えば石英ガラス〕を載置し、基板２０３の上に集光板としてのグラッシーカーボン２０４をセットする。
【００３４】
基板２０３には、図１に示す異なる光学特性を有するSi膜（誘電体素材）及びSiO2膜（誘電体素材）をその厚さに規則性をもって交互に積層してなる（Si/SiO2)n /Si層３４０（誘電体多層膜３１０及び第３の誘電体薄膜３３０。ｎ：積層数）が積層される。Si膜（誘電体素材）及びSiO2膜（誘電体素材）は赤外光域で透明で、環境安定性が高い材料で形成されている。基板２０３としては、赤外線導入加熱装置２２０によるBiYIG 薄膜３０７の結晶化熱処理の際には溶けることがない特性を有するものが望ましい。
【００３５】
そして、この(Si/SiO2)n/Si 層３４０の上に、BiYIG 薄膜３０７〔希土類鉄ガーネット〕が成膜され、この状態で後述するように赤外線導入加熱装置２２０によりBiYIG 薄膜３０７の結晶化熱処理が施され、この後、結晶化されたBiYIG 薄膜３０７を含む(Si/SiO2)n/Si/BiYIG の上にSi/(SiO2/Si)n 層３４１（誘電体多層膜３１１及び第３の誘電体薄膜３３１。）が成膜されて、図１に示す(Si/SiO2)n/Si/BiYIG/Si/(SiO2/Si)n 構造の磁気光学体３００が作製される。磁気光学体３００の作製はマルチターゲットＲＦマグネトロンスパッタ装置により行った。
【００３６】
前記赤外線導入加熱装置２２０は、図８に示すように、赤外線ビームを発生する赤外線発生部２２１と、赤外線ビームを集光させるグラッシーカーボン２０４と、基板ホルダー２０１を冷却する冷却機構２２２と、加熱中にグラッシーカーボン２０４の表面に接触して配置され、温度モニターに用いられる熱電対２２３と、を備えている。
【００３７】
そして、赤外線導入加熱装置２２０によるBiYIG薄膜３０７の結晶化熱処理の際には、基板ホルダ２０１は冷却され、これにより基板２０３を通して
（Si/SiO2)n/Si層３４０が冷却される。
一方、前記熱処理時に、赤外線により温度上昇したグラッシーカーボン２０４によりBiYIG 薄膜３０７のみが加熱され、結晶化される。この場合、赤外線ビームは間欠的に照射する（パルス加熱する）ようにしている。
【００３８】
上述したように（Si/SiO2)n/Si層３４０が冷却されていることにより、
（Si/SiO2)n/Si層３４０のSiとSiO2の相互拡散が防止される。このため、
（Si/SiO2)n/Si層３４０の周期構造が乱されることがなくなると共に、前記熱処理によりBiYIG 薄膜３０７が結晶化され、有効な磁性を有し、かつ優れた磁気光学特性を有する磁気光学体３００が作製されることになる。
【００３９】
この実施の形態では基板２０３を通して（Si/SiO2)n/Si層３４０を冷却する場合を例にしたが、（Si/SiO2)n/Si層３４０を直接に冷却するように構成してもよい。
赤外線加熱装置２２０による熱処理中はグラッシーカーボン２０４表面に熱電対２２３を接触させ温度モニターを行った。図９に熱処理パターンを示す。また、このような加熱方法で結晶化熱処理したとき、成膜直後はアモルファス構造であったBiYIG 薄膜３０７は、熱処理温度８５０℃で結晶化が進み、また、ファラデー回転角も従来の電気炉で加熱し結晶化させた場合と同様の値を示した。また、BiYIG 薄膜３０７に面荒れやクラックは全く見られなかった。
【００４０】
一方、同様な加熱方法により(Si/SiO2)n/Si/BiYIGを熱処理し、その上にSi/ (SiO2/Si)n を成膜して作製された(Si/SiO2)n/Si/BiYIG/Si/(SiO2/Si)nの磁気光学体と、比較用として熱処理しない(Si/SiO2)n/Si/BiYIG/Si/(SiO2/Si)n構造の磁気光学体を作製し、それぞれの磁気光学体の透過スペクトルを調べた。
