WO2009130966A1 - 偏光ガラス、光アイソレーターおよび偏光ガラスの製造方法 - Google Patents

偏光ガラス、光アイソレーターおよび偏光ガラスの製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a polarizing glass, an optical isolator, and a polarizing glass manufacturing method used as a polarizer, which is one of important components such as a small optical isolator, an optical switch, or an electromagnetic sensor used for optical communication. About.
  • metal particles having shape anisotropy in glass for example, glass in which silver particles and copper particles are oriented and dispersed, become a polarizer because the light absorption wavelength band of the metal differs depending on the incident polarization direction.
  • shape anisotropy means that the vertical dimension and the horizontal dimension are different
  • orientation means that the longitudinal directions of a large number of shape anisotropic particles are aligned in a specific direction.
  • dispersion means that the shape anisotropic particles are arranged separately from each other.
  • polarizing glass As the polarizing glass as described above, for example, ion exchange treatment is performed on both main surfaces of a glass substrate, Ag ions are introduced into the glass from both main surfaces, and then Ag colloidal fine particles are formed by heat treatment. The substrate is stretched to give a shape anisotropy to the Ag fine particles to obtain a polarizing glass (see Non-Patent Document 1).
  • This polarizing glass has been attracting attention because it is relatively easy to manufacture and can reduce manufacturing costs.
  • FIG. 5 is an explanatory view of a conventional polarizing glass
  • FIG. 5 (a) is a partial sectional view of the conventional polarizing glass
  • FIG. 5 (b) is an Ag in the traveling direction of light that performs the polarizing action of the conventional polarizing glass. It is a figure which shows the density
  • silver fine particles 13 having shape anisotropy are oriented and dispersed in regions 14 near both main surfaces of a glass substrate 12 as a glass substrate. Is. As shown in FIG. 5B, the concentration distribution of Ag particles is generally high in the vicinity of the surface of the glass substrate 12, and generally draws an attenuation curve in which the concentration decreases as it goes inside.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation when an optical isolator is constructed using a conventional polarizing glass.
  • an optical isolator 100 has a garnet crystal 20 as a Faraday rotator disposed between two polarizing glasses 10a and 10b whose polarization axes are inclined by 45 degrees. It is sandwiched between magnets 30a and 30b and placed under the magnetic field.
  • shape-anisotropic silver particles having a distribution as shown in FIG. 5 are oriented and dispersed in one direction in the vicinity of both main surfaces of the glass substrate.
  • the transmitted light component b (linearly polarized light) is light having a light component c by rotating the plane of polarization by 45 degrees Faraday when passing through the garnet crystal 20.
  • the light of the light component c is transmitted as it is through the polarizing glass 10b whose polarization axis is inclined by 45 degrees with respect to the polarizing glass 10a, is incident on the optical fiber 50, and is transmitted.
  • the linearly polarized light of the light collapses and becomes light having the light components d1, d2, etc., and enters the polarizing glass 10b.
  • the incident light only the light (linearly polarized light) having the component e whose polarization plane is the same as that of the light component c can pass through the polarizing glass 10b.
  • the plane of polarization is rotated by 45 degrees to become light of the light component f.
  • the polarization plane of the light component f is orthogonal to the polarization axis of the polarizing glass 10a, it is essentially completely absorbed. This should substantially prevent return light from the optical fiber 50 from returning to the LD light source.
  • the optical isolator is used to prevent the return light to the LD light source, and is indispensable for reliable optical communication. Yes.
  • the surface of the polarizing glass 10a on the side bonded to the garnet crystal 20 reflects a part of the light of the component f, which is the light that should originally be absorbed by the plasma because the concentration of silver particles is high, It propagates in the garnet crystal 20 as light ⁇ toward the polarizing glass 10b on the optical fiber 50 side. At this time, while the light ⁇ is propagated through the garnet crystal 20, the plane of polarization is rotated 45 degrees, and the light ⁇ becomes light of the light component g and reaches the polarizing glass 10b.
  • the polarizing glass 10b also has a high concentration of silver particles in the vicinity of the surface, so that a part of the light ⁇ of the component g is reflected and propagates in the garnet crystal 20 as light ⁇ . While the light ⁇ also propagates through the garnet crystal 20, the plane of polarization is rotated by 45 degrees, and becomes the light of the component h and reaches the polarizing glass 10a again.
  • the polarization plane of the component h is the same as the polarization plane of the component b described above and can pass through the polarizing glass 10a, the light of the component h passes through the polarizing glass 10a as it is, It will enter the LD light source as it is, and this will deteriorate the isolation performance.
  • the surface reflection of the polarizing glasses 10a and 10b as described above is reflected light due to the metal concentration of the polarizing glasses 10a and 10b being high on the surface. Therefore, an antireflection film (AR coating) is formed on both main surfaces of the polarizing glasses 10a and 10b. ) Is not essentially improved.
  • the reflected light when the light emitted from the LD light source 40 first enters the polarizing glass 10a is formed by slightly tilting the integrated isolator 100 made of the polarizing glass 10a, the garnet crystal 20, and the polarizing glass 10b. It is possible to prevent returning directly to the light source.
  • the transmission light to the optical fiber 50 or the like returns as return light
  • the return light cannot be prevented even if the polarizing glass or the like is tilted, so that the isolation of the optical isolator 100 is low.
  • the return light resulting from is incident on the light source.
  • the isolation (Iso: dB) indicating the figure of merit is calculated by the following equation.
  • Iso (dB) ⁇ 10 Log ⁇ R n +10 ( ⁇ X / 10) ⁇ (1)
  • R represents the reflectance of linearly polarized light in the absorption direction of the polarizing glass
  • n represents the number of reflections
  • X represents Iso (dB) of the isolator when the reflectance R on the polarizing glass is 0.
  • the return light because it is reflected twice in total, it will be reflected by R 2 minutes is deteriorated from isolation when 0.
  • Iso is calculated to be 30 dB from the equation (1).
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the reflectance R of linearly polarized light in the absorption direction of the polarizing glass and the isolation (Iso: dB).
  • the isolator Iso (dB) X is 40 dB, 35 dB, and 32 dB when the reflectance R of the polarizing glass is 0.
  • the influence of the reflectance cannot be ignored, and the isolator when the reflectance is zero is obtained. Even if the reflection is 40 dB, if the reflectance exceeds 3%, it is below the isolation of 30 dB, which is the lower limit of the optical isolator specification, and the performance is degraded.
  • the thickness of the layer containing shape anisotropic metal particles is as thin as several ⁇ m.
  • the thickness of the polarizing glass is not uniform, for example, when assembling a large number of optical isolators, the thickness of the integrated isolator with the polarizing glass bonded to both sides of the garnet film is not uniform, and the size of the holder that accommodates this is There is a big obstacle in production that it is not constant and mass production of holders is not possible.
  • the present invention has been made under the above-mentioned background, and an object thereof is to provide a polarizing glass, an optical isolator, and a manufacturing method of the polarizing glass that can be manufactured relatively easily and have no problem of surface reflection.
