(57)【要約】【課題】ファラデー回転子の使用温度範囲内において、ファラデー回転角が角型の磁気ヒステリシスを維持できる磁性ガーネットを提供する。【解決手段】Ｐｔの濃度変動を２００％以下に規制することにより、ファラデー回転角の磁気ヒステリシスをファラデー回転子の使用温度範囲内において角型に維持することを可能とする。【選択図】　　　図８
2004083390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビスマス置換型希土類鉄ガーネットからなる単結晶膜から構成され、
前記単結晶膜中における鉄サイトを置換する元素の濃度変動が２００％以下であり、かつ補償温度における飽和磁化が２０Ｇ以下であることを特徴とする磁性ガーネット材料。
【請求項２】
前記鉄サイトを置換する元素がＰｔであり、Ｐｔの濃度変動が２００％以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁性ガーネット材料。
【請求項３】
前記単結晶膜は以下の化学組成を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性ガーネット材料。
Ｂｉ３−ｘＡｘＦｅ（５−ｙ）ＭｙＯ１２
（ただし、Ａ＝Ｙを含む希土類元素、ＣａおよびＰｂのグループから選択される一種または二種以上、Ｍ＝Ｇａ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｉｒ、ＲｈおよびＰｔのグループから選択される一種または二種以上、０．２≦ｘ≦２．５，０≦ｙ≦２．０）
【請求項４】
前記Ｍとして少なくともＧａが選択され、かつＧａの量を示すｙが０．８≦ｙ≦２．０の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の磁性ガーネット材料。
【請求項５】
以下の一般式に示す組成を有するビスマス置換型希土類鉄ガーネットから構成される単結晶膜と、
前記単結晶膜の表面に被着される無反射膜とを備え、
前記単結晶膜に含まれるＰｔの量がモル比で０．０１以下であって、かつ前記単結晶膜の表面および裏面におけるＰｔの濃度変動が２００％以下であることを特徴とするファラデー回転子。
Ｂｉ３−ｘＡｘＦｅ（５−ｙ）ＭｙＯ１２
（ただし、Ａ＝Ｙを含む希土類元素、ＣａおよびＰｂのグループから選択される一種または二種以上、Ｍ＝Ｇａ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｉｒ、ＲｈおよびＰｔのグループから選択される一種または二種以上、０．２≦ｘ≦２．５，０≦ｙ≦２．０）
【請求項６】
順方向の光が入射されるとともに、逆方向の光の透過を阻止する第１の光学素子と、
前記第１の光学素子と所定間隔を隔てて対向配置され前記順方向の光が出射されるとともに、前記逆方向の光が入射される第２の光学素子と、
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間に配置され、前記第１の光学素子を透過した前記順方向の光の偏波面を回転させて前記第２の光学素子に向けて出射するとともに、前記第２の光学素子を透過した前記逆方向の光の偏波面を前記順方向の場合と同じ方向に回転させ前記第１の光学素子に向けて出射するファラデー回転子とを備え、
前記ファラデー回転子は、
含まれるＰｔの量がモル比で０．０１以下、表面および裏面におけるＰｔの濃度変動が２００％以下であるビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜から構成されることを特徴とする光デバイス。
【請求項７】
液相エピタキシャル法によりビスマス置換型希土類鉄ガーネットからなる単結晶膜を製造する方法であって、
前記ビスマス置換型希土類鉄ガーネットの原料組成物およびフラックス組成物を坩堝に投入するステップと、
前記原料組成物を加熱、溶融してメルトを得るステップと、
前記メルトを前記単結晶膜の育成温度まで降温するステップと、
降温された前記メルトに単結晶膜育成基板を接触させつつ前記単結晶膜を育成するステップとを備え、
前記メルトを得るステップ以降の処理を大気よりも還元性の雰囲気下で行うことを特徴とするビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜の製造方法。
【請求項８】
液相エピタキシャル法によりビスマス置換型希土類鉄ガーネットからなる単結晶膜を製造する方法であって、
前記ビスマス置換型希土類鉄ガーネットの原料組成物およびフラックス組成物を坩堝に投入するステップと、
前記原料組成物を加熱、溶融してメルトを得るステップと、
前記メルトをビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜の育成温度まで降温するステップと、
降温された前記メルトに単結晶膜育成基板を接触させつつ前記ビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜を育成するステップとを備え、
前記フラックス組成物として無鉛フラックス組成物を用いることを特徴とするビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜の製造方法。
【請求項９】
液相エピタキシャル法にて育成されたビスマス置換型希土類鉄ガーネットからなる単結晶膜であって、
前記液相エピタキシャル法に用いるフラックス組成物として無鉛フラックスを用いることにより、前記フラックス組成物からの不純物の混入が規制されたことを特徴とする単結晶膜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに用いられる磁性ガーネット材料、ファラデー回転子、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜の製造方法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、伝送容量の小さい電気通信に対して、光通信の普及が加速している。その理由は、以下説明するように、光通信は、高速大容量伝送が可能であること、中継器が少なくてすむために長距離伝送に有利であること、さらに電磁ノイズの影響を受けないことに集約される。
光は、ＴＶ・ラジオ放送あるいは無線通信で使用されている電波と電磁波である点で一致する。しかし、光通信で使用される電磁波の周波数は約２００ＴＨｚで、衛星放送（約１０ＧＨｚ）の約２００００倍にあたる。周波数が高いということは、波長が短いことを意味し、それだけ多くの信号を高速で伝送できることになる。ちなみに、光通信で使用される電磁波の波長（中心波長）は、１．３１μｍおよび１．５５μｍである。
光通信に使用される光ファイバは、よく知られているように、屈折率の異なるガラスの二重構造をなしている。中心のコアを通る光はコア内部で反射を繰り返すので、たとえ光ファイバが曲がっていたとしても正確に信号が伝送される。しかも、光ファイバには透明度の高い高純度石英ガラスが使用されているため、光通信は、１ｋｍあたり０．２ｄＢ程度しか減衰しない。したがって、増幅器を介することなく約１００ｋｍの伝送が可能であり、電気通信に比べて中継器の数を低減することができる。
