(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル％で、Ｔｂ２Ｏ３  ３０％以上、Ｇａ２Ｏ３  ０〜６％を含有するガラス材であって、
波長４００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ４００、波長８００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ８００、及び、波長１１００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ１１００が、下記の関係式を満たすことを特徴とするガラス材。
Ｖ８００／（Ｖ４００−Ｖ１１００）≦０．２１
【請求項２】
Ｖ４００−Ｖ１１００≧１．３を満たすことを特徴とする請求項１に記載のガラス材。
【請求項３】
Ｖ４００≧１．４５であることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス材。
【請求項４】
モル％で、Ｔｂ２Ｏ３  ３０〜８０％、ＳｉＯ２  ０〜７０％、Ｂ２Ｏ３  ０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３  ０〜７０％を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス材。
【請求項５】
磁気光学素子として用いられ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ガラス材。
【請求項６】
ファラデー回転素子として用いられることを特徴とする請求項５に記載のガラス材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光アイソレータ、光サーキュレータ、磁気センサ等の磁気デバイスを構成する磁気光学素子に好適なガラス材に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性を持つ材料は、磁気光学効果の一つであるファラデー効果を示すことが知られている。ファラデー効果とは、磁場中におかれた材料を通過する直線偏光の偏光面を回転させる効果である。このような効果は光アイソレータや磁界センサなどに利用されている。
【０００３】
ファラデー効果による旋光度（偏光面の回転角）θは、磁場の強さをＨ、偏光が通過する物質の長さをＬとして、以下の式により表される。式中において、Ｖは物質の種類に依存する定数であり、ベルデ定数と呼ばれる。ベルデ定数は反磁性体の場合は正の値、常磁性体の場合は負の値となる。ベルデ定数の絶対値が大きいほど、旋光度の絶対値も大きくなり、結果として大きなファラデー効果を示す。
【０００４】
θ＝ＶＨＬ
【０００５】
１１００ｎｍ以下の波長域でファラデー効果を示すガラス材として、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−Ｔｂ２Ｏ３系ガラス材（特許文献１参照）、Ｐ２Ｏ５−Ｂ２Ｏ３−Ｔｂ２Ｏ３系ガラス材（特許文献２参照）、あるいはＰ２Ｏ５−ＴｂＦ３−ＲＦ２（Ｒはアルカリ土類金属）系ガラス材（特許文献３参照）等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭５１−４６５２４号公報
【特許文献２】特公昭５２−３２８８１号公報
【特許文献３】特公昭５５−４２９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、光アイソレータや磁界センサが使用される波長域が多様化しており、低波長域（特に波長８００ｎｍ以下）での使用が検討されている。上述したガラス材は低波長域でもある程度のファラデー効果を示すものの、近年、ますます磁気デバイスの小型化が進んでいることから、小さな部材でも十分な旋光度を示すよう、さらなるファラデー効果の向上が要求されている。
【０００８】
以上に鑑み、本発明は、低波長域において従来よりも大きいファラデー効果を示す材料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】
【０００９】
本発明者が鋭意検討した結果、複数の波長におけるベルデ定数に着目し、それらが特定の関係にある場合に上記課題を解消できることを見出し、本発明を提案するに至った。
【００１０】
即ち、本発明のガラス材は、Ｔｂを含有するガラス材であって、波長４００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ４００、波長８００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ８００、及び、波長１１００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ１１００が、下記の関係式を満たすことを特徴とする。
Ｖ８００／（Ｖ４００−Ｖ１１００）≦０．２１
【００１１】
