JP6881390B2 - Paramagnetic garnet type transparent ceramics, magneto-optical materials and magneto-optical devices - Google Patents

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本発明は、常磁性ガーネット型透明セラミックスに関し、より詳細には、光アイソレータなどの磁気光学デバイスを構成するのに好適なテルビウムを含むガーネット型透明セラミックスからなる磁気光学材料、並びに該磁気光学材料を用いた磁気光学デバイスに関する。 The present invention relates to a paramagnetic garnet-type transparent ceramic, and more specifically, a magneto-optical material made of a garnet-type transparent ceramic containing terbium suitable for forming a magneto-optical device such as an optical isolator, and the magneto-optical material. Regarding the magneto-optical device used.

近年、高出力化が可能となってきたこともあり、ファイバーレーザーを用いたレーザー加工機の普及が目覚しい。ところで、レーザー加工機に組み込まれるレーザー光源は、外部からの光が入射すると共振状態が不安定化し、発振状態が乱れる現象が起こる。特に発振された光が途中の光学系で反射されて光源に戻ってくると、発振状態は大きく撹乱される。これを防止するために、通常光アイソレータが光源の手前等に設けられる。 In recent years, it has become possible to increase the output, and the spread of laser processing machines using fiber lasers is remarkable. By the way, when a laser light source incorporated in a laser processing machine is incident with light from the outside, the resonance state becomes unstable and the oscillation state is disturbed. In particular, when the oscillated light is reflected by the optical system in the middle and returns to the light source, the oscillating state is greatly disturbed. In order to prevent this, an optical isolator is usually provided in front of the light source or the like.

光アイソレータは、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とからなる。また、ファラデー回転子は、光の進行方向に平行に磁界を加えて利用する。このとき、光の偏波線分はファラデー回転子中を前進しても後進しても一定方向にしか回転しなくなる。更に、ファラデー回転子は光の偏波線分が丁度45度回転される長さに調整される。ここで、偏光子と検光子の偏波面を前進する光の回転方向に45度ずらしておくと、前進する光の偏波は偏光子位置と検光子位置で一致するため透過する。他方、後進する光の偏波は検光子位置から45度ずれている偏光子の偏波面のずれ角方向とは逆回転に45度回転することになる。
すると、偏光子位置における戻り光の偏波面は偏光子の偏波面に対して45度−(−45度)=90度のずれとなり、偏光子を透過できない。こうして前進する光は透過、出射させ、後進する戻り光は遮断する光アイソレータとして機能する。
The optical isolator includes a Faraday rotator, a polarizer arranged on the light incident side of the Faraday rotator, and an analyzer arranged on the light emitting side of the Faraday rotator. Further, the Faraday rotator is used by applying a magnetic field parallel to the traveling direction of light. At this time, the polarization line component of light rotates only in a certain direction regardless of whether the Faraday rotator moves forward or backward. Further, the Faraday rotator is adjusted to a length in which the polarization line segment of light is rotated by exactly 45 degrees. Here, if the planes of polarization of the polarizer and the analyzer are shifted by 45 degrees in the direction of rotation of the advancing light, the polarized light of the advancing light is transmitted because it coincides with the polarizer position and the analyzer position. On the other hand, the polarization of the backward light is rotated by 45 degrees in the opposite direction to the deviation angle direction of the polarization plane of the polarizer, which is deviated by 45 degrees from the analyzer position.
Then, the plane of polarization of the return light at the position of the polarizer has a deviation of 45 degrees − (−45 degrees) = 90 degrees with respect to the plane of polarization of the polarizer, and the polarizer cannot be transmitted. The light that advances in this way is transmitted and emitted, and the return light that travels backward functions as an optical isolator that blocks it.

上記光アイソレータを構成するファラデー回転子として用いられる材料では、従来からTGG結晶(Tb3Ga512)とTSAG結晶((Tb(3-x)Scx)Sc2Al312)が知られている(特開2011−213552号公報(特許文献1)、特開2002−293693号公報(特許文献2))。TGG結晶は現在標準的なファイバーレーザー装置用として広く搭載されている。他方TSAG結晶のベルデ定数はTGG結晶の1.3倍程度あるとされており、こちらもファイバーレーザー装置に搭載されてもおかしくない材料であるが、Scが極めて高価な原料であるため、製造コストの面から採用が進んでいない。 TGG crystals (Tb 3 Ga 5 O 12 ) and TSAG crystals ((Tb (3-x) Sc x ) Sc 2 Al 3 O 12 ) have been conventionally known as materials used as Faraday rotators constituting the above optical isolators. (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-213552 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-293693 (Patent Document 2)). TGG crystals are now widely installed for standard fiber laser devices. On the other hand, the Verdet constant of the TSAG crystal is said to be about 1.3 times that of the TGG crystal, which is also a material that can be mounted on a fiber laser device, but since Sc is an extremely expensive raw material, the manufacturing cost is high. Adoption has not progressed in terms of.

その後も、特許第5611329号公報(特許文献3)や特許第5935764号公報(特許文献4)のようにTSAG結晶の開発は続けられているが、いずれもSc使用量の低減が達成できず、普及には至っていない。 Since then, the development of TSAG crystals has been continued as in Japanese Patent No. 5611329 (Patent Document 3) and Japanese Patent No. 5935764 (Patent Document 4), but the reduction in Sc usage cannot be achieved in any of them. It has not become widespread.

上記以外では、TSAGより更にベルデ定数が大きなファラデー回転子として、昔からTAG結晶(Tb3Al512)も知られている。ただしTAG結晶は分解溶融型結晶であるため、固液界面においてまずペロブスカイト相が最初に生成され、その後にTAG相が生成されるという制約があった。つまりTAG結晶のガーネット相とペロブスカイト相は常に混在した状態でしか結晶育成することができず、良質で大サイズのTAG結晶育成は実現していない。 Other than the above, a TAG crystal (Tb 3 Al 5 O 12 ) has long been known as a Faraday rotator having a Verdet constant larger than that of TSAG. However, since the TAG crystal is a decomposition-melt type crystal, there is a restriction that the perovskite phase is first formed at the solid-liquid interface, and then the TAG phase is formed. That is, the garnet phase and the perovskite phase of the TAG crystal can be grown only in a state where they are always mixed, and high-quality, large-sized TAG crystal growth has not been realized.

特許第3642063号公報(特許文献5)や特許第4107292号公報(特許文献6)には、この混晶を抑制する手段として、FZ育成用の多結晶原料棒、ないしは種結晶を多孔質とすることで、初相であるペロブスカイト相を多孔質媒体中に優先的に析出させる方式が提案されている。ただし、実際には溶融位置が移動するにつれてペロブスカイト相が析出しやすい位置も移動してしまうため、種結晶と多結晶原料棒の界面だけを多孔質化したからといって、ペロブスカイト相の析出を完全に抑制することは本質的に不可能であった。 In Japanese Patent No. 364203 (Patent Document 5) and Japanese Patent No. 41079292 (Patent Document 6), as a means for suppressing this mixed crystal, a polycrystalline raw material rod for growing FZ or a seed crystal is made porous. Therefore, a method has been proposed in which the perovskite phase, which is the initial phase, is preferentially precipitated in the porous medium. However, in reality, as the melting position moves, the position where the perovskite phase tends to precipitate also moves. Therefore, even if only the interface between the seed crystal and the polycrystalline raw material rod is made porous, the precipitation of the perovskite phase is caused. Complete suppression was essentially impossible.

このような制約がある中、特開2008−7385号公報(特許文献7)に、TAG組成の酸化物をセラミックスで作製し、しかも透光性を持たせる材料の提案がなされた。セラミックスは融点より100℃以上低温で焼結製造することができるため、単結晶育成では問題となっていた分解溶融の問題をクリアすることが可能となる。実際にTAGの分解が始まるのは1840℃以上であるため、この温度以下で理論密度ぎりぎりまで焼結緻密化することができれば、TAG単相の透明焼結体を得ることが可能となる。 Under such restrictions, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-7385 (Patent Document 7) has proposed a material in which an oxide having a TAG composition is made of ceramics and has translucency. Since ceramics can be sintered and manufactured at a temperature lower than the melting point by 100 ° C. or higher, the problem of decomposition and melting, which has been a problem in single crystal growth, can be solved. Since the decomposition of TAG actually starts at 1840 ° C. or higher, it is possible to obtain a TAG single-phase transparent sintered body if the TAG can be sintered and densified to the limit of the theoretical density at this temperature or lower.

特許文献7では、ガーネット構造を有し、テルビウム・アルミニウム酸化物からなるセラミックスの製造方法であって、原料を調合する工程と、仮焼する工程と、仮焼粉を粉砕する工程と、成形する工程と、焼成する工程とを備え、仮焼粉を粉砕する工程において、粉砕後の仮焼粉の平均粒径が0.2μm〜1.6μmであり、成形する工程において、成形後の密度が3.26g/cm3以上であると透光率の大きいTAGセラミックスが作製できるとしている。 Patent Document 7 is a method for producing ceramics having a garnet structure and made of terbium / aluminum oxide, which comprises a step of blending raw materials, a step of calcining, and a step of crushing calcined powder. In the step of crushing the calcined powder, which comprises a step and a firing step, the average particle size of the calcined powder after crushing is 0.2 μm to 1.6 μm, and in the molding step, the density after molding is high. It is said that TAG ceramics having a large translucency can be produced when the amount is 3.26 g / cm 3 or more.

ただし、特許文献7によると、その透光性は極めて不十分であり、たかだか厚み1.5mmでの直線透過率ですら、最大で35%にとどまっていた。ちなみにTAGを光アイソレータ等のファラデー素子として利用する場合、例えば1.06μm帯レーザー用ではその光を45度回転させるために必要な素子長は約15mm必要であり、これは該文献の略10倍の長さに相当する。厚み1.5mmで35%しか光が透過しない材料では、その素子長を10倍に伸ばすと透過率が0.01%未満、即ちほぼゼロとなってまったく機能しなくなってしまう。 However, according to Patent Document 7, the translucency is extremely insufficient, and even the linear transmittance at a thickness of 1.5 mm is only 35% at the maximum. By the way, when TAG is used as a Faraday element such as an optical isolator, for example, for a 1.06 μm band laser, the element length required to rotate the light by 45 degrees is required to be about 15 mm, which is about 10 times that of the document. Corresponds to the length of. In a material having a thickness of 1.5 mm and transmitting only 35% of light, if the element length is extended 10 times, the transmittance becomes less than 0.01%, that is, almost zero, and the material does not function at all.

即ち、たとえ異相発生を抑制可能なセラミックス製造法であっても、実用レベルのTAGはこれまで存在していなかった。なお、特許文献6にはTAG結晶中のTbの一部をCeで置換するとTAGに比べてベルデ定数が大きくなることが示されている。ベルデ定数が大きくなれば入射光を45度回転させるのに必要な素子長を短くすることができるため、トータルの吸収量は少なくなる。ただし厚み1.5mmでの直線透過率が35%では、たとえ素子長が半分になっても45度回転厚み透過率は1%未満であり、実用化には程遠い。 That is, even if it is a ceramics manufacturing method capable of suppressing the generation of different phases, a practical level TAG has not existed so far. In addition, Patent Document 6 shows that when a part of Tb in the TAG crystal is replaced with Ce, the Verdet constant becomes larger than that of TAG. If the Verdet constant is large, the element length required to rotate the incident light by 45 degrees can be shortened, so that the total absorption amount is reduced. However, when the linear transmittance at a thickness of 1.5 mm is 35%, the 45-degree rotation thickness transmittance is less than 1% even if the element length is halved, which is far from practical use.

特開2011−213552号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-21352 特開2002−293693号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-293693 特許第5611329号公報Japanese Patent No. 5611329 特許第5935764号公報Japanese Patent No. 5935764 特許第3642063号公報Japanese Patent No. 364203 特許第4107292号公報Japanese Patent No. 4107292 特開2008−7385号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-7385

Yan Lin Aung,Akio Ikesue, Development of optical grade (TbxY1-x)3Al5O12 ceramics as Faraday rotator material, J.Am.Ceram.Soc.,(2017),100(9),4081−4087Yan Lin Aung, Akio Ikesu, Devopment of optical grade (TbxY1-x) 3Al5O12 ceramics as Faraday rotator material, J.Am.Ceram

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、テルビウム及びルテチウムを含有する常磁性ガーネット型酸化物の焼結体であって、長さ25mmでの波長1064nmにおける直線透過率が83.5%以上ある常磁性ガーネット型透明セラミックス、磁気光学材料及び該磁気光学材料を用いた磁気光学デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a sintered body of a paramagnetic garnet-type oxide containing terbium and lutetium, and has a linear transmittance of 83.5% or more at a wavelength of 1064 nm at a length of 25 mm. It is an object of the present invention to provide a paramagnetic garnet type transparent ceramic, a magneto-optical material, and a magneto-optical device using the magneto-optical material.

