陶瓷磁光材料及其選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種陶瓷磁光材料，其特征在于，其包含以下述式(1)所示的氧化物為主成分的氧化物陶瓷，且25℃下的所述氧化物陶瓷晶體的晶界的折射率與主相的折射率之差為0.004以下，(TbxRe1-x)2O3(1)(式中，Re表示選自鈧、釔、鑭、銪、釓、鐿、鈥、镥中的至少一種元素，0.4≤x≤1.0)。根據(jù)本發(fā)明，能夠可靠提供偏振光狀態(tài)良好且消光比大的用于光隔離器的法拉第旋光器等的陶瓷磁光材料，能夠提供用于加工機械用光纖維激光器的光隔離器的小型化。
【專利說明】陶瓷磁光材料及其選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于構(gòu)成光隔離器等磁光設(shè)備(例如法拉第旋光器)的陶瓷磁光材料及其選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，伴隨激光加工機械的發(fā)展，利用光和磁的相互作用的磁光設(shè)備正在受到關(guān)注。其中之一為隔離器，該隔離器為抑制如下現(xiàn)象的裝置，即若來自激光光源的振蕩的光被途中的光學(xué)系統(tǒng)反射并返回光源，則會擾亂來自激光光源的振蕩的光而形成不穩(wěn)定的振蕩狀態(tài)的現(xiàn)象。因此，利用該作用，將光隔離器配置在激光光源和光學(xué)部件之間進行利用。[0003]光隔離器具有法拉第旋光器、配置在法拉第旋光器的光入射側(cè)的偏光鏡、配置在法拉第旋光器的光射出側(cè)的檢偏鏡這三個部件。光隔離器利用如下的性質(zhì)，即在與光的前進方向平行地對法拉第旋光器施加磁場的狀態(tài)下，若光射入法拉第旋光器，則在法拉第旋光器中偏光面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，也就是所謂的法拉第效應(yīng)。即，在入射光中，與偏光鏡具有相同偏光面的光通過偏光鏡，射入法拉第旋光器。該光在法拉第旋光器中相對于光的前進方向旋轉(zhuǎn)正45度而射出。
[0004]與之相對，從與入射方向相反的方向射入法拉第旋光器的返回光在最初通過檢偏鏡時，僅與檢偏鏡具有相同偏光面的成分的光通過檢偏鏡，射入法拉第旋光器。接著，在法拉第旋光器中，返回光的偏光面從最初的正45度進一步旋轉(zhuǎn)正45度，因此，形成與偏光鏡正90度的直角的偏光面，返回光無法透過偏光鏡。
[0005]在作為如上所述的光隔離器的法拉第旋光器使用的材料中，需要法拉第效應(yīng)大且其使用的波長的透射率要高。
[0006]另外,若在射出光內(nèi)產(chǎn)生與入射的光不同的偏光成分,則由于該不同的偏光成分透過偏光鏡，因此返回光的阻斷變得不充分。
[0007]作為該不同的偏光成分的產(chǎn)生狀態(tài)的評價，向作為法拉第旋光器使用的材料射入O度~90度的偏振光,并使射出光通過偏光鏡后射入光接收器，并通過光接收器對光的強度進行測定，由最大值(Imax)和最小值(Imin)，通過下述式計算消光比(S)并進行評價。
[0008]S = -1Olog(Imin/Imax)[單位 dB]
[0009]消光比希望較大，但一般情況要求30dB以上。
[0010]在特開2010-285299號公報中，作為韋爾代常數(shù)較大的原材料，公開了(TbxRe1J2O3:0.4^ 1.0的氧化物單晶及透明氧化物陶瓷。
