法拉第转子及用其的光部件、防反射膜及用其的光部件制造技术

本发明专利技术涉及如同光衰减器和光开关或极化波控制器等使法拉第旋转角变化，控制光的极化面的光部件，其目的在于提供可采用小型的耗电低的磁路，而且可把法拉第转子的插入损失抑制至较低程度的光部件。按照具有由石榴石单晶形成的法拉第转子、把小于法拉第转子的饱和磁场Ｈｓ的外部磁场Ｈ施加到法拉第转子的磁路的原则构成。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用铋置换稀土族铁石榴石单晶，对光的极化面进行可逆控制的法拉第转子，还涉及利用了该转子的光部件(光隔离器、光循环器、光开关、光衰减器、极化面控制器等)。此外，本专利技术涉及法拉第转子用的在Bi置换稀土族铁石榴石材料的表面被形成的防反射膜及采用了该膜的光部件。现有技术现有技术1由液相外延法(LPE法)生成的Bi置换稀土族铁石榴石膜以往作为光隔离器用的法拉第转子被广泛用于光通信系统。尤其是近年来作为不同于光隔离器的其它用途，在磁光学式光衰减器和光开关及极化波控制器等中已采用法拉第转子，用于WDM(光波长复用通信)系统(比如，参照特开平6-51255号公报)。光隔离器通过对法拉第转子施加外部磁场，或使法拉第转子自身成为永久磁铁，使光的前进方向与磁矩方向几乎相同，发生规定的法拉第旋转角。另一方面，在利用了法拉第转子的磁光学型光衰减器等光部件中，对法拉第转子施加其方位不同于光的前进方向的外部磁场H，使法拉第旋转角可逆地变化。此时，通过施加法拉第转子的饱和磁场Hs或其大小(强度)超过该磁场的外部磁场H，降低由法拉第转子所具有的磁区构造引起的光的衍射损失。法拉第转子在液相外延生长时，在生长方向上发生磁各向异性(生长感应磁各向异性)，在晶体的生长方向形成易磁化方位(易磁化轴)。因此，光入射面与晶体生长方向几乎正交，而且在不实施热处理的法拉第转子的场合下，即使对光入射面施加斜向的外部磁场H，磁矩的方位也几乎不偏离晶体的生长方向。为此，在接近1000℃的高温下对法拉第转子进行热处理，减少生长感应磁各向异性。这样，易磁化轴不处于与晶体生长同一方向的<111>方位，而处于由于形状磁各向异性效果而在与生长面的面方向接近的方向上存在的其它<111>方位。如图24所示，<111>方位在基片上有4个方位。第1方位是与基片面垂直的<111>方位α，其余的3个方位<111>方位β1、β2、β3与基片面大约呈20°的角度，从<111>方位α看去，方位β1-β2之间、方位β2-β3之间、方位β3-β1之间的角度分别为120°。当生长感应磁各向异性减少时，磁矩方位由于圆片状生长的外延膜的形状效果，易于朝向与基片面平行的方位。因此磁矩方位将朝向与平行于基片面的方位最接近的方位β1、β2、β3这3个方位。这样，可根据其大小超过饱和磁场Hs的外部磁场H的施加方向的变化，改变法拉第转子的磁矩方位，获得其旋转角可变的法拉第转子。图8是表示施加于法拉第转子的外部磁场H与法拉第旋转角的关系的图表。横轴表示外部磁场H(Oe)，纵轴表示法拉第旋转角(deg.)。曲线α表示对实施了热处理的法拉第转子施加了外部磁场H场合下的法拉第旋转角，曲线β表示对未实施热处理的法拉第转子施加了外部磁场H场合下的法拉第旋转角。横轴值Hsβ表示未实施热处理的法拉第转子的饱和磁场Hs的大小(强度)。横轴值Hsα表示实施了热处理的法拉第转子的饱和磁场Hs的大小。此外在图8的示例中，外部磁场H是构成法拉第转子的石榴石单晶的生长方向，被施加到光入射出射方向。生长感应磁各向异性越小，根据外部磁场H的方向变化，磁矩方位越容易移动。越在高温下进行长时间的热处理，越易发生原子的再排列，生长感应磁各向异性越减少。但同时饱和磁场Hs也更大。其结果是，如图8所示，通过热处理减少了生长感应磁各向异性的法拉第转子的饱和磁场Hsα与未进行热处理的法拉第转子的饱和磁场Hsβ相比其值大为增加。因此用于发生使法拉第转子饱和的外部磁场H的磁铁(永久磁铁或电磁铁)便呈大型化。