专利名称：硬磁性柘榴石材料、其单晶体膜的制造方法、法拉第旋转子、其制造方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及可用于光通信系统的硬磁性柘榴石材料、法拉第旋转子、法拉第旋转子的制造方法、铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的制造方法。另外、还涉及采用该法拉第旋转子的光学装置、具有该光学装置的光通信系统。
背景技术：
现在，与传输容量小的电通信相比、光通信的普及在不断加速。其理由如以下所说明那样。光通信汇总了如下优点能够高速大容量地传输、因为使用较少中继器而有利于长距离传输，还不受电磁噪声的影响。
光与TV·无线电广播或无线通信中使用的电波和电磁波是一致的。但是，光通信中使用的电磁波的频率是约200THz、相当于卫星广播(约10GHz)的约20000倍。所谓的频率高，就意味着波长短、相应地可以高速地传输更多的信号。顺便提一下，在光通信中使用的电磁波的波长(中心波长)是1.31μm(1310nm)和1.55μm(1550nm)。
光通信中使用的光纤正如所熟知的那样，形成折射率不同的玻璃的二重结构。通过中心的芯的光是在芯内部反复地反射，因此即使光纤弯曲，也能正确地传输信号。并且，因为在光纤中使用了透明度高的高纯度石英玻璃、所以光通信每1km仅仅衰减0.2dB左右。因而，不使用放大器也可传输约100km，与电通信相比，可减少中继器的数目。
电通信中，存在EMI(电磁干扰)问题。但是，使用光纤的通信是不受由电磁诱导的噪声的影响。因此，可极其高品质地传输信息。
现在的光通信系统是用光发送器的LD(激光二极管)将电信号变换成光信号，用光纤传输该光信号之后，用光接收器的PD(光敏二极管)将其变换成电信号。这样，光通信系统中不可缺少的要素是LD、PD、光纤和光连接器。无论是在较低速且近距离的通信系统、还是在高速且长距离的通信系统中，除了以上的要素之外，还需要光放大器、光分配器等光传输设备，这些设备中适用的光隔离器、光耦合器、光分波器、光开关、光调制器、光衰减器等光学部件。
高速·长距离传输、或多分岐的光通信系统中特别重要的是光隔离器。在现在的光通信系统中，光隔离器用于光发送器的LD调制器和中继器中。光隔离器是具有仅仅单方向地传播电磁波、阻止在途中反射回来的电磁波的作用的光学部件。光隔离器应用了作为磁光学效果的一种的法拉第效应。法拉第效应就是透过表现出法拉第效应的材料、即稀土类铁柘榴石单晶体膜等的法拉第旋转子的光的偏振面旋转的现象。象法拉第效应那样，光的偏振方向旋转的性质称呼为旋光性，但是与通常的旋光性不同，对法拉第效应而言，光的进行方向不能逆向地返回来，而且偏振方向旋转。将利用光的偏振方向根据法拉第效应旋转的现象的元件称为法拉第旋转子。
下面以LD调制器为例子说明光隔离器的功能。
将LD作为同光纤一体化的LD调制器组装至光发送器中。光隔离器是配置在LD和光纤之间、利用了应用法拉第效应防止反射回光至LD上的功能。反射回光就是从LD射出的光仅仅用光连接器等部件反射回来的光。反射回光对于LD，成为噪声的原因。仅仅单方向地通过光的光隔离器除去了这个噪声，从而维持通信品质。
在光发送器的LD的场合，从LD射出的光的振动方向(偏振方向)是规定于单个方向，所以可以使用构造简易的偏振依存型的光隔离器。现有的偏振依存型的光隔离器10的基本构成示于图6。光隔离器10是由由柘榴石单晶体膜构成的法拉第旋转子11、包围法拉第旋转子11且用于磁化法拉第旋转子11的圆筒状永久磁铁12、配置在法拉第旋转子11的表底两面的偏振镜13，14构成。该偏振镜13和14是被配置成具有45°的相对角度。而且，在光隔离器10中，将光进入的方向称为顺向，而将反射回来的方向称为逆向。
下面，基于图7(省略了永久磁铁的记载)、对光隔离器10阻止逆向的光通过的结构进行说明。其中，图7(a)表示顺向的光通过光隔离器10的样子，图7(b)表示阻止逆向的光通过光隔离器10的样子的图。
如图7(a)所示，在顺向上、通过偏振镜13的直线偏振光由法拉第旋转子11旋转45°，通过被配置成具有45°的相对角度的偏振镜14。另一方面，如图7(b)所示，在逆向上，因为通过偏振镜14的直线偏振光由法拉第旋转子11再旋转45°，则不可通过偏振镜13。
以上虽然对在LD调制器中使用的偏振依存型的光隔离器10进行了说明，但是可用于在光放大器中的光隔离器是偏振无依存型的。在光放大器的场合，直射光从光纤被射入至光隔离器，所以不能使偏振方向特定化。为此，开发了偏振无依存型的光隔离器。因为其基本构成已经熟知，这里省略对其的说明。而且，在本发明中，单独提到光隔离器时，均包含偏振依存型和偏振无依存型两者的概念。
法拉第旋转子左右了光隔离器的性能。因此，构成法拉第旋转子的材料的特性对于得到高性能的光隔离器是重要的。在选择构成法拉第旋转子的材料时重要的方面是在使用波长(光纤的场合、1.31μm，1.55μm)下，法拉第旋转角是大的、和透明度是高的。作为具有这类条件的材料，最初使用了YIG(钇铁柘榴石，Y3Fe5O12)，但是批量生产性、小型化方面是不足够的。
之后，发现用铋(Bi)取代柘榴石型晶体的稀土类部位，法拉第旋转能急剧提高、之后已经能够将该Bi置换稀土类铁柘榴石单晶体用于法拉第旋转子了。
可是，以前的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体在饱和磁场以上的磁场中法拉第旋转角表现为一定的值。因此，在不满饱和磁场的大小的磁场中，法拉第旋转角是与磁场的大小成比例，如果取消外部磁场，则法拉第效应消失。因此，如图6中所示，在以前的光隔离器10中，配设用于施加饱和磁场以上的磁场至法拉第旋转子11上的永久磁铁12。
对于光隔离器10，也期望同其它设备、部件一样地小型化、低成本化。但是，永久磁铁12的存在可以说是妨碍了光隔离器10的小型化、低成本化。
以前的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体在取消外部磁场时，法拉第效应就消失，所以可称之为软磁性材料。因此，永久磁铁12的配设是不可缺少的。但是，与铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体相对，如果可以赋予硬磁性，就是即使取消外部磁场，也能维持法拉第旋转角的性质，则可以省略永久磁铁12的配设。永久磁铁12的省略，使得光隔离器或利用法拉第效应的各种设备、部件的小型化、低成本化。因此，正在进行硬磁性的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体的开发。
例如、特开平6-222311号公报中、公开了一种铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜，其是通过LPE(液相外延生长)法培育的铋取代稀土类铁柘榴石单晶体膜，其中所述单晶体膜的化学组成表示为GdxRyBi3-x-yFe5-z(AlGa)zO12(其中，R是La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Tb，Dy，Er，Tm，Yb，Lu，Y之中的至少一种；x，y，z分别是1.0≤x≤2.5、0≤y≤1.9、0.5≤z≤2.0的数。)，在与所述单晶体膜面交叉的方向上施加外部磁场而被磁饱和之后，当即使除去该外部磁场，也能保持磁饱和时的法拉第旋转效应。该单晶体膜如果施加饱和磁化以上的外部磁场，即使取消外部磁场，也可维持法拉第旋转角。但是，作为该铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜，具体公开的仅仅是Gd1.8Bi1.2Fe4.0Al0.5Ga0.5O12单晶体膜，而没有公开其它具体的单晶体膜。
另外，在特开平9-185027号公报中公开了具有下述组成的硬磁性铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜。而且，特开平9-185027号公报中指出应当避免含有Gd、Tb和Dy。
Bi1Eu1Ho1Fe4Ga1O12Bi0.75Eu15Ho0.75Fe4.1Ga0.9O12Bi1Eu2Fe4Ga0.5Al0.5O12再者，特开平9-328398号公报中公开了对用LPE法培育的、化学组成表示为Tb3-xBixFe5-y-zGayAlzO12(式中、1.1≤x≤1.5、0.65≤y+z≤1.2、z≤y)的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜进行磁化处理得到的法拉第旋转子。另外、特开平10-31112号公报中公开了对用LPE法培育的、化学组成表示为Tb3-x-yHoxBiyFe5-x-wGazAlwO12(式中、0.40≤x≤0.70、1.30≤y≤1.55、0.7≤z+w≤1.2、0≤w/z≤0.3)的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜进行磁化处理而得到的法拉第旋转子。特开平9-328398号公报和特开平10-31112号公报中记载的法拉第旋转子表现出矩型的磁滞。
还有，在特开2000-180791号公报中公开了，通过使得矫顽力值和残留磁化值之比为1.5以上，抑制由磁特性的温度变化和磁壁能量的变化而保持逆向的磁化的磁畴，并得到具有表现出矩型的磁滞的法拉第旋转子的光隔离器。另外，在特开2000-180791号公报中公开了对用LPE法培育的、铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜，通过在600～1100℃的范围内实施热处理，改善了矫顽力的磁滞的矩型性。
如以上所述，特开平6-222311号公报、特开平9-185027号公报、特开平9-328398号公报中，提出了具有硬磁性的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜。但是，上述的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜是停留在对是否发现硬磁性的基本研讨上，没有提及作为法拉第旋转子所要求的法拉第旋转能、法拉第旋转角的温度特性、波长特性、插入损失。