一般に、Ｔｂを含有する磁性材料は、高波長側から低波長側にかけてベルデ定数の絶対値が増加する傾向がある。ここで、Ｖ８００／（Ｖ４００−Ｖ１１００）は、波長１１００ｎｍ〜８００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値の増加率と、波長８００ｎｍ〜波長４００ｎｍにおけるベルデ定数の増加率を比較するための指標である。当該値が小さいほど、波長８００ｎｍ〜波長４００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値の増加率が大きく、結果として、低波長域（８００ｎｍ以下、特に６００ｎｍ以下）におけるベルデ定数の絶対値が大きくなる傾向がある。つまり、本発明のガラス材は、各波長におけるベルデ定数の絶対値が上記関係式を満たすことにより、ベルデ定数の波長依存性が大きくなり、低波長域において大きいファラデー効果を示しやすくなる。
【００１２】
本発明のガラス材は、Ｖ４００−Ｖ１１００≧１．３を満たすことが好ましい。当該構成によれば、Ｖ８００／（Ｖ４００−Ｖ１１００）の値を小さくすることができるため、ベルデ定数の波長依存性が大きくなり、低波長域において大きいファラデー効果を示しやすくなる。
【００１３】
本発明のガラス材は、Ｖ４００≧１．４５であることが好ましい。
【００１４】
本発明のガラス材は、モル％で、Ｔｂ２Ｏ３を３０％以上含有することが好ましい。
【００１５】
本発明のガラス材は、モル％で、Ｔｂ２Ｏ３  ３０〜８０％、ＳｉＯ２  ０〜７０％、Ｂ２Ｏ３  ０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３  ０〜７０％を含有することが好ましい。
【００１６】
本発明のガラス材は、磁気光学素子として用いられることが好ましい。
【００１７】
本発明のガラス材は、ファラデー回転素子として用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、低波長域において従来よりも大きいファラデー効果を示す材料を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のガラス材を製造するための装置の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図２】実施例１及び比較例のガラス材のベルデ定数の絶対値と波長との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のガラス材は、Ｔｂを含有するガラス材であって、波長４００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ４００、波長８００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ８００、及び、波長１１００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ１１００が、下記の関係式を満たすことを特徴とする。
Ｖ８００／（Ｖ４００−Ｖ１１００）≦０．２１
【００２１】
各波長におけるベルデ定数の絶対値が上記関係式を満たすことにより、ベルデ定数の波長依存性が大きくなり、低波長域において大きいファラデー効果を示しやすくなる。なお、Ｖ８００／（Ｖ４００−Ｖ１１００）は０．２以下であることが好ましい。
【００２２】
ここで、Ｖ４００−Ｖ１１００は１．３以上、１．３５以上、１．４以上、特に１．５以上であることが好ましい。Ｖ４００−Ｖ１１００が当該範囲を満たすことにより、Ｖ８００／（Ｖ４００−Ｖ１１００）の値を小さくすることができるため、ベルデ定数の波長依存性が大きくなり、低波長域において大きいファラデー効果を示しやすくなる。
【００２３】
本発明のガラス材は、各波長におけるベルデ定数の絶対値が上記関係を満たすことにより、低波長域において大きいファラデー効果を示す。具体的には、本発明のガラス材はＶ４００が１．４５以上、１．５以上、特に１．６以上であることが好ましい。また、本発明のガラス材は波長６００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ６００が０．５５以上、０．５７以上、特に０．６以上、波長８００ｎｍにおけるベルデ定数の絶対値Ｖ８００が０．２９以上、以上、特に０．３以上であることが好ましい。
【００２４】
本発明のガラス材はＴｂを含有する。Ｔｂはベルデ定数の絶対値を絶対値を大きくして、ファラデー効果を高める成分である。具体的には、本発明のガラス材は、モル％で、Ｔｂ２Ｏ３を３０％以上、特に３５％以上含有することが好ましい。ただし、その含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる傾向がある。従って、Ｔｂ２Ｏ３の含有量は、モル％で、８０％以下、７５％以下、７０％以下、特に６５％以下であることが好ましい。
【００２５】
なお、Ｔｂについては３価の酸化物の含有量を規定しているが、３価以外の酸化物については、３価の酸化物に換算した場合の含有量が上記範囲内であることが好ましい。
【００２６】
Ｔｂについてベルデ定数の起源となる磁気モーメントはＴｂ４＋よりもＴｂ３＋の方が大きい。よって、ガラス材におけるＴｂ３＋の割合が大きいほど、ファラデー効果が大きくなるため好ましい。具体的には、全Ｔｂ中Ｔｂ３＋の割合は、モル％で５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、特に９０％以上であることが好ましい。