熱処理しない磁気光学体はλ＝１０００〜１８００ｎｍの波長域にフォトニックバンドギャップが現われ、また、λ＝１３１０ｎｍのところに鋭い波長ピークが現れていた。また、本発明の実施の形態に示す上記の加熱方法で熱処理した磁気光学体も、λ＝１０００〜１８００ｎｍの波長域にフォトニックバンドギャップが現われ、また、λ＝１３１０ｎｍのところに鋭い波長ピークが現れていることがわかった。このように、比較とした熱処理しない磁気光学体と本実施の形態の磁気光学体の透過率スペクトルの波形はほとんど変化はなかった。このことは、赤外線導入加熱装置２２０を用いて赤外線ビームを照射することにより、BiYIG 薄膜３０７の結晶化をすることができる熱処理条件で、(Si/SiO2)n/Si/BiYIG/Si/(SiO2/Si)n構造の多層膜の周期構造がほとんど変化しないことを示している。
【００４１】
また、上記したように、(Si/SiO2)n/Si /BiYIGを熱処理し、その上にSi/(SiO2/Si)nを成膜して作製された上記(Si/SiO2)n/Si/BiYIG/Si/(SiO2/Si)n構造の磁気光学体について、ファラデー回転角を調べた。その結果（図示略）この磁気光学体３００は大きなファラデー回転角を有することがわかった。この実施の形態では、赤外線ビームは間欠的に照射する（パルス加熱する）ようにしているので、BiYIG 薄膜３０７の結晶化をより精度高いものにできる。
【００４２】
また、グラッシーカーボン２０４により赤外線ビームを集光しており、熱処理を迅速に行うようにしている。なお、このグラッシーカーボン２０４を設けずに、熱処理を行うようにしてもよい。
前記の実施の形態では、赤外線導入加熱装置２２０からの赤外線ビームを用いて、BiYIG 薄膜３０７の結晶化熱処理を行う場合を例にしたが、これに代えて、図１０に示すように、レーザ光を用いてBiYIG 薄膜３０７の結晶化熱処理を行うようにしてもよい（便宜上、第２実施の形態という。）。
【００４３】
この第２実施形態では、基板２０３が(Si/SiO2)n/Si/BiYIGの成膜された面を上にして基板ホルダ２０１上にセットされ、レーザ光源２３１からのレーザ光を(Si/SiO2)n/Si /BiYIGに照射して、BiYIG 薄膜３０７を結晶化する。
また、レーザ光を間欠的に照射する（パルス加熱する）ようになることにより、BiYIG 薄膜３０７の結晶化をより精度高いものにすることができる。
【００４４】
この第２実施の形態では、前述の第１実施の形態（図９）で必要とされていた冷却機構２２２及び冷却処理が不要となり、その分、構成が容易になると共に冷却操作が無くなって生産性の向上を図ることができる。
上記の２つの実施の形態で得られる磁気光学体３００は上述したように大きなファラデー効果を有しており、光アイソレータなど種々の光デバイスに用いて良好な機能を発揮することができる。
【００４５】
本実施の形態（第１実施の形態及び第２実施の形態）では、異なる光学特性を有する複数種類の誘電体素材がその厚さに規則性を持って交互に積層された２つの誘電体多層膜と、該２つの誘電体多層膜の間に設ける磁性体薄膜と、２つの誘電体多層膜及び磁性体薄膜の間に介装した所定光学的厚さの第３の誘電体薄膜３３０，３３１とを有する磁気光学体３００を対象にして、その熱処理方法を例にしたが、これに限らず、誘電体がその厚さに規則性をもって交互に積層された２つの規則積層部を備え、前記誘電体は異なる光学特性を有する複数種類の誘電体素材がその厚さに規則性をもって交互に積層した周期構造を有した誘電体多層膜からなり、前記２つの規則積層部の間に希土類鉄ガーネットの磁性体膜を設けるようにして構成された磁気光学体に、本実施形態（第１実施の形態及び第２実施の形態）に示される熱処理（ひいては製造方法）を適用してもよい。この場合にも、誘電体の周期構造を乱すことなく前記希土類鉄ガーネットの磁性体膜が結晶化されたことになる。
