DE102010021203A1 - Terbiumtitanat zur Verwendung als Faraday-Rotator - Google Patents

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Abstract

Faraday-Rotatoren sind optisch transparente dielektrische Festkörper, die in einem homogenem Magnetfeld eine materialspezifische Drehung (Verdet-Konstante) der Polarisationsebene des Lichtes erzeugen. Das für diese Anwendung neue Material Terbiumtitanat zeigt eine hohe Transparenz vom sichtbaren bis in den IR-Bereich und eine höhere Verdet-Konstante als die zur Zeit verwendeteten Materialien wie z. B. TGG oder terbiumhaltige Gläser. Terbiumtitanat hat die chemische Formel Tb2Ti2O7 und kann mit Kristallzüchtungsverfahren aus Schmelzen mit einer Zusammensetzung nahe oder gleich der stöchiometrischen Zusammensetzung oder auch mit keramischen Verfahren hergestellt werden. Aus den so hergestellten Festkörpern werden die benötigten optischen Elemente in Stab- oder Slab-Form durch mechanische Bearbeitung gefertigt. Bei Einsatz von Terbiumtitanat in Faraday-Rotatoren kann gegenüber den herkömmlichen Materialien die Baugröße der optischen Komponenten verringert werden, bzw. es können bei unveränderter Baugröße schwächere Magnetfelder verwendet werden.

Description

  • Als Faraday-Effekt bezeichnet man die Drehung der Polarisationsrichtung einer elektromagnetischen Welle in einem dielektrischen Medium unter Einfluss eines magnetischen Feldes. Optische Elemente, die den Faraday-Effekt zur Änderung der Polarisationsrichtung von Licht nutzen, werden als Faraday-Rotatoren bezeichnet. Faraday-Rotatoren finden z. B. in optischen Dioden oder sogenannten optischen Isolatoren Einsatz, indem ein transparentes dielektrisches Medium mit hoher Verdet-Konstante in ein zeitlich konstantes homogenes magnetisches Feld gebracht wird. In dieses Medium einfallendes polarisiertes Licht erfährt eine spezifische Drehung der Polarisationsebene, die proportional der Länge des Mediums, seiner Verdet-Konstante und der angelegten magnetischen Flusdichte ist. Durch geeignete Anordnung des Faraday-Materials zwischen optischen Polarisatoren kann erreicht werden, dass nur Licht mit definierter Polarisation den optischen Isolator passieren kann und damit z. B. Rückreflexionen in Lasersystemen verhindert werden können. Zur Zeit werden in Faraday-Rotatoren Materialien wie z. B. Terbium-Gallium-Granat (TGG, Tb3Ga5O12), Terbium-haltige Gläser oder Eismut-Eisen-Granate mit je nach Anwendung Variabler Zusammensetzung verwendet.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein für diese Verwendung neuartiges Material, das durch seine hohe Verdet-Konstante als Faraday-Rotator genutzt werden kann. Es hat eine höhere Verdet-Konstante als vergleichbare Materialien wie z. B. TGG und Terbium-Gläser und eine hohe Transparenz von 500 nm bis ca 1500 nm im IR-Bereich. Die chemische Zusammensetzung des neuartigen Materials ist Tb2Ti2O7 (Terbiumtitanat). Tb2Ti2O7 kristallisiert kubisch in der Pyrochlorstruktur.
  • Tb2Ti2O7 kann nach mehreren bekannten Methoden hergestellt werden:
    • 1. Zunächst bietet sich das Czochralski-Verfahren zur Züchtung von Einkristallen aus einer Hochtemperaturschmelze mit einer der Kristallstöchiometrie ähnlichen Schmelzzusammensetzung an. Hierbei wird z. B. eine in einem Tiegel befindliche Schmelze aus Terbiumoxid und Titanoxid der Zusammensetzung Tb2Ti2O7 bei einer Temperatur von ca. 1900°C von oben mit einem Tb2Ti2O7-Impfkristall berührt und nach Einstellung des thermischen Gleichgewichts ein Tb2Ti2O7-Kristall mit z. B. 1 mm/h nach oben aus der Schmelze gezogen.
    • 2. Ein weiteres Verfahren zur Züchtung von Tb2Ti2O7 ist die Zonenschmelzmethode (J. S. Gardner et al., J. Crystal Growth 191 (1998) 740) in der polykristallines gepresstes Stabmaterial zuerst bei 1350°C gesintert wird und danach durch Verschieben eines aufgeschmolzenen Bereichs durch den Stab zur Kristallbildung gebracht wird.
    • 3. Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Tb2Ti2O7-Kristallen verwendet sogenannte Flussmittel – z. B. B2O3, Molybdate oder Bleioxide – als Hochtemperaturlösungsmittel (Züchtungstemperatur 900°C bis 1100°C), in dem Terbiumoxid und Titanoxid im geeigneten Verhältnis aufgelöst und aus dieser Lösung nach Animpfen mit einem Impfkristall das Tb2Ti2O7 langsam nach oben herausgezogen wird. Aus Hochtemperaturlösungen sind auch Epitaxieverfahren, d. h. das Wachstum von dünnen Schichten aus Terbiumtitanat auf geeigneten kristallinen Unterlagen (Substratmaterialien), möglich
    • 4. Andere Kristallzüchtungsverfahren, z. B. gerichtete Erstarrung nach dem Heat-Exchanger-Verfahren (HEM), Bridgman- oder Stockbarger-Verfahren, die geeignet sind, transparente Festkörper von Tb2Ti2O7 herzustellen.
    • 5. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von geeignetem Material für Faraday-Rotatoren aus Tb2Ti2O7 ist die Synthese transparenter Festkörper aus Tb2Ti2O7 nach einem keramischen Verfahren. Hierbei werden durch Fällen aus einer Lösung oder durch Mahlen zunächst sogenannte Nanopulver hergestellt und anschließend durch Formgebung, Verdichten und Sintern zu einem hochtransparenten polykristallinen Körper geformt, der für die Anwendung als Faraday-Rotator vergleichbare Eigenschaften hat wie die nach den vorgenannten Verfahren hergestellten Kristalle.
  • Aus den nach den beschriebenen Verfahren hergestellten ein- oder polykristallinen Festkörpern werden anschließend durch mechanische Bearbeitung Bauelemente in den benötigten Dimensionen hergestellt, an den für den Lichteintritt und Austritt vorgesehenen Seiten optisch poliert und in einer passenden Halterung in ein durch Permanentmagnete oder Elektromagnete erzeugtes Magnetfeld gebracht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • J. S. Gardner et al., J. Crystal Growth 191 (1998) 740 [0003]

