JP2018080077A - Faraday rotator for magnetic field sensors - Google Patents

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太志 鈴木
Futoshi Suzuki
太志 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Faraday rotator for magnetic field sensors that has high light detection sensitivity even when using a light source with a wavelength of 750 nm or less, and is suitable for making a magnetic field sensor compact in size.SOLUTION: A Faraday rotator 12 for magnetic field sensors is composed of glass containing DyOof 15% (mol%) or more in terms of oxides. A magnetic field sensor 1 has the Faraday rotator 12, a polarizer 11, a light source 10 and a detector 14. The DyOis a component that has a large absolute value of Verdet constant, and improves Faraday effect, and its content is 15% or more, preferably 20% or more, more preferably 25% or more, further more preferably 30% or more, particularly preferably 50%; and in the point of view of vitrification, 75% or less, preferably 70%, particularly preferably 69% or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、磁界センサ用ファラデー回転子に関する。   The present invention relates to a Faraday rotator for a magnetic field sensor.

磁界を測定するセンサには、伝搬する光の偏光面が磁界により回転するファラデー効果を利用して磁界を測定するセンサがある。偏光の回転角度は、磁界の強さによって変化するため、光の回転角度の変化を検知することで、磁界の強さを測定することができる。   As a sensor for measuring a magnetic field, there is a sensor for measuring a magnetic field by utilizing a Faraday effect in which a polarization plane of propagating light is rotated by the magnetic field. Since the rotation angle of polarized light changes depending on the strength of the magnetic field, the strength of the magnetic field can be measured by detecting the change in the rotation angle of the light.

磁界センサには、反射型と透過型の2種類の方式がある。反射型は、光源及び検出器、偏光子、ファラデー回転子、ミラーの順に配置してなる。一方、透過型は、光源、偏光子、ファラデー回転子、検光子、光検出器の順に配置してなる。   There are two types of magnetic field sensors, a reflective type and a transmissive type. The reflection type is formed by arranging a light source and a detector, a polarizer, a Faraday rotator, and a mirror in this order. On the other hand, the transmission type is formed by arranging a light source, a polarizer, a Faraday rotator, an analyzer, and a photodetector in this order.

従来では、このような磁界センサに用いられるファラデー回転子としては、YIG(イットリウム鉄ガーネット)に代表されるような、希土類鉄ガーネット結晶が用いられていた(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, rare earth iron garnet crystals represented by YIG (yttrium iron garnet) have been used as Faraday rotators used in such magnetic field sensors (see, for example, Patent Document 1).

特公平3−22595号公報Japanese Patent Publication No. 3-22595

しかしながら、YIG等の希土類鉄ガーネット結晶からなるファラデー回転子を用いた磁界センサでは、入手が容易で安価な633nmのHe−Neレーザー等の750nm以下の波長の光源を用いると光の検出感度が低いという問題があった。   However, in a magnetic field sensor using a Faraday rotator made of a rare earth iron garnet crystal such as YIG, the light detection sensitivity is low when a light source having a wavelength of 750 nm or less, such as a 633 nm He—Ne laser, which is easily available and inexpensive, is used. There was a problem.

以上に鑑み、本発明は、750nm以下の波長の光源を用いても、高い光検出感度を有する磁界センサ用のファラデー回転子を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a Faraday rotator for a magnetic field sensor having high light detection sensitivity even when a light source having a wavelength of 750 nm or less is used.

本発明の磁界センサ用ファラデー回転子は、モル%の酸化物換算で、Dyを15%以上含有するガラスからなることを特徴とする。希土類鉄ガーネット結晶は1100nm以下で、鉄イオンに由来する大きな吸収を持つため、可視光域の光を透過することができない。一方、Dyを含有したガラスは、450〜750nmの範囲で透過率が高いため、上述したような750nm以下の波長の光源を用いた磁界センサに好適である。 The Faraday rotator for a magnetic field sensor according to the present invention is characterized in that it is made of glass containing 15% or more of Dy 2 O 3 in terms of mol% of oxide. Since the rare earth iron garnet crystal is 1100 nm or less and has a large absorption derived from iron ions, it cannot transmit light in the visible light region. On the other hand, glass containing Dy 2 O 3 has a high transmittance in the range of 450 to 750 nm, and thus is suitable for a magnetic field sensor using a light source having a wavelength of 750 nm or less as described above.

