(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12にＭｇが添加された構造を有する常磁性ガーネット単結晶であって、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12１００重量部に対し、ＭｇをＭｇＯに換算して０．００１〜０．０１５重量部の範囲で含むことを特徴とする、磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶を用いて構成されている、磁気光学デバイス。
【請求項３】
前記磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶がファラデー回転子として用いられており、該ファラデー回転子の光路の前方に配置された偏光子と、後方に配置された検光子とをさらに備え、それによって光アイソレータが構成されている、請求項２に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、例えば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用いられる磁気光学デバイス用単結晶に関し、より詳細には、テルビウム・アルミニウム系の磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶及び該常磁性ガーネット単結晶を用いた磁気光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信技術の進展に伴い、光と磁気との相互作用を利用した磁気光学デバイスが注目されている。中でも、光アイソレータは、例えば光源から発した光が途中の光学系で反射されて光源に戻る現象を防止することを可能とするため注目されている。光アイソレータは、上記のような作用を有するため、例えば光源としてのレーザーと光学部品との間に配置されている。【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を有する。光アイソレータは、ファラデー回転子に光の進行方向に平行に磁界を加えた状態で、光がファラデー回転子に入射されると、ファラデー回転子の中で偏光面が回転するという性質、すなわちファラデー効果を利用している。より具体的には、入射光の内、偏光子と同じ偏光面を持つ光が偏光子を通過して、ファラデー回転子に進入する。この光は、ファラデー回転子の中で光の進行方向に対して、例えば＋４５度回転され、出射される。【０００４】
これに対して、入射方向と逆方向からファラデー回転子に入射する、いわゆる戻り光は、先ず検光子を通過する。ここでは、検光子と同じ偏光面を持つ成分の光のみが検光子を通過し、ファラデー回転子に入射することなる。そして、ファラデー回転子の中で、戻り光の偏光面は、さらに＋４５度回転されるため、偏光子と＋９０度、すなわち直角の偏光面を有する光となる。従って、戻り光が偏光子を通過することはない。【０００５】
上記のような光アイソレータの、ファラデー回転子として用いられる材料では、ファラデー効果が大きく、かつ光透過率が高いことが求められる。このような材料の一例としてのテルビウム・アルミニウム系常磁性ガーネット単結晶の製造方法が下記の特許文献１に開示されている。【０００６】
特許文献１に記載の製造方法では、先ず原料棒と種結晶とを用意する。次に、レーザー光を照射して、原料棒と種結晶とを溶融接合する。しかる後、溶融接合部分から原料棒側へレーザー光照射領域を移動させる。このような製造方法により、テルビウム・アルミニウム系常磁性ガーネット単結晶（以下、ＴＡＧ単結晶と略す）を得ることができるとされている。【０００７】
また、下記の特許文献２には、ファラデー回転子用ガーネット結晶体として、組成式（Ｔｂ1-(a+b+c+d)ＬｎaＢｉbＭ1cＥｕd）3（Ｆｅ1-eＭ2e）5Ｏ12で表わされるガーネット結晶体を用いた光アイソレータが開示されている。なお、上記式においてＬｎは、ＴｂとＥｕとを除く希土類元素及びＹから選択される元素であり、Ｍ1は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒから選択される元素であり、Ｍ2はＡｌ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅから選択される元素である。また、ａは０〜０．５、ｂは０．３〜０．６、ｃは０〜０．０２、ｄは０〜０．３、ｅは０．０１〜０．３の範囲の数字とされている。【０００８】
