特開 2024-170045 ガラス材及び磁気光学素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024170045

(43)【公開日】2024-12-06

(54)【発明の名称】ガラス材及び磁気光学素子

(51)【国際特許分類】

   C03C 3/068 20060101AFI20241129BHJP

   C03C 3/095 20060101ALI20241129BHJP

   C03C 3/097 20060101ALI20241129BHJP

   C03C 3/15 20060101ALI20241129BHJP

   C03C 3/16 20060101ALI20241129BHJP

【ＦＩ】

C03C3/068

C03C3/095

C03C3/097

C03C3/15

C03C3/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086982

(22)【出願日】2023-05-26

(71)【出願人】

【識別番号】000232243

【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 太志

【テーマコード（参考）】

4G062

【Ｆターム（参考）】

4G062AA18

4G062BB01

4G062BB07

4G062CC10

4G062DA01

4G062DA02

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4G062FE01

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4G062HH09

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4G062HH13

4G062HH15

4G062HH17

4G062JJ01

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4G062JJ05

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4G062JJ10

4G062KK01

4G062KK04

4G062KK05

4G062KK07

4G062MM29

4G062NN22

(57)【要約】

【課題】熱レンズ効果を低減したガラス材及び磁気光学素子を提供する。
【解決手段】モル％で、Ｔｂ_２Ｏ_３ １０％～５８％、Ｂ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋Ｐ_２Ｏ_５ １％～８９％、ＦｅＯ＋Ｆｅ_２Ｏ_３ ０．０１ｐｐｍ～１００ｐｐｍを含有し、さらに外割のモル％でＣｅＯ_２ １％超～２０％を含有する、ガラス材。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モル％で、Ｔｂ_２Ｏ_３ １０％～５８％、Ｂ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋Ｐ_２Ｏ_５ １％～８９％、ＦｅＯ＋Ｆｅ_２Ｏ_３ ０．０１ｐｐｍ～１００ｐｐｍを含有し、さらに外割のモル％でＣｅＯ_２ １％超～２０％を含有する、ガラス材。

【請求項2】

モル％で、Ｂ_２Ｏ_３ ０％～７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０％～７０％、ＳｉＯ_２ ０％～７０％、Ｐ_２Ｏ_５ ０％～２０％を含有する、請求項１に記載のガラス材。

【請求項3】

モル％で、Ｂ_２Ｏ_３ １２％超～４０％、Ａｌ_２Ｏ_３ １％～２０％、ＳｉＯ_２ ０％～４０％、Ｐ_２Ｏ_５ ０％～５％を含有する、請求項１に記載のガラス材。

【請求項4】

モル％で、Ｐｒ_２Ｏ_３ ５％未満、Ｄｙ_２Ｏ_３ ５％未満を含有する、請求項１～３のいずれか一項に記載のガラス材。

【請求項5】

全Ｔｂに対するＴｂ^３＋の割合が５５％以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載のガラス材。

【請求項6】

波長１０６４ｎｍにおける光透過率が８０％以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載のガラス材。

【請求項7】

請求項１～３のいずれか一項に記載のガラス材を用いた、磁気光学素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラス材及び磁気光学素子に関する。

【背景技術】

【0002】

常磁性ガラス材は、磁気光学効果の一つであるファラデー効果を示すことが知られている。ファラデー効果は、磁場中に置かれた材料を通過する直線偏光を回転させる効果である。この効果を利用した磁気光学素子（例えば、ファラデー回転子）は、光アイソレータなどの磁気光学デバイスに利用される。

【0003】

常磁性ガラス材として、例えば、ＳｉＯ_２－Ｂ_２Ｏ_３－Ａｌ_２Ｏ_３－Ｔｂ_２Ｏ_３系（特許文献１）、Ｐ_２Ｏ_５－Ｂ_２Ｏ_３－Ｔｂ_２Ｏ_３系（特許文献２）が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公昭５１－４６５２４号公報

