WO2015198934A1 - 偏光ガラス板及びその製造方法、光アイソレータ用偏光ガラス板セット並びに光アイソレータ用光学素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
偏光軸ずれが小さい偏光ガラス板を容易に製造する方法を提供する。 ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる偏光ガラス板を製造するための方法であって、 ハロゲン化金属粒子4を含有する所定幅W0を有するガラスプリフォーム板1を加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子4'が配向して分散されてなるガラス部材5を得る延伸成形工程、及び、 ガラス部材5に還元処理を施すことにより、延伸ハロゲン化金属粒子4'を還元して偏光ガラス板を得る還元工程、 を含み、 ガラスプリフォーム板1の延伸成形工程において、延伸成形中のガラスプリフォーム板1の形状が下記式(1)の関係を満たすように、加熱しながら延伸成形することを特徴とする偏光ガラス板の製造方法。 L1/W1≧1.0 ・・・(1) L1=ガラスプリフォーム板1の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分aから0.2倍に変形した部分bの間の長さ W1=ガラスプリフォーム板1の元の幅W0の0.5倍の長さ
Description
本発明は光アイソレータに使用される偏光ガラス板とその製造方法、偏光ガラス板を用いた光アイソレータ用偏光ガラス板セット並びに光アイソレータ用光学素子の製造方法に関する。
光通信分野において、偏光ガラス板は偏光依存型光アイソレータに用いられている。光アイソレータは、LD(レーザダイオード)等の発振光を一方向にのみ通過させ、反射戻り光を遮断する装置であり、ファラデー回転子(ガーネット単結晶膜等)を2枚の偏光ガラス板で挟持してなる光学素子と、当該光学素子に磁界を印加するための磁気部材(磁石)と、から構成されている。
近年の市場ニーズから、光アイソレータは小型化への対応と、工程簡便化によるコストダウンとを目的に、例えば10mm角程度のファラデー回転子と、略同サイズの偏光ガラス板とを貼り合わせて大型の光学素子(光学素子母材)を作製した後、0.5~2.0mm角の個々のチップ(光学素子)に切断するという製造方法が採用されている。
ところで、偏光ガラス板は、ガラスマトリクス中に延伸した銀や銅等の金属粒子が配向して分散されてなる構造を有している。種々の方向に振動する光が偏光ガラス板に入射した場合、その振動方向によって透過量が異なることが知られている。例えば、延伸金属粒子の延伸方向に対して平行方向に振動する光は、延伸金属粒子に吸収されやすく、透過量は最小となる。一方、延伸金属粒子の延伸方向に対して垂直方向に振動する光は、延伸金属粒子に吸収されにくく、透過量は最大となる。偏光ガラス板を透過する光の最大透過量と最小透過量の比は消光比と呼ばれ、消光比が大きいほど偏光ガラス板としての特性に優れている。
一般に、偏光ガラス板は次のようにして製造される。まず、銀や銅等の金属元素とハロゲン元素を含有する原料バッチを調製し、溶融、成形することによりガラス板を作製する。得られたガラス板を加熱処理することにより、内部にハロゲン化金属粒子を析出させ、ガラスプリフォーム板を得る。ガラスプリフォーム板を加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子が配向して分散されてなるガラス部材を得る。さらに、ガラス部材に還元処理を施すことにより、延伸ハロゲン化金属粒子を還元して延伸金属粒子に変化させ、偏光ガラス板を得る。(例えば特許文献1)
上記の製造方法において、各延伸ハロゲン化金属粒子の間で角度ばらつき(以下、「偏光軸ずれ」ともいう)が生じる傾向がある。具体的には、ガラスプリフォーム板の延伸成形によって得られたガラス部材の幅方向において、中央部から両端部にかけて、延伸ハロゲン化金属粒子の角度が、延伸成形方向と平行な方向から徐々に傾く傾向がある。偏光軸ずれが大きくなると、偏光ガラス板の消光比の面内ばらつきが大きくなる傾向がある。そのため、上記の通り大型の光学素子を作製して切断した際に、各チップ間の消光比のばらつきが大きくなったり、場合によっては所望の消光比に達しない不良チップが生じたりして、歩留りが低下するおそれもある。
偏光ガラス板における偏光軸ずれを抑制するために、種々の方法が提案されている。特許文献2には、ガラスプリフォーム板を加熱軟化させた状態で荷重を付加することにより所定方向に変形させる工程を、180°異なる方向から複数回繰り返す方法が記載されている。また、特許文献3には、ガラスプリフォーム板の移動速度や、延伸されたガラスシートの引き取り速度を適宜調整する方法が記載されている。
特許文献2に記載の方法は、工程が複雑であり、製造コストが高くなりやすい。一方、特許文献3に記載の方法は比較的容易に行うことが可能であるが、偏光軸ずれの低減効果が不十分である。
以上に鑑み、本発明の第1の局面は、偏光軸ずれが小さい偏光ガラス板を容易に製造する方法を提供することを目的とする。
また、光アイソレータの製造に用いられる偏光ガラス板は、延伸金属粒子の配向方向が、偏光ガラス板の1辺と平行(1辺に対して0°の角度)である第一の偏光ガラス板と、1辺に対して45°の角度をなす第二の偏光ガラス板の2種がセットとして用いられる。また偏光ガラス板の入射面/出射面には、反射防止膜等の機能性膜が形成されることがある。
ところが光アイソレータを製造する際に、偏光ガラス板の表裏、或いは第一及び第二の偏光ガラス板の識別が難しいという問題がある。偏光ガラス板を誤った向き、或いは誤った組み合わせで用いると、所望の特性を有する光アイソレータを得ることができない。それゆえ従来、光アイソレータの製造に当たっては、ロット管理等に細心の注意を払う必要がある。
本発明の第2の局面の課題は、偏光ガラス板の表裏、或いは第一及び第二の偏光ガラス板の識別が容易であり、光アイソレータの製造負荷を軽減することが可能な偏光ガラス板、光アイソレータ用偏光板セット、及びこれを用いた光アイソレータ用光学素子の製造方法を提供することである。
<本発明の第1の局面>
本発明の偏光ガラス板の製造方法は、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる偏光ガラス板を製造するための方法であって、ハロゲン化金属粒子を含有する所定幅W0を有するガラスプリフォーム板を加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子が配向して分散されてなるガラス部材を得る延伸成形工程、及び、ガラス部材に還元処理を施すことにより、延伸ハロゲン化金属粒子を還元して偏光ガラス板を得る還元工程、を含み、ガラスプリフォーム板の延伸成形工程において、延伸成形中のガラスプリフォーム板の形状が下記式(1)の関係を満たすように、加熱しながら延伸成形することを特徴とする。
本発明の偏光ガラス板の製造方法は、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる偏光ガラス板を製造するための方法であって、ハロゲン化金属粒子を含有する所定幅W0を有するガラスプリフォーム板を加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子が配向して分散されてなるガラス部材を得る延伸成形工程、及び、ガラス部材に還元処理を施すことにより、延伸ハロゲン化金属粒子を還元して偏光ガラス板を得る還元工程、を含み、ガラスプリフォーム板の延伸成形工程において、延伸成形中のガラスプリフォーム板の形状が下記式(1)の関係を満たすように、加熱しながら延伸成形することを特徴とする。
L1/W1≧1.0 ・・・(1)
L1=ガラスプリフォーム板の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分から0.2倍に変形した部分の間の長さ
W1=ガラスプリフォーム板の元の幅W0の0.5倍の長さ
