JP2011150208A

JP2011150208A - 光アイソレータ

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Publication number: JP2011150208A
Application number: JP2010012708A
Authority: JP
Inventors: Shinji Makikawa; 新二牧川; Toshiaki Watanabe; 聡明渡辺; Tomotake Koyama; 智丈小山; Hisaya Oda; 久哉小田; Takuya Takahashi; 拓也高橋; Akio Yamanaka; 明生山中
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: CA2728954C; EP2360511B1; US20110181950A1; CA2728954A1; DK2360511T3; US8625197B2; JP5528827B2; EP2360511A1

Abstract

【課題】ファラデー効果が大きく、かつその使用する波長において、透過率が高いファラデー回転子を備えた光アイソレータを提供する。
【解決手段】少なくとも、ファラデー回転子と、該ファラデー回転子の光入射側に配置された偏光子と、前記ファラデー回転子の光出射側に配置された検光子とを備えた光アイソレータであって、前記ファラデー回転子は、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）を質量比で３０％以上含む酸化物からなるものであることを特徴とする光アイソレータ。
【選択図】図１

Description

本発明は、光アイソレータに関し、具体的には、波長３２０−８００ｎｍの範囲の光のアイソレーションに好適に用いることができる光アイソレータに関するものである。

近年、レーザ加工機の進展に伴い、光と磁気との相互作用を利用した磁気光学デバイスが注目されている。
その１つに、光アイソレータがある（例えば非特許文献１等参照）。

これは、レーザ光源から発振した光が、途中の光学系で反射されて光源に戻ると、レーザ光源から発振した光を擾乱させて不安定な発振状態になる現象を抑制するものである。
そのため、この作用を利用して、光アイソレータは、レーザ光源と光学部品との間に配置して利用されている。

この光アイソレータは、主に、ファラデー回転子と、ファラデー回転子の光入射側に配置された偏光子と、ファラデー回転子の光出射側に配置された検光子（ファラデー回転子に対して反対側に位置する偏光子は検光子とも呼ばれる）の３つの部品を有するものである。

そして、光アイソレータは、ファラデー回転子に光の進行方向に平行に磁界を加えた状態で光がファラデー回転子に入射するとファラデー回転子の中で偏光面が回転するという性質、いわゆるファラデー効果を利用する。

すなわち、入射光のなかで、偏光子と同じ偏光面を有する光が偏光子を通過して、ファラデー回転子に入射される。この光は、ファラデー回転子の中で、光の進行方向に対して、プラス４５°回転されて、出射する。

これに対して、入射方向と逆方向からファラデー回転子に入射する戻り光は、最初に検光子を通過する際に、検光子と同じ偏光面を有する成分の光のみが検光子を透過し、ファラデー回転子に入射される。
そして、ファラデー回転子の中で、戻り光の偏光面が最初のプラス４５°からさらにプラス４５°回転されるため、偏光子に対してプラス９０°の直角の偏光面となり、戻り光は、偏光子を透過できなくなる。
光アイソレータは、この現象を利用して戻り光が発生することを防止するものである。

応用光エレクトロニクスハンドブック編集委員会編、「応用光エレクトロニクスハンドブック」ｐ７７−７８、昭晃堂

ここで、上記のような光アイソレータのファラデー回転子として用いられる材料では、ファラデー効果が大きく、かつその使用する波長の光に対する透過率が高いことが必要である。
すなわち、近年求められる光アイソレータの小型化に際して、ファラデー回転子の厚さを薄くすることが必要であるが、ファラデー効果が大きい結晶を用いることで解決するのが最も現実的である。
また、進行方向の光を減衰させることは問題があるため、光の透過率は高ければ高いほど好都合である。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、ファラデー効果が大きく、かつ使用する波長において、透過率が高いファラデー回転子を備えた光アイソレータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、ファラデー回転子と、該ファラデー回転子の光入射側に配置された偏光子と、前記ファラデー回転子の光出射側に配置された検光子とを備えた光アイソレータであって、前記ファラデー回転子は、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）を質量比で３０％以上含む酸化物からなるものであることを特徴とする光アイソレータを提供する。