【００４６】
本実施の形態（第１実施の形態及び第２実施の形態）において、BiYIG 薄膜３０７を用いた場合を例にしたが、本発明はこれに限らず、他の希土類鉄ガーネット薄膜を用いるようにしてもよい。
【００４７】
前記第１、第２実施の形態に係る磁気光学体３００は、Si膜３２０及びSiO2膜３２１をｎ層積層して誘電体多層膜３１０，３１１を形成し、誘電体多層膜３１０，３１１のそれぞれと磁性体薄膜３０７との間に、所定光学的厚さの第３の誘電体薄膜３３０，３３１を介装しており、図２、図３及び図４を参照して上述したように、従来技術に比して、誘電体多層膜３１０，３１１の積層数を多くすることなく高い光透過率と大きなファラデー回転角を確保することができる。
【００４８】
また、前記第１、第２実施の形態に係る磁気光学体３００は、第３の誘電体薄膜３３０，３３１の光学的厚さをλ／８〔λ：入射光の波長〕としており、図２、図３及び図４に示されるように、高い光透過率と大きなファラデー回転角の確保を確実に果たすことが可能となる。
【００４９】
第１、第２実施の形態に係る磁気光学体３００は、上述したように、Si膜３２０及びSiO2膜３２１をｎ層積層して形成した誘電体多層膜３１０，３１１のそれぞれと磁性体薄膜３０７との間に、Si膜からなる第３の誘電体薄膜３３０，３３１を介装し、誘電体多層膜３１０，３１１を形成するSi膜３２０及びSiO2膜３２１のうちSiO2膜３２１が第３の誘電体多層膜３３０，３３１に最も近接するものになっている。さらに、光屈折率に関して、Si膜３２０及び第３の誘電体薄膜３３０，３３１（Si膜）の屈折率Ms＝３．１１、SiO2膜３２１の屈折率Mt＝１．４１５とされている。
【００５０】
このように、第３の誘電体薄膜の３３０，３３１の光屈折率が、前記２種類の誘電体薄膜（Si膜３２０及びSiO2膜３２１）のうち、当該第３の誘電体薄膜の３３０，３３１に最も近接する誘電体薄膜（SiO2膜３２１）の屈折率より大きくされていることにより、上述したように良好な光透過率と大きなファラデー回転角を確保することができる。
なお、第３の誘電体薄膜の３３０，３３１の光屈折率が、誘電体多層膜３１０，３１１を形成する複数の誘電体薄膜のうち、当該第３の誘電体薄膜の３３０，３３１に最も近接する誘電体薄膜の屈折率より小さくなるように構成してもよい。
【００５１】
また、前記磁気光学体３００を用いて、図１１に示すように光アイソレータ（第３実施の形態）を構成することができる。
図１１に示す光アイソレータは、偏光子３２Ａ及び検光子３２Ｂと、偏光子３２Ａ及び検光子３２Ｂの間に設けられ光の偏光面を４５度回転させる磁気光学体３００と、磁場を印加するために用いるための永久磁石３３とから大略構成されている。
【００５２】
この第３実施の形態では、磁気光学体３００が、Si膜３２０及びSiO2膜３２１をｎ層積層して誘電体多層膜３１０，３１１を形成し、誘電体多層膜３１０，３１１のそれぞれと磁性体薄膜３０７との間に、所定厚さの第３の誘電体薄膜３３０，３３１を介装した構成になっているので、上述したように、従来技術に比して、誘電体多層膜３１０，３１１の積層数を多くすることなく高い光透過率と大きなファラデー回転角を確保することができることから、当該磁気光学体３００を用いた第３実施の形態の光アイソレータ（図１１）は、伝送路からの反射光の遮断などその特性の向上を図ることが出来る。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の発明によれば、異なる光学特性を有する２種類の誘電体薄膜がその厚さに規則性をもって交互に積層された２つの誘電体多層膜と、該２つの誘電体多層膜の間に設けたビスマス置換希土類鉄ガーネットからなる磁性体薄膜とを有する磁気光学体において、前記２種類の誘電体薄膜の交互の積層の回数はｎであるように２つの誘電体多層膜のそれぞれが構成されるとともに、前記誘電体多層膜と前記磁性体薄膜との間に光学的厚さが使用波長λに対してλ／８の第３の誘電体薄膜を設け、