[0011]透明氧化物陶瓷與氧化物單晶相比，由于將反應(yīng)溫度抑制為較低，能夠通過簡單的設(shè)備進行大量生產(chǎn)，且廉價，因此，有望用于工業(yè)中。
[0012]例如在特許第4033451號公報中記載了以通式R2O3 (R為稀土類元素)表示的稀土類氧化物，其晶體結(jié)構(gòu)為立方晶且無雙折射。因此，通過完全去除氣孔及雜質(zhì)的偏析可獲得透明性優(yōu)良的燒結(jié)體。
[0013]另外，如特開平5-330913號公報中所示出的，為了去除氣孔，添加燒結(jié)助劑是有效的。而且，如特許第2638669號公報中也公開了如下方法，在熱等靜壓壓制成形工序后進行再燒結(jié)，去除氣孔。
[0014]另一方面，若加入燒結(jié)助劑長時間進行熱處理，則晶界處產(chǎn)生燒結(jié)助劑等的偏析，在一些情況下，晶粒的主相的折射率和晶界的折射率廣生差別。
[0015]這樣，在主相和晶界的折射率產(chǎn)生差別的情況下，透過的光的偏光狀態(tài)發(fā)生變化，具體而言，存在消光比變小，使用該材料制造的光隔離器的光分離度惡化的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]發(fā)明所要解決的課題
[0017]本發(fā)明的目的在于提供一種偏振光狀態(tài)良好且消光比大的陶瓷磁光材料及其選擇方法。
[0018]用于解決課題的手段
[0019]本發(fā)明人為了解決上述課題反復(fù)銳意研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在以韋爾代常數(shù)較大且為順磁性元素的鋱氧化物和稀土類(鈧、釔、鑭、銪、釓、鐿、欽及镥)氧化物為主成分，向其添加一種或多種燒結(jié)助劑進行混合、成形、煅燒后，在真空下進行燒結(jié)，進而，在HIP處理后進行退火處理而制造陶瓷時，對各工序的時間、溫度、氣氛等條件進行各種改變，對獲得的陶瓷的顆粒主相和晶界的折射率差與消光比的關(guān)系進行調(diào)查，其結(jié)果，若折射率差比0.004小，則能夠獲得燒結(jié)助劑等向晶界的偏析也較少，非常均勻，且消光比優(yōu)良的材料，從而完成了本發(fā)明。
[0020]因此，本發(fā)明提供下面所示的陶瓷磁光材料及其選擇方法。
[0021]〔I〕一種陶瓷磁光材料，其特征在于，其包含以下述式(I)所示的氧化物為主成分的氧化物陶瓷，且25°C下的所述氧化物陶瓷晶體的晶界的折射率與主相的折射率之差為
0.004以下，
[0022](TbxRe1-X)2O3 ⑴
[0023]式中，Re表示選自鈧、釔、鑭、銪、釓、鐿、欽、镥中的至少一種元素，0.4< X < 1.0。
[0024]〔2〕如〔I〕所述的陶瓷磁光材料，其用于光隔離器的法拉第旋光器。
[0025]〔3〕一種消光比大的陶瓷磁光材料的選擇方法，其特征在于，從以下述式(I)所示的氧化物為主成分的氧化物陶瓷中，選擇25°C下的所述氧化物陶瓷晶體的晶界的折射率與主相的折射率之差為0.004以下的氧化物陶瓷，
[0026](TbxRe1-X)2O3 ⑴
[0027]式中，Re表示選自鈧、釔、鑭、銪、釓、鐿、欽、镥中的至少一種元素，0.4< X < 1.0。
[0028]〔4〕如〔3〕所述的選定方法，陶瓷磁光材料用于光隔離器的法拉第旋光器。
[0029]發(fā)明效果
[0030]根據(jù)本發(fā)明，能夠可靠提供偏振光狀態(tài)良好且消光比大的用于光隔離器的法拉第旋光器等的陶瓷磁光材料，并可提供用于加工機械用光纖維激光器的光隔離器的小型化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是晶界及主相的折射率測定裝置的說明圖；
