JP2025078370A - テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】出力グレード毎に利用可能なテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイスを的確に提供する。
【解決手段】本発明の透明セラミックスは、式（１）の複合酸化物とＳｉＯ_２を０．１％以下で含有する焼結体を含み、
（Ｔｂ_１-ｘ-ｙＹ_ｘＳｃ_ｙ）_３（Ａｌ_１－ｚＳｃ_ｚ）_５Ｏ_１２（１）
（０．０５≦ｘ≦０．４５、０＜ｙ＜０．１、０．５＜１－ｘ－ｙ＜０．９５、０．００１＜ｚ＜０．１５、０＜ｙ＋ｚ＜０．２）
外径Ｒｍｍが３．５ｍｍ以上、長さ１４ｍｍ以上のロッド形状で、両端面が精密研磨と波長ＮｎｍのＡＲコート処理が施され、光学有効径ｒｍｍが０．９×Ｒであり、光学有効径内に入射ビーム径Ｄで波長Ｎのレーザービームを入射させた際の平均挿入損失が０．０４３ｄＢ以下で、光学有効径内に３０μｍ超の異物等が無く、１０μｍ以上の異物等の総和が最大４個である。
【選択図】図１

Description

本発明は、テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイスに関し、より詳細には、光アイソレータなどの磁気光学デバイスを構成するのに好適なテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイスに関する。

近年、高出力化が可能となってきたこともあり、ファイバーレーザーを用いたレーザー加工機の普及が目覚しい。ところで、レーザー加工機に組み込まれるレーザー光源は、外部からの光が入射すると共振状態が不安定化し、発振状態が乱れる現象が起こる。特に発振された光が途中の光学系で反射されて光源に戻ってくると、発振状態は大きく撹乱される。これを防止するために、通常光アイソレータが光源の手前等に設けられる。

光アイソレータは、ファラデー回転子と、ファラデー回転子の光入射側に配置された偏光子と、ファラデー回転子の光出射側に配置された検光子とからなる。また、ファラデー回転子は、光の進行方向に平行に磁界を加えて利用する。このとき、光の偏波線分はファラデー回転子中を前進しても後進しても一定方向にしか回転しなくなる。更に、ファラデー回転子は光の偏波線分が丁度４５度回転される長さに調整される。ここで、偏光子と検光子の偏波面を前進する光の回転方向に４５度ずらしておくと、前進する光の偏波は偏光子位置と検光子位置で一致するため透過する。他方、後進する光の偏波は検光子位置から４５度ずれている偏光子の偏波面のずれ角方向とは逆回転に４５度回転することになる。
すると、偏光子位置における戻り光の偏波面は偏光子の偏波面に対して４５度－（－４５度）＝９０度のずれとなり、偏光子を透過できない。こうして前進する光は透過、出射させ、後進する戻り光は遮断する光アイソレータとして機能する。

上記光アイソレータを構成するファラデー回転子として用いられる材料として、近年、（Ｔｂ_１-ｘ-ｙＹ_ｘＳｃ_ｙ）_３（Ａｌ_１－ｚＳｃ_ｚ）_５Ｏ_１２という組成を有するテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスの普及が進んでいる。例えば、これらの組成や透明性については特開２０１９－１９９３８６号公報（特許文献１）、国際公開第２０２２／０５４５９６号（特許文献２）に詳しい。

またその作製方法については特開２０１９－１０４６７４号公報（特許文献３）、特開２０１９－２０７３４０号公報（特許文献４）、特開２０１９－１９９０７８号公報（特許文献５）、特開２０１９－１９９０７９号公報（特許文献６）、国際公開第２０２２／０５４５９３号（特許文献７）、国際公開第２０２２／０５４５１５号（特許文献８）、特開２０２３－０６４７７４号公報（特許文献９）、特開２０２３－０８２８８７号公報（特許文献１０）、特開２０２３－１２８１２５号公報（特許文献１１）などに詳しい。

さらに品質などについては特許文献７、国際公開第２０２２／０５４５９５号（特許文献１２）、国際公開第２０２２／０８５１０７号（特許文献１３）、国際公開第２０２２／０５４５９２号（特許文献１４）、国際公開第２０２２／０５４５９４号（特許文献１５）、特開２０２３－１２８１１７号公報（特許文献１６）などに詳しい。

特開２０１９－１９９３８６号公報 国際公開第２０２２／０５４５９６号 特開２０１９－１０４６７４号公報 特開２０１９－２０７３４０号公報 特開２０１９－１９９０７８号公報 特開２０１９－１９９０７９号公報 国際公開第２０２２／０５４５９３号 国際公開第２０２２／０５４５１５号 特開２０２３－０６４７７４号公報 特開２０２３－０８２８８７号公報 特開２０２３－１２８１２５号公報 国際公開第２０２２／０５４５９５号 国際公開第２０２２／０８５１０７号 国際公開第２０２２／０５４５９２号 国際公開第２０２２／０５４５９４号 特開２０２３－１２８１１７号公報

上記のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスについて、実際の工業利用においては、例えば、レーザー加工機の出力パワーグレードにより、用いられるファラデー回転子の光学品質規格に差が出てくる。低出力用途では、光学有効径内に多少のコントラスト源があっても許容され得るし、高出力用途では当然にコントラスト源のサイズについての管理が厳しくなる。ただし、従来こうした出力パワーグレードに対応したファラデー回転子の光学品質について言及された文献は見当たらない。

なお、特許文献７では、光学有効径内に存在するコントラスト源のサイズや個数を規定することにより、１００Ｗ超のハイパワーレーザーへの適用が可能になる効果が例示されているに留まり、レーザー加工機の出力パワーグレードにより、コントラスト源のサイズや個数を変動できることについては、何らの示唆もなされていない。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスをロッド形状に加工してＡＲコート処理をした後に、コントラスト源のサイズと個数、及びビームの挿入損失を段階的に規定することにより、出力グレード毎に利用可能なテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイスを的確に提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、その一態様として、下記式（１）で表される複合酸化物と焼結助剤としてＳｉＯ_２を０質量％超０．１質量％以下で含有する焼結体を含むテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスであって、
（Ｔｂ_１-ｘ-ｙＹ_ｘＳｃ_ｙ）_３（Ａｌ_１－ｚＳｃ_ｚ）_５Ｏ_１２ （１）
（式中、０．０５≦ｘ≦０．４５、０＜ｙ＜０．１、０．５＜１－ｘ－ｙ＜０．９５、０．００１＜ｚ＜０．１５、０＜ｙ＋ｚ＜０．２である。）
当該テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、
入射ビーム径Ｄｍｍが１．６ｍｍ以下の場合、外径Ｒｍｍが２．２×Ｄｍｍ以上、且つ３．５ｍｍ以上であり、
長さが１４ｍｍ以上のロッド形状に加工され、その両端面が精密研磨されており、この両端面に波長ＮｎｍのＡＲコート処理が施されており、
光学的に利用される光学有効径ｒｍｍが下記式（２）で定義される場合に、この光学有効径ｒｍｍ内に入射ビーム径Ｄｍｍで波長Ｎｎｍのレーザービームを入射させた際の平均挿入損失が０．０４３ｄＢ以下であり、
ｒ＝０．９×Ｒ （２）
光学有効径ｒｍｍ内に３０μｍを超える異物、異相、ボイドが無く、且つ光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大４個である。

