特許 5784861 結晶体、これを有する光学装置及び結晶体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5784861

(24)【登録日】2015年7月31日

(45)【発行日】2015年9月24日

(54)【発明の名称】結晶体、これを有する光学装置及び結晶体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/28 20060101AFI20150907BHJP

   G02B 27/28 20060101ALI20150907BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20150907BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/28

   G02B27/28 A

   G02B5/30

【請求項の数】14

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-511836(P2015-511836)

(86)(22)【出願日】2014年10月23日

(86)【国際出願番号】JP2014078164

【審査請求日】2015年3月3日

(31)【優先権主張番号】特願2013-220017(P2013-220017)

(32)【優先日】2013年10月23日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100129296

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 博昭

(74)【代理人】

【識別番号】100143764

【弁理士】

【氏名又は名称】森村 靖男

(72)【発明者】

【氏名】木嵜 剛志

【審査官】 伊藤 光貴

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１１４３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０８４９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

Ｇ０２Ｂ ５／３０

Ｇ０２Ｂ ２７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向し、光を通過させる一対の光通過面と、前記一対の光通過面を連結する少なくとも１つの側面とを有し、結晶で構成される結晶体であって、
前記光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び前記側面における転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比であるＢ／Ａが、下記一般式：
１≦（Ｂ／Ａ）≦３６００ （１）
を満たす結晶体。

【請求項2】

前記（Ｂ／Ａ）が１〜１０００である請求項１に記載の結晶体。

【請求項3】

前記（Ｂ／Ａ）が１である請求項２に記載の結晶体。

【請求項4】

前記結晶が単結晶である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の結晶体。

【請求項5】

前記単結晶が、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶、テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶、テルビウム・ガリウム・ガーネット型単結晶、又はテルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶である、請求項４に記載の結晶体。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一項に記載の結晶体を有する光学装置。

【請求項7】

前記結晶体の前記一対の光通過面のうちの一方の光通過面に対向するように配置される偏光子と、
前記結晶体の前記一対の光通過面のうちの他方の光通過面に対向するように配置される検光子と、
前記結晶体に磁界を印加する磁界印加装置とを更に備える請求項６に記載の光学装置。

【請求項8】

互いに対向し、光を通過させる一対の光通過面と、前記一対の光通過面を連結する少なくとも１つの側面とを有し、結晶で構成される結晶体を製造する結晶体の製造方法であって、
前記結晶で構成されるとともに、前記結晶体を得るための被加工材を準備する準備工程と、
前記被加工材を切断して前記結晶体を得る切断工程とを含み、
前記切断工程において、前記被加工材の切断によって新たに現れる切断面を含む表層部を除去することによって前記結晶体を形成し、
前記切断工程において、前記表層部が転位を含み、前記光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び前記側面における転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比であるＢ／Ａが、下記一般式：
１≦（Ｂ／Ａ）≦３６００ （１）
を満たすように前記表層部を除去する、結晶体の製造方法。

【請求項9】

前記表層部に含まれる転位が、前記被加工材の切断又は前記切断面に対する研削により生じた転位である、請求項８に記載の結晶体の製造方法。

【請求項10】

前記（Ｂ／Ａ）が１〜１０００である請求項８又は９に記載の結晶体の製造方法。

【請求項11】

前記（Ｂ／Ａ）が１である請求項１０に記載の結晶体の製造方法。

【請求項12】

前記結晶が単結晶である、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の結晶体の製造方法。

【請求項13】

前記単結晶が、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶、テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶、テルビウム・ガリウム・ガーネット型単結晶、又はテルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶である、請求項１２に記載の結晶体の製造方法。

【請求項14】

前記切断工程において、前記表層部を研磨により除去する、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の結晶体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、結晶体、これを有する光学装置及び結晶体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ファラデー回転子、偏光子、波長変換素子、レーザ結晶、レンズ、波長板、ビームスプリッタ、電気光学素子、音響光学素子などの光学装置においては、結晶で構成される結晶体が使用される。このような結晶体は一般に、互いに対向し、光を通過させる一対の光通過面と、一対の光通過面を連結する少なくとも１つの側面とを有する。