ところで、上記のような状況の中で、最近、組成が(Tbx1-x3Al512(x=0.5〜1.0)である緻密なセラミック焼結体が既存のTGG結晶に比べて消光比が高く(既存の35dBが39.5dB以上に改善)、挿入損失も低減できる(既存の0.05dBが0.01〜0.05dBに改善)ことが開示された(非特許文献1)。この非特許文献1で開示された材料は、まずセラミックスであるため、TGG結晶で問題となっていたペロブスカイト異相の析出もなく、更にTbイオンの一部をYイオンで置換することで、更なる低損失化が可能になったものであり、きわめて高品質のガーネット型ファラデー回転子を得ることのできる材料である。ところが、本発明者が実際に追試をしてみると、かなり再現性が乏しく、TGG結晶よりも挿入損失が小さい高品質なセラミック焼結体はなかなか得られないことが確認された。
また、テルビウム及びルテチウムを含有する常磁性ガーネット型酸化物の焼結体が磁気光学材料として優れた特性を示すことも分かった。
本発明者はこれらの知見を基に鋭意検討を行い、本発明を成すに至った。
By the way, under the above circumstances, recently, a dense ceramic sintered body having a composition of (Tb x Y 1-x ) 3 Al 5 O 12 (x = 0.5 to 1.0) has already existed. It was disclosed that the extinction ratio is higher than that of TGG crystals (existing 35 dB is improved to 39.5 dB or more), and insertion loss can be reduced (existing 0.05 dB is improved to 0.01 to 0.05 dB). Non-Patent Document 1). Since the material disclosed in Non-Patent Document 1 is first of all ceramics, there is no precipitation of the perovskite heterogeneous phase, which has been a problem in TGG crystals, and further by substituting a part of Tb ions with Y ions. It is a material that enables low loss and can obtain extremely high quality garnet type Faraday rotators. However, when the present inventor actually conducted a follow-up test, it was confirmed that the reproducibility was considerably poor and it was difficult to obtain a high-quality ceramic sintered body having a smaller insertion loss than the TGG crystal.
It was also found that a sintered body of a paramagnetic garnet-type oxide containing terbium and lutetium exhibits excellent properties as a magneto-optical material.
The present inventor has made diligent studies based on these findings, and has come up with the present invention.

即ち、本発明は、下記の常磁性ガーネット型透明セラミックス、磁気光学材料及び磁気光学デバイスを提供する。
1.
下記式(1)で表される複合酸化物の焼結体であり、焼結助剤としてSiO2を0質量%超0.1質量%以下含有し、光路長25mmでの波長1064nmにおける直線透過率が83.5%以上であることを特徴とする常磁性ガーネット型透明セラミックス。
(Tb1-x-yLuxScy3(Al1-zScz512 (1)
(式中、0.05≦x<0.45、0<y<0.1、0.5<1−x−y<0.95、0.004<z<0.2である。)
2.
波長1064nmでのベルデ定数が30rad/(T・m)以上である1記載の常磁性ガーネット型透明セラミックス。
3.
光路長25mmにおける波長1064nmのレーザー光をビーム径1.6mm、入射パワー100Wで入射した場合の熱レンズによる焦点位置の最大変化量が0.25m以下である1又は2記載の常磁性ガーネット型透明セラミックス。
4.
ファラデー回転子として、光路長25mmでの波長1064nmにおける消光比が40dB以上である1〜3のいずれかに記載の常磁性ガーネット型透明セラミックス。
5.
散乱源体積濃度が3ppm以下である1〜4のいずれかに記載の常磁性ガーネット型透明セラミックス。
6.
1〜5のいずれかに記載の常磁性ガーネット型透明セラミックスからなる磁気光学材料。
7.
6記載の磁気光学材料を用いて構成される磁気光学デバイス。
8.
上記常磁性ガーネット型透明セラミックスをファラデー回転子として備え、該ファラデー回転子の光学軸上の前後に偏光材料を備えた波長帯0.9μm以上1.1μm以下で利用可能な光アイソレータである7記載の磁気光学デバイス。
That is, the present invention provides the following paramagnetic garnet type transparent ceramics, magneto-optical materials and magneto-optical devices.
1. 1.
It is a sintered body of a composite oxide represented by the following formula (1), contains SiO 2 as a sintering aid in an amount of more than 0% by mass and 0.1% by mass or less, and linearly transmits at a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm. Normal magnetic garnet type transparent ceramics characterized by a rate of 83.5% or more.
(Tb 1-xy Lu x Sc y ) 3 (Al 1-z Sc z ) 5 O 12 (1)
(In the formula, 0.05 ≦ x <0.45, 0 <y <0.1, 0.5 <1-x-y <0.95, 0.004 <z <0.2.)
2.
1. The paramagnetic garnet-type transparent ceramic according to 1, wherein the Verdet constant at a wavelength of 1064 nm is 30 rad / (Tm) or more.
3. 3.
The paramagnetic garnet type transparent according to 1 or 2, wherein the maximum amount of change in the focal position by the thermal lens when a laser beam having a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm is incident with a beam diameter of 1.6 mm and an incident power of 100 W is 0.25 m or less. Ceramics.
4.
The paramagnetic garnet-type transparent ceramic according to any one of 1 to 3, wherein the Faraday rotator has an optical path length of 25 mm and an extinction ratio of 40 dB or more at a wavelength of 1064 nm.
5.
The paramagnetic garnet type transparent ceramic according to any one of 1 to 4, wherein the scattering source volume concentration is 3 ppm or less.
6.
A magneto-optical material made of the paramagnetic garnet-type transparent ceramics according to any one of 1 to 5.
7.
A magneto-optical device configured by using the magneto-optical material according to 6.
8.
7. An optical isolator in which the paramagnetic garnet-type transparent ceramics are provided as a Faraday rotator, and polarizing materials are provided in front of and behind the optical axis of the Faraday rotator, and can be used in a wavelength band of 0.9 μm or more and 1.1 μm or less. Magneto-optic device.

本発明によれば、テルビウム及びルテチウムを含有する常磁性ガーネット型酸化物であって、高出力レーザー装置にまで適用できる真に実用的な透明性を有し、セラミックス焼結体のためスケールアップも容易な、真に実用的な常磁性ガーネット型の酸化物透明セラミック材料を提供できる。 According to the present invention, it is a paramagnetic garnet-type oxide containing terbium and lutetium, has truly practical transparency applicable to high-power laser devices, and can be scaled up because it is a ceramic sintered body. An easy, truly practical paramagnetic garnet-type transparent oxide ceramic material can be provided.

本発明に係る磁気光学材料をファラデー回転子として用いた光アイソレータの構成例を示す断面模式図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the optical isolator which used the magneto-optical material which concerns on this invention as a Faraday rotator. 実施例1、2の試料の光学外観チェック結果を示す写真であり、(a)は試料側面の外観、(b)は試料光学研磨面の外観である。It is a photograph which shows the optical appearance check result of the sample of Examples 1 and 2, (a) is the appearance of the side surface of a sample, (b) is the appearance of the optical polishing surface of a sample.

<常磁性ガーネット型透明セラミックス>
以下、本発明に係る常磁性ガーネット型透明セラミックスについて説明する。
本発明に係る透明セラミックス材料は、下記式(1)で表される複合酸化物の焼結体であり、焼結助剤としてSiO2を0質量%超0.1質量%以下含有し、光路長25mmでの波長1064nmにおける直線透過率が83.5%以上であることを特徴とする常磁性ガーネット型透明セラミックスである。
(Tb1-x-yLuxScy3(Al1-zScz512 (1)
(式中、0.05≦x<0.45、0<y<0.1、0.5<1−x−y<0.95、0.004<z<0.2である。)
<Paramagnetic garnet type transparent ceramics>
Hereinafter, the paramagnetic garnet type transparent ceramics according to the present invention will be described.
The transparent ceramic material according to the present invention is a sintered body of a composite oxide represented by the following formula (1), contains SiO 2 as a sintering aid in an amount of more than 0% by mass and 0.1% by mass or less, and has an optical path. It is a normal magnetic garnet type transparent ceramic characterized by having a linear transmittance of 83.5% or more at a wavelength of 1064 nm at a length of 25 mm.
(Tb 1-xy Lu x Sc y ) 3 (Al 1-z Sc z ) 5 O 12 (1)
(In the formula, 0.05 ≦ x <0.45, 0 <y <0.1, 0.5 <1-x-y <0.95, 0.004 <z <0.2.)

式(1)において、テルビウム(Tb)は鉄(Fe)を除く常磁性元素のなかで最大のベルデ定数をもつ材料であり、特にガーネット構造を有する酸化物中に含有される場合、波長1064nmにおいて完全に透明であるため、この波長域の光アイソレータに使用するには最も適した元素である。 In the formula (1), terbium (Tb) is a material having the largest Verdet constant among paramagnetic elements other than iron (Fe), and particularly when contained in an oxide having a garnet structure, at a wavelength of 1064 nm. Due to its complete transparency, it is the most suitable element for use in optical isolators in this wavelength range.

ルテチウム(Lu)はイオン半径がテルビウムよりも7%程度小さく、アルミニウムと化合して複合酸化物を形成する場合に、ペロブスカイト相よりもガーネット相を安定して形成し、かつ結晶子中の残存歪みを縮小することのできる材料であり、これにより異相による散乱、内部応力による消光比劣化及びテルビウムイオンのf−f遷移吸収を防止することができるため、本発明においては重要な構成元素である。更にテルビイオンの一部をルテチウムイオンで置換することにより、テルビウムに特有の価数変化に伴う焼結暴走や焼結ムラとなる粒成長暴走の発生しない高融点材料であるルテチウムで抑制する形となるため、材料全体の焼結性(昇温途中での化合反応や急激な相変化、これらに伴う急激な比重の変化)にムラがなくなり、セラミックス焼結体中の気孔残存量を1ppm以下に制限することが可能となる。このため、本発明においてルテチウムは好適な構成元素である。 Lutetium (Lu) has an ionic radius about 7% smaller than that of terbium, and when combined with aluminum to form a composite oxide, it forms a garnet phase more stably than the perovskite phase, and the residual strain in the crystallites. It is an important constituent element in the present invention because it is a material capable of reducing the amount of terbium ions, which can prevent scattering due to different phases, deterioration of the extinction ratio due to internal stress, and absorption of terbium ions in the fp transition. Furthermore, by substituting a part of terbium ion with lutetium ion, it becomes a form suppressed by lutetium, which is a high melting point material that does not cause sintering runaway due to valence change peculiar to terbium and grain growth runaway that causes sintering unevenness. Therefore, there is no unevenness in the sinterability of the entire material (combination reaction during temperature rise, sudden phase change, and sudden change in specific gravity due to these), and the residual amount of pores in the ceramic sintered body is limited to 1 ppm or less. It becomes possible to do. Therefore, lutetium is a suitable constituent element in the present invention.

アルミニウム(Al)はガーネット構造を有する酸化物中で安定に存在できる3価のイオンのなかで最小のイオン半径を有する材料であり、テルビウム含有の常磁性ガーネット型酸化物の格子定数を最も小さくすることのできる元素である。テルビウムの含有量を変えることなくガーネット構造の格子定数を小さくすることができると、単位長さあたりのベルデ定数を大きくすることができるため好ましい。実際TAGのベルデ定数はTGGのそれの1.25〜1.5倍に向上する。そのためテルビウムイオンの一部をルテチウムイオンで置換することでテルビウムの相対濃度を低下させた場合でも、単位長さ当りのベルデ定数をTGG同等、ないしは若干下回る程度にとどめることが可能となるため、本発明においては好適な構成元素である。 Aluminum (Al) is a material having the smallest ionic radius among trivalent ions that can stably exist in an oxide having a garnet structure, and minimizes the lattice constant of a terbium-containing paramagnetic garnet-type oxide. It is an element that can be used. It is preferable that the lattice constant of the garnet structure can be reduced without changing the terbium content because the Verdet constant per unit length can be increased. In fact, the Verdet constant of TAG is improved to 1.25 to 1.5 times that of TGG. Therefore, even if the relative concentration of terbium is reduced by substituting a part of terbium ions with lutetium ions, the Verdet constant per unit length can be kept at the same level as or slightly lower than TGG. It is a suitable constituent element in the invention.

