JP5967720B2 - 透光性焼成体とこれを用いたファラデー回転子及び光アイソレータ - Google Patents

透光性焼成体とこれを用いたファラデー回転子及び光アイソレータ Download PDF

Info

Publication number
JP5967720B2
JP5967720B2 JP2013232751A JP2013232751A JP5967720B2 JP 5967720 B2 JP5967720 B2 JP 5967720B2 JP 2013232751 A JP2013232751 A JP 2013232751A JP 2013232751 A JP2013232751 A JP 2013232751A JP 5967720 B2 JP5967720 B2 JP 5967720B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
faraday rotator
optical isolator
fired body
light
transmittance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013232751A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015093791A (ja
Inventor
聡明 渡辺
聡明 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to JP2013232751A priority Critical patent/JP5967720B2/ja
Priority to US14/534,907 priority patent/US9778495B2/en
Priority to CA2870448A priority patent/CA2870448A1/en
Priority to EP14192206.2A priority patent/EP2871171B1/en
Publication of JP2015093791A publication Critical patent/JP2015093791A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5967720B2 publication Critical patent/JP5967720B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/553—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on fluorides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0064—Anti-reflection devices, e.g. optical isolaters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Description

本発明は、光通信や光計測で用いるファラデー回転子の材料として好適な透光性に優れた焼成体とこの焼成体を用いたファラデー回転子及び光アイソレータに関する。
光通信や光計測では、半導体レーザから出た光が伝送路途中に設けられた部材表面からの反射光として半導体レーザに戻ってくると、レーザ発振が不安定になる。この反射戻り光を遮断するために、偏光面を非相反で回転させるファラデー回転子を用いた光アイソレータが用いられている。
この光アイソレータの構造は、図２に示すように、ファラデー回転子１、このファラデー回転子１の光入射側及び光出射側に配置された偏光子２、磁石３及びＳＵＳリング４などで構成されている。このファラデー回転子１の材料としては、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。
特に、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１の厚さを薄くする必要があるため、光の減衰がなく、光の透過率が高い材料が好都合であるとされている。そして、このファラデー回転子１の材料として、従来から、酸化イッテルビウム（Yb2O3）などの焼成体が用いられている。
例えば、特許文献１には、酸化イッテルビウム（Yb2O3）を質量比で３０％以上含む透明な酸化物は、光の波長320〜800nmの範囲において、ベルデー定数が大きく、光の吸収もほとんどみられないから、光アイソレータのファラデー回転子の材料として、小型化に好適である旨記載されている。
しかし、特許文献１に記載されている従来の材料では、光の波長が400nm以下では透過率が急激に落ちるという問題が指摘されている。特に、従来の材料でファラデー回転子を作製した場合、325nmでの透過率が50%以下となり、さらに短波長の場合では、光が透過しないという問題がある。
特開２０１１−１５０２０８号
そこで、本発明の目的は、上記のような事情に鑑み、光の波長が短波長の範囲でも透過率が高い透光性に優れた焼成体とこの焼成体を用いたファラデー回転子及び光アイソレータを提供することである。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行ったところ、従来のYb2O3の酸化物材料から、YbF3のフッ化物材料に変えたところ、短波長域の透過率が著しく改善され、しかも所定のベルデー定数が確保されることを知見し、本発明に至ったものである。
本発明の焼成体は、Ce、Pr、Sm、Eu、Yから選ばれる1種以上の元素を、次の組成比で含むことを特徴とするものである。
Ca（1-x-y）YbxRyF2+x+y、0.4≦x≦1.0、0<y≦0.5
但し、Rは、Ce、Pr、Sm、Eu、Yから選ばれる1種以上の元素。
本発明によれば、光の短波長の範囲でも透過率が高いから、短波長の光アイソレータのファラデー回転子の材料として好適であり、同波長域で透過率の高い光アイソレータを可能とするものである。