【0003】

例えば下記特許文献１には、このような結晶体がファラデー回転子として使用されることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２０８４９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上述した特許文献１に記載の結晶体は、消光比の点で必ずしも良好とは言えず、未だ改善の余地を有していた。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、良好な消光比を実現できる結晶体、これを有する光学装置及び結晶体の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、上記特許文献１に記載のファラデー回転子においては、以下の理由により良好な消光比が得られないのではないかと考えた。すなわち、上記特許文献１において、ファラデー回転子が単結晶で構成される場合、このファラデー回転子は、柱状の試料の両端面を研磨加工するとともに、試料の外周表面に外周研削加工を施すことにより得られている。このとき、外周研削加工によりファラデー回転子の外周表面には、内部に残留応力を生じさせる転位が導入される。その一方、試料の両端面は研磨加工により研磨されることで、転位の密度が大きく減少する。ここで、転位は、ファラデー回転子の光通過面において複屈折を生じさせる。このため、本発明者は、ファラデー回転子の両端面における転位密度と外周表面の転位密度との比が大きくなりすぎていることが、良好な消光比を得ることができない原因となっているのではないかと考えた。またこのことは、ファラデー回転子のみならず、一対の光通過面とこれらを連結する側面とを有し且つ良好な消光比が求められる他の光学用途においてもあてはまるものと本発明者は考えた。そこで、本発明者は更に鋭意研究を重ねた結果、結晶体において一対の光通過面の転位密度とこれら一対の光通過面を連結する側面の転位密度との比が特定の範囲にあることが、上記課題を解決する上で重要であることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0008】

即ち本発明は、互いに対向し、光を通過させる一対の光通過面と、前記一対の光通過面を連結する少なくとも１つの側面とを有し、結晶で構成される結晶体であって、前記光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び前記側面における転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比であるＢ／Ａが、下記一般式：
１≦（Ｂ／Ａ）≦３６００ （１）
を満たす結晶体である。

【0009】

この結晶体によれば、良好な消光比を実現できる。

【0010】

本発明の結晶体により上記効果が得られる理由について本発明者は以下のように推測している。

【0011】

すなわち、光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び側面における転位密度Ｂの比（Ｂ／Ａ）が上記範囲にあることで、光通過面への光の入射方向に直交する面において複屈折、すなわち直交する２方向における屈折率の差が大きくなることが十分に抑制され、入射した直線偏光が楕円偏光となりにくくなる。その結果、良好な消光比が実現できるのではないかと本発明者は推測している。

【0012】

また本発明は、結晶体を有する光学装置である。

【0013】

この光学装置によれば、良好な消光比を実現できる。

【0014】

上記光学装置は、前記結晶体の前記一対の光通過面のうちの一方の光通過面に対向するように配置される偏光子と、前記結晶体の前記一対の光通過面のうちの他方の光通過面に対向するように配置される検光子と、前記結晶体に磁界を印加する磁界印加装置とを更に備えてもよい。

【0015】

また本発明は、互いに対向し、光を通過させる一対の光通過面と、前記一対の光通過面を連結する少なくとも１つの側面とを有し、結晶で構成される結晶体を製造する結晶体の製造方法であって、前記結晶で構成されるとともに、前記結晶体を得るための被加工材を準備する準備工程と、前記被加工材を切断して前記結晶体を得る切断工程とを含み、前記切断工程において、前記被加工材の切断によって新たに現れる切断面を含む表層部を除去することによって前記結晶体を形成し、前記切断工程において、前記表層部が転位を含み、前記光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び前記側面における転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比であるＢ／Ａが、下記一般式：
１≦（Ｂ／Ａ）≦３６００ （１）
を満たすように前記表層部を除去する、結晶体の製造方法である。上記製造方法は、具体的には、互いに対向し、光を通過させる一対の光通過面と、前記一対の光通過面を連結する少なくとも１つの側面とを有し、結晶で構成される結晶体を製造する結晶体の製造方法であって、前記結晶で構成されるとともに、前記結晶体を得るための結晶部を少なくとも１つ有する被加工材であって前記結晶部が前記一対の光通過面を有する被加工材を準備する準備工程と、前記被加工材を切断して前記結晶部を得てから前記結晶体を得る過程で、前記被加工材の切断によって新たに現れる切断面を含む表層部を除去して前記側面を形成し、前記結晶体を得る切断工程とを含み、前記切断工程において、前記表層部が転位を含み、前記光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び前記側面における転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比であるＢ／Ａが、下記一般式：
１≦（Ｂ／Ａ）≦３６００ （１）
を満たすように前記表層部を除去する、結晶体の製造方法である。ここで、結晶部とは、その表層部を除去するだけで結晶体を得ることができる状態にある部分のことを言う。