スカンジウム(Sc)はガーネット構造を有する酸化物中でテルビウムのサイトにもアルミニウムの一部のサイトにも固溶することのできる中間的なイオン半径を有する材料であり、テルビウム及びルテチウムからなる希土類元素とアルミニウムとの配合比が秤量時のばらつきによって化学量論比からずれた場合に、ちょうど化学量論比に合うように、そしてこれにより結晶子の生成エネルギーを最小にするように、自らテルビウム及びルテチウムからなる希土類サイトとアルミニウムサイトへの分配比を調整して固溶することのできるバッファ材料である。また、アルミナ異相のガーネット母相に対する存在割合を1ppm以下に制限し、かつ、ペロブスカイト型の異相のガーネット母相に対する存在割合を1ppm以下に制限することのできる元素であり、本発明においては不可欠の元素である。 Scandium (Sc) is a rare earth element consisting of terbium and lutetium, which is an oxide having a garnet structure and has an intermediate ionic radius that can be dissolved in terbium sites and some sites of aluminum. When the compounding ratio of and aluminum deviates from the chemical quantity theory ratio due to variations during weighing, the terbium and itself are adjusted so as to exactly match the chemical quantity theory ratio and thereby minimize the energy of crystallite formation. It is a buffer material that can be solid-dissolved by adjusting the distribution ratio to rare earth sites and aluminum sites consisting of lutetium. Further, it is an element capable of limiting the abundance ratio of the alumina heterophase to the garnet matrix to 1 ppm or less and limiting the abundance ratio of the perovskite type heterophase to the garnet matrix to 1 ppm or less, which is indispensable in the present invention. It is an element.

式(1)中、xの範囲は0.05≦x<0.45であり、0.1≦x≦0.4が好ましく、0.2≦x≦0.35がより好ましい。xがこの範囲にあると、ペロブスカイト型異相をX線回折(XRD)分析で検出されないレベルまで減少させることができる。更に光学顕微鏡観察で150μm×150μmの視野におけるペロブスカイト型の異相(典型的なサイズが直径1μm〜1.5μmで、薄茶色に着色して見える粒状のもの)の存在量が1個以下になるため好ましい。このときのペロブスカイト型の異相のガーネット母相に対する存在割合は1ppm以下となっている。同様にxが上記の範囲にあると、セラミック焼結体中に残存する気孔(典型的なサイズが直径0.5μm〜2.0μmで、HIP処理した場合球状の空隙となるもの)量が、光学顕微鏡観察で150μm×150μmの視野における存在量1個以下になるため好ましい。このときの気孔のガーネット母相に対する存在割合は1ppm以下となっている。 In the formula (1), the range of x is 0.05 ≦ x <0.45, preferably 0.1 ≦ x ≦ 0.4, and more preferably 0.2 ≦ x ≦ 0.35. When x is in this range, the perovskite-type heterogeneous phase can be reduced to levels not detected by X-ray diffraction (XRD) analysis. Furthermore, the abundance of perovskite-type heterogeneous phases (typically 1 μm to 1.5 μm in diameter and appearing to be colored light brown) in a field of view of 150 μm × 150 μm is reduced to one or less by optical microscope observation. preferable. At this time, the abundance ratio of the perovskite-type heterogeneous phase to the garnet matrix is 1 ppm or less. Similarly, when x is in the above range, the amount of pores remaining in the ceramic sintered body (typical size is 0.5 μm to 2.0 μm in diameter and becomes spherical voids when HIP-treated) is increased. It is preferable because the abundance in a field of view of 150 μm × 150 μm is 1 or less when observed with an optical microscope. At this time, the abundance ratio of the pores to the garnet matrix is 1 ppm or less.

xが0.05未満の場合、ルテチウムでテルビウムの一部を置換する効果が得られず実質TAGを作製する条件と変わらなくなり、そのため低散乱、低吸収の高品質なセラミック焼結体を安定製造することが困難となるため好ましくない。また、xが0.45以上の場合、波長1064nmでのベルデ定数が30rad/(T・m)未満となるため好ましくない。更にテルビウムの相対濃度が過剰に薄まると、波長1064nmのレーザー光を45度回転させるのに必要な全長が25mmを超えて長くなり、製造が難しくなるため好ましくない。 When x is less than 0.05, the effect of substituting a part of terbium with lutetium cannot be obtained and the conditions for producing a substantial TAG are the same. Therefore, a high-quality ceramic sintered body having low scattering and low absorption can be stably produced. It is not preferable because it is difficult to do. Further, when x is 0.45 or more, the Verdet constant at a wavelength of 1064 nm is less than 30 rad / (Tm), which is not preferable. Further, if the relative concentration of terbium is excessively diluted, the total length required to rotate the laser beam having a wavelength of 1064 nm by 45 degrees becomes longer than 25 mm, which is not preferable because the production becomes difficult.

式(1)中、yの範囲は0<y<0.1であり、0<y<0.08が好ましく、0.002≦y≦0.07がより好ましく、0.003≦y≦0.06が更に好ましい。yがこの範囲にあると、ペロブスカイト型異相をX線回折(XRD)分析で検出されないレベルまで減少させることができる。更に光学顕微鏡観察で150μm×150μmの視野におけるペロブスカイト型の異相(典型的なサイズが直径1μm〜1.5μmで、薄茶色に着色して見える粒状のもの)の存在量が1個以下になるため好ましい。このときのペロブスカイト型の異相のガーネット母相に対する存在割合は1ppm以下となっている。 In the formula (1), the range of y is 0 <y <0.1, preferably 0 <y <0.08, more preferably 0.002 ≦ y ≦ 0.07, and more preferably 0.003 ≦ y ≦ 0. .06 is even more preferred. When y is in this range, the perovskite-type heterogeneous phase can be reduced to a level not detected by X-ray diffraction (XRD) analysis. Furthermore, the abundance of perovskite-type heterogeneous phases (typically 1 μm to 1.5 μm in diameter and appearing to be colored light brown) in a field of view of 150 μm × 150 μm is reduced to one or less by optical microscope observation. preferable. At this time, the abundance ratio of the perovskite-type heterogeneous phase to the garnet matrix is 1 ppm or less.

y=0の場合、ペロブスカイト型の異相が析出するリスクが高まるため好ましくない。また、yが0.1以上の場合、ペロブスカイト型異相の析出抑制効果は飽和して変わらない中、テルビウムの一部をルテチウムで置換することに加えて、更にスカンジウムでもテルビウムの一部を置換してしまうため、結果的にテルビウムの固溶濃度が不必要に低下してしまうため、ベルデ定数が小さくなり好ましくない。また、スカンジウムは原料代が高額なため、スカンジウムを不必要に過剰ドープすることは製造コスト上からも好ましくない。 When y = 0, the risk of perovskite-type heterogeneous phase precipitation increases, which is not preferable. Further, when y is 0.1 or more, the effect of suppressing the precipitation of the perovskite-type heterogeneous phase is saturated and does not change, and in addition to substituting a part of terbium with lutetium, a part of terbium is also replaced with scandium. As a result, the solid solution concentration of terbium is unnecessarily lowered, and the Verdet constant becomes small, which is not preferable. Further, since scandium is expensive as a raw material, it is not preferable to overdope scandium unnecessarily from the viewpoint of manufacturing cost.

式(1)中、1−x−yの範囲は0.5<1−x−y<0.95であり、0.55≦1−x−y<0.95が好ましく、0.6≦1−x−y<0.95がより好ましい。1−x−yがこの範囲にあると大きなベルデ定数を確保できると共に波長1064nmにおいて高い透明性が得られる。 In the formula (1), the range of 1-xy is 0.5 <1-xy <0.95, preferably 0.55 ≦ 1-xy <0.95, and 0.6 ≦ 1-xy <0.95 is more preferable. When 1-xy is in this range, a large Verdet constant can be secured and high transparency can be obtained at a wavelength of 1064 nm.

(1)式中、zの範囲は0.004<z<0.2であり、0.004<z<0.16が好ましく、0.01≦z≦0.15がより好ましく、0.03≦z≦0.15が更に好ましい。zがこの範囲にあると、ペロブスカイト型異相がXRD分析で検出されない。更に光学顕微鏡観察で150μm×150μmの視野におけるペロブスカイト型の異相(典型的なサイズが直径1μm〜1.5μmで、薄茶色に着色して見える粒状のもの)の存在量が1個以下になるため好ましい。このときのペロブスカイト型の異相のガーネット母相に対する存在割合は1ppm以下となっている。 In the formula (1), the range of z is 0.004 <z <0.2, preferably 0.004 <z <0.16, more preferably 0.01 ≦ z ≦ 0.15, and 0.03. ≦ z ≦ 0.15 is more preferable. When z is in this range, perovskite-type heterogeneous phases are not detected by XRD analysis. Furthermore, the abundance of perovskite-type heterogeneous phases (typically 1 μm to 1.5 μm in diameter and appearing to be colored light brown) in a field of view of 150 μm × 150 μm is reduced to one or less by optical microscope observation. preferable. At this time, the abundance ratio of the perovskite-type heterogeneous phase to the garnet matrix is 1 ppm or less.

zが0.004以下の場合、ペロブスカイト型の異相が析出するリスクが高まるため好ましくない。またzが0.2以上の場合、ペロブスカイト型異相の析出抑制効果は飽和して変わらない中、zの値の増加に連動してyの値、すなわちスカンジウムによるテルビウムの置換割合も高まってしまうため、結果的にテルビウムの固溶濃度が不必要に低下してしまうため、ベルデ定数が小さくなり好ましくない。更にまたスカンジウムは原料代が高額なため、スカンジウムを不必要に過剰ドープすることは製造コスト上からも好ましくない。 When z is 0.004 or less, the risk of precipitation of a perovskite-type heterogeneous phase increases, which is not preferable. Further, when z is 0.2 or more, the effect of suppressing the precipitation of perovskite-type heterogeneous phase is saturated and does not change, but the value of y, that is, the replacement ratio of terbium by scandium increases in conjunction with the increase in the value of z. As a result, the solid solution concentration of terbium is unnecessarily reduced, which is not preferable because the Verdet constant becomes small. Furthermore, since scandium is expensive as a raw material, it is not preferable to overdope scandium unnecessarily from the viewpoint of manufacturing cost.

本発明の常磁性ガーネット型透明セラミックスは、上記式(1)で表される複合酸化物を主成分として含有する。更に副成分として、焼結助剤としての役割をはたすSiO2を0.1質量%を限度として、それ以下の範囲で含有する。焼結助剤としてSiO2を微量添加すると、ペロブスカイト型の異相析出が抑制されるため、常磁性ガーネット型透明セラミックスの透明性が更に向上する。更に微量添加されたSiO2は1400℃以上での焼結中にガラス化して液相焼結効果をもたらし、ガーネット型セラミックス焼結体の緻密化を促進することができる。ただし、SiO2を0.1質量%超添加すると、長さ(光路長)25mmの常磁性ガーネット型透明セラミックスに波長1064nmの100Wレーザー光線を照射した際の熱レンズによる焦点位置の最大変化量が0.25mを超えてしまう。 The paramagnetic garnet-type transparent ceramic of the present invention contains a composite oxide represented by the above formula (1) as a main component. Further, as a sub-component, SiO 2 which plays a role as a sintering aid is contained in a range of 0.1% by mass or less, up to 0.1% by mass. When a small amount of SiO 2 is added as a sintering aid, the perovskite-type heterogeneous precipitation is suppressed, so that the transparency of the paramagnetic garnet-type transparent ceramics is further improved. Further, SiO 2 added in a small amount can be vitrified during sintering at 1400 ° C. or higher to bring about a liquid phase sintering effect, and can promote densification of the garnet-type ceramics sintered body. However, when SiO 2 is added in an amount of more than 0.1% by mass, the maximum amount of change in the focal position due to the thermal lens when the paramagnetic garnet type transparent ceramic having a length (optical path length) of 25 mm is irradiated with a 100 W laser beam having a wavelength of 1064 nm is 0. It exceeds .25m.

ところで、「主成分として含有する」とは、上記式(1)で表される複合酸化物を90質量%以上含有することを意味する。式(1)で表される複合酸化物の含有量は99質量%以上であることが好ましく、99.9質量%以上であることがより好ましく、99.99質量%以上であることが更に好ましく、99.999質量%以上であることが特に好ましい。 By the way, "containing as a main component" means that the composite oxide represented by the above formula (1) is contained in an amount of 90% by mass or more. The content of the composite oxide represented by the formula (1) is preferably 99% by mass or more, more preferably 99.9% by mass or more, and further preferably 99.99% by mass or more. , 99.999% by mass or more is particularly preferable.