另外，特开2000-180791号公报中记载的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜具有100Oe(奥斯特)以上的矫顽力，可望有更高矫顽力化。其原因是，在即使取消外部磁场，也可维持法拉第旋转角的硬磁性的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜中，矫顽力越高，就能得到越高的高特性的法拉第旋转子。
对于法拉第旋转子的实用化而言，上记法拉第旋转能、温度特性、波长特性、插入损失、矫顽力是重要的特性。因此，本发明的一个目的是提供法拉第旋转能、温度特性、波长特性、插入损失优良的硬磁性铋取代型稀土类铁柘榴石材料。另外，本发明的另一个目的是提供制造矫顽力等优良的高性能的法拉第旋转子稳定的技术。
还有，本发明的又一目的是提供具有高性能的法拉第旋转子的光隔离器等光学装置。
本发明的进一个目的是提供具备所述的光学装置的光通信系统。
如前述，对于法拉第旋转子的实用化，法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失是重要的特性。
此处，法拉第旋转角是与构成法拉第旋转子的材料的厚度成比例。因此，将每单位厚度的旋转角称为法拉第旋转能。因为在光隔离器中使用的法拉第旋转子的旋转角是45°，所以法拉第旋转能越大，则法拉第旋转子的厚度就可以更薄，对小型化更有利。
作为光学装置的一部分的光隔离器并不一定是在恒温状态下使用，例如需要保证在-40℃至+85℃的温度范围内动作。法拉第旋转角的温度依存性越小，则就可在更广的温度范围内使用。因此，法拉第旋转角的温度依存性，即温度特性也是一个重要的特性。
在现有光隔离器中使用的光的波长是1.31μm(1310nm)或1.55μm(1550nm)，这始终是中心波长。也就是说，对于实际上从LD射出的光的波长，存在预定的宽度。因此，法拉第旋转角的波长依存性，即波长特性也是必要的特性。特别是，在采用通过光通信的波长多重化的大容量传输技术时，是极其重要的特性。
另外，将射出光相对于射入光的衰减部分称为插入损失。为了确保高品质的信息传输，在法拉第旋转子中，要求降低插入损失。在法拉第旋转子中的插入损失是由构成法拉第旋转子的材料的光吸收损失及由于该材料和空气折射率不同引起的界面反射损失组成。可是，通过在法拉第旋转子表面上施加无反射涂层，反射损失可降低至忽略不计的程度。因此，光隔离器的插入损失变成法拉第旋转子的光吸收损失。该光吸收损失是由构成铋取代型稀土类铁柘榴石材料的离子的光吸收决定的。
本发明者为实现表现出硬磁性、且具有优良的法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失而进行了研究。由此发现，在铋取代型稀土类铁柘榴石材料中，在稀土类部位，必需含有Gd、Tb和Yb的新型组成是有效的。本发明正是基于上述发现，提供一种硬磁性柘榴石材料，其特征在于，化学组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)、表现出矩型的磁滞。
在本发明的硬磁性柘榴石材料中，1.0≤a+b+c≤2.3、且0.3≤w≤2.0、优选0.1≤a≤1.5、0.3≤b≤2.0、0.1≤c≤1.5、且0.4≤w≤1.5。
本发明的硬磁性柘榴石材料在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的法拉第旋转能可以达到700°/cm以上。另外，本发明的硬磁性柘榴石材料在室温且波长1550nm下的插入损失可以达到0.1dB以下。再者，本发明的硬磁性柘榴石材料，在施加了所述硬磁性柘榴石材料显示出的饱和磁化以上的大小的外部磁场之后，即使在除去该外部磁场后，所述法拉第旋转能够实质上维持。本发明的硬磁性柘榴石材料在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的法拉第旋转角的温度特性可以达到其目标值的13％以下。还有，本发明的硬磁性柘榴石材料在室温且波长1500～1600nm下的法拉第旋转角的波长特性可以达到其目标值的8％以下。
本发明提供了应用以上的硬磁性柘榴石材料的以下法拉第旋转子。即本发明的法拉第旋转子是使用铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜、使射入的光的偏振面旋转的法拉第旋转子，其特征在于，所述单晶体膜必须含有稀土类元素Gd、Tb和Yb，显示出实质上为矩型的磁滞，且在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的法拉第旋转能是700°/cm以上，同时在室温和波长1550nm下的插入损失是0.1dB以下。另外其特征还在于，在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的法拉第旋转角的温度特性是其目标值的13％以下，在室温和波长1500～1600nm下的法拉第旋转角的波长特性是其目标值的8％以下。
在本发明的法拉第旋转子中的所述单晶体膜可以含有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Dy，Ho，Er，Tm，Lu，Y和Ca的一种或两种以上。
本发明的法拉第旋转子在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的法拉第旋转能可达到800°/cm以上，在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的温度特性可达到其目标值的11％以下，在室温和波长1500～1600nm下的波长特性可达到其目标值的7％以下，在室温和波长1550nm下的插入损失可达到0.07dB以下。
本发明还提供采用了以上的法拉第旋转子的以下光学装置。本发明的光学装置是以顺向的光射入其中的第1光学元件，与所述第1光学元件间隔预定的间距并相向配置的、顺向的光从中射出的第2光学元件，和配置在所述第1光学元件和所述第2光学元件之间、使透过所述第1光学元件的光的偏振面旋转并向着所述第2光学元件射出、同时阻止透过所述第2光学元件的逆向的光透过的法拉第旋转子作为基本的构成要素。这里，作为光学装置，广泛地包含光隔离器、光循环器、光增益控制器、光磁场传感器、光开关、光衰减器等。另外，作为第1光学元件和第2光学元件，可以使用偏振镜、金红石等偏振光分离元件等。本发明的光学装置的特征在于，所述法拉第旋转子是由化学组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜构成，且该铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的磁滞显示为矩型。
光隔离器等光学装置，如前述，可适用于光通信系统中的光发送器。本发明也提议了将本发明的光学装置应用于所述的光通信系统。该提议具有如下部分的光通信系统发送从电信号变换成的光信号的光发送器、用于传输从所述光发送器发出的所述光信号的光传输线、接收通过所述光传输线传输的所述光信号、并将所接收的所述光信号变换成电信号变换的光接收器，该光通信系统的特征在于，所述光发送器具有将所述电信号变换成所述光信号的电-光变换元件、和配置在所述电-光变换元件和所述光传输线之间的光学装置；构成所述光学装置的法拉第旋转子是由化学组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜构成，且该铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的磁滞显示为矩型。
在光通信系统中，例如在由光纤构成的光传输线上配置光放大器。在该光放大器中也使用光隔离器等光学装置。也可将该光学装置作为本发明的光学装置。即在本发明的光通信系统中，在所述光传输线上配置光放大器，所述光放大器具有接收由所述光传输线传输的光信号，同时使被接收的光信号的偏振面旋转的光学装置和放大透过所述光学装置的光信号的放大装置，构成所述光学装置的法拉第旋转子可以由化学组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜构成。因此，该铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的磁滞最好显示为矩型。
而且，如前述，对于应用硬磁性柘榴石材料的法拉第旋转子的实用化来说，矫顽力是重要的特性。本发明者为得到显示出硬磁性、且具有优良的矫顽力的铋取代型稀土类铁柘榴石材料进行了各种研究。因此，通过一边施加外部磁场一边实施热处理(以下、简称为「磁场中热处理」)，发现铋取代型稀土类铁柘榴石材料中的磁滞显示出理想的矩型性、同时矫顽力提高。也就是说，本发明提供一种法拉第旋转子的制造方法，其是使用实质上显示出矩型的磁滞的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的法拉第旋转子的制造方法，其特征在于具有如下步骤培育单晶体膜的单晶体膜培育步骤，对单晶体膜，一边施加外部磁场一边实施热处理的磁场中热处理步骤。这里，通过使在单晶体膜培育步骤中培育的单晶体膜的组成达到本发明推荐的组成，即(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12的化学组成(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)，可得到矫顽力高，且法拉第旋转能、温度特性、波长特性、插入损失方面也是高性能的法拉第旋转子。而且，在本发明的磁场中热处理步骤中，在200～1100℃的温度范围内实施热处理对于提高矫顽力方面是有效的。还有，在磁场中热处理步骤中的所述温度范围内保持后，最好对单晶体膜一边施加外部磁场一边冷却。再者，在磁场中热处理步骤中的外部磁场最好是300Oe以上，在磁场中热处理步骤中的热处理氛围气最好是非还原性氛围气。