前記平均挿入損失は０．０３５ｄＢ以下であり、光学面の中心から入射ビーム径Ｄｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和は最大１個であることが好ましい。

前記平均挿入損失は０．０３０ｄＢ以下であり、光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和は最大３個であり、且つ光学面の中心から入射ビーム径Ｄｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相、ボイドは無いことがより好ましい。

また、当該テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、
入射ビーム径がエキスパンダーにより通常の２倍の径であるＤ_２倍ｍｍに拡張したレーザービームを利用し、この入射ビーム径Ｄ_２倍ｍｍが１．６ｍｍ以上の場合、外径Ｒ’ｍｍが２．２×Ｄ_２倍ｍｍ以上、且つ５ｍｍ以上であり、
長さが１４ｍｍ以上のロッド形状に加工され、その両端面が精密研磨されており、この両端面に波長ＮｎｍのＡＲコート処理が施されており、
光学的に利用される光学有効径ｒ’ｍｍが下記式（３）で定義される場合に、この光学有効径ｒ’ｍｍ内にビーム径Ｄ_２倍ｍｍで波長Ｎｎｍのレーザービームを入射させた際の平均挿入損失が０．０３０ｄＢ以下であり、
ｒ’＝０．９×Ｒ’ （３）
光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大２個であり、光学面の中心から２×Ｄ_２倍ｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相が１つも無く、１０μｍ～３０μｍサイズのボイドの個数が最大２個であり、且つ光学面の中心からＤ_２倍ｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相、ボイドが１つも無いことが好ましい。

本発明は、別の態様として、磁気光学デバイスであって、上記のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスを用いて構成される。

本発明の磁気光学デバイスは、上記のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスをファラデー回転子として備え、上記ファラデー回転子の光学軸上の前後に偏光材料を備えた波長帯０．９μｍ以上、１．１μｍ以下で利用可能な光アイソレータとしてもよい。

このように、平均挿入損失を規定するとともに、光学有効径ｒｍｍ内または光学面の中心からＤｍｍ、Ｄ_２倍ｍｍ、又は２×Ｄ_２倍ｍｍを半径とする円形領域内に所定のサイズの異物、異相、ボイドが存在しないように規定することで、出力グレード毎に利用可能なテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス及びそれを用いた磁気光学デバイスを的確に提供することができ、また、各種出力グレードのレーザー装置等への適用に合わせた適格な光アイソレータなどの磁気光学デバイスを提供することができる。

本発明に係るテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスをファラデー回転子として用いた光アイソレータの構成例を示す断面模式図である。 実施例における異物の一例であって、クラスＥのコントラスト例を示す金属顕微鏡画像である。 実施例における異相の一例であって、クラスＥのコントラスト例を示す金属顕微鏡画像である。 実施例における異相の別の例であって、クラスＥのコントラスト例を示す金属顕微鏡画像である。 実施例におけるボイドの一例であって、クラスＥのコントラスト例を示す金属顕微鏡画像である。

［１．テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス］
先ず、本発明に係るテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスの一実施の形態について説明する。本実施の形態のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、下記式（１）で表されるテルビウム、イットリウム、スカンジウム及びアルミニウムを含有する複合酸化物の焼結体を含む。
（Ｔｂ_１-ｘ-ｙＹ_ｘＳｃ_ｙ）_３（Ａｌ_１－ｚＳｃ_ｚ）_５Ｏ_１２ （１）
（式中、０．０５≦ｘ≦０．４５、０＜ｙ＜０．１、０．５＜１－ｘ－ｙ＜０．９５、０．００１＜ｚ＜０．１５、０＜ｙ＋ｚ＜０．２である。）

テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス中には、さらに焼結助剤としてＳｉＯ_２を０質量％超、０．１質量％以下で含有することが好ましい。ＳｉＯ_２がこの範囲で含有されていると、得られる常磁性ガーネット型セラミックス焼結体の透明性が実用に耐えるレベルまで向上し、且つ安定するため好ましい。

本実施の形態では、ガーネット構造中の６配位サイトと４配位サイトの主成分をアルミニウム（Ａｌ）とすることが必須である。これらのサイトの主成分をアルミニウムで構成できると、結晶の結合性が向上し、ひいては波長１０６４ｎｍにおける３０℃±１０℃でのｄｎ／ｄｔの平均値を小さくできる。このアルミニウムの６配位サイトと４配位サイトとを占める割合は１－ｚ（０．００１＜ｚ＜０．１５）である。

本実施の形態では、８配位サイトの主成分としてテルビウム（Ｔｂ）とイットリウム（Ｙ）を選定し、且つテルビウムの濃度を１－ｘ－ｙ（０．５＜１－ｘ－ｙ＜０．９５）、イットリウムの濃度をｘ（０．０５≦ｘ≦０．４５）の範囲とする。

本実施の形態では、スカンジウム（Ｓｃ）の濃度は、０．００１＜ｚ＜０．１５の範囲で添加される。なお、上記式（１）中、ｙの範囲は０＜ｙ＜０．１であり、０．００１＜ｙ＜０．０３が好ましい。このようにスカンジウムが添加されていることで、高度に透明な焼結体を安定して製造することが可能となる。

本実施の形態のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、上記式（１）で表される組成の成分を主成分として含有する。ここで、「主成分として含有する」とは、上記式（１）で表される複合酸化物を９０質量％以上含有することを意味する。上記式（１）で表される複合酸化物の含有量は９９質量％以上であることが好ましく、９９．９質量％以上であることがより好ましく、９９．９９質量％以上であることが更に好ましい。

本実施の形態のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、長さが１４ｍｍ以上となるように加工処理されて、目的とする磁気光学材料に用いられる。長さを１４ｍｍ以上とすることで、外装する磁石の構成やサイズにもよるが、正しい磁気回路設計により、波長帯０．９μｍ以上１．１μｍ以下の入射光を４５度回転させることが可能となるため好ましい。

