JP4642921B2 - 偏光素子 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザと光ファイバを用いた光通信分野において用いられる光アイソレータ特にピッグテール型光アイソレータを構成する偏光ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
波長：１．３１μｍ、あるいは１．５５μｍの半導体レーザを光源とし、石英系ファイバを伝送路とする光通信において、反射による光源への帰還光を遮断し、低エラーレートを達成するために光アイソレータが用いられている。光アイソレータは、ファラデー回転子と二個の偏光素子、及び永久磁石から構成される。
【０００３】
光アイソレータ用の偏光素子としては、一般的に、銀あるいは銅からなる針状金属微粒子が、ガラス基体中にその長手方向が特定の方向に配向するように分散された偏光ガラスが用いられている（以下、本明細書において、当該偏光素子を「金属微粒子分散型偏光ガラス」と記す。）。金属微粒子分散型偏光ガラスにおける偏光効果は、針状金属微粒子のプラズモン共鳴波長の異方性に起因するものであり、その偏光特性は、主に針状金属微粒子のアスペクト比（針状微粒子の長手方向の長さを短手方向の長さで除した値）によって決定される。
【０００４】
金属微粒子分散型偏光ガラスの製造方法は、例えば特開平５−２０８８４４号公報に詳細に記載されており、その製造工程は以下に示すように大別される。
【０００５】
〈１〉塩化第１銅を含むガラス材料を所望の組成になるように調合し、それ等を約１４５０℃で溶融した後室温まで除冷する。〈２〉その後、熱処理を施すことにより、塩化第一銅の微粒子をガラス中に析出させる。〈３〉塩化第一銅の微粒子を析出させた後、機械加工により適当な形状を有するプリフォームを作製する。〈４〉プリフォームを所定の条件で延伸し、塩化第一銅の針状微粒子を得る。〈５〉延伸されたガラスを水素雰囲気中で還元することにより、針状の金属銅微粒子を得る。
【０００６】
斯かる製造工程によって製造される金属微粒子分散型偏光ガラスにおいては、針状金属微粒子は、基本的にガラスの表面層近傍にのみ存在することになり、その存在領域のガラス表面からの範囲（以下、表面からの厚さを「還元層厚」と記す。）は、雰囲気温度、還元雰囲気に曝す時間等の還元条件に依存することになる。
【特許文献１】
特開平５−２０８８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、光通信用の光アイソレータとしては、所謂フリースペース型の光アイソレータが一般的であった。
【０００８】
図１１は、フリースペース型の光アイソレータの光学系を模式的に示した概略側断面図である。図中、１１１、１１２は偏光素子、１１３はファラデー回転子、１１４は偏光素子１１１、１１２及びファラデー回転子１１３から構成される光アイソレータ、１１５、１１５‘はレンズ、１１６は光ファイバ、１１７は半導体レーザー等の光源、１１８、１１８‘は光源１１７に戻る帰還光の光束を模式的に示す線群であり、特に１１８‘は偏光素子１１２を透過した後の光束である。図１１に示した光アイソレータ１１４においては、偏光素子１１１と１１２の偏光透過軸は互いに４５度の角度を成すように配置され、かつファラデー回転子１１３における偏光面回転角は、４５度となるようにその光路長が設定されている。斯かる構成において、光源１１７から出射された光束（図示せず）は、レンズ１１５‘によって平行光束に変換され、偏光素子１１２の偏光透過軸と平行方向の偏光を有する光のみが、ファラデー回転子１１３に入射する。ファラデー回転子１１３に入射した光の偏光方向は、永久磁石（図示せず）によるファラデー効果により４５度回転する。前述したように、偏光素子１１１と１１２の偏光透過軸は互いに４５度の角度を成しているため、ファラデー回転子１１３を透過した光の偏光方向は、偏光素子１１１の偏光透過軸と一致する。従って、ファラデー回転子１１３を透過した光は、偏光素子１１１をほぼ無損失で透過し、レンズ１１５で収束されて光ファイバ１１６に入射される。
【０００９】
一方、光ファイバ１１６、あるいはその後段に配設される光学素子等（図示せず）により反射されて光源に戻る帰還光束１１８は、前述した光源１１７から出射された光束と逆の光路を経て光源１１７に帰還することになるが、この場合、ファラデー回転子１１３の非相反性により、ファラデー回転子１１３を透過した後の帰還光束１１８の偏光方向は、偏光ガラス１１２の偏光透過軸と９０度（以下、当該方向の軸を「偏光消光軸」と記す。）の角度を成すため、偏光素子１１２を透過する際、その光エネルギーは大きく損なわれたことになる。
【００１０】
一般的に、光アイソレータの性能は、光源から出射した光に係る透過損失と、帰還光１１８を遮断する能力であるアイソレーションによって評価される。特に、アイソレーションは以下の数式（１）で与えられ、その量は、通常、デシベルで表現される。
【００１１】
【数１】
【００１２】
同式において、ＩＳＯはアイソレーション、Ｐ_８８’は帰還光束１１８‘のパワー、Ｐ_８８は帰還光束１１８のパワーである。
【００１３】
アイソレーションは、偏光素子１１１、１１２の特性、及びファラデー回転子１１３における偏光方向の回転角のバラツキ等に依存するが、偏光素子１１１、１１２として、前述した従来の銀あるいは銅の針状微粒子が配向分散された金属微粒子分散型偏光ガラスを用いた場合、その値は３０ｄＢ以上であり、実用上、ほぼ問題の無いレベルが得られていた。
【００１４】
ところで、近年、光学部品の小型化等の要請により、所謂、ピッグテール型光アイソレータが主流になりつつある。図１４は、ピッグテール型光アイソレータの光学系を模式的に示した概略側断面図である。同図において、１４１は偏光素子１１１に含まれる針状金属微粒子、１４２は散乱光の伝搬方向を模式的に示す矢印、１４３は帰還光束の光路である。
【００１５】
ピッグテール型光アイソレータの光学系は、図１１に示したフリースペース型光アイソレータの光学系と、〈１〉光ファイバ１１６が偏光素子１１１に直接結合されている点、及び〈２〉レンズが１枚のみである点、において相違する。その結果、帰還光束１４３の光路は、両者において異なるが、光アイソレータ１１４の構成は、ほぼ同一である。
【００１６】
しかし、従来の銀あるいは銅の針状微粒子が配向分散された金属微粒子分散型偏光ガラス、換言すると、フリースペース型光アイソレータに適用した場合、アイソレーションの値として３０ｄＢ以上が得られる偏光ガラスをピッグテール型光アイソレータに適用した場合、その値は２３〜２７ｄＢに低下し、要求仕様値である３０ｄＢ以上を達成することができない、と言う問題点があった。
【００１７】
発明者等は、係る問題点の原因を究明すべく、鋭意検討した結果、当該原因は、フリースペース型光アイソレータとピッグテール型光アイソレータの光学系が異なるため、後者は前者に比べて、金属微粒子分散型偏光ガラスの散乱光の影響を受けやすいことにあり、かつ同散乱光を低減することが、ピッグテール型光アイソレータにおいて、所望のアイソレーションを得るために必要不可欠であることを明らかにした。
金属微粒子分散型偏光ガラスにおける散乱光に関しては、以下に詳述するが、散乱光を低減させるためには、金属微粒子分散型偏光ガラスに含まれる金属微粒子の体積を小さくすることが有効である。
但し、金属微粒子分散型偏光ガラスの偏光特性は、金属微粒子分散型ガラスに含まれる略針状金属微粒子のアスペクト比によって決まることから、金属微粒子はあるアスペクト比を維持しながらその体積を小さくしなければならない。
そのためには、ガラス基体内に体積の小さな金属ハロゲン化物微粒子を析出させた後、次工程の延伸工程で、長手方向により強く延伸し、略針状ハロゲン化物微粒子のアスペクト比を保つ必要がある。
延伸工程でより強く延伸するためには大掛かりな設備が必要と成り、また延伸工程でガラスが破断し歩留まりが悪化する可能性が高くなることから、この方法は適した製造方法とは言えない。
【００１８】
すなわち、本発明の解決すべき課題は、従来の金属微粒子分散型偏光ガラスに比べて散乱光強度が低減され、かつピッグテール型光アイソレータにおいても、３０ｄＢ以上のアイソレーションが達成される金属微粒子分散型偏光ガラスの構造を提供することにある。
【００１９】