另外，本发明提供一种法拉第旋转子，其是使用铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜、使射入的光的偏振面旋转的法拉第旋转子，其特征在于所述单晶体膜化学组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)，且通过磁场中热处理在室温下具有600Oe以上的矫顽力。根据本发明者的发现，通过构成以Gd、Tb和Yb为必需元素的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜，磁特性得以提高。
再者，本发明提供铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的制造方法，其是实质上显示出矩型的磁滞的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的制造方法，其特征在于具有如下步骤由液相外延生长法培育单晶体膜的步骤，对单晶体膜，在保持加热的状态下使磁畴排列的磁畴排列处理步骤。在磁畴排列处理步骤中，一边施加300Oe以上的外部磁场一边在200～1100℃内加热保持是有效的。
本发明还提供使用法拉第旋转子的以下的光学装置。本发明的光学装置是以顺向的光射入其中的第1光学元件，与所述第1光学元件间隔预定的间距并相向配置的、顺向的光从中射出的第2光学元件，和配置在所述第1光学元件和所述第2光学元件之间、使透过所述第1光学元件的光的偏振面旋转并向着所述第2光学元件射出、同时阻止透过所述第2光学元件的逆向的光透过的法拉第旋转子作为基本的构成要素。本发明的光学装置中，可以使用由铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜构成的，在形成与顺向的光大致平行的磁场的方向上施加外部磁场且同时保持加热而制得的法拉第旋转子。该法拉第旋转子显示为矩型的磁滞，且在室温下具有600Oe以上的矫顽力，所以本发明的光学装置例如光隔离器实现了高性能的隔离。
但是，法拉第旋转子是在将通过LPE法等形成的Bi取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜(以下、简称为「柘榴石单晶体膜」或仅仅称为「单晶体膜」。)研磨加工至预定的厚度后，通过切断而制成。本发明者为得到高性能的法拉第旋转子，从组成以外的观点也进行了各种研讨，发现柘榴石单晶体膜的切断面的性状对法拉第旋转子的性能带来影响。这里，作为柘榴石单晶体膜的切断面的性状，就是屑片的有无等，屑片就是切断柘榴石单晶体膜时柘榴石单晶体膜的切断面的边缘缺损的现象。因此，为得到高性能的法拉第旋转子，构成法拉第旋转子的材料的特性当然是重要的，而在切断柘榴石单晶体膜时如何除掉屑片，这也是重要的关键。
特别地，在硬磁性柘榴石单晶体膜中，该屑片成为重要的问题。其理由是，在切断硬磁性柘榴石单晶体膜时产生的屑片变成一种晶体缺陷，因此矫顽力显著地降低。这里，如上述，在硬磁性柘榴石单晶体膜中，矫顽力是重要的要素。而且，矫顽力同柘榴石单晶体膜切断时的屑片具有密切的关系，抑制柘榴石单晶体膜切断时的屑片对于提高矫顽力是极其重要的。
本发明者为抑制柘榴石单晶体膜切断时的屑片，尝试了各种切断方法，发现通过钢丝锯切断是非常有效的。也就是说，本发明提供了一种拉第转子的制造方法，其是使用铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜、使射入的光的偏振面旋转的法拉第旋转子的制造方法，其特征在于具有如下的步骤培育单晶体膜的单晶体膜培育步骤、用钢丝锯切断在该单晶体膜培育步骤中得到的单晶体膜的切断步骤。本发明的法拉第旋转子的制造方法对于上述的具有本发明所推荐组成的硬磁性材料当然是有效的，而且对于具有其它组成的硬磁性材料也是有效的。而且，不限于硬磁性材料，即使对于以前的软磁性材料，也可适用通过本发明的钢丝锯的切断。特别地，在用钢丝锯切断由树脂等粘合的法拉第旋转子和其它光学元件的场合，可有效地抑制屑片和切断时光学元件的脱离。
本发明又提供一种采用铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的法拉第旋转子，其特征在于，具有保持预定间距相向设置的表面、底面和在该表面、底面的周围形成的侧面，在侧面上均一地形成微细的凹凸。为了在铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的侧面上均一地形成微细的凹凸，例如可以使用钢丝锯。在本发明的法拉第旋转子中，使单晶体膜显示出实质上为矩型的磁滞，是有效的。
本发明还提供使用法拉第旋转子的以下的光学装置。本发明的光学装置是以顺向的光射入其中的第1光学元件，与所述第1光学元件间隔预定的间距并相向配置的、顺向的光从中射出的第2光学元件，和配置在所述第1光学元件和所述第2光学元件之间、使透过所述第1光学元件的光的偏振面旋转并向着所述第2光学元件射出、同时阻止透过所述第2光学元件的逆向的光透过的法拉第旋转子作为基本的构成要素。本发明的光学装置中，所述单晶体膜的表面、底面可以通过树脂等粘合剂粘合至上述的第1光学元件或第2光学元件。而且，在本发明的光学装置中的法拉第旋转子显示为矩型的磁滞，且在室温下具有350Oe以上的矫顽力，因此本发明的光学装置是高性能的。
附图简要说明
图1表示根据本发明的光通信系统的构成的图。
图2表示根据本发明的LD调制器的构成的斜视图。
图3表示根据本发明的光隔离器的构成的图。
图4表示在实施例1中制作的磁性柘榴石材料的矫顽力同磁化的关系的图。
图5表示在实施例1中制作的磁性柘榴石材料的外部磁场同法拉第旋转角的关系的图。
图6表示以前的光隔离器的构成的图。
图7用于说明光隔离器的原理图。
图8用于说明LPE法的图。
图9表示试样No.1～9的组成、法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失的表。
图10表示试样No.1、10～12的组成、法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失的表。
图11表示试样No.13～21的组成、法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失的表。
图12(a)是实施磁场中热处理的试样No.26(4πMs＝80G、矫顽力＝1050Oe)磁滞的示意图、(b)是仅仅实施热处理的试样No.30的磁滞的示意图。
图13表示随着热处理温度的变化，矫顽力变动的图。
图14表示随着外部磁场的变化，矫顽力变动的图。
图15(a)是显示用钢丝锯的切断面的图、(b)是显示由模切机的切断面的图。
具体实施例方式
以下、参照附图，更详细和具体地说明本发明。
首先，采用图1，对本发明适用的光通信系统1进行说明。
光通信系统1是用于在发送侧和接收侧之间通过光信号传输信息的系统。在发送侧配设了光发送器2，而在接收侧配设了光接收器3。光发送器2和光接收器3是用由光纤构成的光传输线4相连接。在光传输线4上其中有光放大器5。光放大器5的数目被设计成与光传输线4的长度相对应。
光发送器2具有电子电路21和LD调制器22。将作为传输对象的数据以电信号接收的电子电路21在实施了预定的处理之后，输出至LD调制器22上。LD调制器22将接收的电信号变换成光信号之后，在光传输线4中传输。
光接收器3具有PD调制器31和电子电路32。接收从光传输线4传输的光信号的PD调制器31变换成电信号，输出至电子电路32上。电子电路32将接收的电信号输出至接收侧。
光传输线4上配置的光放大器5是为了防止光传输线4传输的光信号的衰减而进行放大。
图2是显示LD调制器22的构成的图。LD调制器22具有在罩壳内配置的LD222、透过从LD222输出的光(信号)的透镜223、和旋转透过透镜223的光(信号)的偏振面的光隔离器(光学装置)224。透过光隔离器224的光(信号)射入至透镜225。然后，该光(信号)从透镜225射出至光传输线4。
图3是显示光隔离器224的构成的图。如图3所示，光隔离器224的构成是在2个偏振镜(第1光学元件、第2光学元件)224a，224c之间配置了法拉第旋转子224b。2个偏振镜224a，224c是间隔预定的间距地相向配置。这样，当顺向的光射入到偏振镜224a时，顺向的光是从偏振镜224c朝光传输线4射出。
偏振镜224a、224c可以使用公知的材料。例如，最好是コ一二ング社制的ポ一ラ·コァ(商品名)，但是不限于此。
法拉第旋转子224b使透过偏振镜224a的光的偏振面旋转并向着偏振镜224c射出。而且，法拉第旋转子224b阻止来自偏振镜224c的逆向的光透过。可以阻止该逆向的光透过的理由上文已经说明过，所以这里将其省略。
在本发明中、该法拉第旋转子224b是由显示出矩型的磁滞的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜构成。
铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的组成最好是(Bi3-xRx)Fe(5-w)MwO12的化学组成(其中，R＝含有Y的稀土类元素的1种或2种以上、M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上)。这里，R是含有Y的稀土类元素(La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu)的1种或2种以上。以下、将含有Y的稀土类元素称为「稀土类元素R」。
另外，在本发明的硬磁性柘榴石材料中，优选是，0.5≤x≤2.5、且0.2≤w≤2.5，更优选是1.0≤x≤2.3、且0.4≤w≤1.5。
作为稀土类元素R，特别优选Gd、Tb、Yb，作为稀土类元素R，更优选必须含有Gd、Tb和Yb三种元素。
Gd的磁矩是稀土类元素中最大的，所以对于饱和磁化(4πMs)的降低是有效的。而且，Gd Bi系柘榴石的磁化转换温度是-10℃左右，比Tb Bi系柘榴石的-50℃转换温度更接近室温，所以对于硬磁性有利。另外，因为Gd不吸收1.2μm以上的波长的光，对于插入损失有利。
Tb是用于确保温度特性和波长特性的有效元素。Gd是磁各向异性大的、对高矫顽力化有效的元素，但是对于贡献矫顽力，Tb的这方面是大的。
