JP2005350325A - Yb含有ガラス - Google Patents
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Abstract
【課題】さらなる高出力を見込める固体レーザー媒質として利用可能な新規材料を提供する。
【解決手段】SiO2、ZnO、La2O3、Sb2O3,Nb2O5およびYb2O3等の各成分を含有し、Yb2O3成分の含有量が質量%で1〜40%、各成分の質量%の比率で(SiO2+MgO+CaO)/Yb2O3の値が0.5〜25であり、屈折率(nd)が 1.70〜1.82、100〜300℃における平均線膨張係数(α)が 50〜80×10−7/℃であるガラス組成物。
【選択図】なし
Description
本発明は、光学ガラス、とりわけレーザーガラスに関するものであり、特に高ピーク出力,超短パルスレーザーのレーザー媒質として好適なYb含有ガラスに関する。
近年、固体レーザーの高出力、短パルス、高繰り返し化が進んでいる。これら高出力固体レーザーはその発熱から由来する熱応力や熱疲労による破損を防止するため、光学活性成分をドープした単結晶をレーザー媒質とし、光学活性成分を含まない単結晶を放熱板として両者を接合し、固体レーザー素子とする技術が開発されている。
例えば、非特許文献1では、YbをドープしたYAG単結晶を媒質とし、サファイア単結晶を放熱板としている。これらレーザー媒質、放熱板はどちらも単結晶のため熱膨張率が近似しており両者を接合した場合であっても、熱膨張率の違いによる接合不良などの問題が無い。
しかし、固体レーザーのさらなる高出力化の要求はますます高まっている。単結晶は組成の自由度が低いため、レーザー出力のさらなる高出力化を達成するべく単結晶中における光学活性成分の含有量を多くしようとしても、結晶構造が変化してしまったり、単結晶が得られないという問題があった。
また、ErやNd等に代表される光学活性成分はレーザー出力を得ようとして多量に含有させると、濃度消光のためかえってレーザー出力が減少してしまい、一定以上の高出力化が望めない。
一方、Yb3+イオンは単純なエネルギー構造であるため濃度消光や励起状態吸収が起こらないことが知られており、また、高効率であるため低発熱、発振波長幅が広いため超短パルス動作に好適、蛍光寿命が長いため高エネルギー蓄積が可能であるなど、高出力固体レーザー媒質の光学活性成分として好適である。このYb成分を光学活性成分としてレーザー媒質中に多量に含有させることが可能であれば、固体レーザーのさらなる高出力、高効率化が見込まれる。しかし上述のとおり、組成の自由度の低さからYbを多量に含有させた単結晶のレーザー媒質を得ることは困難であり、固体レーザーのさらなる高出力化には限界があった。
福井大学 工学部電気電子工学科 大学院工学研究科 ファイバーアメニティ工学専攻 光エレクトロニクス研究室、Yb:YAGレーザーの開発、2)本研究で用いる結晶の特徴、[online]、[平成16年5月11日検索]、インターネット〈http://fuee.fukui−u.ac.jp/〜optele/JP/solid/slab.html〉
福井大学 工学部電気電子工学科 大学院工学研究科 ファイバーアメニティ工学専攻 光エレクトロニクス研究室、Yb:YAGレーザーの開発、2)本研究で用いる結晶の特徴、[online]、[平成16年5月11日検索]、インターネット〈http://fuee.fukui−u.ac.jp/〜optele/JP/solid/slab.html〉
本発明の課題はさらなる高出力を見込める固体レーザー媒質として利用可能な新規材料を提供することである。
一般に、単結晶に対してガラスは組成の自由度が高い。ガラス中に多量のYbを含有させることができれば、固体レーザーのさらなる高出力化が見込めるはずである。またガラスは加工・成形性に優れ、大型化も容易であるためレーザー媒質として有用である。
しかし、一般にガラスは単結晶に比べ熱伝導率が低く耐熱性が悪い。したがって、レーザー媒質の発熱に由来する熱応力や熱疲労による破損を防止するための放熱板の必要性は、単結晶レーザー媒質よりガラスのレーザー媒質(レーザーガラス)の方が高い。放熱板は熱伝導率の高い単結晶が好適であるが、この際、レーザーガラスと放熱板である単結晶との熱膨張率が大きく異なっていると、両者の接合が不可能であったり、一時的に接合できても熱疲労や熱応力によって破損するなど接合不良の原因となる。またレーザー光の出力方向にレーザー媒質と放熱板を接合し、レーザー媒質から放熱板を透過してレーザー光を出力させる場合には、レーザー媒質と放熱板の屈折率が大きく異なっていると接合界面でレーザー光の反射が大きくなりロスの原因となる。したがって、レーザーガラスの平均線膨張係数(α)および屈折率(nd)を放熱板である単結晶の平均線膨張係数、屈折率と近似させること(これを本明細書においてマッチングという)が必要となる。