このように、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）を質量比で３０％以上含む酸化物からなるファラデー回転子であれば、例えば波長３２０−８００ｎｍの光の吸収がほとんど見られず、かつベルデー定数が大きいものである。従って、このような酸化物がファラデー回転子に用いられた光アイソレータは、当該波長の光に対応した従来より小型化された光アイソレータとすることができる。

ここで、前記光アイソレータは、偏光させる光の波長が３２０−８００ｎｍの範囲であることが好ましい。
このように、本発明の光アイソレータは、波長３２０−８００ｎｍの光に対して吸収がみられず、かつベルデー定数が大きい酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）を質量比で３０％以上含む酸化物がファラデー回転子として用いられたものであるため、偏光させる光の波長が３２０−８００ｎｍの光アイソレータに好適なものである。

また、前記ファラデー回転子は、波長３２０−８００ｎｍの範囲において、透明な酸化物からなるものであることが好ましい。
このように、波長３２０−８００ｎｍの範囲において、透明な酸化物からなるファラデー回転子であれば、波長３２０−８００ｎｍの範囲において、光吸収が見られず、かつ実質的には散乱がほとんど発生しないものとすることができ、より高品質な光アイソレータとすることができる。

以上説明したように、本発明のように、波長３２０−８００ｎｍでのベルデー定数が大きい、イッテルビウム酸化物（Ｙｂ_２Ｏ_３）を質量比で３０％以上含む酸化物からなるファラデー回転子が用いられた光アイソレータとすることによって、上記波長に対して光の吸収がほとんど無く、従来に比べて厚さが薄く、小型化された光アイソレータを提供することが可能になった。

本発明の光アイソレータの概略の一例を示した図である。実施例１−４、比較例１−３のファラデー回転子の基となる結晶の育成において使用したキセノンランプＦＺ装置の概略を示した図である。

以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、ファラデー効果が大きく、かつその使用する波長において、透過率が高いファラデー回転子を備えた光アイソレータの開発が待たれていた。

ここで、ファラデー回転角θは、
θ＝Ｖ×Ｈ×Ｌ
で表される。Ｖはベルデー定数でファラデー回転子の材料および測定波長で決まる定数であり、Ｈは磁界の大きさ、Ｌはファラデー回転子の長さである。

ここで、ベルデー定数の測定方法の一例を説明する。
まず、中心磁界強度１．３Ｔの内径５ｍｍの孔が開いた長さ３０ｍｍのマグネットに、直径３ｍｍ、長さ１０ｍｍのファラデー回転子の材料を挿入する。
そして、その材料にビーム径１ｍｍ、ビームパワー１〜５ｍＷの所定の波長のレーザ光を入射する。そして材料から出射したレーザ光の回転角度をパワーメータなどで測定することによって、ベルデー定数は測定できる。後述する実施例、比較例では波長８００ｎｍ、Ａｒレーザ５１４ｎｍ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ３２５ｎｍをレーザ光として使用した。
そしてこの方法によって測定したベルデー定数から、光アイソレータとして用いるためにθ＝４５°になるように、厚さＬを決定する。
これによってファラデー回転角４５°のファラデー回転子を得ることができる。

一般に、ベルデー定数が大きい材料としては、Ｆｅを含むＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）単結晶があるが、これらの材料は波長３２０−８００ｎｍに大きな光吸収がある。従って、波長３２０ｎｍ−８００ｎｍではその吸収の影響が強く出るため、使用することはできない。
また、その他としては、テルビウムガリウムガーネット（化学式：Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）などがある。しかし、これも波長５００−６００ｎｍにおいて大きな光吸収があり、波長３２０−３８０ｎｍ、４５０−５５０ｎｍではその光吸収の影響が強く出るため、使用できない。
また、鉛を含むガラスも、用いられているが、波長３２０−８００ｎｍではベルデー定数が小さく、ファラデー回転子として用いると光路が長くなってしまう。

