JP6926436B2 - Glass material and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、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に好適なガラス材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a glass material suitable for a magneto-optical element constituting a magnetic device such as an optical isolator, an optical circulator, and a magnetic sensor, and a method for manufacturing the same.
常磁性化合物である酸化テルビウムを含むガラス材は、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。ファラデー効果とは、磁場中におかれた材料を通過する直線偏光の偏光面を回転させる効果である。このような効果は光アイソレータや磁界センサなどに利用されている。 A glass material containing terbium oxide, which is a paramagnetic compound, is known to exhibit a Faraday effect, which is one of the magneto-optical effects. The Faraday effect is the effect of rotating a linearly polarized polarization plane that passes through a material placed in a magnetic field. Such effects are used in optical isolators, magnetic field sensors, and the like.
ファラデー効果による旋光度(偏光面の回転角)θは、磁場の強さをH、偏光が通過する物質の長さをLとして、以下の式により表される。式中において、Vは物質の種類に依存する定数であり、ベルデ定数と呼ばれる。ベルデ定数は反磁性体の場合は正の値、常磁性体の場合は負の値となる。ベルデ定数の絶対値が大きいほど、旋光度の絶対値も大きくなり、結果として大きなファラデー効果を示す。 The optical rotation (angle of rotation of the plane of polarization) θ due to the Faraday effect is expressed by the following equation, where H is the strength of the magnetic field and L is the length of the substance through which the polarized light passes. In the formula, V is a constant that depends on the type of substance and is called Verdet's constant. The Verdet constant has a positive value in the case of a diamagnetic material and a negative value in the case of a paramagnetic material. The larger the absolute value of Verdet's constant, the larger the absolute value of optical rotation, resulting in a greater Faraday effect.
θ=VHL θ = VHL
従来、ファラデー効果を示すガラス材として、SiO2−B2O3−Al2O3−Tb2O3系のガラス材(特許文献1参照)、P2O5−B2O3−Tb2O3系のガラス材(特許文献2参照)、あるいはP2O5−TbF3−RF2(Rはアルカリ土類金属)系のガラス材(特許文献3参照)等が知られている。 Conventionally, as a glass material exhibiting a Faraday effect, a SiO 2- B 2 O 3- Al 2 O 3- Tb 2 O 3 system glass material (see Patent Document 1), P 2 O 5- B 2 O 3- Tb 2 O 3- based glass materials (see Patent Document 2), P 2 O 5- TbF 3- RF 2- (R is an alkaline earth metal) -based glass material (see Patent Document 3), and the like are known.
上記のガラス材は可視域〜赤外域(例えば450〜1500nm)の範囲で高い透過率を示すものの、低波長域(例えば450nm以下)ではテルビウム元素自体による光吸収を示す。そのため、低波長域では光透過率が低下し、磁気光学デバイスの光取出し効率に劣るという問題がある。 The above glass material exhibits high transmittance in the visible region to the infrared region (for example, 450 to 1500 nm), but exhibits light absorption by the terbium element itself in the low wavelength region (for example, 450 nm or less). Therefore, there is a problem that the light transmittance is lowered in the low wavelength region and the light extraction efficiency of the magneto-optical device is inferior.
以上に鑑み、本発明は、高いファラデー効果と、低波長域における高い透過率を両立させることが可能なガラス材を提供することを目的とする。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a glass material capable of achieving both a high Faraday effect and a high transmittance in a low wavelength region.
本発明者が鋭意検討を行った結果、特定の組成を有するガラス材により前記課題を解決できることを見出した。 As a result of diligent studies by the present inventor, it has been found that the above problem can be solved by a glass material having a specific composition.
即ち、本発明のガラス材は、モル%で、Pr2O3 25〜50%(ただし25%は含まない)、SiO2 40〜75%(ただし75%は含まない)を含有することを特徴とする。 That is, the glass material of the present invention is characterized by containing Pr 2 O 3 25 to 50% (however, 25% is not included) and SiO 2 40 to 75% (however, 75% is not included) in mol%. And.