【0016】

上記製造方法によれば、良好な消光比を実現できる結晶体を得ることができる。

【0017】

上記切断工程において、前記表層部に含まれる転位は、例えば前記被加工材の切断又は前記切断面に対する研削により生じた転位である。

【0018】

前記切断工程において、前記表層部を研磨により除去することが好ましい。

【0019】

この場合、表層部を研削により除去する場合に比べて、転位密度を効果的に減少させることができ、結晶体を効率よく製造することができる。

【0020】

上記（Ｂ／Ａ）は１〜１０００であることが好ましい。

【0021】

この場合、（Ｂ／Ａ）が上記範囲を外れる場合と比較して、より良好な消光比を実現できる。

【0022】

上記（Ｂ／Ａ）は１であることがより好ましい。

【0023】

この場合、（Ｂ／Ａ）が１より大きい場合又は1未満である場合と比較して、より良好な消光比を実現できる。

【0024】

前記結晶は単結晶であることが好ましい。この場合、結晶体において粒界が無いため、結晶が多結晶である場合に比べて、結晶体の透過率がより高くなる。また結晶体は、結晶が多結晶である場合に比べて、より高いレーザ耐性を有することが可能となる。

【0025】

前記単結晶は、テルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶、テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶、テルビウム・ガリウム・ガーネット型単結晶、又はテルビウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶であることが好ましい。

【0026】

なお、本発明において、一対の光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）は、一対の光通過面における転位密度の平均値を言うものとする。すなわち、一対の光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）は下記式で定義される。
一対の光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）＝（一方の光通過面における転位密度Ａ＋他方の光通過面における転位密度Ａ）／２

【0027】

また本発明において、少なくとも１つの側面における転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）は、側面が複数である場合には、その複数の側面における転位密度の平均値を言うものとする。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、良好な消光比を実現できる結晶体、これを有する光学装置及び結晶体の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明に係る結晶体の一実施形態を示す概略図である。

【図2】図１の結晶体を製造するために使用する被加工材の一例を示す斜視図である。

【図3】図２の被加工材から切り出した結晶成形加工体を示す斜視図である。

【図4】図３の結晶成形加工体を示す部分断面図である。

【図5】図３の結晶成形加工体を分断して得られる結晶部を示す斜視図である。

【図6】図５の結晶部を示す部分断面図である。

【図7】図１の結晶体を製造するために使用する被加工材の他の例を示す斜視図である。

【図8】図７の被加工材から切り出した結晶成形加工体を示す斜視図である。

【図9】図２及び図７の被加工材を製造するために使用する単結晶インゴットの一例を示す平面図である。

【図10】図９の単結晶インゴットから切り出した輪切り部を示す断面図である。

【図11】本発明に係る光学装置の一例を示す部分断面図である。

【図12】実施例１の結晶体についての偏光観察の結果を示す図である。

【図13】実施例２の結晶体についての偏光観察の結果を示す図である。

【図14】実施例３の結晶体についての偏光観察の結果を示す図である。

【図15】比較例１の結晶体についての偏光観察の結果を示す図である。

【図16】実施例４の結晶体についての偏光観察の結果を示す図である。

【図17】比較例２の結晶体についての偏光観察の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明の実施形態について図１を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る結晶体の一実施形態を示す図である。

【0031】

図１に示すように、結晶体３は、互いに対向し、光を通過させる一対の光通過面３ａ、３ｂと、一対の光通過面３ａ、３ｂを連結する少なくとも１つの側面３ｃとを有している。すなわち、結晶体３は、互いに離間し、光を通過させる一対の光通過面３ａ、３ｂと、一対の光通過面３ａ、３ｂを連結する少なくとも１つの側面３ｃとを有している。ここで、少なくとも１つの側面３ｃは、一対の光通過面３ａ、３ｂのうち一方の光通過面３ａの縁部と他方の光通過面３ｂの縁部とを結ぶように形成されている。

【0032】

そして、光通過面３ａ，３ｂにおける転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び側面３ｃにおける転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比であるＢ／Ａは、下記一般式：
１≦（Ｂ／Ａ）≦３６００ （１）
を満たしている。