  • a polarizing glass comprising shape-anisotropic metal particles oriented and dispersed in a glass substrate, wherein the metal particle concentration is a surface on one side of the glass substrate in the traveling direction of light exhibiting a polarizing action. Near and near the surface of the other side is almost zero, and gradually increases from one side of the glass substrate to the other side, and reaches a predetermined range within the glass substrate.
  • the polarizing glass has a distribution that gradually decreases toward the other side.
  • An optical isolator including a Faraday rotator and at least one polarizer as components, wherein the polarizing glass according to any one of (1) to (5) is used as the polarizer.
  • Optical isolator. A polarizing glass manufacturing method for manufacturing a polarizing glass comprising shape-anisotropic metal particles oriented and dispersed in a glass substrate, Two polarizing glasses each having at least one main surface including a metal particle-containing layer having a concentration distribution in which the shape anisotropic metal particle concentration is high in the vicinity of the surface and decreases in the internal direction, and the orientation direction of the metal particles of each other The main surface having the metal particle-containing layer facing each other so as to be in close contact with each other, if there is a metal particle layer on the other non-adhering main surface, by removing the metal particle-containing layer, The metal particle concentration is substantially zero in the vicinity of the surface on one side of the glass substrate and in the vicinity of the surface on the other side in the traveling direction of light exhibiting
  • a polarizing glass characterized by producing a polarizing glass having a distribution that gradually increases toward the other side, becomes a predetermined range within the glass substrate, and then gradually decreases toward the other side.
  • Manufacturing method (9) Metal ion-containing glass having a metal ion-containing layer in which metal ions are introduced into the main surface of the glass substrate by an ion exchange method, and the metal ion concentration is high near the glass surface and has a concentration distribution that decreases in the internal direction. Make the substrate, By heating the metal ion-containing glass substrate, a metal particle-containing glass having a metal particle-containing layer having a concentration distribution in which metal particles are generated and the metal particle concentration is high near the glass substrate surface and decreases in the inner direction.
  • a polarizing glass manufacturing method characterized by manufacturing a polarizing glass having a distribution that becomes a predetermined range in the glass substrate and then gradually decreases toward the other side.
  • the present invention even when a metal ion is introduced into a glass surface by an ion exchange method and heated, a metal particle is generated, and this is heated using a relatively simple method of stretching. Thus, it is possible to obtain a polarizing glass in which surface reflection is not a problem. Further, since there are almost no shape anisotropic particles in the vicinity of the surface, it is possible to easily adjust the polarizing glass to a predetermined thickness by dropping the vicinity of the surface by means such as polishing and etching.
  • the thickness of the layer containing shape anisotropic metal particles in the central portion in the traveling direction (thickness direction) of light exhibiting a polarizing action is as thin as 10 ⁇ m or less in total, the thickness of the polarizing glass is maintained without impairing the polarization characteristics. It is also easy to produce a thin polarizing glass having a thickness of 50 ⁇ m or less.
  • FIG. 1 is an explanatory view of a polarizing glass according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a partial sectional view of the polarizing glass according to the first embodiment, and FIG. It is a figure which shows density
  • the polarizing glass 1 according to the first embodiment is one in which fine metal particles 3 having shape anisotropy are oriented and dispersed in a glass substrate 2 as a glass substrate. .
  • the dimension of the metal fine particles 3 is about 50 to 210 nm in the longitudinal direction and about 10 to 30 nm in the direction orthogonal to the longitudinal direction.
  • the metal fine particles 3 have a longitudinal direction facing a direction orthogonal to the traveling direction (thickness direction) of the light L subjected to the polarization action.
  • the concentration distribution of the metal particles in the traveling direction of the light performing the polarization action is almost zero near the surface on one side and near the surface on the other side of the glass substrate 2.
  • the concentration in the vicinity of the center may be about 1 ⁇ 10 8 to 1 ⁇ 10 12 pieces / mm 3 .
  • the thickness t1 of the polarizing glass 1 is 0.03 to 0.6 mm, and the thickness t2 of the region 4 where the metal particles are present is 5 to 30 ⁇ m.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the manufacturing process of the polarizing glass 1 according to the first embodiment.
  • the manufacturing process of the polarizing glass 1 concerning Embodiment 1 is demonstrated, referring FIG. First, two conventional polarizing glasses 10 shown in FIG. 5 are produced (see FIG. 2A). Next, the two polarizing glasses 10 are brought into close contact with each other so that the orientations of the shape anisotropic metal particles coincide with each other (see FIG. 2B). Next, the metal fine particle-containing layer 14 in the vicinity of the non-adhered surface is removed by polishing or etching (see FIG. 2C). Thereby, the polarizing glass 1 concerning Embodiment 1 can be obtained.
  • the polarizing glass 1 there is no reflection due to the metal on the surface, and linearly polarized light enters the inside of the polarizing glass 1, and along with a gradual increase in the concentration of metal fine particles, Although the reflectivity gradually increases, the intensity of linearly polarized waves gradually decreases due to the plasma absorption of fine metal particles, so that even if a high-concentration metal-containing part (joint surface) is reached, the reflected light intensity is the conventional type. It becomes weaker than
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the polarizing glass according to the second embodiment.
  • FIG. 3A is a partial cross-sectional view of the polarizing glass according to the second embodiment
  • FIG. 3B is a polarized light according to the second embodiment. It is a figure which shows the density distribution of the metal particle in the advancing direction of the light which performs the polarization effect of glass.
  • the polarizing glass 1 according to the second embodiment is also shaped anisotropically in the vicinity of both main surfaces by using the ion exchange method, similarly to the polarizing glass according to the first embodiment. Two conventional polarizing glasses formed with layers are adhered to each other, but the two polarizing glasses used are different from those in the first embodiment.
  • the two polarizing glasses used in the second embodiment have a shape anisotropic metal particle concentration at the outermost surface that is relatively low by a two-stage ion exchange method or the like, and anisotropy within a few ⁇ m from the outermost surface.
  • the concentration of the conductive metal particles becomes the highest, and the concentration gradually decreases from there to the inside.
  • the change in the metal fine particle concentration distribution changes from the change from the outermost surface to the highest point of the metal fine particle concentration.
  • the change from the highest density point to the point where the density becomes substantially zero in the internal direction is more gradual.
  • the change in the concentration distribution of the metal particles is gradual, it is possible to further suppress the reflection of light.
  • Example 1 A molten salt in which sodium nitrate and silver nitrate are mixed at a weight ratio of 2: 1 is heated to 450 ° C., and a commercially available white plate glass having a thickness of 2 mm is immersed for 50 hours to ionize sodium ions in the glass and silver ions in the molten salt. Exchanged. Subsequently, the ion-exchanged white plate glass was heat-treated at 650 ° C. for 10 hours to deposit approximately 45 ⁇ m spherical silver fine particles. These silver fine particles were confirmed over a depth of 30 ⁇ m from both surfaces of the white plate glass.
  • the silver-containing layers were heat-adhered through low-melting glass with the stretching direction of the two samples (C) accurately aligned. Furthermore, the surfaces of the two surfaces on which the glass pieces were not bonded were uniformly removed by polishing, the thickness was set to 0.2 mmt, and a sample (A) was obtained (corresponding to the polarizing glass of Embodiment 1). In the sample (A), the silver-containing layers on both surfaces of the glass were completely removed by polishing, and only the silver-containing layer was provided at the bonded portion of the central portion of the thickness. The thickness accuracy was 0.2 ⁇ 0.002 mm.
