(57)【要約】偏光ガラス物品、偏光ガラス物品を有する光アイソレータ並びに偏光ガラス物品及び光アイソレータの製造方法が開示される。製造方法は改善されたコントラスト比を示すアイソレータを製造するために用いることができる。
2006511834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い金属粒子を含有する偏光ガラス物品において、約０.０３７５°/ｍｍより小さい偏光軸の変化を示すことを特徴とする偏光ガラス物品。
【請求項２】
少なくとも８ｍｍにかけて約０.１６°より小さい偏光軸の変化を示すことを特徴とする請求項１に記載の偏光ガラス物品。
【請求項３】
少なくとも１５ｍｍの距離にわたる偏光軸の前記変化が約０.３°より小さいことを特徴とする請求項１に記載の偏光ガラス物品。
【請求項４】
前記ガラス物品が、シートの形態をしており、１５ｍｍまでの距離にわたって０.０３０°/ｍｍの偏光軸の変化を示す細長い金属粒子を含有することを特徴とする請求項１に記載の偏光ガラス物品。
【請求項５】
ファラデー回転子層を挟み込む２つの偏光ガラス層を有する材料の積層を含む受動的にアライメントがとられた光アイソレータにおいて、前記アイソレータのコントラスト比が約４０ｄＢより高いことを特徴とする光アイソレータ。
【請求項６】
前記層の長さ及び幅が少なくとも８ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の光アイソレータ。
【請求項７】
前記アイソレータのコントラスト比が約５０ｄＢより高いことを特徴とする請求項５に記載の光アイソレータ。
【請求項８】
光アイソレータの製造方法において、
約０.０２°/ｍｍより小さい偏光軸の変化を示す少なくとも２つの偏光ガラスシートを選択する工程、及び
光アイソレータを提供するために、前記偏光ガラスシートを前記ガラスシートの間に挟み込まれたファラデー回転子と貼り合わせる工程、
を有してなることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記シートの幅及び長さが少なくとも８ｍｍ×８ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記シートの幅及び長さが少なくとも１５ｍｍ×１５ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光ガラス物品、そのような物品の製造方法及びそのような物品を有するデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光効果は、ハロゲン化銀、ハロゲン化銅またはハロゲン化銅カドミウムの結晶などのハロゲン化金属結晶を含有するガラスで得ることができる。これらの結晶は、限定するものではないが、適量の上記金属及びハロゲン元素を含有する組成を有するホウケイ酸ガラスなどのガラス内に、当業界で公知のプロセスにしたがって析出させることができる。
【０００３】
これらの結晶を含有するガラスを引き延ばし、次いで、引き延ばされたガラスの表面を還元雰囲気にさらすことによって、そのようなガラスに偏光効果が生じる。ガラスは、ガラスを引き延ばすことによって結晶を引き延ばして配向させるために、一般にガラスアニーリング温度より高い温度において応力の下におかれる。引き延ばされた物品は次いで、約２５０℃より高いが、ガラスアニーリング温度より約１００°より高くはない温度において還元雰囲気にさらされる。これにより、ハロゲン化金属結晶の少なくとも一部が元素金属、例えば銀または銅に還元された表面層が発現する。偏光ガラスを製造するためのプロセスの例は、特許文献１及び特許文献２に詳細に説明されており、これらの文献の内容は参照によって本明細書に含まれる。
【０００４】
上述したタイプの偏光ガラスは、限定するものではないが、光通信装置、光記録装置、光センサ及び光干渉計などの装置に用いられる偏光素子を作成するために用いられる。光通信システムに用いられる光アイソレータは、一般に、ホルダ内で光軸上に配置された、第１の偏光子、ファラデー回転子及び第２の偏光子を有する。光アイソレータの２つの主要な用途は、光通信システムにおける使用及び光ファイバ増幅器における使用である。
【０００５】