なお、金属微粒子分散型偏光ガラスにおける散乱光に関しては、以下で詳述する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第一の態様によれば、略針状の多数の金属ハロゲン化物微粒子がその長手方向が略一方向に向くように配向分散されたガラス基体を還元性雰囲気中で熱処理して前記金属ハロゲン化物微粒子を還元することによって、前記還元前に前記個々の金属ハロゲン化物微粒子が占めていた多数の領域内に生成された金属微粒子を有し、前記多数の領域のうち少なくとも一部の領域に存在する前記金属微粒子数が、前記領域毎に複数個であって、
前記多数の領域の総数の９０％以上において、前記多数の領域の個々の体積が、２，５００〜２，５００，０００ｎｍ^３であり、前記多数の領域の総数の９０％以上において、前記領域毎に存在する金属微粒子の体積または前記領域毎に存在する複数個の金属微粒子の体積総和が、前記領域の体積の４〜４０％であることを特徴とする偏光素子を提供するものである。
本発明の第二の態様によれば、第一の態様において、前記多数の領域のうち少なくとも一部の領域に存在する前記金属微粒子数が、３個以上であることを特徴とする偏光素子を提供するものである。
本発明の第三の態様によれば、第二の態様において、前記多数の領域のうち２０％以上の領域に存在する前記金属微粒子数が、３個以上であることを特徴とする偏光素子を提供するものである。
本発明の第四の態様によれば、第一から第三のいずれか一の態様において、前記金属微粒子の体積が、前記還元により生成される金属微粒子の総数の９０％以上において、１００，０００ｎｍ^３以下であることを特徴とする偏光素子を提供するものである。
本発明の第五の態様によれば、第一から第三のいずれか一の態様において、前記金属微粒子は、前記金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と平行方向の寸法を、前記金属ハロゲン化物微粒子の短径方向と平行方向の寸法で除すことにより求められる金属微粒子アスペクト比が、２以下のものを含むことを特徴とする偏光素子を提供するものである。
本発明の第六の態様によれば、第一から第三のいずれか一の態様において、前記金属微粒子は、前記還元により生成される金属微粒子の総数の９０％以上において、前記金属微粒子アスペクト比が、９以下のものにより占められることを特徴とする偏光素子を提供するものである。
本発明の第七の態様によれば、第一から第三のいずれか一の態様において、測定距離Ｌ＝１５ｍｍにおける近距離消光比が、４２ｄＢ以上であること特徴とする偏光素子を提供するものである。
本発明の第八の態様によれば、略針状の多数の金属ハロゲン化物微粒子がその長手方向が略一方向に向くように配向分散されたガラス基体を還元性雰囲気中で熱処理して前記金属ハロゲン化物微粒子を還元することによって、前記還元前に前記個々の金属ハロゲン化物微粒子が占めていた多数の領域内に生成された金属微粒子を有し、前記多数の領域のうち少なくとも一部の領域に存在する前記金属微粒子数が、前記領域毎に複数個であって、
前記多数の領域の総数の９０％以上において、前記多数の領域の個々の体積が、２，５００〜２，５００，０００ｎｍ^３であり、前記多数の領域の総数の９０％以上において、前記領域毎に存在する金属微粒子の体積または前記領域毎に存在する複数個の金属微粒子の体積総和が、前記領域の体積の４〜４０％であることを特徴とする偏光素子であって、前記偏光素子の、前記金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と略平行な方向に電界振動方向を有する直線偏光波に対する透過率スペクトルの形状が、前記金属ハロゲン化物微粒子を還元することにより生成された金属微粒子の、前記金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と平行方向の寸法を、前記金属ハロゲン化物微粒子の短径方向と平行方向の寸法で除すことにより求められる金属微粒子アスペクト比の分布から理論的に求められる透過率スペクトルの形状に対して、長波長側に拡張していることを特徴とする偏光素子を提供するものである。
本発明の第九の態様によれば、第八の態様において、前記偏光素子の、前記金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と略平行な方向に電界振動方向を有する直線偏光波に対する透過率スペクトルにおいて透過率が略１％となる波長帯域幅が、前記金属微粒子アスペクト比の分布から理論的に求められる透過率スペクトルにおいて、透過率が略１％となる波長帯域幅に対して広いことを特徴とする偏光素子を提供するものである。
本発明の第十の態様によれば、第八又は第九の態様において、前記偏光素子の、前記金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と略平行な方向に電界振動方向を有する直線偏光波に対する透過率スペクトルにおいて、少なくとも光の波長が４００ｎｍから２５００ｎｍの帯域で、透過率が略５０％以下となることを特徴とする偏光素子を提供するものである。
本発明の第十一の態様によれば、第一から第三、第八、第九のいずれか一の態様前記金属ハロゲン化物微粒子が、銀ハロゲン化物、若しくは銅ハロゲン化物であることを特徴とする偏光素子を提供するものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、フリースペース型光アイソレータと同様、ピッグテール型光アイソレータにおいても３０ｄＢ以上のアイソレーションが達成される偏光ガラスの構造が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本願発明について、金属微粒子分散型偏光ガラスの消光特性、及び散乱光について詳細に説明する。
【００２３】
一般的に偏光素子とは、特定の方向に電界振動面を有する直線偏光波を透過せしめ（本明細書において、当該特定の方向を「偏光透過軸」と記している。）、電界振動面が、当該偏光透過軸と直交する方向にある直線偏光波の透過を阻止せしめる機能を有する素子を言う（本明細書において、偏光透過軸と直交する方向を「偏光消光軸」と記している。）。透過損失とは、偏光素子の偏光透過軸に平行な方向に電界振動面を有する直線偏光波が、偏光素子を透過する際に受ける損失を言う。また、消光比とは、偏光透過軸に平行な方向に電界振動面を有する直線偏光波を入射した場合の透過光のパワー（Ｐｔ）を偏光消光軸に平行な方向な方向に電界振動面を有する直線偏光波を入射した場合の透過光のパワー（Ｐｅ）で除した値を対数でとって１０倍したものを言う（（２）式）。
【数２】
（２）
【００２４】
直線偏光波をガラス母材中に分散された金属微粒子に照射した場合、金属微粒子による光の吸収は、以下の（３）式によって与えられることが知られている（出典：例えば、T.P.Seward,III,J.Non-Cryst.Solid,40(1980)499-513）。
【００２５】
【数３】
【００２６】
式（３）において、Ｃａｂｓ は光の吸収断面積、Ｖ は針状金属微粒子の体積、ｎ_０はガラス母材の屈折率、λは照射光の真空波長、ε’は針状微粒子を構成する金属の誘電率の実部、ε”は同虚部、Ｌは針状金属微粒子の形状によって決定される形状因子である。
【００２７】
針状金属微粒子の場合、形状因子Ｌは、その方向によって異なる値をとり、例えば、その形状が回転楕円体、あるいは円柱形状で近似される場合には、その長手方向のＬは短手方向のＬに比べて小さくなる。その結果、吸収断面積Ｃａｂｓが極大となる複素誘電率の値が方向によって異なり、かつ複素誘電率は光の波長によって異なることから、吸収断面積Ｃａｂｓが極大をとる光の波長が方向によって異なることになる（本明細書では、式（３）において吸収断面積Ｃａｂｓが極大となる光の波長を「プラズモン共鳴波長」と記している。）。
【００２８】
すなわち、金属微粒子分散型偏光ガラスにおいては、一般的に、所望の光波長において針状金属微粒子の長手方向の吸収断面積Ｃａｂｓが最大となるように、形状因子Ｌが決定され、その形状因子Ｌが得られるように針状金属微粒子のアスペクト比が制御される。例えば、光の波長：１．５５μｍ、ガラス母材の屈折率：１．５の場合、金属微粒子として銀を用いた場合、Ｌの値は〜０．０１８、また針状金属微粒子の長径を短径で除したアスペクト比は〜１１となる。
【００２９】
斯かる構成において、所望の波長を有する直線偏光波を、その偏光面が針状金属微粒子の長手方向と平行になるように当該偏光ガラスに照射した場合、金属微粒子の共鳴吸収、所謂プラズモン共鳴吸収が発生し、その光の透過は阻止される。つまり、偏光消光軸は、針状金属微粒子の長手方向と一致する。