【特許文献2】特公昭５２－３２８８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年、磁気光学デバイスに照射するレーザー光の出力が増加している。レーザー光の出力が増加すると磁気光学素子の温度が上昇し、熱レンズ効果によるレーザービーム径変化（ビーム径変化）が生じやすい。このようなビーム径変化が生じると、パワー密度が変化してしまうため、例えば加工に用いた場合に、加工品質が劣化してしまう。

【0006】

以上に鑑み、本発明は熱レンズ効果を低減したガラス材及び磁気光学素子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】

上記課題を解決するガラス材及び磁気光学素子の各態様について説明する。

【0008】

態様１のガラス材は、モル％で、Ｔｂ_２Ｏ_３ １０％～５８％、Ｂ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋Ｐ_２Ｏ_５ １％～８９％、ＦｅＯ＋Ｆｅ_２Ｏ_３ ０．０１ｐｐｍ～１００ｐｐｍを含有し、さらに外割でＣｅＯ_２ １％超～２０％を含有することを特徴とする。

【0009】

態様２のガラス材は、態様１において、モル％で、Ｂ_２Ｏ_３ ０％～７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０％～７０％、ＳｉＯ_２ ０％～７０％、Ｐ_２Ｏ_５ ０％～２０％を含有することが好ましい。

【0010】

態様３のガラス材は、態様１又は態様２において、モル％で、Ｂ_２Ｏ_３ １２％超～４０％、Ａｌ_２Ｏ_３ １％～２０％、ＳｉＯ_２ ０％～４０％、Ｐ_２Ｏ_５ ０％～５％を含有することが好ましい。

【0011】

態様４のガラス材は、態様１から態様３のいずれか一つの態様において、モル％で、Ｐｒ_２Ｏ_３ ５％未満、Ｄｙ_２Ｏ_３ ５％未満を含有することが好ましい。

【0012】

態様５のガラス材は、態様１から態様４のいずれか一つの態様において、全Ｔｂに対するＴｂ^３＋の割合が５５％以上であることが好ましい。

【0013】

態様６のガラス材は、態様１から態様５のいずれか一つの態様において、波長１０６４ｎｍにおける光透過率が８０％以上であることが好ましい。

【0014】

態様７の磁気光学素子は、態様１から態様６のいずれか一つの態様のガラス材を用いることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、熱レンズ効果を低減したガラス材及び磁気光学素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明のガラス材を製造するための装置の一実施形態を示す模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明のガラス材は、モル％で、Ｔｂ_２Ｏ_３ １０％～５８％、Ｂ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋Ｐ_２Ｏ_５ １％～８９％、ＦｅＯ＋Ｆｅ_２Ｏ_３ ０．０１ｐｐｍ～１００ｐｐｍを含有し、さらに外割のモル％でＣｅＯ_２ １％超～２０％を含有することを特徴とする。ここで「さらに外割のモル％でＣｅＯ_２ １％超～２０％を含有する」とは、モル％で、ＣｅＯ_２以外の成分の含有量の合量１００％に対して、ＣｅＯ_２の含有量が１％超～２０％である（つまり、総量はモル％で１０１％超～１２０％となる）ことを意味する。

【0018】

上記のようにガラス組成を規定した理由、及び各成分の含有量について以下で説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り「％」は「モル％」を意味する。また、以下の説明における「可視～近赤外波長域」は、可視～近赤外レーザーに使用される波長域であり、特に断りのない限り３００ｎｍ～２０００ｎｍ、特に３００ｎｍ～１１００ｎｍの波長域を意味する。

【0019】

Ｔｂ_２Ｏ_３はベルデ定数の絶対値を大きくしてファラデー効果を高める成分である。Ｔｂ_２Ｏ_３の含有量は１０％～５８％であることが好ましい。より詳細には、Ｔｂ_２Ｏ_３の含有量は１０％以上、１２％以上、１５％以上、１６％以上、１８％以上、２０％以上、２１％以上、２２％以上、２５％以上、特に２６％以上であることが好ましく、５８％以下、５５％以下、５２％以下、５０％以下、４９％以下、４６％以下、４５％以下、４４％以下、４３％以下、４１％以下、特に４０％以下であることが好ましい。Ｔｂ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。Ｔｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなる。また、ガラス材の光透過率が低下しやすくなり、熱レンズ効果によるビーム径変化が生じやすくなる。なお、Ｔｂは３価や４価の状態でガラス中に存在するが、本発明ではこれら全てをＴｂ_２Ｏ_３として表す。