本発明の常磁性ガーネット型透明セラミックスは、上記の主成分と副成分とで構成されるが、更に他の元素を含有していてもよい。その他の元素としては、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)等の希土類元素、あるいは様々な不純物群として、ナトリウム(Na)、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、燐(P)、タングステン(Ta)、モリブデン(Mo)等が典型的に例示できる。 The paramagnetic garnet-type transparent ceramic of the present invention is composed of the above-mentioned main component and sub-component, but may further contain other elements. Other elements include rare earth elements such as yttrium (Y) and cerium (Ce), or various impurity groups such as sodium (Na), calcium (Ca), magnesium (Mg), phosphorus (P), and tungsten (Ta). ), Molybdenum (Mo) and the like can be typically exemplified.

その他の元素の含有量は、Tb及びLuの全量を100質量部としたとき、10質量部以下であることが好ましく、0.1質量部以下であることが更に好ましく、0.001質量部以下(実質的にゼロ)であることが特に好ましい。 The content of other elements is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 0.1 parts by mass or less, and 0.001 parts by mass or less, when the total amount of Tb and Lu is 100 parts by mass. It is particularly preferable that it is (substantially zero).

本発明の常磁性ガーネット型透明セラミックスは無色透明の外観を呈しており、その光路長25mmでの波長1064nmにおける直線透過率が83.5%以上である。なお本発明において、「直線透過率」とは、測定光路中にサンプルを置かずにブランク(空間)状態で測定した対象波長の透過スペクトル(光の強度)を100%とした場合における透明セラミックスサンプルを透過させた後の対象波長の光の強度の比率(直線透過率)を意味する。即ち、ブランク状態で測定した対象波長の光の強度(入射光強度)をI0、透明セラミックスサンプルを透過させた後の光の強度をIとした場合、I/I0×100(%)で表すことができる。 The paramagnetic garnet-type transparent ceramic of the present invention has a colorless and transparent appearance, and has a linear transmittance of 83.5% or more at a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm. In the present invention, the "linear transmittance" is a transparent ceramic sample when the transmission spectrum (light intensity) of the target wavelength measured in a blank (space) state without placing the sample in the measurement optical path is 100%. It means the ratio of the intensity of light of the target wavelength (linear transmittance) after passing through. That is, when the intensity of light of the target wavelength (incident light intensity) measured in the blank state is I 0 and the intensity of light after passing through the transparent ceramic sample is I, I / I 0 × 100 (%). Can be represented.

本発明の常磁性ガーネット型透明セラミックスは、波長1064nmでのベルデ定数が30rad/(T・m)以上であることが好ましく、36rad/(T・m)以上であることがより好ましい。ベルデ定数が36rad/(T・m)以上であると、既存材料であるTGG単結晶との置き換えを、部品の設計変更無しに行えるため簡便で好ましい。 The paramagnetic garnet-type transparent ceramic of the present invention preferably has a Verdet constant of 30 rad / (Tm) or more at a wavelength of 1064 nm, and more preferably 36 rad / (Tm) or more. When the Verdet constant is 36 rad / (Tm) or more, it is convenient and preferable because the replacement with the existing material TGG single crystal can be performed without changing the design of the parts.

また、本発明の常磁性ガーネット型透明セラミックスは、光路長25mmにおける波長1064nmのレーザー光をビーム径1.6mm、入射パワー100Wで入射した場合の熱レンズによる焦点位置の最大変化量が0.25m以下であることが好ましい。ある入射パワーのもとで熱レンズによる焦点位置の最大変化量が0.3m未満であると、当該入射パワーでのシステム搭載が可能、即ち熱レンズ特性が合格する。本発明の常磁性ガーネット型透明セラミックスは、100Wのハイパワー入射で熱レンズによる焦点位置の最大変化量を0.3m未満に管理できるため、実質的に当該材料は100W用ハイパワーレーザーシステムに採用できる。 Further, the paramagnetic garnet type transparent ceramic of the present invention has a maximum change amount of the focal position by the thermal lens of 0.25 m when a laser beam having a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm is incident with a beam diameter of 1.6 mm and an incident power of 100 W. The following is preferable. If the maximum amount of change in the focal position by the thermal lens is less than 0.3 m under a certain incident power, the system can be mounted at the incident power, that is, the thermal lens characteristics pass. Since the paramagnetic garnet type transparent ceramic of the present invention can control the maximum amount of change in the focal position by the thermal lens to less than 0.3 m at high power incident of 100 W, the material is substantially adopted in the high power laser system for 100 W. it can.

本発明の常磁性ガーネット型透明セラミックスは、ファラデー回転子(セラミックス素子単体)として、光路長25mmでの波長1064nmにおける消光比が40dB以上であることが好ましい。本発明のガーネット組成範囲であると、歪みや点欠陥などの材料欠陥が劇的に低減されるため、ファラデー回転子(セラミックス素子単体)として光路長25mmでの波長1064nmにおける消光比を安定して40dB以上に管理することが可能である。また、本発明の常磁性ガーネット型透明セラミックスは、散乱源体積濃度が3ppm以下であることが好ましく、2ppm以下であることがより好ましく、1ppm以下であることが更に好ましい。なお、散乱源体積濃度とは、入射した光の散乱源となりうる直径0.5〜3μmの(上述した)ペロブスカイト型及びアルミナ型の異相並びに気孔のガーネット母相体積に対する存在割合(体積割合)である。 The paramagnetic garnet-type transparent ceramics of the present invention preferably have an extinction ratio of 40 dB or more at a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm as a Faraday rotator (ceramic element alone). Within the garnet composition range of the present invention, material defects such as strain and point defects are dramatically reduced. Therefore, as a Faraday rotator (ceramic element alone), the extinction ratio at a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm is stable. It is possible to manage to 40 dB or more. Further, the paramagnetic garnet type transparent ceramic of the present invention preferably has a scattering source volume concentration of 3 ppm or less, more preferably 2 ppm or less, and further preferably 1 ppm or less. The scattering source volume concentration is the abundance ratio (volume ratio) of the perovskite type and alumina type (described above) perovskite type and alumina type having a diameter of 0.5 to 3 μm, which can be a scattering source of incident light, and the pores to the garnet matrix volume. is there.

<常磁性ガーネット型透明セラミックスの製造方法>
[原料]
本発明で用いる原料としては、テルビウム、ルテチウム、スカンジウム、アルミニウムからなる金属粉末、ないしは硝酸、硫酸、尿酸等の水溶液、あるいは上記元素の酸化物粉末等が好適に利用できる。また、上記原料の純度は99.9質量%以上が好ましく、99.99質量%以上が特に好ましい。
<Manufacturing method of paramagnetic garnet type transparent ceramics>
[material]
As the raw material used in the present invention, a metal powder composed of terbium, lutetium, scandium, aluminum, an aqueous solution of nitric acid, sulfuric acid, uric acid, etc., an oxide powder of the above element, or the like can be preferably used. The purity of the raw material is preferably 99.9% by mass or more, and particularly preferably 99.99% by mass or more.

それらの元素を式(1)に対応する組成となるように所定量秤量し、更にこの後の焼成により焼結助剤のSiO2となるオルトケイ酸テトラエチル(TEOS)と共に混合してから焼成して所望の構成の立方晶ガーネット型酸化物を主成分とする焼成原料を得る。このとき、焼結助剤SiO2の含有量が0質量%超0.1質量%以下となるようにTEOSを添加する。また、このときの焼成温度は、950℃以上、かつこの後に行われる焼結温度よりも低い温度が好ましく、1100℃以上、かつこの後に行われる焼結温度よりも低い温度がより好ましい。なお、ここでいう「主成分とする」とは、焼成原料の粉末X線回折結果から得られる主ピークがガーネット構造由来の回折ピークからなることを指す。なお、ペロブスカイト型の異相のガーネット母相に対する存在割合が1ppm以下である場合、実質的に粉末X線回折パターンはガーネット単相パターンしか検知されない。 These elements are weighed in a predetermined amount so as to have a composition corresponding to the formula (1), and further mixed with tetraethyl orthosilicate (TEOS), which becomes SiO 2 of the sintering aid by subsequent firing, and then fired. A calcining raw material containing a cubic garnet-type oxide having a desired constitution as a main component is obtained. At this time, TEOS is added so that the content of the sintering aid SiO 2 is more than 0% by mass and 0.1% by mass or less. Further, the firing temperature at this time is preferably 950 ° C. or higher and lower than the sintering temperature performed after that, and more preferably 1100 ° C. or higher and lower than the sintering temperature performed after this. The term "main component" as used herein means that the main peak obtained from the powder X-ray diffraction result of the firing raw material is composed of the diffraction peak derived from the garnet structure. When the abundance ratio of the perovskite type heterogeneous phase to the garnet matrix is 1 ppm or less, substantially only the garnet single-phase pattern is detected as the powder X-ray diffraction pattern.

次いで、得られた焼成原料を粉砕して原料粉末とする。
なお、最終的には所望の構成のガーネット型酸化物粉末を用いてセラミックス製造をすることになるが、その際の粉末形状については特に限定されず、例えば角状、球状、板状の粉末が好適に利用できる。また、二次凝集している粉末であっても好適に利用できるし、スプレードライ処理等の造粒処理によって造粒された顆粒状粉末であっても好適に利用できる。更に、これらの原料粉末の調製工程については特に限定されない。共沈法、粉砕法、噴霧熱分解法、ゾルゲル法、アルコキシド加水分解法、その他あらゆる合成方法で作製された原料粉末が好適に利用できる。また、得られた原料粉末を適宜湿式ボールミル、ビーズミル、ジェットミルや乾式ジェットミル、ハンマーミル等によって処理してもよい。
Next, the obtained firing raw material is crushed into a raw material powder.
In the end, ceramics will be manufactured using garnet-type oxide powder having a desired configuration, but the powder shape at that time is not particularly limited, and for example, square, spherical, and plate-shaped powders are used. It can be preferably used. Further, even a powder that is secondarily agglutinated can be suitably used, and even a granular powder that has been granulated by a granulation treatment such as a spray dry treatment can be preferably used. Further, the process of preparing these raw material powders is not particularly limited. Raw material powders prepared by a coprecipitation method, a pulverization method, a spray pyrolysis method, a sol-gel method, an alkoxide hydrolysis method, or any other synthetic method can be preferably used. Further, the obtained raw material powder may be appropriately treated by a wet ball mill, a bead mill, a jet mill, a dry jet mill, a hammer mill or the like.

本発明で用いるガーネット型酸化物粉末原料中には、その後のセラミック製造工程での品質安定性や歩留り向上の目的で、各種の有機添加剤が添加される場合がある。本発明においては、これらについても特に限定されない。即ち、各種の分散剤、結合剤、潤滑剤、可塑剤等が好適に利用できる。ただし、これらの有機添加剤としては、不要な金属イオンが含有されない、高純度のタイプを選定することが好ましい。 Various organic additives may be added to the garnet-type oxide powder raw material used in the present invention for the purpose of quality stability and yield improvement in the subsequent ceramic manufacturing process. In the present invention, these are also not particularly limited. That is, various dispersants, binders, lubricants, plasticizers and the like can be preferably used. However, as these organic additives, it is preferable to select a high-purity type that does not contain unnecessary metal ions.

[製造工程]
本発明では、上記原料粉末を用いて、所定形状にプレス成形した後に脱脂を行い、次いで焼結して、相対密度が最低でも95%以上に緻密化した焼結体を作製する。その後工程として熱間等方圧プレス(HIP(Hot Isostatic Pressing))処理を行うことが好ましい。なお熱間等方圧プレス(HIP)処理をそのまま施すと、常磁性ガーネット型透明セラミックスが還元されて若干の酸素欠損を生じてしまう。そのため微酸化HIP処理、ないしはHIP処理後に酸化囲気でのアニール処理を施すことにより酸素欠損を回復させることが好ましい。これにより、欠陥吸収のない透明なガーネット型酸化物セラミックスを得ることができる。
[Manufacturing process]
In the present invention, the raw material powder is press-molded into a predetermined shape, degreased, and then sintered to prepare a sintered body having a relative density of at least 95% or more. After that, it is preferable to perform hot isostatic pressing (HIP (Hot Isostatic Pressing)) treatment as a step. If the hot isotropic press (HIP) treatment is applied as it is, the paramagnetic garnet type transparent ceramics are reduced and a slight oxygen deficiency occurs. Therefore, it is preferable to recover the oxygen deficiency by performing a slightly oxidized HIP treatment or an annealing treatment in an oxidized atmosphere after the HIP treatment. As a result, transparent garnet-type oxide ceramics without defect absorption can be obtained.