  • sample (C) was polished to remove the layer containing silver particles, and two glass pieces having a thickness of 0.1 mmt were prepared by this single-side polishing.
  • the two pieces of glass were aligned in the stretching direction accurately, and the silver-containing layers were heated and adhered to each other through a low-melting glass to obtain a sample (B) (corresponding to the polarizing glass of Embodiment 2).
  • the silver-containing layers on both surfaces of the glass were completely removed by polishing, and only the silver-containing layer was provided at the bonded portion of the central portion of the thickness.
  • the thickness accuracy was 0.2 ⁇ 0.005 mm.
  • the extinction ratio of the glass samples (A), (B), and (C) was measured using a 1.31 ⁇ m LD light source.
  • FIG. 4 is a diagram showing a measurement system used for measuring the reflectance of samples (A), (B), and (C).
  • the light from the light source 65 is converted into a unidirectional linearly polarized light through the Glan-Thompson prism 61 and is incident on the measurement sample 64 through the non-polarization demultiplexer 62.
  • the reflected light again enters the non-polarization demultiplexer 62, is diffracted in the direction C of the detector 63, and is detected by the detector 63.
  • a reflecting plate coated with Al (aluminum) is placed at the arrangement position of the measurement sample 64 via the matching oil 66, and the intensity of reflected light incident on the detector 63 is measured.
  • the polarizing glass (measurement sample) 64 to be measured is placed in the arrangement position of the measurement sample 64 via the matching oil 66 in the direction (parallel to the stretching direction) to absorb the linearly polarized light incident thereon, and the transmitted light b is minimized. Measure the reflected light at an angle.
  • the matching oil 66 serves to eliminate the influence of reflection due to the difference in refractive index of the material.
  • Example 2 As in Example 1, the extinction ratio and reflectance of the sample (D) were measured, and using two samples (D), an optical isolator was prepared in the same manner as in Example 1 and the isolation was measured. . These results are shown in Table 2 below. A 5 mm square was cut out from the glass tape in parallel to the stretching direction, both surfaces were evenly polished, finished to a thickness of 30 ⁇ m, and used as a sample (E). The thickness accuracy of the sample (E) was 30 ⁇ 8 ⁇ m. Further, like the sample (E), the silver-containing layers on both surfaces of the glass were completely removed by polishing, and the silver-containing layer had only a thickness of about 6 ⁇ m at the bonded portion of the central portion of the thickness. . The extinction ratio and the reflectance of the sample (E) were measured in the same manner as in Example 1. Using two samples (E), an optical isolator was produced in the same manner as in Example 1, and the isolation was measured. The results are shown in Table 2 described later.
  • Example 3 A white plate having a thickness of 1.5 mm was subjected to ion exchange in the same manner as in Example 1.
  • Two glass plates were placed on a flat alumina plate with their ion exchange surfaces facing each other, and a ceramic plate of about 2 kg was weighted. However, heat treatment was performed at 650 ° C. for 10 hours. The two glass plates were fused, and the glass plate thickness was 2.8 mm. On both surfaces of this fused glass plate, approximately spherical silver fine particles of about 50 ⁇ m were deposited over a depth of 30 ⁇ m. Further, in the central part of the thickness of the fused glass plate, approximately spherical silver fine particles of about 45 ⁇ m were deposited over a thickness of about 60 ⁇ m.
  • the fused glass plate on which the silver fine particles were deposited was heated to about 710 ° C. and stretched.
  • the obtained glass tape had a thickness of 0.28 ⁇ 0.03 mm.
  • a 10 mm square was cut out from this glass tape in parallel with the drawing direction, immersed in an etching solution of a hydrofluoric acid aqueous solution, both surfaces were uniformly etched, and finished to a thickness of 0.2 mmt to obtain a sample (F).
  • the silver-containing layers on both surfaces of the glass were completely removed by etching, and the silver-containing layer only had a thickness of about 6 ⁇ m in the fused portion of the central portion of the thickness.
  • the thickness accuracy of the sample (F) was 0.2 ⁇ 0.01 mm.
  • the extinction ratio and the reflectance were measured, and using two samples (F), an optical isolator was produced in the same manner as in Example 1, and the isolation was measured. The results are shown in Table 2 described later.
  • Example 4 After depositing a Cr film with a thickness of 0.5 ⁇ m on one surface of a white plate having a thickness of 1.1 mm, the white plate was subjected to ion exchange in the same manner as in Example 1. Subsequently, the ion exchange surface was masked with an acid resistant tape, and only the Cr film was peeled off with a mixed acid of sulfuric acid and hydrofluoric acid. Silver fine particles were deposited simultaneously with the fusion of the two glasses. The fused glass plate had a thickness of 2.0 mmt, and no silver fine particles were deposited on both surfaces. Further, in the central part of the thickness of the fused glass plate, approximately spherical silver fine particles of about 45 ⁇ m were deposited over a thickness of about 60 ⁇ m.
  • the fused glass plate on which the silver fine particles were deposited was heated to about 700 ° C. and stretched.
  • the obtained glass tape had a thickness of 0.2 ⁇ 0.03 mm.
  • a 10 mm square was cut out from this glass tape in parallel with the stretching direction to obtain a sample (G).
  • Sample (G) only had a silver-containing layer at a thickness of about 6 ⁇ m in the fused portion of the central portion of the thickness.
  • the extinction ratio and reflectance were measured, and using two samples (G), an optical isolator was prepared in the same manner as in Example 1, and the isolation was measured. The results are shown in Table 2 described later.
  • sample (I) A glass piece cut into a 10 mm square parallel to the stretching direction from this glass tape was used as sample (I).
  • One main surface of the sample (I) was removed by polishing, and two glass pieces having a thickness of 0.1 mmt were prepared by single-side polishing. Two glass pieces were aligned with each other in the direction of stretching accurately, and the silver-containing layers were brought into close contact with each other using a UV light curable resin to obtain a sample (H).
  • the silver-containing layers on both surfaces of the glass were completely removed by polishing, and only the silver-containing layer was provided at the bonded portion of the central portion of the thickness.
  • the thickness accuracy was 0.2 ⁇ 0.003 mm.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the extinction ratio and reflectance of the samples (H) and (I) were measured. In addition, using two samples (H) and two samples (I), optical isolators were produced in the same manner as in Example 1, and isolation was measured. The results are shown in Table 2.
  • FIG.1 (a) is a fragmentary sectional view of the polarizing glass concerning this Embodiment 1
  • FIG.1 (b) is this Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows density
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the polarizing glass 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is an explanatory view of the polarizing glass according to the second embodiment, FIG.
  • FIG. 3A is a partial sectional view of the polarizing glass according to the second embodiment
  • FIG. 3B is the polarization of the polarizing glass according to the second embodiment. It is a figure which shows concentration distribution of the metal particle in the advancing direction of the light which performs an effect
  • FIG. 3 is a diagram showing a measurement system used for measuring reflectance of samples (A) to (I).
