(57)【要約】      （修正有）【課題】磁性材料に任意の磁区パターンを形成することにより、静磁波の励起波長を制御する。【解決手段】静磁波素子２は、ＹＩＧ単結晶基板４の上面に、入力部６、周期構造部８および出力部１０が形成されている。入力部６および出力部１０は、静磁波素子２にそれぞれ入力信号を入力、あるいは出力信号を出力するための部分である。また、周期構造部８は、ＹＩＧ単結晶膜４内に磁区の周期構造を形成するためのものであり、周期構造部８は導電性金属より形成される。また、周期構造部８は、第１の実施形態では、図中上下方向に延びる部分が左右方向に周期的に配置され、これらが互いに連結され、一本の導体とされている。【選択図】図４
2009003150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＹＩＧ基板あるいは弾性体基板上に形成されたＹＩＧ膜と、
前記ＹＩＧ基板あるいは前記ＹＩＧ膜の表面に周期的に形成された導電性金属パターンとからなり、
前記導電性金属パターンに、直流電流あるいは交流電流を流すことを特徴とする静磁波素子。
【請求項２】
高周波入力手段と高周波出力手段をさらに備え、
前記導電性金属パターンは、前記高周波入力手段と前記高周波出力手段の間に設置されることを特徴とする請求項１に記載の静磁波変調装置。
【請求項３】
光信号入力手段と光信号出力手段をさらに備え、
前記導電性金属パターンは、前記光信号入力手段と前記光信号出力手段の間に設置されることを特徴とする請求項１に記載の静磁波変調装置。
【請求項４】
前記導電性金属パターンに周期的な電流を流す電流印加手段をさらに備えることを特徴とする請求項２または３に記載の静磁波変調装置。
【請求項５】
前記電流印加手段は、電流が前記導電性金属パターンに流れる部分の間隔を変更することが可能であることを特徴とする請求項４に記載の静磁波変調装置。
【請求項６】
前記電流印加手段は、前記導電性金属パターンに流れる電流の大きさを変更することが可能であることを特徴とする請求項４または５に記載の静磁波変調装置。
【請求項７】
ＹＩＧ基板あるいは弾性体基板上に形成されたＹＩＧ膜と、
前記ＹＩＧ基板あるいは前記ＹＩＧ膜の表面に接触あるいは接近させられる基板上に、周期的に形成された導電性金属パターンとからなり、
前記導電性金属パターンに、直流電流あるいは交流電流を流すことを特徴とする静磁波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静磁波を用いて高周波や光信号を変調する素子あるいは装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
透過性磁性体の磁気光学効果は、古くから光アイソレーターやマイクロ波制御デバイスなどの光・高周波領域で利用されてきた。特に、透過性磁性体にＹ３Ｆｅ５Ｏ１２などのガーネット材料を用いたものは、可視光から赤外の波長領域にわたって透明な強磁性体で、高周波領域でも損失が小さいことから、研究が行なわれている。磁気光学効果の１つであるファラデー回転角の波長依存性は、磁性体の組成が決まると材料固有のものとして決定される。このため、例えば、１．５５μｍ帯の光通信波長領域で大きなファラデー回転角を要求する場合や、可視光領域で損失が小さくかつ、磁気光学効果の大きなものが必要な場合など、利用する波長領域に応じて新しい材料の探査が行なわれてきた。
【０００３】
本出願の発明者らは、既存材料に人為的な構造を導入することで、材料固有の特性の制御を試みてきた。その一例として、光波長オーダーの周期構造を導入した磁性フォトニクス結晶が挙げられる。磁性フォトニクス結晶は、屈折率（誘電率）の異なる２種類以上の材料を光波長オーダーで周期構造を形成することで得られるものである。光波長オーダーの周期構造は、異種材料表面における光の進行波と反射波の間で位相干渉を形成し、フォトニックバンドギャップなどの性質を発現させることが分かっている。
【０００４】
近年、磁性フォトニック結晶以外にも、磁気ドメインに周期配列を持たせ、その中を伝搬する静磁波にフォトニックバンドギャップが形成されることが発見され、議論されてきている。この静磁波、とりわけ、表面にエネルギーが集中した形で伝搬する表面静磁波は、電磁波に比べ、伝搬速度が遅く、ＧＨｚ帯での情報キャリアとして様々な信号処理デバイスへの応用が検討されてきている。
【０００５】
以下に示す各特許文献は、磁性材料であるＹＩＧ膜上に、強磁性細線を周期的に配列し、表面静磁波の伝搬特性を制御するものである。
【特許文献１】特開２００１−２６４７１７号公報
【特許文献２】特開２００１−９１９１６号公報
【特許文献３】特開２００１−９４３１０号公報