本発明のガラス材は、Pr2O3を含有する。Pr2O3は基本的に420nm以下(例えば250〜420nm)の波長域に光吸収を示さないため、当該波長域において高い透過率を示す。 The glass material of the present invention contains Pr 2 O 3. Since Pr 2 O 3 basically does not show light absorption in the wavelength range of 420 nm or less (for example, 250 to 420 nm), it shows high transmittance in the wavelength range.
さらに、本発明者は、ガラス材のベルデ定数の絶対値は、Prイオン密度に比例して大きくなることに着目した。そこで、Prイオン密度が大きくなるガラス組成を見出し、本発明を提案するに至った。 Furthermore, the present inventor has noted that the absolute value of the Verdet constant of the glass material increases in proportion to the Pr ion density. Therefore, they have found a glass composition in which the Pr ion density is increased, and have proposed the present invention.
ガラス材におけるPrイオン密度は下記の式で求められる。 The Pr ion density in the glass material is calculated by the following formula.
Prイオン密度=(ρ×n×NA)/M
ρ:ガラス材の密度、n:Prイオンのモル数、NA:アボガドロ数、M:ガラス材のモル質量
Pr ion density = (ρ × n × N A ) / M
[rho: density of the glass material, n: Pr molar number of ion, N A: Avogadro's number, M: molar mass of the glass material
上記の式から明らかなように、Prイオン密度を大きくするためには、ガラス材の密度を大きくする、Prイオンの含有量を増やす、またはガラス材のモル質量を小さくするという方法が考えられる。これらの中で、本発明者はガラス材のモル質量に着目し、ガラス材に添加する種々のガラス骨格成分について調査した結果、ガラス材のモル質量を小さくするためには、SiO2を用いることが効果的であることを見出した。すなわち、SiO2は分子量は60.08と小さいため、ガラス材中に多量に含有させても、Prイオン密度を低下させにくい。そこで、本発明のガラス材においては、SiO2を上記の通り多量に含有させることにより、ファラデー効果の低下(ベルデ定数の絶対値の低下)を抑制しつつ、ガラス化を容易にしている。 As is clear from the above formula, in order to increase the Pr ion density, a method of increasing the density of the glass material, increasing the content of Pr ions, or decreasing the molar mass of the glass material can be considered. Among these, the present inventor paid attention to the molar mass of the glass material, and as a result of investigating various glass skeleton components added to the glass material, in order to reduce the molar mass of the glass material, SiO 2 was used. Found to be effective. That is, since SiO 2 has a small molecular weight of 60.08, it is difficult to reduce the Pr ion density even if it is contained in a large amount in the glass material. Therefore, in the glass material of the present invention, by containing a large amount of SiO 2 as described above, vitrification is facilitated while suppressing a decrease in the Faraday effect (decrease in the absolute value of Verdet constant).
本発明のガラス材は、さらに、モル%で、B2O3 0〜25%を含有することが好ましい。このようにすれば、ガラス化がより容易になる。しかしながら、B2O3は分子量が69.62と比較的大きいため、ガラス材のモル質量が大きくなり、Prイオン密度が比較的低下しやすいため、含有量の上限を上記の通り規制している。 Glass material of the present invention, further, in mol%, preferably contains 2 O 3 0~25% B. In this way, vitrification becomes easier. However, since B 2 O 3 has a relatively large molecular weight of 69.62, the molar mass of the glass material becomes large and the Pr ion density tends to decrease relatively easily, so that the upper limit of the content is regulated as described above. ..
本発明のガラス材は、さらに、モル%で、Al2O3 0〜35%を含有することが好ましい。このようにすれば、ガラス化がより容易になる。しかしながら、Al2O3は分子量が101.96と大きいため、ガラス材のモル質量が大きくなり、Prイオン密度が比較的低下しやすいため、含有量の上限を上記の通り規制している。 The glass material of the present invention further preferably contains Al 2 O 30 to 35% in mol%. In this way, vitrification becomes easier. However, since Al 2 O 3 has a large molecular weight of 101.96, the molar mass of the glass material becomes large and the Pr ion density tends to decrease relatively, so that the upper limit of the content is regulated as described above.