電気通信ではＥＭＩ（電磁障害）が問題になるが、光ファイバを使った通信は、電磁誘導によるノイズの影響を受けない。そのため、極めて高品質な情報伝送が可能である。
【０００３】
現在の光通信システムは、電気信号を光送信器のＬＤ（レーザ・ダイオード）で光信号に変換し、この光信号を光ファイバで伝送してから、光受信器のＰＤ（フォト・ダイオード）で電気信号に変換する。このように、光通信システムに不可欠な要素は、ＬＤ、ＰＤ、光ファイバおよび光コネクタである。比較的低速かつ近距離の通信システムはともかく、高速かつ長距離の通信システムにおいては、以上の要素のほかに、光増幅器、光分配器などの光伝送機器、これら機器に適用される光アイソレータ、光カプラ、光分波器、光スイッチ、光変調器、光減衰器などの光部品が必要となる。
【０００４】
高速・長距離伝送、あるいは多分岐の光通信システムで、とりわけ重要となるのは光アイソレータである。現在の光通信システムにおいて、光アイソレータは、光送信器のＬＤモジュールおよび中継器の中で使用されている。光アイソレータは、電磁波を一方向にだけ伝え、途中で反射して戻ってくる電磁波を阻止する役割を持った光部品である。光アイソレータは、磁気光学効果の一種であるファラデー効果を応用したものである。ファラデー効果は、ファラデー効果を示す材料、すなわち希土類鉄ガーネット単結晶膜などのファラデー回転子を透過した光の偏波面が回転する現象をいう。ファラデー効果のように、光の偏波方向が回転する性質を旋光性と呼ぶが、通常の旋光性と異なって、ファラデー効果においては、光の進行方向を逆にしても元に戻らずに、さらに偏波方向が回転する。ファラデー効果によって光の偏波方向が回転する現象を利用した素子をファラデー回転子という。
【０００５】
ファラデー回転子は光アイソレータの性能を左右する。したがって、ファラデー回転子を構成する材料の特性が、高性能な光アイソレータを得るために重要となる。ファラデー回転子を構成する材料を選択する上で重要な点は、使用波長（光ファイバの場合、１．３１μｍ，１．５５μｍ）におけるファラデー回転角が大きいこと、および透明度が高いことである。このような条件を具備する材料として、当初にはＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット，Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２）が用いられていたが、量産性、小型化の点で不十分であった。
その後、ガーネット型結晶の希土類サイトをビスマス（Ｂｉ）で置換するとファラデー回転能が飛躍的に向上することが見出され、以後はこのビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶がファラデー回転子に用いられるようになった。
【０００６】
ところで、磁性ガーネット材料は、外部磁界を取り除くとファラデー効果が消失してしまう軟磁性と、外部磁界を取り除いてもファラデー効果を維持できる硬磁性の２つのタイプが存在する。軟磁性のガーネット材料をファラデー回転子に用いる場合には、ファラデー回転子に外部磁場を付与するための永久磁石が必要となる。これに対して、硬磁性のガーネット材料をファラデー回転子に用いる場合には、永久磁石を省略することができる。永久磁石の省略は、光アイソレータあるいはファラデー効果を利用する種々の機器、部品の小型化、低コスト化をもたらす。そのため、硬磁性タイプのビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜の開発が行われている。硬磁性タイプのビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜は、図８に示すように、ファラデー回転角の磁気ヒステリシスは良好な角型を示すことが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等もこの硬磁性タイプのビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜について検討を行った。その結果、図９に示すように、ファラデー回転子の使用温度範囲（一般に、−４０〜８５℃）における特定の温度域において、ファラデー回転角が２つ出現する特異な形態を示すことがあることを確認した。本明細書中では、この形態をスプリットと呼ぶことにする。そして、スプリットの発生した材料は、保磁力が小さくなり、硬磁性タイプのビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜として望ましくないことを知見した。
そこで本発明は、ファラデー回転子の使用温度範囲内において、ファラデー回転角が角型の磁気ヒステリシスを維持できる磁性ガーネット材料の提供を課題とする。また本発明は、そのような磁性ガーネット材料を用いたファラデー回転子および光デバイスを提供する。さらに本発明は、そのような磁性ガーネット材料を製造する方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、図９に示すファラデー回転角の磁気ヒステリシスを発現するビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜について種々調査を行った。その結果、このビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜は、この単結晶膜の表裏におけるＰｔの濃度が、他の元素に比べて大きく変動することを突き止めた。Ｐｔは、本来ビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜を構成する元素ではないが、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜の鉄サイトを置換し得る元素である。そして、単結晶膜の育成初期から育成後期にかけて、Ｐｔの濃度が増加する勾配が形成されていることを知見した。もちろん、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜を構成する他の元素にも濃度分布は若干存在する（一般的に数％〜２０％）が、Ｐｔの濃度分布は他の構成元素に比べて顕著（３００〜１０００％程度）である。加えて、このビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜の飽和磁化は、理想的には補償温度で０（ゼロ）になるべきであるが、２０Ｇを超えていた。なお、当業者間で知られているように、補償温度とは、希土類イオンとＦｅイオンの全磁気モーメントが等しくなって見かけ上磁化がゼロになる温度をいう。ところが、後述する実施例で示すように、実際に製造される硬磁性のガーネット材料の中には、室温付近で飽和磁化が最低値を示すものの０（ゼロ）にはならないものがある。そこで、本明細書中では、飽和磁化が最低値を示す温度をも、便宜上、補償温度と定義する。以上の説明ではこの定義によって補償温度という表現を用いた。