本実施の形態のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスの外径Ｒｍｍは、入射ビーム径Ｄｍｍが１．６ｍｍ以下の場合、２．２×Ｄｍｍ以上、且つ３．５ｍｍ以上とする。

本実施の形態のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、長さが１４ｍｍ以上のロッド形状となるように加工処理されて、目的とする磁気光学材料に用いられる。長さを１４ｍｍ以上とすることで、外装する磁石の構成やサイズにもよるが、正しい磁気回路設計により、波長帯０．９μｍ以上１．１μｍ以下の入射光を４５度回転させることが可能となるため好ましい。また、本実施の形態のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、その両端面が光学面として精密研磨される。

本実施の形態のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、光学的に利用される光学有効径ｒｍｍが下記式（２）で定義される場合に、この光学有効径ｒｍｍ内に入射ビーム径Ｄｍｍで波長Ｎｎｍのレーザービームを入射させた際の平均挿入損失が０．０４３ｄＢ以下である。
ｒ＝０．９×Ｒ （２）

本実施の形態のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、光学有効径ｒｍｍ内に３０μｍを超える異物、異相、ボイドが無く、且つ光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大４個である。このように平均挿入損失および異物、異相、ボイドを規定することで、出力４０Ｗまで（安全率を見て実用３０Ｗまで）のグレード用のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスを提供することができる。

また、平均挿入損失は０．０３５ｄＢ以下が好ましく、光学面の中心から入射ビーム径Ｄｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和は最大１個とすることが好ましい。これにより、出力８０Ｗまで（安全率を見て実用６５Ｗまで）のグレード用のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスを提供することができる。

更に、平均挿入損失は０．０３０ｄＢ以下がより好ましく、光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和は最大３個であり、且つ光学面の中心から入射ビーム径Ｄｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相、ボイドが無いことがより好ましい。これにより、レーザー出力１２０Ｗまで（安全率を見て実用１００Ｗまで）のグレード用のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスを提供することができる。

また更に、光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和は最大２個であり、光学面の中心から２×Ｄ_２倍ｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相は１つも無く、１０μｍ～３０μｍサイズのボイドの個数は最大２個であり、且つ光学面の中心からＤ_２倍ｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相、ボイドは１つも無いことが更に好ましい。これにより、レーザー出力２４０Ｗまで（安全率を見て実用２００Ｗまで）のグレード用のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスを提供することができる。

［２．テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスの製造方法］
次に、本発明に係るテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスの製造方法の一実施の形態について説明する。本実施形態の製造方法は、テルビウム、イットリウム、アルミニウム、及びスカンジウムの各酸化物を混合して混合原料を調製する工程と、混合原料を成形して成形体を得る工程と、成形体を脱脂して脱脂体を得る工程と、脱脂体を焼結して焼結体を得る工程と、焼結体を熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）処理により緻密化させる工程と、緻密化した焼結体をアニール処理する工程と、アニール処理した焼結体を精密研磨する工程と、を含む。なお、ＨＩＰ処理をそのまま施すと、常磁性ガーネット型透明セラミックスが還元されて若干の酸素欠損を生じてしまう。そのため微酸化ＨＩＰ処理、ないしはＨＩＰ処理後に酸化雰囲気でのアニール処理を施すことにより酸素欠損を回復させることが好ましい。これにより、酸素欠陥吸収のない透明なガーネット型酸化物セラミックスを得ることができる。以下、各工程について説明する。

［２－１．混合原料の調製工程］
本発明で用いる原料としては、テルビウム、イットリウム、スカンジウム、アルミニウムの各酸化物粉末を利用する。この時の原料純度は９９．９質量％以上が好ましく、９９．９９質量％以上が特に好ましい。

それらの元素を所定量秤量し、さらに酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を０質量％超０．１質量％以下含有して、適宜湿式ボールミル、乃至はビーズミル、またはジェットミルによって処理する。

本発明で用いるガーネット型酸化物粉末原料中には、その後のセラミック製造工程での品質安定性や歩留り向上の目的で、各種の有機添加剤が添加される場合がある。本発明においては、これらについても特に限定されない。即ち、各種の分散剤、結合剤、潤滑剤、可塑剤等が好適に利用できる。ただし、これらの有機添加剤としては、不要な金属イオンが含有されない、高純度のタイプを選定することが好ましい。また、それぞれの有機添加剤の添加順序は、製造しようとする原料の性状（粒度分布等）を管理することを阻害しないよう、適切に設計される必要がある。

［２－２．成形工程］
本実施の形態の製造方法においては、本発明の製造方法においては、通常のプレス成形工程を好適に利用できる。即ち、ごく一般的な、型に充填して一定方向から加圧する一軸プレス工程や変形可能な防水容器に密閉収納して静水圧で加圧する冷間静水圧加圧（ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ））工程や温間静水圧加圧（ＷＩＰ（Ｗａｒｍ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ））工程が好適に利用できる。なお、印加圧力は得られる成形体の相対密度を確認しながら適宜調整すればよく、特に制限されないが、例えば市販のＣＩＰ装置やＷＩＰ装置で対応可能な３００ＭＰａ以下程度の圧力範囲で管理すると製造コストが抑えられてよい。あるいはまた、成形時に成形工程のみでなく一気に焼結まで実施してしまうホットプレス工程や放電プラズマ焼結工程、マイクロ波加熱工程なども好適に利用できる。更にプレス成形法ではなく、鋳込み成形法による成形体の作製も可能である。加圧鋳込み成形や遠心鋳込み成形、押出し成形等の成形法も、出発原料である酸化物粉末の形状やサイズと各種の有機添加剤との組合せを最適化することで、採用可能である。

なお、本発明の直径４ｍｍのガーネット型透明酸化物セラミックス材料をニアネットで作製するためには、例えば一軸プレス成型冶具の内径が７ｍｍφである冶具を用いることで実現可能である。なお、その長さ方向については、材料周囲を取り囲む磁石の材質やサイズによって変化するため、成形治具としては長めに準備しておくと良い。

［２－３．脱脂工程］
本実施の形態の製造方法においては、通常の脱脂工程を好適に利用できる。即ち、加熱炉による昇温脱脂工程を経ることが可能である。また、この時の雰囲気ガスの種類も特に制限はなく、空気、酸素、水素等が好適に利用できる。その脱脂温度については、添加される有機添加剤の有機成分が十分に分解除去できる温度以上であって、かつ１０００℃以下に抑えられた範囲であることが好ましい。