本発明のガラス材は、厚さ1mmで、波長405nmにおける光透過率が50%以上であることが好ましい。 The glass material of the present invention preferably has a thickness of 1 mm and a light transmittance of 50% or more at a wavelength of 405 nm.
本発明のガラス材は、磁気光学素子として用いることができる。例えば、本発明のガラス材は、磁気光学素子の一種であるファラデー回転素子として用いることができる。上記の用途に用いることにより、本発明の効果を享受することができる。 The glass material of the present invention can be used as a magneto-optical element. For example, the glass material of the present invention can be used as a Faraday rotating element, which is a kind of magneto-optical element. By using it for the above purposes, the effects of the present invention can be enjoyed.
本発明のガラス材の製造方法は、上記のガラス材を製造するための方法であって、原料塊を空中に浮遊させて保持した状態で、原料塊を加熱融解させて溶融ガラスを得た後に、溶融ガラスを冷却する工程を備えることを特徴とする。本発明のガラス材は、SiO2を多量に含有することによりガラス化を容易にしているが、融点は比較的高くなるため、溶融容器を用いた通常の溶融法では作製が困難な場合がある。例えば、通常の溶融で用いられる溶融容器(坩堝)のうち、高温溶融に適している白金製容器でも融点は1770℃程度であるため、それより融点の高いガラス材は製造することが困難である。しかしながら、上記の方法(無容器浮遊法)によれば、このように融点が比較的高いガラス材であっても、基本的に溶融ガラスが溶融容器に接触しないため、溶融容器との界面を起点とする結晶化を防止することができ、ガラス材を容易に作製することが可能となる。 The method for producing a glass material of the present invention is a method for producing the above-mentioned glass material, in which the raw material lump is suspended and held in the air, and the raw material lump is heated and melted to obtain molten glass. It is characterized by comprising a step of cooling the molten glass. Although the glass material of the present invention facilitates vitrification by containing a large amount of SiO 2 , it may be difficult to produce it by a normal melting method using a melting container because the melting point is relatively high. .. For example, among the melting containers (crucibles) used for ordinary melting, even a platinum container suitable for high-temperature melting has a melting point of about 1770 ° C., so it is difficult to manufacture a glass material having a melting point higher than that. .. However, according to the above method (container-free floating method), even if the glass material has a relatively high melting point, the molten glass basically does not come into contact with the molten container, so the starting point is the interface with the molten container. Crystallization can be prevented, and a glass material can be easily produced.
本発明によれば、高いファラデー効果と、低波長域における高い透過率を両立させることが可能であり、特に低波長域での磁気光学デバイスのファラデー回転素子として好適である。 According to the present invention, it is possible to achieve both a high Faraday effect and a high transmittance in a low wavelength region, and it is particularly suitable as a Faraday rotating element for a magneto-optical device in a low wavelength region.
本発明のガラス材は、モル%で、Pr2O3 25〜50%(ただし25%は含まない)、SiO2 40〜75%(ただし75%は含まない)を含有する。ガラス組成範囲をこのように限定した理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り「%」は「モル%」を意味する。 The glass material of the present invention contains Pr 2 O 3 25 to 50% (but does not contain 25%) and SiO 2 40 to 75% (but does not contain 75%) in mol%. The reason for limiting the glass composition range in this way will be described below. In the following description of the content of each component, "%" means "mol%" unless otherwise specified.
Pr2O3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。Pr2O3の含有量は25〜50%(ただし25%は含まない)であり、好ましくは26〜50%(ただし50%は含まない)、より好ましくは27〜49%、さらに好ましくは30〜48%である。Pr2O3の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、Pr2O3の含有量が多すぎると、ガラス化が困難になる傾向がある。なお、ガラス中におけるPrは3価や4価の状態で存在するが、本発明ではこれら全てをPr2O3として表す。 Pr 2 O 3 is a component that enhances the Faraday effect by increasing the absolute value of Verdet's constant. The content of Pr 2 O 3 is 25 to 50% (but not 25%), preferably 26 to 50% (but not 50%), more preferably 27 to 49%, even more preferably 30. ~ 48%. If the content of Pr 2 O 3 is too small, it becomes difficult to obtain the above effect. On the other hand, if the content of Pr 2 O 3 is too large, vitrification tends to be difficult. Although Pr exists in a trivalent or tetravalent state in glass, all of them are represented as Pr 2 O 3 in the present invention.