また、希土類鉄ガーネット結晶は強磁性であるため、強い磁界では磁気飽和してしまい、ファラデー回転角が磁界の強さに比例しなくなるという問題があった。一方、本発明に用いられるDyを含有したガラスは常磁性体であるため、強い磁界においても磁気飽和せず、ファラデー回転角は磁界の強さに比例する。 Further, since the rare earth iron garnet crystal is ferromagnetic, there is a problem that magnetic saturation occurs in a strong magnetic field, and the Faraday rotation angle is not proportional to the strength of the magnetic field. On the other hand, since the glass containing Dy 2 O 3 used in the present invention is a paramagnetic substance, magnetic saturation does not occur even in a strong magnetic field, and the Faraday rotation angle is proportional to the strength of the magnetic field.

さらに、材料のファラデー回転角の性能を示すベルデ定数はDyの含有量が多いほど大きくなるため、Dyを15モル%以上含有するガラスを用いることによりファラデー回転子を小型化することができ、その結果、センサを小型化することが可能となる。 Furthermore, since the Verde constant indicating the performance of the Faraday rotation angle of the material increases as the Dy 2 O 3 content increases, the size of the Faraday rotator can be reduced by using glass containing 15 mol% or more of Dy 2 O 3 . As a result, the sensor can be miniaturized.

本発明の磁界センサは、上記のファラデー回転子、偏光子、光源及び検出器を備えることを特徴とする。   A magnetic field sensor of the present invention includes the Faraday rotator, polarizer, light source, and detector described above.

本発明によれば、750nm以下の波長の光源を用いても、高い光検出感度を有する磁界センサ用のファラデー回転子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a Faraday rotator for a magnetic field sensor having high light detection sensitivity even when a light source having a wavelength of 750 nm or less is used.

反射型磁界センサの基本構造を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the basic structure of a reflection type magnetic field sensor. 無容器浮遊法によりガラスを作製するための製造装置の一例を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the manufacturing apparatus for producing glass by the containerless floating method. 透過型磁界センサの基本構造を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the basic structure of a transmission type magnetic field sensor.

まず、反射型磁界センサの原理、構造について図1を用いて説明する。   First, the principle and structure of a reflective magnetic field sensor will be described with reference to FIG.

図1は、反射型磁界センサの基本構造を示す模式的断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure of a reflective magnetic field sensor.

反射型磁界センサ1は、磁界の変化を光信号にて検出するセンサであり、光源10、偏光子11、ファラデー回転子12、ミラー13の順に配置してなる。具体的には、光源10からの入力光が偏光子11を通過し、直線偏光となって、ファラデー回転子12へ入射される。入射された光は、ファラデー回転子12の端面に備わったミラー13によって反射され検出光となり、再度ファラデー回転子12と偏光子11を通過し、光検出器14により検出される。磁界の無い状態ではファラデー回転が起こらないため、入力光の偏光面の角度は維持されたまま検出光となり、偏光子11を光損失無く通過する。磁界が印加されると、ファラデー回転子12を通過する検出光の偏光面の角度が変化するため、偏光子11を通過する際に光損失が発生する。このときの入力光と検出光の光強度の差から、磁界の大きさの情報を得ることができる。なお、ファラデー回転子12に光が入射される際、空気界面による散乱が起こるため、入射される面には、反射防止膜15が設けられることが好ましい。   The reflection type magnetic field sensor 1 is a sensor that detects a change in magnetic field by an optical signal, and includes a light source 10, a polarizer 11, a Faraday rotator 12, and a mirror 13 arranged in this order. Specifically, input light from the light source 10 passes through the polarizer 11, becomes linearly polarized light, and enters the Faraday rotator 12. The incident light is reflected by the mirror 13 provided on the end face of the Faraday rotator 12 to become detection light, passes through the Faraday rotator 12 and the polarizer 11 again, and is detected by the photodetector 14. Since Faraday rotation does not occur in the absence of a magnetic field, it becomes detection light while maintaining the angle of the polarization plane of the input light, and passes through the polarizer 11 without loss of light. When a magnetic field is applied, the angle of the polarization plane of the detection light passing through the Faraday rotator 12 changes, so that light loss occurs when passing through the polarizer 11. Information on the magnitude of the magnetic field can be obtained from the difference in light intensity between the input light and the detection light at this time. In addition, when light enters the Faraday rotator 12, scattering due to the air interface occurs. Therefore, it is preferable to provide an antireflection film 15 on the incident surface.