【特許文献４】特開２００２−１８２７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の各特許文献は、ＹＩＧ膜上に強磁性細線を周期的に配列するものであるため、ある特定の周波数の静磁波に対してのみ、伝搬特性を制御することが可能であるが、異なる複数の波長に対して、静磁波の励起波長を制御することができないという欠点があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、磁性材料に任意の磁区パターンを形成することにより、静磁波の励起波長を制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に係る発明は、ＹＩＧ基板あるいは弾性体基板上に形成されたＹＩＧ膜と、前記ＹＩＧ基板あるいは前記ＹＩＧ膜の表面に周期的に形成された導電性金属パターンとからなり、前記導電性金属パターンに、直流電流あるいは交流電流を流すことを特徴とする静磁波素子により構成される。この構成によれば、ＹＩＧ基板あるいはＹＩＧ膜に導電性の金属パターンが形成され、この金属パターンに電流を流すことにより、ＹＩＧ基板あるいはＹＩＧ膜表面付近に周期的な磁区構造が形成され、静磁波の励起波長を制御することができる。
【０００９】
また、本発明は、高周波入力手段と高周波出力手段をさらに備え、前記導電性金属パターンは、前記高周波入力手段と前記高周波出力手段の間に設置されることを特徴とする静磁波変調装置によっても構成される。この構成によれば、導電性金属パターンが高周波入力手段と高周波出力手段の間に配置されるため、高周波の変調か可能な静磁波変調装置を構成することができる。
【００１０】
また、本発明は、光信号入力手段と光信号出力手段をさらに備え、前記導電性金属パターンは、前記光信号入力手段と前記光信号出力手段の間に設置されることを特徴とする静磁波変調装置によっても構成される。この構成によれば、導電性金属パターンが光信号入力手段と光信号出力手段の間に配置されるため、光信号の変調が可能な静磁波変調装置を構成することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記導電性金属パターンに周期的な電流を流す電流印加手段をさらに備えることを特徴とする静磁波変調装置によっても構成される。この構成によれば、導電性金属パターンに周期的な電流を流すことにより、ＹＩＧ基板あるいはＹＩＧ膜表面付近に周期的な磁区構造を形成することができ、静磁波の励起波長を制御することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記電流印加手段は、電流が前記導電性金属パターンに流れる部分の間隔を変更することが可能であることを特徴とする静磁波変調装置によっても構成することもできる。この構成によれば、電流が流れる部分の間隔を変更することができるため、ＹＩＧ基板あるいはＹＩＧ膜の表面付近の磁区の大きさを任意に制御することができ、静磁波の励起波長を制御することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記電流印加手段は、前記導電性金属パターンに流れる電流の大きさを変更することが可能であることを特徴とする静磁波変調装置によって構成することもできる。この構成によれば、流れる電流の大きさを変更することにより、ＹＩＧ基板あるいはＹＩＧ膜の表面付近の磁区を制御することができ、静磁波の励起波長を制御することができる。
【００１４】
また、本発明は、ＹＩＧ基板あるいは弾性体基板上に形成されたＹＩＧ膜と、前記ＹＩＧ基板あるいは前記ＹＩＧ膜の表面に接触あるいは接近させられる基板上に、周期的に形成された導電性金属パターンとからなり、前記導電性金属パターンに、直流電流あるいは交流電流を流すことを特徴とする静磁波素子によって構成することもできる。この構成によれば、ＹＩＧ基板あるいはＹＩＧ膜の近傍に導電性の金属パターンが形成され、この金属パターンに電流を流すことにより、ＹＩＧ基板あるいはＹＩＧ膜表面付近に周期的な磁区構造が形成され、静磁波の励起波長を制御することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、上述の構成を採用することにより、ＹＩＧ基板あるいはＹＩＧ膜の表面付近に形成される磁区を制御することができ、静磁波の励起波長を制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を実施するための最良の形態について、第１の実施形態によってその詳細を具体的に説明するが、第１の実施形態の説明に先立ち、周期的異方性を与えたＹＩＧ膜の静磁波伝搬特性の実験結果（以下、実験例１という）について説明する。本発明の各実施形態は、この実験例１から得られた知見を考察し、発展させたものである。
【００１７】
