专利名称：磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信、光集成，尤其涉及一种磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器。
背景技术：
近年来，随着光通信、光缆电视和光集成等系统的发展，一个智能宽带的光纤网络逐渐形成，对光隔离器的带宽工作特性、温度特性等性能指标要求更为严格。以偏振敏感型光隔离器为例，综合国内外各公司常规水平，目前光隔离器产品在中心工作波长1550nm处，插入损耗＜0.5dB，反向隔离度＞40dB条件下的工作带宽仅约20nm，所规定带宽指标下的工作温度区域为0℃～50℃。但实际工程环境温度变化很大，有时要在陆地上提供环境温度-30℃～+80℃范围内工作性能好的光隔离器。对于用于密集波分复用多路光通信系统的光隔离器，其工作带宽要求也在50nm以上。作为光隔离器核心部件的45°法拉第旋转器的带宽特性、温度特性的提高尤为迫切。
45°法拉第旋转器目前国内外都采用含Bi铁石榴石晶体，其中GdBiIG材料得到普遍应用。在近红外波段，此种晶体的磁光优值(θf/α≈100°/dB)约比YIG材料的磁光优值大一个数量级。因此，当λ＝1550nm时，45°法拉第旋转器的厚度仅为0.3mm，并且该晶体的饱和磁化强度较低(约几万A/m)，但是它的法拉第旋转角(θf)的温度系数FTC(-0.08deg/K)和波长系数FWC(0.14％/nm)较大，从而使45°法拉第旋转器在-30℃至+80℃温度区域和带宽要求为100nm的工作环境中，对旋转45°角时产生的最大偏差角分别约为4.8°和6.3°，这将使光隔离器的反向隔离度下降至15dB以下而不能正常工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器。
它具有稀土铁石榴石磁光晶体，在稀土铁石榴石磁光晶体上设有液相外延稀土铁石榴石磁光薄膜层。
所述的稀土铁石榴石磁光晶体的成份为Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12其中，1.5＜x＜2.8，0.2＜y＜1.0，Re1表示Yb，、Re2表示Tb、Ho、Y，为两类对法拉第旋转的波长系数有正、负相反响应的稀土离子，稀土晶位中Re1、Re2、Bi离子的含量比例，使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶体在λ＝1550±50nm处θf的FWC为＜0.02％/nm。液相外延稀土铁石榴石磁光薄膜层为TbxBi3-xGayFe5-yO12，其中1.5＜x＜2.5，0＜y＜1.0，调节薄膜的补偿温度点至工作温区中点，利用该膜的法拉第旋转在补偿温度点上、下温区旋转方向相反的特点来使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶体的θf的FTC为＜-0.02deg/K。
本发明的磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器具有宽的工作带宽、宽的温度工作区间。利用本发明提供的磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器能使宽带(＞50nm)、宽温(-30℃至+80℃)光隔离器成为可能，这对光通信、光集成、光测量等系统的发展有极大的应用价值。
附图是磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器结构示意图。
具体实施例方式
磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器具有稀土铁石榴石磁光晶体1，在稀土铁石榴石磁光晶体1上设有液相外延稀土铁石榴石磁光薄膜层2。
本发明是在Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12(其中，1.5＜x＜2.8，0.2＜y＜1.0，Re1表示Yb，等、Re2表示Tb、Ho、Y，为两类对法拉第旋转的波长系数有正、负相反响应的稀土离子)磁光晶体表面上液相外延一层TbxBi3-xGayFe5-yO12(其中，5＜x＜2.5，0＜y＜1.0)磁光薄膜。
本发明以B2O3/Bi2O3为助熔剂，采用高温溶液自发成核缓慢降温方法生长Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶体，调整稀土晶位中Re1、Re2、Bi离子的含量比例，使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶体在λ＝1550±50nm处θf的FWC为＜0.02％/nm，然后在该晶体<111>面上液相外延一层TbxBi3-xGayFe5-yO12磁光薄膜，调节薄膜的补偿温度点至工作温区中点，利用该膜的法拉第旋转在补偿温度点上、下温区旋转方向相反的特点来使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶体的θf的FTC为＜-0.02deg/K。
磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器的主要性能指标为；中心波长(nm) 1550法拉第旋转角θf(deg/cm) ＞450即45°旋转器的厚度＜1.0mmθf的温度系数FTC(deg/K) ＜-0.02 -30℃～+80℃温区θf的波长系数FWC(％/nm) ＜0.02或(deg/nm) ＜0.009 波长为(1550±50)nm处晶体饱和磁化强度(Gs) ＜600
权利要求
1.一种磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器，其特征在于，它具有稀土铁石榴石磁光晶体(1)，在稀土铁石榴石磁光晶体(1)上设有液相外延稀土铁石榴石磁光薄膜层(2)。
2.根据权利要求1所述的一种磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器，其特征在于，所述的稀土铁石榴石磁光晶体的成份为Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12，其中，1.5＜x＜2.8，0.2＜y＜1.0，Re1表示Yb，、Re2表示Tb、Ho、Y，为两类对法拉第旋转的波长系数有正、负相反响应的稀土离子，稀土晶位中Re1、Re2、Bi离子的含量比例，使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶体在λ＝1550±50nm处θf的FWC为＜0.02％/nm。
3.根据权利要求1所述的一种磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器，其特征在于，所述的液相外延稀土铁石榴石磁光薄膜层(2)为TbxBi3-xGayFe5-yO12，其中1.5＜x＜2.5，0＜y＜1.0，调节薄膜的补偿温度点至工作温区中点，利用该膜的法拉第旋转在补偿温度点上、下温区旋转方向相反的特点来使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶体的θf的FTC为＜-0.02deg/K。
全文摘要
本发明公开了一种磁光晶体/磁光薄膜复合型结构法拉第旋转器。它具有稀土铁石榴石磁光晶体，在稀土铁石榴石磁光晶体上设有液相外延稀土铁石榴石磁光薄膜层。所述的稀土铁石榴石磁光晶体的成分为Re
文档编号G02F1/01GK1687821SQ20051005029
公开日2005年10月26日 申请日期2005年4月19日 优先权日2005年4月19日
发明者徐志成, 黄敏, 李淼 申请人:浙江大学