【００３０】
一方、針状金属微粒子の長手方向と直交する方向に偏波された直線偏光波が照射された場合には、共鳴吸収は発生せず、ほぼ無損失で照射光は当該偏光ガラスを透過することになる。
【００３１】
このように、針状金属微粒子の長手方向が特定の方向を向くように配向分散された金属微粒子分散型偏光ガラスにおける偏光効果には、金属微粒子のプラズモン共鳴吸収が深く関与しており、当該偏光ガラスが“吸収型の偏光素子”と称される所以である。
【００３２】
金属微粒子分散型偏光ガラスに限らず偏光素子の光学特性は、その透過損失と消光比によって評価される。すなわち、良好な偏光素子とは、消光比が高く、かつ透過損失の小さい偏光素子を云い、金属微粒子分散型偏光ガラスの場合、両者は、共に針状金属微粒子のアスペクト比分布とその総個数に依存することになる。
【００３３】
例えば、予めガラス母材中に、針状のハロゲン化銀、あるいはハロゲン化第一銅が、一様かつその長手方向が特定の方向を向くように分散され、還元性雰囲気で還元することにより、針状の金属銀、あるいは金属銅を得ると言う方法で製造される金属微粒子分散型偏光ガラスの場合には、針状金属微粒子のアスペクト比分布、及びその還元層厚によって透過損失、及び消光比が決定されることになる。
【００３４】
以下、金属微粒子分散型偏光ガラスの透過損失、及び消光比について説明する。
【００３５】
図１２は、金属微粒子分散型偏光ガラスの透過損失、及び消光比の測定系を示す概略図である。図中、１２１はレーザ光源、１２２はグラントムソンプリズム、１２３は金属微粒子分散型偏光ガラス、１２４はパワーメータ、１２５は光源から出射された光線、Ｌは偏光ガラスとパワーメータのセンサーまでの距離である。グラントムソンプリズム１２２は、特定方向の直線偏光波を得るために挿入されている。
【００３６】
金属微粒子分散型偏光ガラスの消光比は、還元層厚の増加と共に増大し、一般的には、同厚が３０〜４０μｍ程度で飽和する。なお、金属微粒子分散型偏光ガラスの場合、その製造方法に起因して、還元層は当該偏光ガラスの両側面に、ほぼ同一の膜厚で形成される。このことを考慮し、以下、本明細書における「還元層厚」とは、片側に形成された還元層の厚さを言うものとする（前述した「同厚が３０〜４０μｍ」の３０〜４０μｍとは片側に形成された還元層の膜厚である。）。
以下、発明者等の系統的な検討により明らかになった金属微粒子分散型偏光ガラスの消光特性とそれに対する散乱光の影響について詳細に説明する。
【００３７】
図１３に、従来の金属微粒子分散型偏光ガラスの消光比の距離Ｌ依存性の一例を示す（Ｌについては、図１２参照）。この場合、金属微粒子分散型偏光ガラスに含まれる針状金属微粒子は銅であり、還元層厚は〜３０μｍである。図中●印が測定された消光比で●印間の曲線は、各測定点を結んだものである。本測定に用いたレーザ光の波長は１．５５μｍで、そのビーム径は約１ｍｍであり、図に示した測定距離Ｌの範囲内では、図１２に示した光源１２１から出射されたレーザ光自体のビーム径は一定であった。
【００３８】
図１３に示したように、距離Ｌが２００ｍｍ以上と比較的長い領域（以下「遠距離領域」と記す）においては、距離Ｌに依らず、金属微粒子分散型偏光ガラスの消光比は〜５５ｄＢと一定の値をとるが、距離Ｌが１００ｍｍ以下の比較的短い領域（以下、「近距離領域」と記す）では、その値は距離Ｌのほぼ自乗に逆比例して低下する。斯かる消光比の距離依存性は、従来からよく知られ、かつ金属微粒子分散型偏光ガラスの設計指針として用いられている（３）式を用いて説明することができない現象である。
【００３９】
前述した消光比の距離依存性は、定性的に以下のように解釈される。
【００４０】
図１０に、金属微粒子分散型偏光ガラス中に配向分散された針状金属微粒子と光との相互作用を模式的に示す。図中、１０１、１０２は金属微粒子分散型偏光ガラス中に配向分散された針状金属微粒子、１０３は入射光、１０４は透過光成分、１０５は散乱光成分、１０６はパワーメータのセンサー部、Ｄは針状金属微粒子１０２とセンサー部１０６との距離である。
【００４１】
同図において、入射光１０３は直線偏光波で、その電界振動方向は針状金属微粒子１０１、１０２の長手方向と平行で、かつ針状金属微粒子１０２のプラズモン共鳴波長が、入射光１０３の波長と略一致するように、そのアスペクト比が設定されているものとする。斯かる構成において、針状金属微粒子１０２に入射する光は、当該金属微粒子による共鳴吸収のため、その透過光１０４のパワーは、針状金属微粒子１０２に入射する光のパワーに比べて激減する（針状金属微粒子１０２に入射する光は、入射光１０３の一部）。一方、針状金属微粒子１０２に共鳴吸収された光の一部は熱エネルギーに変換されるが、その残余は、針状金属微粒子１０２内の自由電子の電子分極を誘起するために費やされる。当該電子分極は、入射光１０３の周波数と同一の周波数で振動する分極で、結果として、入射光１０３と同一波長の光を放射することになる。当該放射光が散乱光１０５の起源である。散乱光１０５の伝播方向は、必ずしも入射光１０３の伝播方向とは平行ではなく、例えば、散乱光１０５の強度は針状金属微粒子１０２の長手軸を対称軸とする円筒対称性を有する。
【００４２】
すなわち、パワーメータのセンサー部１０６から観た場合、散乱光１０３の強度分布はほぼ空間等方的となるため、センサー部１０６によって検出される散乱光のパワーは、間隔Ｄのほぼ自乗に逆比例して減少することになる。これに対して、透過光成分１０４は入射光１０３と同様の伝播方向を維持するため、結果として、距離Ｄに依存せず一定のパワーを保持することになる。
【００４３】
以上の結果から、近距離領域で測定された消光比の決定要因は散乱光１０５のパワーであり、遠距離領域で測定された消光比の決定要因は、入射光１０３と同一の方向に伝播する透過光成分１０４、及び針状金属微粒子１０１、１０２間の隙間を透過し、何ら金属微粒子分散型偏光ガラス中の針状金属微粒子と相互作用をしない、金属微粒子分散型偏光ガラスの透過光成分のパワーであると結論づけることができる。すなわち、遠距離領域で測定された消光比は、針状金属微粒子の吸収特性を反映したものであり、近距離領域で測定された消光比は、針状金属微粒子の散乱特性を反映したものと言うことができる。
【００４４】
発明者等は、延伸された金属ハロゲン化物微粒子を還元することにより作製される金属微粒子分散型偏光ガラスについて、針状金属微粒子の形態と消光比あるいは光の透過スペクトルとの関係を、鋭意、系統的に検討した結果、一定の形態においては、その光に対する吸収特性は（３）式では説明できないことを発見し、係る知見に基づき本願発明を完成するに至った。
【００４５】
以下、針状金属微粒子の形態と金属微粒子分散型偏光ガラスの光に対する透過特性との関係から、順次説明する。
【００４６】
波長λの光を、Ｎ個の単一形状の金属微粒子群に照射した場合、その透過光のパワー、Ｓ（λ）は、（３）式から以下の式によって与えられる。
【００４７】
【数４】
【００４８】
また、金属微粒子の体積を一定と仮定し、形状因子のみが分布する場合には、（４）式において、吸収断面積Ｃａｂｓ（λ）を以下の式で与えられるＣａｂｓ^{ｔｏｔａｌ}（λ）置換することにより、透過光パワー、Ｓ（λ）を求めることができる。
【００４９】
【数５】
【００５０】
（５）式において、Ｓ．Ｆ．は形状因子の意であり、Ω（Ｓ．Ｆ．）は形状因子に係る分布関数である。
【００５１】
前述したように、金属微粒子分散型偏光ガラスにおいては、一般的に、所望の光の波長において、針状金属微粒子の長手方向の吸収断面積Ｃａｂｓ（λ）が最大となるように、形状因子Ｌが決定され、その形状因子Ｌが得られるように針状微粒子のアスペクト比が制御される。例えば、光の波長：１．５５μｍ、ガラス母材の屈折率：１．５の場合、金属微粒子として銀を用いた場合、前述したようにＬの値は〜０．０１８、アスペクト比は〜１１となり、また銅を用いた場合には、Ｌの値は〜０．０１９、アスペクト比は〜１０．３となる。
【００５２】
すなわち、従来、金属微粒子分散型偏光ガラスの設計は、（３）式に基づいて行われ、例えば、光の波長が１．５５μｍで動作する偏光ガラスを得ようとする場合には、母材ガラス中に分散される銀、銅等の金属微粒子のアスペクト比が、前述した所望の値を中心に分布するように、製造プロセス条件等が決められていた。
【００５３】
