(57)【要約】【課題】０．６〜２．４μｍ帯のレーザー波長領域において光吸収が小さく、磁気光学効果が大きい（実用化可能）最適な磁気光学素子を提供すること。【解決手段】磁気光学素子は、ルチル型構造を有する二酸化チタンにコバルトを添加してなる。この磁気光学素子に用いるＣｏルチル単結晶１は、ＦＺ炉４を備えた結晶育成装置によって製造される。光アイソレータは磁気光学素子をファラデー回転子。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルチル型構造を有する二酸化チタンにコバルトを添加してなることを特徴とする磁気光学素子。
【請求項２】
請求項１記載の磁気光学素子において、前記コバルトの添加量が，０．０３以上で１．０％以下であることを特徴とする磁気光学素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気光学素子において、ＦＺ法、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法、及びＭＯＣＶＤ法の内のいずれか一種の方法によって作製されていることを特徴とする磁気光学素子。
【請求項４】
請求項１〜３の内のいずれか一つに記載の磁気光学素子において、育成雰囲気条件、熱処理条件により酸素濃度を制御する事により、キャリヤー濃度を制御してなる事を特徴とする磁気光学素子。
【請求項５】
請求項１〜４の内のいずれか一つに記載の磁気光学素子において、前記キャリヤー濃度を２．０×１０１４ｃｍ−３とした事を特徴とする磁気光学素子。
【請求項６】
請求項１〜５の内のいずれか一つに記載の磁気光学素子において、複屈折の影響がより少ないＣ面を光学面とした事を特徴とする磁気光学素子。
【請求項７】
請求項１〜６の内のいずれか一つに記載の磁気光学素子において、Ｃ面の直角度精度を９０±１．０°以下とした事を特徴とする磁気光学素子。
【請求項８】
請求項１〜７の内のいずれか一つに記載の磁気光学素子において、入射面の偏光子との光学軸を±１．０°以下で合わせた事を特徴とする磁気光学素子。
【請求項９】
請求項８記載の磁気光学素子を用いたことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項１０】
請求項１〜８の内のいずれか一つに記載の磁気光学素子を用いた光アイソレータであって、０．６〜２．４μｍに用いられることを特徴とする光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に固体レーザー、半導体レーザー（ＬＤ）を用いて構成される光源の戻り光防止デバイスである光アイソレータ用磁気光学素子に係り、特に波長領域０．６〜２．４μｍの使用に好適な磁気光学素子および光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、次世代光通信技術の発展や、次世代大容量記憶技術の発展、インターネットを用いた商用サービス等のネットワークの広がりとともに、マルチメデイアの進展の可能性は高精細画像、高速通信の分野では、新たな波長用途が開拓されている。
【０００３】
特に、パソコン内の画像を大画面で高精細に写し出すプロジェクターは、遠隔地での双方向通信をおこなうツールとして需要が急増している。このプロジェクターの高精細化には、レーザー光源の高出力化と低雑音化（〜６０ｄＢ）が重要である。
【０００４】
特に、光の３原色の中で、緑色は既存のＬＤでは、十分な出力を確保できないために、ＬＤ励起固体ＳＨＧ（ＳＨＧ：ｓｅｃｏｎｄ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  第二高調波）レーザーが用いられる。
【０００５】
高精細化には、その１０６４ｎｍの基本波長で、６０ｄＢ低雑音化を実現したワット級のレーザーが要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような高出力に対応できる適切な光アイソレータ材料は、これまで、存在しなかった。
【０００７】
これまでに、論文等から報告された磁気光学材料は、カルコパイライト系半導体、ＴＧＧ単結晶、鉛ガラス，ＺｎＳｅ等、希薄磁性半導体ＣｄＭｎＨｇＴｅ単結晶がある。
【０００８】
しかしながら、カルコパイライト系半導体は、低温度で磁気光学効果を示すものの、室温においての磁気光学効果は、極めて小さいので実用材料として検討されることはなかった。