[0032]圖2是表示位置信息與反射光強度的關(guān)系的一個例子的說明圖；[0033]圖3是表示折射率差與消光比的關(guān)系的圖表。
【具體實施方式】
[0034]本發(fā)明涉及的光隔離器的法拉第旋光器用陶瓷磁光元件，其特征在于，包含以下述式(I)[0035](TbxRe1-X)2O3 ⑴
[0036](式中，Re表示選自鈧、釔、鑭、銪、釓、鐿、欽、镥中的至少一種元素，0.1.0)表示的氧化物為主成分，優(yōu)選波長1.065 μ m處的韋爾代常數(shù)為0.18min/0e.cm以上的氧化物陶瓷，25°C下的該氧化物陶瓷晶體的晶界的折射率和晶體主相的折射率之差為0.004以下，優(yōu)選消光比為25dB以上，更優(yōu)選為30dB以上，特別優(yōu)選為35dB以上。
[0037]在上述式(I)中，X為0.4以上即可，但優(yōu)選為0.5~0.9，更優(yōu)選為0.5~0.7。Re為上述元素，但特別優(yōu)選Y、Gd。
[0038]在該情況下，氧化物陶瓷包含鈦、鋯、鉿、鈣等的氧化物、氟化物或氮化物等的燒結(jié)助劑，或者可根據(jù)需要相對于式(I)的氧化物100質(zhì)量份含有氧化鎂、氧化鍶、氧化鋇等堿土金屬氧化物0.0001~0.01質(zhì)量份。
[0039]上述氧化物陶瓷基本上能夠采用特開2010-285299號公報中記載的方法進行制造，以以往使用的一般的方法，以韋爾代常數(shù)較大且為順磁性元素的鋱氧化物和稀土類(鈧、乾、鑭、銪、禮、鐿、欽及镥)氧化物為主成分，作為燒結(jié)助劑，添加一種或多種例如特開平5-330913號公報等中公開的燒結(jié)助劑、特別是鈦、鋯、鉿、鈣等的氧化物、氟化物或氮化物等燒結(jié)助劑進行混合、成形、預(yù)燒后，在真空下燒結(jié)，再進行HIP處理。
[0040]該情況下，在本發(fā)明中，在獲得的氧化物陶瓷中，選擇采用該氧化物陶瓷的晶體晶界的折射率和晶體主相的折射率的差為0.004以下的陶瓷作為均勻性高、消光比大的陶瓷。
[0041]主相和晶界的折射率差的測定由于反射光強度根據(jù)折射率而發(fā)生變化，因此，通過圖1所示的如下的方法求得。
[0042]對測定的陶瓷(被測定物)I的端面進行鏡面拋光，并將其設(shè)置在移動的臺2上。該移動臺2安裝在安裝于電機3的滾珠絲桿4上，可進行移動。另外，5為基臺。
[0043]然后，對上述被測定物I從斜上方照射來自光源6的測定光。測定光經(jīng)擴束器7擴大后，由反射鏡8反射，經(jīng)物鏡9照射到被測定物I上，從而可進行微小區(qū)域的測定。另外，測定波長越短則能夠測定越微小的區(qū)域。然后，反射的光通過光接收器(功率計)10接收并檢測強度。
[0044]若一邊移動被測定物，一邊通過檢測器觀察獲得的信號，則在晶界的折射率發(fā)生變化的情況下，光接收器的信號發(fā)生變化。若將被測定物的折射率設(shè)為n，則用R= (n-1)2/(η + I)2表示在被測定物和空氣的界面處的反射率R。
[0045]因此，能夠從光接收器的信號的變化量求出折射率。
[0046]另外，圖2表示來自電機的位置信息與來自功率計的反射光強度的關(guān)系的一個例子。
[0047]通過測定光學(xué)系統(tǒng)，折射率的變化量與光接收器的信號的變化量的關(guān)系發(fā)生變化，因此，通過貼合已知折射率的材料，并與該貼合面垂直地進行鏡面拋光，測定該樣品，能夠校正兩者的關(guān)系。