【０００９】
ビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶は、ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ：液相エピタキシャル）法で作製される。このＬＰＥ法は、酸化ビスマス、酸化第二鉄や希土類酸化物からなるビスマス置換型希土類鉄ガーネットの原料組成物と、フラックス組成物を、Ｐｔ製の坩堝内に投入し、所定の温度に加熱することにより、前記原料組成物を溶融してメルトを得る。一般に、フラックス組成物は酸化鉛、酸化ホウ素を含む。次いで、メルトの温度を下げて過冷却状態にし、ＬＰＥ基板を回転させながらメルトに接触させることにより、ＬＰＥ基板上に単結晶膜をエピタキシャル成長させる。この過程で坩堝から溶出したＰｔがビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶中の鉄サイトに取り込まれるものと解される。そこで、Ｐｔの量を低減したビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜を作成し、ファラデー回転角の磁気ヒステリシスを求めた。その結果、使用温度範囲内において、図９に示したスプリットが生じないことを確認した。そして、このようなビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜は、補償温度における飽和磁化が２０Ｇ以下、好適には１０Ｇ以下、さらには２Ｇ以下となる。
【００１０】
以上のとおりであり、本発明によれば、ビスマス置換型希土類鉄ガーネットからなる単結晶膜から構成され、この単結晶膜中における鉄サイトを置換する元素の濃度変動が２００％以下であり、かつ補償温度における飽和磁化が２０Ｇ以下である磁性ガーネット材料が提供される。
この磁性ガーネット材料において、濃度変動が抑制されるべき鉄サイトを置換する元素の典型はＰｔである。Ｐｔの濃度の変動は２００％以下であることが望ましい。
【００１１】
本発明による磁性ガーネット材料を構成する単結晶膜には、以下の組成を適用することができる。
Ｂｉ３−ｘＡｘＦｅ（５−ｙ）ＭｙＯ１２
（ただし、Ａ＝Ｙを含む希土類元素、ＣａおよびＰｂのグループから選択される一種または二種以上、Ｍ＝Ｇａ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｉｒ、ＲｈおよびＰｔのグループから選択される一種または二種以上、０．２≦ｘ≦２．５，０≦ｙ≦２．０）
以上の組成において、Ｍとして少なくともＧａを選択し、かつ０．８以上のモル比で含有させことにより、ＬＰＥ法でＰｔ製の坩堝を用いたとしても、前記単結晶膜中へのＰｔの鉄サイトへの置換を抑制して、Ｐｔの濃度勾配の形成を阻止することができる。
【００１２】
本発明を適用することにより、以下の一般式に示す組成を有するビスマス置換型希土類鉄ガーネットから構成される単結晶膜と、この単結晶膜の表面に被着される無反射膜とを備え、この単結晶膜に含まれるＰｔの量がモル比で０．０１以下であって、かつ単結晶膜の表面および裏面におけるＰｔの濃度変動が２００％以下であることを特徴とするファラデー回転子が提供される。
Ｂｉ３−ｘＡｘＦｅ（５−ｙ）ＭｙＯ１２
（ただし、Ａ＝Ｙを含む希土類元素、ＣａおよびＰｂのグループから選択される一種または二種以上、Ｍ＝Ｇａ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｕ、Ｉｒ、ＲｈおよびＺｒのグループから選択される一種または二種以上、０．２≦ｘ≦２．５，０≦ｙ≦２．０）
【００１３】
また本発明を適用することにより、順方向の光が入射されるとともに、逆方向の光の透過を阻止する第１の光学素子と、第１の光学素子と所定間隔を隔てて対向配置され順方向の光が出射されるとともに、逆方向の光が入射される第２の光学素子と、第１の光学素子と第２の光学素子との間に配置され、第１の光学素子を透過した順方向の光の偏波面を回転させて第２の光学素子に向けて出射するとともに、第２の光学素子を透過した逆方向の光の偏波面を順方向の場合と同じ方向に回転させ第１の光学素子に向けて出射するファラデー回転子とを備え、ファラデー回転子は、含まれるＰｔの量がモル比で０．０１以下、表面および裏面におけるＰｔの濃度変動が２００％以下であるビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜から構成される光デバイスが提供される。
【００１４】
さて本発明では、ＬＰＥ法で育成されるビスマス置換型希土類鉄ガーネットからなる単結晶膜中の鉄サイトを置換する元素、典型的にはＰｔの濃度変動を抑えるいくつかの手法を提案する。この手法は、ＬＰＥ法でＰｔ製の坩堝を使用したときに適用することができる。
その手法の１つは、ＬＰＥ法による単結晶膜の育成を、不活性ガス雰囲気下で行うものである。つまり、本発明は、液相エピタキシャル法により、ビスマス置換型希土類鉄ガーネットからなる単結晶膜を製造する方法であって、ビスマス置換型希土類鉄ガーネットの原料組成物およびフラックス組成物を坩堝に投入するステップと、原料組成物を加熱、溶融してメルトを得るステップと、メルトを単結晶膜の育成温度まで降温するステップと、降温されたメルトに単結晶膜育成基板を接触させつつ単結晶膜を育成するステップとを備え、メルトを得るステップ以降の処理を不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴とするビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜の製造方法が提供される。Ｐｔは大気中のように酸素を含有する雰囲気下では酸素との化合物になって溶けやすくなるので、大気よりも還元性の雰囲気下とすることにより、坩堝からのＰｔの溶解を抑制しようという主旨である。
【００１５】
また、坩堝からのＰｔの溶解を抑制する手法として、ＰｂＯを含まないフラックス組成物を用いることを提案する。本発明ではＰｂＯを含まないフラックス組成物を無鉛フラックス組成物と呼ぶことにする。したがって本発明によれば、液相エピタキシャル法により、ビスマス置換型希土類鉄ガーネットからなる単結晶膜を製造する方法であって、希土類鉄ガーネット成分を構成する酸化物およびフラックス組成物を坩堝に投入するステップと、酸化物を加熱、溶融して前記メルトを得るステップと、メルトをビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜の育成温度まで降温するステップと、降温されたメルトに単結晶膜育成基板を接触させつつビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜を育成するステップとを備え、フラックス組成物として無鉛フラックス組成物を用いることを特徴とするビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜の製造方法が提供される。
