JPH09178942A

JPH09178942A - 偏光素子及び光アイソレータ

Info

Publication number: JPH09178942A
Application number: JP7341398A
Authority: JP
Inventors: Ichiji Kamiyama; 一司神山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】複屈折部に用いられてきた従来の結晶とは異
なり、新規で複屈折率が大きな結晶で、しかも簡便かつ
安価に製造が可能な結晶を用いる偏光素子及びそれを用
いた光アイソレータを提供すること。【解決手段】リチウムとニオブとのモル組成比ＭLi
（リチウムのモル％）：ＭNb（ニオブのモル％）が、一
致溶融組成よりリチウムが過剰で且つＭLi ：ＭNb
＝ 48.5乃至54.5 ： 45.6 乃至51.5を満足する（ただ
し、ＭLi ＋ＭNb＝ 100）。また、このような偏光素
子を光アイソレータの複屈折部として用いることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ニオブ酸リチウム
単結晶を複屈折部として用いた偏光板や偏光ビームスプ
リッタなどに使用されるプリズム等の偏光素子及びそれ
を用いた光アイソレータに関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来より、方解石，水晶，ル
チル等の非等方晶系の結晶体に偏光していない光を入射
させると、二本の屈折光線が観測されることが一般によ
く知られている。これは複屈折現象と呼ばれ、この二本
の屈折光線は、スネルの法則に従う常光線と、スネルの
法則に従わない異常光線と呼ばれている。

【０００３】ここで、常光線の屈折率（常光屈折率）と
異常光線の屈折率との差である複屈折率（異常光屈折
率）が大きければ大きいほど、光軸に平行でない方向に
入射した光は、より大きな複屈折を生じることになるの
で、常光線と異常光線との分離角はより大きくなる。

【０００４】したがって、常光線と異常光線との分離間
隔を一定とするならば、複屈折率の大きな結晶を用いる
ほど素子長を小型にすることができ、このような偏光素
子を使用する装置、例えば光記録装置の光読取部や後記
する光アイソレータ等の小型化が実現される。

【０００５】しかしながら、例えば方解石の場合は、そ
の複屈折率は約0.172 であり他の結晶と比較すると大き
いが、これは天然にのみ産出し、安価で高品質なものは
安定的に供給しにくいという欠点を有している。

【０００６】また水晶の場合は、天然に産出するものだ
けでなく水熱合成法により結晶合成ができるという利点
がある反面、その複屈折率は約0.009 であり、他の結晶
と比較すると小さいので、素子長が大型化するといった
欠点を有する。

【０００７】また、ルチル（ＴｉＯ₂）単結晶の場合
は、その複屈折率は約0.282 と非常に大きく、現在、光
アイソレ−タ−用の偏光子等に好適に用いられている
が、ベルヌーイ法やフローティングゾーン法といった方
法でしか育成ができず、良好な結晶性を有するものがで
きにくいので、粒界や内部歪の存在による歩留まりの低
下、あるいは大型の結晶が得にくいといった理由によ
り、結局、素子が高価なものになる等の問題点があっ
た。

【０００８】次に、従来の光アイソレータの構造につい
て簡単に説明する。例えば、図５（ａ）に示すように、
複屈折材料である複屈折板（複屈折部）２１と２２とを
ファラデー回転子２０の両側に配置して光アイソレータ
Ｓを構成している。ここで、光ファイバ２３からの光は
レンズ２４で集束され、光アイソレータＳに入射され、
複屈折板２１により分かれた常光線及び異常光線がファ
ラデー回転子２０により所定角度に回転させられる。そ
して、複屈折板２２から常光線及び異常光線を平行光線
としてレンズ２５に出射させ、光ファイバ２６に集束す
るようにしている。一方、これと逆方向の光は、図５
（ｂ）に示すように、複屈折板２２により分かれた常光
線及び異常光線がファラデー回転子２０により所定角度
に回転させられ、複屈折板２１により互いに広がった常
光線及び異常光線が出射され、光ファイバ２３に集束す
ることができない。このように機能する光アイソレータ
が大型化するといった問題があったのである。