図１は、Ca0.5Yb0.5F2.5とYbYO3の波長と透過率の関係を示すグラフである。 図２は、光アイソレータの構造を示す概略図である。
以下、本発明の実施態様について説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。
本発明の焼成体は、Ce、Pr、Sm、Eu、Yから選ばれる1種以上の元素を含むことができるものであり、その場合の組成比は、
Ca（1-x-y）YbxRyF2+x+y、0.4≦x≦1.0、0<y≦0.5
但し、Rは、Ce、Pr、Sm、Eu、Yから選ばれる1種以上の元素というものである。
そして、本発明の焼成体では、優れた透光性の他に大きなベルデー定数が確保されるから、光通信や光計測で用いるファラデー回転子の材料として好適であり、この焼成体で作製されたファラデー回転子を用いて光アイソレータを構成すれば、同波長域で透過率の高い光アイソレータを可能とするものである。
以下、本発明の実施例についてさらに詳細に説明する。
〈参考例１〉
フッ化カルシウム（CaF2）水溶液とフッ化イッテルビウム水溶液をモル比が0.4対0.6、0.5対0.5、0.4対0.6、0.2対0.8、0.0対1.0となるように混合すると共に、酢酸を滴下して沈殿させ、この沈殿物を乾燥することで前記比率の粉末のフッ化物を得た。次いで、この粉末を金型プレスで成形し、700℃以上1300℃以下に加熱することにより、相対密度を95%以上とする焼成体を製造した。
また、その焼成体をアルゴン又は窒素などの不活性雰囲気中で、500kg/cm2以上3000kg/cm2以下の圧力をかけながら、1000℃以上1300℃以下の温度で熱間等方圧加熱（HIP）を行うことにより、焼成体の相対密度を99%以上として、透光性焼成体を製造した。
さらに、この透光性焼成体を外径φ5mm×厚み4mmに整形し、φ5mmの両面を研磨加工して、325nm、194nmにおける透過率及びベルデー定数の測定を行ったところ、その結果は、次の表１のとおりである。なお、表１の組成比では、Fの比率の表示を省略している。
また、Ca0.5Yb0.5F2.5については、透過スペクトルの測定を行ったところ、その結果は、図１に示すとおりである。
Figure 0005967720
この表１の結果から、光の波長が325nmや194nmの場合でも透過率が何れも70％以上と高いものであり、Caを含む場合は、透過率が何れも86％以上と高く、ベルデー定数の大きな材料を得ることが確認できた。
<比較例１>
Yb2O3:Y2O3がモル比で50:50、60:40の酸化物単結晶をFZ法で作成し、参考例１の場合と同様な形状に加工し、光の波長が325nm及び194nmの透過率の測定を行うと共に、325nmの場合では、ベルデー定数の測定をも行った。表２にその結果を示す。また、50:50の試料については、その透過スペクトルの測定も行ったところ、その結果を図１に示す。
Figure 0005967720
表２の結果から、比較例１では、325nmの透過率が何れも50%以下であった。また、194nmでは、その透過率が低いために、ベルデー定数の測定はできなかった。
<実施例１>
参考例１と同様の手法で、フッ化カルシウム（CaF2）とフッ化イッテルビウム、フッ化希土類混合物の粉末を得た。次いで、この粉末を金型プレスで成形し、700℃以上1300℃以下に加熱することにより、相対密度を95%以上とする焼成体を製造した。
また、この焼成体をアルゴン又は窒素などの不活性雰囲気中で、500kg/cm2以上3000kg/cm2以下の圧力をかけながら、1000℃以上1300℃以下の温度で熱間等方圧加熱（HIP）を行うことにより、焼成体の相対密度を99%以上として、透光性焼成体を製造した。
さらに、この透光性焼成体を外径φ5mm×厚み4mmに整形し、φ5mmの両面を研磨加工して、光の波長が325nm、194nmにおける透過率及びベルデー定数の測定を行ったところ、その結果は、次の表３のとおりである。なお、表３の組成比でも、Fの比率の表示を省略している。
Figure 0005967720
この表３の結果から、光の波長が325nmや194nmの場合でも透過率が何れも84％以上と高く、ベルデー定数の大きな材料を得ることが確認できた。
<参考例２>
参考例１で得られたCa0.2Yb0.8F2.8焼成体を外径φ5mm×厚み5.2mmに整形し、この両端を研磨加工すると共に、さらに両端に325nmの対空気ARコートを施し、これを磁石中に配置して、ファラデー回転子を構成した。次いで、このファラデー回転子の挿入損失及び消光比を測定したところ、挿入損失0.2dB、消光比35dBというファラデー回転子にとって良好な値を得ることができた。
また、その磁石両端部にMgF2製のグラントムソンプリズム（挿入損失0.5dB、消光比48dB）を相対角度が45度になるよう設定・固定して、光アイソレータを構成した。次いで、この光アイソレータの挿入損失を測定したところ、順方向挿入損失1.2dB、逆方向挿入損失32.5dBという光アイソレータにとって良好な値を得ることができた。
<参考例３>
参考例1で得られたCa0.2Yb0.8F2.8焼成体を外径φ5mm×厚み2.0mmに整形し、この両端を研磨加工すると共に、さらに両端に194nmの対空気ARコートを施し、これを磁石中に配置して、ファラデー回転子を構成した。次いで、このファラデー回転子の挿入損失及び消光比を測定したところ、挿入損失0.3dB、消光比33dBというファラデー回転子にとって良好な値を得ることができた。
また、その磁石両端部にMgF2製のグラントムソンプリズム（挿入損失0.65dB、消光比45dB）を相対角度が45度になるよう設定・固定して、光アイソレータを構成した。次いで、この光アイソレータの挿入損失を測定したところ、順方向挿入損失1.6dB、逆方向挿入損失31.2dBという光アイソレータにとって良好な値を得ることができた。
１ ファラデー回転子
２ 偏光子（グラントムソン）
３ 磁石
４ ＳＵＳリング