【００２７】
次に、本発明のガラス材の好ましい組成について説明する。本発明のガラス材は、モル％で、Ｔｂ２Ｏ３  ３０〜８０％、ＳｉＯ２  ０〜７０％、Ｂ２Ｏ３  ０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３  ０〜７０％を含有することが好ましい。組成範囲をこのように限定した理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量の説明において、特に断りのない限り「％」は「モル％」を意味する。
【００２８】
Ｔｂ２Ｏ３の含有量については上述した通りであるため、その説明を割愛する。
【００２９】
ＳｉＯ２はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、ベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、ＳｉＯ２の含有量は０〜７０％、特に０〜６５％であることが好ましい。
【００３０】
Ｂ２Ｏ３はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げる成分である。ただし、Ｂ２Ｏ３はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Ｂ２Ｏ３の含有量は０〜７０％、特に０〜６５％であることが好ましい。
【００３１】
Ａｌ２Ｏ３はガラス形成能を高める成分である。ただし、Ａｌ２Ｏ３はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Ａｌ２Ｏ３の含有量は０〜７０％、特に０〜６５％であることが好ましい。
【００３２】
本発明のガラス材には、上記成分以外にも以下の成分を含有させることができる。
【００３３】
Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３はガラス化を安定にする効果がある。ただし、その含有量が多すぎると、かえってガラス化しにくくなる。よって、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３の含有量は各々１０％以下、特に５％以下であることが好ましい。
【００３４】
Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３はガラス化を安定にするとともに、ベルデ定数の向上にも寄与する。ただし、その含有量が多すぎると、かえってガラス化しにくくなる。よって、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｃｅ２Ｏ３の含有量は各々１５％以下、特に１０％以下であることが好ましい。なお、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｃｅについては３価の酸化物の含有量を規定しているが、３価以外の酸化物（例えばＣｅＯ２等）については、３価の酸化物に換算した場合の含有量が上記範囲内であることが好ましい。
【００３５】
ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯはガラス化を安定し、また化学的耐久性を高める効果がある。ただし、ベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、これらの成分の含有量は各々０〜１０％、特に０〜５％であることが好ましい。
【００３６】
ＧｅＯ２はガラス形成能を高める成分である。ただし、ＧｅＯ２はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、ＧｅＯ２の含有量は０〜１５％、０〜１０％、特に０〜９％であることが好ましい。
【００３７】
Ｐ２Ｏ５はガラス形成能を高める成分である。ただし、その含有量が多すぎると失透しやすくなり、化学的耐久性も低下する傾向がある。また、Ｐ２Ｏ５はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Ｐ２Ｏ５の含有量は０〜７％、特に０〜５％であることが好ましい。
【００３８】
Ｇａ２Ｏ３はガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げる効果を有する。ただし、その含有量が多すぎると失透しやすくなる。また、Ｇａ２Ｏ３はベルデ定数の向上に寄与しないため、その含有量が多すぎると十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Ｇａ２Ｏ３の含有量は０〜６％、特に０〜５％であることが好ましい。
【００３９】
フッ素はガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げる効果を有する。ただし、その含有量が多すぎると溶融中に揮発して組成変動を引き起こしたり、ガラス化に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、フッ素の含有量（Ｆ２換算）は０〜１０％、０〜７％、特に０〜５％であることが好ましい。