そこで本発明者らは上記問題を解決するべく、鋭意検討・実験を重ねた。
ここで、イッテルビウムは、テルビウムと同様に、軌道角運動量Ｌ＝３であるため、常磁性元素であり、波長３２０−８００ｎｍにおいて吸収が無い元素である。このため、この波長域のアイソレータに使用するには、最も適した元素である。
一方、テルビウムは、イッテルビウムよりもベルデー定数が大きいが、波長３２０−３８０ｎｍ、４５０−５５０ｎｍに吸収がある。したがってこのイッテルビウムをできるだけ多く含む化合物を作製することが、その化合物のベルデー定数を大きくし、ファラデー回転角を多くできることにつながることを本発明者らは知見した。

さらに波長３２０−８００ｎｍにおいて吸収が無い化合物を作製するには、構成する他の元素も、その波長域において透明である必要があり、それに最も適した化合物は、波長３２０−８００ｎｍにおいて吸収が無い元素との酸化物である。

ここで、光アイソレータの大きさを決める要因は、ベルデー定数、磁界の大きさで決まる。そして光アイソレータを小型化するためには、その構成部品であるファラデー回転子をできるだけ短くできる材料を開発する必要がある。
そこで、使用する波長において、ベルデー定数が０．０５ｍｉｎ／Ｏｅ．ｃｍ以上あるのが望ましく、それ以下ならば、使用する磁界において、ファラデー材料の長さが５０ｍｍ以上になり、アイソレータが大きくなってしまうことが判った。
そして更なる検討・実験の結果、酸化イッテルビウムを質量比換算で３０％以上含む材料であれば、ベルデー定数が０．０５ｍｉｎ／Ｏｅ．ｃｍ以上となり、ファラデー材料の長さが５０ｍｍ以下になり、アイソレータの小型化が図れると供に、波長３２０−８００ｎｍの光の吸収がほとんど発生しないものとすることができることを知見し、本発明を完成させた。

以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は本発明の光アイソレータの概略の一例を示した図である。
図１に示すように、本発明の光アイソレータ１０は、少なくとも、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）を質量比で３０％以上含む酸化物からなるファラデー回転子１２と、該ファラデー回転子の光入射側に配置された偏光子１１と、ファラデー回転子の光出射側に配置された検光子（ファラデー回転子に対して反対側に位置する偏光子は検光子とも呼ばれる）１３とを備えたものである。

このように、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）を質量比で３０％以上含む酸化物をファラデー回転子であれば、波長３２０ｎｍ−８００ｎｍの光に対して吸収がほとんど見られず、かつベルデー定数が大きいものである。よって、このようなファラデー回転子を用いた光アイソレータであれば、波長３２０−８００ｎｍの光に対応した従来より小型化された光アイソレータとすることができる。

そして本発明の光アイソレータ中のファラデー回転子を構成する、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）以外のその他の原材料・元素としては、酸化イッテルビウムそのもの、もしくは酸化イッテルビウムと同じ結晶構造を有し、同じ希土類元素で、酸化価数が３価で安定しており、かつ波長３２０−８００ｎｍにおいて吸収が無い酸化物との固溶体混晶がある。
その候補としては、イットリア、スカンジウム、ランタン、ガドリニウム、ルテチウムなどが上げられ、これらの酸化物と酸化テルビウムとの固溶体混晶が良い。

また、アルミニウム、ガリウムからなるガーネット結晶、例としては、イッテルビムアルミニウムガーネット（Ｙｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、イッテルビウムガリウムガーネット（Ｙｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）なども適している。
なお、それらのガーネットに、イットリア、スカンジウム、ランタン、ガドリニウム、ルテチウム、３価イオンになる他の元素を置換させたもの、または、カルシウム、ジルコニウム、チタンなどの不純物元素をドーピングしたものでも良い。

そして、ファラデー回転子を構成するこれらの酸化物を作製する方法としては、フローティングゾーンメルト法、マイクロ引下げ法、引上げ法、スカルメルト法、ブリッジマン法など、いずれの製造方法で作製しても構わない。
また、波長３２０−８００ｎｍにおいて透明であり、かつ熱歪などの異方性が無ければ、単結晶である必要はなく、多結晶である透明セラミックスでも構わない。
さらに、酸化イッテルビウムを質量比で３０％以上含むのであれば、酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化チタンやその他元素などからなるガラス材料でも良い。