［２－４．焼結工程］
本実施の形態の製造方法において、一般的な焼結工程を好適に利用できる。即ち、抵抗加熱方式、誘導加熱方式等の加熱焼結工程を好適に利用できる。また、この時の雰囲気については特に減圧環境（真空中）であることが好ましい。更にその真空度は１×１０^－３ｔｏｒｒ以下が好ましい。真空度がこの範囲に管理されていると、直径が８ｍｍφ以上の大型の焼結体であっても、その中心部まで十分に脱脂体からの脱離酸素ガスを系外排出できるため好ましい。

焼結工程における焼結温度は、１４００～１７８０℃が好ましく、１５００～１７５０℃が特に好ましい。焼結温度がこの範囲にあると、異相析出を抑制しつつ緻密化が促進されるため好ましい。

焼結工程における焼結保持時間は数時間程度で十分だが、焼結体の相対密度は９３．８％以上、９７．２％以下の範囲で管理することが好ましい。焼結密度の管理は、数回予備実験を重ねることで実施することが可能である。

［２－５．熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）処理工程］
本実施の形態の製造方法においては、焼結工程の後、熱間等方圧プレス（ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ））処理を行い、焼結体の相対焼結密度が９９．９％以上となるまで緻密化させる。焼結工程での相対焼結密度の管理が適切であると、すなわち、焼結粒径が過剰に大きくなっていない状態でＨＩＰ処理することができると、焼結体の外周部から中心部に至るまで広く均質にＨＩＰ応力が伝達されてクローズドポアが潰れ、焼結体がしっかり緻密化される。換言すれば、応力ムラがなく、意図しない空隙ムラもなく、小さな気泡の残存も少ない、略理想的な焼結体が得られる。

なお、このときの加圧ガス媒体種類は、アルゴン、窒素等の不活性ガス、又はＡｒ－Ｏ₂が好適に利用できる。加圧ガス媒体により加圧する圧力は、５０～３００ＭＰａが好ましく、１００～３００ＭＰａがより好ましい。圧力５０ＭＰａ未満では透明性改善効果が得られない場合があり、３００ＭＰａ超では圧力を増加させてもそれ以上の透明性改善が得られず、装置への負荷が過多となり装置を損傷するおそれがある。印加圧力は市販のＨＩＰ装置で処理できる１９６ＭＰａ以下であると簡便で好ましい。

また、その際の処理温度（所定保持温度）は１１００～１７８０℃、好ましくは１２００～１７３０℃の範囲で設定される。熱処理温度が１７８０℃超では酸素欠損発生リスクが増大するため好ましくない。また、熱処理温度が１１００℃未満では焼結体の透明性改善効果がほとんど得られない。なお、熱処理温度の保持時間については特に制限されないが、あまり長時間保持すると酸素欠損発生リスクが増大するため好ましくない。典型的には１～３時間の範囲で好ましく設定される。

なお、ＨＩＰ処理するヒーター材、断熱材、処理容器は特に制限されないが、グラファイト、ないしはモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）が好適に利用でき、処理容器としてさらに酸化イットリウム、酸化ガドリニウムも好適に利用できる。特に処理温度が１５００℃以下である場合、ヒーター材、断熱材、処理容器として白金（Ｐｔ）が使用でき、かつ加圧ガス媒体をＡｒ－Ｏ₂とすることができるため、ＨＩＰ処理中の酸素欠損の発生を防止できるため好ましい。処理温度が１５００℃を超える場合にはヒーター材、断熱材としてグラファイトが好ましいが、この場合は処理容器としてグラファイト、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）のいずれかを選定し、さらにその内側に二重容器として酸化イットリウム、酸化ガドリニウムのいずれかを選定したうえで、容器内に酸素放出材を充填しておくと、ＨＩＰ処理中の酸素欠損発生量を極力少なく抑えられるため好ましい。

［２－６．再焼結工程］
本実施の形態の製造方法においては、前記ＨＩＰ処理後に、さらにＨＩＰ処理温度を超える温度で８時間以上再焼結処理しても良い。ただし、上限温度が１７８０℃を超えること酸素欠損発生リスクが増大するため好ましくない。再焼結処理時間は処理する焼結体を利用するレーザー出力グレードが高い物ほど長めに取ると良い。

［２－７．アニール処理工程］
本実施の形態の製造方法においては、前記再焼結処理を終えた後に、得られた透明セラミックス焼結体中の酸素欠損を回復させる目的で、前記のＨＩＰ処理温度以下、典型的には１０００～１５００℃にて、酸素雰囲気ないしは大気下で酸化アニール処理（酸素欠損回復処理）を施すことが好ましい。この時の保持時間は、利用するレーザー出力グレードが高くなるほど長くすることが好ましい。例えばレーザー出力４０Ｗまで（安全率を見て実用３０Ｗまで）のグレード用であれば５時間以上、レーザー出力８０Ｗまで（安全率を見て実用６５Ｗまで）のグレード用であれば２０時間以上、レーザー出力１２０Ｗまで（安全率を見て実用１００Ｗまで）のグレード用であれば４０時間以上が好ましい。

［２－８．精密研磨工程］
本実施の形態の製造方法においては、上記一連の製造工程を経た常磁性ガーネット型透明セラミックスについて、その光学的に利用する軸上にある両端面を精密研磨ないし光学研磨することが好ましい。このときの光学面精度は測定波長λ＝６３３ｎｍの場合、レーザー出力４０Ｗまで（安全率を見て実用３０Ｗまで）のグレード用であればλ／２以下が好ましく、レーザー出力８０Ｗまで（安全率を見て実用６５Ｗまで）、及びレーザー出力１２０Ｗまで（安全率を見て実用１００Ｗまで）のグレード用であればλ／８以下が特に好ましい。

さらにこの時の光学面粗さについては、精密研磨面の平均粗さが算術平均高さＳａ≦０．７０ｎｍ、二乗平均平方根高さＳｑ≦０．８９ｎｍであると、すべてのレーザー出力グレードに対応できるため好ましい。

その後はレーザー加工機のレーザー波長に合わせたＡＲコート（反射防止膜）処理を施すことで、すべてのレーザー出力グレードに対応したテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスを提供できる。

［３．磁気光学デバイス］
更に、本発明に係る磁気光学デバイスの一実施形態について説明する。本実施の形態の磁気光学デバイスは、上記のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスを用いて構成されるものである。具体的には、上記のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスにその光学軸と平行に磁場を印加したうえで、偏光子、検光子とを互いにその光軸が４５度ずれるようにセットして磁気光学デバイスを構成、利用することが好ましい。特に、上記のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、磁気光学デバイスとして、特に波長０．９～１．１μｍの光アイソレータのファラデー回転子として好適に使用される。