以上の製造方法によれば、液相エピタキシャル法にて育成されたビスマス置換型希土類鉄ガーネットからなる単結晶膜であって、液相エピタキシャル法に用いるフラックス組成物として無鉛フラックスを用いることにより、フラックス組成物からのＰｂの混入が規制された単結晶膜を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明をより具体的に説明する。
本発明の磁性ガーネット材料は、ビスマス置換型希土類鉄ガーネットからなる単結晶膜から構成され、単結晶膜中における鉄サイトを置換する元素の濃度変動が２００％以下である。これは、Ｐｔのように鉄サイトを置換する元素に顕著な濃度変動があると、硬磁性タイプの材料においてスプリットが発生し、保磁力が低下するためである。この濃度変動は低いほど望ましく、１５０％以下、望ましくは１００％以下、さらに望ましくは５０％以下である。ここで、濃度変動とは、前記単結晶膜の厚さ方向における濃度変動をいう。仮に、前記単結晶膜の育成初期における濃度を１００とし、育成後期における濃度を１５０とすると、濃度の変動は、（１５０−１００）／１００により５０％となる。
【００１７】
本発明において、単結晶膜中における鉄サイトを置換する元素の濃度変動を低減する効果として、スプリットの発生防止のほかに、光の挿入損失の低減が掲げられる。つまり、Ｐｔ量が単結晶の育成過程で徐々に増加して膜厚方向でＰｔ量が変動すると、当該単結晶の一部で電荷のバランスが崩れる。このように電荷のバランスが崩れたビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶に光を入射した場合に光吸収が発生し、この単結晶から得られたファラデー回転子の光挿入損失は大きくなってしまう。ところが、鉄サイトを置換する元素の濃度変動を低減して電荷のバランスを取ることにより、光挿入損失を低減できるのである。
図２は、ビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜に含まれるＰｔ量と波長１．３１μｍの光の挿入損失との関係を示している。図２に示すように、Ｐｔ量（モル比）を０．０１程度にすれば、挿入損失を０．０３ｄＢ程度に抑えることができる。また、Ｐｔ量を０にすれば、挿入損失を０．０１ｄＢ程度に抑えることができる。これは、本発明の磁性ガーネット材料において、Ｐｔ量を０にすることが最も望ましいが、微量であればＰｔが包含され得ることを示唆している。ところが、Ｐｔは単結晶の育成過程で取り込まれやすいため、Ｐｔ製の坩堝を用いると、これまで検討されているＬＰＥ法では０．０１以下の量にするのは困難であった。ところが、後述するように、本発明の提案によれば、Ｐｔ製の坩堝を用いてもＰｔの量を０．０１以下にすることができる。この挿入損失低減の効果は、いずれの波長の光でも有効である。
なお、スプリットの発生防止は硬磁性タイプの磁性ガーネット材料固有の効果であるが、光挿入損失の低減効果は、軟磁性タイプの磁性ガーネット材料にも表れる。したがって、本発明は硬磁性および軟磁性の両タイプに適用することができる。
【００１８】
本発明の磁性ガーネット材料は、補償温度における飽和磁化が１０Ｇ以下である。ビスマス置換型希土類鉄ガーネットの場合、保磁力Ｈｃは、Ｈｃ＝４Ｋ／３Ｍ（Ｋ：磁気異方性定数、Ｍ：磁化）であるから、飽和磁化が小さいほど保磁力が大きくなる。したがって、飽和磁化が小さいほど、硬磁性タイプのガーネット材料にとって望ましい。もちろん、飽和磁化は０であることが理想的ではあるが、本発明では２０Ｇ以下、さらには１０Ｇ以下の範囲で許容される。
【００１９】
ここで、前述したスプリットが発生する原因は明らかではないが、本発明者等は、ファラデー回転子を構成する単結晶膜内に所定元素、特にＰｔの濃度勾配が生じたために、補償温度が異なる２つの相が出現したことが、スプリットの発生原因と理解している。以下、図１を参照しつつこの点について言及する。
図１において、中央のグラフは自発磁化と測定温度の関係（自発磁化の温度曲線）を示している。いま、前述した２つの相を、ａ相およびｂ相とする。また、ａ相の補償温度をＴｃａ、ｂ相の補償温度をＴｃｂ（Ｔｃａ＞Ｔｃｂ）とする。
【００２０】
前記グラフ中に、ａ相の自発磁化の温度曲線を一点鎖線で、またｂ相の自発磁化の温度変化曲線を点線で示してある。実測された自発磁化の温度曲線を実線で示しているが、この実線は、ａ相の自発磁化の温度曲線とｂ相の自発磁化の温度変化曲線の比例加算として定義される。各々の曲線に付してある矢印は、ａ相およびｂ相を通過する光の回転方向（以下、ファラデー回転方向）を示している。なお、ａ相のファラデー回転方向は黒塗り矢印で、またｂ相のファラデー回転方向は白抜き矢印で示してある。
図１に示すように、ａ相によるファラデー回転方向は、Ｔｃａ以下の温度範囲では、図中下向きで示す方向（以下、第１の方向）であるものとする。また、ｂ相によるファラデー回転方向も、Ｔｃｂ以下の温度範囲では、第１の方向とする。
【００２１】
Ｔｃｂ以下の所定温度における、ファラデー回転角の磁気ヒステリシスを、図１の（Ｉ）に示している。図１（Ｉ）に示すように、ａ相による磁気ヒステリシスとｂ相による磁気ヒステリシスが存在するものと解される。ところが、この所定温度において実測される磁気ヒステリシスは角型を示す。ａ相によるファラデー回転方向とｂ相によるファラデー回転方向が一致していること、および前記所定温度における自発磁化の差異が小さいため、保磁力の差異も小さいと推測される。
【００２２】
次に、Ｔｃｂ以上の温度になると、ｂ相によるファラデー回転方向は、Ｔｃｂ以下の温度範囲とは異なる第２の方向（図中、上向の方向）となる。ｂ相による磁場の向きがＴｃｂを境に逆向きになったことによる。一方、Ｔｃｂを超えてもＴｃａ以下の温度範囲では、ａ相によるファラデー回転方向は、第１の方向を維持する。したがって、Ｔｃｂ以上Ｔｃａ以下の温度範囲では、ａ相によるファラデー回転方向とｂ相によるファラデー回転方向は向きが逆になる。また、Ｔｃｂ以上Ｔｃａ以下の所定温度におけるａ相の自発磁化とｂ相の自発磁化の差異は、Ｔｃｂ以下の温度範囲のそれよりも大きいといえる。したがって、Ｔｃｂ以上Ｔｃａ以下の所定温度におけるａ相およびｂ相のファラデー回転角の磁気ヒステリシスは図１（ＩＩ）に示すとおり、２つ存在するものと解される。ところが、実測すると図１（ＩＩＩ）に示すような磁気ヒステリシスを示す。この磁気ヒステリシスがスプリットである。この磁気ヒステリシスは、図１（ＩＩ）のａ相による磁気ヒステリシスとｂ相による磁気ヒステリシスの和として認識することができる。
【００２３】
Ｔｃａ以上の温度範囲では、ａ相によるファラデー回転方向とｂ相によるファラデー回転方向は一致する。しかも、ａ相による自発磁化とｂ相による自発磁化の差異は小さい。したがって、図１（ＩＶ）に示すように、ａ相による磁気ヒステリシスとｂ相による磁気ヒステリシスが存在したとして、Ｔｃｂ以下の所定温度と同様に角型を示す。