【０００９】そこで、複屈折部に用いられてきた従来の
結晶とは異なり、新規で複屈折率が大きな結晶で、しか
も簡便かつ安価に製造が可能な結晶を複屈折部として用
いる偏光素子及びそれを用いた光アイソレータを提供す
ることを本発明の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】近年チョクラルスキ−法
により直径が３乃至４インチの大型結晶が比較的容易に
得られるニオブ酸リチウム単結晶に着目し、上記偏光素
子の複屈折部として利用できることを見いだし、しか
も、一致溶融組成（リチウム（Ｌｉ）とニオブ（Ｎｂ）
とのモル組成比ＭLi：ＭNb＝48.5：51.5）から組成比率
をずらして、Ｌｉ量を過剰とさせることにより複屈折率
を大きくでき、偏光素子の複屈折部として用いると好適
であることを見いだした。

【００１１】すなわち、本発明の偏光素子はニオブ酸リ
チウム単結晶の複屈折部を備えて成り、リチウムとニオ
ブとのモル組成比ＭLi（リチウムのモル％）：ＭNb（ニ
オブのモル％）が、一致溶融組成よりリチウムが過剰で
且つＭLi ：ＭNb ＝ 48.5乃至54.5 ： 45.6 乃至
51.5を満足する。すなわち、48.5 ＜ＭLi ≦ 54.5
、45.6 ≦ ＭNb ＜ 51.5 を満足する（ただし、
ＭLi ＋ＭNb ＝ 100）。

【００１２】チョクラルスキ−法と呼ばれる回転引き上
げ法でニオブ酸リチウム単結晶を育成する場合、リチウ
ムとニオブは上記一致溶融組成の融液から単結晶成長さ
せるのが、組成の均一な結晶を得るために一般的に行わ
れる。

【００１３】したがって、育成された結晶は化学量論比
組成からはかなりずれているが、溶媒移動帯溶融法ある
いは二重坩堝チョクラルスキ−法を用いることにより、
化学量論比に近い組成の結晶を育成することが可能であ
る。

【００１４】一致溶融組成の融液から育成されたニオブ
酸リチウム単結晶は、複屈折率が約0.084 であり、方解
石の半分程度であるが、リチウムとニオブのモル組成比
に対する常光屈折率と異常光屈折率は、リチウムが過剰
になるに従い異常光線屈折率のみ低下することから、従
来の一致溶融組成よりもリチウムが過剰な組成の結晶を
育成すれば、より大きな複屈折率をもつ複屈折結晶を得
ることができる。これにより、安価で小型の偏光素子の
作製が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施例を図
面に基づき詳細に説明する。ニオブ酸リチウムの化学量
論比組成近傍の状態図を図１に示す。ここで、横軸は酸
化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）のモル％（＝リチウムのモル
％）を示し、右側ほどリチウム過剰となる。図１に示す
ように、リチウム過剰側の共融点（約1250℃）に近い融
液は、化学量論比に近い組成を持った結晶と平衡共存す
る。したがって、そのような組成の融液から結晶を析出
させれば、化学量論比に近い組成の結晶が得られること
が理解される。

【００１６】図２に基づき、複屈折部である偏光板に用
いたニオブ酸リチウム単結晶の育成について説明する。
まず、育成炉（例えば抵抗加熱方式や高周波方式の炉）
Ｆ内に配設した支持台６上に載置した、白金製で内部が
外側と貫通した構造を有する二重坩堝１に、リチウムが
過剰となるようにニオブ酸リチウムの結晶育成用原料を
入れ、原料を二重坩堝１内で溶融させる。

【００１７】次いで、融液２に種結晶を先端に設けた育
成棒３を浸け、育成棒３を回転させながら一定の速度で
引き上げで単結晶４を育成する。

【００１８】次いで、出来上がった単結晶のリチウム量
とニオブ量とがほぼ等しく（モル比が１：１に）なるよ
うに調合した原料を二重坩堝１の外側１ａから適宜追加
して、融液２の減少分を補充して育成を行い、これによ
り結晶内部の組成を一定にコントロールすることができ
る。