以下に各要素ごとに説明する。     Each element will be described below.

(磁界センサ用ファラデー回転子12)
磁界センサ用ファラデー回転子12は、通常円柱状であり、モル%の酸化物換算で、Dyを15%以上含有するガラスからなることを特徴とする。以下に、このようにガラス組成を限定した理由を説明する。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り、「%」は「モル%」を意味する。
(Faraday rotator 12 for magnetic field sensor)
The Faraday rotator 12 for a magnetic field sensor is generally cylindrical and is made of glass containing 15% or more of Dy 2 O 3 in terms of mol% of oxide. The reason for limiting the glass composition in this way will be described below. In the following description regarding the content of each component, “%” means “mol%” unless otherwise specified.

Dyはベルデ定数の絶対値を大きくしてファラデー効果を高める成分である。Dyの含有量は15%以上であり、20%以上、25%以上、30%以上、35%以上、40%以上、50%以上、特に51%以上であることが好ましい。Dyの含有量が少なすぎると、ベルデ定数の絶対値が小さくなり、十分なファラデー効果が得られにくくなる。一方、Dyの含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる傾向があるため、75%以下、70%以下、特に69%以下であることが好ましい。 Dy 2 O 3 is a component that increases the Faraday effect by increasing the absolute value of the Verde constant. The content of Dy 2 O 3 is 15% or more, preferably 20% or more, 25% or more, 30% or more, 35% or more, 40% or more, 50% or more, and particularly preferably 51% or more. When the content of dy 2 O 3 is too small, the absolute value of the Verdet constant is reduced, a sufficient Faraday effect is difficult to obtain. On the other hand, when the content of Dy 2 O 3 is too large, there is a tendency for vitrification tends to be difficult, 75% or less, it is preferable 70% or less, or less, especially 69%.

本発明に使用されるガラスには、上記成分以外にも、以下に示す種々の成分を含有させることができる。   In addition to the above components, the glass used in the present invention may contain various components shown below.

はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、Bはベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Bの含有量は0〜85%、0〜75%、0〜60%、0〜50%、1〜40%、特に1〜35%であることが好ましい。 B 2 O 3 becomes a glass skeleton and is a component that widens the vitrification range. However, since B 2 O 3 does not contribute to the improvement of the Verde constant, if the content is too large, it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of B 2 O 3 is preferably 0 to 85%, 0 to 75%, 0 to 60%, 0 to 50%, 1 to 40%, particularly preferably 1 to 35%.

はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、Pはベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Pの含有量は0〜85%、0〜75%、0〜60%、0〜50%、1〜40%、特に1〜35%であることが好ましい。 P 2 O 5 becomes a glass skeleton and is a component that widens the vitrification range. However, since P 2 O 5 does not contribute to the improvement of the Verde constant, if the content is too large, it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of P 2 O 5 is preferably 0 to 85%, 0 to 75%, 0 to 60%, 0 to 50%, 1 to 40%, particularly preferably 1 to 35%.

なお、BとPの合量は0〜85%、0〜75%、0〜60%、0〜50%、1〜40%、特に2〜35%であることが好ましい。 The total amount of B 2 O 3 and P 2 O 5 is preferably 0 to 85%, 0 to 75%, 0 to 60%, 0 to 50%, 1 to 40%, particularly preferably 2 to 35%. .

Alは中間酸化物としてガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、Alはベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Alの含有量は0〜85%、0〜75%、0.1〜60%、0.2〜50%、0.5〜40%、特に1〜35%であることが好ましい。 Al 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton as an intermediate oxide and widens the vitrification range. However, since Al 2 O 3 does not contribute to the improvement of the Verde constant, if the content is too large, it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of Al 2 O 3 is 0 to 85%, 0 to 75%, 0.1 to 60%, 0.2 to 50%, 0.5 to 40%, particularly 1 to 35%. preferable.

SiOはガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、SiOはベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、SiOの含有量は0〜85%、0〜75%、0〜60%、0〜50%、1〜40%、特に1〜35%であることが好ましい。 SiO 2 becomes a glass skeleton and is a component that widens the vitrification range. However, since SiO 2 does not contribute to the improvement of the Verde constant, if the content is too large, it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of SiO 2 is preferably 0 to 85%, 0 to 75%, 0 to 60%, 0 to 50%, 1 to 40%, particularly preferably 1 to 35%.

La、Gd、Yb、Yはガラス化の安定性を向上させる効果があるが、その含有量が多すぎるとかえってガラス化しにくくなる。よって、La、Gd、Yb、Yの含有量は各々10%以下、特に5%以下であることが好ましい。 La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , and Y 2 O 3 have the effect of improving the stability of vitrification. However, if the content is too large, it becomes difficult to vitrify. Therefore, the contents of La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Yb 2 O 3 and Y 2 O 3 are each preferably 10% or less, particularly preferably 5% or less.

Tb、Eu、Ce、Prはガラス化の安定性を向上させるとともに、ベルデ定数の向上にも寄与する。ただし、その含有量が多すぎるとかえってガラス化しにくくなる。よって、Tb、Eu、Ce、Prの含有量は各々15%以下、特に10%以下であることが好ましい。なお、Tb、Eu、Ce、Prの含有量は、ガラス中に存在する各成分を全て3価の酸化物に換算して表したものである。 Tb 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Ce 2 O 3 , and Pr 2 O 3 improve the stability of vitrification and contribute to the improvement of the Verde constant. However, when the content is too large, it becomes difficult to vitrify. Therefore, the contents of Tb 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Ce 2 O 3 and Pr 2 O 3 are each preferably 15% or less, particularly preferably 10% or less. The contents of Tb 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Ce 2 O 3 , and Pr 2 O 3 are all expressed by converting each component present in the glass into a trivalent oxide.

MgO、CaO、SrO、BaOはガラス化の安定性と化学的耐久性を高める効果がある。ただし、ベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、これらの成分の含有量は各々0〜10%、特に各々0〜5%であることが好ましい。   MgO, CaO, SrO, and BaO have the effect of increasing the vitrification stability and chemical durability. However, since it does not contribute to the improvement of the Verde constant, if the content is too large, it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of these components is preferably 0 to 10%, particularly preferably 0 to 5%.

Gaはガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げる効果を有する。ただし、その含有量が多すぎると失透しやすくなる。また、Gaはベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Gaの含有量は0〜6%、特に0〜5%であることが好ましい。 Ga 2 O 3 has the effect of increasing the glass forming ability and expanding the vitrification range. However, when there is too much the content, it will become easy to devitrify. Further, since the Ga 2 O 3 it does not contribute to the improvement of the Verdet constant, when the content is too large, a sufficient Faraday effect difficult to obtain. Therefore, the Ga 2 O 3 content is preferably 0 to 6%, particularly preferably 0 to 5%.

フッ素はガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げる効果を有する。ただし、その含有量が多すぎると溶融中に揮発して組成変動を引き起こしたり、ガラス化の安定性に影響を及ぼす恐れがある。従って、フッ素の含有量(F換算)は0〜10%、0〜7%、特に0〜5%であることが好ましい。 Fluorine has the effect of increasing the glass forming ability and expanding the vitrification range. However, if its content is too large, it may volatilize during melting, causing a compositional change or affecting the stability of vitrification. Therefore, the content of fluorine (F 2 equivalent) 0-10%, 0-7%, particularly preferably 0 to 5%.

還元剤としてSbを添加することができる。ただし、着色を避けるため、あるいは環境への負荷を考慮して、Sbの含有量は0.1%以下であることが好ましい。 Sb 2 O 3 can be added as a reducing agent. However, the content of Sb 2 O 3 is preferably 0.1% or less in order to avoid coloring or in consideration of environmental load.