図１は、本実施の形態の常磁性ガーネット型透明セラミックスからなるファラデー回転子を光学素子として備える磁気光学デバイスである光アイソレータの一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、光アイソレータ１００は、その筐体１５０の内部に、上記の常磁性ガーネット型透明セラミックスからなるファラデー回転子１１０と、偏光材料からなる偏光子１２０及び検光子１３０とを備える。これらは、ファラデー回転子の光学軸１１２に沿って、偏光子１２０、ファラデー回転子１１０、検光子１３０の順序で配置されている。偏光子１２０の偏光振動面と検光子１３０の偏光振動面は、相対角度が４５°になるよう配置される。また、光アイソレータ１００は、筐体１５０内にファラデー回転子１１０の側面のうちの少なくとも１面に、ファラデー回転子１１０に磁界を印加するための磁石１４０を備える。

このような光アイソレータ１００は産業用ファイバーレーザー装置（図示省略）に好適に利用できる。レーザー光源から発したレーザー光の反射光が光源に戻り、発振が不安定になるのを光アイソレータによって防止することができる。

以下に、実施例、比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

［実施例１～１７、比較例１～１５］
信越化学工業（株）製の酸化テルビウム粉末、酸化イットリウム粉末、酸化スカンジウム粉末、及び大明化学（株）製の酸化アルミニウム粉末を入手した。さらにキシダ化学（株）製のオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）の液体を入手した。純度は粉末原料がいずれも９９．９５質量％以上、液体原料が９９．９９９質量％以上であった。上記原料を用いて、混合比率を調整して表１に示す２種類の最終組成となる複合酸化物原料を作製した。

混合比率の調整方法としては、テルビウム、イットリウム、アルミニウム及びスカンジウムのモル数がそれぞれ表１の各組成のモル比率となるよう各々の酸化物粉末を秤量して混合した。続いてＴＥＯＳを、その添加量がＳｉＯ_２換算で表１の質量％になるように秤量して各原料に加えた。

そして、それぞれ互いの混入を防止するよう注意しながらエタノール中でアルミナ製ボールミル装置にて分散・混合処理した。処理時間は２０時間とした。その後スプレードライ処理を行って、いずれも平均粒径が２０μｍの顆粒状原料を作製した。得られた２種類の各酸化物原料につき、内径７ｍｍの一軸プレス成形冶具を用いて成形体を各々１００本ずつ作製した。長さはいずれも成形体長さが３０ｍｍになるよう原料充填量を調整した。その後、すべての成形体につき１９８ＭＰａの圧力で静水圧プレス処理を施してＣＩＰ成形体を得た。得られた成形体をすべてマッフル炉中で８００℃、３時間の条件にて脱脂処理して脱脂済成形体を得た。

続いて前記すべての脱脂済成形体を真空焼結炉で１５００～１５７０℃の焼結温度に調整して３時間処理して焼結密度が９３．８％以上９７．２％以下となる焼結体を得た。

得られた各焼結体をカーボンヒーター製ＨＩＰ炉に仕込み、Ａｒ中、２００ＭＰａ、１６００℃、３時間の条件でＨＩＰ処理した。得られた焼結体はいずれも相対密度が９９．９％以上となっていた。また、それらの外観は青みがかった灰色（酸素欠損吸収）を呈していた。

その後、すべてのＨＩＰ処理済焼結体を真空焼結炉で１７３０℃の焼結温度にて１５時間加熱処理することにより、焼結体中心部まで含めた全領域にわたる残留気泡の排除を試みた。

続いて、得られた各セラミックス焼結体について、大気加熱炉にて１４５０℃で３０時間アニール処理して、酸素欠損を十分に回復させる処置をほどこした。

その後、得られた各セラミックス焼結体について、いずれもセンタレス外周研削することで外径を４ｍｍに整えた。なお、一般的に焼結体の外径は収縮度合いのばらつきを反映して仕上りサイズがばらつくことが知られている。よってファイバーレーザー加工機などの光学機器に搭載するためには、その外径は高精度に加工されて揃えられていることが好ましい。

その後、いずれも長さ１７ｍｍに揃うように切断および精密研磨処理した。この時のサンプルの光学両端面は、光学面精度がλ／８（測定波長λ＝６３３ｎｍの場合）以下であって、精密研磨面の平均粗さが算術平均高さＳａ≦０．７０ｎｍ、二乗平均平方根高さＳｑ≦０．８９ｎｍとなるように仕上げた。

続いて、組成１のすべてのサンプルの両端面に波長１０３０ｎｍのＡＲコート（反射防止膜）を施し、組成２のすべてのサンプルの両端面には波長１０６４ｎｍのＡＲコートを施して一連の評価サンプルを用意した。

さて、上記のようにして得られた各サンプル１００本ずつ、計２００本について、異物、異相、ボイドなどのコントラスト源の位置と個数とを以下の方法で測定しカウントした。

［コントラスト源の観察方法］
ツァイス社製金属顕微鏡の透過モードを使用し、１．２５倍の対物レンズを用いて３０μｍを超えるサイズの異物、異相、ボイドが無いか、１本ずつ評価した。そしてもしあれば、そのサンプルはいずれもクラスＥ（比較例８、９、１５）に分類した。

続いて５倍及び１０倍の対物レンズを用いて大きさが１０μｍを超えて３０μｍ以下の異物、異相、ボイドが無いか、１本ずつ評価した。そしてもしもあれば、その位置（光学面の中心から入射ビーム径Ｄｍｍを半径とする円形領域内にあるのか、又はその外側にあるのか）と個数とをすべてカウントした。その上で、上記個数が５個以上のサンプルはすべてクラスＤ（比較例４～７と１３、１４）に分類し、上記個数が４個以下で、且つ半径Ｄｍｍの円形領域内に２個以上のものはクラスＣ（実施例７～９、１５～１７、比較例３、１２）に分類し、更に上記個数が４個以下で、且つ半径Ｄｍｍの円形領域内に１個以下のものはクラスＢ（実施例４～６、１２～１４、比較例２、１１）に分類し、上記個数が３個以下で、且つ半径Ｄｍｍの円形領域内には無い（０個）ものはクラスＡ（実施例１～３、９～１１、比較例１、１０）に分類した。

なお参考までに、ツァイス社製金属顕微鏡の透過モードで観察される異物、異相、ボンドのコントラスト例を図２～図５に示す。なお、これらコントラスト例は、いずれも３０μｍを超過したクラスＥの観察例に該当する。

