JP4943566B2 - ガーネット型単結晶、光アイソレータ及びレーザ加工機 - Google Patents
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Description
本発明は、ガーネット型単結晶、光アイソレータ及びレーザ加工機に関する。
光アイソレータは、磁界の印加により入射光の偏光面を回転させるファラデー回転子を有しており、近年では、光通信だけでなくレーザ加工機にも使用されるようになってきている。
このような光アイソレータに使用されるファラデー回転子として、従来より、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＳＡＧ：Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２）が知られている（下記非特許文献１）。
吉川、外5名、「ファラデー回転子用Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２単結晶のチョクラルスキー成長」（Crochralskigrowth of Tb3Sc2Al3O12single crystal for Faraday rotator）、マテリアルズ・リサーチ・ブルテン（Materials Research Bulletin）、2001年、第37巻、p.1−10
しかし、上述した非特許文献１に記載のガーネット型単結晶は、透明性を有するものの、単結晶にクラックが生じる場合があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、透明性を有し、クラックの発生を十分に抑制できるガーネット型単結晶、光アイソレータ及びレーザ加工機を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討した結果、非特許文献１の単結晶においてＴｂの一部をＳｃで置換することで上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、下記一般式：
（Ｔｂ３−ｘＳｃｘ）（Ｓｃ２−ｙＡｌｙ）Ａｌ３Ｏ１２−ｚ （１）
（式中、ｘは、０＜ｘ＜０．１を満たす。）
で表されるガーネット型単結晶である。
（Ｔｂ３−ｘＳｃｘ）（Ｓｃ２−ｙＡｌｙ）Ａｌ３Ｏ１２−ｚ （１）
（式中、ｘは、０＜ｘ＜０．１を満たす。）
で表されるガーネット型単結晶である。
この単結晶は、透明性を有し、クラックの発生を十分に抑制することができる。このうち特にクラックの発生が十分に抑制される理由について、本発明者らは、Ｔｂの一部がＳｃで置換されることでガーネット構造が安定化されたためではないかと推測している。
また上記ガーネット型単結晶は、ファラデー回転子に用いられることが好ましい。
また上記ガーネット型単結晶は、ファラデー回転子に用いられることが好ましい。
上記一般式（１）において、ｙ及びｚは、下記式を同時に満たすことが好ましい。
０≦ｙ≦０．２
０≦ｚ≦０．３
この場合、ｙ及びｚが上記範囲を外れる場合に比べて、単結晶の透過率の低下をより十分に抑制できる。
０≦ｙ≦０．２
０≦ｚ≦０．３
この場合、ｙ及びｚが上記範囲を外れる場合に比べて、単結晶の透過率の低下をより十分に抑制できる。
前記一般式（１）において、ｘ、ｙ及びｚが下記式を満たすことが更に好ましい。
０．０５≦ｘ≦０．０７
０．０７≦ｙ≦０．１１
０．０８≦ｚ≦０．１２
０．０５≦ｘ≦０．０７
０．０７≦ｙ≦０．１１
０．０８≦ｚ≦０．１２
上記式を満たす単結晶は、１０６４ｎｍの波長において、より大きなベルデ定数を有する。このため、上記式を満たすガーネット型単結晶は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを光源とするレーザ加工機の光アイソレータに用いるファラデー回転子用単結晶として極めて有用である。
また本発明は、ファラデー回転子を有する光アイソレータであって、前記ファラデー回転子が、上記ガーネット型単結晶で構成されている光アイソレータである。
本発明の光アイソレータにおいては、ファラデー回転子が上記ガーネット型単結晶で構成され、上記単結晶からはファラデー回転子を大量に得ることができるため、ファラデー回転子の低価格化が可能となる。従って、本発明の光アイソレータによれば、低価格化が可能となる。
さらに本発明は、上記光アイソレータを有するレーザ加工機である。
本発明のレーザ加工機によれば、ガーネット型単結晶が透明であることから、ガーネット型単結晶による光の吸収が小さくなる。このため、光アイソレータの光による耐ダメージ性を高くすることができる。さらに、結晶内の格子欠陥等を抑制できるため、クラックが発生しないようにすることができる。したがって、光アイソレータの長寿命化が可能となる。その結果、レーザ加工機において、光アイソレータの交換頻度を減らすことが可能となる。