(成形)
本発明の製造方法においては、通常のプレス成形工程を好適に利用できる。即ち、ごく一般的な、型に充填して一定方向から加圧する一軸プレス工程や変形可能な防水容器に密閉収納して静水圧で加圧する冷間静水圧加圧(CIP(Cold Isostatic Pressing))工程や温間静水圧加圧(WIP(Warm Isostatic Pressing))工程が好適に利用できる。なお、印加圧力は得られる成形体の相対密度を確認しながら適宜調整すればよく、特に制限されないが、例えば市販のCIP装置やWIP装置で対応可能な300MPa以下程度の圧力範囲で管理すると製造コストが抑えられてよい。あるいはまた、成形時に成形工程のみでなく一気に焼結まで実施してしまうホットプレス工程や放電プラズマ焼結工程、マイクロ波加熱工程なども好適に利用できる。更にプレス成形法ではなく、鋳込み成形法による成形体の作製も可能である。加圧鋳込み成形や遠心鋳込み成形、押出し成形等の成形法も、出発原料である酸化物粉末の形状やサイズと各種の有機添加剤との組合せを最適化することで、採用可能である。
(Molding)
In the production method of the present invention, a normal press molding process can be preferably used. That is, a very general uniaxial pressing process in which a mold is filled and pressure is applied from a certain direction, or cold hydrostatic pressure pressurization (CIP (Cold Isostatic Pressing)) in which the product is hermetically stored in a deformable waterproof container and pressurized with hydrostatic pressure. A process or a warm hydrostatic pressure (WIP (Warm Static Pressing)) process can be preferably used. The applied pressure may be appropriately adjusted while checking the relative density of the obtained molded product, and is not particularly limited. However, for example, if the pressure range is managed within a pressure range of about 300 MPa or less that can be handled by a commercially available CIP device or WIP device, the manufacturing cost May be suppressed. Alternatively, a hot pressing step, a discharge plasma sintering step, a microwave heating step, and the like in which not only the molding step but also the sintering is performed at once at the time of molding can be suitably used. Further, it is possible to manufacture a molded product by a casting molding method instead of the press molding method. Molding methods such as pressure casting, centrifugal casting, and extrusion can also be adopted by optimizing the combination of the shape and size of the oxide powder, which is the starting material, and various organic additives.

(脱脂)
本発明の製造方法においては、通常の脱脂工程を好適に利用できる。即ち、加熱炉による昇温脱脂工程を経ることが可能である。また、この時の雰囲気ガスの種類も特に制限はなく、空気、酸素、水素等が好適に利用できる。脱脂温度も特に制限はないが、もしも有機添加剤が混合されている原料を用いる場合には、その有機成分が分解消去できる温度まで昇温することが好ましい。
(Solvent degreasing)
In the production method of the present invention, a normal degreasing step can be preferably used. That is, it is possible to go through a heating and degreasing step using a heating furnace. Further, the type of atmospheric gas at this time is not particularly limited, and air, oxygen, hydrogen and the like can be preferably used. The degreasing temperature is also not particularly limited, but if a raw material containing an organic additive is used, it is preferable to raise the temperature to a temperature at which the organic component can be decomposed and eliminated.

(焼結)
本発明の製造方法においては、一般的な焼結工程を好適に利用できる。即ち、抵抗加熱方式、誘導加熱方式等の加熱焼結工程を好適に利用できる。この時の雰囲気は特に制限されず、不活性ガス、酸素ガス、水素ガス、ヘリウムガス等の各種雰囲気、あるいはまた、減圧下(真空中)での焼結も可能である。ただし、最終的に酸素欠損の発生を防止することが好ましいため、より好ましい雰囲気としては、酸素ガス、減圧酸素ガス雰囲気が例示される。
(Sintered)
In the production method of the present invention, a general sintering step can be preferably used. That is, a heat sintering step such as a resistance heating method or an induction heating method can be suitably used. The atmosphere at this time is not particularly limited, and various atmospheres such as inert gas, oxygen gas, hydrogen gas, and helium gas, or sintering under reduced pressure (in vacuum) is also possible. However, since it is preferable to finally prevent the occurrence of oxygen deficiency, oxygen gas and reduced pressure oxygen gas atmosphere are exemplified as more preferable atmospheres.

本発明の焼結工程における焼結温度は、1500〜1780℃が好ましく、1550〜1750℃が特に好ましい。焼結温度がこの範囲にあると、異相析出を抑制しつつ緻密化が促進されるため好ましい。 The sintering temperature in the sintering step of the present invention is preferably 1500 to 1780 ° C, particularly preferably 1550 to 1750 ° C. When the sintering temperature is in this range, densification is promoted while suppressing heterophase precipitation, which is preferable.

本発明の焼結工程における焼結保持時間は数時間程度で十分だが、焼結体の相対密度は最低でも95%以上に緻密化させなければいけない。また10時間以上長く保持させて焼結体の相対密度を99%以上に緻密化させておくと、最終的な透明性が向上するため、更に好ましい。 The sintering holding time in the sintering step of the present invention is sufficient to be about several hours, but the relative density of the sintered body must be densified to at least 95% or more. Further, it is more preferable to keep the sintered body for 10 hours or more to make the relative density of the sintered body densified to 99% or more because the final transparency is improved.

(熱間等方圧プレス(HIP))
本発明の製造方法においては、焼結工程を経た後に更に追加で熱間等方圧プレス(HIP)処理を行う工程を設けることができる。
(Hot isotropic press (HIP))
In the production method of the present invention, it is possible to provide an additional step of performing a hot isotropic press (HIP) treatment after the sintering step.

なお、このときの加圧ガス媒体種類は、アルゴン、窒素等の不活性ガス、又はAr−O2が好適に利用できる。加圧ガス媒体により加圧する圧力は、50〜300MPaが好ましく、100〜300MPaがより好ましい。圧力50MPa未満では透明性改善効果が得られない場合があり、300MPa超では圧力を増加させてもそれ以上の透明性改善が得られず、装置への負荷が過多となり装置を損傷するおそれがある。印加圧力は市販のHIP装置で処理できる196MPa以下であると簡便で好ましい。 As the type of pressurized gas medium at this time, an inert gas such as argon or nitrogen, or Ar—O 2 can be preferably used. The pressure to be pressurized by the pressurized gas medium is preferably 50 to 300 MPa, more preferably 100 to 300 MPa. If the pressure is less than 50 MPa, the transparency improvement effect may not be obtained, and if it exceeds 300 MPa, further transparency improvement cannot be obtained even if the pressure is increased, and the load on the device may become excessive and the device may be damaged. .. It is convenient and preferable that the applied pressure is 196 MPa or less that can be processed by a commercially available HIP apparatus.

また、その際の処理温度(所定保持温度)は1000〜1780℃、好ましくは1100〜1730℃の範囲で設定される。熱処理温度が1780℃超では酸素欠損発生リスクが増大するため好ましくない。また、熱処理温度が1000℃未満では焼結体の透明性改善効果がほとんど得られない。なお、熱処理温度の保持時間については特に制限されないが、あまり長時間保持すると酸素欠損発生リスクが増大するため好ましくない。典型的には1〜3時間の範囲で好ましく設定される。 The processing temperature (predetermined holding temperature) at that time is set in the range of 1000 to 1780 ° C., preferably 1100 to 1730 ° C. If the heat treatment temperature exceeds 1780 ° C., the risk of oxygen deficiency increases, which is not preferable. Further, if the heat treatment temperature is less than 1000 ° C., the effect of improving the transparency of the sintered body is hardly obtained. The holding time of the heat treatment temperature is not particularly limited, but holding it for too long is not preferable because the risk of oxygen deficiency increases. Typically, it is preferably set in the range of 1 to 3 hours.

なお、HIP処理するヒーター材、断熱材、処理容器は特に制限されないが、グラファイト、ないしはモリブデン(Mo)、タングステン(W)、白金(Pt)が好適に利用でき、処理容器としてさらに酸化イットリウム、酸化ガドリニウムも好適に利用できる。特に処理温度が1500℃以下である場合、ヒーター材、断熱材、処理容器として白金(Pt)が使用でき、かつ加圧ガス媒体をAr−O2とすることができるため、HIP処理中の酸素欠損の発生を防止できるため好ましい。処理温度が1500℃を超える場合にはヒーター材、断熱材としてグラファイトが好ましいが、この場合は処理容器としてグラファイト、モリブデン(Mo)、タングステン(W)のいずれかを選定し、さらにその内側に二重容器として酸化イットリウム、酸化ガドリニウムのいずれかを選定したうえで、容器内に酸素放出材を充填しておくと、HIP処理中の酸素欠損発生量を極力少なく抑えられるため好ましい。 The heater material, heat insulating material, and processing container to be HIP-treated are not particularly limited, but graphite or molybdenum (Mo), tungsten (W), and platinum (Pt) can be preferably used, and yttrium oxide and oxidation are further used as the processing container. Gadolinium can also be suitably used. In particular, when the treatment temperature is 1500 ° C. or lower, platinum (Pt) can be used as the heater material, heat insulating material, and treatment container, and the pressurized gas medium can be Ar-O 2 , so oxygen during the HIP treatment can be used. This is preferable because it can prevent the occurrence of defects. When the treatment temperature exceeds 1500 ° C, graphite is preferable as the heater material and the heat insulating material. In this case, either graphite, molybdenum (Mo) or tungsten (W) is selected as the treatment container, and two inside the heat insulating material. It is preferable to select either yttrium oxide or gadolinium oxide as the heavy container and then fill the container with an oxygen-releasing material because the amount of oxygen deficiency generated during the HIP treatment can be suppressed as much as possible.

(アニール)
本発明の製造方法においては、HIP処理を終えた後に、得られた透明セラミックス焼結体中に酸素欠損が生じてしまい、かすかに薄灰色の外観を呈する場合がある。その場合には、前記HIP処理温度以下、典型的には1000〜1500℃にて、酸素雰囲気下で酸素アニール処理(酸素欠損回復処理)を施すことが好ましい。この場合の保持時間は特に制限されないが、酸素欠損が回復するのに十分な時間以上で、かつ無駄に長時間処理して電気代を消耗しない時間内で選択されることが好ましい。該酸素アニール処理により、たとえHIP処理工程でかすかに薄灰色の外観を呈してしまった透明セラミックス焼結体であっても、すべて無色透明の欠陥吸収のない常磁性ガーネット型透明セラミックス体とすることができる。
(Annealed)
In the production method of the present invention, after the HIP treatment is completed, oxygen deficiency may occur in the obtained transparent ceramic sintered body, resulting in a faint light gray appearance. In that case, it is preferable to perform oxygen annealing treatment (oxygen deficiency recovery treatment) in an oxygen atmosphere at the HIP treatment temperature or lower, typically 1000 to 1500 ° C. The holding time in this case is not particularly limited, but it is preferably selected within a time sufficient for recovering the oxygen deficiency and within a time during which the treatment is unnecessarily long and the electricity bill is not consumed. By the oxygen annealing treatment, even if the transparent ceramics sintered body has a faint gray appearance in the HIP treatment step, it should be a paramagnetic garnet type transparent ceramic body that is colorless and transparent and does not absorb defects. Can be done.

(光学研磨)
本発明の製造方法においては、上記一連の製造工程を経た常磁性ガーネット型透明セラミックスについて、その光学的に利用する軸上にある両端面を光学研磨することが好ましい。このときの光学面精度は測定波長λ=633nmの場合、λ/2以下が好ましく、λ/8以下が特に好ましい。なお、光学研磨された面に適宜反射防止膜を成膜することで光学損失を更に低減させることも可能である。
(Optical polishing)
In the manufacturing method of the present invention, it is preferable to optically polish both end faces of the paramagnetic garnet-type transparent ceramics that have undergone the above series of manufacturing steps on the axis to be optically used. The optical surface accuracy at this time is preferably λ / 2 or less, and particularly preferably λ / 8 or less when the measurement wavelength is λ = 633 nm. It is also possible to further reduce the optical loss by appropriately forming an antireflection film on the optically polished surface.