続いて組成１のグループについては波長１０３０ｎｍにて、組成２のグループについては波長１０６４ｎｍにおいて、以下の方法で挿入損失を各々測定した。

［挿入損失の測定方法］
ＡＲコート付光学サンプルの挿入損失はＪＩＳ Ｃ ６１３００－３－２を参考に以下のように測定した。

ＮＫＴ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社製の波長１０３０ｎｍ及び１０６４ｎｍレーザー光源と、コリメータレンズ、偏光子、ＸＹ軸可動の自動ワークステージ、検光子、Ｇｅｎｔｅｃ社製のパワーメータ並びにＧｅフォトディテクタを用いて光学系を内製した。ここで測定サンプルに入射させるビーム径は、ＮＫＴ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社製レーザー光源付属のファイバー端面から出射される拡散ビームとそれを受けるコリメータレンズのＮＡ並びに距離を調整することで、略１ｍｍφに設定した。

この条件下で、挿入損失の測定は次のように実施した。まずはコリメータレンズを通して出射される平行光をサンプルを通さずにＧｅフォトディテクタで受光して光の強度Ｉ_０’を読み取り、続いてサンプルを置き、ＸＹ治具自動ワークステージを調整してビームが測定サンプルの略中心を透過する位置にセットした上で、再度受光強度Ｉ’を測定した。その後、以下の式に基づいて計算により挿入損失を求めた。
挿入損失（ｄＢ）＝－１０×ｌｏｇ_１０（Ｉ’／Ｉ_０’）

得られた挿入損失の値について以下の基準で層別した。すなわち得られた挿入損失の値が０．０３０ｄＢ以下のサンプルはクラス１（実施例１、４、７、９、１２、１５、比較例４）、０．０３０ｄＢを超えて０．０３５ｄＢ以下のサンプルはクラス２（実施例２、５、８、１０、１３、１６、比較例５、８、１３）、０．０３５ｄＢを超えて０．０４３ｄＢ以下のサンプルはクラス３（実施例３、６、９、１１、１４、１７、比較例６、１４、１５）、０．０４３ｄＢ以上のものについてはクラス４（比較例１、２、３、７、９、１０、１１、１２）と定義した。

以上により、組成１、２の２種類の組成について、グルーピングを完成させた。得られた結果を表２にまとめた。なお、表２を見て分かる通り、今回のグルーピングでは該当数が０個の比較例も存在したため、これらについては該当なしとした。

前記の通り分類された各サンプルについて、下記の要領にて複数の入射パワー設定でのビーム品質（Ｍ^２）とビーム径変化率とを測定・評価した。

［ビーム品質（Ｍ^２）の評価方法］
ビーム品質の測定は、組成１、２共にまとめて波長１０７０ｎｍ、直径１．１ｍｍのコリメートされた（株）ＩＰＧ製出力可変ＣＷレーザー光を用いて、コヒーレント社製ＭｏｄｅＭａｓｔｅｒ ＰＣ Ｍ^２ビーム伝搬アナライザによりＭ^２値を測定した。具体的には上記光源とアナライザとの間にワークホルダーをセットし、その後段にワークホルダーを透過してきたレーザー光強度を１０００分の１以下に減衰させられるビームセパレータを置き、該ビームセパレータによって出力調整されたビームを前記ビーム伝搬アナライザに導入した。この時のビーム伝搬アナライザのリファレンスプレーン（全面ベゼル）とサンプルホルダーの距離は１．９ｍ、リファレンスプレーンとコリメータの距離は２．１ｍとした。

測定手順は、まず出力強度１０Ｗ、２０Ｗ、４０Ｗ、８０Ｗ、１２０Ｗの各オリジナルビームのＭ^２値を測定し、この時の値をｍ_ｐとした。次に光路中に長さ１７ｍｍの各試料を配置し、それぞれの出力強度１０Ｗ、２０Ｗ、４０Ｗ、８０Ｗ、１２０Ｗでの透過光のＭ^２値を測定し、ｎ_pとした。本発明におけるビーム品質はｎ_ｐ／ｍ_ｐにより評価した。その上でビーム品質ｎ_ｐ／ｍ_ｐが１．０４より小さい場合には合格、１．０５以上の場合には不合格と判定した。その上で、同一グループの合格範囲のなかで最大のレーザー出力強度をそのグループの合格最大出力と規定した。

［ビーム径変化率の評価方法］
ビーム径変化率の測定は、前述のビーム品質評価測定系と同じ構成の光学系を用いて測定した。即ち波長１０７０ｎｍ、直径１．１ｍｍのコリメートされた（株）ＩＰＧ製出力可変ＣＷレーザー光を用いて、コヒーレント社製ＭｏｄｅＭａｓｔｅｒ ＰＣ Ｍ^２ビーム伝搬アナライザで受光させ、該アナライザのビームプロファイル評価モードを用いてリファレンスプレーン（全面ベゼル）におけるビーム径を測定した。

測定手順は、まず出力強度１０Ｗ、２０Ｗ、４０Ｗ、８０Ｗ、１２０Ｗの各オリジナルビームのビーム径を測定し、この時の値をｒ_０ｐとした。次に光路中に長さ１７ｍｍの各試料を配置し、それぞれの出力強度１０Ｗ、２０Ｗ、４０Ｗ、８０Ｗ、１２０Ｗでの透過光のビーム径を測定し、ｒ_ｐとした。本発明におけるビーム径変化率は｜（１－ｒ_ｐ／ｒ０_ｐ）｜×１００を計算し、その値が１０％以下を合格、１０％より大きい場合を不合格と判定した。その上で、同一グループの合格範囲のなかで最大のレーザー出力強度をそのグループの合格最大出力と規定した。以上の要領で測定した各クラス毎の合否結果を表３にまとめた。

表３の結果について、さらに次のように品質判定した。すなわちレーザー加工機の実機に本発明のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスを搭載して正常動作させるためには、レーザービームを該セラミックス中に入射させた場合に、ビーム品質（Ｍ^２）とビーム径変化率が両方共に規格内（ビーム品質ｎ_ｐ／ｍ_ｐが１．０４以下、且つ、ビーム径変化率｜（１－ｒ_ｐ／ｒ０_ｐ）｜×１００が１０％以下）でなければならないため、表３の評価結果のうち、低い方の合格最大レーザー出力値をそのクラスの最大レーザー出力値と規定した。

すると、以下のようにまとめられた。すなわちコントラストグループがクラスＡで、且つ挿入損失グループがクラス１のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは最大レーザー出力１２０Ｗに適用可能、コントラストグループがクラスＢで、且つ挿入損失グループがクラス２のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは最大レーザー出力８０Ｗに適用可能、コントラストグループがクラスＣで、且つ挿入損失グループがクラス３のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは最大レーザー出力４０Ｗに適用可能、コントラストグループがクラスＤで、且つ挿入損失グループがクラス４のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは最大レーザー出力２０Ｗまでしか適用不能、コントラストグループがクラスＥについては最大レーザー出力１０Ｗまでしか適用不能とまとめられた。