本発明によれば、透明性を有し、クラックの発生を十分に抑制できるガーネット型単結晶、光アイソレータ及びレーザ加工機が提供される。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の光アイソレータの一実施形態を示す図である。図１に示すように、光アイソレータ１０は、偏光子１と、検光子２と、偏光子１と検光子２との間に配置されるファラデー回転子３とを備えている。ここで、偏光子１及び検光子２は、それらの透過軸同士が互いに非平行となるように、例えば４５°の角度をなすように配置されている。
ファラデー回転子３には、例えば偏光子１から検光子２に向かう方向、即ち光の入射方向に磁界Ｂが印加されるようになっており、ファラデー回転子３は、磁界Ｂの印加により、偏光子１を通過した光Ｌについて、その偏光面を回転させて、検光子２の透過軸を通過させるようになっている。
ここで、ファラデー回転子３について詳細に説明する。
ファラデー回転子３は、下記一般式：
（Ｔｂ３−ｘＳｃｘ）（Ｓｃ２−ｙＡｌｙ）Ａｌ３Ｏ１２−ｚ （１）
（上記式中、ｘは、０＜ｘ＜０．１を満たす。）
で表されるファラデー回転子用ガーネット型単結晶で構成されている。ここで、上記一般式（１）で表される単結晶は、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶を表している。上記一般式（１）で表される単結晶は、Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２を基準とした場合、（Ｓｃ２−ｙＡｌｙ）の部分によりＳｃの一部がＡｌで置換され得ることを示しており、（Ｔｂ３−ｘＳｃｘ）の部分によりＴｂの一部がＳｃで置換されることを示している。上記一般式（１）で表されるガーネット型単結晶によれば、少なくとも赤外光及び可視光の波長領域において透明性を有し、切り出し時におけるクラックの発生を十分に抑制できる。
（Ｔｂ３−ｘＳｃｘ）（Ｓｃ２−ｙＡｌｙ）Ａｌ３Ｏ１２−ｚ （１）
（上記式中、ｘは、０＜ｘ＜０．１を満たす。）
で表されるファラデー回転子用ガーネット型単結晶で構成されている。ここで、上記一般式（１）で表される単結晶は、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶を表している。上記一般式（１）で表される単結晶は、Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２を基準とした場合、（Ｓｃ２−ｙＡｌｙ）の部分によりＳｃの一部がＡｌで置換され得ることを示しており、（Ｔｂ３−ｘＳｃｘ）の部分によりＴｂの一部がＳｃで置換されることを示している。上記一般式（１）で表されるガーネット型単結晶によれば、少なくとも赤外光及び可視光の波長領域において透明性を有し、切り出し時におけるクラックの発生を十分に抑制できる。
上記一般式（１）において、ｘは、０＜ｘ＜０．１を満たす。ｘが０であると、単結晶の切り出しの際、単結晶にクラックが発生する。ｘが０．１以上になると、結晶中に第２相が晶出し、単結晶を実現することができない。ｘは、０．０４〜０．０９であることが好ましい。
上記一般式（１）において、ｙは通常、０〜０．２であり、好ましくは０．０２〜０．２である。
上記一般式（１）において、ｚは通常、０〜０．３であり、好ましくは０〜０．２である。なお、ｚが０でない場合、酸素原子数が、ガーネット型結晶における酸素原子数である１２より小さくなるが、これは単結晶における欠陥に起因するものである。
特に、酸素欠陥による透光率の低下をより十分に抑制することから、上記一般式（１）において、ｙ及びｚは、下記式を同時に満たすことが好ましい。
０≦ｙ≦０．２
０≦ｚ≦０．３
０≦ｙ≦０．２
０≦ｚ≦０．３
中でも、ファラデー回転子３を、Ｎｄ：ＹＡＧ（発振波長：１０６４ｎｍ）を光源とするレーザ加工機の光アイソレータに使用する場合にベルデ定数をより大きくするためには、上記一般式（１）において、ｘ、ｙ及びｚが下記式を同時に満たすことが好ましい。
０．０５≦ｘ≦０．０７
０．０７≦ｙ≦０．１１
０．０８≦ｚ≦０．１２
０．０５≦ｘ≦０．０７
０．０７≦ｙ≦０．１１
０．０８≦ｚ≦０．１２
次に、上記単結晶の育成方法について説明する。
はじめに、単結晶の育成方法の説明に先立ち、上記単結晶を育成する結晶育成装置について図２を参照しながら説明する。図２は、本発明に係るファラデー回転子用ガーネット型単結晶を育成する工程を示す工程図である。図２に示すように、結晶育成装置２０は、イリジウム製ルツボ２１と、ルツボ２１を収容するセラミック製の筒状容器２２と、筒状容器２２の周囲に巻回される高周波コイル２３とを主として備えている。高周波コイル２３は、ルツボ２１に誘導電流を生じさせ、ルツボ２１を加熱するためのものである。
次に、上記結晶育成装置２０を用いた上記単結晶の育成方法について説明する。
まずＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末を用意する。