  • FIG. 5 (a) is a partial sectional view of a conventional polarizing glass
  • FIG. 5 (b) is a concentration of Ag particles in the traveling direction of light that performs the polarizing action of the conventional polarizing glass. It is a figure which shows distribution.

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Abstract

　ガラス基体中に配向分散された形状異方性金属粒子を含む偏光ガラスであって、前記金属粒子濃度が、偏光作用を示す光の進行方向において、前記ガラス基体の一方の側の表面近傍及び他方の側の表面近傍ではほぼゼロであり、前記ガラス基体の一方の側から他方の側へ向かうにしたがって次第に増加していき、前記ガラス基体内で所定の範囲の大きさになり、次に他方の側に向かうに従って次第に減少する分布を有することを特徴とする。

Description

偏光ガラス、光アイソレーターおよび偏光ガラスの製造方法
　本発明は、例えば、光通信などに利用される小型光アイソレーター、光スイッチもしくは電気磁気センサー等の重要な構成部品の一つである偏光子として用いられる偏光ガラス、光アイソレーターおよび偏光ガラスの製造方法に関する。
　ガラス中に形状異方性を有する金属微粒子、例えば、銀粒子や銅粒子が配向・分散されたガラスは、その金属の光吸収波長帯が入射偏光方向によって異なるために偏光子になることが知られている。なお、ここで、形状異方性とは、縦寸法と横寸法とが異なることをいい、配向とは、多数の形状異方性粒子の長手方向がそろって特定の方向を向いていることをいい、分散とは、形状異方性粒子が互いに分離して配置されていることをいう。
　上述のような偏光ガラスとしては、例えば、ガラス基板の両主表面に、イオン交換処理を施し、両主表面からガラス中にＡｇイオンを導入した後、熱処理によってＡｇコロイド微粒子を形成し、引き続きガラス基板を延伸し、Ａｇ微粒子に形状異方性を与えて偏光ガラスとするものである（非特許文献１参照）。この偏光ガラスは、比較的製造が容易であり、製造コストを低減できるので、注目されてきている。
K.J.Berg GlassSci.Technol.68 C１ (1995), P554
　ところで、上述の従来の偏光ガラスにあっては、イオン交換によって生成する銀粒子の存在する領域がガラス表面近くの極く薄い層に限定される。しかも、さらに延伸を加えることで、ガラスの厚みは縮小され、全体の厚さが２００μｍの偏光ガラスにおいては、通常表面から３～５μｍ程度の極く薄い層に延伸された銀粒子が存在することになる。図５は従来の偏光ガラスの説明図であって図５（ａ）が従来の偏光ガラスの部分断面図であり図５（ｂ）が従来の偏光ガラスの偏光作用を行う光の進行方向におけるＡｇ粒子の濃度分布を示す図である。図５に示されるように、従来の偏光ガラス１０は、ガラス基体としてのガラス基板１２の両主表面近傍の領域１４に、形状異方性を有する銀の微粒子１３が配向して分散されているものである。Ａｇ粒子の濃度分布は、図５（ｂ）に示されるように、ガラス基板１２の表面近傍で高く、内部になるにつれ濃度が減少してゆく減衰曲線を描くのが一般的である。
　このような偏光ガラスを用いて光アイソレーターを作製すると、以下のような欠点があることが判明した。以下、この点について説明する。図６は従来の偏光ガラスを用いて光アイソレータを構成した場合の作用説明図である。図６において、光アイソレータ１００は、互いの偏光軸が４５度傾けられた２枚の偏光ガラス１０ａ,１０ｂの間にファラデーローテータとしてのガーネット結晶２０を配置し、このガーネット結晶２０を、２つの永久磁石３０ａ，３０ｂで挟み、その磁場下に置くようにしたものである。なお、偏光ガラス１０ａ，１０ｂは、ガラス基板の両主表面近傍に、図５に示されるような分布を有する形状異方性の銀粒子が一方向に配向されて分散されているものである。
　いま、光アイソレータ１００の図中左方に配置されたＬＤ光源４０からの光が光アイソレータ１００を通過して図中右方に配置された光ファイバ５０に至る場合を考える。ＬＤ光源４０から出射された光は、直交する光成分ａ，ｂを有するが、光アイソレータ１００の偏光ガラス１０ａを通過すると、光成分ａ，ｂのうち、金属の延伸方向に平行な光成分ａを吸収し、垂直方向の光成分ｂのみを有する光を透過する。この透過した光成分ｂの光（直線偏光）は、ガーネット結晶２０を通過する際に偏波面が４５度ファラデー回転して光成分ｃを有する光になる。光成分ｃの光は、偏光ガラス１０ａに対して４５度偏光軸が傾けられた偏光ガラス１０ｂをそのまま透過して、光ファイバ５０に入射され、伝送される。
　このとき、光ファイバ内での断線等の故障により、伝送光が戻ってきた場合、光の直線偏波が崩れて光成分ｄ１，ｄ２等を有する光になって、偏光ガラス１０ｂに入射する。この入射した光のうち、この偏光ガラス１０ｂを通過できるのは、上述の光成分ｃに対してその偏波面が同じである成分ｅを有する光（直線偏光）のみである。この光成分ｅの光は、ガーネット結晶２０に入射してそれを通過すると、その偏波面が４５度回転させられて光成分ｆの光になる。光成分ｆは、その偏波面が前記偏光ガラス１０ａの偏光軸と直交することになるので、本来ならほぼ完全に吸収されることになる。これによって、光ファイバ５０からの戻り光がＬＤ光源に戻るのがほぼ阻止されることになるはずである。ＬＤ光源に戻り光が入射すると、光出力がゆらぎ不安定となるので、光アイソレーターは、ＬＤ光源への戻り光の防止として利用され、信頼性の高い光通信には欠かせないものとなっている。
　しかしながら、本願発明者の研究によれば、上記偏光ガラスを用いた光アイソレータは、偏光ガラスの性能等から予想されるアイソレーションに比較して、実際に得られるアイソレーションがかなり小さいことが判明した。そこで、この原因を究明したところ、以下の事実が判明した。以下、この点を説明する。図６において、上述の通り、戻り光である光成分ｆは、その偏波面が前記偏光ガラス１０ａの偏光軸と直交することになるので、本来なら偏光ガラス１０ａによってほぼ完全に吸収されるはずである。ところが、偏光ガラス１０ａのガーネット結晶２０に貼り合わせた側の表面では、銀粒子の濃度がが高い為に本来プラズマ吸収されるべき光である成分ｆの光の一部が、反射してしまい、光ファイバ５０側の偏光ガラス１０ｂに向かってガーネット結晶２０内を光αとして伝播する。この時光αは、ガーネット結晶２０内を伝播する間に偏波面が４５度回転させられ、光成分ｇの光となって偏光ガラス１０ｂにいたる。そして、偏光ガラス１０ｂも、表面近傍で銀粒子の濃度が高いので、成分ｇの光αの一部が反射されて光βとなってガーネット結晶２０内を伝播する。光βもガーネット結晶２０内を伝播する間に偏波面が４５度回転させられ、成分ｈの光となって再度偏光ガラス１０ａにいたる。ここで、成分ｈの偏波面は、上述の成分ｂの偏波面と同じであって、偏光ガラス１０ａを通過できる偏波であるため、この成分ｈの光は偏光ガラス１０ａをそのまま通過して、ＬＤ光源にそのまま入射してしまうことになり、これによって、アイソレーション性能を悪化させてしまうことになる。