前記第３の誘電体薄膜は、前記誘電体多層膜を構成する２種類の誘電体薄膜のうち光屈折率が大きい方の誘電体薄膜と同一材料からなり、前記誘電体多層膜は、前記誘電体多層膜を構成する２種類の誘電体薄膜のうち光屈折率が小さい方の誘電体薄膜が前記第３の誘電体薄膜と接するように構成され、前記磁性体薄膜の光屈折率は、前記２種類の誘電体薄膜の各光屈折率の間の値であるので、光透過率を減少させないでファラデー回転角を大きくできる。
【００５４】
請求項２記載の発明によれば、第３の誘電体薄膜はSiで形成されており、高屈折膜として赤外光領域で透光性がよく、かつ環境安定性が高い磁気光学体を提供することができる。
請求項４記載に係る光アイソレータの発明によれば、磁気光学体が、上述したように従来技術に比して、誘電体多層膜の積層数を多くすることなく高い光透過率を確保することができることから、当該磁気光学体を用いた光アイソレータは、伝送路からの反射光の遮断などその特性の向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態の磁気光学体を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の磁気光学体における透過波長スペクトルについて、従来例（ａ）と本発明（ｂ）とを対比して示す特性図である。
【図３】誘電体多層膜の積層数ｎが５（ｎ＝５）であるときの透過波長スペクトル及びファラデー回転角を示す特性図である。
【図４】誘電体多層膜の積層数ｎが３（ｎ＝３）であるときの透過波長スペクトル及びファラデー回転角について、従来例（ａ）と本発明（ｂ）とを対比して示す特性図である。
【図５】光結晶のフォトニックバンドギャップを示すための図である。
【図６】磁気光学体の定在波の様子を示す図である。
【図７】図１の磁気光学体の製造方法を示す図である。
【図８】図７の製造方法における各部材のセット状態及び赤外線導入加速装置を示す図である。
【図９】図７の製造方法における熱処理パターンを示す図である。
【図１０】本発明の第２実施の形態を説明するための図である。
【図１１】本発明の第３実施の形態に係る光アイソレータを示す図である。
【図１２】従来の光アイソレータの一例を示す図である。
【図１３】光アイソレータの動作原理を示す図である。
【図１４】従来の磁気光学薄膜の構造を模式的に示す断面図である。
【図１５】磁気光学体の光透過率とファラデー回転角を示す図である。
【符号の説明】
３００    磁気光学体
３０７    磁性体薄膜
３１０，３１１    誘電体多層膜
３２０    Si膜（２種類の誘電体薄膜のうちの一つ）
３２１    SiO2膜（２種類の誘電体薄膜のうちの一つ）
３３０，３３１  第３の誘電体薄膜
【図１】
0003564660.tif 000002
【図２】
0003564660.tif 000003
【図３】
0003564660.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003564660.tif 000008
【図８】
0003564660.tif 000009
【図９】
0003564660.tif 000010
【図１０】
0003564660.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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