そして、育成すべき単結晶の組成、即ち、上記一般式（１）におけるｘ、ｙ、ｚが決定されたならば、その組成に基づいてＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の配合率を決定する。このとき、上記Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末は、次の通りにする。
即ち、Ｔｂ４Ｏ７粉末の配合率は通常、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準として、２１．０〜２３．１モル％とする。
Ｓｃ２Ｏ３粉末の配合率は通常、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準として、３０．８〜３３．５モル％とする。
Ａｌ２Ｏ３粉末の配合率は通常、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モルを基準として、４５．０〜４６．１モル％とする。そして、その決定された配合率で上記Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末を乾式混合して混合粉末を得る。
次に、上記混合粉末をルツボ２１に詰める。
続いて、高周波コイル２３に電流を印加する。すると、ルツボ２１が加熱され、ルツボ２１内で混合粉末が溶融され、融液２４が得られる。続いて、棒状の種結晶２５を用意し、その種結晶２５の先端を融液２４に漬けた後、種結晶２５を所定の回転数で回転させながら、所定の引上げ速度で引き上げる。
このとき、種結晶２５としては、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）などのガーネット型単結晶を用いることができる。
種結晶２５の回転数は、好ましくは３〜５０ｒｐｍとし、より好ましくは３〜１０ｒｐｍとする。
種結晶２５の引き上げ速度は、好ましくは０．１〜３ｍｍ／ｈとし、より好ましくは０．２〜１ｍｍ／ｈとする。
種結晶２５の引上げは、不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましく、不活性ガスとしては、通常は窒素が用いられる。また種結晶２５の引上げは通常は、大気圧下で行う。
こうして種結晶２５を引き上げると、種結晶２５の先端に、上記一般式（１）で表されるバルク状の単結晶２６を得ることができる。
次に、本発明のレーザ加工機について図３を参照しながら詳細に説明する。なお、図３において、図１と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図３は、本発明のレーザ加工機の一実施形態を示す概略図である。図３に示すように、レーザ加工機１００は、レーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射されるレーザ光Ｌの光路Ｐ上に配置される光アイソレータ１０とを備えている。このレーザ加工機１００によれば、レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌが光アイソレータ１０を通って出射され、その出射光により被加工体Ｑを加工することが可能となっている。
ここで、光アイソレータ１０のファラデー回転子に用いられるガーネット型単結晶は透明性を有するため、ガーネット型単結晶による光の吸収が小さくなる。このため、ファラデー回転子３の光による耐ダメージ性を高くすることもできる。
また、ファラデー回転子３として使用する上記ガーネット型単結晶では、結晶内の格子欠陥等を抑制できるため、クラックが発生しないようにすることができる。このため、光アイソレータ１０の長寿命化が可能となる。その結果、レーザ加工機１００において、光アイソレータ１０の交換頻度を減らすことが可能となる。
レーザ光源１１としては、例えば発振波長が１０６４ｎｍ以上であるレーザ光源、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザまたは発振波長が１０８０ｎｍのＹｂドープファイバレーザを用いることができる。またレーザ光源１１としては、発振波長が１０６４ｎｍ未満であるレーザ光源を使用することも可能である。発振波長が１０６４ｎｍ未満のレーザ光源としては、例えば発振波長が４００〜７００ｎｍであるレーザ光源を用いることが可能である。発振波長が４００〜７００ｎｍであるレーザ光源としては、例えば発振波長が４０５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザや、発振波長が７００ｎｍのチタンサファイアレーザなどが挙げられる。なお、レーザ光源１１の発振波長は、７００〜１０６４ｎｍの範囲内、例えば８００ｎｍ付近、又は１０３０〜１０８０ｎｍであってもよい。
また上記実施形態では、ガーネット型単結晶は、レーザ加工機の光アイソレータに使用されているが、光アイソレータに限らず、ファラデー回転子を使用しファラデー回転角の変化を計測することで磁界の変化を観測する光磁界センサなどにも適用可能である。またガーネット型単結晶は、ファラデー回転子以外の用途にも使用可能である。