【００２４】
以上が、本発明者によるスプリット発生原因の理解である。そして、スプリットは、鉄サイトを換言する元素としてのＰｔの濃度勾配が顕著な場合に生ずることから、Ｐｔの濃度勾配を低減することにより、スプリットの発生を抑制することができる。
【００２５】
本発明の磁性ガーネット材料が適用される具体的な組成は以下のとおりである。ただし、以下の組成は、製造過程で混入する元素全てを考慮したものではない。
Ｂｉ（３−ｘ）ＡｘＦｅ（５−ｙ）ＭｙＯ１２（ただし、Ａ＝Ｙを含む希土類元素、ＣａおよびＰｂのグループから選択される一種または二種以上、Ｍ＝Ｇａ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｉｒ、ＲｈおよびＰｔのグループから選択される一種または二種以上、０．２≦ｘ≦２．５，０≦ｙ≦２．０）。
ここで、Ｍ元素が鉄サイトを置換し得る元素である。本発明では、鉄サイトを置換し得る元素を含有する場合、その全ての元素の濃度変動が２００％以下であることを要件とする。例えば、Ｇａ、ＧｅおよびＰｔを含有する場合を考える。ＧａおよびＧｅの濃度変動が５０％以下であっても、Ｐｔの濃度変動が２００％を超えていれば、本発明の範囲外となる。
【００２６】
本発明のビスマス置換型希土類鉄ガーネット材料において、Ａ元素は、Ｙを含む希土類元素（Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｌｕ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ）、ＣａおよびＰｂのグループから選択される一種または二種以上である。Ａ元素の量であるｘは、０．２≦ｘ≦２．５である。ｘが０．２未満になると、イオン半径の大きいＢｉの量が相対的に多くなり、ＬＰＥ法により単結晶膜を育成するためのＬＰＥ基板との格子定数の整合性が取れなくなる。また、ｘが２．５を超えると、逆にＢｉの量が相対的に少なくなり、ファラデー回転能が小さくなる。結果として、単結晶膜の厚さを厚くしなければならず、ＬＰＥ法による単結晶膜の育成が難しくなり、歩留まりの低下をきたす。ｘの望ましい範囲は１．０≦ｘ≦２．３、さらに望ましい範囲は１．３≦ｘ≦２．０である。なお、Ｐｂは積極的に添加する元素ではなく、ＬＰＥ法実施時にＰｂＯを含むフラックス組成物を使用したときに、このフラックス組成物から混入するものである。
【００２７】
希土類元素としては、Ｇｄ、ＴｂおよびＹｂの３つの元素を選択するのが望ましい。Ｇｄは磁気モーメントが希土類元素の中で最も大きいため、飽和磁化（４πＭｓ）の低減に有効である。また、ＧｄＢｉ系のガーネットは、磁化反転温度が−１０℃程度と、ＴｂＢｉ系のガーネットの−５０℃に比べて室温に近いため、硬磁性のビスマス置換型希土類鉄ガーネット材料を得る場合には有利である。さらに、Ｇｄは１．２μｍ以上の波長の光の吸収がないため、挿入損失にとって有利である。
Ｔｂは、温度特性、波長特性を確保するために有効な元素である。Ｇｄは磁気異方性が大きく高保磁力化に有効な元素であるが、保磁力への寄与はＴｂのほうが大きい。
本発明のビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜は、ＬＰＥ法により形成されることを前提とするが、Ｙｂは、当該単結晶膜の格子定数を基板の格子定数と整合させるために含有される。ファラデー回転能を大きくするためには、Ｂｉを多く含む結晶とすることが望まれる。ここで、ＬＰＥ法に用いられる基板（以下、ＬＰＥ基板）は、所定の格子定数を有している。Ｂｉはイオン半径が大きいために、単にＢｉの量を多くしたのでは、得たい結晶膜の格子定数と基板の格子定数の整合が取れなくなる。そこで、Ｂｉの量を多くしつつ、イオン半径の小さいＹｂを含有せしめることにより、得たい結晶膜の格子定数と基板の格子定数の整合を取るのである。そして、Ｙｂは光通信に使用される光の波長域で光吸収がないので、挿入損失を劣化させることもない。
また、Ｓｍ、ＥｕおよびＤｙはＧｄおよびＴｂと同様に磁気異方性が大きい。また、Ｌｕ、Ｔｍ、Ｅｒ、ＨｏおよびＹは、Ｄｙよりもイオン半径が小さい点でＹｂと共通する。
【００２８】
本発明のビスマス置換型希土類鉄ガーネット材料において、ＭはＦｅの一部を置換する元素であり、Ｇａ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｉｒ、ＲｈおよびＰｔのグループから一種または二種以上選択される。この中では単結晶育成の容易さの観点からＧａが最も望ましい元素である。また、Ｇａは、Ｐｔの鉄サイトへの置換による単結晶中への混入を阻止する効果を有する。Ｐｔ量が低減された場合、フラックス組成物から混入するＰｂとの間の電荷補償を行うために、Ｇｅを含有せしめることが有効である。
ＭのＦｅに対する置換量であるｙは０≦ｙ≦２．０とする。硬磁性、つまり角型の磁気ヒステリシスを得るためには、ｙを０．１以上とするのが望ましい。一方、ｙが２．０を超えると、単結晶の育成中に溶融部分に不必要な結晶核が生成して単結晶の健全な育成が困難となる。硬磁性を得るために望ましいｙの範囲は０．３≦ｙ≦１．７、さらに望ましいｙの範囲は０．４≦ｙ≦１．５である。なお、以上のＭ元素は、意識的に添加したものに限らず、製造過程で不可避的に混入するものであってもよい。ＬＰＥ法に用いられる坩堝から混入するＰｔが典型例である。
【００２９】
本発明による磁性ガーネット材料は、ＬＰＥ法により製造することができる。図３はＬＰＥ法により単結晶膜を育成している様子を示している。図３に示すように、坩堝１０に希土類鉄ガーネット成分の酸化物（原料）とフラックス組成物とを投入する。希土類鉄ガーネット成分の酸化物は、酸化第二鉄、希土類酸化物、酸化ビスマスを含む。フラックス組成物は、酸化鉛および酸化ホウ素を含む。ただし、これは例示であり、得たい単結晶の化学組成により、本発明では、さらに他の酸化物、フラックス組成物を含むことができる。酸化鉛を含むフラックス組成物は、坩堝１０を溶解する能力が高いので、坩堝１０の材質としてＰｔを用いる場合には、酸化鉛を含まない無鉛フラックス組成物を用いることが望ましい。酸化鉛を含まないフラックス組成物の具体例としては、Ｂｉ２Ｏ３単体、Ｂｉ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の混合物、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３およびＮａ２Ｏの混合物などがある。
坩堝１０の最も一般的な材質はＰｔであるが、本発明ではＡｕを坩堝１０に用いることを許容する。Ａｕは、フラックスによる溶解量が少ないとともに、磁性ガーネット材料に含まれたとしても、Ｐｔのように悪影響を与えないからである。ここで、Ａｕを坩堝１０に用いる態様としては、坩堝１０の全体をＡｕで構成する場合のほか、坩堝１０の一部、例えば坩堝１０の内壁のみをＡｕで構成する場合を包含する。また、純粋なＡｕのみならず、Ａｕ合金または強化Ａｕを用いる場合も包含する概念である。Ａｕと合金化される元素としては、Ｉｒ、ＲｈおよびＰｔが挙げられる。強化Ａｕは、酸化ジルコニウムなどの微量の物質を分散させ、強度を向上させたＡｕである。