L1=ガラスプリフォーム板の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分から0.2倍に変形した部分の間の長さ
W1=ガラスプリフォーム板の元の幅W0の0.5倍の長さ
本発明者等が検討した結果、ガラスプリフォーム板の延伸成形工程において、ガラスプリフォーム板の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分から0.2倍に変形した部分の間(軟化変形部)が上記の形状となるように制御することによって、延伸ハロゲン化金属粒子、さらには延伸金属粒子が延伸成形方向に配向しやすくなり、偏光軸ずれを低減できることを見出した。
本発明の偏光ガラス板の製造方法において、式(1)におけるL1の値が60mm以上であることが好ましい。
本発明の別の局面の偏光ガラス板の製造方法は、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる偏光ガラス板を製造するための方法であって、ハロゲン化金属粒子を含有する所定幅W0を有するガラスプリフォーム板を加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子が配向して分散されてなるガラス部材を得る延伸成形工程、及び、ガラス部材に還元処理を施すことにより、延伸ハロゲン化金属粒子を還元して偏光ガラス板を得る還元工程、を含み、ガラスプリフォーム板の延伸成形工程において、延伸成形中のガラスプリフォーム板の形状が下記式(2)の関係を満たすように、加熱しながら延伸成形することを特徴とする。
L2/W1≧0.5 ・・・(2)
L2=ガラスプリフォーム板の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分から0.5倍に変形した部分の間の長さ
W1=ガラスプリフォーム板の元の幅W0の0.5倍の長さ
L2=ガラスプリフォーム板の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分から0.5倍に変形した部分の間の長さ
W1=ガラスプリフォーム板の元の幅W0の0.5倍の長さ
本発明の偏光ガラス板の製造方法において、式(2)におけるL2の値が30mm以上であることが好ましい。
本発明の偏光ガラス板の製造方法において、ガラスプリフォーム板の幅W0が100mm以上であることが好ましい。
本発明の偏光ガラス板の製造方法において、延伸成形中のガラスプリフォーム板の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分から0.2倍に変形した部分の間において、ガラスプリフォーム板の粘度が107~1011dPa・sの範囲内となるように加熱することが好ましい。
ガラスプリフォーム板の軟化変形部における粘度が107dPa・s以上となるように加熱温度を低くすることにより、ハロゲン化金属粒子の球状化を抑制しやすくなる。一方、ガラスプリフォーム板の粘度が1011dPa・s以下となるように加熱温度を高くすることにより、ガラスプリフォーム板を十分に軟化変形させ、軟化変形部を上記式(1)の形状としやすくなる。以上のように、軟化変形部のガラスプリフォーム板の粘度を所定範囲内に規制することにより、ハロゲン化金属粒子の球状化を抑制しながら、軟化変形部を上記式(1)の形状とすることができ、偏光ガラス板における偏光軸ずれを抑制しやすくなる。
本発明の偏光ガラス板の製造方法において、金属が銀または銅であることが好ましい。
本発明の偏光ガラス板は、ハロゲン化金属粒子を含有するガラスプリフォーム板を加熱しながら延伸成形した後、還元処理を施すことにより、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる偏光ガラス板であって、延伸成形方向と垂直な方向の幅8mmにおける延伸金属粒子の角度ばらつきが0.0065°/mm以内であることを特徴とする。
本発明の偏光ガラス板は、近赤外域における消光比が40dB以上であることが好ましい。
本発明の偏光ガラス板は、延伸成形方向と垂直な方向の幅8mmにおける消光比の面内ばらつきが±5dB以内であることが好ましい。
本発明の偏光ガラス板は、矩形状であることが好ましい。
本発明の偏光ガラス板は、少なくとも1つの切り欠き部を有することが好ましい。
本発明の光アイソレータ用偏光ガラス板セットは、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺と略平行である第一の偏光ガラス板と、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺に対して略45°の角度をなしている第二の偏光ガラス板を含み、第一及び第二の偏光ガラス板が上記の偏光ガラス板からなることを特徴とする。
本発明の光アイソレータ用光学素子の製造方法は、上記の光アイソレータ用偏光ガラス板セット及びファラデー回転子を用意する準備工程と、ファラデー回転子を介して第一及び第二の偏光ガラス板を貼り合わせて光アイソレータ用光学素子母材を作製する貼り合わせ工程と、光アイソレータ用光学素子母材を切断して光アイソレータ用光学素子を得る切断工程とを含むことを特徴とする。
光アイソレータ用光学素子は、上記の方法によって製造されてなることを特徴とする。
本発明の光アイソレータは、上記の光アイソレータ用光学素子を用いたことを特徴とする。
本発明の光アイソレータは、上記の偏光ガラス板を用いたことを特徴とする。
<本発明の第2の局面>
本発明の偏光ガラス板は、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる矩形の偏光ガラス板であって、少なくとも1つの切り欠き部を有することを特徴とする。ここで「切り欠き部」とは、ガラス板の一部を意図的に欠損させた部分を指す。切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き部の形成位置等は問わない。
本発明の偏光ガラス板は、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる矩形の偏光ガラス板であって、少なくとも1つの切り欠き部を有することを特徴とする。ここで「切り欠き部」とは、ガラス板の一部を意図的に欠損させた部分を指す。切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き部の形成位置等は問わない。
上記構成を利用して、第一及び第二の偏光ガラス板の何れか一方が切り欠き部を有していれば、両者の識別が容易になる。また切り欠き部の形状等を工夫することにより、表裏面を識別することが容易になる。
偏光ガラス板は、略正方形の形状を有することが好ましい。ここで「略正方形の形状」とは、完全な正方形に限られるものではなく、製造上の制約等から、4辺の長さに多少のバラつきがあるものを含むことを意味する。具体的には、所定長さに対して4辺の長さが各々±3%以内にあるものを意味する。
上記構成の偏光ガラス板の場合、本発明を適用することによる効果が非常に大きい。
本発明においては、切り欠き部と偏光ガラス板本体部の境界が、直線状又は曲線状であることが好ましい。ここで「偏光ガラス板本体部」とは、偏光ガラス板の切り欠き部を除く部分を指す。また「曲線」とは、円弧状の曲線である場合に限られるものではなく、例えば放物線状の曲線や、曲率の異なる複数の円弧が連なった曲線等を含む。
本発明においては、切り欠き部が、偏光ガラス板の角部を頂点の一つとする三角形状であることが好ましい。ここで「角部」とは、切り欠き部形成前に存在し、切り欠き部の形成によって欠損した角部を指す。
上記構成によれば、切り欠き部を効率良く形成できる。
本発明においては、切り欠き部が、偏光ガラス板と少なくとも1辺を共有する矩形状であることが好ましい。ここで「1辺を共有する」とは、偏光ガラス板の外延を構成する辺のうち、切り欠き部の形成によって欠損した部分が、矩形状の切り欠き部の1辺を構成することを意味する。