本発明に使用されるガラスは、波長450〜750nmの範囲で良好な光透過性を示す。具体的には、波長633nmにおける光路長1mmでの透過率は60%以上、65%以上、70%以上、75%以上、特に80%以上であることが好ましい。また、波長532nmにおける光路長1mmでの透過率は30%以上、50%以上、60%以上、70%以上、特に80%以上であることが好ましい。   The glass used in the present invention exhibits good light transmission in the wavelength range of 450 to 750 nm. Specifically, the transmittance at an optical path length of 1 mm at a wavelength of 633 nm is preferably 60% or more, 65% or more, 70% or more, 75% or more, and particularly preferably 80% or more. Further, the transmittance at an optical path length of 1 mm at a wavelength of 532 nm is preferably 30% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, and particularly preferably 80% or more.

本発明に使用されるガラスは、例えば無容器浮遊法により作製することができる。図2は、無容器浮遊法によりガラスを作製するための製造装置の一例を示す模式的断面図である。以下、図2を参照しながら、本発明に使用されるガラスの製造方法について説明する。   The glass used in the present invention can be produced, for example, by a containerless floating method. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a production apparatus for producing glass by a containerless floating method. Hereinafter, the manufacturing method of the glass used for this invention is demonstrated, referring FIG.

ガラスの製造装置2は成形型20を有する。成形型20は溶融容器としての役割も果たす。成形型20は、成形面20aと、成形面20aに開口している複数のガス噴出孔20bとを有する。ガス噴出孔20bは、ガスボンベなどのガス供給機構21に接続されている。このガス供給機構21からガス噴出孔20bを経由して、成形面20aにガスが供給される。ガスの種類は特に限定されず、例えば、空気や酸素であってもよいし、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素を含有した還元性ガスであってもよい。   The glass manufacturing apparatus 2 has a mold 20. The mold 20 also serves as a melting container. The molding die 20 has a molding surface 20a and a plurality of gas ejection holes 20b opened in the molding surface 20a. The gas ejection hole 20b is connected to a gas supply mechanism 21 such as a gas cylinder. Gas is supplied from the gas supply mechanism 21 to the molding surface 20a via the gas ejection holes 20b. The type of gas is not particularly limited, and may be, for example, air or oxygen, or a reducing gas containing nitrogen gas, argon gas, helium gas, carbon monoxide gas, carbon dioxide gas, or hydrogen. Good.

製造装置2を用いてガラスを製造するに際しては、まず、ガラス原料塊22を成形面20a上に配置する。ガラス原料塊22としては、例えば、原料粉末をプレス成型等により一体化したものや、原料粉末をプレス成型等により一体化した後に焼結させた焼結体や、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体等が挙げられる。   When manufacturing glass using the manufacturing apparatus 2, first, the glass raw material lump 22 is arrange | positioned on the molding surface 20a. As the glass raw material block 22, for example, a raw material powder integrated by press molding or the like, a sintered body obtained by integrating raw material powder by press molding or the like, and a composition equivalent to the target glass composition are used. For example, an aggregate of crystals.

次に、ガス噴出孔20bからガスを噴出させることにより、ガラス原料塊22を成形面20a上で浮遊させる。すなわち、ガラス原料塊22を、成形面20aに接触していない状態で保持する。その状態で、レーザー光照射装置23からレーザー光をガラス原料塊22に照射する。これによりガラス原料塊22を加熱溶融してガラス化させ、溶融ガラスを得る。その後、溶融ガラスを冷却することにより、ガラスを得ることができる。ガラス原料塊22を加熱溶融する工程と、溶融ガラス、さらにはガラス材の温度が少なくとも軟化点以下となるまで冷却する工程においては、少なくともガスの噴出を継続し、ガラス原料塊22、溶融ガラス、さらにはガラス材と成形面20aとの接触を抑制することが好ましい。なお、磁界を印加することにより発生する磁力を利用してガラス原料塊22を成形面20a上に浮遊させてもよいし、音波を利用してガラス原料塊22を成形面20a上に浮遊させてもよい。また、加熱溶融する方法としては、レーザー光を照射する方法以外にも、輻射加熱であってもよい。なお、本発明の磁界センサ用ファラデー回転子4は、得られたガラスを切削、研磨等の加工を施し、所望の形状にすることにより得られる。   Next, the glass raw material block 22 is floated on the molding surface 20a by ejecting gas from the gas ejection holes 20b. That is, the glass raw material mass 22 is held in a state where it is not in contact with the molding surface 20a. In this state, the glass material block 22 is irradiated with laser light from the laser light irradiation device 23. Thereby, the glass raw material lump 22 is heated and melted to be vitrified to obtain molten glass. Thereafter, the glass can be obtained by cooling the molten glass. In the step of heating and melting the glass raw material mass 22 and the step of cooling until the temperature of the molten glass and further the glass material becomes at least the softening point or less, at least gas ejection is continued, and the glass raw material mass 22, molten glass, Furthermore, it is preferable to suppress contact between the glass material and the molding surface 20a. The glass raw material mass 22 may be floated on the molding surface 20a using a magnetic force generated by applying a magnetic field, or the glass raw material mass 22 is floated on the molding surface 20a using sound waves. Also good. In addition to the method of irradiating laser light, the method of heating and melting may be radiant heating. In addition, the Faraday rotator 4 for a magnetic field sensor of the present invention can be obtained by subjecting the obtained glass to processing such as cutting and polishing to obtain a desired shape.