本发明的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜是以通过LPE法形成为前提条件，但是含有Yb是为了使该单晶体膜的晶格常数同基板的晶格常数匹配。为了使得法拉第旋转能变大，最好采用含有较多Bi的晶体。这里，法拉第旋转角是与构成法拉第旋转子224b的材料的厚度成比例，将每单位厚度的旋转角称为法拉第旋转能。而且，因为光隔离器224中使用的法拉第旋转子224b的旋转角是45°，所以法拉第旋转能越大，则法拉第旋转子224b的厚度可变得越薄，对小型化越有利。
又，在LPE法中使用的基板(以下、称为LPE基板)具有预定的晶格常数。因为Bi的离子半径是大的、仅仅增加Bi的量，不能产生所得的结晶膜的晶格常数同基板的晶格常数的匹配。于是，通过增加Bi的量、同时不含有离子半径小的Yb，导致所得的结晶膜的晶格常数同基板的晶格常数匹配。因此，Yb在光通信中使用的光的波长域下不发生光吸收，所以也不会导致插入损失劣化。
由于以上的理由，在本发明的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜中，特别优选使得其组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12的化学组成(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)。
另外，在本发明的铋取代型稀土类铁柘榴石材料中，M是取代一部分Fe的元素，其是选自于Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上。其中，从单晶体膜培育的容易性的观点看，Ga是最好的元素。
在本发明的铋取代型稀土类铁柘榴石材料中，表示Gd、Tb和Yb的含量的a，b和c应当达到0.5≤a+b+c≤2.5。如果a+b+c不满0.5，则离子半径大的Bi的量变得较多，用于通过LPE法培育的单晶体膜的同LPE基板的晶格常数的匹配性不能实现。又，如果a+b+c超过2.5，相反地Bi的量变得较少，法拉第旋转能变小。因此，必须使单晶体膜的厚度变厚，否则难以用LPE法培育单晶体膜，招致成品率降低。a+b+c的优选范围是1.0≤a+b+c≤2.3。
另外，a，b和c分别优选是0.1≤a≤1.5、0.3≤b≤2.0、0.1≤c≤1.5。将a(Gd量)设定为0.1以上是为了充分地确保用于得到硬磁性的磁各向异性。另一方面，如果a超过1.5，因为Tb和Bi量是不足的，不能得到高的法拉第旋转能。
将b(Tb的量)设定为0.3以上是为了充分地确保用于得到硬磁性的磁各向异性。另一方面，如果b超过1.5，在超过1.5μm(1500nm)的波长的光下插入损失变大。
将c(Yb的量)设定为0.1以上是因为，如果不满0.1，则不能确保充分的法拉第旋转能，由此必须增加膜厚。另一方面，如果c超过1.5，则Gd、Tb和Bi的量不足，由此不能确保高的法拉第旋转能。
在本发明的铋取代型稀土类铁柘榴石材料中、作为M对Fe的取代量的w设定为0.2≤w≤2.5。如果w不满0.2，不能保证所得的单晶体膜具有矩型的磁滞。另一方面，如果w超过2.5，则在单晶体的培育过程中在熔融部分中生成不必要的结晶核，难以健全地培育单晶体。w的较佳范围是0.3≤w≤2.0，w的更佳范围是0.4≤w≤1.5。
通过以上说明，采用适当地调整化学组成为(Bi3-xRx)Fe(5-w)MwO12(其中，R＝含有Y的稀土类元素的1种或2种以上、M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上)的单晶体膜的组成，得到在-40℃～+85℃的温度范围、即在光隔离器的动作保证所必需的温度范围中体现出法拉第效应，同时在-40℃～+85℃的温度范围和波长1550nm下的法拉第旋转能是700°/cm以上的铋取代型稀土类铁柘榴石材料。该柘榴石材料在施加了使该材料显示为饱和磁化以上的大小的外部磁场后，在除去该外部磁场之后，也能实质地维持以上的法拉第旋转能。
另外，在将单晶体膜的组成調整成以Gd、Tb和Yb三种元素作为稀土类元素R所必需的场合，得到在-40℃～+85℃的温度范围、即在光隔离器的动作保证所必需的温度范围中体现出法拉第效应，同时在-40℃～+85℃的温度范围和波长1550nm下的法拉第旋转能是700°/cm以上的铋取代型稀土类铁柘榴石材料。
又，将Gd、Tb和Yb三种元素作为必需的本发明的柘榴石材料可以得到如下的特性在-40℃～+85℃的温度范围和波长1310nm下的法拉第旋转能是1000°/cm以上。
又，根据本发明的柘榴石材料，在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下法拉第旋转角的温度特性可达到其目标值的13％以下。又，该材料在-40℃～+85℃的温度范围、波长1310nm下的法拉第旋转角的温度特性可达到其目标值的10％以下。另外，虽然温度特性也变成负值，但在本发明中规定的温度特性是绝对值。这对于波长特性也是同样的。又，本发明中的目标值具有以下的意义。即，现行的光隔离器如前述，旋转角为45°。这个45°就是在本发明中所称的目标值。在现行的光隔离器的场合，温度特性是以这个45°为基准求得。例如，在旋转角为60°的场合，温度特性是以60°为基准求得。这对于波长特性同样也适用。
又，本发明的柘榴石材料在室温和波长1500～1600nm下的法拉第旋转角的波长特性可以是其目标值的8％以下，而在室温和波长1250～1360nm下的波长特性可以是其目标值的13％以下。
另外，在本发明的柘榴石材料中，在重视温度特性、波长特性的场合下，使Tb的量增多即可。又，在重视插入损失的场合下，使Gd的量增多即可。另外，在法拉第旋转能变大以重视小型化的场合，使Bi的量增多即可。
本发明的法拉第旋转子可以由以上所述的通过LPE法培育的铋取代型稀土类铁柘榴石材料的单晶体膜构成。该单晶体膜具有如下的构成必须含有稀土类元素Gd、Tb和Yb，表现出实质上为矩型的磁滞，且在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的法拉第旋转能是700°/cm以上，同时在室温和波长1550nm下的插入损失是0.1dB以下。又，在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的法拉第旋转角的温度特性是其目标值的13％以下，在室温和波长1500～1600nm下的法拉第旋转角的波长特性是其目标值的8％以下。
本发明的单晶体膜虽然以稀土类元素Gd、Tb和Yb作为必需的构成元素，但是并不排除含有其它稀土类元素。因此，即使除Gd、Tb和Yb之外，还含有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Dy，Ho，Er，Tm，Lu和Y的一种或两种以上，也包含在本发明的范围中。再者，即使除了上述的稀土类元素之外，还含有Ca，也包含在本发明的范围中。但是，它们的含量应当控制在不损害本发明的效果的程度。不过，是不容易确定具体的含量。
本发明的单晶体膜的特征在于以稀土类元素Gd、Tb和Yb作为必需的构成元素。因此，这三种稀土类元素之中，Gd和Tb是为了改善法拉第旋转能的温度特性、波长特性而被含有的。另一方面，Yb是为同LPE基板的晶格常数的匹配而被含有的。在本发明中不排除含有的上述稀土类元素之中，Sm、Eu和Dy同Gd和Tb同样地具有大的磁各向异性。又，Lu，Tm，Er，Ho和Y在离子半径比Dy更小的这方面是与Yb共同的。
接下来，说明经过单晶体膜培育步骤、着磁步骤、切断步骤、磁场中热处理步骤，制造法拉第旋转子的方法。<单晶体膜培育步骤>
本发明的单晶体膜可以通过LPE法培育。图8显示出了通过LPE法培育单晶体膜的样子。
如图8所示，例如将所得的单晶体膜的原料和焊药投入至铂金制的坩埚40中。将投入到坩埚40中的原料和焊药通过对加热线圈41通电而加热、熔融，形成熔体42。降低熔体42的温度到达过冷却状态，使LPE基板43一边旋转一边同熔体接触，单晶体膜44在LPE基板43上外延生长。另外，在培育的单晶体膜44中，从焊药和坩埚40不可避免地混入了杂质，本发明容许这类不可避免的杂质的混入，这点就不用说了。当然，为了使本发明的效果得以实现，优选是降低这些杂质的混入。
通过LPE法得到的单晶体膜44被培育成比最终得到的法拉第旋转子224b的厚度更厚若干。这是因为供作研磨加工后用作法拉第旋转子224b。另外，对于法拉第旋转子224b，采用对所使用的光的波长旋转角变成45°的单晶体膜44。换言之，将由LPE法得到的单晶体膜44研磨加工直至法拉第旋转角为45°。法拉第旋转子224b具有大约500μm程度的厚度。研磨加工后，为减低插入损失，优选在法拉第旋转子224b的表面上施加无反射涂层。<着磁步骤>
说起着磁步骤，就是对由单晶体膜44构成的法拉第旋转子224b，施加外部磁场。
外部磁场的强度是设定为饱和磁场以上，具体地说是300Oe以上。外部磁场强度越高，则可期待拉第转子224b越高矫顽力化。但是，为了防止装置的高成本化，现有的状况是将外部磁场的强度的上限设定为20kOe左右。更优选外部磁场的强度是500Oe以上，再优选外部磁场的强度是1kOe以上。为了对法拉第旋转子224b施加饱和磁场以上的磁场，可以使用例如电磁铁。磁场的施加方向是法拉第旋转子224b应该最终着磁的方向，具体地说，在法拉第旋转子224b的厚度方向上施加磁场。这里，使用图3(a)显示对法拉第旋转子224b的磁场的施加方向。如图3(a)中所示，法拉第旋转子224b配置在偏振镜224a，224c之间，在与光行进的方向、即顺向的光大致平行的法拉第旋转子224b的厚度方向上施加磁场。
施加外部磁场的时间可以是1分钟到1小时左右。但是，该时间是由外部磁场的强度所左右的，在外部磁场的强度高的场合，具体地说是在外部磁场的强度是500Oe以上的场合，施加外部磁场的时间即使是数秒，也可得到上述的高矫顽力化效果。
另外，这个着磁步骤是对硬磁性材料进行的步骤。又，这个着磁步骤是不限于在切断步骤前进行，也可在切断步骤后进行。但是，如在切断步骤之前对单晶体膜着磁，具有可汇总地进行着磁的这种有利点。<切断步骤>
这个切断步骤，就是用钢丝锯切断单晶体膜44。作为钢丝锯，例如可使用金刚石钢丝锯。金刚石钢丝锯是用在钢丝锯工法中使用的金刚石工具、将混合了金刚石砥粒的金属粘接剂的珠粒配列·粘合在专用的钢丝上。并不限于这种金刚石钢丝锯，对于使用琴钢线作为钢丝和氧化铝等砥粒进行切断，在本实施的形态中也称为钢丝锯。
以下、对由钢丝锯切断是有效的理由进行说明，之后对通过钢丝锯的切断条件进行描述。