【0020】

全Ｔｂに対するＴｂ^３＋の割合は５５％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、特に９０％以上であることが好ましい。これにより、全Ｔｂに対するＴｂ^４＋の割合を低下させることができる。Ｔｂ^４＋は波長３００ｎｍ～１１００ｎｍに吸収を有し、ガラス材の光透過率が低下しやすくなる。そのため、全Ｔｂに対するＴｂ^３＋の割合を上記値とすることにより、可視～近赤外波長域におけるレーザー光の吸収を抑制し、ガラス材の発熱を抑制しやすくなる。よって、熱レンズ効果を抑制しやすくなる。全Ｔｂに対するＴｂ^３＋の割合の上限は、例えば１００％以下としてもよい。

【0021】

ＦｅＯ及びＦｅ_２Ｏ_３は可視～近赤外波長域における光透過率を低下させ、熱レンズ効果を生じさせやすい成分である。具体的に述べると、ＦｅＯ（Ｆｅ^２＋）は波長１２００ｎｍ付近にピークを有するブロードな吸収を有する。そのため、ガラス材が可視～近赤外波長域のレーザー光を吸収して発熱し、熱レンズ効果が発生しやすい。一方、Ｆｅ_２Ｏ_３（Ｆｅ^３＋）は上記吸収が生じないため、光透過率を向上させることができる。ただし、Ｆｅ_２Ｏ_３（Ｆｅ^３＋）は溶融の過程において還元されてＦｅＯとなる恐れがある。そのため、本発明のガラス材は、ＦｅＯ＋Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量（ＦｅＯとＦｅ_２Ｏ_３の合量）が、０．０１ｐｐｍ～１００ｐｐｍであることが好ましい。より詳細には、ＦｅＯ＋Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は０．０１ｐｐｍ以上、０．０５ｐｐｍ以上、０．１ｐｐｍ以上、０．２ｐｐｍ以上、０．３ｐｐｍ以上、０．４ｐｐｍ以上、０．５ｐｐｍ以上、特に１ｐｐｍ以上であることが好ましく、１００ｐｐｍ以下、５０ｐｐｍ以下、３０ｐｐｍ以下、２０ｐｐｍ以下、１５ｐｐｍ以下、１４ｐｐｍ以下、１３ｐｐｍ以下、１１ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下、９ｐｐｍ以下、８ｐｐｍ以下、特に５ｐｐｍ以下であることが好ましい。なお、ＦｅＯ＋Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、製造コストが増大しやすい。

【0022】

ＣｅＯ_２は熱レンズ効果によるビーム径変化を抑制する成分でもある。ＣｅＯ_２の含有量（添加量）は外割のモル％で１％超～２０％であることが好ましい。より詳細には、ＣｅＯ_２の含有量（添加量）は１％超、１．１％以上、１．２％以上、１．５％以上、特に２％以上であることが好ましく、２０％以下、１９％以下、１５％以下、特に１０％以下であることが好ましい。ＣｅＯ_２の添加量が少なすぎると、上記効果が得づらくなる。ＣｅＯ_２の添加量が多すぎると、かえってガラス材の光透過率が低下しやすくなる。

【0023】

このように、本発明のガラス材は、光透過率を低下させて熱レンズ効果を生じさせやすいＦｅＯ及びＦｅ_２Ｏ_３が入っていたとしても、ＣｅＯ_２を必須成分として含有していることにより、ガラス材の可視～近赤外波長域における光透過率低下を抑制し、レーザー光吸収を低減することができる。よって、本発明のガラス材は、熱レンズ効果を低減することができる。

