[发明专利]磁性光学元件

说明书

本发明涉及在光敏感元件方面作为法拉第旋转器使用的，透过光的波长范围实质上是0.98μm、1.017μm、1.047μm、1.064μm波段的磁性光学元件，特别是涉及在光放大器中用的激发光源(例如激光二极管)附近使用的光隔离器及适合于在相同波长范围作为光磁场敏感元件使用的磁性光学元件，本发明还涉及上述磁性光学元件的制造方法。

在光通信系统中，近年来正在研究不需将光信号变换成电信号而是直接地将光信号放大的光纤放大器的使用。在此情况下，在上述放大器内使用添加Er(铒)的光纤，在这种添加Er的光纤中，可以透过放大的信号光和激励光，从而获得放大光。在光通信系统中，已经确认，在采用一般波长为1.55μm的信号光的情况下，上述激励光的波长为1.48μm或0.98μm的场合可以获得特别良好的效果。

其中，在1.48μm波段激励的光纤放大器，与0.98μm波段激励的光纤放大器的情况相比，在光学性能方面未必能占优势，但是，在1.48μm波段已可以获得具有高可靠性的激励用激光光源，而且对应于1.48μm波段的光隔离器同样已完成了开发，已经达到实用化。

另一方面，已经通过实验确认，与1.48μm波段激励的光纤放大的情况相比，0.98μm波段激励的光纤放大器具有高效率和低杂音的特性，但是至今尚未获得在0.98μm波段具有大功率的适用于激励的激光光源及光隔离器，这就成为开发的障碍。

可是，对于1.48μm波段中用的光纤放大器来说，在光隔离器中用的法拉第旋转器方面一般是使用磁性石榴石薄膜的元件，但是同样的元件在0.98μm波段的插入损耗很大，因此没有实用性。另一方面，对于0.98μm波段来说，最近正在开发作为激励用激光光源的半导体激光器，因此利用0.98μm波段的光纤放大器正在受到重视。因此，对于小型、低损耗的0.98μm波段用光隔离器的需求正日益增长，要求开发适合在该波段使用的法拉第旋转器。另外，对于那些对应于将来有较大实用可能性的1.3μm信号光的添加Pr的光纤放大器的激励光源(1.017μm和1.047μm)、作为光CATV输送中用的光源使用的激光二极管激励Nd：YAG激光光源(1.064μm)，也在要求小型、低损耗的光隔离器。

作为在0.98μm、1.017μm、1.047μm、1.064μm各波段范围附近具有低损耗和高法拉第旋转系数的材料，适合的有MnTe-HgTe-CdTe的三元体系半磁性半导体材料，这从特开昭61-123814号(即123814/1986号)公报可以得知。而且，在同样的三元体系材料中法拉第旋转系数显示高数值的组成范围已由上述的特开昭61—123814号公报、特开平3—229217号(即229217/1991号)公报和平成5年(1993年1月25日申请的特愿平5—9984号说明书(平成6年(1994)8月12日公开的特开平6—222309号(即222309/1994号)公报)等提出。

然而，这些公报所记载的CdMnHgTe结晶的任何一种皆是用MBE(分子束外延)法或以往的布里奇曼(Bridgeman)法制备的，这些方法均很难说是在工业上可以按批量生产获得均一单晶材料的方法。

MBE法是一种将原料的构成元素蒸镀到基底材料上的制备方法，这样制得的结晶通常是只有数μm至数十μm左右的极薄的结晶，这种结晶虽然可获得对光隔离器所必需的45°法拉第旋转角，但是却很难制得具有足够尺寸形状，至少厚度为300μm左右的元件。而且，通常用该方法制得的结晶在多数情况下都是成为其他结晶体膜，难以制得作为法拉第元件用的光学均一性优良的单晶的元件材料。

另一方面，按照以往的布里奇曼法虽然可以制得足够大的元件，但是在制造过程中或是产生双晶，或是在结晶生长过程中其组成中产生被称为结晶偏析的变化，因此，通常只能获得组成不均一而且光学质量较差的元件材料，这就成为合格率低以及光学质量和性能差的原因，因此还不能说是实用的方法。以下详细说明使用这种以往的布里奇曼法制备CdMnHgTe结晶(单晶)的情况。

在使用这种以前的布里奇曼法制备CdMnHgTe结晶(单晶)的场合，如下面所述那样，把起始原料在相变点以上熔融，再将熔融的原料慢慢冷却，而这种由于慢慢冷却导致的结晶化过程必定要通过相变点，这时就产生了双晶。而且在此情况下，由于非同质熔融，随着结晶的生长而导致晶体和熔融液相的组成都发生变化，在所获得的结晶中产生局部组成上的差异，因此不能获得具有均一组成的结晶。