一方、発明者等が、延伸された金属ハロゲン化物微粒子を還元せしめることにより生じた金属微粒子の生成態様と消光比、及び光の透過スペクトルとの関係を系統的に、鋭意検討した結果、以下に説明する関係が存在することを新たに見出した。
【００５４】
本発明を実施することによって得られた金属微粒子分散型偏光ガラスを透過型電子顕微鏡を用いて観察した結果を、図１５に示す。黒く粒状に見える部分が金属微粒子であり、金属微粒子と白く見える部分（非金属微粒子部）を合わせた領域が、還元処理する前に金属ハロゲン化物微粒子が存在していた領域、即ち略針状金属ハロゲン化物微粒子の痕跡である。
本発明を実施することによって得られる金属微粒子分散型偏光ガラスは、母材ガラス溶解工程以降、次の工程を経て、金属微粒子分散型偏光ガラスと成る。

（１）金属ハロゲン化物微粒子の析出工程（６８０〜７５０℃で熱処理）
↓（冷却）
（２）ガラスの延伸工程（５５０〜６８０℃で加熱延伸処理）
↓（冷却）
（３）還元工程（金属微粒子の生成）（３００〜４５０℃の還元性雰囲気下で熱処理）

金属ハロゲン化物は還元工程で金属に還元されるが、金属ハロゲン化物のモル体積は、金属のモル体積に比べて数倍大きいため、金属ハロゲン化物の体積に比べると、還元によって生成した金属の体積は小さくなる（後述する表２参照）。
金属ハロゲン化物がＣｕＣｌの場合を、各工程の処理温度を下記とし、ガラス基体のガラス転移点温度Ｔｇを４８０℃として説明する。
ＣｕＣｌ微粒子の析出工程の温度：７００℃
ガラスの延伸工程の温度 ：６５０℃
還元工程の温度 ：４４０℃

各工程でのＣｕＣｌの状態及びガラス基体の構造を表１に示す。
【表１】
（１）ＣｕＣｌ微粒子の析出工程において、７００℃保持での析出処理によってガラス基体内のＣｌイオンとＣｕイオンが凝集して、液体状態のＣｕＣｌ微粒子が析出する。冷却過程でガラスの温度がＴｇである４８０℃付近まで下がるとガラス構造は凍結し、ほぼ変形しなくなる。この温度域は、ＣｕＣｌの融点４３０℃（後述する表２参照）よりも高いため、ＣｕＣｌは依然液体として存在するが、ガラスの構造は凍結されるため、液体状態のＣｕＣｌが占めていた領域も固定される。引き続き、ガラスの温度は下がりＣｕＣｌの融点を下回るとＣｕＣｌは液体から固体に相変化する。４８０℃での液体状態のＣｕＣｌの密度は、３．６５ｇ／ｃｍ^３（金属データブック、日本金属学会編、丸善）であり、固体の状態のＣｕＣｌの密度は、４．１４ｇ／ｃｍ^３（表２）であるので、液体状態のＣｕＣｌが存在していた領域に対して、固体状態のＣｕＣｌ占める割合は、８８．２体積％（３．６５ｇ／ｃｍ^３÷４．１４ｇ／ｃｍ^３）となる。相変化により生じた体積差の１１．８％は、液体状態のＣｕＣｌが存在していた領域内で空洞となる。
（２）ガラスの延伸工程においては、上述のＣｕＣｌ析出工程とほぼ同じ熱履歴を経るので、延伸工程を経て冷却後の略針状固体ＣｕＣｌが占めるＣｕＣｌ微粒子が存在していた領域に対する割合は、（１）とほぼ同じである。
（３）還元処理は、ガラスのＴｇ以下の温度で行われるため、ガラスの構造は凍結されたまま、ＣｕＣｌがＣｕに還元される。ＣｕＣｌのモル体積は、２３．９ｃｍ^３／ｍｏｌ、Ｃｕのモル体積は、７．０９ｃｍ^３／ｍｏｌ（表２）であるので、生成するＣｕ金属微粒子の体積は、固体状態のＣｕＣｌの体積に対して２９．７体積％（７．０９ｃｍ^３／ｍｏｌ÷２３．９ｃｍ^３／ｍｏｌ）となり、ガラス状態が凍結された時点でＣｕＣｌが占めていた体積に対しては、２６．２体積％（８８．２体積％×２９．７体積％）となる。
金属ハロゲン化物の種類、ガラスの冷却速度、ガラスや金属ハロゲン化物の熱膨張などの影響を受け、金属ハロゲン化物微粒子が占めていた領域に対する金属微粒子の体積が占める割合は、上述のように計算すると概ね１５〜４０体積％である。
生成された金属微粒子の生成態様は、図１に示す態様に分類される。
図１は、透過型電子顕微鏡で観察された、金属微粒子分散型偏光ガラス中の略針状金属微粒子の生成態様を模式的に示したものである。略針状金属ハロゲン化物が還元されて生成した複数の金属微粒子が、略針状金属ハロゲン化物が存在していた痕跡に存在する態様は、エンドウやインゲンなど実に例えることができる。略針状金属ハロゲン化物が存在していた痕跡がエンドウやインゲンの実の莢に、複数生成した金属微粒子が実の中にある豆に当たる。
図１において、１１は延伸された金属ハロゲン化物微粒子が存在した痕跡、１２は金属ハロゲン化物微粒子を還元することにより生成された金属微粒子である。また、図１(ａ)は１個の金属ハロゲン化物微粒子から１個の金属微粒子が生成された場合、図１(ｂ)は同２個が、図１(ｃ)は同３個が生成された場合を模式的に示している。いずれの場合も、金属ハロゲン化物微粒子のモル体積は、金属に比べて大きいために、前述した様に、金属ハロゲン化物微粒子の体積に対する金属微粒子の体積（図１(ｂ)、図１(ｃ)の場合にあっては、その総和）の割合（以下、この割合を「金属充填率」と記す。）は、１より小さくなる。
【００５５】
表２は、銅、銀およびそれらのハロゲン化物の物性についてのものである。
【表２】
【００５６】
また、図１(ａ)に示した生成態様において、金属微粒子のアスペクト比分布の中心が８〜９の範囲にある場合には、図１(ｂ)に示した態様においては、その分布の中心が４〜６に、また図１(ｃ)の場合には、２〜３といったように、金属微粒子の生成個数に応じて減少する（以後、アスペクト比とは、延伸された金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と平行な方向の金属微粒子の寸法（図１(a)〜(c)のａ_ｎ、n=1〜6）を、同短手方向と平行な方向の金属微粒子の寸法（図１(a)〜(c)のｂ_ｎ、n=1〜6）で除した値ａ_ｎ／ｂ_ｎを言うものとする。）。
また、図１（ａ）に示した生成様態で、本発明と同等の体積の金属微粒子を同じ個数生成させた金属微粒子分散型偏光ガラスでは、金属微粒子は、ガラス基体内に無秩序に分散するのに対し、本発明を実施したことによって得られる金属微粒子分散型偏光ガラスでは、金属微粒子が存在するガラス基体内の位置は、金属微粒子の元となる略針状金属ハロゲン化物微粒子の形状に拘束され、ある規則性を持ってガラス基体内に分散される。
【００５７】
本現象についての物理的起源は未だ不明であるが、斯かる実験事実は、図１に示したような１個の略針状金属ハロゲン化物微粒子から、複数個の金属微粒子が還元生成される場合、当該金属微粒子のアスペクト比が光の透過特性に与える影響は、（３）式から予測される影響に比べて極めて小さいことを示すものである。換言すると、金属微粒子のアスペクト比が一定の範囲にある場合には、その大小に拘わらず光の透過率と透過スペクトルは、ほぼ一義的に決定されることを示唆しているものと考えられる。
【００５８】
更に、アスペクト比が透過特性に及ぼす影響が少ない状況、換言すると、アスペクト比に依らず、金属微粒子の吸収効率がある一定の値が担保される状況下においては、金属微粒子からの再放射に基づく散乱光強度は、その体積の自乗に比例することから、金属微粒子の体積自体を減少せしめれば、散乱光強度を減少せしめることができる。 前述した図―１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、その延伸された金属ハロゲン化物微粒子が存在した痕跡１１の体積が同じで、そこから還元により生成された金属微粒子１２のそれぞれの体積の総和が（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において同じと仮定する。さらに（ａ）の１個の金属微粒子１２の体積を１として、（ｂ）では等量にその体積が半分に分かれ、（ｃ）では等量に３等分されたと仮定する。
すると上述したように、金属微粒子からの再放射に基づく散乱光強度は、その体積の自乗に比例することから、（ａ）の散乱光強度を１とすると、（ｂ）の散乱光強度は2×(1/2)²で０．５となり、（ｃ）では3×(1/3)²で０．３３と低下してゆく。
【００５９】
以上のことから、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示したような金属微粒子の生成態様において、近距離消光比が飛躍的に改善された原因は、金属微粒子が分割されたことによる体積減少効果によるものと推定される。 本発明において、還元前の金属ハロゲン化物微粒子の体積が大きすぎると、１個の金属ハロゲン化物微粒子から還元後に生成される金属微粒子の個数が増えたとしても、個々の金属微粒子体積が大きくなってしまうので、複数個に分かれる体積減少の効果が薄まってしまう。