【0024】

Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５はガラス骨格となり、ガラス化範囲を広げてガラス化を安定にする成分である。Ｂ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋Ｐ_２Ｏ_５の含有量（Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５の合量）は１％～８９％であることが好ましい。より詳細には、Ｂ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋Ｐ_２Ｏ_５の含有量は、１％以上、５％以上、１０％以上、１５％以上、２０％以上、２５％以上、３０％以上、３５％以上、４０％以上、４５％以上、特に４８％以上であることが好ましく、８９％以下、８５％以下、８０％以下、７５％以下、特に７０％以下であることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋Ｐ_２Ｏ_５の含有量が少なすぎると、ガラス化しづらくなる。Ｂ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多すぎると、十分なファラデー効果が得づらくなる。なお、各成分の好ましい範囲は以下の通りである。

【0025】

Ｂ_２Ｏ_３の含有量は０％～７０％であることが好ましい。より詳細には、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、０％以上、１％以上、５％以上、１０％以上、特に１２％超であることが好ましく、７０％以下、６７％以下、６５％以下、６０％以下、５５％以下、５０％以下、４５％以下、特に４０％以下であることが好ましい。

【0026】

Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０％～７０％であることが好ましい。より詳細には、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０％以上、１％以上、特に２％以上であることが好ましく、７０％以下、６７％以下、６５％以下、６０％以下、５５％以下、５０％以下、４５％以下、４０％以下、３５％以下、３０％以下、２５％以下、特に２０％以下であることが好ましい。

【0027】

ＳｉＯ_２の含有量は０％～７０％であることが好ましい。より詳細には、ＳｉＯ_２の含有量は０％以上、１％以上、５％以上、特に１０％以上であることが好ましく、７０％以下、６７％以下、６５％以下、６０％以下、５５％以下、５０％以下、４５％以下、特に４０％以下であることが好ましい。

【0028】

Ｐ_２Ｏ_５の含有量は０％～２０％であることが好ましい。より詳細には、Ｐ_２Ｏ_５の含有量は０％以上、１％以上、特に２％以上であることが好ましく、２０％以下、１５％以下、１０％以下、特に５％以下であることが好ましい。

【0029】

本発明のガラス材には、上記成分に加えて、下記成分を含有させることができる。

【0030】

ＧｅＯ_２はガラス骨格となりガラス化範囲を広げてガラス化を安定にする成分である。ＧｅＯ_２の含有量は０％～６０％であることが好ましい。より詳細には、ＧｅＯ_２の含有量は６０％以下、５５％以下、５０％以下、４５％以下、４０％以下、特に３５％以下であることが好ましい。ＧｅＯ_２の含有量が多すぎると、十分なファラデー効果が得られにくくなる。ガラス化範囲を広げる観点からは、ＧｅＯ_２の含有量の下限は、例えば０％以上、特に１％以上としてもよい。

【0031】

ＺｎＯはガラス化を安定にする成分である。ＺｎＯの含有量は０％～２０％であることが好ましい。より詳細には、ＺｎＯの含有量は２０％以下、１５％以下、１３％以下、１０％以下、８％以下、特に５％以下であることが好ましい。ＺｎＯの含有量が多すぎると、失透しやすくなる。また、十分なファラデー効果が得られにくくなる。ガラス化を安定化させる観点からは、ＺｎＯの含有量は０％以上、特に１％以上としてもよい。

【0032】

Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３はガラス化を安定にする成分である。Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３の含有量は、それぞれ１０％以下、７％以下、５％以下、４％以下、２％以下、特に１％以下であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、かえってガラス化しにくくなる。Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３の含有量の下限は、例えば、それぞれ０％以上、特に０．１％以上としてもよい。

【0033】

Ｐｒ_２Ｏ_３及びＤｙ_２Ｏ_３は、可視～近赤外波長域に光吸収を有する。そのため、Ｐｒ_２Ｏ_３及びＤｙ_２Ｏ_３の含有量は、それぞれ５％未満、４％以下、３％以下、２％以下、１％以下、５００ｐｐｍ以下、特に１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、可視～近赤外波長域における光透過率が低下しやすくなる。なお、ガラス中に存在するＰｒ及びＤｙは３価又は４価の状態で存在するが、本発明ではこれらをＰｒ_２Ｏ_３又はＤｙ_２Ｏ_３として表す。Ｐｒ_２Ｏ_３及びＤｙ_２Ｏ_３の含有量の下限は、例えば、それぞれ０％以上、特に０．００１ｐｐｍ以上としてもよい。