【０００９】
ＴＧＧ単結晶、鉛ガラス、ＺｎＳｅ単結晶等は、低ベルデ定数のために実用的ではなかった。
【００１０】
また、希薄磁性半導体ＣｄＭｎＨｇＴｅ単結晶は、磁気光学特性は十分な性能を示すものの有害物質のＣｄ，Ｈｇを使用しているために、環境ＩＳＯの観点からも将来的に永遠に使用できる材料でないという問題があった。
【００１１】
従来の磁気光学材料を用いた場合には、特に、０．８〜１．１μｍ帯の波長の高出力（≧１Ｗ）レーザーに対応可能な実用的な光アイソレータを構成することは困難であった。
【００１２】
そこで、本発明の一般的な技術的課題は、０．６〜２．４μｍ帯のレーザー波長領域において光吸収が小さく、磁気光学効果が大きい（実用化可能）最適な磁気光学素子を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の特別な技術的課題は、レーザー光源の高出力化と低雑音化（〜６０ｄＢ）が重要となる用途に必要不可欠な光アイソレータ材料および光アイソレータを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ルチル型構造を有する二酸化チタンにコバルトを添加してなることを特徴とする磁気光学素子が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記磁気光学素子において、前記コバルトの添加量が，０．０３以上で１．０％以下であることを特徴とする磁気光学素子が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの磁気光学素子において、ＦＺ法、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法、及びＭＯＣＶＤ法の内のいずれか一種の方法によって作製されていることを特徴とする磁気光学素子が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの磁気光学素子において、育成雰囲気条件、熱処理条件により酸素濃度を制御する事により、キャリヤー濃度を制御してなる事を特徴とする磁気光学素子が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの磁気光学素子において、前記キャリヤー濃度を２．０×１０１４ｃｍ−３以下とした事を特徴とする磁気光学素子が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの磁気光学素子において、複屈折の影響がより少ないＣ面を光学面とした事を特徴とする磁気光学素子が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの磁気光学素子において、Ｃ面の直角度精度を９０±１．０°以下とした事を特徴とする磁気光学素子および光アイソレータが得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの磁気光学素子において、入射面の偏光子との光学軸を±１．０°以下で合わせた事を特徴とする磁気光学素子が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、前記磁気光学素子からなることを特徴とする光アイソレータが得られる。
【００２３】
さらに、本発明によれば、前記いずれか一つの磁気光学素子を用いた光アイソレータであって、０．６〜２．４μｍに用いられることを特徴とする光アイソレータが得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２５】
本発明の磁気光学素子は、コバルトＣｏを配合させたルチル構造を有するルチル単結晶で構成される。このルチル単結晶は、波長領域０．６０〜２．４μｍに使用できるように、コバルトＣｏを０．０３％以上０．１％以下の範囲で配合することで使用波長に適切な光吸収スペクトル特性を選択し、ベルデ定数をもたせ、実用的な結晶の光透過損失≦０．１ｄＢ（ファラデー回転角４５ｄｅｇの光路長）を実現する。
【００２６】
更に、本発明の光アイソレータは、前記磁気光学素子をファラデー回転子として備えている。
【００２７】
上記において、Ｃｏ組成の選択は、この材料を用いて実用性能を得るために、材料のＣｏの添加量とともに変化する吸収波長帯とベルデ定数が大きい波長範囲を調整し、使用する波長において光透過損失が透明な領域になるようにする。
【００２８】