Claims (3)

  1. 組成比が
    Ca（1-x-y）YbxRyF2+x+y、0.4≦x≦1.0、0<y≦0.5
    で表されることを特徴とする透光性に優れた焼成体。
    但し、Rは、Ce、Pr、Sm、Eu、Yから選ばれる1種以上の元素。
  2. 請求項１に記載の焼成体によって作製されることを特徴とするファラデー回転子。
  3. 請求項２に記載のファラデー回転子を用いて構成されることを特徴とする光アイソレータ。
JP2013232751A 2013-11-11 2013-11-11 透光性焼成体とこれを用いたファラデー回転子及び光アイソレータ Active JP5967720B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013232751A JP5967720B2 (ja) 2013-11-11 2013-11-11 透光性焼成体とこれを用いたファラデー回転子及び光アイソレータ
US14/534,907 US9778495B2 (en) 2013-11-11 2014-11-06 Translucent sintered body, a Faraday rotator made of this sintered body, and an optical isolator
CA2870448A CA2870448A1 (en) 2013-11-11 2014-11-06 A translucent sintered body, a faraday rotator made of this sintered body, and an optical isolator
EP14192206.2A EP2871171B1 (en) 2013-11-11 2014-11-07 A translucent sintered body, a faraday rotator made of this sintered body and an optical

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013232751A JP5967720B2 (ja) 2013-11-11 2013-11-11 透光性焼成体とこれを用いたファラデー回転子及び光アイソレータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015093791A JP2015093791A (ja) 2015-05-18
JP5967720B2 true JP5967720B2 (ja) 2016-08-10

Family

ID=51900173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013232751A Active JP5967720B2 (ja) 2013-11-11 2013-11-11 透光性焼成体とこれを用いたファラデー回転子及び光アイソレータ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9778495B2 (ja)
EP (1) EP2871171B1 (ja)
JP (1) JP5967720B2 (ja)
CA (1) CA2870448A1 (ja)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005001933A (ja) * 2003-06-11 2005-01-06 Fujikura Ltd 金属フッ化物体とその製造方法
CN101514491A (zh) * 2009-02-27 2009-08-26 中国科学院上海硅酸盐研究所 Ba3BP3O12晶体及其生长方法与应用
JP5528827B2 (ja) 2010-01-25 2014-06-25 信越化学工業株式会社 光アイソレータ
WO2012133200A1 (ja) * 2011-03-28 2012-10-04 独立行政法人物質・材料研究機構 ファラデー回転子、光アイソレーター及び光加工器
CN103930386B (zh) * 2011-11-17 2016-10-26 株式会社尼康 一种CaF2类透光性陶瓷及其制造方法
TWI483002B (zh) * 2011-12-08 2015-05-01 Shinetsu Chemical Co 光隔離器
RU2484187C1 (ru) * 2011-12-08 2013-06-10 Закрытое акционерное общество "ИНКРОМ" (ЗАО "ИНКРОМ") Лазерная фторидная нанокерамика и способ ее получения
US9581742B2 (en) * 2012-11-20 2017-02-28 Corning Incorporated Monolithic, linear glass polarizer and attenuator

Also Published As

Publication number Publication date
US20150131149A1 (en) 2015-05-14
JP2015093791A (ja) 2015-05-18
CA2870448A1 (en) 2015-05-11
EP2871171B1 (en) 2018-10-17
EP2871171A1 (en) 2015-05-13
US9778495B2 (en) 2017-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5979317B2 (ja) 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
JP6135766B2 (ja) 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
US11472745B2 (en) Paramagnetic garnet-type transparent ceramic, magneto-optical material, and magneto-optical device
CA2979022C (en) Magneto-optical material, method for producing same and magneto-optical device
JP6243829B2 (ja) １μｍ帯光アイソレータ
JP2023039976A (ja) 光アイソレータ用ファラディ回転子
JP6137044B2 (ja) 磁気光学材料及び磁気光学デバイス
JPWO2014006947A1 (ja) 透光性希土類ガリウムガーネットセラミックスとその製造方法及びファラデー回転子
JP6052800B2 (ja) 光アイソレータ
JP5967720B2 (ja) 透光性焼成体とこれを用いたファラデー回転子及び光アイソレータ
JP2015125375A (ja) 光アイソレータ
JP5695594B2 (ja) 磁気光学素子用焼結体及び磁気光学素子
JP6187379B2 (ja) 磁気光学材料及び磁気光学デバイス
WO2022230528A1 (ja) 光アイソレータ
JP2020085957A (ja) 光アイソレータ及びファラデー回転子
JP2022019246A (ja) 磁気光学材料及び磁気光学デバイス

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151027

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160125

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160601

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160613

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160630

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160630

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5967720

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150