しかし、一般にガラスは単結晶に比べ熱伝導率が低く耐熱性が悪い。したがって、レーザー媒質の発熱に由来する熱応力や熱疲労による破損を防止するための放熱板の必要性は、単結晶レーザー媒質よりガラスのレーザー媒質(レーザーガラス)の方が高い。放熱板は熱伝導率の高い単結晶が好適であるが、この際、レーザーガラスと放熱板である単結晶との熱膨張率が大きく異なっていると、両者の接合が不可能であったり、一時的に接合できても熱疲労や熱応力によって破損するなど接合不良の原因となる。またレーザー光の出力方向にレーザー媒質と放熱板を接合し、レーザー媒質から放熱板を透過してレーザー光を出力させる場合には、レーザー媒質と放熱板の屈折率が大きく異なっていると接合界面でレーザー光の反射が大きくなりロスの原因となる。したがって、レーザーガラスの平均線膨張係数(α)および屈折率(nd)を放熱板である単結晶の平均線膨張係数、屈折率と近似させること(これを本明細書においてマッチングという)が必要となる。
本発明者は前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、放熱板としての単結晶として透明で高い熱伝導率を有するサファイアが好適であることに着目し、ガラスの組成を特定のものにすることによって、サファイアとのマッチングが良好で、Ybを多量に含有することのできるガラスが得られる事を見いだし、本発明をなすに至った。
前記目的を達成するための本発明の第1の構成は、SiO2、ZnO、Al2O3、La2O3、Sb2O3およびYb2O3の各成分を含有し、Yb2O3成分の含有量が質量%で1.0〜40.0%、各成分の質量%の比率で(SiO2+MgO+CaO)/Yb2O3の値が0.5〜25.0であり、屈折率(nd)が 1.70〜1.82、100〜300℃における平均線膨張係数(α)が 50〜80×10−7/℃であるガラス組成物である。
本発明の第2の構成は、SiO2、ZnO、Al2O3、La2O3、Sb2O3およびYb2O3の各成分を含有し、Yb2O3成分の含有量がmol%で1.0〜15.0%、各成分のmol%の比率で(SiO2+MgO+CaO)/Yb2O3の値が2.3〜35.0であり、屈折率(nd)が 1.70〜1.82、100〜300℃における平均線膨張係数(α)が 50〜80×10−7/℃であるガラス組成物である。
本発明の第3の構成は、質量%で
SiO2 20.0〜30.0%未満、および
Yb2O3 1.0〜40.0%、および
ZnO 5.0〜30.0%、および
Al2O3 1.0〜10.0%未満、および
La2O3 5.0〜30.0%、および
Sb2O3 0.01〜1.0%、および
TiO2 0〜5.0%、および/または
Nb2O5 0〜10.0%、および/または
Ta2O5 0〜10.0%、および/または
Bi2O3 0〜10.0%、および/または
WO3 0〜10.0%、および/または
ZrO2 0〜10.0%、および/または
MgO 0〜7.0%未満、および/または
CaO 0〜7.0%未満、および/または
BaO 0〜15.0%、および/または
Li2O 0〜5.0%未満、および/または
Na2O 0〜5.0%未満、および/または
K2O 0〜5.0%未満
の各成分を含有する前記第1の構成のガラス組成物である。
SiO2 20.0〜30.0%未満、および
Yb2O3 1.0〜40.0%、および
ZnO 5.0〜30.0%、および
Al2O3 1.0〜10.0%未満、および
La2O3 5.0〜30.0%、および
Sb2O3 0.01〜1.0%、および
TiO2 0〜5.0%、および/または
Nb2O5 0〜10.0%、および/または
Ta2O5 0〜10.0%、および/または
Bi2O3 0〜10.0%、および/または
WO3 0〜10.0%、および/または
ZrO2 0〜10.0%、および/または
MgO 0〜7.0%未満、および/または
CaO 0〜7.0%未満、および/または
BaO 0〜15.0%、および/または
Li2O 0〜5.0%未満、および/または
Na2O 0〜5.0%未満、および/または
K2O 0〜5.0%未満
の各成分を含有する前記第1の構成のガラス組成物である。
本発明の第4の構成はmol%で
SiO2 35.0〜65.0%、および
Yb2O3 1.0〜15.0%、および
ZnO 6.0〜50.0%、および
Al2O3 1.0〜15.0%、および
La2O3 1.0〜12.0%、および
Sb2O3 0.01〜1.0%、および
TiO2 0〜8.0%、および/または
Nb2O5 0〜5.0%、および/または
Ta2O5 0〜3.0%、および/または
Bi2O3 0〜4.0%、および/または
WO3 0〜6.0%、および/または
ZrO2 0〜10.0%、および/または
MgO 0〜15.0%、および/または
CaO 0〜15.0%、および/または
BaO 0〜12.0%、および/または
