(57)【要約】【課題】ファラデー回転角の温度特性が一段と改良された、ホスト希土類元素にTbを用いたガーネット単結晶の製造方法及びガーネット単結晶を提供する。【解決手段】波長1.3μｍ帯域用のビスマス置換型テルビウム−鉄−ガーネット単結晶の格子定数を12.469Å以上且つ12.472Å以下に設定すると共に、波長1.5μｍ帯域用のビスマス置換型テルビウム−鉄−ガーネット単結晶の格子定数は12.464Å以上且つ12.471Å以下となるように、LPE法によって製造する。融剤に酸化鉛(PbO)、酸化ホウ素(B2O3)を、又、酸化物ガーネットエピタキシャル膜を形成させる金属酸化物に、酸化テルビウム(Tb4O7)、酸化ビスマス(Bi2O3)、及び酸化鉄(Fe2O3)の各粉末を混合し、その溶融液の液面に組成(GdCa)3(GaMgZr)5O12を持つ非磁性ガーネット結晶基板を浸してガーネット単結晶を育成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
12.469Å以上且つ12.472Å以下の格子定数を有する波長1.3μｍ帯域用ビスマス置換型テルビウム−鉄−ガーネット単結晶。
【請求項２】
12.464Å以上且つ12.471Å以下の格子定数を有する波長1.5μｍ帯域用ビスマス置換型テルビウム−鉄−ガーネット単結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファラデー効果を利用した光アイソレータ及び各種センサ等に用いるガーネット単結晶に関するものであり、詳しくは、ビスマス(Bi)置換型のテルビウム(Tb)−鉄(Fe)−ガーネット単結晶に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光源を半導体レーザとする光応用機器において、光コネクタ等の端面からの反射光が光源の半導体レーザに戻ると、発振モードに変化が生じ雑音の原因となる。この戻り光を阻止するために光アイソレータが使用されている。波長約1.3〜1.55μｍ用のファラデー回転子には、従来からFZ法により作製されたバルク型YIG単結晶が使用されてきたが、製造コストが非常にかさむことと、製造工程が複雑なため、近年は、LPE（液相エピタキシャル）法により育成された低コスト、高性能のファラデー回転子が考案されている。
【０００３】
ファラデー回転子に求められる条件としては、透過光の挿入損失が小さいことと、ファラデー回転角の温度依存が小さいこと等が挙げられる。このうち、ファラデー回転角の温度依存に関して特許文献１に示すように、ホスト希土類元素にTbを用いたビスマス置換型のTb−Fe−ガーネット単結晶（以下、必要に応じて単に、ガーネット単結晶と記す）によって温度依存が非常に小さいファラデー回転子が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特公平０３−６９８４７号公報（第２−５頁、第１図）
【０００５】
前記特許文献１では、波長1.3μｍ帯域においては格子常数12.438Åの非磁性サマリウム・ガリウム・ガーネット基板｛111｝上に、Tb含有量x：2.6のガーネット単結晶を育成したものが、最もファラデー回転係数の変化率が低く温度依存性が良いことが示されている。前記変化率を１℃当たりのファラデー回転角の変化角度に直すと、25℃当りの変化率は絶対値で0.0054度/℃が最も低く、温度特性が良いことが分かる。
【０００６】
又、波長1.5μｍ帯域においては格子常数12.438Åの非磁性サマリウム・ガリウム・ガーネット基板｛111｝上に、Tb含有量x：2.7のガーネット単結晶を育成したものが、最もファラデー回転係数の変化率が低く温度依存性が良いことが示されている。前記変化率を１℃当たりのファラデー回転角の変化角度に直すと、25℃当りの変化率は絶対値で0.0162度/℃が最も低く、温度特性が良いことが分かる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
最近、前記光応用機器に対して耐環境性の要求が厳しくなり、光アイソレータもその要求に伴って、より幅広い温度帯域に亘って性能が一定で安定した特性が望まれるようになっている。このような昨今の要求に照らし合わせると、特許文献１記載のガーネット単結晶でも、温度に対するファラデー回転角の変化幅は大きく、周囲の環境温度に対して著しい依存性を示すとの評価になってしまっていた。そこで、一段と温度特性が改善されたガーネット単結晶の製造が望まれている。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的はファラデー回転角の温度特性が従来に比べて一段と改良された、ホスト希土類元素にTbを用いたガーネット単結晶の製造方法及びガーネット単結晶を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１記載の発明は、12.469Å以上且つ12.472Å以下の格子定数を有する波長1.3μｍ帯域用ビスマス置換型テルビウム−鉄−ガーネット単結晶である。