　なお、上述のような偏光ガラス１０ａ，１０ｂの表面反射は、偏光ガラス１０ａ，１０ｂの金属濃度が表面で高いことによる反射光なので、偏光ガラス１０ａ，１０ｂの両主表面に反射防止膜（ＡＲコート）を施しても、本質的に改善されない。また、ＬＤ光源４０からの出射光が、最初に偏光ガラス１０ａ，に入射する際の反射光は、偏光ガラス１０ａ、ガーネット結晶２０、偏光ガラス１０ｂよりなる一体型のアイソレータ１００を少し傾けることで、光源へ直接戻ることを防ぐことができる。しかしながら、光ファイバ５０等への伝送光が戻り光となって戻ってきた場合には、偏光ガラス等を傾けていてもその戻り光を防ぐことはできないので、光アイソレータ１００のアイソレーションが低いことに起因する戻り光が光源に入射されることになる。
　このような偏光ガラスを使用した光アイソレーターにおいて、その性能指数を示すアイソレーション（Ｉｓｏ：ｄＢ）は、次の式で算出される。
　　　　　Ｉｓｏ（ｄＢ）＝－１０Ｌｏｇ｛Ｒn＋１０（－Ｘ/１０）｝・・・（１）
　ここで、Ｒは偏光ガラスの吸収方向の直線偏光の反射率を、nは反射回数を、Ｘは偏光ガラスでの反射率Ｒが０のときのアイソレーターのＩｓｏ（ｄＢ）を表す。図６に示されるように、戻り光は、合計２回反射されるので、Ｒ２分だけ反射が０のときのアイソレーションから劣化することになる。例えば、Ｘが４０ｄＢあったとしても、反射率Ｒが３％あれば、（１）式よりＩｓｏは３０ｄＢと計算される。
　図７は偏光ガラスの吸収方向の直線偏光の反射率Ｒとアイソレーション（Ｉｓｏ：ｄＢ）との関係を示す図である。図においては、偏光ガラスでの反射率Ｒが０のときのアイソレーターのＩｓｏ（ｄＢ）Ｘが４０ｄＢ、３５ｄＢ、３２ｄＢの場合について示している。この図から明らかなように、表面で形状異方性金属微粒子の濃度が高い偏光ガラスを用いて、光アイソレーターを作製した場合、反射率の影響が無視できなくなり、反射率が０のときのアイソレーションが４０ｄＢあっても、反射率が３％を超えると、光アイソレーター仕様の下限であるアイソレーション３０ｄＢ以上を下回り、性能の低下を招いてしまう。
　さらに、両主表面に金属微粒子含有層を有するガラス板を延伸して偏光ガラスを作製する製造方法では、形状異方性金属粒子を含む層厚が数μｍと薄いので、延伸後の偏光ガラスシート厚さを研磨等で目標厚さに揃えようとしたとき、研磨により金属微粒子部分がなくなってしまうので、偏光ガラスの厚さを所定値に調整することが難しいという問題もあった。偏光ガラスの厚さが揃っていないと、例えば光アイソレーターを多数組み上げる際に、ガーネット膜の両側に偏光ガラスを貼り合わせた一体型のアイソレーターの厚さが揃わず、これを収容するホルダーのサイズが一定とならず、ホルダーの大量生産ができないという、生産上の大きな障害がある。
　本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、比較的簡単に製造が可能でしかも表面反射の問題等のない偏光ガラス、光アイソレーターおよび偏光ガラスの製造方法を提供することを目的とする。
　上述の課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）ガラス基体中に配向分散された形状異方性金属粒子を含む偏光ガラスであって、前記金属粒子濃度が、偏光作用を示す光の進行方向において、前記ガラス基体の一方の側の表面近傍及び他方の側の表面近傍ではほぼゼロであり、前記ガラス基体の一方の側から他方の側へ向かうにしたがって次第に増加していき、前記ガラス基体内で所定の範囲の大きさになり、次に他方の側に向かうに従って次第に減少する分布を有することを特徴とする偏光ガラス。
（２）前記金属粒子が、金属銀微粒子または金属銅微粒子であることを特徴とする（１）に記載の偏光ガラス。
（３）前記形状異方性金属粒子を含む層の厚さが合計で２０μｍ以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の偏光ガラス。
（４）全体の厚さが、５０μｍ以下であることを特徴とする（１）～（３）のいずれかに記載の偏光ガラス。
（５）中心波長が１.３１μｍである波長域の光及び中心波長が１.５５μｍである波長域の光の、一方または両方に対する消光比が３０ｄＢ以上である（１）～（４）のいずれかに記載の偏光ガラス。
（６）（１）～（５）のいずれか１に記載の偏光ガラスを用いたことを特徴とする光アイソレーター。
（７）ファラデー回転素子及び少なくとも一つの偏光子を構成部品として含む光アイソレーターであって、前記偏光子として（１）～（５）のいずれか１に記載の偏光ガラスを用いたことを特徴とする光アイソレーター。
（８）ガラス基体中に配向分散された形状異方性金属粒子を含む偏光ガラスを製造する偏光ガラスの製造方法であって、
　前記形状異方性金属粒子濃度が表面付近で高く、内部方向に減少してゆく濃度分布を有する金属粒子含有層を少なくとも一主表面に有する偏光ガラス２枚を、前記互いの金属粒子の配向方向が一致するように前記金属粒子含有層を有する主表面を対向させて密着させ、他方の非密着主表面に金属粒子層がある場合にはその金属粒子含有層を取り除くことによって、
　前記金属粒子濃度が、偏光作用を示す光の進行方向において、前記ガラス基体の一方の側の表面近傍及び他方の側の表面近傍ではほぼゼロであり、前記ガラス基体の一方の側から他方の側へ向かうにしたがって次第に増加していき、前記ガラス基体内で所定の範囲の大きさになり、次に他方の側に向かうに従って次第に減少する分布を有する偏光ガラスを製造することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
（９）ガラス基板の主表面にイオン交換法により金属イオンを導入し、金属イオン濃度がガラス表面付近で高く、内部方向に減少してゆく濃度分布を有する金属イオン含有層を有する金属イオン含有ガラス基板を作製し、
　前記金属イオン含有ガラス基板を加熱することによって、金属粒子を生成させて金属粒子濃度がガラス基板表面付近で高く、内部方向に減少してゆく濃度分布を有する金属粒子含有層を有する金属粒子含有ガラス基板を作製し、
　前記金属粒子含有ガラス基板を２枚用意し、該ガラス基板の金属粒子生成面をお互いに密着させた後、加熱延伸することにより、前記金属粒子を一方向に配向された形状異方性金属粒子に形成させることによって、