特許文献２に記載の光アイソレータでは、上記のように、Ｆｅを必須成分とするＹＩＧ系強磁性ガーネット単結晶を用いることにより、消光比の温度依存性や光挿入損失を低減することができるとされている。
【特許文献１】特開２００４−１３１３６９号公報
【特許文献２】特開２００１−１０８９５２号公報
【発明の開示】
【０００９】
特許文献１に記載の製造方法により得られたＴＡＧ単結晶は、常磁性体の単位長さ及び単位磁界当たりのファラデー回転角の大きさを示すヴェルデ定数が他の常磁性材料に比べて非常に大きいという利点を有する。しかしながら、この製造方法により得られたＴＡＧ単結晶では、直線偏光がファラデー回転子を通過する際の楕円化の指標である消光比が２２ｄＢ程度と小さかった。従って、光アイソレータなどの光デバイスに上記ＴＡＧ単結晶を用いた場合、光アイソレータ全体の消光比、すなわちアイソレーションを高めることができなかった。
【００１０】
また、特許文献１に記載の製造方法では、レーザー光を照射し、原料棒を溶融させて結晶を育成するに際し、融帯に空気等の気体が混入してボイドが生じたり、クラックが生じたりすることがあった。そのため、ＴＡＧ単結晶の歩留りが悪く、工業的に十分な品質のＴＡＧ単結晶を安定に提供することが困難であった。
【００１１】
他方、特許文献２に記載のＦｅを必須成分とするＹＩＧ系強磁性ガーネット単結晶では、４００〜８００ｎｍ程度の可視光領域における透過率が実質的にゼロであるため、可視光領域において磁気光学デバイスとして使用することはできなかった。
【００１２】
本発明は、上述した従来技術の現状に鑑み、特に可視光領域において消光比が高く、従って消光比に優れた磁気光学デバイスを提供することを可能とし、かつ製造に際しての歩留りを高め得る磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶、並びに該磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶を用いた磁気光学デバイスを提供することにある。
本発明は、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12にＭｇが添加された構造を有する常磁性ガーネット単結晶であって、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12１００重量部に対し、ＭｇをＭｇＯに換算して０．００１〜０．０１５重量部の範囲で含むことを特徴とする。
【００１３】
なお、本発明はＴｂ3Ａｌ5Ｏ12としているが、ＴｂとＡｌとを主成分として含み、かつ常磁性ガーネット構造を有するものであればよい。すなわち、Ｔｂ，Ａｌ及びＯの割合は、ガーネット構造であればモル比で３：５：１２の割合から若干ずれてもよく、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12に限定されるものではない。また、本発明の常磁性ガーネット単結晶は、Ｆｅを実質的に含まないガーネット単結晶であることを付記しておく。
【００１４】
本発明の磁気光学デバイスは、第１または第２の発明に係る磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶を用いて構成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る磁気光学デバイスのある特定の局面では、上記磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶がファラデー回転子として用いられており、該ファラデー回転子の光路の前方に配置された偏光子と、後方に配置された検光子とをさらに備え、それによって光アイソレータが構成されている。
【００１６】