ベルデ定数の起源となる磁気モーメントはPr4+よりもPr3+の方が大きい。よって、ガラス材におけるPr3+の割合が大きいほど、ファラデー効果が大きくなるため好ましい。具体的には、全Pr中におけるPr3+の割合は、モル%で50%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。 The magnetic moment that is the origin of Verdet's constant is larger in Pr 3+ than in Pr 4+. Therefore, the larger the proportion of Pr 3+ in the glass material, the greater the Faraday effect, which is preferable. Specifically, the proportion of Pr 3+ in all Pr is preferably 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, and particularly 90% or more in mol%.
SiO2はガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分である。それにより、ガラス材の大径化が容易となる。また既述の通り、SiO2はガラス材におけるPrイオン密度を低下させにくいため、多量に含有させた場合のファラデー効果の低下を抑制することができる。さらに、SiO2はガラス転移点を上昇させて熱的安定性を高める効果、機械的強度を高める効果、化学的耐久性を高める効果も有する。SiO2の含有量は40〜75%(ただし75%は含まない)であり、好ましくは43%〜73%、より好ましくは45%〜70%である。 SiO 2 is a component that forms a glass skeleton and expands the vitrification range. As a result, the diameter of the glass material can be easily increased. Further, as described above, since SiO 2 does not easily reduce the Pr ion density in the glass material, it is possible to suppress the decrease in the Faraday effect when it is contained in a large amount. Further, SiO 2 also has an effect of increasing the glass transition point to increase thermal stability, an effect of increasing mechanical strength, and an effect of increasing chemical durability. The content of SiO 2 is 40 to 75% (however, 75% is not included), preferably 43% to 73%, and more preferably 45% to 70%.
本発明のガラス材には、上記成分以外にも、以下に示す種々の成分を含有させることができる。 In addition to the above components, the glass material of the present invention may contain various components shown below.
B2O3はガラス形成能を高める成分である。B2O3を含有させることによりガラス材の大径化が容易となる。ただし、既述の通り、B2O3はSiO2よりも分子量が大きいため、ファラデー効果を比較的低下させやすい。また、熱的安定性や硬度を低下させやすい成分である。従って、B2O3の含有量は好ましくは0〜25%(ただし25%は含まない)、より好ましくは0.1〜23%、さらに好ましくは1〜20%、特に好ましくは2〜15%である。 B 2 O 3 is a component that enhances the glass forming ability. By containing B 2 O 3 , it becomes easy to increase the diameter of the glass material. However, as described above, since B 2 O 3 has a higher molecular weight than SiO 2 , the Faraday effect is relatively likely to be reduced. In addition, it is a component that easily reduces thermal stability and hardness. Therefore, the content of B 2 O 3 is preferably 0 to 25% (but not 25%), more preferably 0.1 to 23%, still more preferably 1 to 20%, and particularly preferably 2 to 15%. Is.
Al2O3はガラス骨格を形成し、ガラス化範囲を広げる成分である。Al2O3を含有させることによりガラス材の大径化が容易となる。ただし、既述の通り、Al2O3はB2O3よりも分子量が大きいため、ファラデー効果を比較的低下させやすい。従って、Al2O3の含有量は0〜35%であり、好ましくは0〜30%、より好ましくは0.1〜20%、さらに好ましくは1〜17%である。 Al 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton and expands the vitrification range. By containing Al 2 O 3 , it becomes easy to increase the diameter of the glass material. However, as described above, since Al 2 O 3 has a larger molecular weight than B 2 O 3 , the Faraday effect is relatively likely to be reduced. Therefore, the content of Al 2 O 3 is 0 to 35%, preferably 0 to 30%, more preferably 0.1 to 20%, and even more preferably 1 to 17%.