　偏光作用を示す光の進行方向において、前記ガラス基体の一方の側の表面近傍及び他方の側の表面近傍ではほぼゼロであり、前記ガラス基体の一方の側から他方の側へ向かうにしたがって次第に増加していき、前記ガラス基体内で所定の範囲の大きさになり、次に他方の側に向かうに従って次第に減少する分布を有する偏光ガラスを製造することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
　本発明によれば、ガラス表面にイオン交換法により金属イオンを導入し、これを加熱することによって、金属粒子を生成させ、これを加熱延伸するという比較的簡単な方法を用いて作製した場合でも、表面反射が問題にならない偏光ガラスを得ることが可能になる。また、表面近傍には形状異方性粒子がほとんど存在しないので、表面近傍を、研磨、エッチング等の手段で落とすことにより、偏光ガラスを所定の厚さに調整することが容易に可能になる。さらに、偏光作用を示す光の進行方向（厚さ方向）における中央部分での形状異方性金属粒子を含有する層厚が合計で１０μｍ以内と薄いので、偏光特性を損なわずに偏光ガラスの厚さを５０μｍ以下の薄い偏光ガラスを作製することも容易である。
　図１は本願発明の実施の形態１にかかる偏光ガラスの説明図であって図１（ａ）が本実施の形態１にかかる偏光ガラスの部分断面図であり図１（ｂ）が本実施の形態１にかかる偏光ガラスの偏光作用を行う光の進行方向における銀等の金属粒子の濃度分布を示す図である。図１に示されるように、本実施の形態１に係る偏光ガラス１は、ガラス基体としてのガラス基板２中に、形状異方性を有する金属微粒子３が配向して分散されているものである。この金属微粒子３の寸法は、長手方向が５０～２１０ｎｍ、長手方向と直交する方向が、１０～３０ｎｍ程度である。
　前記金属微粒子３は、図に示されるように長手方向が偏光作用を受ける光Lの進行方向（厚さ方向）に対して直交する方向を向いているものである。また、図１（ｂ）に示されるように、偏光作用を行う光の進行方向における金属粒子の濃度分布は、ガラス基板２の一方の側の表面近傍及び他方の側の表面近傍ではほぼゼロであり、前記ガラス基板２の一方の側から他方の側へ向かうにしたがって次第に増加していき、前記ガラス基板２のほぼ中央部近傍で最大になり、次に他方の側に向かうに従って次第に減少する分布を有している。中央部近傍における濃度は、１×１０８～１×１０１２　個/ｍｍ３程度であればよい。偏光ガラス１の厚さｔ１は、０.０３～０.６ｍｍ、金属粒子の存在する領域４の厚さｔ２は、５～３０μｍである。
　図２は実施の形態１にかかる偏光ガラス１の製造工程の説明図である。以下、図２を参照にしながら実施の形態１にかかる偏光ガラス１の製造工程を説明する。まず、図５に示される従来の偏光ガラス１０を２枚作製する（図２（ａ）参照）。次に、２枚の偏光ガラス１０同士を形状異方性金属粒子の配向が一致するように互いの表面を対向し密着させる（図２（ｂ）参照）。次いで、密着されていない表面近傍にある金属微粒子含有層１４を研磨やエッチング等で取り除く（図２（ｃ）参照）。これにより、実施の形態１にかかる偏光ガラス１を得ることができる。
　ここで、従来の偏光ガラス１０に、形状異方性金属粒子の長手方向に平行な直線偏波を入射すると、表面付近での高濃度の金属の存在により、比較的高い反射率が生じ、反射光が発生する。これは、ガラス表面の金属微粒子濃度が高くなっているので、鏡による反射に似て、高い反射率を示すと考えられる。これに対して、本実施の形態にかかる偏光ガラス１では、表面での金属による反射はなく、直線偏波は偏光ガラス１の内部に入射してゆき、緩やかな金属微粒子濃度の増加に伴い、反射率は次第に増加するが、金属微粒子のプラズマ吸収で直線偏波の強度も除々に減少してゆくので、高濃度の金属含有箇所（接合面）に達しても、その反射光強度は従来型と比べて弱いものとなる。
　図３は実施の形態２にかかる偏光ガラスの説明図であって図３（ａ）が実施の形態２にかかる偏光ガラスの部分断面図であり図３（ｂ）が実施の形態２にかかる偏光ガラスの偏光作用を行う光の進行方向における金属粒子の濃度分布を示す図である。図３に示されるように、この実施の形態２に係る偏光ガラス１も上述の実施の形態１に係る偏光ガラスと同様に、イオン交換法を用いて両主表面近傍に形状異方性金属粒子層を形成させた従来の偏光ガラスを２枚密着させて作製したものであるが、その用いる２枚の偏光ガラスが、上記実施の形態１の場合と異なるものである。
　すなわち、この実施の形態２で用いる２枚の偏光ガラスは、最表面での形状異方性金属粒子濃度を２段イオン交換法などで比較的低くし、最表面から数μｍ内部で形状異方性金属粒子濃度が最高となり、そこから内部にかけて除々に濃度が低下してゆく偏光ガラスで、金属微粒子濃度分布の変化が、最表面から金属微粒子濃度の最高箇所にいたるまでの変化より、金属微粒子濃度の最高箇所から内部方向に該濃度が実質的にゼロとなる箇所にいたるまでの変化のほうが緩やかになっているものである。この実施の形態にかかる偏光ガラスは、金属粒子の濃度分布の変化が緩やかであるので、さらに光の反射を小さく抑えることが可能になる。
　以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。
（実施例１）
　硝酸ナトリウムと硝酸銀をｗｔ％で２：１に混合した溶融塩を４５０℃に加熱し、厚さ２ｍｍの市販の白板ガラスを５０時間浸漬し、ガラス中のナトリウムと溶融塩中の銀イオンをイオン交換した。続いて、このイオン交換した白板ガラスを、６５０℃で１０時間熱処理し、約４５μｍの球形の銀微粒子を析出させた。白板ガラスの両表面から深さ３０μｍにわたり、この銀微粒子が確認された。
　続いて、この銀微粒子を析出させたガラス板を、約７００℃に加熱して延伸した。得られたガラステープは、厚さ０.２±０.０３ｍｍで銀を含有している層は、両表面から３μｍの深さだった。このガラステープから延伸方向に平行に１０ｍｍ角に切り出したガラス片を試料（Ｃ）とした（従来の偏光ガラスに対応）。
　２枚の試料（Ｃ）の延伸方向を正確に揃えて銀含有層同士を低融点ガラスを介して加熱密着させた。さらに、このガラス片の貼り合わせをしなかった２面の表面を研磨で均等に落とし、厚さを０.２ｍｍｔとし、試料（Ａ）とした（実施の形態１の偏光ガラスに対応）。試料（Ａ）は、研磨により、ガラス両表面の銀含有層は完全に除去され、厚さの中央部分の貼り合わせた部分に銀含有層を有するだけとなった。また厚さ精度は、０.２±０.００２ｍｍだった。
　また、試料（Ｃ）の一つの主表面を研磨して銀粒子が含まれる層を除去し、この片面研磨で厚さを０.１ｍｍｔとしたガラス片を２枚作成した。このガラス片２枚を、延伸方向を正確に揃えて銀含有層同士を低融点ガラスを介して加熱密着させ、試料（Ｂ）とした（実施の形態２の偏光ガラスに対応）。試料（Ｂ）は、研磨により、ガラス両表面の銀含有層は完全に除去され、厚さの中央部分の貼り合わせた部分に銀含有層を有するだけとなった。また厚さ精度は、０.２±０.００５ｍｍだった。