本発明に係る磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶は、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12にＭｇが添加された構造を有する常磁性ガーネット単結晶であって、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12１００重量部に対し、ＭｇをＭｇＯに換算して０．００１〜０．０１５重量部の割合で含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶は、Ｍｇが、上記特定の割合で含有されていることを特徴とする、テルビウム・アルミニウム系常磁性ガーネット単結晶である。そして、本発明に係る磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶では、上記テルビウムサイトまたはアルミニウムサイトにＭｇが上記特定の割合で含有されているため、後述の実験例から明らかなように、フローティングゾーン法により上記単結晶を育成した際に、クラックが生じ難く、従って生産性を高めることができる。加えて、得られた単結晶では、透過損失が少なく、かつ可視光領域において大きな消光比を得ることができる。
【００１８】
なお、ＭｇをＭｇＯに換算して０．００１〜０．０１５重量部の割合で含有させるには、単結晶の育成に際し、Ｍｇを添加することにより行われる。この場合、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12を１００重量部に対し、ＭｇをＭｇＯに換算して０．０１〜０．１５重量部の割合で添加すれば、得られた単結晶においてＭｇの含有割合がＭｇＯに換算して０．００１〜０．０１５重量部の割合となる。すなわち、単結晶の育成に際し、添加されたＭｇの全てが得られた単結晶中に含有されるわけではない。従って、後述の実験例では、出発原料における添加量と、得られた単結晶におけるＭｇの含有割合は異なっている。
上記のように、Ｍｇの添加により、単結晶の育成に際してのクラックの発生率が低くなり、かつ消光比が十分な大きさとされ得る理由は明らかではないが、以下のように考えられる。
【００１９】
すなわち、単結晶育成時の溶融帯がＭｇの添加割合を上記特定の割合とすることにより、粘性が適度に制御されて、対流が生じ、温度勾配が急峻な場合であっても、育成結晶に歪みが生じ難いためと考えられる。そのため、育成時または育成後に、クラックが生じ難く、それによって歩留りも高められていると考えられる。
【００２０】
本発明に係る磁気光学デバイスは、本発明に従って得られ、上記のように十分な消光比を有する磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶を用いて構成されているため、消光比に優れた磁気光学デバイスを提供することができる。特に、上記磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶がファラデー回転子として用いられており、該ファラデー回転子の前後に偏光子及び検光子が配置されており、光アイソレータが構成されている場合には、本発明に従って可視光領域において十分な大きさの消光比を有する光アイソレータを安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶を育成する装置の要部を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶を得るための装置の略図的平面図である。
【図３】図３は、本発明の磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶を製造する装置の要部を説明するための略図的平面図である。
【図４】図４は、実験例１で得られた実施例の磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶の結晶性を示す図である。
【図５】図５は、実験例２で作製された光アイソレータの模式的平面断面図である。
【図６】図６は、図５に示した光アイソレータの図５のｘ４−ｘ４線に沿う断面図である。
【図７】図７は、本発明が適用される光アイソレータの変形例の要部を示す模式的平面断面図である。
【図８】図８は、図７のｘ１−ｘ１線に沿う断面図である。
【図９】図９は、本発明が適用される光アイソレータの他の変形例の要部を示す模式的平面断面図である。
【図１０】図１０は、図７のｘ２−ｘ２線に沿う断面図である。
【図１１】図１１は、本発明が適用される光アイソレータのさらに他の変形例の要部を示す模式的平面断面図である。
【図１２】図１２は、図７のｘ３−ｘ３線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…レーザーＦＺ装置