【００１０】
又、本発明の請求項２記載の発明は、12.464Å以上且つ12.471Å以下の格子定数を有する波長1.5μｍ帯域用ビスマス置換型テルビウム−鉄−ガーネット単結晶である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１記載のガーネット単結晶に依れば、波長1.3μｍ帯域において、温度特性が±0.0050度/℃以下と優れたガーネット単結晶が得られる。従って、従来の波長1.3帯域用のガーネット単結晶と比較して、一層環境温度の変化に対してファラデー回転角が影響を受けにくく安定な特性が得られるガーネット単結晶が実現可能となる。
【００１２】
又、本発明の請求項２記載のガーネット単結晶に依れば、波長1.5μｍ帯域において、温度特性が±0.010度/℃以下と優れたガーネット単結晶が得られる。従って、従来の波長1.5帯域用のガーネット単結晶と比較して、一層環境温度の変化に対してファラデー回転角が影響を受けにくく安定な特性が得られるガーネット単結晶が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。融剤として酸化鉛(PbO)、酸化ホウ素(B2O3)を、又、酸化物ガーネットエピタキシャル膜を形成させる金属酸化物として、ガーネット原料の酸化テルビウム(Tb4O7)、酸化ビスマス(Bi2O3)、及び酸化鉄(Fe2O3)の各粉末を混合して白金坩堝内に入れて加熱溶融する。溶融液の組成は種々の異なるものを用いるが、組成比は通常、原料の組成比を示すRパラメータで示され、本実施形態で用いた溶融液の組成範囲は、R1＝10〜30、R3＝５〜8.5、R4＝0.1〜0.15、R6＝1.4〜2.2であった。
【００１４】
この溶融液の液面に組成(GdCa)3(GaMgZr)5O12を持つ非磁性ガーネット結晶基板（以下、SGGG基板という）を浸し、LPE法によってこの基板の(111)面上にビスマス置換型テルビウム−鉄−ガーネット単結晶を大気雰囲気中で育成させた。
【００１５】
育成したガーネット結晶膜厚は約400μｍであった。又、育成された膜の結晶格子定数は、SGGG基板の格子定数と溶融液の組成に依存し、12.4634〜12.4832Åであった。これらの格子定数を有する(TbBi)3(Fe)5O12で示される組成のガーネット単結晶を、基板を除去し、波長1.31μm若しくは波長1.55μmの光を入射時に45度のファラデー回転角を有する厚さまで研磨し、両面に無反射コート膜を蒸着した。そのガーネット単結晶に関して、波長1.31μm若しくは波長1.55μmでの温度特性を測定したところ、表１及び図１に示すような結果が得られた。表１及び図１中の温度特性は波長1.31μｍ若しくは波長1.55μｍに対するファラデー回転角45度のガーネット単結晶における-10〜+80℃範囲内での１℃当たりの回転角の変化量を示したものである。温度と共に回転角が増大する場合は+、減少する場合は-の符号で表す。 
【００１６】
【表１】
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【００１７】
図１の多項式から分かるように、波長1.31μｍではガーネット単結晶の格子定数12.469Å以上且つ12.472Å以下の範囲において、温度特性±0.0050度/℃以下が得られ、波長1.55μｍでは前記格子定数12.464Å以上且つ12.471Å以下の範囲において、温度特性±0.010度/℃以下が得られた。これは、特許文献１で示されている、波長1.3μm帯域での温度特性0.0054度/℃と、波長1.5μm帯域での温度特性0.0162度/℃を上回る良好な結果である（どちらの温度特性も絶対値で示している）。従って、従来の波長1.3μｍ帯域又は波長1.5μｍ帯域用のガーネット単結晶と比較して、一層環境温度の変化に対してファラデー回転角が影響を受けにくく安定な特性が得られるガーネット単結晶が実現可能となる。なお、前記ガーネット単結晶を、Tbの一部を他の希土類元素に置換した組成に変更しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明によるガーネット単結晶は、ファラデー回転角の温度依存が小さく、低挿入損失であることから、光応用機器等の部材として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】波長1.31μｍ若しくは波長1.55μｍにおける温度特性（度/℃）−ガーネ          ット単結晶格子定数（Å）グラフ
【図１】
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