在硬磁性材料的场合中，通过钢丝锯进行切断是有效的理由如以下所述。也就是说，在硬磁性材料中，如果生成屑片，则如上述，磁特性显著地降低。这样，由屑片使磁特性降低的理由如以下说明的那样，是基于硬磁性材料的矫顽力发生构造。
表现出硬磁性的铋取代型稀土类铁柘榴石材料的矫顽力发生构造是所谓的成核(nucleation)类型。这类材料具有易于磁化，磁化一次就难以发生逆磁畴的特征。由于该特征，由单晶体膜44构成的法拉第旋转子224b表现出矩型的磁滞。
可是，现实问题的是，在培育单晶体膜44时，培育完全没有缺陷的完全晶体是极其困难的。因此，通常在单晶体膜44中存在结晶缺陷，但是该结晶缺陷成为逆磁畴发生的核。这里，在单晶体膜44切断时发生屑片的场合，屑片点成为结晶缺陷，由此成为逆磁畴发生的核。因此，在上述的单晶体膜培育步骤中，即使能培育接近于尽可能完全的结晶，在切断时发生屑片的场合，硬磁性材料的磁特性也会显著地降低。
因此，为了得到具有高的磁特性的单晶体膜44、更高特性的法拉第旋转子224b，在单晶体膜44切断时如何抑制屑片，是极其重要的。
在通过钢丝锯切断单晶体膜44的场合，单晶体膜44和钢丝的接触不是面接触，而是线接触。因此，如果同由例如模切机那样的面接触的切断场合相比较，对作为切断对象的单晶体膜44的负荷可以非常小，可以将切断时的屑片抑制在最小限。通过如此抑制屑片，使得到用单晶体膜培育步骤培育的维持在接近于完全结晶的状态，磁特性良好的单晶体膜44成为可能。
又，在单晶体膜44的表面、底面，通过树脂等粘合偏振镜224a、224c等光学元件，如果在该状态下通过模切机进行切断，则生成显著的屑片，在单晶体膜44上暂且粘合的光学元件从树脂等粘合层上剥离。又，发生光学元件从模切薄膜脱落的不良状态。这些被认为是因为，通过用树脂等粘合而成为一体的单晶体膜44和光学元件、即相比于切断对象的切断面积，切断厚度变得过厚，通过象模切机那样地面接触而切断，对切断对象的负荷由此变大。另一方面，对于象钢丝锯那样通过线接触进行切断，即使切断对象的厚度是厚的场合，对切断对象的负荷也可以是最小限，结果切断时的屑片可被有效地抑制。
以下、通过钢丝锯对优选的切断条件进行描述。
在钢丝锯中使用的钢丝优选是极细的。这是为了使得对单晶体膜44的负荷进一步减小。另一方面，在切断单晶体膜44时，必需具备预定的强度的钢丝。因此，较佳的钢丝的线径是0.08～0.3mm，优选是0.15～0.2mm。
如后述的实施例中所示，如果用钢丝锯切断单晶体膜44，则在切断面上均匀地形成微细的凹凸。这里，在钢丝锯中所用的平均砥粒径越小，在单晶体膜44的切断面上形成的微细的凹凸就越微细。因此，在钢丝锯中使用的平均砥粒径设定为1～30μm左右。更优选的平均砥粒径是5～15μm。
钢丝锯的运行方向是往复运行，运行速度是100～700m/min左右。更优选的运行速度是300～500m/min。即，为了提高切断效率，使用的所谓的多线钢丝锯是有效的。<磁场中热处理步骤>
本发明的另一特征是，在切断法拉第旋转子224b之后，一边施加外部磁场，一边进行热处理。通过该磁场中热处理，磁滞表现出理想的矩型，同时矫顽力显著地提高。
以下，说明对于由单晶体膜44构成的法拉第旋转子224b，进行磁场中热处理是有效提高磁滞的矩型性和矫顽力的理由。
显示出硬磁性的铋取代型稀土类铁柘榴石材料的矫顽力发生构造时所谓成核(nucleation)类型。这类材料易于磁化，磁化一次就难以发生逆磁畴。因此，在培育单晶体膜44时，如上所述，培育完全没有缺陷的完全晶体是极其困难的。因此，通常在单晶体膜44存在结晶缺陷，该结晶缺陷成为逆磁畴发生的核。即使对由产生逆磁畴的单晶体膜44构成的法拉第旋转子224b仅仅实施热处理(仅仅加热)，也不能修正磁畴的倾斜。在磁畴的倾斜不被修正的状态下，不仅高矫顽力化变得不充分，而且发生个体间的矫顽力差别，成品率降低。
另一方面，如本发明所提出，通过对由单晶体膜44构成的法拉第旋转子224b一边施加外部磁场一边实施热处理，可修正磁畴倾斜、使磁滞的矩型性成为理想的形态。这些被认为是，钉固在单晶体膜44中的缺陷等上的磁畴通过在例如200～1100℃的高温状态下，即在原子容易运动的状态下施加外部磁场，有利于从钉固点解放。通过实施磁场中热处理，在磁场方向上磁畴都是理想的，由此难以发生逆磁畴，结果提高了矫顽力。
接下来，就对法拉第旋转子224b实施磁场中热处理时的优选条件进行说明。
热处理温度是200～1100℃。在热处理温度不满200℃的场合，不能充分地开放伸缩，且磁畴的旋转也是不充分的。另一方面，如果热处理温度超过1100℃，作为挥发成分的Bi等构成元素的蒸发是显著的。因此，如果这些挥发成分的蒸发变得显著，发生磁滞的矩型性的降低。由此，单晶体膜44的磁各向异性降低，并且矫顽力也降低。更具体地说，特征为即使取消外部磁场也能使法拉第旋转角维持的硬磁性的单晶体膜44，在未施加外部磁场时不能维持法拉第旋转角的状态下法拉第旋转子224b的特性劣化。
因此，热处理温度是200～1100℃。优选的热处理温度是400～1000℃、更优选的热处理温度是500～800℃。
另外，外部磁场的强度是与上述的着磁步骤的场合相同，为饱和磁场以上、具体地说为300Oe以上。外部磁场的优选强度即使在磁场的施加方向上也是与上述的着磁步骤的场合相同，为此这里省略其说明。
实施磁场中热处理的时间可以是10分至8小时左右。但是，该时间是由外部磁场的强度所左右，在外部磁场的强度高的场合，具体地说是在外部磁场的强度是500Oe以上的场合，即使施加磁场中热处理的时间是从数秒至数分，也能得到上述的高矫顽力化的效果。
热处理氛围气是非还原性氛围气，例如在大气中或氧浓度10％以上的氛围气中。
通过在以上的条件下进行磁场中热处理，可获得法拉第旋转子224b的高矫顽力化、各个差别减低，成品率改善等效果。又，即使在上述条件下加热保持后的冷却过程中，也优选对单晶体膜44一边施加外部磁场一边冷却。这时的外部磁场的强度是与着磁步骤、磁场中热处理步骤相同。而且，优选施加外部磁场直至室温。
本发明的法拉第旋转子的制造方法的特征之一是如上述，对硬磁性的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜施加磁场中热处理。因此，该单晶体膜的组成不限于以Gd、Tb和Yb作为必需构成元素。但是，通过使得单晶体膜的组成为本发明所推荐的化学组成(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)，可得到法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失优良的法拉第旋转子。
又，本发明的法拉第旋转子的制造方法是以用钢丝锯切断单晶体膜44作为另一特征。通过该特征，有效地防止了切断单晶体膜44时的屑片，可得到矫顽力优良的单晶体膜44和法拉第旋转子224b。
另外，在上述的实施形态中，虽然对在切断单晶体膜44后进行磁场中热处理的情况进行了说明，但是磁场中热处理的时机不限于此。由此，也可在切断步骤前实施磁场中热处理步骤。如果在切断步骤之前对单晶体膜实施磁场中热处理，具有可汇总地进行热处理的这种有利点。而且，在进行磁场中热处理的场合下，因为可以在这个步骤中进行着磁，所以也可省略上述的着磁步骤。
又，在上述的实施形态中，虽然就单晶体膜44是硬磁性材料的场合进行说明，但是由钢丝锯的切断对单晶体膜44为软磁性材料的场合也是有效的。其理由如以下所述。
软磁性材料同上述的硬磁性材料的矫顽力发生构造是不同的，因此即使在单晶体膜44切断时产生屑片，如果其是容许范围内的屑片(现状下为100μm以下)，则也不发生磁特性显著地降低的问题。
但是，在通过与例如模切机之类的面接触切断的场合，如果单晶体膜44切断时生成的屑片量增多，则成品率降低。与此相对，在通过钢丝锯切断单晶体膜44的场合，如上述，单晶体膜44同钢丝的接触变成线接触。由此，对作为切断对象的单晶体膜44负荷可以非常的小，可将切断时的屑片抑制在最小限。
以上、对经过单晶体膜培育步骤、着磁步骤、切断步骤、磁场中热处理步骤，制造法拉第旋转子的方法进行了说明。这里，本发明的法拉第旋转子的制造方法具有的特征在于切断步骤和磁场中热处理步骤，本发明包含以下的形态。(A)单晶体膜培育步骤→着磁步骤→切断步骤→磁场中热处理步骤(硬磁性材料的场合)(B)单晶体膜培育步骤→切断步骤→磁场中热处理步骤(硬磁性材料的场合)(C)单晶体膜培育步骤→切断步骤(硬磁性材料、软磁性材料的场合)(D)单晶体膜培育步骤→着磁步骤→切断步骤(硬磁性材料的场合)(E)单晶体膜培育步骤→磁场中热处理步骤(硬磁性材料的场合)(F)单晶体膜培育步骤→磁场中热处理步骤→切断步骤(硬磁性材料的场合)另外，在单晶体膜培育步骤中，得到接近于完全结晶的理想的单晶体膜44的场合，也可适宜地省略磁场中热处理步骤。因为理想的单晶体膜44从最初时起特性就是高的，通过实施磁场中热处理，矫顽力的提高率虽然不是那么大，但是对于理想的单晶体膜44实施磁场中热处理步骤的场合，也可望有20％左右的矫顽力的提高。另一方面，在单晶体膜培育步骤中得到理想的单晶体膜44的场合，通过磁场中热处理步骤提高矫顽力的效果是显著的。具体地说，刚培育之后的单晶体膜44的矫顽力也可被提高至1.5～5.0倍左右。实际上，接近于完全结晶的理想的单晶体膜44是非常困难的，由于培育中和冷却中的温度坡度引起热变形，存在由杂质等引起的结晶缺陷，所以最好在单晶体膜培育后实施磁场中热处理。
另外，即使可暂时地得到理想的单晶体膜44，也会由加工时的切断形变引起特性劣化。因此，为最终得到高特性的法拉第旋转子224b，最好在切断步骤后实施磁场中热处理步骤。
实施例以下对本发明的具体的实施例进行说明。(实施例1)*组成以氧化铋(Bi2O3，4N)、氧化铁(Fe2O3，4N)、氧化钆(Gd2O3，5N)、氧化铽(Tb4O7，3N)、氧化镱(Yb2O3，4N)、氧化镓(Ga2O3，4N)作为原料，使用图8中所示的装置，通过外延生长，培育成8种铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜。所用的LPE基板是(111)柘榴石单晶体((GdCa)3(GaMgZr)5O12)。这种基板的晶格常数是1.2497±0.0002nm。而且，除了所述原料之外，还将氧化铅(PbO，4N)和氧化硼(B2O3，5N)作为焊药投入至铂金制的坩埚40中。