２…シャフト
２ａ…上シャフト
２ｂ…下シャフト
４ａ…レンズ
５…レーザー発振器
６…ミラー
７ａ〜７ｄ…ハロゲンランプ
３１…光アイソレータ
３２…ファラデー回転子
３３…第１の磁石
３３ａ…貫通孔
３４…第２の磁石
３４ａ…貫通孔
３６…偏光子
３７…検光子
４１…光アイソレータ
４３…第１の磁石
４３ａ…貫通孔
４４…第２磁石
４４ａ…貫通孔
４５…軟磁性体層
４６…軟磁性体層
５１…光アイソレータ
５３…第１の磁石
５３ａ…貫通孔
５４…第２の磁石
５４ａ…貫通孔
５５，５６…軟磁性体層
６１…光アイソレータ
６３…第１の磁石
６３ａ…第１の磁石の貫通孔
６３ｂ，６３ｃ…磁石半体
６４…第２の磁石
６４ａ…第２の磁石の貫通孔
６４ｂ，６４ｃ…磁石半体
６５…軟磁性体層
６６…軟磁性体層
Ｐ…光軸
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を及び実施例を挙げることにより本発明に明らかにする。【００２４】
（実験例１）
まず、出発原料として、純度９９．９重量％のＴｂ4Ｏ7、純度９９．９重量％のＡｌ2Ｏ3と、純度９９．９重量％のＭｇＯ及び純度９９．９重量％のＣａＣＯ3とを用意し、ＴｂとＡｌとが、モル比で３：５となるように、かつＭｇがＭｇＯに換算し、ＣａをＣａＣＯ3に換算して下記の表１に示す割合となるように、これらを秤量し、表１の試料番号１〜８の原料組成物を用意した。なお、下記の表１におけるＭｇ添加量（重量部）、及びＣａ含有量（重量部）は、それぞれ、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12を１００重量部としたときに、該１００重量部に対するＭｇやＣａのＭｇＯまたはＣａＯに換算した重量割合を示す。また、後述の結晶中Ｍｇ量、すなわち結晶中のＭｇ含有量についても、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12を１００重量部とした際の、ＭｇのＭｇＯに換算した重量割合である。【００２５】
次に、上記原料組成物に、純水を加え、玉石とともに約２４時間湿式混合し、混合された粉末を、脱水し、乾燥した。乾燥された混合粉末を目開き５００μｍの粗さのメッシュに通し、粒度を調整し、しかる後、電気炉を用いて１２００℃の温度で２時間仮焼した。【００２６】
得られた仮焼粉末を粉砕した後、有機バインダ及び溶剤を加え、玉石とともに数時間湿式混合した。このようにして、スラリー状の混合物を得た。得られた混合物を生成機を用い、円柱状に成形した。得られた円柱状成形体を、１６００℃で２時間焼成し、直径１ｍｍ×長さ４０ｍｍの円柱状のＴＡＧ多結晶体を得た。得られたＴＡＧ多結晶体の密度は８０％であった。なお、この密度はアルキメデス法により求めた値である。【００２７】
次に、上記のようにして得られた試料番号１〜８の各ＴＡＧ多結晶体を用い、以下の要領で単結晶を製造した。【００２８】
本実験例では、図１〜図３に示すレーザーＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｚｏｎｅ）装置を用いた。図１に示すように、レーザーＦＺ装置１は、上シャフト２ａと、上シャフト２ａの下端から下方に隔てられて配置された下シャフト２ｂとを有する。上シャフト２ａ及び下シャフト２ｂは、石英製チャンバー３内で上下方向に移動可能とされている。チャンバー３は、上シャフト２ａの下端と下シャフト２ｂの上端との間の結晶を育成するための融帯Ｘの雰囲気調整を可能とするために設けられている。また、チャンバー３は放熱板をも兼ねている。【００２９】
他方、図１に示すように、チャンバー３の対向する側面には、それぞれ窓が設けられている。この各窓部に、レンズ４ａ，４ｂが取り付けられている。図３に略図的正面図で示すように、レンズ４ａ，４ｂには、レーザー発振器５から照射されたレーザー光がミラー６を介して導かれるように構成されている。すなわち、レーザー光は、レンズ４ａ，４ｂを通り、融帯Ｘに照射される。【００３０】
なお、図１及び図３では、レンズ４ａ，４ｂを示したが、図２に略図的平面図で示すように、実際には、レンズ４ａ，４ｂに加えて、レンズ４ｃ，４ｄも配置されている。すなわち、融帯の側方の４方向からレーザー光が照射されるように構成した。【００３１】