ここで、固溶体多結晶を熱間等方圧加圧法によって製造する際に、焼結助剤を所定量、例えば、０．００１−０．０１質量部入れて湿式混合しても構わない。焼結助剤としては、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属の炭酸塩、または、アルミナ、酸化ガリウム、または、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ゲルマニウムなど、効果がある元素の酸化物などが挙げられる。

また、ファラデー回転子の光入射側に配置される偏光子と、光出射側に配置される検光子の偏光方向は、ファラデー回転子を間に挟んで４５°とする。
偏光子、検光子は、例えばグラントムソンプリズムを用いることができる。また４００ｎｍ〜８００ｎｍではガラス基体に形状異方性金属粒子を配向させて製作したものを用いることもできる。

また、ファラデー回転子１２（両端面には対空気の反射防止膜が形成されている）の両端には、偏光子１１、検光子１３（各々両端に対空気の反射防止膜が形成されている）が配置されている。

ここで、ファラデー回転子は、波長３２０−８００ｎｍの範囲において、透明な酸化物からなるものとすることができる。
酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）を質量比で３０％以上含む酸化物からなるファラデー回転子であれば、波長３２０−８００ｎｍの範囲において、光吸収がほとんど見られないものであり、またベルデー定数も大きい。更に透明な酸化物からなるファラデー回転子であれば、散乱がほとんど発生しないものとなり、高品質な光アイソレータとすることができる。

また、光アイソレータは、偏光させる光の波長が３２０−８００ｎｍの範囲のものとすることができる。
このように、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）を質量比で３０％以上含む酸化物がファラデー回転子として用いられた本発明の光アイソレータは、ベルデー定数が大きく、かつ波長３２０−８００ｎｍの光に対する光の吸収がほとんどみられないものである。すなわち、波長が３２０−８００ｎｍの光の透過及び戻り光防止に優れた光アイソレータとなっている。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１−４、比較例１−３）
ファラデー回転子となる結晶を、フローティングゾーンメルト法によって製造した。
具体的には、先ず原料として、純度９９．９％の高純度Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３の粉末原料を用意し、Ｙｂ_２Ｏ_３：Ｙ_２Ｏ_３が後述する表１に示すような所定のモル比の結晶になるように秤量し、また幾つかの混合粉末原料には酸化イットリウムの他に、酸化ルテチウム、また第３の構成元素として、酸化マグネシウムを所定量ドープした（実施例１−４、比較例１−３）。
次に上記原料組成物に純水を加えて３ｈｒｓ湿式混合して、混合した粉末を脱水し、真空乾燥した。
その後、その粉末を粉砕した後、エタノール、エチレングリコールを加えて湿式混合してスラリー状にした。このスラリー状になった混合物を、成型機を用いて直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱状に成型した。
この成型体を１６００℃で２時間、アルゴン雰囲気で焼成して、直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのセラミックス焼結体を得た。

次に、図２に示すようなキセノンランプＦＺ装置を用いて単結晶を育成した。
図２に示すように、キセノンランプＦＺ装置２０は、ニチデン機械製の装置で、溶融用のキセノンランプ２１（光源）と楕円体鏡２３を設けた構成になっており、キセノンランプ２１から試料に集光して加熱溶解することができるものである。

この光学式ＦＺ装置２０は、内部が中空で試料を入れる石英管２２と、石英管２２が軸心部に位置するようにして石英管２２の少なくとも一部を取り囲むと共に、取り囲まれた石英管２２から均等距離に同一幅の４個の楕円体鏡２３を無端状に繋げて形成された溶解室２４とで構成されたフローティングゾーン炉を備えている。
４個の楕円体鏡２３の曲面には、キセノンランプ２１が取り付けられており、楕円体鏡２３の内面側は、鏡面処理が施されている。キセノンランプ２１から照射されたキセノン光は、鏡面処理された楕円体鏡２３に反射して、軸心部の石英管２２に４つの方向から入射される。
光源には、キセノンランプ以外にハロゲンランプを用いることができるが、キセノンランプは、到達温度を高くでき、集光度をシャープにできるので、温度勾配を急峻にできる利点がある。