对所得的单晶体膜进行组成分析。其结果示于图9中。又，将该单晶体膜研磨至500μm之后，使用VSM(振动试样型磁力计)测定磁特性。结果，试样No.1的单晶体膜在饱和磁化(4πMs)为60G、矫顽力为600Oe下，如图4中所示，显示出良好的矩型磁滞。
又，施加饱和磁化以上大小的外部磁场后，采用法拉第旋转角测定装置测定法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失。其结果一同示于图5和图9中。另外，将该单晶体膜制成具有45°的旋转角。因此，温度特性、波长特性方面的目标值是45°。又，法拉第旋转能和其温度特性是在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的值，法拉第旋转角的波长特性是在室温和波长1500～1600nm下的值。又，插入损失是室温和波长1550nm下的值(在实施例2和3中也相同)。另外，对于温度特性、波长特性，对它们的评价也可同时记载常用的(°/℃)和(°/nm)的值。(实施例2，3也相同)。
如图5所示，即使除去外部磁场，试样No.1的法拉第旋转能也是不变的，试样No.1的单晶体膜在除去外部磁场后，也表现出矩形的磁滞。
在图9中，试样No.1是含有稀土类元素Gd、Tb和Yb的本发明的铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜。另一方面，试样No.2～4分别是在不含有Gd、Tb和Yb的点与本发明的试样No.1不同。又，试样No.5～8分别是与前述的特开平6-222311号公报、特开平9-185027号公报、特开平9-328398号公报和特开平10-31112号公报中公开的单晶体膜相对应的单晶体膜。
试样No.1同试样No.2～4的比较如以下所述。即，不含有Gd的试样No.2与本发明的试样No.1相比插入损失变差。又，不含有Tb的试样No.3与本发明的试样No.1相比温度特性和波长特性变差。另外，不含有Yb的试样No.4的法拉第旋转能是不足的。
又，与本发明的试样No.1相比，试样No.5是波长特性变差，试样No.6是温度特性和波长特性变差，试样No.7是插入损失变差，以及试样No.8是温度特性变差。
同以上的试样No.2～8相比，本发明的试样No.1的单晶体膜在法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失方面也表现出优异的值，可以认识到稀土类元素Gd、Tb和Yb作为必需的构成元素的必要性。
可是，因为磁化是依赖于温度，即使组成相同，如果测定时的温度变动，则矫顽力的值也变动。通常，磁化为零时的温度称为补偿温度。又，对磁化和矫顽力而言，具有如下的关系Hc＝(AK)/M(式中、K晶体磁各向异性能量、A比例保数、Hc矫顽力、M磁化)，如果磁化变小，则矫顽力会变大。因此，即使相同的组成，在磁化为小的补偿温度近旁，矫顽力变大。因此，为了使得室温下的矫顽力变大，选择组成以使得补偿温度变成室温即可。为了使得补偿温度变成室温附近而最优化组成，结果得到化学组成为Bi1.0Gd0.3Tb1.4Yb0.3Fe4.3Ga0.7O120的铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜(No.9)。
将该单晶体膜(No.9)研磨至500μm后，采用VSM(振试样型磁力计)测定磁特性，结果在饱和磁化(4πMs)为15G、矫顽力为3500Oe下显示出良好的矩型磁滞。又，对该单晶体膜施加饱和磁化以上的大小的外部磁场后，采用法拉第旋转角测定装置测定法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失。所得的结果一同示于图9中。而且，法拉第旋转能和其温度特性是在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的值、法拉第旋转角的波长特性是在室温且波长1500～1600nm下的值。又，插入损失是室温和波长1550nm下的值。
这里，进行本发明的试样No.1和试样No.9的比较。对组成最优化的试样No.9，其插入损失是0.07dB，与试样No.1的插入损失相同，而对于法拉第旋转能、温度特性和波长特性显示出比试样No.1更好的值。因此，可以确认的是，通过在本发明推荐的范围中使组成最优化，可得到更高性能的法拉第旋转子。(实施例2)采用与实施例1相同的手法，得到图10中所示的4种铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜。另外，图10中的试样No.1是在实施例1中制成的单晶体膜。对于这些单晶体膜，与实施例1同样地测定法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失。它们的结果示于图10中。
从组成方面比较No.1、No.10和No.11，No.1与No.10和No.11相比Tb的含量多。又，No.10与No.1和No.11相比Gd的含量多。以及，No.11与No.1和No.10相比Bi的含量多。
考虑到以上的组成方面的不同而试图比较测定的特性，首先，如果Tb的含量增多(No.1)，则可使得温度特性和波长特性上升。又，如果Gd的含量增多(No.10)，则可使得插入损失上升。以及，如果Bi含量增多(No.11)，则可使得法拉第旋转能上升。
No.12是Ga的含量低达0.1的材料，但是未显示出矩型的磁滞，没有体现出在本发明中所说的硬磁性。
如以上所述，本发明的铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜通过适当地调整构成元素的含量，可以成为与法拉第旋转子中所要求的各种特性相匹配的材料。(实施例3)用与实施例1同样的手法，得到图11所示的各种铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜。对于这些单晶体膜，与实施例1同样地测定法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失。其结果示于图11中，但是显示出No.13～21的试样所有在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的法拉第旋转能均是700°/cm以上，同时显示在室温和波长1550nm下的插入损失是0.1dB以下。又，在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下的法拉第旋转角的温度特性是其目标值的13％以下、室温和波长1500～1600nm下的法拉第旋转角的波长特性是目标值的8％以下的这些特性。(实施例4)采用与实施例1同样的手法，得到化学组成为Bi1.0Gd0.6Tb1.0Yb0.4Fe4.1Ga0.9O12.0的铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜。将该单晶体膜制成1mm方块而得到10个试样后，采用VSM(振动试样型磁力计)测定这10个试样的磁特性。结果，4πMs是80G、矫顽力是200～400Oe。又，磁性类别是硬磁性，均表现出矩型的磁滞。另外，在本实施例中，矫顽力表示室温下的值，在以下的实施例中也相同。
10个试样之中，对5个试样在大气中、800℃、外部磁场3kOe中、进行保持5小时的磁场中热处理。之后，一边继续施加3kOe外部磁场，一边冷却至室温之后，采用VSM(振动试样型磁力计)测定磁特性。以下、将这5个试样称为试样No.22～26。
另一方面，对于剩下的5个试样，不施加外部磁场而进行热处理(只加热)后，采用VSM(振动试样型磁力计)测定磁特性。以下，将这5个试样称为试样No.27～31。另外，试样No.27～31的热处理条件是与试样No.22～26相同，在大气中、800℃、5小时。
试样No.27～31(只加热)的矫顽力是400～600Oe，与此相反，试样No.22～26(磁场中热处理)的矫顽力是950～1050Oe、均显示出900Oe以上的矫顽力。即，可见对于实施磁场中热处理的试样No.22～26，显示出比热处理前的矫顽力(200～400Oe)高4倍以上的矫顽力。
又，试样No.27～31(只加热)中表现出最高的矫顽力的试样的矫顽力是600Oe、表现出最低的矫顽力的试样的矫顽力是400Oe。即，试样No.27～31各个的矫顽力的差别达到200Oe。这里，鉴于热处理前的矫顽力的差别是200Oe，可以说通过仅仅实施热处理(只加热)不能减低各个矫顽力的差别。
另一方面，对于试样No.22～26(磁场中热处理)，各个矫顽力的差别是100Oe。因此可见，磁场中热处理不仅对提高矫顽力有效，而且也对减低矫顽力的差别有效。
接着，将实施磁场中热处理的试样No.26(4πMs＝80 、矫顽力＝1050Oe)磁滞示于图12(a)中，将仅仅实施热处理的试样No.30(4πMs＝80G、矫顽力＝600Oe)磁滞示于图12(b)。
如图12所示，试样No.26的4个角大约是90°，显示出具有理想的形态的矩型磁滞。另一方面，虽然试样No.30显示出矩型的磁滞，但确认4个角是85～95°。
从以上结果可知，通过实施磁场中热处理，磁滞显示为理想的矩型。还确认的是磁场中热处理对于矫顽力的提高、样品间的矫顽力差别的减低是极其有效的。因此，在实施磁场中热处理的场合，可稳定地得到具有900Oe以上的矫顽力的铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜。(实施例5)将为了确认伴随着热处理温度变化的磁特性的变动而进行的实验作为实施例5进行说明。
采用与实施例1同样的手法，得到化学组成为Bi1.0Gd0.6Tb1.0Yb0.4Fe4.1Ga0.9O12.0的铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜。将该单晶体膜制成1mm方块而得到8个试样后，采用VSM(振动试样型磁力计)测定这8个试样的磁特性。其结果是，4πMs是80G、矫顽力是200～400Oe。而且，磁性类别是硬磁性，显示出矩型的磁滞。