他方、図２に示すように、上記チャンバー３の周囲には、他の熱源として、４個のハロゲンランプ７ａ〜７ｄも配置し、ハロゲンランプによる過熱と、上記レーザー光の照射による加熱を併用した。【００３２】
より具体的には、上記上シャフト２ａの下端に治具を用いて上記のようにして作製された円柱状のＴＡＧ結晶体８を垂下させた。他方、下シャフト２ｂの上端に、ＴＡＧ単結晶からなる種結晶９を配置した。【００３３】
次に、チャンバー３内の雰囲気を大気中雰囲気とし、レーザー発振器５及びハロゲンランプ７ａ〜７ｄにより加熱した。この場合、レーザー発振器５によるレーザー光を、上シャフト２ａの下端に配置されたＴＡＧ多結晶体８の下端を溶融させ、溶融させた部分に、下シャフト２ｂの上端に配置された種結晶９の端部を接合させた。【００３４】
続けて、ＴＡＧ多結晶体８と種結晶９との溶融接合部に、レーザー光を照射し、融帯Ｘを形成した。なお、レーザー発振器５から上記ＴＡＧ多結晶体８及び種結晶９が保持されている部分までの距離は約５ｃｍとした。【００３５】
また、上記レーザー発振器５としては、波長が１０．６μｍのレーザービームが出射可能な炭酸ガスレーザー発振器を用い、出力は９０〜１００Ｗとした。続いて、直径２．７ｍｍ及び長さ４０ｍｍの単結晶が得られるように、窒素雰囲気中において、シャフト２ａ，２ｂを軸方向に３ｍｍ／時間以下の速度で下方に移動させた。これによって、レーザー光の照射領域は、溶融接合部から上記ＴＡＧ多結晶体８側に移動していき、融帯Ｘの内、種結晶９側に位置する融液が冷却され、固化された。すなわち、固化部分が徐々に上方に延び、単結晶を製造することができた。【００３６】
上記要領で、試料番号１〜８のＴＡＧ多結晶体を用い、それぞれ複数回単結晶の製造を行った。そして、得られた単結晶を長さ６ｍｍに切断し両端面を研磨し、評価サンプルを得た。得られた単結晶を塩酸にて溶解した後、ＩＣＰ−ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析）法にて結晶中のＭｇ量を定量分析した。その結果、原料棒で添加されていたＭｇの内の約０．１０の量が結晶中に含有されていることが判明した。【００３７】
上記単結晶製造に際してのクラック発生率を下記の表１に示す。クラックの発生率については、試料番号１〜８の各ＴＡＧ多結晶体を用いてそれぞれ４回結晶を育成した。そして、４回の育成において、クラックが発生した回数の割合を求め、クラック発生率とした。なお、クラックの発生の有無については、得られた育成結晶を横断面方向に切断し、切断面を研磨し、目視によりクラックの有無を観察した。【００３８】
また、上記のようにして得た評価サンプルとしての光学評価として、透過損失及び消光比を以下の要領で測定した。【００３９】
光学特性評価装置（Ｎｅｏａｒｋｓ社製、品番：ＢＨ−Ｍ８００ＳＦ）にて、評価サンプルとしての単結晶の光透過率を測定した。次に、得られた評価サンプルとしての単結晶の入射面及び出射面の外側に、それぞれ、偏光子及び検光子を配置した。偏光子及び検光子としては、メレスグリオ社製方解石からなるグラントムソン偏光子（消光比は５０ｄＢ）を用いた。そして、６３３ｎｍの波長のレーザー光を上記偏光子側から照射し、偏光子において直線偏光とした後、評価サンプルとしての単結晶に入射させ、検光子の偏光面を入射光に対して０°、９０°、１８０°及び２７０°と回転させることにより、それぞれ検光子から出射された光を測定した。単結晶評価サンプルが配置されておらず、光を単に透過させた場合の透過光強度をＩ0、検光子方位で本来消光するはずの消光位置における
光の強度をＩ02、単結晶評価サンプルを配置し、サンプルに光を透過させて、検光子を回転させたときの透過光強度の最大値をＩ1、最小値をＩ2とし、以下の式により透過損失及び消光比を求めた。【００４０】
透過損失＝１０×ｌｏｇ〔Ｉ0／Ｉ1〕
消光比＝１０×ｌｏｇ〔Ｉ0／（Ｉ2−Ｉ02）〕
なお、下記の表１における試料番号８は、ＴｂとＡｌとをモル比で３：５となるように、Ｔｂ酸化物粉末及びＡｌ酸化物粉末を秤量し、さらにＴｂ3Ａｌ5Ｏ12１００重量部に対し、ＣａがＣａＯに換算して０．０５重量部含有されるようにＣａＯ粉末を混合してなる出発原料を用いることを除いては、試料番号１〜７と同様にして得られた多結晶体を用いた例である。【００４１】
