Abstract

We report the properties of one-dimensional heteroepitaxial all-garnet magneto-optical photonic crystals (MOPCs) composed of alternating quarter-wavelength layers of diamagnetic Sm3Ga5O12 and MO-active Bi2.97Er0.03Al0.5Ga0.5O12 garnets rf-magnetron sputtered on Gd3Ga5O12(111) substrate. Substitution of ferric ions by aluminum and gallium improved transparency and induced perpendicular anisotropy in pure bismuth iron garnet. As a result, photonic crystals owned a record high magneto-optical quality and a latching-type (magnetic remnant) Faraday rotation (FR). At the resonance wavelengths 775(640)nm, a specific FR θF=14.1(14.8)deg/μm and MO-quality factor Q=99.3(46.2)deg represent the highest MOPC performance achieved so far.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. Okuda, N. Koshizuka, K. Hayashi, K. Satoh, H. Taniguchi, and H. Yamamoto, IEEE Transl. J. Magn. Jpn 3, 483 (1988).
    [CrossRef]
  2. N. Adachi, V. P. Denysenkov, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, and T. Okuda, J. Appl. Phys. 88, 2734 (2000).
    [CrossRef]
  3. R. Rosenberg, C. B. Rubinstein, and D. R. Herriot, Appl. Opt. 3, 1079 (1964).
    [CrossRef]
  4. M. Inoue, K. Arai, T. Fujii, and M. Abe, J. Appl. Phys. 83, 6768 (1998).
    [CrossRef]
  5. S. Kahl and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 84, 1438 (2004).
    [CrossRef]
  6. S. I. Khartsev and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 87, 122504 (2005).
    [CrossRef]
  7. S. I. Khartsev and A. M. Grishin, J. Appl. Phys. 101, 053906 (2007).
    [CrossRef]
  8. A. M. Grishin, S. I. Khartsev, H. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 90, 191113 (2007).
    [CrossRef]
  9. G. B. Scott, D. E. Lacklison, J. L. Page, J. Hewett, Appl. Phys. 9, 71 (1976).
    [CrossRef]
  10. G. B. Scott and D. E. Lacklison, IEEE Trans. Magn. 12, 292 (1976).
    [CrossRef]
  11. S. Kahl, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, K. Kawano, G. Kong, R. A. Chakalov, and J. S. Abell, J. Appl. Phys. 91, 9556 (2002).
    [CrossRef]
  12. D. O. Dzibrou and A. M. Grishin, J. Appl. Phys. 106, 043901 (2009).
    [CrossRef]

2009 (1)

D. O. Dzibrou and A. M. Grishin, J. Appl. Phys. 106, 043901 (2009).
[CrossRef]

2007 (2)

S. I. Khartsev and A. M. Grishin, J. Appl. Phys. 101, 053906 (2007).
[CrossRef]

A. M. Grishin, S. I. Khartsev, H. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 90, 191113 (2007).
[CrossRef]

2005 (1)

S. I. Khartsev and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 87, 122504 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

S. Kahl and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 84, 1438 (2004).
[CrossRef]

2002 (1)

S. Kahl, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, K. Kawano, G. Kong, R. A. Chakalov, and J. S. Abell, J. Appl. Phys. 91, 9556 (2002).
[CrossRef]

2000 (1)

N. Adachi, V. P. Denysenkov, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, and T. Okuda, J. Appl. Phys. 88, 2734 (2000).
[CrossRef]

1998 (1)

M. Inoue, K. Arai, T. Fujii, and M. Abe, J. Appl. Phys. 83, 6768 (1998).
[CrossRef]

1988 (1)

T. Okuda, N. Koshizuka, K. Hayashi, K. Satoh, H. Taniguchi, and H. Yamamoto, IEEE Transl. J. Magn. Jpn 3, 483 (1988).
[CrossRef]

1976 (2)

G. B. Scott, D. E. Lacklison, J. L. Page, J. Hewett, Appl. Phys. 9, 71 (1976).
[CrossRef]

G. B. Scott and D. E. Lacklison, IEEE Trans. Magn. 12, 292 (1976).
[CrossRef]

1964 (1)

Abe, M.

M. Inoue, K. Arai, T. Fujii, and M. Abe, J. Appl. Phys. 83, 6768 (1998).
[CrossRef]

Abell, J. S.

S. Kahl, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, K. Kawano, G. Kong, R. A. Chakalov, and J. S. Abell, J. Appl. Phys. 91, 9556 (2002).
[CrossRef]

Adachi, N.

N. Adachi, V. P. Denysenkov, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, and T. Okuda, J. Appl. Phys. 88, 2734 (2000).
[CrossRef]

Arai, K.