【0033】

上記結晶体３によれば、良好な消光比を実現できる。

【0034】

ここで、結晶体３について詳細に説明する。

【0035】

結晶体３を構成する結晶は、光通過面３ａ，３ｂに直交する方向に磁界を印加した場合に、偏光面を回転させる単結晶であればいかなるものであっても用いることができる。このような結晶としては、例えばテルビウム・スカンジウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＳＡＧ）、テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＳＬＡＧ）、テルビウム・ガリウム・ガーネット型単結晶（ＴＧＧ）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット(ＴＡＧ)などのガーネット型単結晶や、酸化テルビウムなどの単結晶などの単結晶が挙げられる。但し、結晶体３は、特性が結晶方位に依存しない用途、例えばファラデー回転子、レーザ結晶として使用される場合には、多結晶で構成されてもよい。しかし、結晶は単結晶であることが好ましい。この場合、結晶体３において粒界が無いため、結晶が多結晶である場合に比べて、結晶体３の透過率がより高くなる。また結晶体３は、結晶が多結晶である場合に比べて、より高いレーザ耐性を有することが可能となる。

【0036】

上記比（Ｂ／Ａ）は、好ましくは１〜１０００であり、より好ましくは１〜７９０であり、特に好ましくは１〜１００である。この場合、（Ｂ／Ａ）が上記範囲を外れる場合に比べて、より良好な消光比を実現できる。

【0037】

中でも、上記比（Ｂ／Ａ）は１であることが特に好ましい。この場合、（Ｂ／Ａ）が１より大きい場合又は１未満である場合と比べて、より良好な消光比を実現できる。

【0038】

光通過面３ａ，３ｂにおける転位密度は、特に限定されるものではないが、好ましくは１〜１×１０^４個／ｃｍ^２であり、より好ましくは１〜５．８×１０^３個／ｃｍ^２であり、特に好ましくは１〜１×１０^３個／ｃｍ^２である。

【0039】

結晶体３の形状は、四角柱状でも円柱状でも三角柱状でもよく、特に限定されるものではない。なお、結晶体３が例えば四角柱状である場合には側面３ｃの数は４つとなり、結晶体３が円柱状である場合には側面３ｃの数は１つとなる。

【0040】

次に、上記結晶体３の製造方法について図２〜図６を参照しながら説明する。図２は、図１の結晶体を製造するために使用する被加工材の一例を示す斜視図、図３は、図２の被加工材から切り出した結晶成形加工体を示す斜視図、図４は、図３の結晶成形加工体を示す部分断面図、図５は図３の結晶成形加工体を分断して得られる結晶部を示す斜視図、図６は、図５の結晶部を示す部分断面図である。

【0041】

はじめに、図２に示すように、被加工材２０を準備する（準備工程）。この被加工材２０は、結晶体３と同一の単結晶で構成されている。被加工材２０は、結晶体３に対応する結晶部２３、すなわち結晶体３を得るための結晶部２３を複数有して構成される結晶成形加工体２３Ａを有しており、結晶部２３は一対の光通過面３ａ，３ｂを有する。すなわち、結晶部２３における一対の光通過面３ａ，３ｂは被加工材２０の表面の一部を構成している。

【0042】

次に、被加工材２０を切断して結晶体３を得る（切断工程）。具体的には、被加工材２０を切断して結晶部２３を得てから結晶体３を得る過程で、被加工材２０の切断によって新たに現れる切断面を含む表層部を除去して側面３ｃを形成し、結晶体３を得る（切断工程）。

【0043】

上記切断工程は、被加工材２０から複数の結晶体３を得る場合には、具体的には以下のようにして行う。

【0044】

すなわち、まず被加工材２０を切断して、複数の結晶部２３で構成される結晶成形加工体２３Ａを切り出す（図３参照）。

【0045】

次に、結晶成形加工体２３Ａのうち新たに現れる切断面２３ａを含む表層部２４を除去し（図４参照）、結晶体３の全側面３ｃのうちの一部の側面３ｃを得る。ここで、表層部２４には通常、転位が含まれており、表層部２４を除去することによって側面３ｃにおける転位密度を減少させることができる。この転位は、被加工材２０の切断や、切断面２３ａの研削等によって生じるものである。この表層部２４の除去は、光通過面３ａ，３ｂにおける転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び側面３ｃにおける転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比であるＢ／Ａが、下記一般式：
１≦（Ｂ／Ａ）≦３６００ （１）
を満たすように行う。

【0046】

ここで、表層部２４の除去は、研磨によって行うことが好ましい。この場合、表層部２４を研削により除去する場合に比べて、側面３ｃの転位密度を効果的に減少させることができ、結晶体３を効率よく製造することができる。研磨は、例えばコロイダルシリカの溶液をパッドと切断面２３ａとの間に配置し、パッドを切断面２３ａに押し当てて表層部２４を削ることにより行うことができる。