光アイソレータの機能の１つはレーザなどの光源を有する光通信システムにおける光の後方進行を防止することである。アイソレータは通常、‘背面反射’すなわち後方進行光を防止するために、前方進行光の経路に配置される。例えば、光ファイバシステムでは、レーザのような光源から送られる光が、システム内の、相接している材料間の屈折率の変化または光ファイバのアライメントずれのような不整に遭遇するときに背面反射がおこり得る。背面反射の結果、システム性能の低下が生じ、時には、通常はレーザである送光源に悪影響を及ぼすこともある。アイソレータは光源から前方向に進行する光しか通さず、光源に向かって背面反射された光を阻止する。
【特許文献１】米国特許第４３０４５８４号明細書
【特許文献２】米国特許第４４７９８１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
偏光ガラス物品及び光アイソレータを製造するための様々な方法が存在するが、改善された製造方法が提供されることが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態は偏光ガラス物品に関し、別の実施形態は偏光ガラス物品を用いる光アイソレータに関する。その他の実施形態は偏光ガラス物品の製造方法に関する。本製造方法は改善されたアイソレーションすなわちコントラスト比を示すアイソレータを製造するために用いることができる。
【０００８】
本発明の利点は以下の詳細な説明から明らかになるであろう。上述の全般的説明及び以下の詳細な説明が例示であり、特許請求される本発明を詳しく説明することを目的とするものであることを理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のある実施形態にしたがえば、光通信システムに用いることができる偏光ガラス物品及び光アイソレータの性能が最適化される。改善された偏光軸一様性を有する偏光ガラス物品及び改善されたコントラスト比を有する光アイソレータが提供される。
【００１０】
図１Ａ及び１Ｂは代表的な偏光依存性光アイソレータ１０を示す。光アイソレータ１０は、２つの偏光子１２，１４，すなわち第１の偏光子１２及び、検光子と呼ばれることが多い第２の偏光子１４を有し、これら２つの偏光子は光透過軸の方向に関して４５°の差を有する。アイソレータは偏光子間に配置された４５°ファラデー回転子も有する。前進方向の光が第１の偏光子１２を通過すると入射光は直線偏光に変換され、この光がファラデー回転子１６を通過すると直線偏光の偏光面が４５°回転する。直線偏光は、光の偏光面が今では、ファラデー回転の向きに偏光子から４５°傾けられている検光子の光透過軸と同じ向きにあるから、無損失で検光子１４を通過する。後進方向の光は、検光子１４を通過すると、透過軸に関して４５°の傾きをもつ直線偏光に変換され、ファラデー回転子を通過すると、後進光の偏光面は初めの傾きと同じ方向に４５°回転する。後進光は、後進光の偏光面が今では偏光子の光透過軸から９０°ずれているから、ほぼ完全に消光される。
【００１１】
偏光軸がガラスシートまたはガラス層の面内で一様には配向されていない細長い金属粒子を含有する偏光ガラスがあることが見いだされた。言い換えれば、偏光軸の角度は偏光ガラスシートの表面を横切る直線距離すなわち位置の関数として若干変化する。従来技術にしたがえば、Ｐｏｌａｃｏｒ（商標）ガラス偏光子の８ｍｍ×８ｍｍの正方形シートの面内での測定された偏光軸の角変化は約０.３５°と大きく、これは０.０４３°/ｍｍの偏光軸の角変化である。本発明のある実施形態にしたがえば、８ｍｍの距離にわたっては約０.３°であろう０.０３７５°/ｍｍの偏光軸の角変化を示す改善された偏光ガラスシートを製造できる。本発明のある実施形態にしたがえば、８ｍｍ×８ｍｍ，１１ｍｍ×１１ｍｍ，１５ｍｍ×１５ｍｍ及び３０ｍｍ×３０ｍｍのシート寸法に対して約０.０３０°/ｍｍの偏光軸の角変化を示す、改善された偏光ガラスシートを製造することができる。偏光角変化はガラスシートを横切る距離に偏光軸の角変化を乗じることによって計算される。すなわち、シート内で０.２４°の偏光角変化を示す８ｍｍ×８ｍｍの偏光ガラスシート、シート内で０.３３°の偏光角変化を示す１１ｍｍ×１１ｍｍの偏光ガラスシート、全シート内で０.４５°の偏光角変化を示す１５ｍｍ×１５ｍｍの偏光ガラスシート、及びシート内で０.９°の偏光角変化を示す３０ｍｍ×３０ｍｍの偏光ガラスシートを作成することが可能である。約０.０２０°/ｍｍの偏光軸の角変化、すなわち、８ｍｍ×８ｍｍシート内で０.１６°、１５ｍｍ×１５ｍｍシート内で０.３°、３０ｍｍ×３０ｍｍシート内で０.６°の偏光角変化を示す、３０ｍｍ×３０ｍｍまでの寸法を有する改善された偏光ガラスシートを、本発明のある実施形態にしたがって製造できる。