また、石英管２２内には、回転可能な上シャフト２５と上シャフト２５の下端から下方に隔てられて配置された下シャフト２６とを有する。上シャフト２５と下シャフト２６は、石英管２２内で上下移動が可能であるものである。そして石英管２２の内部は、結晶成長させる際に雰囲気を制御することが可能な構造になっている。
そして、上シャフト２５には、原料棒として、先述の直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのセラミックス焼結体を取り付ける。また下シャフト２６は、種結晶となる材料を取り付けるのが望ましいが、先述の同じ組成の直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのセラミックス焼結体を取り付けることでも構わない。ここでは、上シャフト２５に取り付けた焼結体をフィードロッド２７、下シャフト２６に取り付けた焼結体または種結晶になる材料をシードロッド２８とした。

また石英管２２は、乾燥脱酸素処理を行ってから、図示しない一端から他端に向けて、アルゴンガスと数％の水素ガスを入れて陽圧にして、石英管２２に外部から大気が侵入しないようにした。

次に上下シャフト２５，２６に、それぞれ同じ組成の直径３ｍｍ、長さ５０ｍｍのセラミックス焼結体を取り付けた後、各端部がお互いに接近する状態で配置し、この状態で、フィードロッド２７の下端とシードロッド２８の上端とが両方溶解し始める温度までキセノンランプ２１の出力を上げた。そしてそれぞれのロッドを回転せずに近づけた。
この状態で、２つのロッドを接触させて融液部分を形成させた。このとき、形成した融液部分が、表面張力で融液形状を適正に保てるように、キセノンランプの出力を微調整しながら、シードロッド２８とフィードロッド２７をゆっくり８ｍｍ／ｈｒの速度で降下していった。それによって、所定の組成の結晶が、融液部分の下部、すなわちシードロッド２８の上部に形成され、シードロッド２８とフィードロッド２７の降下速度を同じにすれば、先述の場合ならば、直径４ｍｍの結晶体が育成されていった。
そして、３０ｍｍの長さに到達したら、ロッドの降下を停止し、ゆっくり８時間かけてキセノンランプの出力を下げて温度を下げていき、透明な結晶体を得ることができた。

なお、得られた結晶は温度勾配が強い条件で育成されているので、成長時の熱歪が残っており、結晶を切断するときにクラックが生じてしまう。そのため、結晶成長後、カーボン容器に先に育成した結晶を入れて、カーボン炉を用いて１８００℃のアルゴン雰囲気でアニールを行って熱歪を除去した。

アニールした直径４ｍｍ、長さ３０ｍｍの固溶体単結晶を、内周刃切断機にて両端を切断し、外周加工を施し、その両端面をコロイダルシリカなどの研磨剤で鏡面にした。
そして得られた直径３ｍｍ、長さ２５ｍｍの円筒状の結晶のベルデー定数を上述の方法・条件で測定した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１−４、比較例１−３のファラデー回転子は、波長６００ｎｍの光の透過率は９０％前後であり、良好な値であった。
そして、酸化イッテルビウムの質量比が３０％以上の実施例１−４のファラデー回転子は、波長が８００ｎｍの光に対してもベルデー定数が０．０５以上であり、また波長が５１４ｎｍ、３２５ｎｍの光のベルデー定数も大きく、ファラデー回転子の厚さが薄くても透過する光を４５°回転させるのに十分な性能を有するものであり、光アイソレータの小型化に十分寄与するものであることが判った。
これに対し、酸化イッテルビウムの質量比が３０％未満の比較例１−３のファラデー回転子は、波長が８００ｎｍの光に対するベルデー定数が０．０５未満であり、ファラデー回転子の小型化が困難であることが判った。また波長が５１４ｎｍ、３２５ｎｍの光のベルデー定数が実施例１−４のファラデー回転子に比べて小さく、実施例１−４の光アイソレータに比べ、性能が劣っていることが判った。