なお、実運用では最大レーザー出力値について安全率を設けることが通例である。たとえば最大レーザー出力値１２０Ｗのサンプルは常用１００Ｗクラスのレーザー加工機に搭載し、最大レーザー出力値８０Ｗのサンプルは常用６５Ｗクラスのレーザー加工機に搭載し、最大レーザー出力値４０Ｗのサンプルは常用３０Ｗクラスのレーザー加工機に搭載し、最大レーザー出力値が２０Ｗしか適用されないサンプルは常用１５Ｗクラス以下の小型レーザー加工機にしか搭載できないのが通例である。

［実施例１８、１９、比較例１６～１９］
実施例１～１７、比較例１～１５とまったく同様に、前記の表１の組成の原料を追加で作製した。さらに該スラリーを実施例１～１７、比較例１～１５とまったく同様に分散・混合・スプレードライ処理して平均粒径が２０μｍの顆粒状原料を作製した。

得られた２種類の各酸化物原料につき、今回は内径１０ｍｍの一軸プレス成形冶具を用いて成形体を各々３０本ずつ作製した。長さはいずれも成形体長さが３０ｍｍになるよう原料充填量を調整した。その後、すべての成形体につき１９８ＭＰａの圧力で静水圧プレス処理を施してＣＩＰ成形体を得た。得られた成形体をすべてマッフル炉中で８００℃、３時間の条件にて脱脂処理して脱脂済成形体を得た。

続いて前記すべての脱脂済成形体を真空焼結炉で１５００～１５７０℃の焼結温度に調整して３時間処理して焼結密度が９３．８％以上９７．２％以下となる焼結体を得た。

得られた各焼結体をカーボンヒーター製ＨＩＰ炉に仕込み、Ａｒ中、２００ＭＰａ、１６００℃、３時間の条件でＨＩＰ処理した。得られた焼結体はいずれも相対密度が９９．９％以上となっていた。また、それらの外観は青みがかった灰色（酸素欠損吸収）を呈していた。

その後、すべてのＨＩＰ処理済焼結体を真空焼結炉で１７３０℃の焼結温度にて１５時間加熱処理することにより、焼結体中心部まで含めた全領域にわたる残留気泡の排除を試みた。

続いて、得られた各セラミックス焼結体について、大気加熱炉にて１４５０℃で４０時間アニール処理して、酸素欠損を十分に回復させる処置をほどこした。

その後、得られた各セラミックス焼結体について、いずれもセンタレス外周研削することで外径を６．５ｍｍに整えた。その後、いずれも長さ１６ｍｍに揃うように切断および精密研磨処理した。この時のサンプルの光学両端面は、光学面精度がλ／８（測定波長λ＝６３３ｎｍの場合）以下であって、精密研磨面の平均粗さが算術平均高さＳａ≦０．７０ｎｍ、二乗平均平方根高さＳｑ≦０．８９ｎｍとなるように仕上げた。

続いて、組成１のすべてのサンプルの両端面に波長１０３０ｎｍのＡＲコート（反射防止膜）を施し、組成２のすべてのサンプルの両端面には波長１０６４ｎｍのＡＲコートを施して一連の評価サンプルを用意した。

上記の要領で得られた各サンプル３０本ずつ、計６０本について、実施例１～１７、比較例１～１５と同じ顕微鏡を用い、ただし検査基準のみ下記の方法に変更して、異物、異相、ボイドのコントラスト源の位置と個数とを測定しカウントした。

ツァイス社製金属顕微鏡の透過モードを使用し、１．２５倍の対物レンズを用いて３０μｍを超えるサイズの異物、異相、ボイドが無いか、１本ずつ評価した。そしてもしあれば、そのサンプルは本実施例ではすべて廃棄とした。廃棄とした理由は、本実施例においては１２０Ｗ超のハイパワーレーザーを入射するテストのため、３０μｍを超える大きな散乱源があるとレーザー照射テスト中に散乱光がサンプル外部に放射してしまい、場合によってはその散乱光によって周囲の物が加熱されて火事が起こる危険があるためである。

続いて５倍及び１０倍の対物レンズを用いて大きさが１０μｍを超えて３０μｍ以下の異物、異相、ボイドが無いか、１本ずつ評価した。そしてもしもあれば、その位置（光学面の中心からＤ_２倍ｍｍを半径とする円形領域内にあるのか、半径が２×Ｄ_２倍ｍｍである円形領域内にあるのか、又は半径が２×Ｄ_２倍ｍｍである円形領域の外側にあるのか）と個数とをすべてカウントした。その上で、本実施例においては、まず半径がＤ_２倍ｍｍの円形領域内に１０μｍを超える異物、異相、ボイドが１つもないサンプルのみを抽出した。その理由は前記と同様で１２０Ｗ超のハイパワーレーザーを入射した際に強い散乱光が発生して発熱危険や試験者の眼に散乱光が入射する危険を回避するためである。つづいて半径がＤ_２倍ｍｍを超えて２×Ｄ_２倍ｍｍ以内の光学領域において、１０μｍを超える異物、異相が１つも無く、且つ１０μｍ～３０μｍサイズのボイドの個数が２個以下であって、更に半径が２×Ｄ_２倍ｍｍを超えた外側の有効径内における１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が２個以下のグループをクラスα（実施例１８、１９、比較例１６、１８）とし、半径が２×Ｄ_２倍ｍｍ以内の光学領域において、１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相が１つ以上みられたサンプル、ないしは１０μｍ～３０μｍサイズのボイドの個数が３個以上みられたサンプル、もしくは、２×Ｄ_２倍ｍｍを超えた外側の有効径内における１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が３個以上であるサンプル群を、すべてクラスβ（参考例１、２、比較例１８、１９）として分類した。

その結果、組成１のサンプル群においてはクラスαが7本、クラスβが１１本、廃棄が１２本であった。また組成２のサンプル群においてはクラスαが１４本、クラスβが１３本、廃棄が３本であった。

続いて、組成１のグループについては波長１０３０ｎｍにて、組成２のグループについては波長１０６４ｎｍにおいて、実施例１～１７、比較例１～１５とまったく同様の方法にて、挿入損失を各々測定した。

また、得られた挿入損失の値については以下の基準で層別した。すなわち得られた挿入損失の値が０．０３０ｄＢ以下のサンプルはクラス１（実施例１８、１９、参考例１、２）、０．０３０ｄＢを超えて０．０３５ｄＢ以下のサンプルはクラス２（比較例１６～１９）、０．０３５ｄＢを超えていたサンプルについては廃棄とした。ここで廃棄とした理由は、本実施例においては１２０Ｗ超のハイパワーレーザーを入射するテストのため、挿入損失の値が０．０３５ｄＢを超える吸収源や散乱源があるサンプルの場合、レーザー照射テスト中にサンプルが異常発熱したり、あるいは散乱光がサンプル外部に放射してしまい、場合によってはその散乱光によって周囲の物が加熱されて火事が起こる危険があるためである。