(偏光子11)
偏光子11の材質は、セラミックス、ガラス、高分子材料のいずれでも構わないが、偏光消光比の大きい材料が好ましい。具体的には、20dB以上、30dB以上、40dB以上、特に50dB以上の消光比を有する材料が好ましい。
(Polarizer 11)
The material of the polarizer 11 may be ceramic, glass, or a polymer material, but a material having a large polarization extinction ratio is preferable. Specifically, a material having an extinction ratio of 20 dB or more, 30 dB or more, 40 dB or more, particularly 50 dB or more is preferable.

(ミラー13)
ミラー13は、磁界センサの小型化のために、薄膜であることが好ましい。反射率を上げるために、金属膜または誘電体多層膜(高屈折率層と低屈折率層が交互に積層された多層膜)であることがさらに好ましい。金属膜としては、アルミニウム、金、銀、銅、プラチナ、クロム等が挙げられる。誘電体多層膜を構成する材料としては、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウムまたは酸化アルミニウム等の酸化物、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等のフッ素化物、窒化珪素等の窒化物、シリコン、ゲルマニウム、硫化亜鉛等が挙げられる。なお、薄膜の形成方法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等を使用できる。
(Mirror 13)
The mirror 13 is preferably a thin film in order to reduce the size of the magnetic field sensor. In order to increase the reflectance, a metal film or a dielectric multilayer film (a multilayer film in which high refractive index layers and low refractive index layers are alternately stacked) is more preferable. Examples of the metal film include aluminum, gold, silver, copper, platinum, and chromium. Examples of the material constituting the dielectric multilayer film include niobium oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, tantalum oxide, yttrium oxide, gadolinium oxide, tungsten oxide, hafnium oxide, aluminum oxide, etc., magnesium fluoride, calcium fluoride, etc. Fluorides, nitrides such as silicon nitride, silicon, germanium, zinc sulfide and the like. As a method for forming the thin film, a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, or the like can be used.

(反射防止膜15)
反射防止膜15としては、誘電体多層膜が挙げられる。誘電体多層膜を構成する材料及び薄膜の形成方法は、上記と同様である。なお、反射防止膜としては多層膜以外にも酸化ケイ素等からなる単層膜も使用できる。
(Antireflection film 15)
An example of the antireflection film 15 is a dielectric multilayer film. The material constituting the dielectric multilayer film and the method for forming the thin film are the same as described above. In addition to the multilayer film, a single layer film made of silicon oxide or the like can be used as the antireflection film.

(光源10)
光源10としては、入手が容易で安価な633nmのHe−Neレーザーであることが好ましい。
(Light source 10)
The light source 10 is preferably a 633 nm He—Ne laser that is easily available and inexpensive.

次に、透過型磁界センサの原理、構造について図3を用いて説明する。   Next, the principle and structure of the transmission type magnetic field sensor will be described with reference to FIG.

図3は、透過型磁界センサの基本構造を示す模式的断面図である。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure of the transmission magnetic field sensor.