（実施例５−７、比較例４−５）
次に、ファラデー回転子となる単結晶を、引上げ装置を用いて育成した。
この引き上げ装置は、直径５０ｍｍイリジウム坩堝と、イリジウム坩堝周辺に直径１００ｍｍセラミックス断熱材を有し、その外周部に直径１５０ｍｍ高周波誘導加熱コイルが設けられたものである。また、イリジウム坩堝の上部にもセラミックス断熱材が取り付けられ、イリジウムからなるアフターヒーターが配置されたものである。更に、融液に接触させる種を保持する種保持具と、種保持具を上方に移動させる移動機構と、該移動機構の移動速度制御装置と、坩堝を加熱する誘導加熱コイルを制御する装置とを具備するものである。

そして、原料として、純度９９．９％の高純度Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、第３の元素Ｒｅの位置に来る元素としてＹ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３の粉末原料を用意し、後述する表２に示すような所定のモル比の（Ｙｂ_ｘＲｅ_{（１−ｘ）}）_３Ｇａ_５Ｏ_１２結晶（０＜ｘ＜１）になるように、秤量した（実施例５−７、比較例４−５）。
次に上記原料組成物に純水を加えて３ｈｒｓ湿式混合して、混合した粉末を脱水し、真空乾燥させた。
その後、その粉末を粉砕した後、エタノール、エチレングリコールを加えて湿式混合し、スラリー状にした。このスラリー状になった混合物を、成型機を用いて直径４０ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱状に成型した。この成型体を１６００℃で２時間、アルゴン雰囲気で焼結し、セラミックス焼結体を得た。

そして先に準備した単結晶成長装置を用いて、上述の方法で真空乾燥した焼結原料を坩堝にセットした。
そして昇温する前に、真空排気してから９９．９９％純度のアルゴンガスを炉内に導入することで炉内を不活性ガス雰囲気とし、高周波誘導加熱コイルに高周波電力を徐々に印加することで坩堝を加熱して原料を完全に融解させた。その後、融液の組成が均一になるようにこの状態で数時間保持しておいた。

その後、直径３ｍｍ、長さ３０ｍｍの種結晶を所定の速度で徐々に上昇させて、その先端を融液に接触させて充分になじませ、融液温度を調整しながら種結晶をゆっくり上昇させることで結晶を成長させた。
直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍに結晶を育成した後、アフターヒーターに保持された状態で、徐々に室温まで冷却させた。
なお、得られた結晶は温度勾配が強い条件で育成されているので、成長時の熱歪が残っており、結晶を切断するときにクラックが生じてしまうため、結晶成長後、カーボン容器に結晶を入れて、カーボン炉を用いて１８００℃のアルゴン雰囲気でアニールして熱歪を除去した。

アニールした直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍの固溶体単結晶を、内周刃切断機にて両端を切断し、外周加工を施し、その両端面をコロイダルシリカなどの研磨剤で鏡面にした。
得られた３ｍｍ、２５ｍｍの円筒状の結晶のベルデー定数を実施例１−４、比較例１−３と同様の条件で測定した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、実施例５−７、比較例４−５のファラデー回転子は、波長６００ｎｍの光の透過率は８５％前後であり、良好な値であった。
そして、酸化イッテルビウムの質量比が３０％以上の実施例５−７のファラデー回転子は、実施例１−４のようなフローティングゾーンメルト法によって製造された結晶からなるファラデー回転子と同様に、波長が８００ｎｍの光に対してもベルデー定数が０．０５以上であり、また波長が５１４ｎｍ、３２５ｎｍの光のベルデー定数も比較例４−５に比べて大きく、ファラデー回転子の厚さが薄くても透過する光を４５°回転させるのに十分な性能を有していることが判った。
これに対し、酸化イッテルビウムの質量比が３０％未満の比較例４−５のファラデー回転子は、比較例１−３同様、波長が８００ｎｍの光に対するベルデー定数が０．０５未満であり、ファラデー回転子の小型化が困難であることが判った。また波長が５１４ｎｍ、３２５ｎｍの光のベルデー定数が実施例５−７のファラデー回転子に比べて小さく、やはり光アイソレータの小型化に不適であることが判った。