発明者らが、系統的に調査した結果、その体積が2,500〜2,500,000nm³である金属ハロゲン化物微粒子の個数が、総金属ハロゲン化物微粒子個数の90％以上を占める場合に、図１（ｂ）、（ｃ）の金属微粒子分割の効果があり、測定距離15mmにおける近距離消光比が向上し４２ｄB以上になることが判明した。
金属ハロゲン化物微粒子の体積が2,500nm3未満である場合には、その体積が小さすぎて、加熱延伸後の金属ハロゲン化物微粒子の必要なアスペクト比が得られず、ほとんど消光比特性が得られない。
ここで、本発明並びに本明細書における金属ハロゲン化物微粒子の体積、還元前に金属ハロゲン化物微粒子の占めていた領域の体積、及び金属微粒子等の体積は次に示す算定方法にて算出することとした。
すなわち、ガラス母材を熱処理することによって析出した略球状のハロゲン化物微粒子は、その後の延伸工程でガラスが延伸されることによって、変形し、その形状は略針状となる。このことから、ガラス基体内に存在する略針状ハロゲン化微粒子の形状は、円錐と円柱から成ると見なすことができる。
このことから、ガラス基体内に存在しているハロゲン化物微粒子の痕跡の体積は、痕跡が円錐と円柱から成るとして計算した。
透過型電子顕微鏡写真に写っているハロゲン化物微粒子の痕跡に三角形と長方形を当てはめ、円錐部分の体積は、前記三角形の底辺を直径とする円を底面とし、三角形の高さを円錐の高さとする円錐として計算した。一方、円柱部分の体積は、前記長方形のハロゲン化物微粒子の痕跡の短手方向の長さを直径とする円を底面とし、長手方向の長さを高さとする円柱として計算した。
略針状ハロゲン化物微粒子の痕跡の体積は、得られた円錐の体積と円柱の体積を足し合わせることによって求めた。
略針状ハロゲン化物微粒子を還元処理することによって生成する金属微粒子の体積も、略針状ハロゲン化微粒子の痕跡の体積を求めるのと同様、金属微粒子が円錐と円柱から成るとして、算出した。
また、1個の金属ハロゲン化物微粒子から生成した金属微粒子の体積、金属微粒子が複数個生成した場合の体積の総和を金属ハロゲン化物微粒子の体積で割った金属充填率が４0％を超える場合、該金属ハロゲン化物微粒子の還元が不十分と考えられ、還元後に還元途中の金属ハロゲン化物微粒子が還元により生成された金属と混ざって存在する状態で、透過型電子顕微鏡写真では濃淡がありながら黒く映っていると考えられる。この様な場合、本来還元で収縮すべき金属ハロゲン化物微粒子の体積が還元後も残ることになり、還元された金属微粒子と還元途中の金属ハロゲン化物微粒子が一体型金属物となって体積が大きくなり、入射光に対してこの一体型金属物が作用するので、その体積増加によって再放出による散乱光を強く発生する。またこの様な、一体型金属物となっている態様では、金属微粒子も複数個に分割されない傾向にあるので、本発明の金属微粒子が分割されて散乱光強度が低下することによる近距離消光比の向上の効果が期待できない（なお、前述した様に該金属ハロゲン化物微粒子の還元が不十分で、還元後に還元途中の金属ハロゲン化物微粒子が還元により生成された金属と混ざって一体型金属物として存在する状態であっても、透過型電子顕微鏡写真で濃淡がありながら黒く映っている部分の体積の総和を、それらの元となる金属ハロゲン化物微粒子の体積で割った値を金属充填率と呼ぶ。）。金属充填率が４％未満の場合には、温度、還元雰囲気等の何らかの還元条件の不足により還元反応が起こっていないか、相当に未達であると考えられ、消光比特性がほとんど得られない。
よって、本発明における好ましい金属充填率の範囲は4〜４0％である。透過型電子顕微鏡写真では、写真の撮り方によっても金属部分の濃淡が生じるので、金属充填率が4〜４0％である金属ハロゲン化物微粒子の個数が総金属ハロゲン化物微粒子個数の90％以上を占める状態が好ましい。
【００６０】
本発明において、1個の金属ハロゲン化物微粒子から３個の金属微粒子が生成されると、2個の金属微粒子の場合に比べて金属微粒子の分割が進み、散乱光強度が低下することによって近距離消光比がより向上する。さらに３個以上の金属微粒子に分割された金属ハロゲン化物微粒子の個数が、総金属ハロゲン化物微粒子個数の２０％以上あると顕著に近距離消光比が向上することが確認された。この態様における構造の偏光ガラスの近距離消光比は、おおむね45ｄＢ以上である。
なお、斯かる１個の延伸金属ハロゲン化物微粒子から複数個の金属微粒子が還元生成されることによる効果は、図１に示したような、生成される金属微粒子の数が２あるいは３個の場合に限定されず、それ以上の個数においても発現する効果であることは、あらためて言及するまでもない。
また、還元により生成された個々の金属微粒子の体積はできるだけ小さいことが望ましく、発明者らが、系統的に調査した結果、体積が100,000nm³以下の金属微粒子の個数が、総金属微粒子の個数の９０％以上であると、本発明の金属微粒子分割による散乱光低減の効果が現れやすい。
本発明の特徴である金属微粒子が分割することによって、近距離消光比を向上させた偏光ガラスでは、金属微粒子のアスペクト比は金属分割によって比較的小さな値になる。これまで偏光ガラスの光吸収を表すと考えられてきた（３）式では、例えば該金属微粒子アスペクト比が２以下では、光通信の波長帯である、1.31μｍや1.55μｍでは、ほとんど光吸収が生じない。しかしながら、本発明では、1個の金属ハロゲン化物微粒子から3個の金属微粒子が生成する態様においては、金属微粒子アスペクト比が２以下のものが含まれる。さらに金属微粒子が５〜１０個に分割される場合では、該金属微粒子アスペクト比は２以下であるものが大部分になる。
また（３）式からは、前述のようにおよそ金属微粒子アスペクト比は１１を中心に分布することが期待されるが、1個の金属ハロゲン化物微粒子から3個の金属微粒子が生成する態様においては、金属微粒子アスペクト比が９以下のものが、全金属微粒子の９０％以上を占める。
上記３つの場合のいずれでも、その偏光ガラスの近距離消光比を調べてみると４２ｄＢ以上と高く、ピッグテール型アイソレーターに組み込んでも、３１ｄＢ以上の使用可能なアイソレーションが得られたのである。
前述の金属ハロゲン化物微粒子の体積および金属充填率、１個の金属ハロゲン化物微粒子から生成される金属微粒子の数とその割合、金属微粒子の体積、金属微粒子アスペクト比などの数値算出は、透過型電子顕微鏡写真で５０個程度の金属ハロゲン化物微粒子について解析を行うとほぼ正確に数値が限定される。
【００６１】
以下、本願発明について実施例を用いて、更に詳細に説明する。
【比較例】
【００６２】
組成が、ＳｉＯ_２：５７.５ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３：１９.５ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３：８.９ｗｔ％、ＡｌＦ_３：２.０ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ：９.８ｗｔ％、ＮａＣｌ：１.４ｗｔ％、ＣｕＣｌ：０.８ｗｔ％、ＳｎＯ：０.１ｗｔ％のガラスを、原料として ＳｉＯ_２、Ｈ_３ＢＯ_３、Ａｌ（ＯＨ）_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＮａＣｌ 、ＡｌＦ_３、ＣｕＣｌ、ＳｎＯを用いて、３リットルの白金ルツボに入れ約１４５０℃で溶解した後、グラファイトの型に流し込んで成形し室温まで除冷することにより製造した。
【００６３】
このガラスを７００℃で６時間熱処理し、ＣｕＣｌ微粒子を析出させた。このガラスを５×５０×１００ｍｍのサイズに切り出しプリフォームを形成した。当該プリフォームを加熱して約６００℃で延伸することにより、厚さが約０．７ｍｍのガラスフィルムを得た。
得られたガラスフィルムを透過型電子顕微鏡で観察した結果、略針状の多数の金属ハロゲン化物微粒子が、その長手方向が略一方向に向くように配向分散されていることを確認した。
当該ガラスフィルムを０．３ｍｍ厚に機械研磨で薄肉化した後、水素雰囲気中、４４０℃で約７時間の熱処理を施すことにより、針状に延伸されたＣｕＣｌ微粒子を金属銅に還元し、金属微粒子分散型偏光ガラスを作製した。 得られた金属微粒子分散型偏光ガラスを透過型電子顕微で観察したところ、還元処理前に略針状金属ハロゲン化物微粒子が存在していた痕跡は、還元処理後も配向分散の状態は変わらず、その長手方向が略一方向に向くように配向分散されていることが判った。