また、代表的な例として、表１に示す試料番号４のＴＡＧ多結晶体から得られた評価サンプル単結晶の結晶性を評価した。この結晶性の評価に際しては、得られた単結晶の断面を研磨加工し、Ｐｈｉｌｉｐｓ社製、Ｘ’ｐｒｔを用い、４結晶ロッキングカーブ法により反射強度の測定を行った。結果を図４に示す。図４から明らかなように、試料番号４で得られた評価サンプル単結晶では、結晶性が高く、ＴＡＧ単結晶の（４４４）反射の半値幅は、１７／ａｒｃ秒であった。比較のために、試料番号１で得られた評価サンプルについても同様にして結晶性を評価したところ、（４４４）反射の半値幅は２７／ａｒｃ秒であった。従ってＭｇの含有により、得られる単結晶の結晶性が効果的に高められることがわかる。【００４２】
【表１】
0004428387.tif 000002
【００４３】
表１から明らかなように、試料番号１，２では、Ｍｇの添加割合が０．００５重量部以下であるため、すなわちＭｇの含有割合が０．０００５重量部以下であるため、Ｍｇの添加による効果が十分でなく、従ってクラック発生率が７５％及び３３．３％と高かった。また、消光比についても、試料番号１，２では１８ｄＢと低かった。【００４４】
他方、Ｍｇの添加割合がＭｇＯに換算して０．５重量部である、すなわちＭｇの含有割合がＭｇＯに換算して０．０５重量部である試料番号７の多結晶体を用いた場合には、育成結晶の一部がＴｂＡｌＯ3相となり、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ3相と、ＴｂＡｌＯ3相との間にクラックが生じた。そして、クラックが生じた部分を避けて得られた評価用サンプルにおける光学特性評価においても、透過損失は０．９ｄＢと高く、消光比は２６ｄＢと低かった。【００４５】
これに対して、試料番号３〜６では、ＭｇがＭｇＯに換算して０．０１〜０．１５重量部の割合で添加されているため、すなわち、ＭｇがＭｇＯに換算して単結晶中に０．００１〜０．０１５重量部の割合で含有されているため、消光比が３２ｄＢ以上と比較的に高められていることがわかる。また、クラックの発生も皆無であり、従って歩留りを効果的に高め得ることがわかる。【００４６】
これは、Ｍｇの添加割合がＭｇＯに換算して０．０１重量部以下では、すなわち、Ｍｇの結晶中の含有割合がＭｇＯに換算して０．００１重量部以下では、単結晶育成時に、融帯の粘性が高く、得られた育成結晶に歪みが生じているためと考えられる。また、Ｍｇの添加量がＭｇＯに換算して０．５重量部よりも多い場合には、Ｔｂの価数がＴｂ4+からＴｂ3+に変化し易くなり、ＴｂＡｌＯ3などの異相が生じるためと考えられる。【００４７】
また、試料番号８では、Ｍｇに代えて、Ｃａを０．０５重量部の割合で添加したが、クラックの発生は防止することができたものの、得られた単結晶の消光比は１８ｄＢと低く、透過損失が１．２と高いことがわかった。従って、メカニズムは不明であるが、同じ２価の金属であるＣａを添加しても、Ｍｇを添加した場合のような効果は得られないことがわかる。すなわち、表１の結果から明らかなように、Ｍｇを上記特定の割合で添加すれば、クラックの発生を抑制しつつ、可視光領域における消光比を効果的に高め得るという、予測され得ない効果の得られることがわかる。【００４８】
なお、上記実験例では、種結晶９としてＴＡＧ単結晶を用いたが、種結晶は、ＴＡＧ多結晶体であってもよい。【００４９】
さらに、Ｍｇは、原料棒であるＴＡＧ多結晶中にＭｇＯを添加させておくことにより添加されていたが、他の方法で添加されてもよい。例えば、原料棒であるＴＡＧ多結晶にＭｇを含む液体を塗布したり、Ｍｇを含む溶液中に原料棒であるＴＡＧ多結晶を浸漬することにより添加されてもよい。【００５０】
また、ＭｇＯ粉末を用いて原料中に添加する方法に限らず、ＭｇＣＯ3やＭｇＣｌ2、Ｍｇアルコキシドなどの他のＭｇ化合物を用いてもよい。【００５１】
本発明においては、原料として用いられる多結晶においてＭｇがＴＡＧに添加されていることが必要であるが、ＴＡＧ自体の組成は、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12に限らず、Ｔｂ及びＡｌの一部が希土類元素により置換されていてもよい。希土類元素としては、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍなどを挙げることができ、特に限定されない。このように、Ｔｂ及び／またはＡｌの一部が希土類元素で置換されていたとしても、Ｍｇを上記特定の割合で添加することにより、ＴｂＡｌＯ3からなる異相の形成を抑制することができ、かつ消光比を効果的に高めることができる。また、原料に多結晶体を用いる場合、多結晶の製造過程で、原料や粉砕時に用いる玉石や容器、焼結用のサヤ等からＺｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｈｆ等が若干混入することがある。【００５２】