光アイソレータ用光学素子母材を切断して光アイソレータ用光学素子を得る場合、光学素子母材の各辺と平行に切断して矩形の光学素子を得る。従って上記構成を採用すれば、切断によるロスを低減することが可能になる。
本発明においては、切り欠き部が、偏光ガラス板の隣り合う2辺と、当該2辺上にある点を結ぶ曲線とで包囲された形状であることが好ましい。ここで「偏光ガラス板の隣り合う2辺と」とは、偏光ガラス板の外延を構成する辺のうち、切り欠き部の形成によって一部が欠損した隣り合う2辺を指す。
本発明においては、切り欠き部が、偏光ガラス板の角部に位置するように形成されてなることが好ましい。「角部に位置するように形成」とは、角部を欠損させることによって切り欠き部を形成することを意味する。
本発明においては、切り欠き部が、切り欠き部を通過する偏光ガラス板の対角線に対して、非対象形であることが好ましい。ここで「切り欠き部を通過する対角線」とは、偏光ガラス板の対角線のうち、切り欠き部形成前に存在していた角部(切り欠き部形成により欠損した角部)の頂点を通過する対角線を意味する。「偏光ガラス板の対角線に対して、非対象形」とは、対角線を軸としたときに、切り欠き部の形状が当該軸に対して非対象形であることを意味する。
上記構成によれば、偏光ガラス板の表裏面を識別することが容易になる。
本発明においては、切り欠き部が、角部を含まない位置に形成されてなることが好ましい。「角部を含まない位置に形成」とは、近接する角部を欠損させることなく切り欠き部が形成されていることを意味する。
上記構成によれば、偏光ガラス板の表裏面を識別することが容易になる。
本発明においては、複数の切り欠き部を有しており、少なくとも2つの切り欠き部について、切り欠き部の形状、サイズ及び/又は切り欠き位置が互いに相違することが好ましい。「切り欠き位置」とは、近接する角部から見た切り欠き部の位置を意味する。
上記構成によれば、偏光ガラス板の表裏面を識別することが容易になる。
本発明においては、一方の表面に機能膜が形成されてなることが好ましい。
上記構成の偏光ガラス板の場合、本発明を適用することによる効果が非常に大きい。
本発明の光アイソレータ用偏光ガラス板セットは、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺と略平行である第一の偏光ガラス板と、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺に対して略45°の角度をなしている第二の偏光ガラス板とからなる光アイソレータ用偏光ガラス板セットであって、第一及び第二の偏光ガラス板の何れか一方は切り欠き部が存在せず、他方の偏光ガラス板は上記した切り欠き部を有する偏光ガラス板を含むことを特徴とする。なお本発明において「光アイソレータ用偏光ガラス板セット」とは、第一の偏光ガラス板及び第二の偏光ガラス板を含む複数の偏光ガラス板の集合体を意味する。
上記構成によれば、第一の偏光ガラス板と第二の偏光ガラス板の識別が容易になる。また切り欠き部の形状等を工夫することにより、偏光ガラス板の表裏面を識別することも容易になる。
本発明の光アイソレータ用偏光ガラス板セットは、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺と略平行である第一の偏光ガラス板と、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺に対して略45°の角度をなしている第二の偏光ガラス板とからなる光アイソレータ用偏光ガラス板セットであって、第一及び第二の偏光ガラス板が上記した切り欠き部を有する偏光ガラス板を含むことを特徴とする。
上記構成によれば、切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き位置、切り欠き部の数等を異ならせることにより、第一の偏光ガラス板と第二の偏光ガラス板の識別が容易になる。また切り欠き部の形状等を工夫することにより、第一及び第二の偏光ガラス板の両方に機能性膜が形成されている場合でも、各々の偏光ガラス板の表裏面を識別することが容易になる。
本発明においては、第一の偏光ガラス板に形成された切り欠き部と、第二の偏光ガラス板に形成された切り欠き部とは、切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き位置及び/又は切り欠き部の数が異なることが好ましい。
上記構成によれば、第一の偏光ガラス板と第二の偏光ガラス板の識別が容易になる。
本発明の光アイソレータ用光学素子の製造方法は、上記した光アイソレータ用偏光ガラス板セット及びファラデー回転子を用意する準備工程と、ファラデー回転子を介して第一及び第二の偏光ガラス板を貼り合わせて光アイソレータ用光学素子母材を作製する貼り合わせ工程と、光アイソレータ用光学素子母材を切断して光アイソレータ用光学素子を得る切断工程とを含むことを特徴とする。
上記構成によれば、偏光ガラス板の表裏、或いは第一及び第二の偏光ガラス板の識別が容易であることから、光アイソレータ用光学素子を効率良く製造することが可能になる。
本発明においては、偏光ガラス板に形成された切り欠き部を、第一及び第二の偏光ガラス板の識別に利用することが好ましい。
また本発明においては、偏光ガラス板に形成された切り欠き部を、偏光ガラス板の表裏の識別に利用することが好ましい。
本発明によれば、偏光軸ずれが小さい偏光ガラス板を容易に製造することが可能となる。
<本発明の第1の局面>
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(ガラスプリフォーム板の準備)
まず、延伸成形母材となるガラスプリフォーム板を準備する。ガラスプリフォーム板を構成するガラスは、ハロゲン化金属粒子がガラス中で十分軟化変形する温度域(例えば480℃以上)において所定の粘度を有するものが選択される。それにより、ハロゲン化金属粒子を所望の長さに延伸することが可能となる。そのようなガラスとしては、ホウケイ酸ガラスが挙げられる。
まず、延伸成形母材となるガラスプリフォーム板を準備する。ガラスプリフォーム板を構成するガラスは、ハロゲン化金属粒子がガラス中で十分軟化変形する温度域(例えば480℃以上)において所定の粘度を有するものが選択される。それにより、ハロゲン化金属粒子を所望の長さに延伸することが可能となる。そのようなガラスとしては、ホウケイ酸ガラスが挙げられる。
ガラスプリフォーム板は次のようにして製造することができる。まず、所望のガラス組成が得られるように原料を調合する。後の工程でハロゲン化金属粒子をガラスマトリクス中に析出させるため、原料としては、ハロゲン元素原料と金属元素原料を含有している。ハロゲン元素としては塩素、臭素またはヨウ素が使用可能である。ただし、ヨウ素は環境負荷が大きいため、塩素または臭素を用いることが好ましい。また、金属元素としては、所望の消光比が得られやすい観点から、銀または銅を使用することが好ましい。なお、臭化銀は融点が塩化銀より融点が低く、延伸成形工程で球状化しやすいため、金属粒子として銀を用いる場合は、ハロゲン元素としては塩素を用いることが好ましい。
次に、原料を所定温度で均質になるまで溶融し、その後、溶融ガラスを板状に成形する。板状に成形したガラスに対し、例えば600~700℃で加熱処理を施すことにより、ガラスマトリクス中にハロゲン化金属粒子を析出させる。なお、加熱処理時の雰囲気は特に限定されず、大気雰囲気でも構わない。その後、必要に応じて切断や研磨等の加工を施すことにより、所定幅を有するガラスプリフォーム板を得る。
ガラスプリフォーム板の幅は、目的とする偏光ガラス板のサイズに応じて適宜選択される。例えば、ガラスプリフォーム板の幅は、目的とする偏光ガラス板の幅の2.5倍以上であることが好ましく、5倍以上であることがより好ましく、10倍以上であることがさらに好ましく、12倍以上であることが特に好ましく、15倍以上であることが最も好ましい。上限は特に限定されないが、大きすぎると、偏光ガラス板面内における偏光軸ずれが大きくなる傾向がある。よって、ガラスプリフォーム板の幅は、目的とする偏光ガラス板の幅の50倍以下であることが好ましく、30倍以下であることがより好ましく、25倍以下であることがさらに好ましい。具体的には、ガラスプリフォーム板の幅は100~500mmであることが好ましく、120~300mmであることがより好ましく、150~250mmであることがさらに好ましい。