図１に実験例１におけるＹＩＧ単結晶膜の静磁波の伝搬特性の測定方法を示す。図１において、ＹＩＧ単結晶膜は、ＧＧＧ（ガトリニウムガリウムガーネット）基板上に形成され、膜厚は１４μｍとした。表面静磁波の送受信には、テフロン（登録商標）基板（比誘電率：２．３、誘電正接：５×１０−４）上に形成したマイクロストリップライン（線幅２００μｍ）を用いた。また、このトランスジューサ系の特性インピーダンスは、１３０Ωであった。ＹＩＧ膜の静磁波の伝搬方向に垂直な方向（図１の左右方向）に直流バイアス磁界を印加した。
【００１８】
次に、ＹＩＧ単結晶膜の周期的磁区構造の形成について説明する。ＹＩＧ単結晶膜への磁区の形成は、メタル磁気テープに一定の周波数信号を記録し、この磁気テープをＹＩＧ単結晶膜に貼り付ける方法を採用した。図２に、マグネティックビュアーで観察したメタル磁気テープの磁区構造を示す。この磁区構造の周期は、表面静磁波の波長を勘案して決定した。
【００１９】
上述した実験例１について、ＹＩＧ単結晶膜の表面静磁波伝搬特性を測定した。図３は、ＹＩＧ単結晶膜内の表面静磁波のＳ２１周波数特性について、周期構造磁区構造をもつ場合ともたない場合について比較したものである。なお、Ｓ２１は透過係数であり、入射した電磁波のうち、試料を透過したエネルギーを表す値である。
【００２０】
図３に示すように、周期構造磁区をもつＹＩＧ単結晶膜では、特性周波数でＳ２１が顕著に減少し、表面静磁波の伝搬にフォトニックバンドギャップが形成されていることが分かる。したがって、ＹＩＧ単結晶膜に磁区の周期構造を形成することにより、表面静磁波に対するフォトニックバンドギャップが形成されていることが確認された。
【００２１】
次に、以上の知見に基づき考案された本発明の第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、ＹＩＧ単結晶基板に磁区の周期構造を形成した静磁波素子２である。図４に第１の実施形態の静磁波素子２の構成を示す。図４（ａ）は静磁波素子２の上面視図であり、図４（ｂ）は静磁波素子２のｂ−ｂ線の断面図である。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、静磁波素子２は、ＹＩＧ単結晶基板４の上面に、入力部６、周期構造部８および出力部１０が形成されている。入力部６および出力部１０は、静磁波素子２にそれぞれ入力信号入力、あるいは出力信号を出力するための部分である。また、周期構造部８は、ＹＩＧ単結晶膜４内に磁区の周期構造を形成するためのものであり、周期構造部８は導電性金属より形成される。また、周期構造部８は、第１の実施形態では、図中上下方向に延びる部分が左右方向に周期的に配置され、これらが互いに連結され、一本の導体とされている。したがって、周期構造部８の左上の部分より直流電流を流した場合、電流は周期構造部８の各部分を流れ、周期構造部８の右下部分に流れる。なお、周期構造部８に交流を流した場合は、上述した直流の場合と同方向あるいは逆方向に電流が流れることになる。このように、周期構造部８に直流電流あるいは交流電流を流すことにより、ＹＩＧ単結晶膜４の表面付近に周期的な磁区が形成される。
【００２３】
したがって、第１の実施形態の静磁波素子２では、ＹＩＧ単結晶基板４上に周期構造部８が形成されているため、ＹＩＧ単結晶基板４の表面付近に磁区の周期構造を形成することができ、ＹＩＧ単結晶基板４の表面付近を伝搬する表面静磁波に対するフォトニックバンドギャップを形成することができる。また、上述した実験例１によれば、ＹＩＧ単結晶膜に磁化した磁気テープを張り付けたが、第１の実施形態の静磁波素子２では、導電性の周期構造部８に直流あるいは交流電流を流す構造としたため、電流を印加する方向を制御することにより、ＹＩＧ単結晶基板４の表面付近に任意の磁区パターンを形成することができ、静磁波の励起波長を任意に制御することができるようになる。
【００２４】
なお、第１の実施形態では、ＹＩＧ単結晶基板４の直上に入力部６、周期構造部８および出力部１０を形成したが、これに限らず、図５に示す静磁波素子１２のように、弾性体基板１４上にＹＩＧ単結晶膜１６を形成し、ＹＩＧ単結晶膜１６上に入力部６、周期構造部８および出力部８を形成しても良い。なお、図５（ａ）は、静磁波素子１４の上面視図、図５（ｂ）は静磁波素子１４の断面図である。
【００２５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６に第２の実施形態の静磁波素子１８の構成を示す。図６（ａ）は静磁波素子１８の上面視図であり、図６（ｂ）は静磁波素子１８のｂ−ｂ線の断面図である。
【００２６】
図６（ａ）に示すように、静磁波素子１８は、ＹＩＧ単結晶基板２０の上面に、入力部２２、周期構造部２４および出力部２６が形成されている。周期構造部２４は、ＹＩＧ単結晶膜２０内に磁区の周期構造を形成するためのものであり、周期構造部２４は導電性金属より形成される。また、周期構造部２４は、第２の実施形態では、図中上下方向に延びる部分が左右方向に周期的に配置され、これらは互いに分離されている。周期構造部２４の各部分は、適宜選択されて、直流電流あるいは交流電流が印加され、電流が流れることとなる。したがって、周期構造部２４の電流を流す部分の間隔を適宜選択することにより、ＹＩＧ単結晶基板２０の表面付近の磁区の間隔を任意に決定することができる。