【0047】

このとき、除去する表層部２４の厚さは、Ｂ／Ａの比が上記式（１）を満足することができる限り特に制限されるものではないが、通常、転位は切断面２３ａから０．１〜３μｍの範囲に存在するので、除去する表層部２４の厚さは、この範囲内のいずれかの範囲の厚さとするのがよい。除去する表層部２４の厚さは、研磨を行う時間を調節することによって調節することが可能である。

【0048】

なお、結晶成形加工体２３Ａの表層部２４の除去を行う前に、切断面２３ａに対して研削加工を行ってもよい。ここで、研削は、例えばダイヤモンドの砥石で削ることによって行うことができる。

【0049】

続いて、表層部２４が除去された結晶成形加工体２３Ａを切断して複数の結晶部２３に分断し、各結晶部２３から結晶体３を得る。このとき、図５に示すように、この切断工程で結晶部２３のうち新たに現れる切断面２３ｂを含む表層部２５を除去し（図６参照）、全側面３ｃのうちの残りの側面３ｃを得る。ここで、表層部２５には通常、転位が含まれており、表層部２５を除去することによって側面３ｃにおける転位密度を減少させることができる。この転位は、切断面２３ｂの研削等によって生じるものである。このときの表層部２５の除去も、光通過面３ａ，３ｂにおける転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び側面３ｃにおける転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比であるＢ／Ａが、下記一般式：
１≦（Ｂ／Ａ）≦３６００ （１）
を満たすように行う。なお、このとき、表層部２５の除去は、研磨によって行うことが好ましい。この場合、表層部２５を研削により除去する場合に比べて、側面３ｃの転位密度を効果的に減少させることができ、結晶体３を効率よく製造することができる。またこのとき、結晶部２３の表層部２５の除去を行う前に、切断面２３ｂに対して研削加工を行ってもよい。ここで、研削は、例えばダイヤモンドの砥石で削ることによって行うことができる。

【0050】

こうして一対の光通過面３ａ，３ｂとこれらを連結する側面３ｃを有する結晶体３を得る。

【0051】

なお、被加工材２０から１つの結晶体３を得る場合には、結晶体３は、以下のようにして製造することができる。この製造方法について図４、図７及び図８を用いて説明する。図７は、図１の結晶体を製造するために使用する被加工材の他の例を示す斜視図、図８は、図７の被加工材から切り出した結晶成形加工体を示す斜視図である。

【0052】

まず図７に示すように、被加工材２０を準備する（準備工程）。この被加工材２０は、結晶体３と同一の単結晶で構成されている。被加工材２０は、結晶体３に対応する結晶部２３、すなわち結晶体３を得るための結晶部２３を１つ有しており、結晶部２３は一対の光通過面３ａ，３ｂを有する。すなわち、結晶部２３における一対の光通過面３ａ，３ｂは被加工材２０の表面の一部を構成している。

【0053】

次に、被加工材２０を切断して結晶体３を得る（切断工程）。具体的には、被加工材２０を切断して結晶部２３を得てから結晶体３を得る過程で、被加工材２０の切断によって新たに現れる切断面を含む表層部を除去して側面を形成し、結晶体３を得る（切断工程）。

【0054】

具体的には、まず図８に示すように、被加工材２０から、１つの結晶部２３で構成される結晶成形加工体２３Ａを切り出す。

【0055】

次に、図４に示すように結晶成形加工体２３Ａのうち新たに現れる切断面２３ａを含む表層部２４を除去することで、結晶体３の全側面３ｃを得る。こうして、一対の光通過面３ａ，３ｂとこれらを連結する側面３ｃを有する結晶体３が得られる。

【0056】

このとき、表層部２４の除去は、光通過面３ａ，３ｂにおける転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び側面３ｃにおける転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比であるＢ／Ａが、下記一般式：
１≦（Ｂ／Ａ）≦３６００ （１）
を満たすように行う。

【0057】

なお、表層部２４の除去方法、及び、除去する表層部２４の厚さは、被加工材２０から複数の結晶部２３を得る場合と同様である。また、被加工材２０から複数の結晶部２３を得る場合と同様、結晶成形加工体２３Ａの表層部２４の除去を行う前に、切断面２３ａに対して研削加工を行ってもよい。このとき、研削加工の方法は、被加工材２０から複数の結晶部２３を得る場合と同様である。