一方、材料のベルデ定数は、使用波長とＣｏ添加量依存性があるので、できるだけベルデが定数大きい組成点を選択する。光透過損失とベルデ定数の両立する範囲は、Ｃｏ添加量に大きく依存する。また、このような組成点を選択したとしても、ファラデー回転角４５ｄｅｇの光路長あたり≦０．１ｄＢを低損失化を実現するのはきわめて困難であった。
【００２９】
この点は、結晶中の不純物量の制御が重要なポイントとなる。
【００３０】
結晶成長プロセスにおいて、育成雰囲気、酸素濃度を厳密に制御する事でキャリヤー濃度を２．０×１０１４（ｃｍ−３）以下で、特に０．８〜１．１μｍ帯波長領域の光透過損失が改善され、目標仕様を満足できる磁気光学素子が得られる。
【００３１】
それでは、本発明の具体例について詳細に説明する。
【００３２】
以下、本発明の具体例として、Ｃｏ０．０１％添加ルチル単結晶の育成を例に挙げて説明する。
【００３３】
図１は本発明の実施の形態による結晶製造装置を示す概略図である。図１を参照すると、純度３Ｎ（９９．９％）のＣｏ０．０１％添加ルチル原料を、０．０５ｋｇ秤量し、乾式混合にて十分混合後、水圧プレスにより成形する。その後、電気炉において１１００℃以上の温度で、仮焼して育成用原料棒１を作製する。
【００３４】
その後、種結晶ルチル２と育成用原料棒１を赤外集光加熱炉（ＦＺ炉）３の適切な温度勾配をもつ所定の位置にセッテングする。
【００３５】
種結晶ルチル２および育成用原料棒１の融点以上の温度のもとで、原料棒降下速度５０ｍｍ／Ｈｒで結晶成長させた。なお、育成雰囲気はＣＯ２ガス中もしくはＯ２ガス中で育成が行われた。
【００３６】
上記結晶をファラデー回転子として、光アイソレータを作製した。なお、光アイソレータは周知の如く、ファラデー回転子を光軸の方向に偏光子、検光子で挟み込み、周囲に軸方向に磁界を印加するための永久磁石を配置してなる構成である。
【００３７】
従来の材料および本発明の例を下記表１に示す。
【００３８】
【表１】
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また、下記表２は育成雰囲気、熱処理によるキャリヤー濃度の変動の関係を示している。また、図２はキャリヤー濃度と光透過損失の相関を示す図である。図２において、光透過損失（ロスｄＢ）は、直径（φ）１０（φ）×長さ（Ｌ）１０ｍｍの光アイソレータを作製する磁石で、ファラデー回転角４５ｄｅｇになる長さでの値である。また、図３は消光比の結晶面依存性を示している。
【００３９】
【表２】
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上記表１、表２及び図２の例から、Ｃｏ量ｘは添加（０．０３≦ｘ≦０．１）％の組成範囲が適切であり、育成雰囲気、熱処理によりキャリヤー濃度を制御できることが明確になった。
【００４０】
また、高耐光性の実用的な光アイソレータに必要な光透過損失≦１．０ｄＢを満足する条件は、キャリヤー濃度と光透過損失の相関より、キャリヤー濃度は、２．０×１０１４（ｃｍ−３）範囲である事が明確になった。
【００４１】
なお、図３から、レーザー入射面の条件としては、Ｃ面に垂直なものが、消光比は最も大きい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、０．８〜１．１μｍ帯の波長の高出力（≧１Ｗ）レーザーに対応可能な実用的な光アイソレータとそれに用いる磁気光学素子を提供することができる。
【００４３】
また、穂発明によれば、主として高出力（≧１Ｗ）レーザーを用いて構成される光源の戻り光防止デバイスである光アイソレータ用磁気光学素子において、特に波長領域０．６〜２．４μｍの使用に好適な磁気光学素子および光アイソレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｃｏ添加ルチル単結晶の製造に用いられる結晶製造装置の概略図である。
【図２】キャリヤー濃度と光透過損失の相関を示す図である。
【図３】消光比の結晶面依存性を示している。
【符号の説明】
１    Ｃｏ添加ルチル単結品
２    ルチル種結晶
３    メルトゾーン
４    赤外集光加熱炉（ＦＺ炉）
５    育成雰囲気
【図１】
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【図２】
2004361815.tif 000006
【図３】
2004361815.tif 000007