【００２７】
したがって、第２の実施形態の静磁波素子１８は、ＹＩＧ単結晶基板２０上に周期構造部２４が形成されているため、ＹＩＧ単結晶基板２０の表面付近に磁区の周期構造を形成することができ、ＹＩＧ単結晶基板２０内に表面静磁波に対するフォトニックバンドギャップを形成することができる。また、第２の実施形態の静磁波素子２では、導電性の周期構造部２４の各部分の電流を流す部分の間隔を適宜選択することにより、ＹＩＧ単結晶基板２０の表面付近の磁区の間隔を任意に決定するとができ、静磁波の励起波長を任意に制御することができるようになる。
【００２８】
なお、第２の実施形態では、ＹＩＧ単結晶基板２０の直上に入力部２２、周期構造部２４および出力部２６を形成したが、これに限らず、図７に示す静磁波素子２８のように、弾性体基板３０上にＹＩＧ単結晶膜３２を形成し、ＹＩＧ単結晶膜３２上に入力部２２、周期構造部２４および出力部２６を形成しても良い。なお、図７（ａ）は、静磁波素子２８の上面視図、図７（ｂ）は静磁波素子２８の断面図である。
【００２９】
なお、上述した第１および第２の実施形態の静磁波素子は、図８に示すように各手段と組み合わせることにより、静磁波変調装置３４を構成することができる。図８において、静磁波素子３４は、静磁波素子２、直流磁界印加手段３６、電流供給手段３８および高周波印加手段４０、光信号入力手段４２および光信号出力手段４４より構成される。直流磁化印加手段３６は、静磁波素子２に直流磁界を印加するものであり、図４（ａ）において、紙面に平行な方向でかつ上下方向に磁界を印加するものである。また、電流供給手段３８は、静磁波素子２の周期構造部８に直流あるいは交流の電流を印加するものであり、電球供給手段３８は、周期構造部８の任意の場所に電流を供給することができる。また、高周波印加手段４０は、静磁波素子２に高周波を印加するものであり、入力および出力信号である光信号を変調するためのものである。
【００３０】
したがって、図８の静磁波変調装置３４は、静磁波素子２を用いて構成したため、入力信号である光信号を高周波で変調して出力信号である光信号を出力することができる。また、上述した第１および第２の実施形態の静磁波素子を用いることにより、ＹＩＧ単結晶膜表面付近に任意の磁区構造を形成するこができ、静磁波の励起波長を制御することができる。したがって、任意の波長の光信号を高周波によって変調することができる。
【００３１】
なお、図８の静磁波変調装置３４は、光信号を高周波で変調する静磁波変調装置であるが、これに限らず、高周波を光で変調する静磁波変調装置としても良い。また、第１及び第２の実施形態の静磁波素子では、周期構造部はＹＩＧ単結晶基板あるいはＹＩＧ単結晶膜の上面に積層する構造をしたが、これに限らず、ＹＩＧ単結晶基板あるいはＹＩＧ単結晶膜と別の基板に周期構造部を形成し、周期構造部とＹＩＧ単結晶基板あるいはＹＩＧ単結晶膜を接触あるいは近接させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る実験例１におけるＹＩＧ単結晶膜の静磁波の伝搬特性の測定方法を示す図である。
【図２】本発明に係る実験例１のマグネティックビュアーで観察したメタル磁気テープの磁区構造を示す図である。
【図３】本発明に係る実験例１のＹＩＧ単結晶膜内の表面静磁波のＳ２１周波数特性を示す図である。
【図４】本発明に係る第１実施形態の静磁波素子２の構造を示す図である。
【図５】本発明に係る第１実施形態の静磁波素子１２の構造を示す図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態の静磁波素子１８の構造を示す図である。
【図７】本発明に係る第２実施形態の静磁波素子２８の構造を示す図である。
【図８】本発明に係る静磁波変調装置３４の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
２    静磁波素子
４    ＹＩＧ単結晶基板
６    入力部
８    周期構造部
１０  出力部
【図４】
2009003150.tif 000003
【図５】
2009003150.tif 000004
【図６】
2009003150.tif 000005
【図７】
2009003150.tif 000006
【図８】
2009003150.tif 000007
【図１】
2009003150.tif 000008
【図２】
2009003150.tif 000009
【図３】
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