　次に、１.３１μｍのＬＤ光源を用いて、ガラス試料（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の消光比を測定した。消光比は、次式で表わされる。
　　消光比＝－１０Ｌｏｇ（Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ）　　〔ｄＢ〕
　通常の反射率が０.１５％程度の偏光ガラスで、消光比が４５ｄＢ以上あっても、ガーネット結晶の回転角の精度や２枚の偏光ガラスの貼り合わせ精度によって、光アイソレーターのアイソレーションは３５ｄＢ程度になるのが一般的である。
　次に、試料（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の反射率を測定した結果を示す。図４は試料（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の反射率の測定に用いた測定系を示す図である。図４に示されるように、光源６５からの光は、グラントンプソンプリズム６１を通して一方向の直線偏波に変換され、無偏光分波器６２を通して測定試料６４に入射される。ここで、反射光がある場合には、反射光は再び無偏光分波器６２に入射し、検出器６３の方向Ｃに回折し、検出器６３によって検出される。
　はじめに、Ａｌ（アルミニウム）をコートした反射板をマッチングオイル６６を介して測定試料６４の配置位置に置き、検出器６３に入射される反射光強度を測定する。次に測定する偏光ガラス（測定試料）６４を入射する直線偏波を吸収する向き（延伸方向と平行）にマッチングオイル６６を介して測定試料６４の配置位置に置き、透過光ｂが最小になる角度での反射光を測定する。ここでマッチングオイル６６は、材質の屈折率差による反射の影響を無くす働きをしている。はじめに測定したＡｌコート反射板の反射光強度Ｐ（Ａｌ）に対する、各偏光ガラス試料の反射光Ｐ（ｇ）の割合から反射率Ｒを次式によって算出した。
　Ｒ＝Ｐ（ｇ）／Ｐ（Ａｌ）
　その後、試料（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）をそれぞれ２枚と４５度偏波面が回転するガーネット結晶、永久磁石を用いて、光アイソレーターを組み上げ、それぞれのアイソレーション値を測定した。これらの結果を、上記測定した試料（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の反射率とともに表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実施例２）
　実施例１と同様にイオン交換し、熱処理して銀微粒子を析出させたガラス板２枚を、銀微粒子を含有する層同士を、低融点ガラスを介して加熱密着させた。このガラス板を約７１０℃で加熱延伸して、厚さ０.４±０.０５ｍｍのガラステープを得た。このガラステープから延伸方向に平行に１０ｍｍ角に切り出し、両表面を均等に研磨して、厚さ０.２ｍｍｔに仕上げ、試料（Ｄ）とした。試料（Ｄ）は、研磨により、ガラス両表面の銀含有層は完全に除去され、厚さの中央部分の貼り合わせた部分に銀含有層を約６μｍの厚さで有するだけとなった。また試料（Ｄ）の厚さ精度は、０.２±０.００２ｍｍだった。
　実施例１と同様に、試料（Ｄ）の消光比、反射率、を測定し、２枚の試料（Ｄ）を用いて、実施例１と同様に光アイソレーターを作製し、アイソレーションを測定した。これらの結果を後述の表２に示す。上記ガラステープから延伸方向に平行に５ｍｍ角に切り出し、両表面を均等に研磨して、厚さ３０μｍに仕上げ、試料（Ｅ）とした。試料（Ｅ）の厚さ精度は、３０±８μｍだった。また、試料（Ｅ）と同様に、研磨によりガラス両表面の銀含有層は完全に除去され、厚さの中央部分の貼り合わせた部分に銀含有層を約６μｍの厚さで有するだけだった。
　試料（Ｅ）の消光比と反射率を実施例１と同様に測定し、２枚の試料（Ｅ）を用いて、実施例１と同様に光アイソレーターを作製し、アイソレーションを測定した。結果を後述する表２に示す。
（実施例３）
　厚さ１.５ｍｍの白板を実施例１と同様にイオン交換し、このガラス板２枚を、イオン交換面同士を対向させ、平坦なアルミナ板に載せ、約２Ｋｇのセラミック板の重しをしながら、６５０℃で１０時間の熱処理をした。２枚のガラス板は融着されており、ガラス板厚は、２.８ｍｍｔだった。この融着ガラス板の両表面では、深さ３０μｍにわたり、約５０μｍのほぼ球形の銀微粒子が析出していた。またこの融着ガラス板の厚さの中央部分では、厚さ約６０μｍにわたり、約４５μｍのほぼ球形の銀微粒子が析出していた。
　続いて、この銀微粒子を析出させた融着ガラス板を、約７１０℃に加熱して延伸した。得られたガラステープは、厚さ０.２８±０.０３ｍｍだった。このガラステープから延伸方向に平行に１０ｍｍ角に切り出し、フッ酸水溶液のエッチング液に浸漬し、両表面を均等にエッチングして、厚さ０.２ｍｍｔに仕上げ、試料（Ｆ）とした。試料（Ｆ）は、エッチングにより、ガラス両表面の銀含有層は完全に除去され、厚さの中央部分の融着した部分に銀含有層を約６μｍの厚さで有するだけとなった。また試料（Ｆ）の厚さ精度は、０.２±０.０１ｍｍだった。実施例１と同様に、消光比、反射率、を測定し、２枚の試料（Ｆ）を用いて、実施例１と同様に光アイソレーターを作製し、アイソレーションを測定した。結果を後述する表２に示す。
（実施例４）
　厚さ１.１ｍｍの白板の片表面にＣｒ膜を厚さ０.５μｍの厚さで蒸着した後、該白板を実施例１と同様にイオン交換した。続いて、イオン交換面を耐酸テープでマスキングし、Ｃｒ膜のみを硫酸とフッ酸の混酸で剥離した後、耐酸テープを取り、イオン交換面同士を対向させ、実施例３と同様に熱処理して、２枚のガラスを融着するのと同時に銀微粒子を析出させた。この融着ガラス板の厚さは、２.０ｍｍｔで、両表面では、銀微粒子は全く析出していなかった。またこの融着ガラス板の厚さの中央部分では、厚さ約６０μｍにわたり、約４５μｍのほぼ球形の銀微粒子が析出していた。
　次に、この銀微粒子を析出させた融着ガラス板を、約７００℃に加熱して延伸した。得られたガラステープは、厚さ０.２±０.０３ｍｍだった。このガラステープから延伸方向に平行に１０ｍｍ角に切り出し、試料（Ｇ）とした。試料（Ｇ）は、厚さの中央部分の融着した部分に銀含有層を約６μｍの厚さで有するだけだった。実施例１と同様に、消光比、反射率、を測定し、２枚の試料（Ｇ）を用いて、実施例１と同様に光アイソレーターを作製し、アイソレーションを測定した。結果を後述する表２に示す。
（実施例５）