（実験例２）
次に、本発明に係る磁気光学デバイス用ガーネット単結晶を用いた光アイソレータについての実験例を説明する。本実験例では、図５及び図６に示す本発明の磁気光学デバイスの一実施形態としての光アイソレータ３１を作製した。【００５３】
光アイソレータ３１では、図５に示す矢印Ｐ方向に光が入射される。ここでは、光路に実験例１で得た単結晶からなるファラデー回転子３２が配置されている。ファラデー回転子３２の直径は２７ｍｍ、長さは４０ｍｍとした。【００５４】
他方、ファラデー回転子３２の一端は、第１の磁石３３に、他端は第２の磁石３４内に挿入されている。すなわち、第１の磁石３３は、図６に示すように、光軸Ｐと直交する方向の断面が正六角形であり、中央に貫通孔３３ａを有する。この断面六角形であり、貫通孔３３ａを有する形状は、具体的には、厚みの薄い略三角柱形状のネオジウム鉄ホウ素磁石を６個を接着剤等で接合することにより構成されている。【００５５】
同様に、第２の磁石３４も、略三角柱形状の６個のネオジウム鉄ホウ素磁石を接合することにより構成されており、第２の磁石３４も、第１の磁石３３と同様に中央に直径３ｍｍの貫通孔３４ａを有する。ファラデー回転子３２は、上記貫通孔３３ａに一端が、他端が３４ａに、それぞれ１ｍｍの深さで挿入されて固定されている。【００５６】
上記正六角形の寸法は一辺が１０．４ｍｍとされており、第１の磁石３３の光軸Ｐの方向に沿う寸法は５．５ｍｍとされている。第２の磁石３４についても第１の磁石３３と同じ寸法とされている。【００５７】
他方、第１の磁石３３により印加される磁界の方向は、図５に示す通りであり、すなわち第１の磁石３３では、磁界の方向は外周側から貫通孔３３ａ側に向かう方向である。逆に、第２の磁石３４においては、磁界の方向は貫通孔３４ａから放射状に外側に延びる方向となる。そして、第１の磁石３３，第２の磁石３４の外周面に軟磁性体層３８を設けることで、略三角形柱形状の６個のネオジウム鉄ホウ素磁石を接合し、かつ、第１の磁石３３、第２の磁石３４及びファラデー回転子３２を一体化した。なお、軟磁性体材料としては、Ｎｉ−Ｆｅ合金（比透過磁率３０００）を用いた。図５に示す矢印Ｍは、磁界の方向を示す。【００５８】
光アイソレータ３１では、上記ファラデー回転子３２の光入射側に偏光子３６が、出射側に検光子３７が配置されている。偏光子３６及び検光子３７としては、厚みが１０ｍｍの立方晶方解石からなるものを用いた。この偏光子３６及び検光子３７の消光比は５０ｄＢであった。【００５９】
上記のようにして構成された光アイソレータ３１に半導体レーザー発振器を用いて６３３ｎｍの波長のレーザー光を入射し、透過損失及びアイソレーションを測定した。透過損失及びアイソレーションの測定は、評価サンプルとしての単結晶に入射させ、検光子の偏光面を入射光に対して４５°、１３５°、２２５°、３１５°と回転させた以外は、実験例１における単結晶の透過損失及び消光比と同様にして測定した。なお、アイソレーションは消光比と同様にして提示される値であり、ファラデー回転子３２、偏光子３６及び検光子３７を含む光アイソレータ全体としての消光比をアイソレーションとした。
結果を下記の表２に示す。【００６０】
【表２】
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【００６１】
表２から明らかなように、実験例１から得られた試料番号３〜６の評価サンプルを用いた場合、実験例１の場合と同様に透過損失が低く、かつ消光比が高いため、アイソレーションが３０ｄＢ以上と高い光アイソレータを提供することができた。【００６２】
これに対して、試料番号１，２や試料番号７の評価サンプルから得られたファラデー回転子を用いた場合には、光アイソレータのアイソレーションは２４ｄＢ以下と低かった。【００６３】
従って、実験例２からも明らかなように、実験例１で得た本発明の範囲に入る単結晶を用いて光アイソレータを構成すれば、アイソレーション特性、すなわち消光比に優れた光アイソレータを提供し得ることがわかる。【００６４】