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
まずＴｂ４Ｏ７粉末（純度９９．９９％）、Ｓｃ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）およびＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得た。このとき、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の配合率はそれぞれ、２３．１モル％、３０．８モル％及び４６．１モル％とした。
まずＴｂ４Ｏ７粉末（純度９９．９９％）、Ｓｃ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）およびＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得た。このとき、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の配合率はそれぞれ、２３．１モル％、３０．８モル％及び４６．１モル％とした。
続いて、上記混合粉末を、直径５０ｍｍ、深さ５０ｍｍの筒状のルツボ２１に詰めた。
次に、高周波コイル２３に電流を印加してルツボ２１を加熱して混合粉末を溶融させ、融液２４を得た。続いて、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）からなる３×３×７０ｍｍの角棒状の種結晶２５を用意し、その種結晶２５の先端を融液２４に漬けた後、種結晶２５を、１０ｒｐｍの回転数で回転させながら、１ｍｍ／ｈの引上げ速度で引き上げた。このとき、筒状容器２２内に２Ｌ／ｍｉｎの流量で窒素を流し込み、大気圧下、窒素雰囲気で種結晶２５の引上げを行った。こうして直径約２．５ｃｍ、長さ約５ｃｍの透明な単結晶を得た。
こうして得られた単結晶についてＸ線回折を行ったところ、Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２のピークが確認された。また、得られた単結晶について、ブルカー エイエックスエス社製ＳＭＡＲＴ ＡＰＥＸを用いて単結晶Ｘ線回折による構造解析を行った結果、Ｔｂの一部がＳｃで置換され、Ｓｃの一部がＡｌで置換され、酸素原子の一部が欠損していることが確認された。
さらに、上記単結晶については、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）による化学分析を行い、単結晶の組成（Ｔｂ、Ｓｃ、Ａｌ及びＯの原子数比）を確認した。ＩＣＰによる化学分析は、具体的には以下のようにして行った。即ちまず単結晶の直胴部下端から５０ｍｇを切り出して切出片を得た。次に、白金ルツボに切出片を入れ、続いて、４ホウ酸リチウム２５０ｍｇを加えた。続いて、この白金ルツボを高温加熱炉に収容して１０３０℃で２時間加熱し、切出片を融解させた。その後、白金ルツボを放冷した後、５０ｍｌのビーカーに切出片を入れ、さらにＨＣｌ２０ｍｌを加えた。次いで、ビーカーをホットプレート上に配置して緩やかに加熱し、切出片からＨＣｌ中に各元素成分（Ｔｂ、Ｓｃ及びＡｌ）を溶解させた。このとき、ビーカー内に得られた溶液を５０ｍｌにメスアップし、この溶液について、ＩＣＰによる化学分析を行った。この結果、（Ｔｂ２．９６Ｓｃ０．０４）（Ｓｃ１．８７Ａｌ０．１３）Ａｌ３Ｏ１１．９の組成を有する単結晶が得られていることが確認された。
（実施例２）
まずＴｂ４Ｏ７粉末（純度９９．９９％）、Ｓｃ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）およびＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得た。このとき、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の配合率はそれぞれ、２２．１モル％、３２．１モル％及び４５．８モル％とした。
まずＴｂ４Ｏ７粉末（純度９９．９９％）、Ｓｃ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）およびＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得た。このとき、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の配合率はそれぞれ、２２．１モル％、３２．１モル％及び４５．８モル％とした。
続いて、上記混合粉末を、直径５０ｍｍ、深さ５０ｍｍの筒状のルツボ２１に詰めた。
その後は、実施例１と同様にして単結晶を育成した。こうして直径約２．５ｃｍ、長さ約５ｃｍの透明な単結晶を得た。
こうして得られた単結晶についてＸ線回折を行ったところ、Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２のピークが確認された。また、得られた単結晶について、単結晶Ｘ線回折による構造解析を行った結果、Ｔｂの一部がＳｃで置換され、Ｓｃの一部がＡｌで置換され、酸素原子の一部が欠損していることが確認された。