（実施例８−１０、比較例６−７）
実施例５−７と同じように、引上げ装置を用いてファラデー回転子となる単結晶を育成した。
ここで、原料として、９９．９％の高純度のＹｂ_２Ｏ_３とＡｌ_２Ｏ_３、また第３の元素Ｒｅの位置にくる元素として、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３の粉末原料を用意し、後述する表３に示すような所定のモル比の（Ｙｂ_ｘＲｅ_{（１−ｘ）}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶（０＜ｘ＜１）になるように秤量した（実施例８−１０、比較例６−７）。
その他の条件、結晶作製方法、評価方法は、実施例５−７、比較例４−５と同様の条件とした。その結果を表３に示す。

表３に示すように、実施例８−１０のファラデー回転子は、波長６００ｎｍの光の透過率が８６％前後であり、８３％前後の比較例６−７のファラデー回転子に比べて良好な値であった。
そして、酸化イッテルビウムの質量比が３０％以上の実施例８−１０のファラデー回転子は、実施例１−７のファラデー回転子と同様に、波長が８００ｎｍの光に対してもベルデー定数が０．０５以上であり、また波長が５１４ｎｍ、３２５ｎｍの光のベルデー定数も大きく、十分な性能を有していることが判った。
これに対し、酸化イッテルビウムの質量比が３０％未満の比較例６−７のファラデー回転子は、比較例１−３、比較例４−５同様、波長が８００ｎｍの光に対するベルデー定数が０．０５未満であり、波長が５１４ｎｍ、３２５ｎｍの光のベルデー定数も実施例８−１０のファラデー回転子に比べて小さく、光アイソレータの小型化に不適であることが判った。

（実施例１１−１４、比較例８−１０）
ファラデー回転子となる固溶体多結晶である透明セラミックスを、熱間等方圧加圧法によって製造した。
具体的には、先ず原料として、９９．９％の高純度のＹｂ_２Ｏ_３とＹ_２Ｏ_３の粉末原料を用意し、Ｙｂ_２Ｏ_３：Ｙ_２Ｏ_３が所定のモル比になるように秤量した（実施例１１−１４、比較例８−１０）。
そして、それぞれを濃度１ｍｏｌ／ｌ硝酸水溶液として溶解し、それに濃度１ｍｏｌ／ｌの硫酸アンモニウム水溶液を混合し、さらに超純水を加えて濃度を調整した。

得られた水溶液を攪拌しながら、濃度０．５ｍｏｌ／ｌの炭酸水素アンモニウム水溶液を一定の滴下速度でｐＨ８になるまで滴下し、攪拌しながら室温で２日間放置した。
その後、ろ過と超純水での洗浄を行って１５０℃で２日間乾燥した。

得られた混合粉末を、アルミナるつぼに入れた後、電気炉で、不活性雰囲気、１２００℃３時間の条件で仮焼きを行った。不活性雰囲気としたのは、酸化イッテルビウムの価数が変化しないようにするためである。

得られた原料粉末１００ｇ、溶媒としてメタノール５０ｇ、結合剤としてポリビニルアルコール１ｇ、可塑剤としてポリエチレングリコール１ｇ、潤滑剤としてステアリン酸０．５ｇを加え、ナイロンボールミルを使って湿式混合してスラリー状とした。そこに、焼結助剤としてアルミナ、炭酸カルシウム、酸化チタンを各々に所定量混合した。
得られたスラリーをスプレードライヤーに掛けて乾燥球状体を作製した。その乾燥球状体を５ｍｍの金型に入れて一次成型をした後、２００ＭＰａの圧力で冷間静水圧（ＣＩＰ）法により成型した。
そして、この成型体を４００−６００℃に昇温して脱脂を行った。このとき、４００℃までは大気中で、それより高い温度では不活性雰囲気で行った。

その後、真空炉で１７００℃、８−１０時間焼成した。焼成時の昇温条件として、１２００℃までは３００℃／ｈｒｓとし、それ以上は５０℃／ｈｒとした。真空度は、０．５×１０^−１Ｐａとした。
さらに透明性を上げるため、１８００℃、１００ＭＰａの圧力で、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）法で１０時間の処理を行った。