[0048]另外，通過將被測定物制成薄片進行顯微鏡觀察，即使目測也可定性評價折射率差。
[0049]另外，通過目測比較通過上述的反射光測定了折射率差的標準樣品和被假設(shè)物，能夠進行大致評價。
[0050]實施例
[0051]下面，示出實施例，對本發(fā)明具體地進行說明，但本發(fā)明并不限定于下述的實施例。
[0052]按摩爾比(40~70%:60~30% )的比例使用各種顆粒尺寸的氧化鋱粉末和Y2O3或者Gd2O3粉末，向其中以0.5質(zhì)量％添加Zr02、HfO2或TiO2作為燒結(jié)助劑，進一步添加有效量的作為分散劑及粘合劑的乙基纖維素和聚乙烯醇后，用球磨機將它們混合，從而獲得混合物。接著，通過將上述混合物噴霧干燥，獲得粒徑幾十微米的顆粒。使用上述顆粒，進行模具成形作為一次成形之后，進行CIP作為二次成形，獲得成形體。將獲得的成形體在大氣中于400~1000°C下預(yù)燒后，在規(guī)定的氣氛中于1600~1800°C下燒成(正式燒成)。進而，將獲得的燒成體進一步進行HIP處理，并根據(jù)需要進行退火處理，從而獲得15種陶瓷(尺寸:直徑Φ為6mm、長度IOmm)。對獲得的陶瓷測定其晶界的折射率與主相的折射率的折射率差及消光比。結(jié)果如圖所示。
[0053]另外，折射率通過如下方式求出，作為折射計使用“橢圓偏振光測定器”，測定25°C下的布魯斯特角，求出折射率。另外，消光比的評價通過如下方式計算評價，向作為法拉第旋光器使用的材料射入O度~90度的偏振光，使射出光通過偏光鏡后射入光接收器，并通過光接收器測定光的強度，由最大值(Imax)和最小值(Imin)，通過下式計算消光比(S)后進行評價。
[0054]S = -1Olog(Imin/Imax)[單位 dB]
[0055]結(jié)果示于圖3。
[0056]可確認通過使折射率差為0.004以下，消光比成為30dB以上，折射率差越小，消光比越提聞。
[0057]符號說明
[0058]1陶瓷(被測定物)
[0059]2移動臺
[0060]3 電機
[0061]4滾珠絲桿
[0062]5 基臺
[0063]6 光源
[0064]7擴束器
[0065]8反射鏡
[0066]9 物鏡
[0067]10光接收器
【權(quán)利要求】
1.一種陶瓷磁光材料，其特征在于，其包含以下述式(I)所示的氧化物為主成分的氧化物陶瓷，且25°c下的所述氧化物陶瓷晶體的晶界的折射率與主相的折射率之差為0.004以下， (TbxRe1J2O3 ⑴ 式中，Re表示選自鈧、釔、鑭、銪、釓、鐿、欽、镥中的至少一種元素，0.4 ^ X ^ 1.0o
2.權(quán)利要求1所述的陶瓷磁光材料，其用于光隔離器的法拉第旋光器。
3.一種消光比大的陶瓷磁光材料的選擇方法，其特征在于，從包含以下述式(I)所示的氧化物為主成分的氧化物陶瓷，選擇25°C下的所述氧化物陶瓷晶體的晶界的折射率與主相的折射率之差為0.004以下的氧化物陶瓷， (TbxRe1J2O3 (I) 式中，Re表示選自鈧、釔、鑭、銪、釓、鐿、欽、镥中的至少一種元素，0.4 ^ X ^ 1.0o
4.權(quán)利要求3所述的選擇方`法，其中，陶瓷磁光材料用于光隔離器的法拉第旋光器。
【文檔編號】G02B27/28GK103502179SQ201280021224
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月16日
【發(fā)明者】島田忠克 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會社