なお、B2O3+Al2O3は0〜35%、0.1〜30%、1〜28%、特に2〜25%であることが好ましい。ここで、「B2O3+Al2O3」は、B2O3及びAl2O3の含有量の合量を意味する。 B 2 O 3 + Al 2 O 3 is preferably 0 to 35%, 0.1 to 30%, 1 to 28%, and particularly preferably 2 to 25%. Here, "B 2 O 3 + Al 2 O 3 " means the total amount of the contents of B 2 O 3 and Al 2 O 3.
La2O3、Gd2O3、Yb2O3、Y2O3はガラス化の安定性を向上させる効果があるが、その含有量が多すぎるとかえってガラス化しにくくなる。また、光透過率低下の原因となる。よって、La2O3、Gd2O3、Yb2O3、Y2O3の含有量は各々10%以下、特に5%以下であることが好ましい。 La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , and Y 2 O 3 have the effect of improving the stability of vitrification, but if the content is too large, it becomes difficult to vitrify. It also causes a decrease in light transmittance. Therefore, the contents of La 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Yb 2 O 3 , and Y 2 O 3 are each preferably 10% or less, particularly preferably 5% or less.
Dy2O3、Eu2O3、Ce2O3はガラス化の安定性を向上させるとともに、ベルデ定数の向上にも寄与する。ただし、その含有量が多すぎるとかえってガラス化しにくくなる。また、光透過率低下の原因となる。よって、Dy2O3、Eu2O3、Ce2O3の含有量は各々15%以下、特に10%以下であることが好ましい。なお、Dy2O3、Eu2O3、Ce2O3の含有量は、ガラス中に存在するDy、Eu、Ceを全て3価の酸化物に換算して表したものである。 Dy 2 O 3 , Eu 2 O 3 , and Ce 2 O 3 improve the stability of vitrification and also contribute to the improvement of Verdet's constant. However, if the content is too large, it becomes difficult to vitrify. It also causes a decrease in light transmittance. Therefore, the contents of Dy 2 O 3 , Eu 2 O 3 , and Ce 2 O 3 are each preferably 15% or less, particularly preferably 10% or less. The contents of Dy 2 O 3 , Eu 2 O 3 , and Ce 2 O 3 are expressed by converting all of Dy, Eu, and Ce existing in the glass into trivalent oxides.
MgO、CaOはガラス化を安定にし、また化学的耐久性を高める効果がある。また、分子量が比較的小さいため、Prイオン密度を低下させにくいという特徴がある。ただし、その含有量が多すぎるとガラス化しにくくなる。従って、これらの成分の含有量は各々0〜20%、特に0〜15%であることが好ましい。 MgO and CaO have the effect of stabilizing vitrification and increasing chemical durability. Further, since the molecular weight is relatively small, it is difficult to reduce the Pr ion density. However, if the content is too large, it becomes difficult to vitrify. Therefore, the content of each of these components is preferably 0 to 20%, particularly preferably 0 to 15%.
SrO、BaOはガラス化を安定にし、また化学的耐久性を高める効果がある。ただし、分子量が比較的大きいため、その含有量が多すぎるとPrイオン密度が低下して、十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、これらの成分の含有量は各々0〜10%、特に0〜5%であることが好ましい。 SrO and BaO have the effect of stabilizing vitrification and increasing chemical durability. However, since the molecular weight is relatively large, if the content is too large, the Pr ion density decreases, and it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of each of these components is preferably 0 to 10%, particularly preferably 0 to 5%.
GeO2はガラス形成能を高める成分である。ただし、GeO2は分子量が比較的大きいため、その含有量が多すぎるとPrイオン密度が低下して、十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、GeO2の含有量は0〜15%、0〜10%、特に0〜9%であることが好ましい。 GeO 2 is a component that enhances the glass forming ability. However, since Geo 2 has a relatively large molecular weight, if the content is too large, the Pr ion density decreases, and it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of GeO 2 is preferably 0 to 15%, 0 to 10%, and particularly preferably 0 to 9%.