M. Inoue, K. Arai, T. Fujii, and M. Abe, J. Appl. Phys. 83, 6768 (1998).
[CrossRef]

Chakalov, R. A.

S. Kahl, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, K. Kawano, G. Kong, R. A. Chakalov, and J. S. Abell, J. Appl. Phys. 91, 9556 (2002).
[CrossRef]

Denysenkov, V. P.

N. Adachi, V. P. Denysenkov, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, and T. Okuda, J. Appl. Phys. 88, 2734 (2000).
[CrossRef]

Dzibrou, D. O.

D. O. Dzibrou and A. M. Grishin, J. Appl. Phys. 106, 043901 (2009).
[CrossRef]

Fujii, T.

M. Inoue, K. Arai, T. Fujii, and M. Abe, J. Appl. Phys. 83, 6768 (1998).
[CrossRef]

Grishin, A. M.

D. O. Dzibrou and A. M. Grishin, J. Appl. Phys. 106, 043901 (2009).
[CrossRef]

A. M. Grishin, S. I. Khartsev, H. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 90, 191113 (2007).
[CrossRef]

S. I. Khartsev and A. M. Grishin, J. Appl. Phys. 101, 053906 (2007).
[CrossRef]

S. I. Khartsev and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 87, 122504 (2005).
[CrossRef]

S. Kahl and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 84, 1438 (2004).
[CrossRef]

S. Kahl, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, K. Kawano, G. Kong, R. A. Chakalov, and J. S. Abell, J. Appl. Phys. 91, 9556 (2002).
[CrossRef]

N. Adachi, V. P. Denysenkov, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, and T. Okuda, J. Appl. Phys. 88, 2734 (2000).
[CrossRef]

Hayashi, K.

T. Okuda, N. Koshizuka, K. Hayashi, K. Satoh, H. Taniguchi, and H. Yamamoto, IEEE Transl. J. Magn. Jpn 3, 483 (1988).
[CrossRef]

Herriot, D. R.

Hewett, J.

G. B. Scott, D. E. Lacklison, J. L. Page, J. Hewett, Appl. Phys. 9, 71 (1976).
[CrossRef]

Inoue, M.

M. Inoue, K. Arai, T. Fujii, and M. Abe, J. Appl. Phys. 83, 6768 (1998).
[CrossRef]

Kahl, S.

S. Kahl and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 84, 1438 (2004).
[CrossRef]

S. Kahl, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, K. Kawano, G. Kong, R. A. Chakalov, and J. S. Abell, J. Appl. Phys. 91, 9556 (2002).
[CrossRef]

Kawano, K.

S. Kahl, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, K. Kawano, G. Kong, R. A. Chakalov, and J. S. Abell, J. Appl. Phys. 91, 9556 (2002).
[CrossRef]

Kawasaki, H.

A. M. Grishin, S. I. Khartsev, H. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 90, 191113 (2007).
[CrossRef]

Khartsev, S. I.

A. M. Grishin, S. I. Khartsev, H. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 90, 191113 (2007).
[CrossRef]

S. I. Khartsev and A. M. Grishin, J. Appl. Phys. 101, 053906 (2007).
[CrossRef]

S. I. Khartsev and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 87, 122504 (2005).
[CrossRef]

S. Kahl, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, K. Kawano, G. Kong, R. A. Chakalov, and J. S. Abell, J. Appl. Phys. 91, 9556 (2002).
[CrossRef]

N. Adachi, V. P. Denysenkov, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, and T. Okuda, J. Appl. Phys. 88, 2734 (2000).
[CrossRef]

Kong, G.

S. Kahl, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, K. Kawano, G. Kong, R. A. Chakalov, and J. S. Abell, J. Appl. Phys. 91, 9556 (2002).
[CrossRef]

Koshizuka, N.

T. Okuda, N. Koshizuka, K. Hayashi, K. Satoh, H. Taniguchi, and H. Yamamoto, IEEE Transl. J. Magn. Jpn 3, 483 (1988).
[CrossRef]

Lacklison, D. E.

G. B. Scott and D. E. Lacklison, IEEE Trans. Magn. 12, 292 (1976).
[CrossRef]

G. B. Scott, D. E. Lacklison, J. L. Page, J. Hewett, Appl. Phys. 9, 71 (1976).
[CrossRef]

Okuda, T.

N. Adachi, V. P. Denysenkov, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, and T. Okuda, J. Appl. Phys. 88, 2734 (2000).
[CrossRef]

T. Okuda, N. Koshizuka, K. Hayashi, K. Satoh, H. Taniguchi, and H. Yamamoto, IEEE Transl. J. Magn. Jpn 3, 483 (1988).
[CrossRef]

Page, J. L.