【0058】

上記のようにして結晶体３を得ることにより、良好な消光比を実現できる結晶体３を得ることができる。

【0059】

次に、上記準備工程及び上記切断工程について図９および図１０を参照しながら詳細に説明する。図９は図２及び図７の被加工材を製造するために使用する単結晶インゴットの一例を示す平面図、図１０は、図９の単結晶インゴットから切り出した輪切り部を示す断面図である。

【0060】

（準備工程）
上記準備工程において用いられる被加工材２０は、図９に示すように、例えばチョクラルスキー法などによって育成された単結晶インゴット３０を用意し、この単結晶インゴット３０の延び方向、すなわち引上げ方向Ｅに対して直交する面Ｃで単結晶インゴット３０を輪切りに切断して、図１０に示すように輪切り部３１を形成し、この輪切り部３１のうち新たに現れた切断面３０ａを含む表層部３２を除去することにより得ることができる。このとき、表層部３２の除去は、上記と同様にして行うことができる。このとき、輪切り部３１において表層部３２を除去することにより、２つの光通過面３ａ，３ｂが得られる。このとき、表層部３２の除去は、光通過面３ａ，３ｂにおける転位密度が好ましくは1〜１×１０^４個／ｃｍ^２となり、より好ましくは1〜１×１０^３個／ｃｍ^２となるように行えばよい。またこのとき、輪切り部３１のうち切断面３０ａ以外の面３０ｂに対しては表層部の除去は行われていない。

【0061】

（切断工程）
上記切断工程においては、表層部２４及び表層部２５の除去は、上記比（Ｂ／Ａ）が、好ましくは１〜１０００、より好ましくは１〜７９０、特に好ましくは１〜１００となるように行うことが好ましい。この場合、得られる結晶体３が、（Ｂ／Ａ）が上記範囲を外れる場合に比べて、より良好な消光比を実現できる。

【0062】

中でも、光通過面３ａ，３ｂにおける転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び側面３ｃにおける転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比（Ｂ／Ａ）が１となるように表層部２４及び表層部２５の除去を行うことが特に好ましい。

【0063】

この場合、（Ｂ／Ａ）が１より大きい場合又は１より小さい場合と比較して、より良好な消光比を実現できる結晶体３を得ることができる。

【0064】

次に、本発明の光学装置の一例について図１１を参照しながら説明する。図１１は、本発明の光学装置の一例を示す部分断面図である。図１１に示すように、光学装置としての光アイソレータ１０は、ファラデー回転子としての結晶体３と、結晶体３の光通過面３ａに対向するように配置される偏光子１と、結晶体３の光通過面３ｂに対向するように配置される検光子２と、結晶体３に磁界Ｂを印加する磁界印加装置４とを備えている。

【0065】

磁界印加装置４は、例えば偏光子１から検光子２に向かう方向、即ち光Ｌの入射方向に平行に磁界Ｂを印加するものであり、例えば磁石で構成される。また偏光子１及び検光子２は、それらの光透過軸同士が互いに非平行となるように、例えば９０°の角度をなすように配置されている。

【0066】

結晶体３は、磁界Ｂの印加により、偏光子１の光透過軸を通過した光Ｌについて、その偏光面を回転させて、検光子２の光透過軸を通過させるものである。

【0067】

光通過面３ａ，３ｂは光入射方向に対して直交するように配置されている。

【0068】

上記光アイソレータ１０によれば、上記結晶体３を用いているため、良好な消光比を実現できる。

【0069】

なお、図１１では、光学装置１０が、結晶体３をファラデー回転子として用いる光アイソレータで構成されているが、結晶体３は、一対の光通過面とこれらを連結する側面とを有する形状を有していれば、偏光子、波長変換素子、レンズ、波長板、レーザ結晶、ビームスプリッタ、電気光学素子、音響光学素子、などの良好な消光比を示すことが求められる他の用途にも適用可能である。

