(57)【要約】【課題】  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を提供する。【解決手段】  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％以上の常磁性ガーネット型透明セラミックスである。  （Ｔｂ1-x-yＬｕxＳｃy）3（Ａｌ1-zＳｃz）5Ｏ12      （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。）【選択図】  図１
2019199387.tif 000002
【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-yＬｕxＳｃy）3（Ａｌ1-zＳｃz）5Ｏ12      （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。）
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項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請求項７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、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。
【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では、従来からＴＧＧ結晶（Ｔｂ3Ｇａ5Ｏ12）とＴＳＡＧ結晶（（Ｔｂ(3-x)Ｓｃx）Ｓｃ2Ａｌ3Ｏ12）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。
【０００５】
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。
【０００６】
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（Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12）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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１−２１３５５２号公報
【特許文献２】特開２００２−２９３６９３号公報
【特許文献３】特許第５６１１３２９号公報
【特許文献４】特許第５９３５７６４号公報
【特許文献５】特許第３６４２０６３号公報
【特許文献６】特許第４１０７２９２号公報
【特許文献７】特開２００８−７３８５号公報
【００１３】
【非特許文献１】Ｙａｎ  Ｌｉｎ  Ａｕｎｇ，Ａｋｉｏ  Ｉｋｅｓｕｅ，  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｇｒａｄｅ  （ＴｂxＹ1-x）3Ａｌ5Ｏ12  ｃｅｒａｍｉｃｓ  ａｓ  Ｆａｒａｄａｙ  ｒｏｔａｔｏｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ，  Ｊ.Ａｍ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.,（２０１７），１００（９）,４０８１−４０８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
ところで、上記のような状況の中で、最近、組成が（ＴｂxＹ1-x）3Ａｌ5Ｏ12（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。
【００１６】
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-yＬｕxＳｃy）3（Ａｌ1-zＳｃz）5Ｏ12      （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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜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-yＬｕxＳｃy）3（Ａｌ1-zＳｃz）5Ｏ12      （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。）
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
＜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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
［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。
【００４４】
（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。
【００４５】
（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。
【００４６】
（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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。
【００５４】
（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。
【００５５】
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。
【００５６】
［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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【実施例】
【００５９】
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。
【００６０】
［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。
【００６１】
【表１】
2019199387.tif 000003
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。）
【００６５】
（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。
【００６６】
（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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。）
【００７０】
（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。
【００７１】
【表２】
2019199387.tif 000004
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【符号の説明】
【００７５】
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
【図１】
2019199387.tif 000005
【図２】
2019199387.tif 000006