また、還元処理前に存在していたＣｕＣｌ微粒子の痕跡から、析出したＣｕＣｌ微粒子の総数に対する、体積が２，５００〜２，５００，０００ｎｍ^３のＣｕＣｌ微粒子の個数の占める割合は８６％であった。
また、銅微粒子の生成態様は、全てが図１（ａ）に模式的に示された態様で、図１（ｂ）に模式的に示されたような、延伸された１個のＣｕＣｌ微粒子から２個の銅微粒子が生成する態様は認められなかった。また、金属充填率が４〜４０％の銅微粒子の割合は６７％であり、生成した銅微粒子の総数に対する、体積が１００，０００ｎｍ^３以下の銅微粒子の個数が占める割合は８５％であった。なお、このとき得られた還元層厚は約３５μｍであった。
図８に、透過型電子顕微鏡観察の結果から求めた、銅針状微粒子のアスペクト比の分布を示す。金属微粒子アスペクト比が２未満の銅微粒子は認められなかった。また、平均の金属微粒子アスペクト比は、７．９であった。
図８に示した８１は銅針状微粒子のアスペクト比分布、８２はアスペクト比分布８１の近似分布曲線で、以下に示す（６）式によって与えられる曲線である。なお、銅針状微粒子のアスペクト比分布８１を求めた際の母数は約２００個であった。
【数６】
（６）式において、ｘはアスペクト比である。
【００６４】
前述した方法で製造された金属微粒子分散型偏光ガラスの消光比を、図１２に示した測定系を用いて測定した結果、測定波長：１．５５μｍで距離（Ｌ）：１５ｍｍのときの消光比は３７ｄＢであった。また、本実施例の金属微粒子分散ガラスを用いて、図１４に示したピッグテール型光アイソレータを作製し、アイソーレーションを測定したところ、２７ｄＢと目標とする３０ｄＢよりも３ｄＢ低い結果であった。
消光比ほかの得られた結果を後述する表３にまとめて示す。
【００６５】
図９に、延伸されたＣｕＣｌ微粒子の長手方向と平行な方向を電界振動方向とする直線偏光波に対する透過スペクトルの実測値と図８に示したアスペクト比分布を基に、（３）式〜（６）式を用いて計算された透過スペクトルとを比較して示す。図中９１は計算により求めた透過スペクトル、９２は実測された透過スペクトルである。透過スペクトルの実測は分光器を用いて行ったが、使用した装置では１％以下の透過率は測定できないため、図９には、透過率が１％以下となる９５０〜１７３０ｎｍの波長域については実測の透過率が示されていない。
【００６６】
計算に際しては、銅微粒子の体積は一定であると仮定し、（５）式におけるΩ（Ｓ．Ｆ．）として、（６）式を用い、かつ銅微粒子の形状は葉巻型の回転楕円体であると仮定して、形状因子、Ｌ、を以下に示す（７）式（出典：例えばR.Becker,Electromagnetic fierld and interaction, Blaisdell,(1961),102-107）を用いて算出した。
【００６７】
【数７】
【００６８】
また、透過スペクトルの計算に際して、（５）式中のＮと分布関数、Ω（Ｓ．Ｆ．）（若しくはΩ（ｘ）の規格化因子との積の値が必要となるが、係る値については、波長：２０００ｎｍにおける実測された透過率と計算による透過率が一致するとして求めた。
【００６９】
図９に示したように、実測された透過スペクトルと計算された透過スペクトルは、波長が１０００ｎｍ以下の短波長側では若干の相違が認められるものの、波長が１７００ｎｍ以上の長波長側では良い一致を示す。
【００７０】
なお、特許請求の範囲に記載された「理論的に求められる透過率スペクトルの形状」とは、金属微粒子のアスペクト比の実測値から、前述した方法で求められる透過率スペクトルの形状を意味するものである。
【実施例１】
【００７１】
本実施例においては、組成が、 ＳｉＯ_２：５６.０ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３：１７.５ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３：６.０ｗｔ％、ＡｌＦ_３：４.０ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ：１０.０ｗｔ％、ＮａＣｌ：２.０ｗｔ％、ＣｕＣｌ：１.２ｗｔ％、ＳｎＯ：０.３ｗｔ％のガラスを用いて金属微粒子分散型偏光ガラスを作製した。ガラスの溶解方法等のその他の条件は比較例と同様にして、金属微粒子分散型偏光ガラスを作製した。 この金属微粒子分散型偏光ガラスは、還元処理前に個々のＣｕＣｌ微粒子が占めていた多数の痕跡が、その長手方向が略一方向に向くように配向分散され、多数の痕跡内には、銅微粒子が生成されていた。
さらに詳細には、得られた金属微粒子分散型偏光ガラスを透過型電子顕微鏡を用いて観察した結果、還元処理前に個々のＣｕＣｌ微粒子が占めていた多数の痕跡（本実施例における観察数は、略２００である）のうち、総数の略１８％の痕跡において、図１（ｂ）に模式的に示すような、還元処理前の１つのＣｕＣｌ微粒子から２個の銅微粒子が生成されていることが確認された。さらに、観察した痕跡のうち、略８２％の痕跡については、図１（ａ）に示すような、還元処理前の１つのＣｕＣｌ微粒子から１個の銅微粒子が生成される態様であり、図１（ｃ）に示すような、還元処理前の１つのＣｕＣｌ微粒子から３個の銅微粒子が生成される態様は、本実施例においては確認されなかった。
さらに、これら多数の痕跡の体積を、透過型電子顕微鏡による観察像から、段落００５９に示した算出方法により集計したところ、観察した痕跡の略９０％以上は、その体積が、２，５００〜２，５００，０００ｎｍ^３の範囲であった。
また、これら多数の痕跡に生成された１つの銅微粒子の体積又は２つの銅微粒子の体積総和は、それらの略９０％以上は、前記した痕跡の体積の４〜４０％の範囲に分布していた。さらに、個々の銅粒子の体積は、その略９０％以上が、１００，０００ｎｍ^３以下の範囲に分布していることが確認された。
【００７２】
図２に、透過型電子顕微鏡観察の結果から求めた、銅針状微粒子のアスペクト比の分布を示す。金属微粒子アスペクト比が２未満の銅微粒子の割合は、生成した銅微粒子の総数に対して１７％であり、平均の金属微粒子アスペクト比は、４．１であった。
図２に示した２１は銅針状微粒子のアスペクト比分布、２２はアスペクト比分布２１の近似分布曲線で、以下に示す（８）式によって与えられる曲線である。なお、銅針状微粒子のアスペクト比分布２１を求めた際の母数は約２００個であった。
【００７３】
【数８】
【００７４】
本実施例により成る金属微粒子分散型偏光ガラスの消光比を、図１２に示した測定系を用いて測定した結果、測定波長：１．５５μｍで距離（Ｌ）：１５ｍｍのときの消光比は４２ｄＢであった。また、本実施例の金属微粒子分散ガラスを用いて、比較例と同様、ピッグテール型光アイソレータを作製し、アイソーレーションを測定したところ、目標とする３０ｄＢを越えた３１ｄＢであった。
消光比ほかの得られた結果を後述する表３にまとめて示す。
【００７５】
図３に、図２に示したアスペクト比分布から、比較例と同様の方法で計算された透過スペクトルと実測されたスペクトルとを比較して示す。図中、３１は計算により求めた透過スペクトル、３２は実測されたスペクトルである。なお、計算に際して、（５）式中のＮと分布関数の規格化因子との積は、波長：８００ｎｍにおける実測された透過率と計算による透過率が一致するとして求めた。
【００７６】
図３に示したように、比較例の場合に比べて、実測された透過スペクトルと計算されたスペクトルとは大きく異なり、計算された透過スペクトルの形状は長波長側に拡張された形状、換言すると、透過率が約１％以下となる領域が長波長域にまで及んでいることが判る。また、少なくとも、今回測定された５００〜２５００ｎｍの帯域に亘って、本実施例により成る偏光ガラスの透過率は５０％以下であった。
【実施例２】
【００７７】
本実施例においては、以下の点を除き、実施例１に記載した方法と同様の方法（すなわち、比較例記載の方法）で金属微粒子分散型偏光ガラスを作製した。すなわち、本実施例においては、プリフォームの板厚を２ｍｍとして、当該プリフォームを延伸することにより０．２５ｍｍ厚のガラスフィルムを作製した。その後、機械研磨で薄肉化することなく、実施例１（比較例と同様）に記載された条件で還元処理を施した。
この金属微粒子分散型偏光ガラスは、還元処理前に個々のＣｕＣｌ微粒子が占めていた多数の痕跡が、その長手方向が略一方向に向くように配向分散され、多数の痕跡内には、銅微粒子が生成されていた。