【実施例】

【0070】

以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

【0071】

（実施例１）
まず以下のようにして被加工材を準備した。はじめに、チョクラルスキー法によってテルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＳＬＡＧ）からなる直径２０ｍｍの単結晶インゴットを育成した。そして、この単結晶インゴットの延び方向に対して直交する面で単結晶インゴットを内周刃切断機（製品名：「Ｓ−ＬＭ−Ｅー５０」、東京精密社製）にて輪切りに切断し、直径２０ｍｍ、長さ２０ｍｍの輪切り部を形成した。そして、この輪切り部において新たに現れた２つの互いに平行な切断面に対して研削を行った後、研磨を行って切断面を含む表層部を除去した。このとき、研削は、ダイヤモンドの砥石で削ることにより行い、具体的には研削装置（製品名：「ＳＧＭ−６３０１」、秀和工業社製）を用いて行った。また研磨は、コロイダルシリカの溶液を、パッド(商品名：「５３０Ｎ」、エンギス社製)と切断面との間に配置し、パッドを切断面に押し当てて切断面を１０分間にわたって削ることにより行い、具体的には研磨装置（製品名：「ＥＪＷ−４００ＩＦＮ」、エンギス社製）を用いて行った。このとき、除去した表層部の厚さは１．６μｍであった。またコロイダルシリカの溶液としては、商品名「コンポール」（フジミインコーポレーテッド社製）からなる溶液を用いた。輪切り部のうち切断面以外の面に対しては研削も研磨も行わなかった。こうして被加工材を得た。

【0072】

次に、この被加工材を切断し、複数の結晶部からなる２０ｍｍ×６ｍｍ×１８ｍｍの寸法を有する直方体状の結晶成形加工体を切り出した。

【0073】

このとき結晶成形加工体のうち新たに現れる切断面に対しても、輪切り部の切断面に対して行った研削及び研磨と同様にして研削及び研磨を順次行い、切断面を含む表層部を除去し、一部の側面を得た。このとき、研磨によって除去した表層部の厚さは１．６μｍであった。

【0074】

続いて、結晶成形加工体を切断して６枚の板状の結晶部に分断した。このとき結晶部において新たに現れた切断面に対しても、輪切り部の切断面に対して行った研削及び研磨と同様にして研削及び研磨を順次行い、切断面を含む表層部を除去し、残りの側面を得た。

【0075】

こうして一対の光通過面とこれらを連結する４つの側面を有する結晶体を得た。このとき、結晶体を切断し、その断面を透過型電子顕微鏡で観察し、光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び側面３ｃにおける転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）を、観察される視野内における転位の個数と、視野の面積とから下記式：
転位密度＝（観察される視野内における転位の個数）／視野の面積（ｃｍ^２）
に従って算出し、Ａ及びＢの値からＢ／Ａの値を算出した。結果を表１に示す。なお、断面を観察した際、転位については顕微鏡で観察される１本の黒いラインを１個の転位があると判断した。

【0076】

なお、転位密度が小さく透過型電子顕微鏡によって観察される視野内に転位が存在しない場合には、エッチピッド法で転位の密度を測定した。エッチピッド法は研磨面を２００℃のリン酸に浸し、純水にて洗浄したのち、光学顕微鏡で観察して、リン酸でエッチングされた凹みの部分を転位と判断する方法である。転位の密度は、視野面積と転位の数から算出した。

【0077】

（実施例２）
結晶成形加工体のうち新たに現れる切断面及び結晶部において新たに現れた切断面に対する研磨時間を１０分間から３分間とし、除去した部分の厚さを１．６μｍから０．４８μｍとすることにより、Ｂ／Ａの値を表１に示す通り１から７９０としたこと以外は実施例１と同様にして結晶体を作製した。

【0078】

（実施例３）
結晶成形加工体のうち新たに現れる切断面及び結晶部において新たに現れた切断面に対する研磨時間を１０分間から１分間とし、除去した部分の厚さを１．６μｍから０．１６μｍとすることにより、Ｂ／Ａの値を表１に示す通り１から３６００としたこと以外は実施例１と同様にして結晶体を作製した。

【0079】

（比較例１）
結晶成形加工体のうち新たに現れる切断面及び結晶部において新たに現れた切断面に対する研磨時間を１０分間から０分間とし、除去した部分の厚さを１．６μｍから０μｍとすることにより、Ｂ／Ａの値を表１に示す通り１から４８００００としたこと以外は実施例１と同様にして結晶体を作製した。

【0080】

（実施例４）
被加工材として、テルビウム・スカンジウム・ルテチウム・アルミニウム・ガーネット型単結晶（ＴＳＬＡＧ）からなる直径２０ｍｍの単結晶インゴットを準備する代わりに、テルビウム・ガリウム・ガーネット型単結晶（ＴＧＧ）からなる直径２０ｍｍの単結晶インゴットを準備し、結晶成形加工体を切断する際に結晶成形加工体を６枚の板状の結晶部に分断する代わりに９枚の板状の結晶部に分断するとともに、光通過面の転位密度Ａ、側面の転位密度Ｂ、及びＢ／Ａの値をそれぞれ表２に示す通りとしたこと以外は実施例１と同様にして結晶体を得た。