【００１９】このようにして得られたニオブ酸リチウム
単結晶は、外径約50mm、長さ約60mmであった。また、組
成をＩＣＰや蛍光Ｘ線分析などの機器分析により分析し
たところ、良好な結晶が育成できるリチウムとニオブと
のモル組成比は、一致溶融組成からずれた、ＭLi ：
ＭNb ＝ 48.5乃至54.5 ： 45.6 乃至51.5のようにな
った（ただし、ＭLi ＋ＭNb ＝ 100）。ここで、Ｍ
Liが54.5より大きくなると結晶が割れることが多く、良
品結晶が得られないことが判明した。

【００２０】そして、このようなモル組成比の単結晶に
ついて、プリズムカプラなどの屈折率測定装置により、
測定波長632.8nm において、常光線屈折率（ｎo ）と異
常光線屈折率（ｎe ）とを測定したところ、図３に示す
ように、常光線屈折率ｎo ＝2.286 〜2.288 、異常光線
屈折率ｎe ＝2.194 〜2.200 であり、複屈折率は0.086
〜0.092 であった。

【００２１】次に、上記単結晶体と従来の一般的な方法
で育成した単結晶体とを比較するために、図４に示すよ
うに、従来の一般的なチョクラルスキ−法により育成し
た単結晶体について屈折率を測定した結果について説明
する。

【００２２】まず、一致溶融組成（ＭLi ：ＭNb ＝
48.5 ： 51.5）の結晶を育成するために、上記実施
例と同様な育成炉Ｆ内に配設された支持台１６上に載置
した、ほぼ一致溶融組成の原料を入れた坩堝１１を加熱
して原料を溶融させ、しかる後に種結晶を先端につけた
育成棒１３を坩堝１１内の融液１２に浸し、育成棒１３
を所定の回転数，引き上げ速度で回転させながら引き上
げ、外径50mm、長さ60mmの単結晶体１４を得た。この結
晶の屈折率を上記測定と同様にして測定した結果は、常
光屈折率ｎo ＝2.287 、異常光屈折率ｎe ＝2.203 であ
り、複屈折率は0.084 であった。

【００２３】したがって、本発明により得られた単結晶
体は、従来の方法により得られた単結晶体に比べ、複屈
折率が大きくしかも良品の偏光板として使用できること
が判明した。

【００２４】また、このような偏光板を既に説明した図
５に示す光アイソレータの複屈折部として用いると光ア
イソレータの小型化が実現されるだけでなく、安価でか
つ容易に製造が可能である。

【００２５】上記実施例ではニオブ酸リチウムを複屈折
部として用いた偏光板について説明したが、これに限定
されるものではなく、例えば偏光ビームスプリッタなど
に使用される各種周知のプリズム等の偏光素子にも好適
に適用できる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来使用されてきた水晶より複屈折率が大きく、さらに
方解石やルチル等より非常に簡便で安価な製法により育
成ができ、小型で且つ高性能な偏光素子を提供でき、ひ
いてはこのような偏光素子を使用する装置、例えば光記
録装置の光読取部や光アイソレータ等の小型化が実現さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ニオブ酸リチウムの化学量論比組成近傍の状態
図。

【図２】本発明に係る単結晶育成を説明する概略模式
図。

【図３】リチウムとニオブのモル組成比と屈折率との関
係を示すグラフ。

【図４】従来のチョクラルスキー法による単結晶育成を
説明する装置図。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ従来の光アイソ
レータの構成・機能を説明する図。

【符号の説明】

１・・・二重坩堝２・・・融液３・・・育成棒４・・・単結晶体５・・・追加原料Ｓ・・・光アイソレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リチウムとニオブとのモル組成が、下記
式を満足するニオブ酸リチウム単結晶から成る偏光素
子。 48.5 ＜ＭLi ≦ 54.5 、 45.6 ≦ ＭNb ＜ 51.5 （ただし、ＭLi ・・・リチウムのモル％ＭNb ・・・ニオブのモル％ＭLi ＋ＭNb ＝ 100）
【請求項２】請求項１に記載の偏光素子を複屈折部に
用いたことを特徴とする光アイソレータ。