P2O5はガラス形成能を高める成分である。ただし、P2O5は分子量が比較的大きいため、その含有量が多すぎるとPrイオン密度が低下して、十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、P2O5の含有量は0〜7%、特に0〜5%であることが好ましい。 P 2 O 5 is a component that enhances the glass forming ability. However, since P 2 O 5 has a relatively large molecular weight, if the content is too large, the Pr ion density decreases, and it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of P 2 O 5 is preferably 0 to 7%, particularly preferably 0 to 5%.
Ga2O3はガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げる効果を有する。ただし、Ga2O3は分子量が比較的大きいため、その含有量が多すぎるとPrイオン密度が低下して、十分なファラデー効果が得られにくくなる。従って、Ga2O3の含有量は0〜6%、特に0〜5%であることが好ましい。 Ga 2 O 3 has the effect of increasing the glass forming ability and expanding the vitrification range. However, since Ga 2 O 3 has a relatively large molecular weight, if the content is too large, the Pr ion density decreases, and it becomes difficult to obtain a sufficient Faraday effect. Therefore, the content of Ga 2 O 3 is preferably 0 to 6%, particularly preferably 0 to 5%.
フッ素はガラス形成能を高め、ガラス化範囲を広げる効果を有する。ただし、その含有量が多すぎると溶融中に揮発して組成変動を引き起こしたり、ガラス化に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、フッ素の含有量(F2換算)は0〜10%、0〜7%、特に0〜5%であることが好ましい。 Fluorine has the effect of increasing the glass forming ability and expanding the vitrification range. However, if the content is too large, it may volatilize during melting, causing composition fluctuations or adversely affecting vitrification. Therefore, the fluorine content (in terms of F 2 ) is preferably 0 to 10%, 0 to 7%, and particularly preferably 0 to 5%.
還元剤としてSb2O3を添加することができる。ただし、着色を避けるため、あるいは環境への負荷を考慮して、Sb2O3の含有量は0.1%以下であることが好ましい。 Sb 2 O 3 can be added as a reducing agent. However, in order to avoid coloring or in consideration of the load on the environment, the content of Sb 2 O 3 is preferably 0.1% or less.
本発明のガラス材は、特にアイソレータ等の磁気光学素子として使用する場合における光透過損失がなるべく小さいことが好ましい。そのため、本発明のガラス材の光透過率は、波長405nmにおいて50%以上、60%、特に70%以上であることが好ましい。 It is preferable that the glass material of the present invention has as little light transmission loss as possible, especially when it is used as a magneto-optical element such as an isolator. Therefore, the light transmittance of the glass material of the present invention is preferably 50% or more, 60%, particularly 70% or more at a wavelength of 405 nm.
本発明のガラス材の大きさは特に限定されないが、大きいほど生産性が向上するため好ましい。具体的には、本発明のガラス材が球状あるいは楕円体状である場合、その直径(楕円体状の場合は長径)は1mm以上、2mm以上、特に3mm以上であることが好ましい。 The size of the glass material of the present invention is not particularly limited, but the larger the size, the higher the productivity, which is preferable. Specifically, when the glass material of the present invention has a spherical or ellipsoidal shape, its diameter (major diameter in the case of an ellipsoidal shape) is preferably 1 mm or more, 2 mm or more, and particularly preferably 3 mm or more.
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、無容器浮遊法によりガラス材を作製するための製造装置の一例を示す模式的断面図である。以下、図1を参照しながら、本発明のガラス材の製造方法について説明する。 The glass material of the present invention can be produced, for example, by a container-free floating method. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a manufacturing apparatus for manufacturing a glass material by a containerless floating method. Hereinafter, the method for producing the glass material of the present invention will be described with reference to FIG.
