[0025] 另外,期望的是石榴石型晶体的维尔德常数尽可能大,并且优选为由 Tb3Al5O12表示的并且通过与由(Tb3-x-yRxBiy)Al5O12表示的石榴石型晶体相同的方法制造的石榴石型晶体的维尔德常数的至少60%或更大,更优选为70 %或更大,进一步优选为80%或更大。
[0026] 这里,透光率是当石榴石型晶体用作法拉第转子时的透光率。如上所述,假设TAG应用于掺杂稀土元素的光纤激光器,并且透光率优选地是指对于掺杂稀土元素的光纤激光器的
波长区域(450nm至2150nm)中的光的透过率,并且更优选地是指对于掺杂Yb的光纤激光器的波长区域(1030nm至1100nm) 中的光的透过率。
[0027] 同样地,维尔德常数是指当石榴石型晶体用作法拉第转子时光的维尔德常数,并且维尔德常数优选地是掺杂稀土元素的光纤激光器的波长区域(450nm至2150nm)中的光的维尔德常数。更优选的是掺Yb的光纤激光器的波长区域(1030nm至1100nm)中的光的维尔德常数。
[0028] 通过将石榴石型晶体加工成所需形状,可以获得本发明的法拉第转子。该形状没有特别限制,可以是圆柱形,棱柱形,长方体形,平板形等。
[0029] 通过使用该法拉第转子,可以构造适于大功率光的光隔离器。
[0030] 光隔离器可以具有例如图1所示的结构。
[0031] 如图1所示,偏振器104和分析器105设置在壳体101内的法拉第转子 102的两端。此时,将偏振器104的偏振振荡平面和分析器105的偏振振荡平面之间的相对角度设置为
45°。另外,在法拉第转子102的周围配置有用于向法拉第转子102施加
磁场的磁体103。
[0032] 正向入射的光被偏振器104偏振,入射在法拉第转子102上。随后,光的偏振平面被法拉第转子102旋转45°,并且光入射到分析器105上。因为偏振器104的偏振振荡平面和分析器105的偏振振荡平面具有45°的相对角,所以光正常发出。
[0033] 另一方面,从相反方向入射的光中,能够通过分析器105的偏振光入射在法拉第转子102上。在法拉第转子102中,光的偏振平面相对于传播方向在相反于正向的方向上旋转45°。这里,到达偏振器104的光的偏振平面与偏振器104的偏振振荡平面成90°角,因此从相反方向入射的光不能通过光隔离器。
[0034] 顺便提及,除了要使用的法拉第转子之外,本发明的光隔离器没有特别限制,并且只要表现出作为光隔离器的功能,其结构、部件和材料可以任意选择。
[0035] 由(Tb3-x-yRxBiy)Al5O12表示的石榴石型晶体(R是选自Y或镧系元素 (La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu) 中的一种或多种元素,0≤x,并且0≤y)可以通过使原材料溶液与由Y3Al5O12 (YAG)晶体或Dy3Al5O12(DAG)晶体形成的基板接触来制造,并进行液相
外延生长。
[0036] 液相外延生长(LPE)是通过使原材料溶液与基板接触并逐渐降低溶液
温度以设定过饱和状态而在基板上沉积和生长晶体的方法,并且其是生长具有大面积和高
质量的单晶膜的有利方法。对于液相外延生长,存在梯度法、浸渍法、滑舟法,具体方法没有特别限制,但是浸渍法是优选的,因为容易生长厚度为几百μm或更大的厚膜。
[0037] 本发明适于生长膜厚度为几百μm或更大的晶体,优选为300μm或更大,更优选为500μm或更大,并且还更优选为800μm或更大。
[0038] 下面描述该制造方法的具体
实施例,但是本发明不限于此。
[0039] 首先,将原材料以所需比例放入
坩埚中并加热使其
熔化。此时,Tb4O7, R2O3(R是选自Y或镧系元素(La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb, Dy,Ho,Er,Tm,Yb或Lu)中的一种或多种元素,Al2O3,Bi2O3等可作为原材料。
[0040] 另外,BaCo3,B2O3,Bi2O3等可用作
助熔剂。在Bi2O3用作助熔剂的情况下,Bi最终结合到生长的晶体中。当使用Bi2O3时,可以通过将Bi2O3与其他助熔剂同时使用来调节生长的晶体中的Bi含量。另外,由于助熔剂的
粘度增加并且几乎不产生杂晶,因此优选使用B2O3。
[0041] 原材料溶液优选为其中Tb4O7和Al2O3分别以1.0至5.0mol%和30.0至 40.0mol%的比例溶解的原材料溶液,并且优选Al元素存在于原材料溶液的量为Tb元素量的3.0至20.0倍。以这种方式,可以通过LPE法生长由(Tb3-x-yRxBiy)Al5O12表示的石榴石型晶体。