透過型磁界センサ3は、光源10、偏光子11、ファラデー回転子12、検光子16、光検出器14の順に配置してなる。具体的には、光源10からの入力光が偏光子11を通過し、直線偏光となって、ファラデー回転子12へ入射される。入射された光は、ファラデー回転子12、検光子16を通り検出光となる。次に、検光子16を回転させ、光検出器14により検出光の強度を測定し、その強度が最大なる時の回転角度を測定する。測定した回転角度から磁界の大きさの情報を得ることができる。なお、空気界面による光の散乱を防止するため、ファラデー回転子12の入射面及び出射面には、反射防止膜15が設けられることが好ましい。   The transmission type magnetic field sensor 3 is configured by arranging a light source 10, a polarizer 11, a Faraday rotator 12, an analyzer 16, and a photodetector 14 in this order. Specifically, input light from the light source 10 passes through the polarizer 11, becomes linearly polarized light, and enters the Faraday rotator 12. The incident light passes through the Faraday rotator 12 and the analyzer 16 and becomes detection light. Next, the analyzer 16 is rotated, the intensity of the detection light is measured by the photodetector 14, and the rotation angle when the intensity is maximum is measured. Information on the magnitude of the magnetic field can be obtained from the measured rotation angle. In order to prevent light scattering by the air interface, it is preferable to provide an antireflection film 15 on the incident surface and the exit surface of the Faraday rotator 12.

なお、光源、偏光子、ファラデー回転子、検光子、検出器の順に並ぶ透過型磁界センサであってもよいが、小型化を考慮すると、光源及び検出器、偏光子、ファラデー回転子、ミラーによって構成される反射型磁界センサの方が好ましい。   It may be a transmission type magnetic field sensor arranged in the order of a light source, a polarizer, a Faraday rotator, an analyzer, and a detector, but considering miniaturization, it is possible to use a light source and a detector, a polarizer, a Faraday rotator, a mirror. The constructed reflective magnetic field sensor is preferred.

本発明の磁界センサは、磁界の大きさを検知するだけでなく、様々な用途に使用することができる。例えば、スイッチ(冷蔵庫、パソコン等の開閉スイッチ)、電流センサ、エンコーダ(自動車のモーター等の位置、回転検出)、スマートフォン等の電子コンパス、及び、圧力、振動、温度、衝撃、変形等を検知するセンサとして使用可能である。   The magnetic field sensor of the present invention can be used not only for detecting the magnitude of the magnetic field but also for various applications. For example, switches (open / close switches for refrigerators, personal computers, etc.), current sensors, encoders (positions and rotation detection of motors in automobiles), electronic compass such as smartphones, and pressure, vibration, temperature, impact, deformation, etc. It can be used as a sensor.

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
55Dy−9P−30B−6Al(モル%)のガラス組成になるように調合した原料をプレス成型し、700〜1400℃で6時間焼結することによりガラス原料塊を作製した。
Example 1
55Dy 2 O 3 -9P 2 O 5 -30B 2 O 3 -6Al 2 O 3 The formulated raw material so that the glass composition (mol%) was press molded, by 6 hours sintered at 700-1400 ° C. A glass raw material lump was produced.

次に、乳鉢を用いてガラス原料塊を粗粉砕し、0.05〜1.5gの小片とした。得られたガラス原料塊の小片を用いて、図2に準じた装置を用いた無容器浮遊法によってガラス(直径約1〜10mm)を作製した。なお、熱源としては100W COレーザー発振器を用いた。また、ガラス原料塊を浮遊させるためのガスとして酸素ガスを用い、流量1〜30L/分で供給した。 Next, the glass raw material lump was coarsely pulverized using a mortar to obtain small pieces of 0.05 to 1.5 g. Glass (diameter: about 1 to 10 mm) was produced by a containerless floating method using an apparatus according to FIG. A 100 W CO 2 laser oscillator was used as the heat source. Moreover, oxygen gas was used as gas for suspending a glass raw material lump, and it supplied with the flow volume of 1-30 L / min.

得られたガラスを切削、研磨等により直径3mm、長さ10mmの円柱状のファラデー回転子を得た。得られたファラデー回転子を用いて、図1に示した構成のように反射型磁界センサを作製した。   A cylindrical Faraday rotator having a diameter of 3 mm and a length of 10 mm was obtained by cutting and polishing the obtained glass. Using the obtained Faraday rotator, a reflection type magnetic field sensor was fabricated as shown in FIG.