なお、図５及び図６は、本発明が適用される磁気光学デバイスの一例としての光アイソレータを説明したが、本発明の磁気光学用デバイスは、図５及び図６に示した構造を有するものに限定されない。【００６５】
本発明が適用される磁気光学デバイスの変形例を、図７〜図１２を参照して説明する。【００６６】
図７及び図８は、本発明が適用される光アイソレータの要部を示す平面図及びｘ１−ｘ１線に沿う断面図である。本変形例の光アイソレータ４１は、図５及び図６に示した第１，第２の磁石３３，３４に代えて、円柱状の第１，第２の磁石４３，４４を用いたこと、並びに第１，第２の磁石の貫通孔の内周面及び第１，第２の磁石の外周面に軟磁性体物層４５，４６が設けられていることを除いては、同様に構成されている。【００６７】
すなわち、第１の磁石４３，４４は、いずれも中央に円形の貫通孔４３ａ，４４ａを有し、該貫通孔４３ａ，４４ａの内周面に軟磁性体層４５が設けられている。他方、円柱状の第１，第２の磁石４３，４４の外周面には、同様にＮｉとＦｅとからなる軟磁性体層４６が設けられている。【００６８】
また、図７及び図８では、図示を省略しているが、図５に示した光アイソレータ３１を同様に、上記光軸Ｐに沿って、第１の磁石３３の前段には偏光子が、第２の磁石４４の後段には検光子が配置される。【００６９】
光アイソレータ４１のように、第１，第２の磁石は一体の円柱状の形状とされていてもよい。また、上記のように、貫通孔の内周面及び第１，第２の磁石の外周面に軟磁性体層４５，４６を設けてもよい。【００７０】
また、図５及び図６に示した光アイソレータ１においても、第１，第２の磁石３３，３４の貫通孔３３ａ，３４ａの内周面に、同様に軟磁性体層を設けてもよい。軟磁性体層としてはＮｉ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ単体などを用いることができる。また、貫通孔は円形だけでなく多角形でもよい。【００７１】
図９及び図１０は、本発明が適用される光アイソレータの要部のさらに他の変形例を示す平面図及び図９のｘ２−ｘ２線に沿う断面図である。本変形例の光アイソレータ５１では、第１の磁石５３及び第２の磁石５４が、光軸Ｐと直交する方向の断面形状が正方形とされている。このように、第１，第２の磁石５３，５４の光軸Ｐと直交する方向の形状は、六角形や円形に限らず、正方形とされてもよい。【００７２】
さらに、第１，第２の磁石５３，５４は、それぞれ、略三角柱状の４個の永久磁石を接続することにより構成されている。【００７３】
本変形例においても、貫通孔５３ａ，５４ａの内周面及び第１，第２の磁石５３，５４の外周面に軟磁性体層５５，５６が形成されている。【００７４】
図１１及び図１２は、光アイソレータのさらに別の変形例を示す平面断面図及び図１１のｘ３−ｘ３に沿う断面図である。【００７５】
本変形例の光アイソレータ６１では、第１の磁石６３は、図１２に示すように、磁石半体６３ｂ，６３ｃを、軟磁性体層６５を介して接合されている。そして、中央に、貫通孔６３ａが設けられており、ファラデー回転子の一端が挿入されている。第２の磁石６４についても、一対の磁石半体を軟磁性体層を介して接合し、中央に貫通孔６４ａを設けた構造を有し、ファラデー回転子３２の他端が挿入されている。そして、第１，第２の磁石６３，６４の一対の外側面に軟磁性体層６６が形成されている。【００７６】
このように、第１，第２の磁石６３，６４は、複数の永久磁石を軟磁性体層を用いて接合することによりそれぞれ形成されていてもよい。なお、図７〜図１２において、軟磁性体は必ずしも設けなくてもよい。もっとも、図７〜図１２に示した位置（永久磁石の外側面）に軟磁性体を設けることにより、ファラデー回転子に印加される磁場の強さが強くなるため、好ましい。【００７７】
なお、本発明が適用される磁気光学デバイスは、上述してきた光アイソレータに限定されるものではない。すなわち、例えば導波路型光アイソレータにも本発明に係る磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶を用いることができる。また、本発明に係る磁気光学デバイス用常磁性ガーネット単結晶の良好なファラデー回転効果及び消光比を利用し得る様々な光学デバイスに本発明を適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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