ガラスプリフォーム板の厚みは特に限定されないが、小さすぎると、偏光ガラス板の機械的強度が低下する傾向があり、一方、大きすぎると、偏光ガラス板の厚みが大きくなって光透過率が低下しやすくなったり、デバイスが大型化する傾向がある。以上に鑑み、ガラスプリフォーム板の厚みは、目的とする偏光ガラス板の厚みの10~50倍であることが好ましく、12~30倍であることがより好ましく、15~25倍であることがさらに好ましい。具体的には、ガラスプリフォーム板の厚みは0.5~10mmであることが好ましく、1~5mmであることがより好ましい。
(ガラスプリフォーム板の延伸成形)
ガラスプリフォーム板を加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子が配向して分散されてなるガラス部材を得る。図1は、本実施形態におけるガラスプリフォーム板の延伸成形工程を示す模式的正面図である。ガラスプリフォーム板1は発熱体2による加熱により軟化し、引張りローラ3により延伸される。これにより、ハロゲン化金属粒子4も延伸成形方向Dの方向に延伸され、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子4’が配向して分散されてなるガラス部材5を得る。図1において、発熱体2は円柱状であり、それぞれ紙面と垂直な方向に設置されている。また、発熱体2は、ガラスプリフォーム板1の前面側及び裏面側にも複数配置されている(図示せず)。例えば、各発熱体2はやぐら状に配置することが好ましい。
ガラスプリフォーム板を加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子が配向して分散されてなるガラス部材を得る。図1は、本実施形態におけるガラスプリフォーム板の延伸成形工程を示す模式的正面図である。ガラスプリフォーム板1は発熱体2による加熱により軟化し、引張りローラ3により延伸される。これにより、ハロゲン化金属粒子4も延伸成形方向Dの方向に延伸され、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子4’が配向して分散されてなるガラス部材5を得る。図1において、発熱体2は円柱状であり、それぞれ紙面と垂直な方向に設置されている。また、発熱体2は、ガラスプリフォーム板1の前面側及び裏面側にも複数配置されている(図示せず)。例えば、各発熱体2はやぐら状に配置することが好ましい。
ガラスプリフォーム板1の延伸成形工程において、延伸成形中のガラスプリフォーム板1の形状は下記式(1)の関係を満たす。
L1/W1≧1.0 ・・・(1)
L1=ガラスプリフォーム板1の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分aから0.2倍に変形した部分bの間(軟化変形部S1)の長さ
W1=ガラスプリフォーム板1の元の幅W0の0.5倍の長さ
L1=ガラスプリフォーム板1の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分aから0.2倍に変形した部分bの間(軟化変形部S1)の長さ
W1=ガラスプリフォーム板1の元の幅W0の0.5倍の長さ
上記式(1)において、L1/W1は1.2以上であることがより好ましく、1.5以上であることがさらに好ましく、1.8以上であることが特に好ましく、2以上であることが最も好ましい。L1/W1が小さすぎると、偏光ガラス板における偏光軸ずれが大きくなる傾向がある。上限は特に限定されないが、大きすぎると、設備が大型化する傾向があるため、現実的にはL1/W1は10以下であることが好ましく、5以下であることがより好ましい。
軟化変形部S1の長さL1の値は上記式(1)の関係を満たすように適宜選択されるが、具体的には、L1の値は60mm以上であることが好ましく、100mm以上であることがより好ましく、120mm以上であることがさらに好ましく、150mm以上であることが特に好ましい。L1の値が小さすぎると、偏光ガラス板における偏光軸ずれが大きくなる傾向がある。
また別の局面として、ガラスプリフォーム板1の延伸成形工程において、延伸成形中のガラスプリフォーム板1の形状は下記式(2)の関係を満たす。
L2/W1≧0.5 ・・・(2)
L2=ガラスプリフォーム板1の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分aから0.5倍に変形した部分cの間(軟化変形部S2)の長さ
W1=ガラスプリフォーム板1の元の幅W0の0.5倍の長さ
L2=ガラスプリフォーム板1の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分aから0.5倍に変形した部分cの間(軟化変形部S2)の長さ
W1=ガラスプリフォーム板1の元の幅W0の0.5倍の長さ
上記式(2)において、L2/W1は0.5以上であることがより好ましく、0.8以上であることがさらに好ましく、1.0以上であることが特に好ましい。L2/W1が小さすぎると、偏光ガラス板における偏光軸ずれが大きくなる傾向がある。上限は特に限定されないが、大きすぎると、設備が大型化する傾向があるため、現実的にはL2/W1は20以下であることが好ましく、10以下であることがより好ましい。
軟化変形部S2の長さL2の値は上記式(2)の関係を満たすように適宜選択されるが、具体的には、L2の値は30mm以上であることが好ましく、50mm以上であることがより好ましく、60mm以上であることがさらに好ましく、75mm以上であることが特に好ましい。L2の値が小さすぎると、偏光ガラス板における偏光軸ずれが大きくなる傾向がある。
最上段の発熱体2と最下段の発熱体2の延伸成形方向Dにおける中心間距離(以下、「発熱部の長さ」という)は、ガラスプリフォーム板1の幅W0に応じて適宜調整すればよい。例えば、発熱部の長さはガラスプリフォーム板1の幅W0の1.5倍以上であることが好ましく、2倍以上であることがより好ましく、2.5倍以上であることがさらに好ましい。上限は特に限定されないが、発熱部の長さが大きすぎる場合は、エネルギーロスにつながるため、ガラスプリフォーム板1の幅W0の10倍以下であることが好ましく、8倍以下であることがより好ましい。具体的には、発熱部の長さは250~1000mmであることが好ましく、300~800mm以上であることがより好ましく、400~800mmであることがさらに好ましい。
ガラスプリフォーム板1の軟化変形部S1において、ガラスプリフォーム板1の粘度が107~1011dPa・sとなるように加熱することが好ましく、108~1010dPa・sとなるように加熱することがより好ましく、108.5~109.5dPa・sとなるように加熱することがさらに好ましい。軟化変形部S1におけるガラスプリフォーム板1の粘度が低すぎると、ハロゲン化金属粒子4の粘度も低下して球状化してしまい、所望の長さの延伸ハロゲン化金属粒子4’が得られにくくなる。一方、軟化変形部S1におけるガラスプリフォーム板1の粘度が高すぎると、ガラスプリフォーム板1が十分に軟化変形せず、延伸成形中の形状が上記式(1)の関係を満たしにくくなる。また、場合によってはガラスプリフォーム1が破断してしまうおそれがある。
(ガラス部材の還元)
上記で得られたガラス部材5に還元処理を施すことにより、延伸ハロゲン化金属粒子4’を還元して延伸金属粒子とする。還元処理は、例えば水素雰囲気中で加熱することにより行う。通常、ガラス部材5の表層(例えば、深さ10~100μm、さらには20~80μm)に存在する延伸ハロゲン化金属粒子4’のみ還元して延伸金属粒子に変化させればよい。
上記で得られたガラス部材5に還元処理を施すことにより、延伸ハロゲン化金属粒子4’を還元して延伸金属粒子とする。還元処理は、例えば水素雰囲気中で加熱することにより行う。通常、ガラス部材5の表層(例えば、深さ10~100μm、さらには20~80μm)に存在する延伸ハロゲン化金属粒子4’のみ還元して延伸金属粒子に変化させればよい。
