Rev. Phys. Appl. (Paris) 20, 753-757 (1985)
DOI: 10.1051/rphysap:019850020011075300

Stress- and growth-induced anisotropic birefringences in garnet films

A.N. Ageev¹, O.G. Rutkin², A.S. Trifonov¹, V.B. Kravtchenko³, L.M. Filimonova³, H. Le Gall⁴ et J.M. Desvignes<sup>4

1</sup>  A. F. Ioffe Physico-Technical Institute, Politechnicheskaya, 26, Leningrad, U.S.S.R.
²  A. Ioffe Physico-Technical Institute, Politechnicheskaya, 26, Leningrad, U.S.S.R.
³  Institute of Radiotechnic and Electronics, 103907 Karl Marx Avenue 18, Moscow, U.S.S.R.
⁴  C.N.R.S., Laboratoire de Magnétisme et d'Optique des Solides, 92190 Meudon, France

Abstract
From optical wave-guide experiment in rare-earth and bismuth-substituted iron garnet films, it is shown that the optical birefringence Δn presents important contributions Δnσ and Δ nG arising from stress-induced (photoelastic) and growth-induced birefringences which depend on the chemical composition, growth temperature TG and orientation of the film. The dependence of Δn σ on TG is directly associated with the variation of the segregation coefficients of the different ions substituted in the garnet which changes their content and therefore the lattice mismatch between the films and the substrates. On the other hand ΔnG seems to be independent on TG. In (110)-oriented Bi-YIG films anisotropic behaviours have been observed for Δnσ. The different contributions to Δn are determined and discussed from theoretical models.

Résumé
A partir de mesures de propagation guidée de lumière dans des films de grenat ferrimagnétiques substitués par des ions de terres rares et de bismuth, on montre que la biréfringence optique Δn présente des contributions importantes Δn σ et ΔnG associées aux bir6fringences induites par contraintes élastiques (photoélastique) et par croissance par épitaxie qui dépendent de la composition chimique, de la température de croissance TG d'épitaxie et de l'orientation des substrats. La dépendance de Δnσ avec TG est directement associée aux variations des coefficients de ségrégation des différents ions en substitution dans le grenat, ce qui change leur taux de substitution et partant, les écarts des paramètres de maille entre les films et leurs substrats. Par contre Δn G apparait comme indépendant de TG. Des comportements anisotropes de Δnσ ont été par ailleurs observés dans les films de Bi-YIG de plan (110). Les différentes contributions à An ont été d6termin6es et sont discutées à partir de modèles théoriques.

PACS
6475 - Solubility, segregation, and mixing.
6855 - Thin film growth, structure, and epitaxy.
7550G - Ferrimagnetics.
7820F - Birefringence condensed matter.
7865J - Optical properties of nonmetallic thin films.

Key words
bismuth compounds -- gadolinium compounds -- garnets -- magnetic epitaxial layers -- mechanical birefringence -- praseodymium compounds -- ytterbium compounds -- yttrium compounds -- optical waveguide experiment -- stress induced birefringences -- YbPr sub 3 FeGa sub 5 O sub 12 -- segregation -- BiGdYbY sub 3 FeAl sub 5 -- garnet films -- optical birefringence -- growth induced birefringences -- lattice mismatch -- substrates -- Bi YIG