以上のようにして、テルビウム及びルテチウムを含有する常磁性ガーネット型酸化物であって、長さ(光路長)25mmでの波長1064nmにおける直線透過率が83.5%以上あるセラミックス素材の透明焼結体を提供することができる。また、好ましくは波長1064nmでのベルデ定数が30rad/(T・m)以上であり、好ましくは光路長25mmにおける波長1064nmのレーザー光をビーム径1.6mm、入射パワー100Wで入射した場合の熱レンズによる焦点位置の最大変化量が0.25m以下であって、更に好ましくはファラデー回転子(セラミックス素子単体)として、光路長25mmでの波長1064nmにおける消光比が40dB以上ある磁気光学材料を提供することができる。 As described above, a paramagnetic garnet-type oxide containing terbium and lutetium, which is a transparent sintered material having a linear transmittance of 83.5% or more at a wavelength of 1064 nm at a length (optical path length) of 25 mm. Can provide the body. Further, preferably, the Verdet constant at a wavelength of 1064 nm is 30 rad / (Tm) or more, and preferably a laser beam having a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm is incident with a beam diameter of 1.6 mm and an incident power of 100 W. Provided is a magnetic optical material having a maximum change amount of the focal position by 0.25 m or less, and more preferably a Faraday rotator (single ceramic element) having an extinction ratio of 40 dB or more at a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm. Can be done.

[磁気光学デバイス]
更に、本発明の常磁性ガーネット型透明セラミックスは磁気光学材料として利用することを想定しているため、該常磁性ガーネット型透明セラミックスにその光学軸と平行に磁場を印加したうえで、偏光子、検光子とを互いにその光軸が45度ずれるようにセットして磁気光学デバイスを構成利用することが好ましい。即ち、本発明の磁気光学材料は、磁気光学デバイス用途に好適であり、特に波長0.9〜1.1μmの光アイソレータのファラデー回転子として好適に使用される。
[Magnetic optical device]
Further, since the paramagnetic garnet-type transparent ceramics of the present invention are assumed to be used as a magneto-optical material, a magnetic field is applied to the paramagnetic garnet-type transparent ceramics in parallel with the optical axis, and then the polarizer is used. It is preferable to configure and utilize the magneto-optical device by setting the detectors so that their optical axes deviate from each other by 45 degrees. That is, the magneto-optical material of the present invention is suitable for use in magneto-optical devices, and is particularly preferably used as a Faraday rotator for an optical isolator having a wavelength of 0.9 to 1.1 μm.

図1は、本発明の磁気光学材料からなるファラデー回転子を光学素子として有する光学デバイスである光アイソレータの一例を示す断面模式図である。図1において、光アイソレータ100は、本発明の磁気光学材料からなるファラデー回転子110を備え、該ファラデー回転子110の前後には、偏光材料である偏光子120及び検光子130が備えられている。また、光アイソレータ100は、偏光子120、ファラデー回転子110、検光子130の順序で配置され、それらの側面のうちの少なくとも1面に磁石140が載置されていることが好ましい。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an optical isolator which is an optical device having a Faraday rotator made of the magneto-optical material of the present invention as an optical element. In FIG. 1, the optical isolator 100 includes a Faraday rotator 110 made of the magneto-optical material of the present invention, and a polarizing element 120 and an analyzer 130, which are polarizing materials, are provided before and after the Faraday rotator 110. .. Further, it is preferable that the optical isolator 100 is arranged in the order of the polarizer 120, the Faraday rotator 110, and the analyzer 130, and the magnet 140 is placed on at least one of the side surfaces thereof.

また、上記光アイソレータ100は産業用ファイバーレーザー装置に好適に利用できる。即ち、レーザー光源から発したレーザー光の反射光が光源に戻り、発振が不安定になるのを防止するのに好適である。 Further, the optical isolator 100 can be suitably used for an industrial fiber laser apparatus. That is, it is suitable for preventing the reflected light of the laser light emitted from the laser light source from returning to the light source and making the oscillation unstable.

以下に、実施例、比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the Examples.

[実施例1〜11、比較例1〜9]
信越化学工業(株)製の酸化テルビウム粉末、酸化ルテチウム粉末、酸化スカンジウム粉末、及び大明化学(株)製の酸化アルミニウム粉末を入手した。更にキシダ化学(株)製のオルトケイ酸テトラエチル(TEOS)の液体を入手した。純度は粉末原料がいずれも99.95質量%以上、液体原料が99.999質量%以上であった。
上記原料を用いて、混合比率を調整して表1に示す最終組成となる計20種類の酸化物原料を作製した。
即ち、テルビウム、ルテチウム、アルミニウム及びスカンジウムのモル数がそれぞれ表1の各組成のモル比率となるよう秤量した混合粉末を用意した。続いてTEOSを、その添加量がSiO2換算で表1の質量%になるように秤量して各原料に加えた。
そして、それぞれ互いの混入を防止するよう注意しながらエタノール中でアルミナ製ボールミル装置にて分散・混合処理した。処理時間は15時間であった。その後スプレードライ処理を行って、いずれも平均粒径が20μmの顆粒状原料を作製した。
続いて、これらの粉末をイットリアるつぼに入れ高温マッフル炉にて1100℃で保持時間3時間で焼成処理し、それぞれの組成での焼成原料を得た。得られた各焼成原料をパナリティカル社製粉末X線回折装置で回折パターン解析した(XRD分析)。X線回折パターンのリファレンスデータと測定パターンとの比較から試料の結晶系を特定した。ほとんどの場合(酸化物原料No.1〜11、14〜18、20の場合)、ガーネット単相(立方晶)のピークのみ検出され、酸化物原料No.12、13、19の場合についてはガーネット相のピークパターン以外にペロブスカイト異相の弱いピークが検出された。
以上の結果を表1にまとめて示す。
[Examples 1 to 11, Comparative Examples 1 to 9]
Terbium oxide powder, lutetium oxide powder, scandium oxide powder manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., and aluminum oxide powder manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd. were obtained. Further, a liquid of tetraethyl orthosilicate (TEOS) manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. was obtained. The purity of the powder raw material was 99.95% by mass or more, and that of the liquid raw material was 99.999% by mass or more.
Using the above raw materials, a total of 20 kinds of oxide raw materials having the final composition shown in Table 1 were prepared by adjusting the mixing ratio.
That is, a mixed powder was prepared by weighing so that the number of moles of terbium, lutetium, aluminum, and scandium was the molar ratio of each composition in Table 1. Subsequently, TEOS was added to each raw material by weighing it so that the amount of TEOS added was the mass% of Table 1 in terms of SiO 2.
Then, they were dispersed and mixed in ethanol with an alumina ball mill device, taking care to prevent them from being mixed with each other. The processing time was 15 hours. After that, a spray-drying treatment was carried out to prepare granular raw materials having an average particle size of 20 μm.
Subsequently, these powders were placed in an yttria crucible and calcined in a high temperature muffle furnace at 1100 ° C. for a holding time of 3 hours to obtain calcining raw materials having the respective compositions. Each of the obtained firing raw materials was diffracted by a powder X-ray diffractometer manufactured by PANalytical Co., Ltd. (XRD analysis). The crystal system of the sample was identified by comparing the reference data of the X-ray diffraction pattern with the measurement pattern. In most cases (in the case of oxide raw materials Nos. 1 to 11, 14 to 18 and 20), only the peak of the garnet single phase (cubic crystal) is detected, and the oxide raw material No. In the cases of 12, 13 and 19, weak peaks of perovskite heterogeneous phase were detected in addition to the peak pattern of garnet phase.
The above results are summarized in Table 1.

Figure 0006881390
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こうして得られた酸化物原料につき、それぞれ互いの混入を防止するよう注意しながら再度エタノール中でナイロン製ボールミル装置にて分散・混合処理した。処理時間はいずれも24時間であった。その後、スプレードライ処理を行って、いずれも平均粒径が20μmの顆粒状原料を作製した。得られた20種類の粉末原料につき、それぞれ一軸プレス成形、198MPaの圧力での静水圧プレス処理を施してCIP成形体を得た。得られた成形体をマッフル炉中で1000℃、2時間の条件にて脱脂処理した。続いて当該脱脂済成形体を酸素雰囲気炉に仕込み、1730℃で3時間処理して計18種の焼結体を得た。このとき、サンプルの焼結相対密度は95%から99.1%の範囲におさまっていた。
得られた各焼結体をカーボンヒーター製HIP炉に仕込み、Ar中、200MPa、1650℃、2時間の条件でHIP処理した。得られた焼結体はいずれも外見上ほとんど灰色化(酸素欠損吸収)は確認されなかった。ただし念のため、得られた各セラミックス焼結体について、各々のロット管理をしながら酸素雰囲気炉にて、1300℃で4時間アニール処理して、酸素欠損を回復させる処置をほどこした。こうして実施例と比較例の合計20種類の焼結体を用意した。
続いて、得られた各セラミックス焼結体を、直径5mm、長さ25mmとなるように研削及び研磨処理し、更にそれぞれのサンプルの光学両端面を光学面精度λ/8(測定波長λ=633nmの場合)で最終光学研磨した。
The oxide raw materials thus obtained were dispersed and mixed again in ethanol with a nylon ball mill device, taking care to prevent mixing with each other. The processing time was 24 hours in each case. Then, a spray-drying treatment was carried out to prepare a granular raw material having an average particle size of 20 μm. Each of the obtained 20 kinds of powder raw materials was subjected to uniaxial press molding and hydrostatic pressure pressing at a pressure of 198 MPa to obtain a CIP molded product. The obtained molded product was degreased in a muffle furnace at 1000 ° C. for 2 hours. Subsequently, the degreased molded product was charged into an oxygen atmosphere furnace and treated at 1730 ° C. for 3 hours to obtain a total of 18 types of sintered products. At this time, the relative density of sintering of the sample was in the range of 95% to 99.1%.
Each of the obtained sintered bodies was charged into a carbon heater HIP furnace and subjected to HIP treatment under the conditions of 200 MPa, 1650 ° C. and 2 hours in Ar. Almost no graying (oxygen deficiency absorption) was confirmed in any of the obtained sintered bodies. However, just in case, each of the obtained ceramic sintered bodies was annealed at 1300 ° C. for 4 hours in an oxygen atmosphere furnace while controlling each lot to recover the oxygen deficiency. In this way, a total of 20 types of sintered bodies of Examples and Comparative Examples were prepared.
Subsequently, each of the obtained ceramic sintered bodies was ground and polished so as to have a diameter of 5 mm and a length of 25 mm, and further, the optical surface accuracy λ / 8 (measurement wavelength λ = 633 nm) of each optical end surface of each sample was obtained. In the case of), the final optical polishing was performed.

上記のようにして得られた各サンプルについて直線透過率、消光比、散乱源体積濃度を以下のように測定した。 The linear transmittance, extinction ratio, and scattering source volume concentration were measured for each sample obtained as described above as follows.

(直線透過率の測定方法)
直線透過率は、NKT Photonics社製の光源とGentec社製のパワーメータ並びにGeフォトディテクタを用いて内製した光学系を用い、波長1064nmの光をビーム径1〜3mmφの大きさで透過させたときの光の強度により測定され、以下の式に基づき、JIS K7361及びJIS K7136に準拠して求めた。
直線透過率(%/25mm)=I/I0×100
(式中、Iは透過光強度(長さ25mmのサンプルを直線透過した光の強度)、I0は入射光強度を示す。)
(Measurement method of linear transmittance)
The linear transmittance is when light with a wavelength of 1064 nm is transmitted with a beam diameter of 1 to 3 mmφ using an optical system manufactured in-house using a light source manufactured by NKT Photonics, a power meter manufactured by Gentec, and a Ge photodetector. It was measured by the light intensity of the above, and was determined according to JIS K7361 and JIS K7136 based on the following formula.
Linear transmittance (% / 25 mm) = I / I 0 x 100
(In the formula, I indicates the transmitted light intensity (intensity of light linearly transmitted through a sample having a length of 25 mm), and I 0 indicates the incident light intensity.)