这8个试样之中，对4个试样(试样No.32～35)，进行在外部磁场3kOe中保持5小时的磁场中热处理。之后，继续施加3kOe的外部磁场，同时冷却至室温后，采用VSM(振动试样型磁力计)测定磁特性。热处理温度为以下所示，而且热处理在大气中进行。试样No.32～35的矫顽力示于图13中。而且，对剩下的4个试样(试样No.36～39)按照以下所示的条件仅仅进行加热，之后采用VSM(振动试样型磁力计)测定磁特性。关于试样No.36～39的矫顽力也示于图13中。<热处理温度>
试样No.32、36400℃试样No.33、37600℃试样No.34、38800℃试样No.35、391000℃
以下、将进行了磁场中热处理的试样No.32～35的描述曲线称为曲线a、将仅仅进行了加热的试样No.36～39的描述曲线称为曲线b。
在图13中，实施磁场中热处理的试样No.32～35在400℃、600℃、800℃、1000℃的任何温度下，均显示出比仅仅实施加热的试样No.36～39更良好的矫顽力。也就是说，确认有与实施例4有同样的倾向。
这里，曲线a(磁场中热处理)和曲线b(只加热)均是在热处理温度为800℃附近，矫顽力表现出峰值。可是，曲线a的峰值是约1000Oe，与此相反，曲线b的峰值停留在约500Oe。由此可见，即使采用适当的热处理温度范围，也是难以通过仅仅加热而使得矫顽力达到600Oe以上。另一方面，在实施磁场中热处理的场合，当热处理温度为500℃附近时，显示出600Oe以上的矫顽力，当热处理温度达到600℃以上时，显示出800Oe以上的优异矫顽力。
从以上的结果可以确认，在实施磁场中热处理的场合，能够得到600Oe以上的优异矫顽力。又，在本实施例中，在磁场中热处理过程中较佳的热处理温度是300～1100℃、优选是500～1000℃、更优选是700～900℃。(实施例6)将为了确认伴随着外部磁场变化的磁特性的变动而进行的实验作为实施例6进行说明。
用实施例1同样的手法，得到化学组成为Bi1.0Gd0.6Tb1.0Yb0.4Fe4.1Ga0.9O12.0的铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜。将该制成单晶体膜1mm方块而得到4个试样后，采用VSM(振动试样型磁力计)测定这4个试样的磁特性。其结果是，4πMs是80G、顽磁是500Oe。另外，磁性类别是硬磁性，均显示出矩型的磁滞。
对于这4个试样，将热处理温度固定在800℃，使外部磁场变动为1kOe(试样No.40)、2kOe(试样No.41)、3kOe(试样No.42)、5kOe(试样No.43)，并进行磁场中热处理。试样No.40～43的磁场中热处理时间分别是5小时，且热处理是在大气中进行。磁场中热处理后、一边继续施加外部磁场，一边冷却至室温。冷却后，采用VSM(振动试样型磁力计)测定试样No.40～43的磁特性，4πMs是80。试样No.40～43的矫顽力示于图14中。
如图14所示，随着外部磁场的强度增高至1kOe(No.40)、2kOe(试样No.41)、3kOe(试样No.42)、5kOe(试样No.43)，矫顽力也提高。这里，在外部磁场的强度为1kOe附近时显示出约600Oe的矫顽力、在外部磁场的强度为2kOe附近时显示出约800Oe的矫顽力，在外部磁场的强度为3kOe附近时显示出约950Oe的矫顽力。
从以上的结果可以确认，在磁场中热处理中外部磁场越高，就可得到越优良的矫顽力。还可知，设定热处理温度在适当的范围，和设定外部磁场的强度为1kOe以上时，可以得到600Oe以上的矫顽力。(实施例7)将为确定用钢丝锯切断硬磁性单晶体膜时的成品率而进行的实验作为实施例7进行说明。
采用与实施例1同样的手法，得到化学组成为Bi1.0Gd0.6Tb1.0Yb0.4Fe4.0Ga1.0O12.0的铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜。将由此得到的单晶体膜在外部磁场10kOe中着磁后、采用VSM(振动试样型磁力计)测定磁特性。其结果是，4πMs是80G、矫顽力是300Oe。而且，磁性类别是硬磁性，显示出矩型的磁滞。另外，在本实施例中，矫顽力是表示室温下的值，在以下的实施例中也相同。
接下来，采用钢丝锯和模切机，分别从1个基片切出50个试样。切出的各试样尺寸1.0×1.0mm、厚500μm。而且，利用钢丝锯切断的条件是如以下所示。(由钢丝锯切断的条件)钢丝线径0.14mm平均砥粒径13μm钢丝锯的运行方向往复运行运行速度400m/min结果，在用模切机切断的场合，成品率是80％。切断后、采用VSM测定矫顽力，显示出300±25％Oe的矫顽力。也就是说，各个矫顽力的差别大到25％左右，矫顽力低的情况表现出225Oe左右的低值。
另一方面，在用钢丝锯切断的场合，成品率是96％。切断后，采用VSM用测定矫顽力，表现出400±5％Oe的矫顽力。这样，切断后的矫顽力比切断前增加，被认为是因为通过反磁场的影响变小，矫顽力增加。而且确认，对任何试样均显示出350Oe以上的良好矫顽力、各个矫顽力的差别也少于5％左右。
接下来，对用钢丝锯切断的试样和用模切机切断的试样，用显微镜观察切断面。用钢丝锯切断的试样的切断面示于图15(a)中，用模切机切断的试样的切断面示于图15(b)中。
参看图15(a)可知，在用钢丝锯切断硬磁性单晶体膜时，在切断面上均匀地形成微细的凹凸。另外，仅仅参看这个切断面，则不能判别切断方向，这意味着可以认为切断面是各向同性的。另外，如图15(a)所示，即使在边缘也可大体上观察到屑片。
另一方面，参考图15(b)可知，在由模切机切断的硬磁性单晶体膜的场合，在切断面上形成方向性的条纹状的模样。该条纹状的模样多在单晶体膜的厚度方向中央观察到。而且，如图15(b)所示，确知在边缘上生成了许多屑片。
从以上的结果可以确认，通过用钢丝锯切断硬磁性单晶体膜，矫顽力提高，和试样间的差别可减低。而且，在通过钢丝锯切断硬磁性单晶体膜的场合，可知屑片降低，成品率改善。(实施例8)
将为确认将硬磁性单晶体膜和玻璃偏振镜粘合之后，切断时的成品率而进行的实验作为实施例8说明。
在实施例8中得的单晶体膜(法拉第旋转子224b)是用图3(b)中所示的要领用树脂粘合至偏振镜224a、224c上。接着，使用钢丝锯和模切机，从粘合了偏振镜224a、224c的单晶体膜分别切取出50个试样。切取出的各试样的尺寸是1.0×1.0mm、厚度500μm。另外，使用钢丝锯的切断条件是与实施例7相同。
用钢丝锯切断后，采用VSM测定矫顽力，矫顽力是430±2.5％Oe。
另一方面，用模切机切断后，采用VSM测定矫顽力，矫顽力是330±15％Oe。
从以上的结果得知，在硬磁性单晶体膜同玻璃偏振镜粘合之后，用钢丝锯切断的场合可得到比用模切机切断的场合高约100Oe的矫顽力，但是试样间的矫顽力的差别非常小。(实施例9)将为确认用钢丝锯切断软磁性单晶体膜时的成品率而进行的实验作为实施例9进行说明。
除了以氧化铋(Bi2O3，4N)、氧化铁(Fe2O3，4N)、氧化钬(Ho2O3，3N)、氧化铽(Tb4O7，3N)、氧化铝(Al2O3，3N)为原料以外，采用与实施例1同样的手法得到一种铋取代型稀土类铁磁性柘榴石单晶体膜。对所得单晶体膜进行组成分析的结果是Bi1.3Tb1.3Ho0.4Fe4.9Al0.1O12.0。另外，该单晶体膜的磁性类别是软磁性。采用钢丝锯和模切机分别从一个基片上切取出50个试样。切取出的各试样的尺寸是1.0×1.0mm、厚度500μm。另外，用钢丝锯的切断条件是与实施例7的相同。
结果，用钢丝锯切断的场合，成品率是96％。另一方面，在用模切机切断的场合，成品率是80％。而且，成品率是基于屑片的尺寸和量。
从以上的结果可知，钢丝锯切断单晶体膜的场合，相比于由模切机切断的场合，成品率大幅度改善。(实施例10)将为确认在软磁性单晶体膜同玻璃偏振镜粘合后切断的场合的成品率进行的实验作为实施例10说明。
在实施例9得到的单晶体膜(法拉第旋转子224b)按照图3(b)中所示的要领用树脂粘合至偏振镜224a、224c。接着，粘合了偏振镜224a、224c的单晶体膜在与实施例8相同的条件下通过钢丝锯切割成1.0×1.0mm、厚度500μm、50个。结果，成品率是100％。
另一方面，将粘合了偏振镜224a、224c的单晶体膜通过模切机切断成1.0×1.0mm、厚度500μm、50个。结果，成品率是90％。
从以上的结果可知，在将软磁性单晶体膜同玻璃偏振镜粘合后用钢丝锯切断的场合，表现出理想的成品率。
通过以上的实施例7～实施例10发现，通过用钢丝锯切断铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜，实现了防止屑片、成品率改善、矫顽力提高的效果。另外可知，即使在为软磁性材料和硬磁性材料的任一场合，用钢丝锯切断是有效的。
另外确知，不仅在单独切断铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜切断的场合，而且在铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜同玻璃偏振镜粘合后切断的场合，用钢丝锯切断也是有效的。
因此认为，用钢丝锯切断铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜、或同玻璃偏振镜粘合的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜，可有效地实现屑片防止、成品率改善、矫顽力提高。
而且，在上述的实施例8和实施例10中，对铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜同玻璃偏振镜粘合后切断的场合进行了说明，但是并不限于玻璃偏振镜玻璃，即使在同双折射板玻璃、在玻璃上沉积金属制成的金属薄膜镜面等光学元件粘合后切断的场合，也有望达到同样的效果。
如以上说明的那样，根据本发明，提供了法拉第旋转能、温度特性、波长特性和插入损失优良的硬磁性铋取代型稀土类铁柘榴石材料。因此，本发明采用硬磁性铋取代型稀土类铁柘榴石材料的法拉第旋转子，可实现小型化·低成本化。而且，本发明的法拉第旋转子、即法拉第旋转能、温度特性、波长特性、插入损失和矫顽力优良的法拉第旋转子应用于光学装置的场合，可得到高性能的光学装置。而且，使用这样的光学装置的本发明的光通信系统可实现高品质的光通信。
