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公開番号2025078370
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-20
出願番号2023190880
出願日2023-11-08
発明の名称テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイス
出願人信越化学工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C04B 35/44 20060101AFI20250513BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】出力グレード毎に利用可能なテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイスを的確に提供する。
【解決手段】本発明の透明セラミックスは、式(1)の複合酸化物とSiO₂を0.1%以下で含有する焼結体を含み、
(Tb_1-x-yY_xSc_y)₃(Al_1-zSc_z)₅O₁₂(1)
(0.05≦x≦0.45、0<y<0.1、0.5<1-x-y<0.95、0.001<z<0.15、0<y+z<0.2)
外径Rmmが3.5mm以上、長さ14mm以上のロッド形状で、両端面が精密研磨と波長NnmのARコート処理が施され、光学有効径rmmが0.9×Rであり、光学有効径内に入射ビーム径Dで波長Nのレーザービームを入射させた際の平均挿入損失が0.043dB以下で、光学有効径内に30μm超の異物等が無く、10μm以上の異物等の総和が最大4個である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
下記式（１）で表される複合酸化物と焼結助剤としてＳｉＯ
２
を０質量％超０．１質量％以下で含有する焼結体を含むテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスであって、
（Ｔｂ
１-ｘ-ｙ
Ｙ
ｘ
Ｓｃ
ｙ
）
３
（Ａｌ
１－ｚ
Ｓｃ
ｚ
）
５
Ｏ
１２
（１）
（式中、０．０５≦ｘ≦０．４５、０＜ｙ＜０．１、０．５＜１－ｘ－ｙ＜０．９５、０．００１＜ｚ＜０．１５、０＜ｙ＋ｚ＜０．２である。）
当該テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、
入射ビーム径Ｄｍｍが１．６ｍｍ以下の場合、外径Ｒｍｍが２．２×Ｄｍｍ以上、且つ３．５ｍｍ以上であり、
長さが１４ｍｍ以上のロッド形状に加工され、その両端面が精密研磨されており、この両端面に波長ＮｎｍのＡＲコート処理が施されており、
光学的に利用される光学有効径ｒｍｍが下記式（２）で定義される場合に、この光学有効径ｒｍｍ内に入射ビーム径Ｄｍｍで波長Ｎｎｍのレーザービームを入射させた際の平均挿入損失が０．０４３ｄＢ以下であり、
ｒ＝０．９×Ｒ（２）
光学有効径ｒｍｍ内に３０μｍを超える異物、異相、ボイドが無く、且つ光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大４個である、テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記平均挿入損失が０．０３５ｄＢ以下であり、光学面の中心から入射ビーム径Ｄｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大１個である、請求項１に記載のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス。
【請求項３】
前記平均挿入損失が０．０３０ｄＢ以下であり、光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大３個であり、且つ光学面の中心から入射ビーム径Ｄｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相、ボイドが無い、請求項１又は２に記載のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス。
【請求項４】
当該テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、
入射ビーム径がエキスパンダーにより通常の２倍の径であるＤ
２倍
ｍｍに拡張したレーザービームを利用し、この入射ビーム径Ｄ
２倍
ｍｍが１．６ｍｍ以上の場合、外径Ｒ’ｍｍが２．２×Ｄ
２倍
ｍｍ以上、且つ５ｍｍ以上であり、
長さが１４ｍｍ以上のロッド形状に加工され、その両端面が精密研磨されており、この両端面に波長ＮｎｍのＡＲコート処理が施されており、
光学的に利用される光学有効径ｒ’ｍｍが下記式（３）で定義される場合に、この光学有効径ｒ’ｍｍ内にビーム径Ｄ
２倍
ｍｍで波長Ｎｎｍのレーザービームを入射させた際の平均挿入損失が０．０３０ｄＢ以下であり、
ｒ’＝０．９×Ｒ’ （３）
光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大２個であり、光学面の中心から２×Ｄ
２倍
ｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相が１つも無く、１０μｍ～３０μｍサイズのボイドの個数が最大２個であり、且つ光学面の中心からＤ
２倍
ｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相、ボイドが１つも無い、請求項１に記載のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス。
【請求項５】
請求項１または４に記載のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスを用いて構成される磁気光学材料。
【請求項６】
上記テルビウム含有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、上記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５記載の磁気光学デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイスに関し、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含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイスに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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として、近年、（Ｔｂ
１-ｘ-ｙ
Ｙ
ｘ
Ｓｃ
ｙ
）
３
（Ａｌ
１－ｚ
Ｓｃ
ｚ
）
５
Ｏ
１２
という組成を有するテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスの普及が進んでいる。例えば、これらの組成や透明性については特開２０１９－１９９３８６号公報（特許文献１）、国際公開第２０２２／０５４５９６号（特許文献２）に詳しい。
【０００５】
またその作製方法については特開２０１９－１０４６７４号公報（特許文献３）、特開２０１９－２０７３４０号公報（特許文献４）、特開２０１９－１９９０７８号公報（特許文献５）、特開２０１９－１９９０７９号公報（特許文献６）、国際公開第２０２２／０５４５９３号（特許文献７）、国際公開第２０２２／０５４５１５号（特許文献８）、特開２０２３－０６４７７４号公報（特許文献９）、特開２０２３－０８２８８７号公報（特許文献１０）、特開２０２３－１２８１２５号公報（特許文献１１）などに詳しい。
【０００６】
さらに品質などについては特許文献７、国際公開第２０２２／０５４５９５号（特許文献１２）、国際公開第２０２２／０８５１０７号（特許文献１３）、国際公開第２０２２／０５４５９２号（特許文献１４）、国際公開第２０２２／０５４５９４号（特許文献１５）、特開２０２３－１２８１１７号公報（特許文献１６）などに詳しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１９－１９９３８６号公報
国際公開第２０２２／０５４５９６号
特開２０１９－１０４６７４号公報
特開２０１９－２０７３４０号公報
特開２０１９－１９９０７８号公報
特開２０１９－１９９０７９号公報
国際公開第２０２２／０５４５９３号
国際公開第２０２２／０５４５１５号
特開２０２３－０６４７７４号公報
特開２０２３－０８２８８７号公報
特開２０２３－１２８１２５号公報
国際公開第２０２２／０５４５９５号
国際公開第２０２２／０８５１０７号
国際公開第２０２２／０５４５９２号
国際公開第２０２２／０５４５９４号
特開２０２３－１２８１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスについて、実際の工業利用においては、例えば、レーザー加工機の出力パワーグレードにより、用いられるファラデー回転子の光学品質規格に差が出てくる。低出力用途では、光学有効径内に多少のコントラスト源があっても許容され得るし、高出力用途では当然にコントラスト源のサイズについての管理が厳しくなる。ただし、従来こうした出力パワーグレードに対応したファラデー回転子の光学品質について言及された文献は見当たらない。
【０００９】
なお、特許文献７では、光学有効径内に存在するコントラスト源のサイズや個数を規定することにより、１００Ｗ超のハイパワーレーザーへの適用が可能になる効果が例示されているに留まり、レーザー加工機の出力パワーグレードにより、コントラスト源のサイズや個数を変動できることについては、何らの示唆もなされていない。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスをロッド形状に加工してＡＲコート処理をした後に、コントラスト源のサイズと個数、及びビームの挿入損失を段階的に規定することにより、出力グレード毎に利用可能なテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイスを的確に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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