G. B. Scott, D. E. Lacklison, J. L. Page, J. Hewett, Appl. Phys. 9, 71 (1976).
[CrossRef]

Rosenberg, R.

Rubinstein, C. B.

Satoh, K.

T. Okuda, N. Koshizuka, K. Hayashi, K. Satoh, H. Taniguchi, and H. Yamamoto, IEEE Transl. J. Magn. Jpn 3, 483 (1988).
[CrossRef]

Scott, G. B.

G. B. Scott and D. E. Lacklison, IEEE Trans. Magn. 12, 292 (1976).
[CrossRef]

G. B. Scott, D. E. Lacklison, J. L. Page, J. Hewett, Appl. Phys. 9, 71 (1976).
[CrossRef]

Taniguchi, H.

T. Okuda, N. Koshizuka, K. Hayashi, K. Satoh, H. Taniguchi, and H. Yamamoto, IEEE Transl. J. Magn. Jpn 3, 483 (1988).
[CrossRef]

Yamamoto, H.

T. Okuda, N. Koshizuka, K. Hayashi, K. Satoh, H. Taniguchi, and H. Yamamoto, IEEE Transl. J. Magn. Jpn 3, 483 (1988).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. (1)

G. B. Scott, D. E. Lacklison, J. L. Page, J. Hewett, Appl. Phys. 9, 71 (1976).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (3)

S. Kahl and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 84, 1438 (2004).
[CrossRef]

S. I. Khartsev and A. M. Grishin, Appl. Phys. Lett. 87, 122504 (2005).
[CrossRef]

A. M. Grishin, S. I. Khartsev, H. Kawasaki, Appl. Phys. Lett. 90, 191113 (2007).
[CrossRef]

IEEE Trans. Magn. (1)

G. B. Scott and D. E. Lacklison, IEEE Trans. Magn. 12, 292 (1976).
[CrossRef]

IEEE Transl. J. Magn. Jpn (1)

T. Okuda, N. Koshizuka, K. Hayashi, K. Satoh, H. Taniguchi, and H. Yamamoto, IEEE Transl. J. Magn. Jpn 3, 483 (1988).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (5)

N. Adachi, V. P. Denysenkov, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, and T. Okuda, J. Appl. Phys. 88, 2734 (2000).
[CrossRef]

S. Kahl, S. I. Khartsev, A. M. Grishin, K. Kawano, G. Kong, R. A. Chakalov, and J. S. Abell, J. Appl. Phys. 91, 9556 (2002).
[CrossRef]

D. O. Dzibrou and A. M. Grishin, J. Appl. Phys. 106, 043901 (2009).
[CrossRef]

M. Inoue, K. Arai, T. Fujii, and M. Abe, J. Appl. Phys. 83, 6768 (1998).
[CrossRef]

S. I. Khartsev and A. M. Grishin, J. Appl. Phys. 101, 053906 (2007).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

Transmittance T and FR θ F spectra of the reference 1.6 μm thick BIG film. Solid lines show spectra modeled with fitting parameters collected in Table 1. Inset compares specific FR θ F versus perpendicular magnetic field H hysteresis loops traced at λ = 677 nm in BIG film and MOPC [ BIG / SGG ] 7 BIG 2 [ SGG / BIG ] 7 designed for λ res = 775 nm .

Fig. 2
Fig. 2

Transmittance and net FR in 7-reflectors MOPC. Maximum FR | Θ Fmax | = 17 ° at the resonant transmittance of 0.71 corresponds to the MO quality factor Q = 2 | Θ F | / ln ( 1 / T ) = 99.3 ° at λ res = 775 nm .

Fig. 3
Fig. 3

Transmittance and FR in 5-reflectors MOPC. Maximum FR | Θ Fmax | = 13.4 ° at the resonant transmittance of 0.56 gives MO quality factor Q = 46.2 ° at λ res = 640 nm .

Fig. 4
Fig. 4

PL spectra in Er-doped films pumped by 514.5 nm Ar laser. Reference 1.2 μm thick Bi 2.97 Er 0.03 Fe 4 Ga 0.5 Al 0.5 O 12 film is compared to 7-reflectors MOPC designed for λ res = 775 nm . Inset shows a decay of the S -C band PL in the MOPC and a single-layer BIG film with the equivalent thickness of 1.2 μm , the same as in the MOPC.

Tables (2)

Tables Icon

Table 1 Material Parameters of Bi 2.97 Er 0.03 Al 0.5 Ga 0.5 O 12 Garnet a

Tables Icon

Table 2 Properties of Bi 2.97 Er 0.03 Al 0.5 Ga 0.5 O 12 / Sm 3 Ga 5 O 12 ] m Photonic Crystals and Reference Films

Metrics