【００１２】
本発明のある実施形態にしたがえば、偏光ガラス物品を製造するための標準的プロセスを修正して、試料の偏光軸のばらつきを最小限に抑えるために、偏光ガラス物品の延伸中にガラスの面内の温度プロファイル及び／または応力などの製造パラメータを変えることができる。本発明は特定の理論に限定されるべきではないが、偏光角のばらつきは、偏光ガラス内の金属粒子の長軸が、ある程度はガラス製造中の非一様な応力及び／または温度により試料の面内で平行ではないという事実によると考えられる。
【００１３】
図２は偏光ガラス物品を製造するための一般的な装置４０を示す。装置４０は、偏光ガラス材料シート形成の従来技術で知られているような延伸炉によって一般に提供される加熱ゾーン４２を有する。ハロゲン化金属結晶を含有するガラスプリフォーム４４が加熱ゾーン４２を通過させられ、引張ローラー４６による張力の下で引き延ばされて、引き延ばされたガラスシート４８が形成される。出願人等は、ガラスの延伸中に印加される応力に概ね垂直な方向において（すなわち延伸されているシートの幅にわたって）ガラスの面内の応力すなわち張力が一様ではないことを示す実験を実施した。加熱ゾーン４２の温度を調節することにより、及び、延伸中にガラスに印加される応力すなわち張力を、応力の方向に概ね垂直な方向に、すなわちシートの幅にわたって、さらに一様に近くなり得るように調節することにより、偏光軸のばらつきを最小限に抑えることができると考えられる。
【００１４】
本発明のある実施形態にしたがえば、ガラスシートを延伸し、偏光角ばらつきを測定して、偏光角ばらつきを小さくするために延伸応力すなわち張力及び温度を調節することにより、偏光ガラスシートの偏光角ばらつきを小さくすることができる。本方法は、ハロゲン化金属結晶を含有するガラス物品を、応力の方向に結晶を引き延ばすために、高温において応力の下で引き延ばす工程及び、次いで、引き延ばされたガラス物品を、結晶の金属への還元を開始するために、高温において還元雰囲気にさらす工程を含む。物品が形成された後、印加応力の方向に概ね垂直な方向における距離Ｌ間の偏光軸の角変化が測定される。次いで、ガラスを製造するためのプロセスの少なくとも温度プロファイル及び／または応力プロファイルを距離Ｌ間の偏光軸の角変化が小さくなるような態様で調節することができる。偏光角ばらつきが許容値まで小さくなるまで、この一連の工程が反復される。ある好ましい実施形態において、応力すなわち張力を、延伸中にガラスにかかる応力がガラスの引き伸ばし方向に概ね垂直な方向で一様であるように調節することができる。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、ガラスシートの少なくとも８ｍｍの距離にわたる偏光角ばらつきは約０.３°より小さく、これは約０.０３７５°/ｍｍより小さいと表すこともできよう。別の好ましい実施形態において、少なくとも８ｍｍの距離にわたる偏光軸の角変化は０.１°より小さく、これは０.０１２５°/ｍｍより小さいと表すこともできよう。別の実施形態において、少なくとも１５ｍｍの距離Ｌ間の偏光軸の角変化は０.３°より小さく、これは約０.０２°/ｍｍより小さいと表すこともできよう。また別の実施形態において、偏光軸の角変化は１５ｍｍの距離にかけて約０.１°より小さく、これは約０.００６７°/ｍｍより小さいと表すこともできよう。
【００１６】
偏光ガラスシートにおける偏光角ばらつきは、そのようなシートを組み込んでいるアイソレータのコントラスト比に影響を及ぼすであろう。ばらつきは、偏光子のアライメントを動的にとることによって補償できるが、動的アライメントには時間がかかり、高価な装置が必要となり、アイソレータの製造コストを増加させる。理想的には、ファラデー回転子を挟み込む偏光子の大きなシートのアライメントを受動的にとり、許容できるコントラスト比すなわちアイソレーション値を有するアイソレータを提供するために貼り合すことができれば、有利であろう。
【００１７】