此外发生构成用于使法拉第旋转角可变的合成磁场的可变磁场的电磁铁也呈大型化，因而有必要在线圈内流通大电流，从而产生在搭载了该法拉第转子及磁路的光部件大型化的同时制造成本上升的问题。如果热处理不足则会残留生长感应磁各向异性，即使改变外部磁场H的方向，磁矩方位也不移动，法拉第旋转角不能充分变化。此外在本说明书中，把即使对法拉第转子施加更大的磁场，法拉第旋转角也不再增加的最小强度的磁场作为饱和磁场Hs。现有技术2如上所述，在由液相外延法生成的Bi置换稀土族铁石榴石单晶膜中在膜生长方向上发生生长感应磁各向异性。因此石榴石单晶膜的磁矩方位被固定在与外延生长方向相同的方向上。对一般光隔离器使用的法拉第转子，由于使磁矩方位与石榴石单晶膜的外延生长方向处于相同的方向后使用，因而基于这种外延生长的石榴石单晶膜所特有的磁特征在使用上不会产生问题。然而在可变光衰减器之类的可改变法拉第旋转角的构成下的法拉第转子中，有必要在不同于石榴石单晶膜的外延生长方向的方向上施加磁场，使磁矩方位相对石榴石单晶膜的外延生长方向倾斜。此时，较强的生长感应磁各向异性成为使磁矩方位倾斜变化的阻碍原因。因此通过在1000℃以上的高温下对Bi置换稀土族铁石榴石单晶膜进行热处理，减弱生长感应磁各向异性，按照磁矩方位朝向外加磁场的方向的原则进行控制，获得法拉第旋转角可变的法拉第转子(比如，参照特开平10-1398号公报)。如果通过热处理减弱石榴石单晶膜的生长感应磁各向异性，虽然磁矩方位易于朝向石榴石单晶膜的膜生长方向以外，但反过来也难以朝向膜生长方向。因此热处理后的石榴石单晶膜的膜生长方向的饱和磁场Hs与热处理前相比将较大。使膜生长方向的外加磁场强度从0开始慢慢增大，并测定法拉第旋转角，把法拉第旋转角不再变化时的外加磁场作为饱和磁场Hs。图2表示把小于饱和磁场Hs的外部磁场H(未图示)几乎垂直施加到了法拉第转子1的光入射面的状态。如图2所示，由于磁矩2的一部分朝向外加磁场方向，其它部分朝向反方向，因而石榴石单晶膜具有不同的磁区构造。如果在施加了小于饱和磁场Hs的外部磁场H的状态下向法拉第转子1入射具有特定极化面的光Ii，则将成为磁矩2在正向与反向区域内具有不同极化面的光。因此如图2所示，将发生光的衍射，衍射光Ir被作为散射光输出，输出光Io减少，发生光损失，因而使用了法拉第转子1的光部件的光损失增大。因此，用于减弱石榴石单晶膜的生长感应磁各向异性的热处理有必要在通过外部磁场H的施加可容易地改变磁矩2的方位的同时，选择饱和磁场Hs尽量不增加的条件予以实施。不过，对于在满足上述内容的条件下实施了热处理的法拉第转子，会发生由于施加磁场后使磁矩方位与外加磁场方向一致时的磁矩方位的再现性降低，因而不能在所需范围正确改变法拉第旋转角的问题。因此会发生比如不能通过磁光学型光衰减器得到足够的衰减的问题。现有技术3防反射膜是为防止在光部件与其折射率不同的物质相接的界面发生的光的反射，在光部件的光入射面及光出射面形成的光学薄膜。在光通信系统中采用的各种光部件中，也通过在光透过的界面形成防反射膜，减少基于反射的返光。在作为光通信用的无源部件的光隔离器及光衰减器中被使用的法拉第转子中，在其光入射/出射两面也形成防反射膜，装配到装置内。法拉第转子的防反射膜在作为法拉第转子的构成材料的磁性石榴石与空气的界面，或磁性石榴石与环氧树脂系树脂的界面被形成。环氧树脂系树脂用于粘接法拉第转子与其它光部件，光从其粘接面透过。这些防反射膜如特开平4-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光部件，其特征在于：具有法拉第转子，其由石榴石单晶形成；磁路，其把小于上述法拉第转子的饱和磁场Ｈｓ的外部磁场Ｈ施加到上述法拉第转子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大井户敦，远池健一，山泽和人，笕真一朗，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]