以上により、本実施例における組成１、２の２種類の組成について、グルーピングを完成させた。得られた結果を表４にまとめた。なお、コントラストグループで廃棄扱いとなった群については、挿入損失は測定していない。また挿入損失グループにおいて廃棄扱いとなったグループについては、この後の評価は実施していない。

前記の通り分類された各サンプルについて、入射パワー設定のみ変更し、その他は実施例１～１７、比較例１～１５とまったく同様の方法にてビーム品質（Ｍ^２）とビーム径変化率とを測定・評価した。なお本実施例における入射ビームの出力強度は１２０Ｗ、１８０Ｗ、２４０Ｗの３条件とした。以上の要領で測定した各クラス毎の合否結果を表５にまとめた。

表５の結果について、実施例１～１７、比較例１～１５と同様に低い方の合格最大レーザー出力値をそのクラスの最大レーザー出力値と規定して品質判定した。その結果、以下のようにまとめられた。まずコントラストグループがクラスαで、且つ挿入損失グループがクラス１のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは最大レーザー出力２４０Ｗに適用可能、コントラストグループがクラスβで、且つ挿入損失グループがクラス１のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは最大レーザー出力１８０Ｗに適用可能、挿入損失グループがクラス２のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは最大レーザー出力１２０Ｗに適用可能とまとめられた。

ここで本実施例においてはサンプル外径を大きくし（外径６．５ｍｍ）、さらにビーム径をエキスパンダーによって２ｍｍに広げる処置を施している。これらはいずれも製造コストを増大させる負の効果を持つ要素となる。すると適用最大レーザー出力が１２０Ｗの比較例群は、こうしたコスト増に見合っていない。

次に、コントラストグループがクラスβで、且つ挿入損失グループがクラス１のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは最大レーザー出力１８０Ｗに適用可能であった。該適用パワーが前記コスト増に見合うか否かはレーザー加工機を実際に設計するレーザー加工機メーカの判断となるため、本特許においては参考例として断定を避けた。

最後に、コントラストグループがクラスαで、且つ挿入損失グループがクラス１のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは最大レーザー出力２４０Ｗに適用可能となり、実施例１、９の最大レーザー出力１２０Ｗの２倍に出力アップできた。そこでこちらは間違いなく効果のある実施例として判定した。

なお、実運用では最大レーザー出力値について安全率を設けることが通例である。そこで最大レーザー出力値２４０Ｗのサンプルは常用２００Ｗクラスのレーザー加工機に搭載し、最大レーザー出力値１８０Ｗのサンプルは常用１５０Ｗクラスのレーザー加工機に搭載することが妥当と考えられる。

なお、これまで本発明を上述した実施形態をもって説明してきたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１００ 光アイソレータ
１１０ ファラデー回転子
１２０ 偏光子
１３０ 検光子
１４０ 磁石
１５０ 筐体

Claims (6)

1. 下記式（１）で表される複合酸化物と焼結助剤としてＳｉＯ_２を０質量％超０．１質量％以下で含有する焼結体を含むテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスであって、
   （Ｔｂ_１-ｘ-ｙＹ_ｘＳｃ_ｙ）_３（Ａｌ_１－ｚＳｃ_ｚ）_５Ｏ_１２ （１）
   （式中、０．０５≦ｘ≦０．４５、０＜ｙ＜０．１、０．５＜１－ｘ－ｙ＜０．９５、０．００１＜ｚ＜０．１５、０＜ｙ＋ｚ＜０．２である。）
   当該テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、
   入射ビーム径Ｄｍｍが１．６ｍｍ以下の場合、外径Ｒｍｍが２．２×Ｄｍｍ以上、且つ３．５ｍｍ以上であり、
   長さが１４ｍｍ以上のロッド形状に加工され、その両端面が精密研磨されており、この両端面に波長ＮｎｍのＡＲコート処理が施されており、
   光学的に利用される光学有効径ｒｍｍが下記式（２）で定義される場合に、この光学有効径ｒｍｍ内に入射ビーム径Ｄｍｍで波長Ｎｎｍのレーザービームを入射させた際の平均挿入損失が０．０４３ｄＢ以下であり、
   ｒ＝０．９×Ｒ （２）
   光学有効径ｒｍｍ内に３０μｍを超える異物、異相、ボイドが無く、且つ光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大４個である、テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス。
2. 前記平均挿入損失が０．０３５ｄＢ以下であり、光学面の中心から入射ビーム径Ｄｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大１個である、請求項１に記載のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス。
3. 前記平均挿入損失が０．０３０ｄＢ以下であり、光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大３個であり、且つ光学面の中心から入射ビーム径Ｄｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相、ボイドが無い、請求項１又は２に記載のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス。
4. 当該テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスは、
   入射ビーム径がエキスパンダーにより通常の２倍の径であるＤ_２倍ｍｍに拡張したレーザービームを利用し、この入射ビーム径Ｄ_２倍ｍｍが１．６ｍｍ以上の場合、外径Ｒ’ｍｍが２．２×Ｄ_２倍ｍｍ以上、且つ５ｍｍ以上であり、
   長さが１４ｍｍ以上のロッド形状に加工され、その両端面が精密研磨されており、この両端面に波長ＮｎｍのＡＲコート処理が施されており、
   光学的に利用される光学有効径ｒ’ｍｍが下記式（３）で定義される場合に、この光学有効径ｒ’ｍｍ内にビーム径Ｄ_２倍ｍｍで波長Ｎｎｍのレーザービームを入射させた際の平均挿入損失が０．０３０ｄＢ以下であり、
   ｒ’＝０．９×Ｒ’ （３）
   光学有効径ｒｍｍ内に１０μｍ～３０μｍサイズの異物、異相、ボイドの個数の総和が最大２個であり、光学面の中心から２×Ｄ_２倍ｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相が１つも無く、１０μｍ～３０μｍサイズのボイドの個数が最大２個であり、且つ光学面の中心からＤ_２倍ｍｍを半径とする円形領域内に１０μｍを超える異物、異相、ボイドが１つも無い、請求項１に記載のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックス。
5. 請求項１または４に記載のテルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスを用いて構成される磁気光学材料。
6. 上記テルビウム含有常磁性ガーネット型透明セラミックスをファラデー回転子として備え、上記ファラデー回転子の光学軸上の前後に偏光材料を備えた波長帯０．９μｍ以上、１．１μｍ以下で利用可能な光アイソレータである請求項５記載の磁気光学デバイス。

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