ファラデー回転子の光が入射される面には、光の散乱を防ぐために反射防止膜を施し、もう一方の面には、ミラーとしての機能を持たせるために、誘電体多層膜を施した。   An antireflection film was applied to the surface on which the light of the Faraday rotator was incident in order to prevent light scattering, and a dielectric multilayer film was applied to the other surface to provide a function as a mirror.

磁界強度を変えながら、633nmの光を入射し、検出光の光強度を測定した。磁界の無い状態での検出光の光強度を100%としたところ、1000 Oeの磁界を印加した場合の光強度は65%となった。2000 Oeの磁界では光強度は32%となった。磁界強度の変化によって光強度が変化するため、磁界センサとして機能することが分かった。   While changing the magnetic field intensity, 633 nm light was incident and the light intensity of the detection light was measured. When the light intensity of the detection light in the absence of a magnetic field was 100%, the light intensity when a magnetic field of 1000 Oe was applied was 65%. In a 2000 Oe magnetic field, the light intensity was 32%. It has been found that the light intensity changes due to the change of the magnetic field intensity, so that it functions as a magnetic field sensor.

(実施例2)
実施例1と同様のファラデー回転子を用い、図3に示す透過型磁界センサを作製した。なお、ファラデー回転子の両端に反射防止膜を施した。
(Example 2)
Using the same Faraday rotator as in Example 1, the transmission type magnetic field sensor shown in FIG. 3 was produced. An antireflection film was applied to both ends of the Faraday rotator.

磁界の強度を変えながら、検光子を回転させ、検出光の強度が最大になった時の回転角度(偏光角度)を測定した。磁界の無い状態では、透過光の偏光角度は0°であったが、2000 Oeの磁界では20.2°の回転が起こり、5000 Oeの磁界では50.5°の回転となった。磁界強度に比例して回転角が変化するため、磁界センサとして機能することが分かった。   The analyzer was rotated while changing the intensity of the magnetic field, and the rotation angle (polarization angle) when the intensity of the detection light reached the maximum was measured. In the absence of a magnetic field, the polarization angle of transmitted light was 0 °, but a rotation of 20.2 ° occurred in a magnetic field of 2000 Oe, and a rotation of 50.5 ° in a magnetic field of 5000 Oe. Since the rotation angle changes in proportion to the magnetic field strength, it has been found to function as a magnetic field sensor.

(比較例)
ファラデー回転子をYIG単結晶にしたこと以外は実施例1と同様にして反射型磁界センサを作製した。その結果、波長633nmではファラデー回転子に光が透過せず、光を検出することができなかった。
(Comparative example)
A reflective magnetic field sensor was produced in the same manner as in Example 1 except that the Faraday rotator was made of YIG single crystal. As a result, at the wavelength of 633 nm, light did not pass through the Faraday rotator, and light could not be detected.

1 反射型磁界センサ
2 ガラスの製造装置
3 透過型磁界センサ
10 光源
11 偏光子
12 ファラデー回転子
13 ミラー
14 光検出器
15 反射防止膜
16 検光子
20:成形型
20a:成形面
20b:ガス噴出孔
21:ガス供給機構
22:ガラス原料塊
23:レーザー光照射装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reflection type magnetic sensor 2 Glass manufacturing apparatus 3 Transmission type magnetic field sensor 10 Light source 11 Polarizer 12 Faraday rotator 13 Mirror 14 Photo detector 15 Antireflection film 16 Analyzer 20: Mold 20a: Molding surface 20b: Gas ejection hole 21: Gas supply mechanism 22: Glass raw material block 23: Laser beam irradiation device

Claims (2)

モル%の酸化物換算で、Dyを15%以上含有するガラスからなることを特徴とする磁界センサ用ファラデー回転子。 A Faraday rotator for a magnetic field sensor, comprising a glass containing 15% or more of Dy 2 O 3 in terms of mol% oxide. 請求項1に記載のファラデー回転子、偏光子、光源及び検出器を備えることを特徴とする磁界センサ。
A magnetic field sensor comprising the Faraday rotator, polarizer, light source, and detector according to claim 1.
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