偏光ガラス板の消光波長域は、延伸金属粒子の長さに応じて変化する。よって、目的とする消光波長域に応じて、延伸金属粒子の長さを適宜調整すればよい。延伸金属粒子の長さは例えば50~300nm、さらには80~200nmの範囲で適宜調整される。また、延伸金属粒子のアスペクト比は例えば5~20、さらには8~15の範囲で適宜調整される。
還元処理を施したガラス部材5に対し、切断等の加工を施すことにより所望のサイズの偏光ガラス板を得る。なお、必要に応じて、偏光ガラス板の表面に誘電体多層膜等からなる反射防止膜等の機能性膜を形成してもよい。
(偏光ガラス板)
偏光ガラス板の大きさは例えば5mm角以上であることが好ましく、10mm角以上であることがより好ましく、15mm角以上であることがさらに好ましく、20mm角以上であることが特に好ましい。既述の通り、近年では大型の偏光ガラス板及びファラデー回転子を用いて大型の光アイソレータを作製した後、0.5~2.0mm角のチップに切断するという製造方法が採用されているため、偏光ガラス板が大きいほど、大量生産が可能となりコストダウンを図ることが可能となる。ただし、偏光ガラス板が大きすぎると、面内の偏光軸ずれが大きくなり、歩留りが低下する傾向がある。そのため、偏光ガラス板の大きさは40mm角以下であることが好ましく、30mm角以下であることがより好ましい。
偏光ガラス板の大きさは例えば5mm角以上であることが好ましく、10mm角以上であることがより好ましく、15mm角以上であることがさらに好ましく、20mm角以上であることが特に好ましい。既述の通り、近年では大型の偏光ガラス板及びファラデー回転子を用いて大型の光アイソレータを作製した後、0.5~2.0mm角のチップに切断するという製造方法が採用されているため、偏光ガラス板が大きいほど、大量生産が可能となりコストダウンを図ることが可能となる。ただし、偏光ガラス板が大きすぎると、面内の偏光軸ずれが大きくなり、歩留りが低下する傾向がある。そのため、偏光ガラス板の大きさは40mm角以下であることが好ましく、30mm角以下であることがより好ましい。
偏光ガラス板の厚みは特に限定されないが、小さすぎると、機械的強度が低下する傾向があり、一方、大きすぎると、光透過率が低下しやすくなったり、デバイスが大型化する傾向がある。以上に鑑み、偏光ガラス板の厚みは0.05~1mmであることが好ましく、0.1~0.5mmであることがより好ましい。
延伸成形方向Dと垂直な方向において、偏光ガラス板の幅8mmにおける延伸金属粒子の角度ばらつき(偏光軸ずれ)は0.0065°/mm以内であることが好ましく、0.0060°/mm以内であることがより好ましく、0.0055°/mm以内であることがさらに好ましく、0.0050°/mm以内であることが特に好ましい。偏光ガラス板の偏光軸ずれが大きすぎると、偏光ガラス板面内における消光比ばらつきが大きくなり、歩留りが低下する傾向がある。
偏光ガラス板の消光比は、赤外レーザーの波長1310nm及び/または1550nmにおいて40dB以上であることが好ましく、45dB以上であることがより好ましく、50dB以上であることがさらに好ましい。なお、消光比は以下の式(3)により算出される。
消光比(dB)=10×log10(P1/P2) ・・・(3)
P1=最大光透過量
P2=最小光透過量
P1=最大光透過量
P2=最小光透過量
なお、偏光ガラス板は、延伸成形方向と垂直な方向の幅8mmにおける消光比の面内ばらつきが±5dB以内であることが好ましく、±3dB以内であることがより好ましく、±2.5dB以内であることがさらに好ましく、±2dB以内であることが特に好ましい。
上記のようにして得られた偏光ガラス板は、略同サイズのファラデー回転子と貼り合わせることにより光アイソレータとして使用される。具体的には、ファラデー回転子を2枚の偏光ガラス板で挟持して貼り合わせ、必要に応じて所望の大きさ(例えば0.5~2.0mm角)に切断することにより光アイソレータとして使用される。なお、高性能化を図るため、複数枚のファラデー回転子と3枚以上の偏光ガラス板を交互に積層して光アイソレータを作製しても良い。
<本発明の第2の局面>
本発明の偏光ガラス板は、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる。金属粒子の延伸方向によって、偏光ガラス板は2種類に分けることができる。つまり金属粒子の延伸方向が1辺と略平行である偏光ガラス板(第一の偏光ガラス板)と、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺に対して略45°の角度をなしている偏光ガラス板(第二の偏光ガラス板)である。本明細書における本発明の第2の局面では、特に断りがない限り、単に「偏光ガラス板」と記載する場合は、第一及び第二の偏光ガラス板の両方を指す。
本発明の偏光ガラス板は、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる。金属粒子の延伸方向によって、偏光ガラス板は2種類に分けることができる。つまり金属粒子の延伸方向が1辺と略平行である偏光ガラス板(第一の偏光ガラス板)と、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺に対して略45°の角度をなしている偏光ガラス板(第二の偏光ガラス板)である。本明細書における本発明の第2の局面では、特に断りがない限り、単に「偏光ガラス板」と記載する場合は、第一及び第二の偏光ガラス板の両方を指す。
本発明の偏光ガラス板は矩形状の形状を有する。特に略正方形の形状を有していることが好ましい。
本発明の偏光ガラス板は、1つ以上の切り欠き部を有する。なお切り欠き部の形態を特徴づける非切り欠き部との境界線の形状は特に限定されるものではない。ただし切り欠き部形成の容易性から、両者の境界線は直線状又は曲線状であることが好ましい。なお曲線状の場合、加工の容易性の観点から、円弧状であることが望ましい。
切り欠き部を設ければ、その存在の有無、切り欠き部の特徴の違い等により、第一の偏光ガラス板か第二の偏光ガラス板かを識別することが可能になる。切り欠き部の形状として、例えば(1)直角二等辺三角形、直角不等辺三角形等の三角形状、(2)正方形、長方形等の矩形状、(3)扇状等の偏光ガラス板の隣り合う2辺と、当該2辺上にある点を結ぶ曲線とで包囲された形状等が好適に例示できる。また偏光ガラス板の任意の位置にこれらの切り欠き部を形成することができる。
切り欠き位置は、偏光ガラス板の切断時や取り扱い時の欠け防止の観点や、光アイソレータ用光学素子母材を切断分離して素子を得る際の歩留まりの観点から、偏光ガラス板の角部であることが好ましい。図3は、1つの切り欠き部が角部に形成された偏光ガラス板10の例を示すものであり、図3(a)は、直角二等辺三角形状の切り欠き部11を1つ有する偏光ガラス板10を、図3(b)は、正方形状の切り欠き部12を1つ有する偏光ガラス板10を、図3(c)は、扇状の切り欠き部13を1つ有する偏光ガラス板をそれぞれ示している。
切り欠き部の数は1つに限られるものではなく、図4に示すように複数の切り欠き部11、11を形成してもよい。
本発明の偏光ガラス板は、切り欠き部の特徴を工夫することによって、偏光ガラス板の表裏を識別することが可能になる。
1つの切り欠き部で偏光ガラス板の表裏を識別する場合には、切り欠き部の形状や切り欠き部の位置を調整すればよい。切り欠き部の形状によって表裏を識別するには、例えば切り欠き部を通過する偏光ガラス板の対角線に対して、切り欠き部の形状が非対象形となるようにすればよい。図5は、対角線Aに対して非対象形である切り欠き部を1つ有する偏光ガラス板10の例を示すものであり、図5(a)は、直角不等辺三角形状の切り欠き部14を1つ有する偏光ガラス板10を、図5(b)は、長方形状の切り欠き部15を1つ有する偏光ガラス板10をそれぞれ示している。また切り欠き部の位置によって表裏を識別するには、例えば偏光ガラス板の角部を含まない位置に切り欠き部を形成すればよい。図6は、長方形状の切り欠き部16が角部から離れた位置に1つ形成された偏光ガラス板10を示している。