Claims (9)

  1. Faraday-Rotator, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch aktive Medium die Zusammensetzung Tb2Ti2O7 (Terbiumtitanat) hat
  2. Faraday-Rotator, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch aktive Medium die Zusammensetzung (Tb2-xAx)Ti2O7 hat mit 0 ≤ x ≤ 2, wobei für A Elemente der Lanthanidenreihe wie La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu sowie Y oder Mischungen dieser eingesetzt werden können
  3. Faraday-Rotator, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch aktive Medium gemäß den Ansprüchen 1 bis 2 als Einkristall nach einem Kristallzüchtungsverfahren aus einer Schmelze gezüchtet wird
  4. Faraday-Rotator, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch aktive Medium gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 als Einkristall nach einem Kristallzüchtungsverfahren aus einer Schmelze mit der Zusammensetzung AzTi2O7 mit 1 ≤ z ≤ 3 gezüchtet wird, wobei für A Elemente der Lanthaniden wie La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu sowie Y oder Mischungen dieser eingesetzt werden können
  5. Faraday-Rotator, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch aktive Medium gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 als Einkristall nach einem Flussmittelverfahren hergestellt wird
  6. Faraday-Rotator, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch aktive Medium gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 mit einem Epitaxieverfahren als Schicht auf einem Substrat aufgewachsen wird
  7. Faraday-Rotator, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch aktive Medium gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 nach einem keramischen Verfahren hergestellt wird
  8. Faraday-Rotator, dadurch gekennzeichnet, dass das optisch aktive Medium gemäß den Ansprüchen 1 bis 2 als Glas hergestellt wird
  9. Optischer Isolator, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faraday-Rotator entsprechend den Ansprüchen 1 bis 8 eingesetzt wird
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105531619A (zh) * 2013-09-12 2016-04-27 信越化学工业株式会社 磁光材料及其制造方法、以及磁光设备
WO2016143859A1 (ja) * 2015-03-11 2016-09-15 信越化学工業株式会社 磁気光学材料及びその製造方法、並びに磁気光学デバイス
JP2016169115A (ja) * 2015-03-11 2016-09-23 信越化学工業株式会社 磁気光学材料及び磁気光学デバイス
RU180400U1 (ru) * 2017-08-10 2018-06-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" Оптический изолятор
TWI673249B (zh) * 2015-03-11 2019-10-01 日商信越化學工業股份有限公司 磁性光學材料及其製造方法、與磁性光學裝置
US11591712B2 (en) 2019-05-29 2023-02-28 Forschungsverbund Berlin E.V. Method and setup for growing bulk single crystals