[0042] 优选地,通过在原材料溶液中含有Tb4O7和Al2O3,所占比例分别为从1.5 到4.6mol%,从34.0至38.0mol%,Al元素在原材料溶液中的含量为Tb元素量的3.6-12.7倍。
[0043] 优选地,原材料溶液中的R2O3的含量为3.0mol%或更低,原材料溶液中的Bi2O3的含量为70.0mol%或更低,R元素在原材料溶液的含量为Tb元素的1.5倍或更少,Bi元素在原材料溶液的含量为Tb元素的35.0倍或更少。
[0044] 优选地,通过原材料溶液含有R2O3和Bi2O3,并且R2O3的含量为0.05至 2.5mol%,Bi2O3的含量为20.0至60.0mol%,R元素在原材料溶液中的含量为Tb元素量的0.005~0.84倍,Bi元素在原材料溶液中的含量为Tb元素量的 2.1~20.0倍。
[0045] 使该原材料溶液与由YAG晶体或DAG晶体形成的基板接触,在降低溶液温度时外延生长晶体。在DAG晶体(晶格常数: )和YAG晶体 (晶格常数: )的晶格常数之间,DAG晶体的晶格常数更接近于TAG 晶体的晶格常数(晶格常数: ),并且特别是当试图生长相对厚的晶体时,可以生长具有高质量和高透光率的晶体。另外,当使用DAG晶体作为基板时,生长的晶体中的Tb含量趋于增加。
[0046] 外延生长在基板上的晶体可以通过去除基板并进行所需的处理而用作法拉第转子等。[实例]
[0047] <实例1>将原材料和助熔剂以Tb4O7:3.9mol%,Lu2O3:0.1mol%,Al2O3:37.0mol %,BaCo3:
38.0mol%和B2O3:21.0mol%的比例放入铂坩埚中,在1300℃下熔化,并搅拌。此后,将温度降至1040℃,将由Y3Al5O12(YAG)晶体形成并且直径为3英寸、厚度为1.0mm的基板浸入原材料溶液的液体表面中。在将温度从1040℃降低到1020℃时,外延生长晶体。
[0048] 在YAG基板上获得厚度为1.2mm的晶体。通过ICP-AES(电感耦合
等离子体原子发射
光谱法)对该晶体进行组成分析,结果,生长的晶体的组成为Tb2.8Lu0.2Al5O12。
[0049] 在将YAG基板从晶体上
研磨并除去后,
抛光该晶体的两个表面,得到厚度为1.1mm的Tb2.8Lu0.2Al5O12晶体。将该晶体切割成20mm×20mm×1.1mm的板,并通过无机粘合将两
块晶体板的抛光表面粘合在一起。无机粘合可以通过用氩原子束活化经过光学抛光的晶体表面(平坦度λ/8或更大,λ=633nm) 并在室温下在
真空室中对晶体加压来进行。
[0050] 进一步处理如此获得的20mm×20mm×2.2mm的晶体,得到 2.2mm×2.2mm×20mm的晶体,然后制成直径 为2.0mm,长度(L)为 18mm的法拉第转子。
[0051] 使用波长1064nm,输出功率为1W的激光测定的该法拉第转子的维尔德常数为15min/Oe·m,其线性透光率(两端面没有防反射膜)为78%。
[0052] 通过将具有涂有防反射膜的两个端面的法拉第转子(透光率:94%)插入圆柱形Nd-Fe-B
永磁体并在两端设置偏振器来构造法拉第转子。在使用波长为1064nm,输出功率为1W的激光的情况下,该法拉第转子的插入损耗为 0.6dB,隔离度为28dB。
[0053] <实例2至37和参考例1至9>通过液相外延生长方法生长晶体,并且以与实例1中相同的方式测量其维尔德常数和透光率。晶体生长的各种条件、维尔德常数和透光率的测量结果示于表1至表5。
[0054] 另外,使用制造的部分晶体构造光隔离器,并以与实例1相同的方式评估其插入损耗和隔离度。
[0055] [表格1]
[0056] [表2]
[0057] 从表1和表2的结果可以看出,通过用Er,Yb,Lu或Y中的一种或多种元素取代Tb3Al5O12中的部分Tb,透光率得到了改善;此外,制造成光隔离器时的插入损耗也得到改善,并且在某些情况下隔离度得到改善。
[0058] [表3]
[0059] 从表3中的结果可以看出,通过用Bi取代Tb3Al5O12中的部分Tb,维尔德常数得到了改善。
[0060] [表4]
[0061] [表5]
[0062] 从表4和表5的结果可以看出,当使用Er,Yb,Lu或Y中的一种或多种元素和Bi取代Tb3Al5O12中的部分Tb制成光隔离器时,透光率和维尔德常数相对较高,插入损耗和隔离度是优异的。可以看出,特别优选使用 DAG作为基板。
[0063] 应当注意,上面已经描述了本发明的实施例,但是本发明不限于这些实施例。另外,凡在本发明的精神和原则之内,通过适当地对上述实施例进行组成元件的添加,删除和设计改变而获得的那些实施例以及通过本领域技术人员通过适当地组合各个实施例的特征而获得的那些实施例均应包含在本发明保护的范围之内。