【0081】

（比較例２）
結晶成形加工体のうち新たに現れる切断面に対して、輪切り部の切断面に対して行った研削と同様にして研削のみを行い、結晶成形加工体を切断して板状の結晶部に分断した際に結晶部において新たに現れた切断面に対しても、輪切り部の切断面に対して行った研削と同様にして研削のみを行うとともに、光通過面の転位密度Ａ、側面の転位密度Ｂ、及びＢ／Ａの値をそれぞれ表２に示す通りとしたこと以外は実施例４と同様にして結晶体を得た。

【0082】

［特性評価］
（消光比の測定及び偏光観察）
まず偏光子の光透過軸と検光子の光透過軸とのなす角が９０°となるようにした。その状態で強度(Ｐ１)の光を入射し、検光子から出射された光の強度(Ｐ２)を測定した。そして、Ｐ２／Ｐ１を算出し、下記式に基づいて消光比(単位:ｄＢ) を算出した。

【数1】

【0083】

なお、消光比は通常はマイナスの値として算出されるが、本明細書では、簡便化のために絶対値で記載することとした。こうして偏光子と検光子との間に何もない状態で消光比が５０ｄＢ以上であることを確認した。

【0084】

次に、偏光子と検光子との間に、実施例１〜４及び比較例１〜２の結晶体を配置した。このとき、結晶体の２つの光通過面をそれぞれ偏光子及び検光子と平行になるように配置した。そして、光が結晶体を通過する状態にして、上記と同様に消光比（単位：ｄＢ）を算出した。結果を表１及び表２に示す。また比較例１の結晶体における消光比を基準とした場合の実施例１〜３の消光比の増加率の結果を表１に、比較例２の結晶体における消光比を基準とした場合の実施例２の消光比の増加率の結果を表２に示す。なお、光は、その入射方向が結晶体の光通過面に直交するように入射させた。

【0085】

また消光比を測定している間、検光子を観察した。その結果を図１２〜図１７に示す。図１２〜図１７はそれぞれ実施例１〜３、比較例１、実施例４及び比較例２の結晶体の偏光観察結果を示す図である。図１２〜図１７において、結晶体の内部における残留応力が大きい箇所ほど検光子側から観察した場合に明るく見え、残留応力が小さい箇所ほど検光子側から観察した場合に暗く見える。残留応力が大きい箇所ほど検光子側から観察した場合に明るく見えるのは以下の理由によるものである。すなわち、偏光子と検光子との間に結晶体を配置しない場合には、偏光子を通過した光は検光子を透過しないようになっており、偏光子と検光子との間に結晶体を配置した場合でも結晶体の内部に残留応力が生じていなければ複屈折が生じることがないため、偏光子を通過して結晶体を透過した光は検光子を透過しないようになっている。しかし、偏光子と検光子との間に結晶体を配置した場合でも結晶体の内部に残留応力が生じていれば複屈折が生じるため、偏光子を通過して結晶体を透過した光は検光子を透過し得る。そのため、結晶体において残留応力が大きい箇所ほど検光子側から観察した場合に明るく見える。

【表1】

【表2】

【0086】

表１及び表２に示す結果より、実施例１〜３の結晶体は、比較例１の結晶体よりも、消光比の増加率が十分に大きく、実施例４の結晶体は、比較例２の結晶体よりも、消光比の増加率が十分に大きいことが分かった。

【0087】

また図１２〜図１７の結果より、実施例１〜３の結晶体は、比較例１の結晶体よりも、残留内部応力が小さく、実施例４の結晶体は、比較例２の結晶体よりも、残留内部応力が小さいことも分かった。

【0088】

以上より、本発明の結晶体は、良好な消光比を実現できることが確認された。

【符号の説明】

【0089】

１…偏光子
２…検光子
３…結晶体
３ａ、３ｂ…光通過面
３ｃ…側面
４…磁界印加装置
１０…光アイソレータ（光学装置）
２０…被加工材
２３…結晶部
２３ａ，２３ｂ…切断面
２４、２５…表層部

【要約】

本発明は、互いに対向し、光を通過させる一対の光通過面と、一対の光通過面を連結する少なくとも１つの側面とを有し、結晶で構成される結晶体である。本発明の結晶体は、光通過面における転位密度Ａ（個／ｃｍ^２）及び側面における転位密度Ｂ（個／ｃｍ^２）の比であるＢ／Ａが、下記一般式：
１≦（Ｂ／Ａ）≦３６００ （１）
を満たす。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】