另外，根据本发明，提供了矫顽力优良的硬磁性铋取代型稀土类铁柘榴石材料，具体地说是硬磁性铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜。
权利要求
1.一种硬磁性柘榴石材料，其特征在于，具有(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12的化学组成(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)、并表现出矩形的磁滞。
2.如权利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，1.0≤a+b+c≤2.3、且0.3≤w≤2.0。
3.如权利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，0.1≤a≤1.5、0.3≤b≤2.0、0.1≤c≤1.5、且0.4≤w≤1.5。
4.如权利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下法拉第旋转能是700°/cm以上。
5.如权利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，在施加所述硬磁性柘榴石材料呈现出饱和磁化以上的大小的外部磁场后，当除去该外部磁场后、所述法拉第旋转均能被实质地维持。
6.如权利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下法拉第旋转角的温度特性是其目标值的13％以下。
7.如权利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，在室温和波长1500～1600nm下法拉第旋转角的波长特性是其目标值的8％以下。
8.如权利要求1所述的硬磁性柘榴石材料，其特征在于，在室温和波长1550nm下插入损失是0.1dB以下。
9.一种法拉第旋转子，其使用铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜并使射入其中的光的偏振面旋转、其特征在于，所述单晶体膜必需含有稀土类元素Gd、Tb和Yb、表现出实质上为矩型的磁滞、且在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下法拉第旋转能是700°/cm以上、同时在所述温度范围和所述波长下的法拉第旋转角的温度特性是其目标值的13％以下、在室温和波长1500～1600nm下的法拉第旋转角的波长特性是其目标值的8％以下、在室温和波长1550nm下插入损失是0.1dB以下。
10.如权利要求9所述的法拉第旋转子，其特征在于，所述单晶体膜除了Gd、Tb和Yb之外、还含有La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Dy，Lu，Tm，Er，Ho，Y和Ca之中的一种或两种以上。
11.如权利要求9或10所述的法拉第旋转子，其特征在于，在-40℃～+85℃的温度范围、波长1550nm下，所述法拉第旋转能是800°/cm以上。
12.如权利要求9所述的法拉第旋转子，其特征在于，所述温度特性是其目标值的11％以下。
13.如权利要求9所述的法拉第旋转子，其特征在于，所述波长特性是其目标值的7％以下。
14.如权利要求9所述的法拉第旋转子，其特征在于，所述插入损失是0.07dB。
15.一种光学装置，其具备顺向的光射入其中的第1光学元件、与该第1光学元件间隔一定的间距相向配置的、所述顺向的光从中射出的第2光学元件、和配置在所述第1光学元件和所述第2光学元件之间、使透过所述第1光学元件的光的偏振面旋转且向着所述第2光学元件射出、同时阻止透过所述第2光学元件的逆向的光透过的法拉第旋转子，其特征在于，所述法拉第旋转子是由化学组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜构成、且该铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的磁滞表现为矩型。
16.一种光通信系统，其具有用于发射从电信号变换的光信号的光发送器、用于传输从所述光发送器发射的所述光信号的光传输线、用于接收通过所述光传输线传输的所述光信号、且将接收的所述光信号变换成电信号的光接收器、其特征在于，所述光发送器具有将所述电信号变换成所述光信号的电-光变换元件、和配置在所述电-光变换元件和所述光传输线之间的光学装置，构成所述光学装置的法拉第旋转子是由化学组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜构成、且该铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的磁滞表现为矩型。
17.一种法拉第旋转子的制造方法，该法拉第旋转子使用实质上表现出矩型的磁滞的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜，该方法的特征在于，具有如下步骤培育化学组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的单晶体膜培育步骤、和对所述单晶体膜一边施加外部磁场、一边实施热处理的磁场中热处理步骤。
18.一种法拉第旋转子的制造方法，该法拉第旋转子使用铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜并使射入其中的光的偏振面旋转，该方法的特征在于，具有如下步骤培育化学组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的单晶体膜培育步骤、和用钢丝锯将在所述单晶体膜培育步骤得到的所述单晶体膜切断的切断步骤。
19.一种法拉第旋转子的制造方法，该法拉第旋转子使用实质上表现为矩型的磁滞的铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜，该方法的特征在于，包括如下步骤培育所述单晶体膜的单晶体膜培育步骤、和对所述单晶体膜一边施加外部磁场、一边实施热处理的磁场中热处理步骤。
20.如权利要求19所述的法拉第旋转子的制造方法，其特征在于，在所述磁场中热处理步骤中、在200～1100℃的温度范围内实施热处理。
21.如权利要求20所述的法拉第旋转子的制造方法，其特征在于，在所述温度范围内保持预定时间后，对所述单晶体膜一边施加外部磁场，一边进行冷却。
22.如权利要求19所述的法拉第旋转子的制造方法，其特征在于，在所述磁场中热处理步骤中，其特征在于，所述外部磁场是300Oe以上。
23.如权利要求19所述的法拉第旋转子的制造方法，其特征在于，所述磁场中热处理步骤是在非还原性氛围气中进行。
24.一种法拉第旋转子，其特征在于，使用铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜并使射入的光的偏振面旋转，所述单晶体膜是化学组成为(Bi3-a-b-cGdaTbbYbc)Fe(5-w)MwO12(其中，M＝Ga、Al、Ge、Sc、In、Si和Ti的一种或两种以上、0.5≤a+b+c≤2.5，0.2≤w≤2.5)、且通过磁场中热处理在室温下具有600Oe以上的矫顽力。
25.一种铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的制造方法，该单晶体膜实质上表现为矩型的磁滞，该方法的特征在于，具有如下步骤通过液相外延生长法培育所述单晶体膜的步骤、和对所述单晶体膜、在保持加热的状态下使磁畴排列的磁畴排列处理步骤。
26.一种光学装置，其具有顺向的光射入其中的第1光学元件、与该第1光学元件间隔一定的间距相向配置的、所述顺向的光从中射出的第2光学元件、和配置在所述第1光学元件和所述第2光学元件之间、使透过所述第1光学元件的光的偏振面旋转且向着所述第2光学元件射出、同时阻止透过所述第2光学元件的逆向的光透过的法拉第旋转子，其特征在于，所述法拉第旋转子是由铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜构成，通过在形成与所述顺向的光大致平行的磁场的方向上一边施加外部磁场一边保持加热，表现出矩型的磁滞、且在室温下具有600Oe以上的矫顽力。
27.一种法拉第旋转子的制造方法，该法拉第旋转子使用铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜并使射入的光的偏振面旋转，该方法的特征在于，具有如下步骤培育所述单晶体膜的单晶体膜培育步骤、和用钢丝锯将在所述单晶体膜培育步骤中得的所述单晶体膜切断的切断步骤。
28.一种采用铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜的法拉第旋转子，其具有保持预定间隔且相向设置的表面、底面和在所述表面、底面的周围形成的侧面，其特征在于，在所述侧面上均匀地形成微细的凹凸。
29.如权利要求28所述的法拉第旋转子，其特征在于，所述单晶体膜表现出实质上为矩型的磁滞。
30.一种光学装置，其具有顺向的光射入其中的第1光学元件、与该第1光学元件间隔一定的间距相向配置的、所述顺向的光从中射出的第2光学元件、和配置在所述第1光学元件和所述第2光学元件之间、使透过所述第1光学元件的光的偏振面旋转且向着所述第2光学元件射出、同时阻止透过所述第2光学元件的逆向的光透过的法拉第旋转子，其特征在于，所述法拉第旋转子是由铋取代型稀土类铁柘榴石单晶体膜构成，且所述单晶体膜具有保持预定间隔且相向设置的表面、底面和在所述表面、底面的周围形成的侧面，所述侧面是各向同性的切断面。
31.如权利要求30所述的光学装置，其特征在于，所述单晶体膜的所述表面、底面通过粘合剂与所述第1光学元件或所述第2光学元件粘合。
全文摘要
本发明的目的是提供法拉第旋转能、温度特性、波长特性、插入损失优良的硬磁性铋取代型稀土类铁柘榴石材料。化学组成为(Bi
文档编号G02F1/00GK1428629SQ0215715
公开日2003年7月9日 申请日期2002年12月17日 优先权日2001年12月25日
发明者菅原保, 大井户敦, 山泽和人 申请人:Tdk株式会社