(消光比の測定方法)
以下のようにして、ファラデー回転子としての消光比を測定した。
消光比は、NKT Photonics社製の光源と、コリメータレンズ、偏光子、ワークステージ、検光子、Gentec社製のパワーメータ並びにGeフォトディテクタを用いて内製した光学系を用い、波長1064nmの光をビーム径3mmφと大きく設定した状態でサンプル中を透過させ、この状態で検光子の偏光面を偏光子の偏光面と一致させた際の光の強度I0’(レーザー光強度として最大値)を測定し、続いて検光子の偏光面を90度回転して偏光子の偏光面と直交させた状態で再度受光強度I’(レーザー光強度として最小値)を測定したうえで、以下の式に基づいて計算により求めた。
消光比(dB)=−10×log10(I’/I0’)
なお、ビーム径を3mmφより太くすると、直径5mmφのサンプルの外周でビームの裾が蹴られはじめるため、このビーム径3mmφを事実上のワーク全面に光を入射させた状態と定義した。
(Measurement method of extinction ratio)
The extinction ratio as a Faraday rotator was measured as follows.
The extinction ratio is a beam of light with a wavelength of 1064 nm using a light source manufactured by NKT Photonics, a collimator lens, a polarizer, a work stage, an analyzer, a power meter manufactured by Gentec, and an optical system manufactured in-house using a Ge photodetector. Pass through the sample with a large diameter of 3 mmφ, and measure the light intensity I 0 '(maximum value as the laser light intensity) when the polarizing surface of the analyzer is matched with the polarizing surface of the polarizer in this state. Then, the light receiving intensity I'(minimum value as the laser light intensity) was measured again in a state where the polarizing plane of the analyzer was rotated 90 degrees and orthogonal to the polarizing plane of the polarizer, and then based on the following formula. It was calculated by calculation.
Extinction ratio (dB) = -10 x log 10 (I'/ I 0 ')
If the beam diameter is made thicker than 3 mmφ, the hem of the beam starts to be kicked at the outer circumference of the sample having a diameter of 5 mmφ.

(散乱源体積濃度の測定方法)
気泡及び/又は異相が焼結体中に占める体積濃度(散乱源体積濃度)を次のように測定した。
ツァイス社製金属顕微鏡の透過モードを使用し、50倍の対物レンズを使用して前記の通り両端面が研磨された各焼結体サンプルの透過オープンニコル像を撮影した。その際のフレームサイズは約153μm×117μmであった。ここから2μmずつ焦点深度を下げながら計5枚の透過オープンニコル像を撮影した。典型的な散乱源のサイズは1μm程度であり、2μmピッチで焦点をずらしながら5枚撮影すると、多少のピントズレを無視すれば高さ方向(深さ10μmの範囲)に分布するほぼすべての散乱源を撮影することが可能となる。
撮影した画像中に映り込む散乱源のサイズは、まず、もしも気泡(気孔)や異相以外の異物などの特殊なものが存在していれば、その大きさ(直径)が数10μmに達しており、この場合、画像中に1個でも存在すると散乱源体積濃度は200ppmを超え、且つレーザービームが該散乱源に当ると著しい散乱が生じるため、直線透過率が大幅に低下する。しかしながら、そのような大きな散乱源は混入していなかった。
その上で、更に細かく散乱源の観察を行った。その結果、残りの散乱源サイズはすべて直径3μm以下の略球形のコントラストとして映り込んでいることが判明した。更に、そのほとんどは直径1.6μmφ以下であった。
なお、散乱源サイズが直径150nmより小さいと顕微鏡に映らないという問題も別途確認されたが、例えば直径200nmの散乱源が前記5枚の写真の中にたとえ1100個も映り込んでいたとしても、計算するとそれら散乱源のトータルの体積濃度は200ppm未満にしかならない。実際にはそこまで散乱源が多い場合には、別途測定する直線透過率の値が大きく低下するため、顕微鏡での散乱源体積濃度観察結果は「200nm未満無数」と表記するものとした。
次に、残る典型的なサイズの散乱源については、その散乱源サイズ(直径)を0.5μmピッチで層別してカウントした。即ち、φ0.5μm、φ1μm、φ1.5μm、φ2μm、φ2.5μm、φ3μmがそれぞれ何個ずつ映り込んでいるかを数えた。詳しくは、直径0.25μm以上0.75μm未満のものをみなし直径0.5μmの散乱源としてカウントし、直径0.75μm以上1.25μm未満のものをみなし直径1μmの散乱源としてカウントし、直径1.25μm以上1.75μm未満のものをみなし直径1.5μmの散乱源としてカウントし、直径1.75μm以上2.25μm未満のものをみなし直径2μmの散乱源としてカウントし、直径2.25μm以上2.75μm未満のものをみなし直径2.5μmの散乱源としてカウントし、直径2.75μm以上3.25μm未満のものをみなし直径3μmの散乱源としてカウントした。次いで、散乱源サイズ(直径)の各階層でカウントした散乱源がそのみなし直径の球形の散乱源であるとみなし、階層ごとにそのみなし直径に基づいた球体積にカウント数を乗じてその階層のトータル体積を算出し、更に全階層のトータル体積を合算して、散乱源体積とした。次いで、この散乱源体積を観察体積179010μm3(=153μm×117μm×10μm)で割って散乱源の体積濃度を求めた。
(Measuring method of scattering source volume concentration)
The volume concentration (scattering source volume concentration) of bubbles and / or different phases in the sintered body was measured as follows.
Using the transmission mode of a Zeiss metallurgical microscope, a transmission open Nicol image of each sintered sample with both end faces polished as described above was taken using a 50x objective lens. The frame size at that time was about 153 μm × 117 μm. From here, a total of five transmitted open Nicol images were taken while lowering the depth of focus by 2 μm. The size of a typical scattering source is about 1 μm, and if 5 shots are taken while shifting the focus at a pitch of 2 μm, almost all scattering sources distributed in the height direction (range of depth 10 μm) if some defocus is ignored. It becomes possible to shoot.
The size of the scattering source reflected in the captured image is, first of all, the size (diameter) of several tens of μm if there are special substances such as bubbles (pores) and foreign substances other than different phases. In this case, if even one is present in the image, the volume concentration of the scattering source exceeds 200 ppm, and when the laser beam hits the scattering source, significant scattering occurs, so that the linear transmittance is significantly lowered. However, such a large scattering source was not mixed.
After that, the scattering source was observed in more detail. As a result, it was found that all the remaining scattering source sizes were reflected as substantially spherical contrast with a diameter of 3 μm or less. Furthermore, most of them had a diameter of 1.6 μmφ or less.
It was also confirmed separately that if the size of the scattering source is smaller than 150 nm in diameter, it will not be reflected in the microscope. For example, even if 1100 scattering sources with a diameter of 200 nm are reflected in the five photographs. By calculation, the total volume concentration of these scattering sources is less than 200 ppm. In reality, when there are so many scattering sources, the value of the linear transmittance measured separately is greatly reduced. Therefore, the result of observing the volume concentration of the scattering source with a microscope is described as "innumerable less than 200 nm".
Next, for the remaining typical size scattering sources, the scattering source size (diameter) was stratified and counted at a pitch of 0.5 μm. That is, the number of each of φ0.5 μm, φ1 μm, φ1.5 μm, φ2 μm, φ2.5 μm, and φ3 μm was counted. Specifically, those having a diameter of 0.25 μm or more and less than 0.75 μm are counted as a scattering source having a diameter of 0.5 μm, and those having a diameter of 0.75 μm or more and less than 1.25 μm are counted as a scattering source having a diameter of 1 μm. Those with a diameter of 1.25 μm or more and less than 1.75 μm are counted as a scattering source with a diameter of 1.5 μm, and those with a diameter of 1.75 μm or more and less than 2.25 μm are counted as a scattering source with a diameter of 2.25 μm or more. Those having a diameter of less than 2.75 μm were counted as scattering sources having a diameter of 2.5 μm, and those having a diameter of 2.75 μm or more and less than 3.25 μm were counted as scattering sources having a diameter of 3 μm. Next, the scattering source counted in each layer of the scattering source size (diameter) is regarded as a spherical scattering source of the deemed diameter, and the sphere volume based on the deemed diameter is multiplied by the count number for each layer to obtain the number of counts. The total volume was calculated, and the total volume of all layers was added up to obtain the scattering source volume. Next, the volume concentration of the scattering source was determined by dividing the volume of the scattering source by the observed volume of 179010 μm 3 (= 153 μm × 117 μm × 10 μm).

続いて、上記光学研磨したサンプルについて中心波長が1064nmとなるように設計された反射防止膜(ARコート)をコートした。ここで得られたサンプルの光学外観もチェックした。図2に、実施例1、2のサンプルの光学外観チェック結果をその一例として示す。なお、図2(a)は試料側面の外観であり、その図中上側が実施例1のサンプル、図中下側が実施例2のサンプルである。また、図2(b)は試料光学研磨面の外観であり、その図中左側が実施例1のサンプル、図中右側が実施例2のサンプルである。
図2(b)に見られるように、光学研磨した面を通してみるといずれのサンプルも透明であった。なおARコートの干渉色のため外観は紫色を呈して見える。なおこのとき、カメラのピントをサンプルの上部の面に合わせたため、下地の文字がぼやけている。
Subsequently, the optically polished sample was coated with an antireflection film (AR coat) designed so that the center wavelength was 1064 nm. The optical appearance of the sample obtained here was also checked. FIG. 2 shows the optical appearance check results of the samples of Examples 1 and 2 as an example. Note that FIG. 2A shows the appearance of the side surface of the sample, the upper side in the figure is the sample of Example 1, and the lower side in the figure is the sample of Example 2. Further, FIG. 2B shows the appearance of the sample optically polished surface, in which the left side in the figure is the sample of Example 1 and the right side in the figure is the sample of Example 2.
As can be seen in FIG. 2 (b), all the samples were transparent when viewed through the optically polished surface. Due to the interference color of the AR coat, the appearance looks purple. At this time, since the camera was focused on the upper surface of the sample, the characters on the background were blurred.

このようにして得られた各サンプルについてベルデ定数、熱レンズによる焦点位置の最大変化量を以下のように測定した。即ち、図1に示すように、得られた各セラミックスサンプル(ファラデー回転子110に相当する)の前後に偏光素子(偏光子120、検光子130)をセットし、このサンプルを外径32mm、内径6mm、長さ40mmのネオジム−鉄−ボロン磁石(磁石140)の中心に挿入した後、IPGフォトニクスジャパン(株)製ハイパワーレーザー(ビーム径1.6mm)を用いて、両端面から、波長1064nmのハイパワーレーザー光線を入射して、ベルデ定数を測定した。更に、ネオジム−鉄−ボロン磁石を外してから各セラミックスサンプルに前記と同様の条件にて波長1064nmのハイパワーレーザー光線を入射した。その際の熱レンズの発生を焦点位置の最大変化量として計測評価した。 For each sample thus obtained, the Verdet constant and the maximum amount of change in the focal position due to the thermal lens were measured as follows. That is, as shown in FIG. 1, polarizing elements (polarizer 120, analyzer 130) are set before and after each obtained ceramic sample (corresponding to Faraday rotator 110), and this sample has an outer diameter of 32 mm and an inner diameter of 32 mm. After inserting into the center of a 6 mm, 40 mm long neodymium-iron-boron magnet (magnet 140), a high power laser (beam diameter 1.6 mm) manufactured by IPG Photonics Japan Co., Ltd. was used to make a wavelength of 1064 nm from both ends. The Verdet constant was measured by injecting a high-power laser beam from the above. Further, after removing the neodymium-iron-boron magnet, a high-power laser beam having a wavelength of 1064 nm was incident on each ceramic sample under the same conditions as described above. The generation of the thermal lens at that time was measured and evaluated as the maximum amount of change in the focal position.

(ベルデ定数の測定方法)
ベルデ定数Vは、以下の式に基づいて求めた。なお、サンプルに印加される磁界の大きさ(H)は、上記測定系の寸法、残留磁束密度(Br)及び保持力(Hc)からシミュレーションにより算出した値を用いた。
θ=V×H×L
(式中、θはファラデー回転角(rad)、Vはベルデ定数(rad/(T・m))、Hは磁界の大きさ(T)、Lはファラデー回転子の長さ(この場合、0.025m)である。)
(Measurement method of Verdet constant)
The Verdet constant V was obtained based on the following equation. The magnitude (H) of the magnetic field applied to the sample used was a value calculated by simulation from the dimensions of the measurement system, the residual magnetic flux density (Br), and the holding force (Hc).
θ = V × H × L
(In the equation, θ is the Faraday rotator (rad), V is the Verdet constant (rad / (TM)), H is the magnitude of the magnetic field (T), and L is the length of the Faraday rotator (in this case, 0). .025m).)

(熱レンズによる焦点位置の最大変化量の測定方法)
IPGフォトニクスジャパン(株)製ハイパワーレーザー(ビーム径1.6mm)にて100W出力の空間平行光線を出射し、ビームプロファイラで焦点位置を計測した。続いて該出射光線ライン上にセラミックスサンプルをセットし、サンプルセットにより変化した焦点位置をビームプロファイラで再計測し、両者の差分を熱レンズによる焦点位置の最大変化量として求めた。
以上の結果を表2にまとめて示す。
(Measurement method of maximum change in focal position by thermal lens)
A high-power laser (beam diameter 1.6 mm) manufactured by IPG Photonics Japan Co., Ltd. emitted a spatially parallel ray with a 100 W output, and the focal position was measured with a beam profiler. Subsequently, a ceramic sample was set on the emitted light beam line, the focal position changed by the sample set was remeasured with a beam profiler, and the difference between the two was obtained as the maximum amount of change in the focal position by the thermal lens.
The above results are summarized in Table 2.