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5146524B2 (de) * 1973-09-12 1976-12-09
DE4319827C2 (de) * 1993-06-16 1995-05-11 Gsaenger Optoelektronik Gmbh Faraday-Rotator
US5528415A (en) * 1994-11-09 1996-06-18 Duke University Compact enhanced performance optical isolator using a faraday rotator
US7133189B2 (en) * 2002-02-22 2006-11-07 Tdk Corporation Magnetic garnet material, faraday rotator, optical device, bismuth-substituted rare earth-iron-garnet single-crystal film and method for producing the same and crucible for producing the same
US6724514B2 (en) * 2002-03-18 2004-04-20 American Optics Science Faraday rotator with improved magnetooptic property
JP4107292B2 (ja) * 2002-09-27 2008-06-25 株式会社村田製作所 テルビウム系常磁性ガーネット単結晶及び磁器光学デバイス

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. S. Gardner et al., J. Crystal Growth 191 (1998) 740

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI634093B (zh) * 2013-09-12 2018-09-01 信越化學工業股份有限公司 磁光材料以及磁光裝置
KR20160055792A (ko) * 2013-09-12 2016-05-18 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 자기 광학 재료 및 그 제조 방법, 그리고 자기 광학 디바이스
KR102238976B1 (ko) * 2013-09-12 2021-04-09 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 자기 광학 재료 및 그 제조 방법, 그리고 자기 광학 디바이스
US10526725B2 (en) 2013-09-12 2020-01-07 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Magnetooptical material, manufacturing method therefor, and magnetooptical device
JPWO2015037649A1 (ja) * 2013-09-12 2017-03-02 信越化学工業株式会社 磁気光学材料及びその製造方法、並びに磁気光学デバイス
EP3045958A4 (de) * 2013-09-12 2017-04-12 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Magnetooptisches material, herstellungsverfahren dafür und magnetooptische vorrichtung
CN105531619A (zh) * 2013-09-12 2016-04-27 信越化学工业株式会社 磁光材料及其制造方法、以及磁光设备
TWI673249B (zh) * 2015-03-11 2019-10-01 日商信越化學工業股份有限公司 磁性光學材料及其製造方法、與磁性光學裝置
JPWO2016143859A1 (ja) * 2015-03-11 2017-11-24 信越化学工業株式会社 磁気光学材料及びその製造方法、並びに磁気光学デバイス
EP3269695A4 (de) * 2015-03-11 2018-10-17 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Magneto-optisches material, verfahren zur herstellung davon und magneto-optische vorrichtung
US10274754B2 (en) 2015-03-11 2019-04-30 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Magneto-optical material, method for producing same and magneto-optical device
KR20170127479A (ko) * 2015-03-11 2017-11-21 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 자기 광학 재료, 그 제조 방법 및 자기 광학 디바이스
JP2016169115A (ja) * 2015-03-11 2016-09-23 信越化学工業株式会社 磁気光学材料及び磁気光学デバイス
WO2016143859A1 (ja) * 2015-03-11 2016-09-15 信越化学工業株式会社 磁気光学材料及びその製造方法、並びに磁気光学デバイス
KR102598689B1 (ko) 2015-03-11 2023-11-06 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 자기 광학 재료, 그 제조 방법 및 자기 광학 디바이스
RU180400U1 (ru) * 2017-08-10 2018-06-13 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" Оптический изолятор
US11591712B2 (en) 2019-05-29 2023-02-28 Forschungsverbund Berlin E.V. Method and setup for growing bulk single crystals

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