【0034】

Ｅｕ_２Ｏ_３及びＳｍ_２Ｏ_３は、可視～近赤外波長域に光吸収を有する。そのため、Ｅｕ_２Ｏ_３及びＳｍ_２Ｏ_３の含有量は、それぞれ５％未満、３％以下、２％以下、１％以下、５００ｐｐｍ以下、特に１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、可視～近赤外波長域における光透過率が低下しやすくなる。なお、ガラス中に存在するＥｕ又はＳｍは２価又は３価の状態で存在するが、本発明ではこれらをそれぞれＥｕ_２Ｏ_３又はＳｍ_２Ｏ_３として表す。Ｅｕ_２Ｏ_３及びＳｍ_２Ｏ_３の含有量の下限は、例えば、それぞれ０．００１ｐｐｍ以上としてもよい。

【0035】

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯはガラス化を安定にするとともに、化学的耐久性を高めやすい成分である。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの含有量は、それぞれ１０％以下、特に５％以下であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、十分なファラデー効果が得られにくくなる。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの含有量の下限は、例えば、それぞれ０％以上、特に１％以上としてもよい。

【0036】

Ｇａ_２Ｏ_３はガラス化を安定にするとともに、ガラス化範囲を広げやすい成分である。Ｇａ_２Ｏ_３の含有量は０％～６％であることが好ましい。より詳細には、Ｇａ_２Ｏ_３の含有量は６％以下、５％以下、４％以下、特に２％以下であることが好ましい。Ｇａ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、失透しやすくなる。また、十分なファラデー効果が得られにくくなる。Ｇａ_２Ｏ_３の含有量の下限は、例えば０％以上、特に１％以上としてもよい。

【0037】

フッ素はガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げやすい成分である。フッ素の含有量（Ｆ_２換算）は０％～１０％であることが好ましい。より詳細には、フッ素の含有量は１０％以下、７％以下、５％以下、３％以下、２％以下、特に１％以下であることが好ましい。フッ素の含有量が多すぎると、溶融中に成分が揮発してガラス化に悪影響を及ぼすおそれがある。また、脈理が生じやすくなる。フッ素の含有量の下限は、例えば０％以上、特に０．１％以上としてもよい。

【0038】

ガラス材は、波長１０６４ｎｍにおける光透過率が８０％以上、８２％以上、特に８３％以上であることが好ましい。また、波長６３３ｎｍにおいて、光透過率が６０％以上、６５％以上、７０％以上、特に７５％以上であることが好ましい。さらに、波長５３２ｎｍにおいて、光透過率が３０％以上、５０％以上、６０％以上、特に７０％以上であることが好ましい。上記波長域において光透過率が高いことにより、光吸収による磁気光学素子の発熱を抑制し、熱レンズ効果によるビーム径変化を抑制しやすくなる。なお、上記の光透過率は、ガラス材の厚みが１ｍｍであるときの値である。また、上述した各波長における光透過率の上限は、例えば１００％以下、特に９９％以下としてもよい。

【0039】

本発明のガラス材は、上記構成を有することにより光透過率を高め、ビーム径変化を抑制することができる。例えば、ビーム径変化率を３０％以下、２５％以下、２０％以下、特に１５％以下に抑制することができる。なお、ビーム径変化率は、例えば以下のように測定することができる。はじめに、厚さ３ｍｍに加工したガラスサンプルに対して、波長１０６４ｎｍ、出力５０Ｗのレーザー光をφ１ｍｍのビーム径でそれぞれ入射し、サンプルから３００ｍｍの位置でのビーム径のサイズを測定する。ビーム径は、例えば１／ｅ^２の値とすることができる。次に、出力１０ｍＷでのビーム径を基準として、出力を５０Ｗにしたときのビーム径変化率を計算できる。なお、サンプルが無い状態でも、コリメートレンズの熱レンズ効果によってビーム径変化が見られる場合は、測定したビーム径変化率から、サンプルが無い状態のビーム径変化率を差し引いた値をビーム径変化率とすることができる。