　硝酸ナトリウムと硝酸銀をｗｔ％で４：１に混合した溶融塩を４８０℃に加熱し、厚さ２ｍｍの市販の白板ガラスを１５０時間浸漬し、ガラス中のナトリウムと溶融塩中の銀イオンをイオン交換した。続いて、このイオン交換した白板ガラスを、４００℃の硝酸ナトリウムの溶融塩中に７０時間浸漬し、ガラス表面近くの銀イオン濃度を低下させた後、水素雰囲気下で６２０℃の温度で１０時間熱処理し、約５０μｍの球形の銀微粒子を析出させた。白板ガラスの両表面から深さ９０μｍにわたり、この銀微粒子が確認された。続いて、この銀微粒子を析出させたガラス板を、約７００℃に加熱して延伸した。得られたガラステープは、厚さ０.２±０.０３ｍｍで銀を含有している層は、両表面から９μｍの深さだった。銀粒子濃度は、最表面から３μｍ内部の箇所で最大となり、それから内部方向にかけて除々に該濃度は減少し、最表面から９μｍの箇所で銀濃度は実質的にゼロになった。
　このガラステープから延伸方向に平行に１０ｍｍ角に切り出したガラス片を試料（Ｉ）とした。試料（Ｉ）の一つの主表面を研磨で落とし、片面研磨で厚さを０.１ｍｍｔとしたガラス片を２枚作成した。このガラス片２枚を、延伸方向を正確に揃えて銀含有層同士をＵＶ光硬化型樹脂を使用して密着させ、試料（Ｈ）とした。試料（Ｈ）は、研磨により、ガラス両表面の銀含有層は完全に除去され、厚さの中央部分の貼り合わせた部分に銀含有層を有するだけとなった。また厚さ精度は、０.２±０.００３ｍｍだった。実施例１と同様に、試料（Ｈ）、（Ｉ）の消光比、反射率、を測定した。また、２枚の試料（Ｈ）と２枚の試料（Ｉ）を用いて、実施例１と同様にそれぞれ光アイソレーターを作製し、アイソレーションを測定した。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明は、例えば、光通信などに利用される小型光アイソレーター、光スイッチもしくは電気磁気センサー等の重要な構成部品の一つである偏光子として利用することができる。
本願発明の実施の形態１にかかる偏光ガラスの説明図であって図１（ａ）が本実施の形態１にかかる偏光ガラスの部分断面図であり図１（ｂ）が本実施の形態１にかかる偏光ガラスの偏光作用を行う光の進行方向における銀等の金属粒子の濃度分布を示す図である。 実施の形態１にかかる偏光ガラス１の製造工程の説明図である。 実施の形態２にかかる偏光ガラスの説明図であって図３（ａ）が実施の形態２にかかる偏光ガラスの部分断面図であり図３（ｂ）が実施の形態２にかかる偏光ガラスの偏光作用を行う光の進行方向における金属粒子の濃度分布を示す図である。 試料（Ａ）～（Ｉ）の反射率の測定に用いた測定系を示す図である。 従来の偏光ガラスの説明図であって図５（ａ）が従来の偏光ガラスの部分断面図であり図５（ｂ）が従来の偏光ガラスの偏光作用を行う光の進行方向におけるＡｇ粒子の濃度分布を示す図である。 従来の偏光ガラスを用いて光アイソレータを構成した場合の作用説明図である。 偏光ガラスの吸収方向の直線偏光の反射率Ｒとアイソレーションとの関係を示す図である。
符号の説明
１　偏光ガラス
２　ガラス基板
３　金属微粒子
４　金属微粒子の存在する領域
 

Claims (9)

  1. 　ガラス基体中に配向分散された形状異方性金属粒子を含む偏光ガラスであって、前記金属粒子濃度が、偏光作用を示す光の進行方向において、前記ガラス基体の一方の側の表面近傍及び他方の側の表面近傍ではほぼゼロであり、前記ガラス基体の一方の側から他方の側へ向かうにしたがって次第に増加していき、前記ガラス基体内で所定の範囲の大きさになり、次に他方の側に向かうに従って次第に減少する分布を有することを特徴とする偏光ガラス。
  2. 　前記金属粒子が、金属銀微粒子または金属銅微粒子であることを特徴とする請求項１に記載の偏光ガラス。
  3. 　前記形状異方性金属粒子を含む層の厚さが合計で２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光ガラス。
  4. 　全体の厚さが、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の偏光ガラス。
  5. 　中心波長が１.３１μｍである波長域の光及び中心波長が１.５５μｍである波長域の光の、一方または両方に対する消光比が３０ｄＢ以上である請求項１～４のいずれかに記載の偏光ガラス。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の偏光ガラスを用いたことを特徴とする光アイソレーター。
  7. 　ファラデー回転素子及び少なくとも一つの偏光子を構成部品として含む光アイソレーターであって、前記偏光子として請求項１～５のいずれか１項に記載の偏光ガラスを用いたことを特徴とする光アイソレーター。
  8. 　ガラス基体中に配向分散された形状異方性金属粒子を含む偏光ガラスを製造する偏光ガラスの製造方法であって、
    　前記形状異方性金属粒子濃度が表面付近で高く、内部方向に減少してゆく濃度分布を有する金属粒子含有層を少なくとも一主表面に有する偏光ガラス２枚を、前記互いの金属粒子の配向方向が一致するように前記金属粒子含有層を有する主表面を対向させて密着させ、他方の非密着主表面に金属粒子層がある場合にはその金属粒子含有層を取り除くことによって、
    　前記金属粒子濃度が、偏光作用を示す光の進行方向において、前記ガラス基体の一方の側の表面近傍及び他方の側の表面近傍ではほぼゼロであり、前記ガラス基体の一方の側から他方の側へ向かうにしたがって次第に増加していき、前記ガラス基体内で所定の範囲の大きさになり、次に他方の側に向かうに従って次第に減少する分布を有する偏光ガラスを製造することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
  9. 　ガラス基板の主表面にイオン交換法により金属イオンを導入し、金属イオン濃度がガラス表面付近で高く、内部方向に減少してゆく濃度分布を有する金属イオン含有層を有する金属イオン含有ガラス基板を作製し、
    　前記金属イオン含有ガラス基板を加熱することによって、金属粒子を生成させて金属粒子濃度がガラス基板表面付近で高く、内部方向に減少してゆく濃度分布を有する金属粒子含有層を有する金属粒子含有ガラス基板を作製し、
    　前記金属粒子含有ガラス基板を２枚用意し、該ガラス基板の金属粒子生成面をお互いに密着させた後、加熱延伸することにより、前記金属粒子を一方向に配向された形状異方性金属粒子に形成させることによって、
    　偏光作用を示す光の進行方向において、前記ガラス基体の一方の側の表面近傍及び他方の側の表面近傍ではほぼゼロであり、前記ガラス基体の一方の側から他方の側へ向かうにしたがって次第に増加していき、前記ガラス基体内で所定の範囲の大きさになり、次に他方の側に向かうに従って次第に減少する分布を有する偏光ガラスを製造することを特徴とする偏光ガラスの製造方法。
     
     
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