[发明专利]铋置换型稀土类铁石榴石晶体膜和光隔离器

说明书

技术领域

本发明涉及一种作为加工用高功率激光装置中的光反馈的应对措施使用的光隔离器，特别是涉及作为法拉第旋转器使用的铋置换型稀土类铁石榴石和光隔离器的改良。

背景技术

对在光通信中利用的半导体激光器和在激光加工等中利用的固体激光器等而言，若在激光谐振器外部的光学面或加工面所反射的光返回到激光元件，则会使激光振荡变得不稳定。若振荡不稳定，则在光通信的情况下会成为信号噪声，而在加工用激光器的情况下会导致激光元件的损坏。因此，采用光隔离器以进行屏蔽，从而使上述反射的反馈光不会返回到激光元件中。

然而，近年来，在作为YAG激光器（加工用激光器）的替代品而受到关注的光纤激光器中，作为其光隔离器中使用的法拉第（faraday）旋转器，过去一直以来是使用铽镓石榴石晶体（下称“TGG”）或铽铝石榴石晶体（下称“TAG”）。

但是，TGG和TAG的每单位长度的法拉第旋转系数较小，为了获得45度的偏振光旋转角以发挥作为光隔离器的功能，需要加长光程长度，并且必须采用大的晶体。另外，为了获得高光隔离度，需要对晶体施加均匀且强大的磁场，因此使用了强力的大磁铁。由此，光隔离器的尺寸形成得较大。另外，由于光程长度长的缘故，存在激光器的射线束形状在晶体内变形的问题，有时也需要用于修正变形的光学系统。而且，由于TGG昂贵，因此，一直需求小型且廉价的法拉第旋转器。

另一方面，通过在该类型的光隔离器中使用目前专用于光通信领域的铋置换型稀土类铁石榴石晶体膜（下称“RIG”），可使尺寸大幅度地小型化。但是，对RIG而言已知存在如下所述的问题：当使用的光波长缩短至用于加工用激光器中的1.1μm附近时，由铁离子引起的光吸收变大，并且由该光吸收导致温度上升而引起性能劣化。

因此，有人提出了改善RIG中存在的温度上升问题的方法。例如，在专利文献1～专利文献2中，记载了保留在通常的方法中通过研磨予以去除的RIG生长用基板即钆镓石榴石基板（下称“GGG基板”），从而使在RIG发生的热量容易释放的方法。另外，也有人提出了采用从以往就作为散热基板使用的蓝宝石等高热导率基板的方法（专利文献3）。

但是，这些办法均只不过用于释放RIG中产生的热量的技术，并不是通过这些办法减少了光吸收，因此希望有一种通过减少RIG自身的光吸收来减少RIG中的发热量的技术。

然而，对于作为加工用激光器波长的1μm左右光而言，已知上述RIG中所含的铁离子吸收该光。但是，铁是RIG中产生法拉第效果的重要元素，当减少铁成分时，会导致获得作为光隔离器所要求的45°法拉第旋转角所需的RIG膜厚增加，其结果是无法实现RIG中的光吸收量的减少。

于是，作为减少1μm频带附近波长中的RIG的光吸收的技术，有人提出了作为RIG生长用基板使用晶格常数更大的非磁性石榴石基板来代替一直以来广泛应用的晶格常数为1.2497nm的(CaGd)₃(ZrMgGa)₅O₁₂基板（下称“SGGG”），从而使铁离子的光吸收向短波长一侧转移的方法。例如，在专利文献4中记载了使用晶格常数为1.256nm的Gd₃(ScGa)₅O₁₂基板（下称“GSGG”）来制备RIG的例子；另外，在专利文献5、专利文献6中记载了使用晶格常数在1.264～1.279nm范围的Sm₃(ScGa)₅O₁₂基板（下称“SSGG”）或La₃(ScGa)₅O₁₂基板（下称“LSGG”）来制备RIG的例子。

并且，这些技术均是使用晶格常数比以往所用的SGGG更大的非磁性石榴石基板来使RIG生长的方法，通过这些方法，使RIG中所含的铁离子的光吸收向短波长一侧转移，由此减少光吸收量。