磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器的製作方法

2023-04-29 02:26:26

專利名稱：磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器的製作方法
技術領域：
本發明涉及光通信、光集成，尤其涉及一種磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器。
背景技術：
近年來，隨著光通信、光纜電視和光集成等系統的發展，一個智能寬帶的光纖網絡逐漸形成，對光隔離器的帶寬工作特性、溫度特性等性能指標要求更為嚴格。以偏振敏感型光隔離器為例，綜合國內外各公司常規水平，目前光隔離器產品在中心工作波長1550nm處，插入損耗＜0.5dB，反向隔離度＞40dB條件下的工作帶寬僅約20nm，所規定帶寬指標下的工作溫度區域為0℃～50℃。但實際工程環境溫度變化很大，有時要在陸地上提供環境溫度-30℃～+80℃範圍內工作性能好的光隔離器。對於用於密集波分復用多路光通信系統的光隔離器，其工作帶寬要求也在50nm以上。作為光隔離器核心部件的45°法拉第旋轉器的帶寬特性、溫度特性的提高尤為迫切。
45°法拉第旋轉器目前國內外都採用含Bi鐵石榴石晶體，其中GdBiIG材料得到普遍應用。在近紅外波段，此種晶體的磁光優值(θf/α≈100°/dB)約比YIG材料的磁光優值大一個數量級。因此，當λ＝1550nm時，45°法拉第旋轉器的厚度僅為0.3mm，並且該晶體的飽和磁化強度較低(約幾萬A/m)，但是它的法拉第旋轉角(θf)的溫度係數FTC(-0.08deg/K)和波長係數FWC(0.14％/nm)較大，從而使45°法拉第旋轉器在-30℃至+80℃溫度區域和帶寬要求為100nm的工作環境中，對旋轉45°角時產生的最大偏差角分別約為4.8°和6.3°，這將使光隔離器的反向隔離度下降至15dB以下而不能正常工作。

發明內容
本發明的目的是提供一種磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器。
它具有稀土鐵石榴石磁光晶體，在稀土鐵石榴石磁光晶體上設有液相外延稀土鐵石榴石磁光薄膜層。
所述的稀土鐵石榴石磁光晶體的成份為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，為兩類對法拉第旋轉的波長係數有正、負相反響應的稀土離子，稀土晶位中Re1、Re2、Bi離子的含量比例，使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶體在λ＝1550±50nm處θf的FWC為＜0.02％/nm。液相外延稀土鐵石榴石磁光薄膜層為TbxBi3-xGayFe5-yO12，其中1.5＜x＜2.5，0＜y＜1.0，調節薄膜的補償溫度點至工作溫區中點，利用該膜的法拉第旋轉在補償溫度點上、下溫區旋轉方向相反的特點來使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶體的θf的FTC為＜-0.02deg/K。
本發明的磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器具有寬的工作帶寬、寬的溫度工作區間。利用本發明提供的磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器能使寬帶(＞50nm)、寬溫(-30℃至+80℃)光隔離器成為可能，這對光通信、光集成、光測量等系統的發展有極大的應用價值。


附圖是磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器結構示意圖。
具體實施例方式
磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器具有稀土鐵石榴石磁光晶體1，在稀土鐵石榴石磁光晶體1上設有液相外延稀土鐵石榴石磁光薄膜層2。
本發明是在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，為兩類對法拉第旋轉的波長係數有正、負相反響應的稀土離子)磁光晶體表面上液相外延一層TbxBi3-xGayFe5-yO12(其中，5＜x＜2.5，0＜y＜1.0)磁光薄膜。
本發明以B2O3/Bi2O3為助熔劑，採用高溫溶液自發成核緩慢降溫方法生長Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶體，調整稀土晶位中Re1、Re2、Bi離子的含量比例，使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶體在λ＝1550±50nm處θf的FWC為＜0.02％/nm，然後在該晶體111面上液相外延一層TbxBi3-xGayFe5-yO12磁光薄膜，調節薄膜的補償溫度點至工作溫區中點，利用該膜的法拉第旋轉在補償溫度點上、下溫區旋轉方向相反的特點來使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶體的θf的FTC為＜-0.02deg/K。
磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器的主要性能指標為；中心波長(nm) 1550法拉第旋轉角θf(deg/cm) ＞450即45°旋轉器的厚度＜1.0mmθf的溫度係數FTC(deg/K) ＜-0.02 -30℃～+80℃溫區θf的波長係數FWC(％/nm) ＜0.02或(deg/nm) ＜0.009 波長為(1550±50)nm處晶體飽和磁化強度(Gs) ＜600
權利要求
1.一種磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器，其特徵在於，它具有稀土鐵石榴石磁光晶體(1)，在稀土鐵石榴石磁光晶體(1)上設有液相外延稀土鐵石榴石磁光薄膜層(2)。
2.根據權利要求1所述的一種磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器，其特徵在於，所述的稀土鐵石榴石磁光晶體的成份為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，為兩類對法拉第旋轉的波長係數有正、負相反響應的稀土離子，稀土晶位中Re1、Re2、Bi離子的含量比例，使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶體在λ＝1550±50nm處θf的FWC為＜0.02％/nm。
3.根據權利要求1所述的一種磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器，其特徵在於，所述的液相外延稀土鐵石榴石磁光薄膜層(2)為TbxBi3-xGayFe5-yO12，其中1.5＜x＜2.5，0＜y＜1.0，調節薄膜的補償溫度點至工作溫區中點，利用該膜的法拉第旋轉在補償溫度點上、下溫區旋轉方向相反的特點來使Re1xRe2yBi3-x-yFe5O12磁光晶體的θf的FTC為＜-0.02deg/K。
全文摘要
本發明公開了一種磁光晶體/磁光薄膜複合型結構法拉第旋轉器。它具有稀土鐵石榴石磁光晶體，在稀土鐵石榴石磁光晶體上設有液相外延稀土鐵石榴石磁光薄膜層。所述的稀土鐵石榴石磁光晶體的成分為Re
文檔編號G02F1/01GK1687821SQ20051005029
公開日2005年10月26日 申請日期2005年4月19日 優先權日2005年4月19日
發明者徐志成, 黃敏, 李淼 申請人:浙江大學