[發明專利]鉍置換型稀土類鐵石榴石晶體膜和光隔離器

有效

• 申請號: 201180056450.7
• 申請日: 2011-11-10
• 公開（公告）號: CN103228826A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 大住俢司;能見育孝;中村宣夫;畑中浩;梶谷富男
• 申請（專利權）人: 住友金屬礦山株式會社
• 主分類號: C30B29/28
• 分類號: C30B29/28;G02B5/30;G02B27/28;G02F1/09;C30B19/12
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 崔香丹;洪燕

技術領域

本發明涉及一種作為加工用高功率激光裝置中的光反饋的應對措施使用的光隔離器，特別是涉及作為法拉第旋轉器使用的鉍置換型稀土類鐵石榴石和光隔離器的改良。

背景技術

對在光通信中利用的半導體激光器和在激光加工等中利用的固體激光器等而言，若在激光諧振器外部的光學面或加工面所反射的光返回到激光元件，則會使激光振蕩變得不穩定。若振蕩不穩定，則在光通信的情況下會成為信號噪聲，而在加工用激光器的情況下會導致激光元件的損壞。因此，采用光隔離器以進行屏蔽，從而使上述反射的反饋光不會返回到激光元件中。

然而，近年來，在作為YAG激光器（加工用激光器）的替代品而受到關注的光纖激光器中，作為其光隔離器中使用的法拉第（faraday）旋轉器，過去一直以來是使用鋱鎵石榴石晶體（下稱“TGG”）或鋱鋁石榴石晶體（下稱“TAG”）。

但是，TGG和TAG的每單位長度的法拉第旋轉系數較小，為了獲得45度的偏振光旋轉角以發揮作為光隔離器的功能，需要加長光程長度，并且必須采用大的晶體。另外，為了獲得高光隔離度，需要對晶體施加均勻且強大的磁場，因此使用了強力的大磁鐵。由此，光隔離器的尺寸形成得較大。另外，由于光程長度長的緣故，存在激光器的射線束形狀在晶體內變形的問題，有時也需要用于修正變形的光學系統。而且，由于TGG昂貴，因此，一直需求小型且廉價的法拉第旋轉器。

另一方面，通過在該類型的光隔離器中使用目前專用于光通信領域的鉍置換型稀土類鐵石榴石晶體膜（下稱“RIG”），可使尺寸大幅度地小型化。但是，對RIG而言已知存在如下所述的問題：當使用的光波長縮短至用于加工用激光器中的1.1μm附近時，由鐵離子引起的光吸收變大，并且由該光吸收導致溫度上升而引起性能劣化。

因此，有人提出了改善RIG中存在的溫度上升問題的方法。例如，在專利文獻1～專利文獻2中，記載了保留在通常的方法中通過研磨予以去除的RIG生長用基板即釓鎵石榴石基板（下稱“GGG基板”），從而使在RIG發生的熱量容易釋放的方法。另外，也有人提出了采用從以往就作為散熱基板使用的藍寶石等高熱導率基板的方法（專利文獻3）。

但是，這些辦法均只不過用于釋放RIG中產生的熱量的技術，并不是通過這些辦法減少了光吸收，因此希望有一種通過減少RIG自身的光吸收來減少RIG中的發熱量的技術。

然而，對于作為加工用激光器波長的1μm左右光而言，已知上述RIG中所含的鐵離子吸收該光。但是，鐵是RIG中產生法拉第效果的重要元素，當減少鐵成分時，會導致獲得作為光隔離器所要求的45°法拉第旋轉角所需的RIG膜厚增加，其結果是無法實現RIG中的光吸收量的減少。

于是，作為減少1μm頻帶附近波長中的RIG的光吸收的技術，有人提出了作為RIG生長用基板使用晶格常數更大的非磁性石榴石基板來代替一直以來廣泛應用的晶格常數為1.2497nm的(CaGd)₃(ZrMgGa)₅O₁₂基板（下稱“SGGG”），從而使鐵離子的光吸收向短波長一側轉移的方法。例如，在專利文獻4中記載了使用晶格常數為1.256nm的Gd₃(ScGa)₅O₁₂基板（下稱“GSGG”）來制備RIG的例子；另外，在專利文獻5、專利文獻6中記載了使用晶格常數在1.264～1.279nm范圍的Sm₃(ScGa)₅O₁₂基板（下稱“SSGG”）或La₃(ScGa)₅O₁₂基板（下稱“LSGG”）來制備RIG的例子。

并且，這些技術均是使用晶格常數比以往所用的SGGG更大的非磁性石榴石基板來使RIG生長的方法，通過這些方法，使RIG中所含的鐵離子的光吸收向短波長一側轉移，由此減少光吸收量。