さらに、単結晶については、実施例１と同様にしてＩＣＰによる化学分析を行ったところ、（Ｔｂ２．９４Ｓｃ０．０６）（Ｓｃ１．９１Ａｌ０．０９）Ａｌ３Ｏ１１．９の組成を有する単結晶が得られていることが確認された。
（実施例３）
まずＴｂ４Ｏ７粉末（純度９９．９９％）、Ｓｃ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）およびＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得た。このとき、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の配合率はそれぞれ、２１．２モル％、３３．３モル％及び４５．５モル％とした。
まずＴｂ４Ｏ７粉末（純度９９．９９％）、Ｓｃ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）およびＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得た。このとき、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の配合率はそれぞれ、２１．２モル％、３３．３モル％及び４５．５モル％とした。
続いて、上記混合粉末を、直径５０ｍｍ、深さ５０ｍｍの筒状のルツボ２１に詰めた。
その後は、実施例１と同様にして単結晶を育成した。こうして直径約２．５ｃｍ、長さ約５ｃｍの透明な単結晶を得た。
こうして得られた単結晶についてＸ線回折を行ったところ、Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２のピークが確認された。また、得られた単結晶について、単結晶Ｘ線回折による構造解析を行った結果、Ｔｂの一部がＳｃで置換され、Ｓｃの一部がＡｌで置換され、酸素原子の一部が欠損していることが確認された。
さらに、単結晶については、実施例１と同様にしてＩＣＰによる化学分析を行ったところ、（Ｔｂ２．９１Ｓｃ０．０９）（Ｓｃ１．９７Ａｌ０．０３）Ａｌ３Ｏ１１．９の組成を有する単結晶が得られていることが確認された。
（実施例４）
まずＴｂ４Ｏ７粉末（純度９９．９９％）、Ｓｃ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）およびＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得た。このとき、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の配合率はそれぞれ、２２．６モル％、３１．４モル％及び４６．０モル％とした。
まずＴｂ４Ｏ７粉末（純度９９．９９％）、Ｓｃ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）およびＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得た。このとき、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の配合率はそれぞれ、２２．６モル％、３１．４モル％及び４６．０モル％とした。
続いて、上記混合粉末を、直径５０ｍｍ、深さ５０ｍｍの筒状のルツボ２１に詰めた。
その後は、実施例１と同様にして単結晶を育成した。こうして直径約２．５ｃｍ、長さ約５ｃｍの透明な単結晶を得た。
こうして得られた単結晶についてＸ線回折を行ったところ、Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２のピークが確認された。また、得られた単結晶について、単結晶Ｘ線回折による構造解析を行った結果、Ｔｂの一部がＳｃで置換され、Ｓｃの一部がＡｌで置換され、酸素原子の一部が欠損していることが確認された。
さらに、単結晶については、実施例１と同様にしてＩＣＰによる化学分析を行ったところ、（Ｔｂ２．９９Ｓｃ０．０１）（Ｓｃ１．８５Ａｌ０．１５）Ａｌ３Ｏ１１．９の組成を有する単結晶が得られていることが確認された。
（比較例１）
まずＴｂ４Ｏ７粉末（純度９９．９９％）、Ｓｃ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）およびＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得た。このとき、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の配合率はそれぞれ、２２．７モル％、３１．３モル％及び４６．０モル％とした。
まずＴｂ４Ｏ７粉末（純度９９．９９％）、Ｓｃ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）およびＡｌ２Ｏ３粉末（純度９９．９９％）を用意し、これらの粉末を乾式混合し、混合粉末を得た。このとき、Ｔｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末およびＡｌ２Ｏ３粉末の合計モル数を基準（１００モル％）としたＴｂ４Ｏ７粉末、Ｓｃ２Ｏ３粉末及びＡｌ２Ｏ３粉末の配合率はそれぞれ、２２．７モル％、３１．３モル％及び４６．０モル％とした。