アニールした直径３ｍｍ、長さ３０ｍｍの固溶体多結晶を、内周刃切断機にて両端を切断し、その両端面をコロイダルシリカなどの研磨剤で鏡面にした。
得られた３ｍｍ、２５ｍｍの円筒状の結晶のベルデー定数を実施例１−４、比較例１−３と同様の条件で測定した。その結果を表４に示す。

表４に示すように、実施例１１−１４、比較例８−１０のファラデー回転子は、波長６００ｎｍの光の透過率が８３％前後であった。
そして、酸化イッテルビウムの質量比が３０％以上の実施例１１−１４のファラデー回転子は、実施例１−１０のファラデー回転子と同様に、波長が８００ｎｍの光に対してもベルデー定数が０．０５以上であり、また波長が５１４ｎｍ、３２５ｎｍの光のベルデー定数も大きく、十分な性能を有していることが判った。
これに対し、酸化イッテルビウムの質量比が３０％未満の比較例８−１０のファラデー回転子は、比較例１−７同様、波長が８００ｎｍの光に対するベルデー定数が０．０５未満であり、波長が５１４ｎｍ、３２５ｎｍの光のベルデー定数も実施例１１−１４のファラデー回転子に比べて小さく、光アイソレータの小型化に不適であることが判った。

（実施例１５−１６、比較例１１−１２）
ファラデー回転子となるガラスを、溶融法によって製造した。
具体的には、先ず原料として、９９．９％の高純度のＹｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５の粉末原料を用意し、所定のモル比になるように秤量した（実施例１５−１６、比較例１１−１２）。
それらを混合後、白金製るつぼを使用して、１４００−１５００℃の電気炉中で、約２−５時間溶融させた。溶融中に白金製の攪拌羽根で攪拌を行い、融液の組成を均一化させた。
その後、鋳型に流し込んで所定の形状に成型して、さらに６００−７００℃の電気炉中で５−１０時間アニールして、ガラスを得た。

アニールしたガラス３ｍｍ、３０ｍｍを、内周刃切断機にて両端を切断し、その両端面をコロイダルシリカなどの研磨剤で鏡面にした。
得られた３ｍｍ、２５ｍｍの円筒状の結晶のベルデー定数を実施例１−４、比較例１−３と同様の条件で測定した。その結果を表５に示す。

表５に示すように、実施例１５−１６、比較例１１−１２のファラデー回転子は、波長６００ｎｍの光の透過率は８２％前後であった。
そして、酸化イッテルビウムの質量比が３０％以上の実施例１５−１６のファラデー回転子は、実施例１−１４のファラデー回転子と同様に、波長が８００ｎｍの光に対してもベルデー定数が０．０５以上であり、また波長が５１４ｎｍ、３２５ｎｍの光のベルデー定数も大きく、十分な性能を有していることが判った。
これに対し、酸化イッテルビウムの質量比が３０％未満の比較例１１−１２のファラデー回転子は、比較例１−１０同様、波長が８００ｎｍの光に対するベルデー定数が０．０５未満であり、波長が５１４ｎｍ、３２５ｎｍの光のベルデー定数も実施例１５−１６のファラデー回転子に比べて小さく、光アイソレータの小型化に不適であることが判った。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１０…光アイソレータ、１１…偏光子、１２…ファラデー回転子、１３…検光子、
２０…キセノンランプＦＺ装置、２１…キセノンランプ、２２…石英管、２３…楕円体鏡、２４…溶解室、２５…上シャフト、２６…下シャフト、２７…フィードロッド、２８…シードロッド。

Claims

少なくとも、ファラデー回転子と、該ファラデー回転子の光入射側に配置された偏光子と、前記ファラデー回転子の光出射側に配置された検光子とを備えた光アイソレータであって、
前記ファラデー回転子は、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）を質量比で３０％以上含む酸化物からなるものであることを特徴とする光アイソレータ。
前記光アイソレータは、偏光させる光の波長が３２０−８００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光アイソレータ。
前記ファラデー回転子は、波長３２０−８００ｎｍの範囲において、透明な酸化物からなるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光アイソレータ。