【００３０】
坩堝１０に投入された原料組成物とフラックス組成物とは、加熱コイル１１へ通電することにより加熱、溶融してメルト１２を形成する。このメルト１２を形成する過程で、メルト１２は撹拌される。この様子を図４に示している。例えば９５０℃程度に加熱された状態で、メルト１２は撹拌子１５を用いて撹拌される。メルト１２の溶融状態の均一性を向上するためである。この撹拌子１５も、坩堝１０と同様にＡｕで構成することが望ましい。Ｐｔで構成された撹拌子１５を用いると、撹拌中にＰｔが撹拌子１５から溶け出してメルト１２中に含まれることになる。したがって、Ａｕを用いた坩堝１０を用いる効果を享受するためには、撹拌子１５をＡｕで構成することが望ましい。なお、Ａｕで構成するとは、撹拌子１５自体をＡｕで構成する場合のみならず、撹拌子１５本体を別の材質で構成しその表面にＡｕの膜を形成する場合、さらに、メルト１２と接触する部位をＡｕで構成するが他の部分はＡｕ以外の材質で構成する場合をも包含する。
【００３１】
撹拌子１５によるメルト１２の撹拌が終了した後に、メルト１２の温度を例えば８００℃程度まで下げて過冷却状態にする。この状態で図３に示すように、ＬＰＥ基板１３を回転させながらメルト１２に接触させると、ＬＰＥ基板１３上（図中、下面側）に、単結晶膜１４がエピタキシャル成長する。
単結晶膜１４の育成過程で、図３に示すように、ＬＰＥ基板１３を保持するウェハ・ホルダ１６が、メルト１２と接触する可能性がある。したがって、このウェハ・ホルダ１６をもＡｕで構成することが望ましい。ウェハ・ホルダ１６は、図３に示すように、その先端の爪状部でＬＰＥ基板１３を保持しているので、少なくともこの先端爪状部をＡｕで構成すればよい。
【００３２】
ＬＰＥ法により単結晶膜を得る場合、雰囲気を大気とするのが一般的である。ところが、坩堝１０としてＰｔを用いる場合には、酸素の割合が２０体積％を超えるとＰｔと酸素が化合物を生成してＰｔが溶解しやすくなる。そこで、Ｐｔの坩堝１０を用いる場合には、大気よりも還元性の雰囲気、例えばＡｒ等の不活性ガス雰囲気でＬＰＥ法により単結晶膜を得ることが単結晶膜中へのＰｔの混入を阻止するために有効である。なお、酸素が少ない雰囲気で得られた単結晶膜は、酸素欠陥を含みやすいが、熱処理、例えば８００℃で３０時間保持する熱処理を施すことにより酸素欠陥を解消することも可能である。本発明における大気よりも還元性の雰囲気には、不活性ガス雰囲気、あるいは、２０体積％以下の酸素を含む不活性ガス雰囲気が含まれる。２０体積％以下の酸素量であれば、Ｐｔの溶解量を微量に抑えることができるからである。
【００３３】
ＬＰＥ法により得られた単結晶膜は、最終的に得たいファラデー回転子の厚さよりも若干厚い。研磨加工に供した後にファラデー回転子として用いるためである。なお、ファラデー回転子には、使用される光の波長に対して回転角が４５°になるような単結晶膜が用いられる。換言すれば、ＬＰＥ法により得られた単結晶膜は、ファラデー回転角が４５°になる厚さまで研磨加工される。ファラデー回転子は、概ね５００μｍ程度の厚さを有している。研磨加工された後に、挿入損失低減のために、ファラデー回転子の表面には、無反射コーティングを施すことが望ましい。
【００３４】
以上のようにして得たファラデー回転子は、光アイソレータ等の光デバイスに供される。そして、この光デバイスは、光通信システムに用いることができる。図５を用いて、本発明が適用される光通信システム１について説明する。
光通信システム１は、送信側と受信側との間で情報を光信号によって伝送するためのシステムである。送信側には光送信器２が、また受信側には光受信器３が配設されている。光送信器２と光受信器３とは、光ファイバからなる光伝送ライン４で接続されている。光伝送ライン４上には光増幅器５が介在している。光増幅器５は、光伝送ライン４の長さに応じた数だけ設けられる。
【００３５】
光送信器２は、電子回路２１と、ＬＤモジュール２２とを備えている。伝送の対象となるデータを電気信号として受けた電子回路２１は、所定の処理を施した後にＬＤモジュール２２に出力する。ＬＤモジュール２２は、受けた電気信号を光信号に変換した後に、光伝送ライン４に伝送する。
光受信器３は、ＰＤモジュール３１と、電子回路３２とを備えている。光伝送ライン４から伝送された光信号を受けたＰＤモジュール３１は、電気信号に変換して電子回路３２に出力する。電子回路３２は、受けた電気信号を受信側に出力する。
光伝送ライン４上に配置された光増幅器５は、光伝送ライン４を伝送される光信号の減衰を防止するために増幅する。
【００３６】
図６は、ＬＤモジュール２２の構成を示す図である。ＬＤモジュール２２は、ケース内に配置されるＬＤ２２２と、ＬＤ２２２から出力される波長が１．３１μｍ（または１．５５μｍ）の光（信号）を光アイソレータ２２４に対して平行光として供給するレンズ２２３と、レンズ２２３を透過した光（信号）の偏波面を回転する光アイソレータ２２４と、光アイソレータ２２４を出射した光を集光して光伝送ライン４に供給するレンズ２２３を備えている。
図７は、光アイソレータ２２４の構成を示す図である。図７に示すように、光アイソレータ２２４は、２つの偏光子２２４ａ（第１の光学素子），２２４ｃ（第２の光学素子）の間にファラデー回転子２２４ｂが配置された構成を有する。２つの偏光子２２４ａ，２２４ｃは、所定の間隔を隔てて対向配置される。いま、偏光子２２４ａに順方向の光が入射されるものとすると、順方向の光は偏光子２２４ｃから光伝送ライン４に向けて出射される。一方、偏光子２２４ｃに逆方向の光が入射されるものとすると、偏光子２２４ａは偏光子２２４ｃからの逆方向の光の透過を阻止する。これは、ファラデー効果を利用した以下の理由に基づく。すなわち、順方向においては、偏光子２２４ａを透過した直線偏光はファラデー回転子２２４ｂにより４５°回転し、４５°の相対角度をもって配置される偏光子２２４ｃを透過する。一方、逆方向においては、偏光子２２４ｃを透過した直線偏光は、ファラデー回転子２２４ｂにより順方向の場合と同じ方向にさらに４５°回転するため、偏光子２２４ａを透過することができなくなるためである。
ファラデー回転子２２４ｂが軟磁性の材料で構成されている場合には、ファラデー回転子２２４ｂの周囲を取り囲むように例えばリング状の永久磁石を配設する。この永久磁石が発生する磁界によって所定のファラデー効果が発現する。一方、ファラデー回転子２２４ｂが硬磁性の材料で構成されている場合には、永久磁石を配設する必要がない。
偏光子２２４ａ，２２４ｃは公知の材料を用いることができる。例えば、コーニング社製のポーラ・コア（商品名）が望ましいが、これに限定されるものではない。
【００３７】
偏光子２２４ａ，２２４ｃの箇所でも述べたように、ファラデー回転子２２４ｂは、偏光子２２４ａを透過した順方向の光の偏波面を回転させて偏光子２２４ｃに向けて出射する。また、ファラデー回転子２２４ｂは、偏光子２２４ｃを透過した逆方向の光の偏波面を、順方向の場合と同じ方向に回転させて偏光子２２４ａに向けて出射する。