さらに詳細には、得られた金属微粒子分散型偏光ガラスを透過型電子顕微鏡を用いて観察した結果、還元処理前に個々のＣｕＣｌ微粒子が占めていた多数の痕跡（本実施例における観察数は、略３００である）のうち、総数の略４８％の痕跡において、図１（ｂ）に模式的に示すような、還元処理前の１つのＣｕＣｌ微粒子から２個の銅微粒子が生成されていることが確認され、略２０％の痕跡については、図１（ｃ）に示すような、還元処理前の１つのＣｕＣｌ微粒子から３個以上の銅微粒子が生成される態様であることが確認された。図１（ａ）に示すような、還元処理前の１つのＣｕＣｌ微粒子から１個の銅微粒子が生成される態様は、略３２％の痕跡において確認された。
さらに、これら多数の痕跡の体積を、透過型電子顕微鏡による観察像から、段落００５９に示した算出方法により集計したところ、観察した痕跡の略９３％は、その体積が、２，５００〜２，５００，０００ｎｍ^３の範囲であった。
また、これら多数の痕跡に生成された１つの銅微粒子の体積、若しくは２つ又は３つ以上の銅微粒子の体積総和は、それらの略９９％において、前記した痕跡の体積の４〜４０％の範囲に分布していることが確認された。さらに、個々の銅粒子の体積は、その略９６％が、１００，０００ｎｍ^３以下の範囲に分布していることが確認された。
【００７８】
図４に、透過型電子顕微鏡観察の結果から求めた、銅針状微粒子のアスペクト比の分布を示す。金属微粒子アスペクト比が２未満の銅微粒子の割合は、生成した銅微粒子の総数に対して５３％であり、平均の金属微粒子アスペクト比は、２．５であった。
図４に示した４１は銅針状微粒子のアスペクト比分布、４２はアスペクト比分布４１の近似分布曲線で、以下に示す（９）式によって与えられる曲線である。なお、銅針状微粒子のアスペクト比分布４１を求めた際の母数は約３００個であった。
【００７９】
【数９】
【００８０】
本実施例により成る金属微粒子分散型偏光ガラスの消光比を、図１２に示した測定系を用いて測定した結果、測定波長：１．５５μｍで距離（Ｌ）：１５ｍｍのときの消光比は４５ｄＢであった。
また、本実施例の金属微粒子分散ガラスを用いて、ピッグテール型光アイソレータを作製し、アイソーレーションを測定したところ、目標とする３０ｄＢを越えた３２ｄＢであった。
消光比ほかの得られた結果を後述する表３にまとめて示す。
【００８１】
図５に、図４に示したアスペクト比分布から、比較例と同様の方法で計算された透過スペクトルと実測されたスペクトルとを比較して示す。図中、５１は計算により求めた透過スペクトル、５２は実測されたスペクトルである。なお、計算に際して、（５）式中のＮと分布関数の規格化因子との積は、波長：８００ｎｍにおける実測された透過率と計算による透過率が一致するとして求めた。
【００８２】
図５に示したように、比較例の場合に比べて、実測された透過スペクトルと計算されたスペクトルとは大きく異なり、計算された透過スペクトルの形状は長波長側に拡張された形状、換言すると、透過率が約１％以下となる領域が長波長域にまで及んでいることが判る。また、少なくとも、今回測定された５００〜２６００ｎｍの帯域に亘って、本実施例により成る偏光ガラスの透過率は５０％以下であった。
【実施例３】
【００８３】
本実施例においては、以下の点を除き、実施例１に記載した方法と同様の方法（すなわち、比較例記載の方法）で金属微粒子分散型偏光ガラスを作製した。すなわち、本実施例においては、還元処理を水素雰囲気圧力：１００気圧、処理温度：３５５℃、及び処理時間：３０分の条件で行った。
この金属微粒子分散型偏光ガラスは、還元処理前に個々のＣｕＣｌ微粒子が占めていた多数の痕跡が、その長手方向が略一方向に向くように配向分散され、多数の痕跡内には、銅微粒子が生成されていた。
さらに詳細には、得られた金属微粒子分散型偏光ガラスを透過型電子顕微鏡を用いて観察した結果、還元処理前に個々のＣｕＣｌ微粒子が占めていた多数の痕跡（本実施例における観察数は、略３００である）のうち、総数の略９２％の痕跡において、図１（ｃ）に模式的に示すような、還元処理前の１つのＣｕＣｌ微粒子から３個以上の銅微粒子が生成されていることが確認され、略６％の痕跡については、図１（ｂ）に示すような、還元処理前の１つのＣｕＣｌ微粒子から２個の銅微粒子が生成される態様であることが確認された。図１（ａ）に示すような、還元処理前の１つのＣｕＣｌ微粒子から１個の銅微粒子が生成される態様は、略２％の痕跡において確認された。
さらに、これら多数の痕跡の体積を、透過型電子顕微鏡による観察像から、段落００５９に示した算出方法により集計したところ、観察した痕跡の略９７％は、その体積が、２，５００〜２，５００，０００ｎｍ^３の範囲であった。
また、これら多数の痕跡に生成された１つの銅微粒子の体積、若しくは２つ又は３つ以上の銅微粒子の体積総和は、それらの略１００％において、前記した痕跡の体積の４〜４０％の範囲に分布していることが確認された。さらに、個々の銅粒子の体積は、その略９９％が、１００，０００ｎｍ^３以下の範囲に分布していることが確認された。
【００８４】
図４に示した４１は銅針状微粒子のアスペクト比分布、４２はアスペクト比分布４１の近似分布曲線で、以下に示す（８）式によって与えられる曲線である。なお、銅針状微粒子のアスペクト比分布４１を求めた際の母数は約３００個であった。
図６に、透過型電子顕微鏡観察の結果から求めた、銅針状微粒子のアスペクト比の分布を示す。金属微粒子アスペクト比が２未満の銅微粒子の割合は、生成した銅微粒子の総数に対して８３％であり、平均の金属微粒子アスペクト比は、１．４であった。
図６に示した６１は銅針状微粒子のアスペクト比分布、６２はアスペクト比分布６１の近似分布曲線で、以下に示す（１０）式によって与えられる曲線である。なお、銅針状微粒子のアスペクト比分布６１を求めた際の母数は約３００個であった。
【００８５】
【数１０】
【００８６】
本実施例により成る金属微粒子分散型偏光ガラスの消光比を、図１２に示した測定系を用いて測定した結果、測定波長：１．５５μｍで距離（Ｌ）：１５ｍｍのときの消光比は４７ｄＢであった。
また、本実施例の金属微粒子分散ガラスを用いて、ピッグテール型光アイソレータを作製し、アイソーレーションを測定したところ、目標とする３０ｄＢを越えた３４ｄＢであった。
消光比ほかの得られた結果を表３にまとめて示す。
【００８７】
表３は、実施例１〜３、比較例で得られた偏光素子の特性についてのものである。
【表３】
【００８８】
本発明に基づく実施例１〜３による、還元処理により生成された銅微粒子は、それぞれの実施例における銅微粒子のアスペクト比の分布を示す、図２、図４、図６からも明らかなとおり、これらのアスペクト比は、９以下のものが、９０％以上を占めて構成されるものである。
これら構成に基づく偏光素子は、前述したとおり、何れも高い消光比を実現しており、このような作用効果を示す理論は、必ずしも明らかではないが、金属微粒子の吸収効率がある一定の値が担保される状況下においては、金属微粒子アスペクト比が（３）式から予想される値より小さくとも、金属ハロゲン化物微粒子内で還元により金属微粒子が複数個生成されることによる、金属微粒子体積が小さくなる影響で再放射光が減少し、近距離消光比が向上するものと考えられる。
【００８９】
図７に、図６に示したアスペクト比分布から、比較例と同様の方法で計算された透過スペクトルと実測されたスペクトルとを比較して示す。図中、７１は計算により求めた透過スペクトル、７２は実測されたスペクトルである。なお、本実施例の場合には、比較例あるいは前述した実施例のように、（５）式中のＮと分布関数の規格化因子との積を、計算された透過率と実測された透過率とを合わせることにより求めることができないため、計算された透過率の最小値が約０．００４％となるように計算された透過スペクトルを示している。
【００９０】
図７に示したように、比較例の場合に比べて、実測された透過スペクトルと計算されたスペクトルとは大きく異なり、計算された透過スペクトルの形状は長波長側に拡張された形状、換言すると、透過率が約１％以下となる領域が長波長域にまで及んでいることが判る。また、少なくとも、今回測定された５００〜２６００ｎｍの帯域に亘って、本実施例により成る偏光ガラスの透過率は５０％以下であった。
【００９１】