2つ以上の切り欠き部で偏光ガラス板の表裏を識別する場合には、切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き位置等を互いに異ならせることによって、偏光ガラス板の表裏を識別することが可能になる。図7は、2つの切り欠き部を有する偏光ガラス板の例を示すものであり、図7(a)は、サイズの異なる直角二等辺三角形状の切り欠き部11、17が隣り合う2つの角部に形成された偏光ガラス板10を、図7(b)は、正方形状の切り欠き部12と長方形状の切り欠き部15とが対向する角部に形成された偏光ガラス板10を、図7(c)は、角部に形成された正方形状の切り欠き部12と角部を含まない位置に形成された長方形状の切り欠き部16を有する偏光ガラス板10をそれぞれ示している。
なお1つの切り欠き部の特徴のみでガラス板の表裏が識別可能である場合でも、切り欠き部を複数設けることを排除するものではない。この場合、切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き位置等を互いに異ならせてもよいし、異ならせなくてもよい。
本発明の偏光ガラス板は、偏光ガラス板本体部の面積の割合が、本体部と切り欠き部を合わせた全体の面積に対して94%以上、98%以上、特に99%以上であることが好ましい。切り欠き部が形成された部分は、光アイソレータ用光学素子の作製に供することができない。それゆえ、切り欠き部を除く面積が小さいほど光アイソレータ用光学素子の製造歩留まりが低下する。よって切り欠き部を除く部分の面積は、識別に必要な範囲を残してできる限り大きくなるようにすることが望ましい。
本発明の光アイソレータ用偏光ガラス板セットは、第一の偏光ガラス板と第二の偏光ガラス板からなる。ここで第一の偏光ガラス板及び第二の偏光ガラス板は、各々1枚ずつである場合のみならず、第一及び/又は第二の偏光ガラス板が複数枚で構成される場合も含む。
本発明の偏光ガラス板セットにおいて、切り欠き部による第一及び第二の偏光ガラス板の識別について以下に説明する。なお切り欠き部による各偏光ガラス板の表裏の識別については既述の通りであり、ここではその説明を割愛する。
切り欠き部によって第一及び第二の偏光ガラス板の識別するに当たっては、一方の偏光ガラス板のみに切り欠き部を形成する場合と、両方の偏光ガラス板に切り欠き部を形成する場合とがある。一方の偏光ガラス板のみに切り欠き部を形成する場合については既述の通りであり、ここではその説明を割愛する。
第一及び第二の偏光ガラス板の両方に切り欠き部を形成する場合、切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き位置、切り欠き部の数等が互いに異なるようにすればよい。切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き位置、切り欠き部の数等の何れかが異なっていれば、第一の偏光ガラス板と第二の偏光ガラス板を容易に区別できる。なおこれらの特徴を組み合わせて採用することも可能である。
なお第一及び第二の偏光ガラス板の識別を必要としない場合、言い換えれば切り欠き以外の手段によって第一の偏光ガラス板と第二の偏光ガラス板を識別できる場合には、両者の切り欠き部の特徴が同じであってもよい。
本発明の光アイソレータ用偏光ガラス板セットは、第一及び第二の偏光ガラス板を貼り合わせた場合に、両方の偏光ガラス板に切り欠き部が存在しない部分の面積の割合が、全体の面積に対して94%以上、98%以上、特に99%以上であることが好ましい。少なくとも一方の偏光ガラス板に切り欠き部が存在している部分は、光アイソレータ用光学素子の作製に供することができない。それゆえ、第一及び第二の偏光ガラス板の両方に切り欠き部が存在しない部分の面積が小さいほど光アイソレータ用光学素子の製造歩留まりが低下する。よって切り欠き部の存在しない部分の面積は、識別に必要な範囲を残してできる限り大きくなるようにすることが望ましい。
本発明の光アイソレータ用光学素子母材の製造方法は、準備工程、貼り合わせ工程及び切断工程を含む。
準備工程では、略同形状、略同サイズに加工された第一の偏光ガラス板、第二の偏光ガラス板及びファラデー回転子を準備する。第一及び/又は第二の偏光ガラス板には、切り欠き部を有するものを使用する。なお切り欠き部を有する偏光ガラス板については既述の通りであり、ここではその説明を割愛する。また偏光ガラス板を製造する方法は後述する。
貼り合わせ工程では、図8に示すように、ファラデー回転子20を挟むようにして第一の偏光ガラス板10a及び第二の偏光ガラス板10bを貼り合わせて、光アイソレータ用光学母材を作製する。図中、42は延伸金属粒子を示している。また切り欠き部の記載は省略している。なお光アイソレータの高性能化を図るため、複数枚のファラデー回転子と3枚以上の偏光ガラス板を交互に積層して光アイソレータ用光学母材を作製してもよい。ところでこの貼り合わせ工程では、偏光ガラス板の表裏を識別するとともに、第一及び第二の偏光ガラス板を識別して、偏光ガラス板が適正な向き及び配置となるようにファラデー回転子と貼り合わせることが極めて重要である。そこで本発明では、偏光ガラス板の切り欠き部の有無や、切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き位置、切り欠き部の数等を、これらの識別に利用することができる。
切断工程では、貼り合わせ工程で得られた光アイソレータ母材を所定のサイズ(例えば0.3~2.0mm角)に切断する。このようにして光アイソレータ用光学素子を得ることができる。
次に、本発明で使用する偏光ガラス板の好適な製造方法を説明する。
(ガラスプリフォーム板の準備)
本発明の第1の局面と同様の方法及び条件を適用することができる。
本発明の第1の局面と同様の方法及び条件を適用することができる。
(ガラスプリフォーム板の延伸成形)
本発明の第1の局面と同様の方法及び条件を適用することができる。
本発明の第1の局面と同様の方法及び条件を適用することができる。
(ガラス部材の還元)
本発明の第1の局面と同様の方法及び条件を適用することができる。なお、図9(a)に示すように、延伸成形方向Dと平行な辺を有する矩形状に切り出すことにより、第一の偏光ガラス板10aを得ることができる。また図9(b)に示すように、延伸成形方向Dと45°の角度をなす辺を有する矩形状に切り出すことにより、第二の偏光ガラス板10bを得ることができる。なお図中、102は還元処理後のガラス部材を、42は延伸金属粒子をそれぞれ示している。
本発明の第1の局面と同様の方法及び条件を適用することができる。なお、図9(a)に示すように、延伸成形方向Dと平行な辺を有する矩形状に切り出すことにより、第一の偏光ガラス板10aを得ることができる。また図9(b)に示すように、延伸成形方向Dと45°の角度をなす辺を有する矩形状に切り出すことにより、第二の偏光ガラス板10bを得ることができる。なお図中、102は還元処理後のガラス部材を、42は延伸金属粒子をそれぞれ示している。
さらに必要に応じて、切り出した偏光ガラス板の表面に誘電体多層膜等からなる反射防止膜等の機能性膜を形成してもよい。
(偏光ガラス板)
偏光ガラス板の大きさ及び厚みは、本発明の第1の局面と同様である。
偏光ガラス板の大きさ及び厚みは、本発明の第1の局面と同様である。
延伸成形方向Dと垂直な方向において、偏光ガラス板の幅8mmにおける延伸金属粒子の角度ばらつき(偏光軸ずれ)は0.01°/mm以内であることが好ましく、0.008°/mm以内であることがより好ましく、0.007°/mm以内であることがさらに好ましく、0.005°/mm以内であることが特に好ましい。偏光ガラス板の偏光軸ずれが大きすぎると、偏光ガラス板面内における消光比ばらつきが大きくなり、歩留りが低下する傾向がある。
偏光ガラス板の消光比及び消光比の面内ばらつきは、本発明の第1の局面と同様である。
(切り欠き部の形成)