本発明において、このファラデー回転子２２４ｂを前述したビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶膜で構成する。そして、このファラデー回転子２２４ｂは、光アイソレータ２２４等の光デバイスの一部として機能する。
なお、以上では光デバイスの例として、光アイソレータ２２４について説明したが、本発明は、光アッテネータ、光サーキュレータ、光磁界センサ、光減衰器等の他の光デバイスに適用することができることは言うまでもない。
【００３８】
【実施例】
以下本発明の具体的な実施例について説明する。
（実施例１）
酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３，４Ｎ）、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３，４Ｎ）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３，５Ｎ）、酸化テルビウム（Ｔｂ４Ｏ７，３Ｎ）　、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３，４Ｎ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３，４Ｎ）および酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２，４Ｎ）を原料として、図３に示す装置を用いて、大気中でＬＰＥ法により、ビスマス置換型希土類鉄磁性ガーネット単結晶膜を育成した。用いたＬＰＥ基板１３は、（１１１）ガーネット単結晶（（ＧｄＣａ）３（ＧａＭｇＺｒ）５Ｏ１２）から構成してある。ＬＰＥ基板１３の格子定数は、１．２４９７±０．０００２ｎｍである。なお、前記原料のほかに、酸化鉛（ＰｂＯ，４Ｎ）および酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３，５Ｎ）をフラックスとして坩堝１０に投入した。坩堝１０はその全体がＰｔから構成されている。原料およびフラックスを投入後、９５０℃まで加熱して原料を溶融した後、Ｐｔ製の撹拌子１５でメルト１２を所定時間だけ撹拌した。撹拌終了後、メルト１２を８５０℃まで降温してから、単結晶膜１４の育成を開始した。単結晶膜１４の育成の過程で、ＬＰＥ基板１３は、Ｐｔ製のウェハ・ホルダ１６で保持されている。
【００３９】
得られた単結晶膜（実施例１）について組成分析を行ったところ、単結晶膜の育成初期がＢｉ１．１Ｇｄ０．１８Ｔｂ１．３８Ｙｂ０．３Ｐｂ０．０３Ｆｅ３．９９Ｇａ１．０１Ｇｅ０．０３Ｏ１２であり、育成後期がＢｉ１．１Ｇｄ０．１８Ｔｂ１．３８Ｙｂ０．３Ｐｂ０．０３５Ｆｅ４．０Ｇａ１．０Ｇｅ０．０３５Ｏ１２であることが確認された。なお、Ｐｔの存在は検出されたが定量できるほどの量には達していなかった。また、実施例１において、鉄サイトを置換する元素はＧａおよびＧｅであるが、その濃度変動は、１％および１７％である。この単結晶膜を所定寸法に切断研磨した後に、測定温度を変化させつつ磁気特性を測定したところ、補償温度における飽和磁化（４πＭｓ）が３Ｇ、保磁力（Ｈｃ）が３．５ｋＯｅであった。この飽和磁化が得られた温度は、厳密な意味では補償温度ではないが、前述したように、本明細書中では、補償温度と呼ぶ。また、この単結晶膜についてファラデー回転角測定装置を用いてファラデー回転角の磁気ヒステリシスを測定したところ、図８に示すように良好な角型を示した。
次に、実施例１による単結晶膜に無反射コーティングを施すことにより、１ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍの寸法のファラデー回転子を得た。このファラデー回転子を用いて波長１．３１μｍの光で挿入損失を測定したところ、０．０１ｄＢであった。なお、挿入損失とは、入射光に対する出射光の減衰分をいう。
【００４０】
基本的にＧａの量を低減した以外は上記と同様の方法によって単結晶膜（比較例１）を得た。この単結晶膜の組成は、単結晶膜の育成初期がＢｉ１．１Ｇｄ０．１８Ｔｂ１．３９Ｙｂ０．３Ｐｂ０．０３Ｆｅ４．４６Ｇａ０．５Ｇｅ０．０３Ｐｔ０．０１Ｏ１２であり、育成後期がＢｉ１．１Ｇｄ０．１８Ｔｂ１．３８Ｙｂ０．３Ｐｂ０．０４Ｆｅ４．４Ｇａ０．５３Ｇｅ０．０２Ｐｔ０．０４Ｏ１２であることが確認された。このように、Ｐｔは育成初期から後期にかけて濃度が増える勾配を形成する。なお、比較例１において鉄サイトを置換する元素は、Ｇａ、ＧｅおよびＰｔであるが、その濃度変動は６％、３３％および３００％である。このように、比較例１は、鉄サイトを置換する元素の１つであるＰｔの濃度変動が３００％と２００％を超えている。
比較例１について、実施例１と同様に磁気特性を測定したところ、補償温度における飽和磁化（４πＭｓ）が３０Ｇであった。また、この単結晶膜についてファラデー回転角測定装置を用いて補償温度におけるファラデー回転角の磁気ヒステリシスを測定したところ、図９に示すようにスプリットが発生した。また、実施例１と同様に、波長１．３１μｍの光で挿入損失を測定したところ、０．０６ｄＢであった。
【００４１】
以上のように、Ｐｔを実質的に含まない単結晶を用いたファラデー回転子は、Ｐｔを含む単結晶を用いたファラデー回転子で発生するスプリットが発生しない。ビスマス置換型希土類鉄ガーネット単結晶は３価を示す。Ｐｔの電荷は４価である。したがって、Ｐｔが単結晶に取り込まれ、かつ濃度勾配が形成されるために、前記単結晶の電荷バランスを崩してしまう。電荷バランスが崩れることにより、スプリットが発生し、かつ挿入損失を劣化させるものと判断される。
【００４２】
実施例１と比較例１は、基本的に同一の条件で得られている。前述のように、実施例１には定量できるほどのＰｔが含まれない。これは、実施例１と比較例１におけるＧａ量の差異に基づいている。つまり、ＧａとＰｔとはＦｅとイオン半径が近いが、Ｇａが鉄サイトに多量に置換されると、ＰｔはＦｅと置換することができなくなる。そのために、坩堝１０からＰｔが溶解したとしても、単結晶膜中に取り込まれるＰｔは微量になるものと推測される。
【００４３】
（実施例２）
単結晶膜の育成雰囲気を５体積％の酸素を含有するＡｒガス雰囲気とした点、狙い組成を異ならせた以外は実施例１と同様の条件で、ビスマス置換型希土類鉄磁性ガーネット単結晶膜を育成した。
【００４４】
得られた単結晶膜（実施例２）について実施例１と同様に組成分析を行った。その結果、育成初期がＢｉ１．１Ｇｄ０．１８Ｔｂ１．３９Ｙｂ０．３Ｐｂ０．０３Ｆｅ４．７Ｇａ０．２７Ｇｅ０．０３Ｐｔ０．００５Ｏ１２であり、育成後期がＢｉ１．１Ｇｄ０．１８Ｔｂ１．３９Ｙｂ０．３Ｐｂ０．０３Ｆｅ４．７Ｇａ０．２７Ｇｅ０．０２５Ｐｔ０．０１Ｏ１２であることを確認した。このように、不活性ガス雰囲気中で単結晶膜の育成を行うことにより、Ｐｔ製の坩堝１０を用いた場合でも、単結晶膜に含まれるＰｔ量を低減できることがわかる。