【0040】

本発明のガラス材の波長１０６４ｎｍにおけるベルデ定数は、０．０１ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ以上、特に０．０２ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ以上であることが好ましい。上記ベルデ定数を有するガラス材は、磁気光学素子に好適に用いることができる。波長１０６４ｎｍにおけるベルデ定数の上限は、例えば０．５ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ未満、０．４ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ以下、特に０．３ｍｉｎ／Ｏｅ・ｃｍ以下としてもよい。なお、上記ベルデ定数は回転検光子法を用いて測定される値を意味する。

【0041】

本発明のガラス材は、光アイソレータ、光サーキュレータ、磁気センサ等の磁気デバイスを構成する磁気光学素子（例えば、ファラデー回転子）に好適に用いることができる。

【0042】

本発明のガラス材は、例えば、無容器浮遊法により作製することができる。図１は、本発明のガラス材を製造するための装置の一実施形態を示す模式的断面図である。以下、図１を参照しながら、本発明のガラス材を製造する方法について説明する。

【0043】

ガラス材の製造装置１は成形型１０を有する。成形型１０は溶融容器としての役割も果たす。成形型１０は、成形面１０ａと、成形面１０ａに開口している複数のガス噴出孔１０ｂとを有する。ガス噴出孔１０ｂは、ガスボンベなどのガス供給機構１１に接続されている。このガス供給機構１１からガス噴出孔１０ｂを経由して、成形面１０ａにガスが供給される。ガスの種類は特に限定されず、例えば、空気や酸素であってもよいし、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素を含有した還元性ガスであってもよい。なかでも、ガラス材の酸化抑制及び安全性の観点から、不活性ガスを使用することが好ましい。

【0044】

ガラス材の製造装置１を用いて、以下のようにガラス材を製造することができる。はじめに、ガラス原料塊１２を成形面１０ａ上に配置する。ガラス原料塊１２は、例えば、原料粉末をプレス成型等により一体化したものや、原料粉末をプレス成型等により一体化した後に焼結させた焼結体や、目標ガラス組成と同等の組成を有する結晶の集合体等が挙げられる。

【0045】

次に、ガス噴出孔１０ｂからガスを噴出させることにより、ガラス原料塊１２を成形面１０ａ上で浮遊させる。すなわち、ガラス原料塊１２を、成形面１０ａに接触していない状態で保持する。その状態で、レーザー光照射装置１３からレーザー光をガラス原料塊１２に照射する。これにより、ガラス原料塊１２を加熱溶融してガラス化させ、溶融ガラスを得る。その後、溶融ガラスを冷却することにより、ガラス材を得る。このとき、溶融ガラス及びガラス材の温度が少なくとも軟化点以下となるまで冷却する。ガラス原料塊１２を加熱溶融する工程と、溶融ガラス及びガラス材の温度が少なくとも軟化点以下となるまで冷却する工程においては、少なくともガスの噴出を継続し、ガラス原料塊１２、溶融ガラス、さらにはガラス材と成形面１０ａとの接触を抑制することが好ましい。なお、磁場を印加することにより発生する磁力を利用して、ガラス原料塊１２を成形面１０ａ上に浮遊させてもよい。また、レーザー光を照射する方法以外にも、輻射加熱等によりガラス原料塊１２を加熱溶融してもよい。

【0046】

本発明のガラス材の製造方法は、上述した無容器浮遊法に限定されない。例えば、本発明のガラス材は、るつぼ溶融により製造してもよい。るつぼ溶融の場合は、大量の原料粉末を一度に溶融することができるため、大型のガラス材を得やすくなる。大型のガラス材は、ハイパワーレーザー用途等に好適に用いることができる。

【実施例0047】

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0048】

表１～３は本発明の実施例１～１７及び比較例１、２を示している。

【0049】

【表1】

【0050】

【表2】

【0051】

【表3】

【0052】

各試料は以下のように作製した。はじめに、表１～３に示すガラス組成となるよう原料を調合し、プレス成型した。プレス成型した原料を８００℃で５時間焼結することにより、ガラス原料塊を作製した。