上記のようにして得られた偏光ガラス板に対し、1つ以上の切り欠き部を形成する。切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き位置、数等は既述の通りであり、ここでは説明を割愛する。なお切り欠き部は、ダイサー、レーザー、エッチング、コアドリル、サンドブラスト等種々の方法で形成することができる。
(切り欠き部の形成)
上記のようにして得られた偏光ガラス板に対し、1つ以上の切り欠き部を形成する。切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き位置、数等は既述の通りであり、ここでは説明を割愛する。なお切り欠き部は、ダイサー、レーザー、エッチング、コアドリル、サンドブラスト等種々の方法で形成することができる。
以下に、本発明の第1の局面の偏光ガラス板の製造方法を実施例を用いて説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。また、ここで作製した偏光ガラス板は、第2の局面の偏光ガラス板、光アイソレータ用偏光ガラス板セット及び光アイソレータ用光学素子の作製に好適に用いることができる。
表1は本発明の実施例及び比較例を示している。
各試料は次のようにして作製し、評価に供した。
(a)ガラスプリフォーム板の作製
質量%で、SiO2 60%、B2O3 18%、Al2O3 8.5%、Li2O 2%、Na2O 2.5%、K2O 9%、Ag 0.3%、Cl 0.5%を有するホウケイ酸ガラス(軟化点650℃)となるように原料バッチを調製した。原料バッチを溶融し、板状に成形した。板状ガラスに対し、675℃で2時間熱処理を施すことにより、ガラス内部に塩化銀粒子を析出させた。その後、板状ガラスに加工を施して幅170mm、厚み5mmのガラスプリフォーム板を得た。
(a)ガラスプリフォーム板の作製
質量%で、SiO2 60%、B2O3 18%、Al2O3 8.5%、Li2O 2%、Na2O 2.5%、K2O 9%、Ag 0.3%、Cl 0.5%を有するホウケイ酸ガラス(軟化点650℃)となるように原料バッチを調製した。原料バッチを溶融し、板状に成形した。板状ガラスに対し、675℃で2時間熱処理を施すことにより、ガラス内部に塩化銀粒子を析出させた。その後、板状ガラスに加工を施して幅170mm、厚み5mmのガラスプリフォーム板を得た。
(b)ガラスプリフォーム板の延伸成形工程
図1に準ずる装置を用いて、ガラスプリフォーム板を109dPa・sの粘度に相当する温度付近で加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸塩化銀粒子が配向して分散されてなるガラス部材(幅17mm)を得た。延伸成形条件を表1に示す。
図1に準ずる装置を用いて、ガラスプリフォーム板を109dPa・sの粘度に相当する温度付近で加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸塩化銀粒子が配向して分散されてなるガラス部材(幅17mm)を得た。延伸成形条件を表1に示す。
(c)ガラス部材の還元処理工程
上記で得られたガラス部材を厚み0.2mmとなるように研磨加工した後、450℃の水素雰囲気下で24時間還元処理を施した。その結果、ガラス部材の表層に存在する延伸塩化銀粒子が還元されて延伸銀粒子となった。その後、ガラス部材を10mm角に切断することにより偏光ガラス板を得た。
上記で得られたガラス部材を厚み0.2mmとなるように研磨加工した後、450℃の水素雰囲気下で24時間還元処理を施した。その結果、ガラス部材の表層に存在する延伸塩化銀粒子が還元されて延伸銀粒子となった。その後、ガラス部材を10mm角に切断することにより偏光ガラス板を得た。
(d)偏光ガラス板の特性評価
偏光ガラス板における偏光軸ずれ及び消光比を以下のようにして測定した。なお、図2は各特性の測定方法を説明するための偏光ガラス板の模式的平面図であり、P0は偏光ガラス板の中心を示し、P1及びP2は、P0から延伸成形方向と垂直な方向にそれぞれ4mm左右に離れた位置を示す。
偏光ガラス板における偏光軸ずれ及び消光比を以下のようにして測定した。なお、図2は各特性の測定方法を説明するための偏光ガラス板の模式的平面図であり、P0は偏光ガラス板の中心を示し、P1及びP2は、P0から延伸成形方向と垂直な方向にそれぞれ4mm左右に離れた位置を示す。
偏光ガラス板を回転ステージ上に載置し、近赤外域波長発振レーザーの発振光(波長1310nm及び1550nm)をグラントムソンプリズムを通して直線偏光にし、P0、P1及びP2に照射した。各測定ポイントを中心に回転ステージを回転させながら、偏光ガラス板を透過した近赤外光の強度を光パワーメータを用いて測定した。測定された光強度が最大及び最小となった角度を読み取った。
P1及びP2において、それぞれ光強度が最小となった角度を各位置における偏光軸角度(延伸銀粒子の角度)とし、各偏光軸角度の差を8mmで除した値を偏光軸ずれとして評価した。
P0、P1及びP2において、光強度の最大値と最小値の比(光透過量の最大値と最小値の比に相当)を求め、上記式(2)に従い消光比を算出した。なお、消光比の面内ばらつきは下記式(4)に従って求めた。
面内ばらつき=±(消光比の最大値-消光比の最小値)/2 ・・・(4)
表1から明らかなように、実施例1及び2では、ガラスプリフォーム板の延伸成形工程において、ガラスプリフォーム板の0.5倍の長さに対するガラスプリフォーム板の軟化変形部S1の長さ(L1/W1)が1.65以上、ガラスプリフォーム板の0.5倍の長さに対するガラスプリフォーム板の軟化変形部S2の長さ(L2/W1)が0.56以上と大きいため、偏光ガラス板の偏光軸ずれが幅8mmにおいて0.0060°/mm以下と小さかった。また、消光比の面内ばらつきが±5dB以内と小さかった。一方、比較例1及び2では、L1/W1が0.97以下、L2/W1が0.48以下と小さかったため、偏光ガラス板の偏光軸ずれが幅8mmにおいて0.0125°/mm以上と大きかった。また、消光比の面内ばらつきが±7dB以上と大きく、また消光比の値が面内の一部において40dB未満となった。
1 ガラスプリフォーム板
2 発熱体
3 引張りローラ
4 ハロゲン化金属粒子
4’ 延伸ハロゲン化金属粒子
5 ガラス部材
10 偏光ガラス板
10a 第一の偏光ガラス板
10b 第二の偏光ガラス板
20 ファラデー回転子
11、12、13、14、15、16、17 切り欠き部
102 還元処理後のガラス部材
42 延伸金属粒子
2 発熱体
3 引張りローラ
4 ハロゲン化金属粒子
4’ 延伸ハロゲン化金属粒子
5 ガラス部材
10 偏光ガラス板
10a 第一の偏光ガラス板
10b 第二の偏光ガラス板
20 ファラデー回転子
11、12、13、14、15、16、17 切り欠き部
102 還元処理後のガラス部材
42 延伸金属粒子
Claims (33)
- ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる偏光ガラス板を製造するための方法であって、
ハロゲン化金属粒子を含有する所定幅W0を有するガラスプリフォーム板を加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子が配向して分散されてなるガラス部材を得る延伸成形工程、及び、
前記ガラス部材に還元処理を施すことにより、前記延伸ハロゲン化金属粒子を還元して偏光ガラス板を得る還元工程、
を含み、
前記ガラスプリフォーム板の延伸成形工程において、延伸成形中の前記ガラスプリフォーム板の形状が下記式(1)の関係を満たすように、加熱しながら延伸成形することを特徴とする偏光ガラス板の製造方法。
L1/W1≧1.0 ・・・(1)
L1=前記ガラスプリフォーム板の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分から0.2倍に変形した部分の間の長さ
W1=前記ガラスプリフォーム板の元の幅W0の0.5倍の長さ - 前記式(1)におけるL1の値が60mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の偏光ガラス板の製造方法。
- ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる偏光ガラス板を製造するための方法であって、
ハロゲン化金属粒子を含有する所定幅W0を有するガラスプリフォーム板を加熱しながら延伸成形することにより、ガラスマトリクス中に延伸ハロゲン化金属粒子が配向して分散されてなるガラス部材を得る延伸成形工程、及び、
前記ガラス部材に還元処理を施すことにより、前記延伸ハロゲン化金属粒子を還元して偏光ガラス板を得る還元工程、
を含み、
前記ガラスプリフォーム板の延伸成形工程において、延伸成形中の前記ガラスプリフォーム板の形状が下記式(2)の関係を満たすように、加熱しながら延伸成形することを特徴とする偏光ガラス板の製造方法。
L2/W1≧0.5 ・・・(2)
L2=前記ガラスプリフォーム板の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分から0.5倍に変形した部分の間の長さ
W1=前記ガラスプリフォーム板の元の幅W0の0.5倍の長さ - 前記式(2)におけるL2の値が30mm以上であることを特徴とする請求項3に記載の偏光ガラス板の製造方法。
- 前記ガラスプリフォーム板の幅W0が100mm以上であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の偏光ガラス板の製造方法。
- 延伸成形中の前記ガラスプリフォーム板の幅が、元の幅W0の0.8倍に変形した部分から0.2倍に変形した部分の間において、前記ガラスプリフォーム板の粘度が107~1011dPa・sの範囲内となるように加熱することを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の偏光ガラス板の製造方法。
- 前記金属が銀または銅であることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の偏光ガラス板の製造方法。
- ハロゲン化金属粒子を含有するガラスプリフォーム板を加熱しながら延伸成形した後、還元処理を施すことにより、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる偏光ガラス板であって、
前記延伸成形方向と垂直な方向の幅8mmにおける延伸金属粒子の角度ばらつきが0.0065°/mm以内であることを特徴とする偏光ガラス板。 - 近赤外域における消光比が40dB以上であることを特徴とする請求項8に記載の偏光ガラス板。
- 前記延伸成形方向と垂直な方向の幅8mmにおける消光比の面内ばらつきが±5dB以内であることを特徴とする請求項8または9に記載の偏光ガラス板。
- 矩形状であることを特徴とする請求項8~10のいずれか一項に記載の偏光ガラス板。
- 少なくとも1つの切り欠き部を有することを特徴とする請求項11に記載の偏光ガラス板。
- ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺と略平行である第一の偏光ガラス板と、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺に対して略45°の角度をなしている第二の偏光ガラス板を含む光アイソレータ用偏光ガラス板セットであって、第一及び第二の偏光ガラス板が請求項11または12に記載の偏光ガラス板からなることを特徴とする光アイソレータ用偏光ガラス板セット。
- 請求項13に記載の光アイソレータ用偏光ガラス板セット及びファラデー回転子を用意する準備工程と、ファラデー回転子を介して第一及び第二の偏光ガラス板を貼り合わせて光アイソレータ用光学素子母材を作製する貼り合わせ工程と、光アイソレータ用光学素子母材を切断して光アイソレータ用光学素子を得る切断工程とを含むことを特徴とする光アイソレータ用光学素子の製造方法。
- 請求項14に記載の方法によって製造されてなることを特徴とする光アイソレータ用光学素子。
- 請求項15に記載の光アイソレータ用光学素子を用いたことを特徴とする光アイソレータ。
- ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなる矩形の偏光ガラス板であって、少なくとも1つの切り欠き部を有することを特徴とする偏光ガラス板。
- 略正方形の形状を有することを特徴とする請求項17に記載の偏光ガラス板。
- 切り欠き部と偏光ガラス板本体部の境界が、直線状又は曲線状であることを特徴とする請求項17又は18に記載の偏光ガラス板。
- 切り欠き部が、偏光ガラス板の角部を頂点の一つとする三角形状であることを特徴とする請求項17~19の何れかに記載の偏光ガラス板。
- 切り欠き部が、偏光ガラス板と少なくとも1辺を共有する矩形状であることを特徴とする請求項17~19の何れかに記載の偏光ガラス板。
- 切り欠き部が、偏光ガラス板の隣り合う2辺と、当該2辺上にある点を結ぶ曲線とで包囲された形状であることを特徴とする請求項17~19の何れかに記載の偏光ガラス板。
- 切り欠き部が、偏光ガラス板の角部に位置するように形成されてなることを特徴とする
請求項17~22の何れかに記載の偏光ガラス板。 - 切り欠き部が、切り欠き部を通過する偏光ガラス板の対角線に対して、非対象形であることを特徴とする請求項17~23の何れかに記載の偏光ガラス板。
- 切り欠き部が、偏光ガラス板の角部を含まない位置に形成されてなることを特徴とする請求項17~23の何れかに記載の偏光ガラス板。
- 複数の切り欠き部を有しており、少なくとも2つの切り欠き部について、切り欠き部の形状、サイズ及び/又は切り欠き位置が互いに相違することを特徴とする請求項17~25に記載の偏光ガラス板。
- 一方の表面に機能膜が形成されてなることを特徴とする請求項17~26の何れかに記載の偏光ガラス板。
- ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺と略平行である第一の偏光ガラス板と、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺に対して略45°の角度をなしている第二の偏光ガラス板を含む光アイソレータ用偏光ガラス板セットであって、第一及び第二の偏光ガラス板の何れか一方は切り欠き部が存在せず、他方の偏光ガラス板は請求項17~27の何れかに記載の偏光ガラス板からなることを特徴とする光アイソレータ用偏光ガラス板
セット。 - ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺と略平行である第一の偏光ガラス板と、ガラスマトリクス中に延伸金属粒子が配向して分散されてなり、金属粒子の延伸方向が1辺に対して略45°の角度をなしている第二の偏光ガラス板を含む光アイソレータ用偏光ガラス板セットであって、第一及び第二の偏光ガラス板が請求項17~27の何れかに記載の偏光ガラス板からなることを特徴とする光アイソレータ用偏光ガラス板セット。
- 第一の偏光ガラス板に形成された切り欠き部と、第二の偏光ガラス板に形成された切り欠き部とは、切り欠き部の形状、サイズ、切り欠き位置及び/又は切り欠き部の数が異なることを特徴とする請求項29に記載の光アイソレータ用偏光ガラス板セット。
- 請求項28~30の何れかに記載の光アイソレータ用偏光ガラス板セット及びファラデー回転子を用意する準備工程と、ファラデー回転子を介して第一及び第二の偏光ガラス板を貼り合わせて光アイソレータ用光学素子母材を作製する貼り合わせ工程と、光アイソレータ用光学素子母材を切断して光アイソレータ用光学素子を得る切断工程とを含むことを特徴とする光アイソレータ用光学素子の製造方法。
- 偏光ガラス板に形成された切り欠き部を、第一及び第二の偏光ガラス板の識別に利用することを特徴とする請求項31に記載の光アイソレータ用光学素子の製造方法。
- 偏光ガラス板に形成された切り欠き部を、偏光ガラス板の表裏の識別に利用することを特徴とする請求項31又は32に記載の光アイソレータ用光学素子の製造方法。
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