実施例２において、鉄サイトを置換する元素はＧａ、ＧｅおよびＰｔであるが、その濃度変動は、０％、１７％および１００％である。この単結晶膜を所定寸法に切断研磨した後に、実施例１と同様に磁気特性を測定したところ、補償温度における飽和磁化（４πＭｓ）が４Ｇ、保磁力（Ｈｃ）が２．５ｋＯｅであった。また、この単結晶膜について実施例１と同様にファラデー回転角の磁気ヒステリシスを測定したところ、良好な角型を示した。
次に、実施例２による単結晶膜に無反射コーティングを施すことにより、１ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍの寸法のファラデー回転子を得た。このファラデー回転子を用いて波長１．３１μｍの光で挿入損失を測定したところ、０．０１ｄＢであった。
【００４５】
（実施例３）
フラックスをＢｉ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の混合物とした点、原料として酸化ゲルマニウムを用いない点、狙い組成を異ならせた以外は実施例１と同様の条件で、ビスマス置換型希土類鉄磁性ガーネット単結晶膜を育成した。
得られた単結晶膜（実施例３）について実施例１と同様に組成分析を行った。その結果、育成初期がＢｉ１．１Ｇｄ０．２２Ｔｂ１．３８Ｙｂ０．３Ｆｅ４．２５Ｇａ０．７５Ｐｔ０．００２Ｏ１２であり、育成後期がＢｉ１．１Ｇｄ０．２２Ｔｂ１．３８Ｙｂ０．３Ｆｅ４．２５Ｇａ０．７５Ｐｔ０．００２５Ｏ１２であることを確認した。このように、不活性ガス雰囲気中で単結晶膜の育成を行うことにより、Ｐｔ製の坩堝１０を用いた場合でも、単結晶膜に含まれるＰｔ量を低減できることがわかる。また、実施例３は、ＰｂＯを含まない無鉛フラックス組成物を用いたので、Ｐｂの混入が規制されている。
【００４６】
実施例３において、鉄サイトを置換する元素はＧａおよびＰｔであるが、その濃度変動は０％および２５％である。この単結晶膜を所定寸法に切断研磨した後に、実施例１と同様に磁気特性を測定したところ、補償温度における飽和磁化（４πＭｓ）が２Ｇ、保磁力（Ｈｃ）が４ｋＯｅであった。また、この単結晶膜について実施例１と同様にファラデー回転角の磁気ヒステリシスを測定したところ、良好な角型を示した。
次に、実施例３による単結晶膜に無反射コーティングを施すことにより、１ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍの寸法のファラデー回転子を得た。このファラデー回転子を用いて波長１．３１μｍの光で挿入損失を測定したところ、０．０１ｄＢであった。
【００４７】
（実施例４）
実施例１と同様の方法により、Ｐｔ含有量の異なる複数の単結晶膜を得た。これら単結晶膜の育成初期および育成後期のＰｔの濃度変動を求めた。また、これら単結晶膜の補償温度におけるファラデー回転角の磁気ヒステリシス、飽和磁化（４πＭｓ）および保磁力（Ｈｃ）を求めた。その結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
2004083390.tif 000003
【００４９】
表１に示すように、Ｐｔの濃度変動が２００％を超えると、スプリットが発生することがわかる。しかも、飽和磁化が２０Ｇを超える。なお、スプリットの発生した材料は、保磁力（Ｈｃ）を正確に測定することができない。
これに対してＰｔの濃度変動が２００％以下であると、スプリットは生ずることなく、ファラデー回転角は角型の磁気ヒステリシスを示す。
【００５０】
（実施例５）
坩堝１０、撹拌子１５およびウェハ・ホルダ１６をＡｕ製とした以外は実施例１と同様にして、ビスマス置換型希土類鉄磁性ガーネット単結晶膜を育成した。得られた単結晶膜（実施例５）について組成分析を行ったところ、育成初期および後期ともに以下の組成を有していた。この組成の材料は、軟磁性を示すものである。
Ｂｉ１．１Ｇｄ１．２Ｙｂ０．６７Ｐｂ０．０３Ｆｅ４．９７Ｇｅ０．０３Ｏ１２
この単結晶膜を所定寸法に切断研磨した後に無反射コーティングを施すことにより、１ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍの寸法のファラデー回転子を得た。このファラデー回転子を用いて波長１．３１μｍの光で挿入損失を測定したところ、０．０１ｄＢであった。
なお、実施例５において、鉄サイトを置換した元素はＧｅであるが、その濃度変動はともに０％である。
【００５１】
坩堝１０、撹拌子１５およびウェハ・ホルダ１６をＰｔ製とした以外は、上記と同様にして得られた単結晶膜（比較例５）を用いてファラデー回転子を得た。この単結晶膜の組成は、育成初期がＢｉ１．１Ｇｄ１．２Ｙｂ０．６７Ｐｂ０．０３Ｆｅ４．９７Ｇｅ０．０２３Ｐｔ０．００７Ｏ１２、育成後期がＢｉ１．１Ｇｄ１．２Ｙｂ０．６７Ｐｂ０．０３Ｆｅ４．９７Ｇｅ０．０１７Ｐｔ０．０２２Ｏ１２であった。このファラデー回転子の挿入損失を波長１．３１μｍの光で測定したところ、０．０４ｄＢであった。
以上のように、実施例５は電荷補償が理想的に行われたために挿入損失を向上できるのに対して、比較例５は電荷バランスが崩れているために挿入損失が劣る。
なお、比較例５において、鉄サイトを置換する元素はＧｅおよびＰｔであるが、その濃度変動は２６％および２１４％である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、補償温度においてもスプリットの発生しない硬磁性ビスマス置換型希土類鉄ガーネット材料を得ることができる。また、本発明によれば、挿入損失に優れた磁性ビスマス置換型希土類鉄ガーネット材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ファラデー回転角にスプリットが発生する原因を説明するための図である。
【図２】Ｐｔ量と挿入損失の関係を示すグラフである。
【図３】ＬＰＥ法を説明するための図である。
【図４】ＬＰＥ法の過程でメルトを撹拌する様子を示す図である。
【図５】本実施の形態による光通信システムの構成を示す図である。
【図６】本実施の形態によるＬＤモジュールの構成を示す図である。
【図７】本実施の形態による光アイソレータの構成を示す図である。
【図８】実施例１によるファラデー回転角の磁気ヒステリシスを示す図である。
【図９】比較例１によるファラデー回転角の磁気ヒステリシスを示す図である。
【符号の説明】
１…光通信システム、２…光送信器、２１…電子回路、２２…ＬＤモジュール、２２２…ＬＤ、２２３…レンズ、２２４…光アイソレータ、２２４ａ（第１の光学素子），２２４ｃ（第２の光学素子）…偏光子、２２４ｂ…ファラデー回転子、３…光受信器、３１…ＰＤモジュール、３２…電子回路、４…光伝送ライン、５…光増幅器、１０…坩堝、１１…加熱コイル、１２…メルト、１３…ＬＰＥ基板、１４…単結晶膜、１５…撹拌子、１６…ウェハ・ホルダ
【図１】
2004083390.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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