【0053】

次に、乳鉢中でガラス原料塊を粗粉砕し、１ｇの小片とした。次に、ガラス原料塊の小片と、図１に準じた装置を用いて、無容器浮遊法によりガラス材（直径約９ｍｍ）を作製した。熱源には１００ＷのＣＯ_２レーザー発振器を用いた。また、ガラス原料塊を空中に浮遊させるためのガスに窒素ガスを用い、供給流量は１～３０Ｌ／分とした。得られたガラス材は４％－Ｈ_２／Ｎ_２雰囲気、７７０℃にて６時間アニールを行った後、以下の測定を行った。結果を表１～３に示す。なお、実施例１～１７においてＣｅＯ_２を含む全成分の合量が１００モル％となるよう換算すると、モル％で、Ｔｂ_２Ｏ_３ １２．６％～５１％、Ｂ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２＋Ｐ_２Ｏ_５ ４７．１％～７１．４％、ＣｅＯ_２ １．１％～１６．７％、ＦｅＯ＋Ｆｅ_２Ｏ_３ ０．１ｐｐｍ～４．９ｐｐｍを含有するガラス材が得られた。このとき、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２及びＰ_２Ｏ_５の含有量は、それぞれＢ_２Ｏ_３ ０％～５８．３％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０％～６０．２％、ＳｉＯ_２ ０％～６１．８％、Ｐ_２Ｏ_５ ０％～９．２％となった。

【0054】

ベルデ定数は、回転検光子法を用いて測定した。具体的には、得られたガラス材を１ｍｍの厚さとなるよう研磨加工し、１０ｋＯｅの磁場中で波長５００ｎｍ～１１００ｎｍの範囲におけるファラデー回転角を測定し、波長１０６４ｎｍでのベルデ定数を算出した。

【0055】

光透過率は、分光光度計（日本分光社製Ｖ－６７０）を用いて測定した。具体的には、得られたガラス材を１ｍｍの厚さとなるよう研磨加工し、光透過率曲線から波長１０６４ｎｍにおける光透過率を読み取った。なお、光透過率は反射も含んだ外部透過率である。

【0056】

全Ｔｂに対するＴｂ^３＋の割合は、Ｘ線吸収微細構造解析（ＸＡＦＳ）を用いて測定した。具体的には、Ｘ線吸収端構造領域（ＸＡＮＥＳ）のスペクトルを得て、各Ｔｂイオンのピーク位置のシフト量から全Ｔｂに対するＴｂ^3＋の割合（モル％）を算出した。

【0057】

ビーム径変化率は次のように測定した。はじめに、厚さ３ｍｍに加工したガラスサンプルに対して、波長１０６４ｎｍ、出力５０Ｗのレーザー光をφ１ｍｍのビーム径でそれぞれ入射し、サンプルから３００ｍｍの位置でのビーム径のサイズを測定した。ビーム径は１／ｅ^２の値とした。次に、出力１０ｍＷでのビーム径を基準として、出力を５０Ｗにしたときのビーム径変化率を計算した。なお、サンプルが無い状態でも、コリメートレンズの熱レンズ効果によってビーム径変化が見られたため、測定したビーム径変化率から、サンプルが無い状態のときのビーム径変化量を差し引いた値をビーム径変化率とした。

【0058】

表１～３に示すように、実施例１～１７のガラス材は、波長１０６４ｎｍにおいて、ベルデ定数の絶対値が０．０２７～０．２１５であった。また、光透過率は波長１０６４ｎｍにおいて８２．２％以上となり、ビーム径変化率は１５％以下と低くなった。

【0059】

一方、比較例１、２のガラス材は、光透過率が７９．５％以下であり、ビーム径変化率は３３％以上となった。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明のガラス材は、光アイソレータ、光サーキュレータ、磁気センサ等の磁気デバイスを構成する磁気光学素子（例えば、ファラデー回転子）に好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0061】

１ ガラス材の製造装置
１０ 成形型
１０ａ 成形面
１０ｂ ガス噴出孔
１１ ガス供給機構
１２ ガラス原料塊
１３ レーザー光照射装置

【図1】