コントラスト比すなわちアイソレーション対互いに約９０°をなして貼り合わされた２つの偏光子の偏光軸間角のグラフである、図３を次に参照すれば、ｘ軸上の偏光軸間角は等しい偏光角ばらつきを有する２つの偏光子の最悪の場合を表す。すなわち、最善の場合のシナリオでは、偏光子のアライメントが完全にとられ、偏光角ばらつきが全くなければ、コントラスト比は２つの偏光子のコントラスト比の関数となるであろうし、これはコントラスト比が最も高い偏光子に等価であろう。それぞれの試料の偏光角ばらつきが０.１０°であり、選ばれた１つの場所において偏光子のアライメントが完全にとられていれば、２つの試料の偏光軸間角が２×０.１０°すなわち０.２０°となる領域があるであろう。グラフは、そのような試料では最大アイソレーションすなわち最大コントラスト比が約５０ｄＢに制限されるであろうことを示す。同様に、それぞれの偏光子の偏光角ばらつきが約０.２９°であり、２つの完全にアライメントがとられた偏光子の偏光軸間角が約０.５８°であれば、アイソレーションすなわちコントラスト比は約４０ｄＢであろう。
【００１８】
すなわち、本発明のある実施形態にしたがえば、ファラデー回転子層を挟み込む２つの偏光ガラス層を有する材料の積層により、受動的にアライメントがとられた光アイソレータを提供することができ、アイソレータのコントラスト比は約４０ｄＢより高い。いくつかの好ましい実施形態において、層の長さ及び幅は少なくとも８ｍｍであり、別の好ましい実施形態において、層の長さ及び幅は少なくとも１５ｍｍである。ある好ましい実施形態において、約５０ｄＢより高いアイソレーションすなわちコントラスト比を示す、受動的にアライメントがとられた光アイソレータが提供される。ある実施形態において、偏光ガラスシートをファラデー回転子と貼り合せることによってアイソレータが提供され、シートの長さ及び幅は少なくとも８ｍｍであり、いくつかの実施形態において、長さ及び幅は約１５ｍｍである。大きなアイソレータシートを製造した後、小さな、一般には０.５ｍｍ×０.５ｍｍ正方または２ｍｍ×２ｍｍ正方のアイソレータを大きなシートから切り出すことができる。光アイソレータを製造するために材料シートを重ね合わせて直接に接合するための方法は、本願出願人に譲渡された、名称を「光アイソレータ及び製造方法（Optical Isolators and Methods of Manufacture）」とする、２００２年５月２日に出願された米国特許出願第１０／１３９６６４号の明細書に説明されている。この明細書の内容は本明細書に参照として含まれる。
【００１９】
本発明の別の実施形態にしたがえば、細長いハロゲン化金属結晶を含有する偏光ガラスシートを延伸し、ハロゲン化金属結晶を還元することにより、改善されたアイソレーションすなわちコントラスト比を有する光アイソレータを提供することができる。シートの製造後、シートの端から端までの距離に対して偏光角ばらつきが測定され、偏光角はシートの少なくとも１つの端に対して関係付けられる。シートの端から端までの偏光角ばらつきがわかると、最小の偏光角ばらつきを示すガラスシート領域を選ぶことができる。このガラス領域は、シートから切り出された領域を、４０ｄＢより高いコントラスト比を有する光アイソレータを製造するために、ガラスシートを別の偏光ガラスシートと受動的にアライメントを取るために用いることができるように選ばれることが好ましい。
【００２０】
本発明の精神または範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変更がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変更が添付される特許請求項またはその等価物の範囲内に入れば、本発明はそれらの改変及び変更を包含すると目される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】本発明の一実施形態にしたがう偏光物品を有する偏光依存性光アイソレータを通過する光を示す
【図１Ｂ】本発明の一実施形態にしたがう偏光物品を有する偏光依存性光アイソレータを通過する光を示す
【図２】本発明の一実施形態にしたがう偏光ガラス物品の製造方法の略図である
【図３】コントラスト比対本発明の一実施形態にしたがう２枚の偏光ガラスシートに対する偏光軸間角のグラフである
【符号の説明】
【００２２】
１０    偏光依存性光アイソレータ
１２，１４    偏光子
１６    ファラデー回転子
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【図２】
2006511834.tif 000004
【図３】
2006511834.tif 000005
【国際調査報告】
2006511834.tif 000006
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