Figure 0006881390
Figure 0006881390

以上の結果から、本発明の複合酸化物組成に管理されたすべての実施例群(実施例1〜11)、並びに比較例6、9では、いずれも直線透過率が83.5%以上であり、かつ消光比が40dB以上、散乱源体積濃度は3ppm以下となっており、高度に透明な常磁性ガーネット型透明セラミックス焼結体が作製できていることが確認された。更に出力100Wのレーザー光を入射した際の熱レンズによる焦点位置の最大変化量(熱レンズの発生量)もすべて0.25m以下に抑えられており、ハイパワーレーザーシステムに搭載可能であることが確かめられた。ただし、実施例9ではScを多めにドープしたため(式(1)におけるy=0.09、z=0.2)原料コストが1.2倍に上昇している。
また、比較例6ではテルビウム濃度が低くなりすぎた結果(式(1)における1−x−y=0.499)、ベルデ定数が30rad/(T・m)を下回っていた。
また、比較例9のようにScを更に大量にドープしてしまうと(式(1)におけるy=0.2、z=0.4)、Luと合わせた合計置換割合が高くなり過ぎ、その結果テルビウム濃度が低くなるため、ベルデ定数が30rad/(T・m)を下回っていた。
また、スカンジウムをまったく添加しなかった比較例1、3、4(式(1)におけるy=0、z=0)及びスカンジウムの添加量が少なすぎる比較例2(式(1)におけるy=0、z=0.004)では、いずれも直線透過率が83.5%未満であり、消光比も40dB未満、散乱源体積濃度も3ppm超、出力100Wのレーザー光を入射した際の熱レンズによる焦点位置の最大変化量(熱レンズの発生量)も0.25m超となり光学品質が劣っていた。
比較例5ではかなり良い特性が得られていたが、ルテチウム置換量がやや足りず(式(1)におけるx=0.001)、直線透過率、消光比、散乱源体積濃度、熱レンズによる焦点位置の最大変化量(熱レンズの発生量)の値が実施例の群に比べて劣っていた。また比較例7についてもある程度よい特性が得られていたが、SiO2のドープ量が多かったためか、直線透過率、消光比、散乱源体積濃度、熱レンズによる焦点位置の最大変化量(熱レンズの発生量)の値が実施例の群に比べて劣っていた。
比較例8のように希土類サイトとアルミニウムサイトとの配合比が化学量論比からずれてしまった場合、直線透過率、消光比、散乱源体積濃度、熱レンズによる焦点位置の最大変化量(熱レンズの発生量)の値が実施例の群に比べて顕著に悪化していた。
From the above results, in all the example groups (Examples 1 to 11) controlled by the composite oxide composition of the present invention, and Comparative Examples 6 and 9, the linear transmittance was 83.5% or more. Moreover, the extinction ratio was 40 dB or more and the scattering source volume concentration was 3 ppm or less, and it was confirmed that a highly transparent paramagnetic garnet type transparent ceramics sintered body could be produced. Furthermore, the maximum amount of change in the focal position (the amount generated by the thermal lens) due to the thermal lens when a laser beam with an output of 100 W is incident is also suppressed to 0.25 m or less, and it can be mounted on a high-power laser system. It was confirmed. However, in Example 9, since Sc was heavily doped (y = 0.09, z = 0.2 in the formula (1)), the raw material cost increased 1.2 times.
Further, in Comparative Example 6, as a result of the terbium concentration becoming too low (1-xy = 0.499 in the formula (1)), the Verdet constant was less than 30 rad / (Tm).
Further, when Sc is doped in a larger amount as in Comparative Example 9 (y = 0.2, z = 0.4 in the formula (1)), the total replacement ratio combined with Lu becomes too high, and the total substitution ratio becomes too high. As a result, the Verdet constant was less than 30 rad / (TM) because the terbium concentration was low.
Further, Comparative Examples 1, 3 and 4 in which no scandium was added at all (y = 0, z = 0 in the formula (1)) and Comparative Example 2 in which the amount of the scandium added was too small (y = 0 in the formula (1)). , Z = 0.004), the linear transmittance is less than 83.5%, the extinction ratio is less than 40 dB, the scattering source volume concentration is more than 3 ppm, and it depends on the thermal lens when a laser beam with an output of 100 W is incident. The maximum amount of change in the focal position (the amount generated by the thermal lens) was also over 0.25 m, and the optical quality was inferior.
In Comparative Example 5, quite good characteristics were obtained, but the amount of lutetium substitution was slightly insufficient (x = 0.001 in equation (1)), linear transmittance, extinction ratio, scattering source volume concentration, focus by thermal lens. The value of the maximum amount of change in position (the amount of heat lens generated) was inferior to that of the example group. In addition, although good characteristics were obtained to some extent in Comparative Example 7, probably because the amount of doping of SiO 2 was large, the linear transmittance, the extinction ratio, the scattering source volume concentration, and the maximum amount of change in the focal position by the thermal lens (thermal lens). The value of) was inferior to that of the example group.
When the compounding ratio of the rare earth site and the aluminum site deviates from the stoichiometric ratio as in Comparative Example 8, the linear transmittance, the extinction ratio, the scattering source volume concentration, and the maximum amount of change in the focal position by the thermal lens (heat). The value of (lens generation amount) was significantly worse than that of the example group.

以上、本実施例の結果により、(1)式中、x、y、zを所定の範囲に管理し、且つ、焼結助剤としてSiO2を所定の範囲内でドープすることにより、全長25mmでの波長1064nmにおける直線透過率83.5%以上であり、波長1064nmでのベルデ定数30rad/(T・m)以上であり、光路長25mmにおける波長1064nmの出力100Wのレーザー光入射時の熱レンズによる焦点位置の最大変化量(熱レンズの発生量)が0.25m以下であり、ファラデー回転子として波長1064nmにおける消光比40dB以上である、散乱源体積濃度が3ppm以下である、散乱の少ない高度に透明な常磁性ガーネット型透明セラミックスを提供できる。更にこの透明セラミックスを磁気光学材料として用いた場合にハイパワー用途でも利用可能な高性能の磁気光学デバイスを提供できる。 As described above, based on the results of this embodiment, x, y, and z in the formula (1) are controlled within a predetermined range, and SiO 2 is doped within a predetermined range as a sintering aid, so that the total length is 25 mm. A thermal lens at the time of laser light incident with a linear transmittance of 83.5% or more at a wavelength of 1064 nm, a Verdet constant of 30 rad / (TM) or more at a wavelength of 1064 nm, and an output of 100 W at a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm. The maximum amount of change in the focal position (the amount generated by the thermal lens) is 0.25 m or less, the extinction ratio is 40 dB or more at a wavelength of 1064 nm as a Faraday rotor, the scattering source volume concentration is 3 ppm or less, and the altitude with little scattering. Can provide transparent normal magnetic garnet type transparent ceramics. Further, when this transparent ceramic is used as a magneto-optical material, it is possible to provide a high-performance magneto-optical device that can be used in high-power applications.

なお、これまで本発明を上述した実施形態をもって説明してきたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Although the present invention has been described above with the above-described embodiment, the present invention is not limited to this embodiment, and those skilled in the art may think of other embodiments, additions, changes, deletions, and the like. It can be changed within the range possible, and is included in the scope of the present invention as long as the action and effect of the present invention are exhibited in any of the embodiments.

100 光アイソレータ
110 ファラデー回転子
120 偏光子
130 検光子
140 磁石
100 Optical Isolator 110 Faraday Rotator 120 Polarizer 130 Detector 140 Magnet

Claims (8)

下記式(1)で表される複合酸化物の焼結体であり、焼結助剤としてSiO2を0質量%超0.1質量%以下含有し、光路長25mmでの波長1064nmにおける直線透過率が83.5%以上であることを特徴とする常磁性ガーネット型透明セラミックス。
(Tb1-x-yLuxScy3(Al1-zScz512 (1)
(式中、0.05≦x<0.45、0<y<0.1、0.5<1−x−y<0.95、0.004<z<0.2である。)
It is a sintered body of a composite oxide represented by the following formula (1), contains SiO 2 as a sintering aid in an amount of more than 0% by mass and 0.1% by mass or less, and linearly transmits at a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm. Normal magnetic garnet type transparent ceramics characterized by a rate of 83.5% or more.
(Tb 1-xy Lu x Sc y ) 3 (Al 1-z Sc z ) 5 O 12 (1)
(In the formula, 0.05 ≦ x <0.45, 0 <y <0.1, 0.5 <1-x-y <0.95, 0.004 <z <0.2.)
波長1064nmでのベルデ定数が30rad/(T・m)以上である請求項1記載の常磁性ガーネット型透明セラミックス。 The paramagnetic garnet-type transparent ceramic according to claim 1, wherein the Verdet constant at a wavelength of 1064 nm is 30 rad / (Tm) or more. 光路長25mmにおける波長1064nmのレーザー光をビーム径1.6mm、入射パワー100Wで入射した場合の熱レンズによる焦点位置の最大変化量が0.25m以下である請求項1又は2記載の常磁性ガーネット型透明セラミックス。 The paramagnetic garnet according to claim 1 or 2, wherein the maximum amount of change in the focal position by the thermal lens when a laser beam having a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm is incident with a beam diameter of 1.6 mm and an incident power of 100 W is 0.25 m or less. Mold transparent ceramics. ファラデー回転子として、光路長25mmでの波長1064nmにおける消光比が40dB以上である請求項1〜3のいずれか1項記載の常磁性ガーネット型透明セラミックス。 The paramagnetic garnet-type transparent ceramic according to any one of claims 1 to 3, wherein the Faraday rotator has an extinction ratio of 40 dB or more at a wavelength of 1064 nm at an optical path length of 25 mm. 散乱源体積濃度が3ppm以下である請求項1〜4のいずれか1項記載の常磁性ガーネット型透明セラミックス。 The paramagnetic garnet-type transparent ceramic according to any one of claims 1 to 4, wherein the scattering source volume concentration is 3 ppm or less. 請求項1〜5のいずれか1項記載の常磁性ガーネット型透明セラミックスからなる磁気光学材料。 A magneto-optical material made of paramagnetic garnet-type transparent ceramics according to any one of claims 1 to 5. 請求項6記載の磁気光学材料を用いて構成される磁気光学デバイス。 A magneto-optical device configured by using the magneto-optical material according to claim 6. 上記常磁性ガーネット型透明セラミックスをファラデー回転子として備え、該ファラデー回転子の光学軸上の前後に偏光材料を備えた波長帯0.9μm以上1.1μm以下で利用可能な光アイソレータである請求項7記載の磁気光学デバイス。 A claim that the above-mentioned paramagnetic garnet type transparent ceramics is provided as a Faraday rotator, and a polarizing material is provided before and after the optical axis of the Faraday rotator, which is an optical isolator that can be used in a wavelength band of 0.9 μm or more and 1.1 μm or less. 7. The magneto-optical device according to 7.
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WO2022054595A1 (en) * 2020-09-09 2022-03-17 信越化学工業株式会社 Paramagnetic garnet-type transparent ceramic, magneto-optical device, and production method for paramagnetic garnet-type transparent ceramic
WO2022085679A1 (en) * 2020-10-20 2022-04-28 株式会社ワールドラボ Tb-CONTAINING RARE EARTH-ALUMINUM GARNET CERAMIC, AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
WO2023112508A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 信越化学工業株式会社 Transparent ceramic for magneto-optical element, and magneto-optical element

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050019241A1 (en) * 2003-07-23 2005-01-27 Lyons Robert Joseph Preparation of rare earth ceramic garnet
CN102575382B (en) * 2009-10-21 2015-07-01 株式会社藤仓 Single crystal, process for producing same, optical isolator, and optical processor using same
JP5522866B2 (en) * 2013-02-05 2014-06-18 株式会社オキサイド Translucent terbium oxide sintered body for magneto-optical element
JP6137044B2 (en) * 2014-05-02 2017-05-31 信越化学工業株式会社 Magneto-optical material and magneto-optical device
US10494307B2 (en) * 2015-08-27 2019-12-03 Konoshima Chemical Co., Ltd. Transparent rare earth aluminum garnet ceramics
JP2017137223A (en) * 2016-02-05 2017-08-10 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Garnet type single crystal, production method therefor, and optical isolator and optical processor using same

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