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。
The glass material manufacturing apparatus 1 has a
製造装置1を用いてガラス材を製造するに際しては、まず、原料塊12を成形面10a上に配置する。原料塊12としては、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。
When manufacturing a glass material using the manufacturing apparatus 1, first, the
次に、ガス噴出孔10bからガスを噴出させることにより、原料塊12を成形面10a上で浮遊させる。すなわち、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からレーザー光を原料塊12に照射する。これにより原料塊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、ガラス材を得ることができる。原料塊12を加熱溶融する工程と、溶融ガラス、さらには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、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、加熱溶融する方法としては、レーザー光を照射する方法以外にも、輻射加熱であってもよい。
Next, the
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。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
表1は本発明の実施例及び比較例を示している。 Table 1 shows examples and comparative examples of the present invention.
各試料は次のようにして作製した。まず表に示すガラス組成になるように調合した原料をプレス成型し、800〜1400℃で6時間焼結することにより原料塊を作製した。 Each sample was prepared as follows. First, the raw materials prepared so as to have the glass composition shown in the table were press-molded and sintered at 800 to 1400 ° C. for 6 hours to prepare a raw material mass.
次に、乳鉢中で原料塊を粗粉砕し、0.05〜1.0gの小片とした。得られた原料塊の小片を用いて、図1に準じた装置を用いた無容器浮遊法によってガラス材(直径約1〜10mm)を作製した。なお、熱源としては100W CO2レーザー発振器を用いた。また、原料塊を浮遊させるためのガスとして窒素ガスを用い、流量1〜30L/分で供給した。 Next, the raw material mass was roughly pulverized in a mortar to obtain 0.05 to 1.0 g of small pieces. Using the obtained small pieces of the raw material mass, a glass material (diameter about 1 to 10 mm) was prepared by a container-free floating method using an apparatus according to FIG. A 100 W CO 2 laser oscillator was used as the heat source. Further, nitrogen gas was used as a gas for suspending the raw material mass, and the gas was supplied at a flow rate of 1 to 30 L / min.
得られたガラス材について、カー(Kerr)効果測定装置(日本分光(株)製、品番:K−250)を用いてベルデ定数を測定した。具体的には、得られたガラス材を1mm程度の厚さとなるよう研磨加工し、15kOeの磁場中で波長350〜850nmでのファラデー回転角を測定し、波長405nmにおけるベルデ定数を算出した。なお、波長の掃引速度は6nm/minとした。結果を表1に示す。 The Verdet constant of the obtained glass material was measured using a Kerr effect measuring device (manufactured by JASCO Corporation, product number: K-250). Specifically, the obtained glass material was polished to a thickness of about 1 mm, the Faraday rotation angle at a wavelength of 350 to 850 nm was measured in a magnetic field of 15 kOe, and the Verdet constant at a wavelength of 405 nm was calculated. The wavelength sweep rate was 6 nm / min. The results are shown in Table 1.
光透過率は、得られたガラス材を1mmの厚さとなるよう研磨加工し、分光光度計(島津製作所製UV−3100)を用いて測定することにより得られた光透過率曲線から、波長405nm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。 The light transmittance is 405 nm from the light transmittance curve obtained by polishing the obtained glass material to a thickness of 1 mm and measuring it with a spectrophotometer (UV-3100 manufactured by Shimadzu Corporation). The light transmittance in was read. The light transmittance is an external transmittance including reflection.
表1から明らかなように実施例1〜5のガラス材は、波長405nmにおけるベルデ定数が−0.83〜−1.98であり、絶対値が大きかった。また、波長405nmにおける光透過率は80.9%以上と高い値を示した。一方、比較例1〜3のガラス材は、波長405nmにおけるベルデ定数が−0.22〜−0.45と絶対値が小さかった。 As is clear from Table 1, the glass materials of Examples 1 to 5 had a Verdet constant of −0.83 to −1.98 at a wavelength of 405 nm, and had a large absolute value. The light transmittance at a wavelength of 405 nm was as high as 80.9% or more. On the other hand, the glass materials of Comparative Examples 1 to 3 had a Verdet constant of −0.22 to −0.45 at a wavelength of 405 nm, which was a small absolute value.
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として好適である。 The glass material of the present invention is suitable as a magneto-optical element constituting a magnetic device such as an optical isolator, an optical circulator, or a magnetic sensor.
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:原料塊
13:レーザー光照射装置
1: Glass material manufacturing device 10:
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