【００４０】
還元剤としてＳｂ２Ｏ３を添加することができる。ただし、着色を避けるため、あるいは環境への負荷を考慮して、その含有量は０．１％以下であることが好ましい。
【００４１】
本発明のガラス材は、特にアイソレータ等の磁気光学素子として使用する場合における光透過損失がなるべく小さいことが好ましい。例えば、本発明のガラス材の光透過率は、波長６３３ｎｍにおいて５０％以上、６０％、特に７０％以上であることが好ましい。
【００４２】
本発明のガラス材は、例えば無容器浮遊法により作製することができる。図１は、無容器浮遊法によりガラス材を作製するための製造装置の一例を示す模式的断面図である。以下、図１を参照しながら、本発明のガラス材の製造方法について説明する。
【００４３】
ガラス材の製造装置１は成形型１０を有する。成形型１０は溶融容器としての役割も果たす。成形型１０は、成形面１０ａと、成形面１０ａに開口している複数のガス噴出孔１０ｂとを有する。ガス噴出孔１０ｂは、ガスボンベなどのガス供給機構１１に接続されている。このガス供給機構１１からガス噴出孔１０ｂを経由して、成形面１０ａにガスが供給される。ガスの種類は特に限定されず、例えば、空気や酸素であってもよいし、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素を含有した還元性ガスであってもよい。
【００４４】
製造装置１を用いてガラス材を製造するに際しては、まず、ガラス原料塊１２を成形面１０ａ上に配置する。ガラス原料塊１２としては、例えば、原料粉末をプレス成型等により一体化したものや、原料粉末をプレス成型等により一体化した後に焼結させた焼結体や、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体等が挙げられる。
【００４５】
次に、ガス噴出孔１０ｂからガスを噴出させることにより、ガラス原料塊１２を成形面１０ａ上で浮遊させる。すなわち、ガラス原料塊１２を、成形面１０ａに接触していない状態で保持する。その状態で、レーザー光照射装置１３からレーザー光をガラス原料塊１２に照射する。これによりガラス原料塊１２を加熱溶融してガラス化させ、溶融ガラスを得る。その後、溶融ガラスを冷却することにより、ガラス材を得ることができる。ガラス原料塊１２を加熱溶融する工程と、溶融ガラス、さらにはガラス材の温度が少なくとも軟化点以下となるまで冷却する工程においては、少なくともガスの噴出を継続し、ガラス原料塊１２、溶融ガラス、さらにはガラス材と成形面１０ａとの接触を抑制することが好ましい。なお、加熱溶融する方法としては、レーザー光を照射する方法以外にも、輻射加熱であってもよい。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４７】
表１は本発明の実施例及び比較例を示している。
【００４８】
【表１】
0006617446.tif 000002
【００４９】
各試料は次のようにして作製した。まず表に示すガラス組成になるように調合した原料をプレス成型し、１１００〜１４００℃で１２時間焼結することによりガラス原料塊を作製した。
【００５０】
次に、乳鉢中でガラス原料塊を粗粉砕し、０．０５〜０．５ｇの小片とした。得られたガラス原料塊の小片を用いて、図１に準じた装置を用いた無容器浮遊法によってガラス材（直径約１〜８ｍｍ）を作製した。なお、熱源としては１００Ｗ  ＣＯ２レーザー発振器を用いた。また、ガラス原料塊を浮遊させるためのガスとして窒素ガスを用い、流量１〜３０Ｌ／分で供給した。
【００５１】
得られたガラス材について、回転検光子法を用いてベルデ定数を測定した。具体的には、得られたガラス材を１ｍｍ程度の厚さとなるよう研磨加工し、１５ｋＯｅの磁場中で波長４００〜１１００ｎｍでのファラデー回転角を測定し、ベルデ定数を算出した。なお、波長の掃引速度は６ｎｍ／分とした。結果を表１及び図２に示す。
【００５２】
表１から明らかなように実施例１〜３のガラス材は、Ｖ８００／（Ｖ４００−Ｖ１１００）が０．１８６〜０．１９０、Ｖ４００−Ｖ１１００が１．７６４〜２．４０１であり、Ｖ４００が１．９３０〜２．６３２と大きくなった。一方、比較例のガラス材は、Ｖ８００／（Ｖ４００−Ｖ１１００）０．２２３、Ｖ４００−Ｖ１１００が１．２５６であり、Ｖ４００が１．４０１と小さくなった。なお、図２から明らかなように、実施例１のガラス材は比較例のガラス材と比較してベルデ定数の絶対値の波長依存性が大きく、低波長域でのベルデ定数の絶対値が大きくなっていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明のガラス材は、光アイソレータ、光サーキュレータ、磁気センサ等の磁気デバイスを構成する磁気光学素子として好適である。
【符号の説明】
【００５４】
１：ガラス材の製造装置
１０：成形型
１０ａ：成形面
１０ｂ：ガス噴出孔
１１：ガス供給機構
１２：ガラス原料塊
１３：レーザー光照射装置
【図１】
0006617446.tif 000003
【図２】
0006617446.tif 000004