以上、実施例を用いて本願発明について詳細に説明した。なお、本願発明の効果は実施例に記載された方法、条件により製造された金属微粒子分散型偏光ガラスに特有のものではなく、１個の金属ハロゲン化物微粒子から複数個の金属微粒子が生成するような態様の金属微粒子分散型偏光ガラスに発現する効果である。この意味で金属種として銅に限定されるものではなく、銀等を用いた場合にも同様の効果が発現する。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明により成る微粒子分散型偏光ガラスは、ピッグテール型光アイソレータ等の偏光ガラスが用いられる光アイソレータ、あるいはその他、偏光素子が用いられる光学装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】金属微粒子分散型偏光ガラス中の針状金属微粒子の生成態様を示す模式図である。
【図２】銅針状微粒子のアスペクト比の分布である。
【図３】透過スペクトルの実測値と計算された透過スペクトルである。
【図４】銅針状微粒子のアスペクト比の分布である。
【図５】透過スペクトルの実測値と計算された透過スペクトルである。
【図６】銅針状微粒子のアスペクト比の分布である。
【図７】透過スペクトルの実測値と計算された透過スペクトルである。
【図８】銅針状微粒子のアスペクト比の分布である。
【図９】透過スペクトルの実測値と計算された透過スペクトルである。
【図１０】金属微粒子分散型偏光ガラス中に配向分散された針状金属微粒子と光との相互作用を示す図である。
【図１１】はフリースペース型の光アイソレータの光学系を模式的に示した概略即断面図である。
【図１２】金属微粒子分散型偏光ガラスの透過損失、及び消光比の測定系を示す概略図である。
【図１３】従来の金属微粒子分散型偏光ガラスの消光比の距離Ｌ依存性の一例である。
【図１４】ピッグテール型光アイソレータの光学系を模式的に示した概略側断面図である。
【図１５】本発明を実施することにより得られた金属微粒子分散型偏光ガラスを透過型電子顕微鏡によって観察した画像である。
【符号の説明】
【００９４】
１１ 延伸された金属ハロゲン化物微粒子が存在した痕跡
１２ 金属ハロゲン化物微粒子を還元することにより生成された金属微粒子
２１ 銅針状微粒子のアスペクト比分布
２２ アスペクト比分布２１の近似分布曲線
３１ 計算により求めた透過スペクトル
３２ 実測されたスペクトル
４１ 銅針状微粒子のアスペクト比分布
４２ アスペクト比分布４１の近似分布曲線
５１ 計算により求めた透過スペクトル
５２ 実測されたスペクトル
６１ 銅針状微粒子のアスペクト比分布
６２ アスペクト比分布６１の近似分布曲線
７１ 計算により求めた透過スペクトル
７２ 実測されたスペクトル
８１ 銅針状微粒子のアスペクト比分布
８２ アスペクト比分布８１の近似分布曲線
９１ 計算により求めた透過スペクトル
９２ 実測された透過スペクトル
１０１、１０２ 金属微粒子分散型偏光ガラス中に配向分散された針状金属微粒子
１０３ 入射光
１０４ 透過光成分
１０５ 散乱光成分
１０６ パワーメータのセンサー部
１１１、１１２ 偏光素子
１１３ ファラデー回転子
１１４ 光アイソレータ
１１５、１１５‘ レンズ
１１６ 光ファイバ
１１７ 光源
１１８、１１８‘ 光源１１７に戻る帰還光の光束を模式的に示す線群
１２１ レーザ光源
１２２ グラントムソンプロズム
１２３ 金属微粒子分散型偏光ガラス
１２４ パワーメータ
１２５ 光源から出射された光線
１４１ 偏光素子１１１に含まれる針状金属微粒子
１４２ 散乱光の伝搬方向を模式的に示す矢印
１４３ 帰還光束の光路
Ｌ 偏光ガラスとパワーメータのセンサーまでの距離
Ｄ 針状金属微粒子７２とセンサー部１０６との距離

Claims (11)

1. 略針状の多数の金属ハロゲン化物微粒子がその長手方向が略一方向に向くように配向分散されたガラス基体を還元性雰囲気中で熱処理して前記金属ハロゲン化物微粒子を還元することによって、前記還元前に前記個々の金属ハロゲン化物微粒子が占めていた多数の領域内に生成された金属微粒子を有し、
   前記多数の領域のうち少なくとも一部の領域に存在する前記金属微粒子数が、前記領域毎に複数個であって、
   前記多数の領域の総数の９０％以上において、前記多数の領域の個々の体積が、２，５００〜２，５００，０００ｎｍ^３であり、
   前記多数の領域の総数の９０％以上において、前記領域毎に存在する金属微粒子の体積または前記領域毎に存在する複数個の金属微粒子の体積総和が、前記領域の体積の４〜４０％であることを特徴とする偏光素子。
2. 前記多数の領域のうち少なくとも一部の領域に存在する前記金属微粒子数が、３個以上であることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
3. 前記多数の領域のうち２０％以上の領域に存在する前記金属微粒子数が、３個以上であることを特徴とする請求項２に記載の偏光素子。
4. 前記金属微粒子の体積が、前記還元により生成される金属微粒子の総数の９０％以上において、１００，０００ｎｍ^３以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の偏光素子。
5. 前記金属微粒子は、前記金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と平行方向の寸法を、前記金属ハロゲン化物微粒子の短径方向と平行方向の寸法で除すことにより求められる金属微粒子アスペクト比が、２未満のものを含むことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の偏光素子。
6. 前記金属微粒子は、前記還元により生成される金属微粒子の総数の９０％以上において、前記金属微粒子アスペクト比が、９以下のものにより占められることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の偏光素子。
7. 測定距離Ｌ＝１５ｍｍにおける近距離消光比が、４２ｄＢ以上であること特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の偏光素子。
8. 略針状の多数の金属ハロゲン化物微粒子がその長手方向が略一方向に向くように配向分散されたガラス基体を還元性雰囲気中で熱処理して前記金属ハロゲン化物微粒子を還元することによって、前記還元前に前記個々の金属ハロゲン化物微粒子が占めていた多数の領域内に生成された金属微粒子を有し、
   前記多数の領域のうち少なくとも一部の領域に存在する前記金属微粒子数が、前記領域毎に複数個であって、
   前記多数の領域の総数の９０％以上において、前記多数の領域の個々の体積が、２，５００〜２，５００，０００ｎｍ^３であり、
   前記多数の領域の総数の９０％以上において、前記領域毎に存在する金属微粒子の体積または前記領域毎に存在する複数個の金属微粒子の体積総和が、前記領域の体積の４〜４０％であることを特徴とする偏光素子であって、
   前記偏光素子の、前記金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と略平行な方向に電界振動方向を有する直線偏光波に対する透過率スペクトルの形状が、前記金属ハロゲン化物微粒子を還元することにより生成された金属微粒子の、前記金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と平行方向の寸法を、前記金属ハロゲン化物微粒子の短径方向と平行方向の寸法で除すことにより求められる金属微粒子アスペクト比の分布から理論的に求められる透過率スペクトルの形状に対して、長波長側に拡張していることを特徴とする偏光素子。
9. 前記偏光素子の、前記金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と略平行な方向に電界振動方向を有する直線偏光波に対する透過率スペクトルにおいて透過率が略１％となる波長帯域幅が、前記金属微粒子アスペクト比の分布から理論的に求められる透過率スペクトルにおいて、透過率が略１％となる波長帯域幅に対して広いことを特徴とする請求項８に記載の偏光素子。
10. 前記偏光素子の、前記金属ハロゲン化物微粒子の長手方向と略平行な方向に電界振動方向を有する直線偏光波に対する透過率スペクトルにおいて、少なくとも光の波長が４００ｎｍから２５００ｎｍの帯域で、透過率が略５０％以下となることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の偏光素子。
11. 前記金属ハロゲン化物微粒子が、銀ハロゲン化物、若しくは銅ハロゲン化物であることを特徴とする請求項１〜３、請求項８、請求項９の何れか一項に記載の偏光素子。