続いて、上記混合粉末を、直径５０ｍｍ、深さ５０ｍｍの筒状のルツボ２１に詰めた。
その後は、実施例１と同様にして単結晶を育成した。こうして直径約２．５ｃｍ、長さ約５ｃｍの透明な単結晶を得た。
こうして得られた単結晶についてＸ線回折を行ったところ、Ｔｂ３Ｓｃ２Ａｌ３Ｏ１２のピークが確認された。また、得られた単結晶について、単結晶Ｘ線回折による構造解析を行った結果、Ｓｃの一部がＡｌで置換され、酸素原子の一部が欠損していることが確認された。
さらに、単結晶については、実施例１と同様にしてＩＣＰによる化学分析を行ったところ、Ｔｂ３（Ｓｃ１．８５Ａｌ０．１５）Ａｌ３Ｏ１１．８の組成を有する単結晶が得られていることが確認された。
［特性評価］
（１）クラックの有無
実施例１〜４及び比較例１の単結晶から、電着ダイヤモンドブレードを装着した内周刃切断機によって約２ｃｍ厚の結晶塊を切り出し、単結晶における切り出し時のクラックの有無を目視にて調べた。結果を表１に示す。
（１）クラックの有無
実施例１〜４及び比較例１の単結晶から、電着ダイヤモンドブレードを装着した内周刃切断機によって約２ｃｍ厚の結晶塊を切り出し、単結晶における切り出し時のクラックの有無を目視にて調べた。結果を表１に示す。
（２）ファラデー回転角
上記のようにして得られた実施例１〜４及び比較例１の単結晶について、６３３ｎｍ、１０６４ｎｍ及び１３０３ｎｍの波長におけるファラデー回転角を測定した。ファラデー回転角の測定は以下のようにして行った。即ちまず偏光子と検光子との間に単結晶を配置しない状態で検光子を回転させて消光状態にした。次に、実施例１〜４及び比較例１の単結晶を、３．５×３．５×２０ｍｍの角棒状に切り出し、これを、偏光子と検光子との間に配置し、単結晶の長手方向に沿って０．４２Ｔの磁束密度を印加した状態で光を入射し、再度検光子を回転させて消光状態にした。そして、偏光子と検光子との間に単結晶を挟む前の検光子の回転角と、単結晶を挟んだ後の検光子の回転角との差を算出し、この角度差をファラデー回転角とした。このとき、ファラデー回転角は、光源波長６３３ｎｍ、１０６４ｎｍおよび１３０３ｎｍのそれぞれについて測定した。結果を表１に示す。
上記のようにして得られた実施例１〜４及び比較例１の単結晶について、６３３ｎｍ、１０６４ｎｍ及び１３０３ｎｍの波長におけるファラデー回転角を測定した。ファラデー回転角の測定は以下のようにして行った。即ちまず偏光子と検光子との間に単結晶を配置しない状態で検光子を回転させて消光状態にした。次に、実施例１〜４及び比較例１の単結晶を、３．５×３．５×２０ｍｍの角棒状に切り出し、これを、偏光子と検光子との間に配置し、単結晶の長手方向に沿って０．４２Ｔの磁束密度を印加した状態で光を入射し、再度検光子を回転させて消光状態にした。そして、偏光子と検光子との間に単結晶を挟む前の検光子の回転角と、単結晶を挟んだ後の検光子の回転角との差を算出し、この角度差をファラデー回転角とした。このとき、ファラデー回転角は、光源波長６３３ｎｍ、１０６４ｎｍおよび１３０３ｎｍのそれぞれについて測定した。結果を表１に示す。
表１に示す結果より、実施例１〜４の単結晶は、透明性を有し、切り出し時のクラックの発生を十分に抑制できることが分かった。これに対し、比較例１の単結晶は、透明ではあったものの、切り出し時にクラックが発生することが分かった。
以上より、本発明のガーネット型単結晶は、透明性を有し、クラックの発生を十分に抑制できることが確認された。
１…偏光子
２…検光子
３…ファラデー回転子
１０…光アイソレータ
１００…レーザ加工機
２…検光子
３…ファラデー回転子
１０…光アイソレータ
１００…レーザ加工機
Claims (6)
- 下記一般式：
（Ｔｂ３−ｘＳｃｘ）（Ｓｃ２−ｙＡｌｙ）Ａｌ３Ｏ１２−ｚ （１）
（式中、ｘは、０＜ｘ＜０．１を満たす。）
で表されることを特徴とするガーネット型単結晶。 - ファラデー回転子に用いられる請求項１に記載のガーネット型単結晶。
- 前記一般式（１）において、ｙ及びｚが下記式：
０≦ｙ≦０．２
０≦ｚ≦０．３
を満たす請求項１又は２に記載のガーネット型単結晶。 - 前記一般式（１）において、ｘ、ｙ及びｚが下記式：
０．０５≦ｘ≦０．０７
０．０７≦ｙ≦０．１１
０．０８≦ｚ≦０．１２
を満たす請求項１〜３のいずれか一項に記載のガーネット型単結晶。 - ファラデー回転子を有する光アイソレータであって、
前記ファラデー回転子が、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガーネット型単結晶で構成されている光アイソレータ。 - 請求項５に記載の光アイソレータを有するレーザ加工機。
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