Li2O 0〜6.0%未満、および/または
Na2O 0〜5.0%、および/または
K2O 0〜6.5%
の各成分を含有する前記第2の構成のガラス組成物である。
SiO2 35.0〜65.0%、および
Yb2O3 1.0〜15.0%、および
ZnO 6.0〜50.0%、および
Al2O3 1.0〜15.0%、および
La2O3 1.0〜12.0%、および
Sb2O3 0.01〜1.0%、および
TiO2 0〜8.0%、および/または
Nb2O5 0〜5.0%、および/または
Ta2O5 0〜3.0%、および/または
Bi2O3 0〜4.0%、および/または
WO3 0〜6.0%、および/または
ZrO2 0〜10.0%、および/または
MgO 0〜15.0%、および/または
CaO 0〜15.0%、および/または
BaO 0〜12.0%、および/または
Li2O 0〜6.0%未満、および/または
Na2O 0〜5.0%、および/または
K2O 0〜6.5%
の各成分を含有する前記第2の構成のガラス組成物である。
本発明の第5の構成は質量%で、
TiO2+Nb2O5+Ta2O5+Bi2O3+WO3+ZrO2+La2O3
20.0%〜50.0%、および/または
MgO+CaO 7.0%未満、および/または
Li2O+Na2O+K2O5.0%未満
である前記第1または第3の構成のガラス組成物である。
TiO2+Nb2O5+Ta2O5+Bi2O3+WO3+ZrO2+La2O3
20.0%〜50.0%、および/または
MgO+CaO 7.0%未満、および/または
Li2O+Na2O+K2O5.0%未満
である前記第1または第3の構成のガラス組成物である。
本発明の第6の構成はmol%で、
TiO2+Nb2O5+Ta2O5+Bi2O3+WO3+ZrO2+La2O3
7.0%〜30.0%、および/または
MgO+CaO 20.0%以下、および/または
Li2O+Na2O+K2O6.5%以下
である前記第2または第4の構成のガラス組成物である。
TiO2+Nb2O5+Ta2O5+Bi2O3+WO3+ZrO2+La2O3
7.0%〜30.0%、および/または
MgO+CaO 20.0%以下、および/または
Li2O+Na2O+K2O6.5%以下
である前記第2または第4の構成のガラス組成物である。
本発明を詳細に説明する。以下、各成分の含有率の説明については特に明記しない限りは、質量%で表わすものとする。
本発明においてガラスの屈折率(nd)の下限が1.70であると、サファイアとの接合界面でのレーザー光の反射が起こりにくくなり、固体レーザーとして効率の良いものとなる。屈折率の下限としてより好ましくは1.73、最も好ましくは1.75である。また、屈折率の上限が1.82であると同様にレーザー光の反射が起こりにくくなる。屈折率の上限としてより好ましくは1.80であり、最も好ましくは1.79である。ガラスの屈折率が上述の範囲であると、サファイアと接合した場合の固体レーザーとして効率の良いものとなる。
本発明においてガラスの屈折率(nd)の下限が1.70であると、サファイアとの接合界面でのレーザー光の反射が起こりにくくなり、固体レーザーとして効率の良いものとなる。屈折率の下限としてより好ましくは1.73、最も好ましくは1.75である。また、屈折率の上限が1.82であると同様にレーザー光の反射が起こりにくくなる。屈折率の上限としてより好ましくは1.80であり、最も好ましくは1.79である。ガラスの屈折率が上述の範囲であると、サファイアと接合した場合の固体レーザーとして効率の良いものとなる。
また、ガラスの100〜300℃における平均線膨張係数(α)が50×10−7/℃以上であるとサファイアとの平均線膨張係数の差が小さくなり、接合が良好となる。平均線膨張係数の下限は、より好ましくは60×10−7/℃であり、最も好ましくは62×10−7/℃である。また、平均線膨張係数が80×10−7/℃以下であると同様に接合が良好となる。平均線膨張係数の上限は、より好ましくは75×10−7/℃であり、最も好ましくは74×10−7/℃。である。
ガラスの屈折率、平均線膨張係数を上述の範囲内とする事により、ガラスとサファイアの接合において、接合界面でのレーザー光の反射が起こりにくくなり、また、両者の接合が容易となり易く、更に熱疲労や熱応力による破損などに起因する接合不良を生じ難く、より良好な接合を得ることができる。
ガラスの屈折率、平均線膨張係数を上述の範囲内とする事により、ガラスとサファイアの接合において、接合界面でのレーザー光の反射が起こりにくくなり、また、両者の接合が容易となり易く、更に熱疲労や熱応力による破損などに起因する接合不良を生じ難く、より良好な接合を得ることができる。
本発明の構成の一つにおいて各成分の組成範囲を限定した理由は次の通りである。
すなわち、SiO2成分はガラス形成酸化物として重要な成分であり、失透なく、安定なガラスを得る為に、好ましくは20.0%、より好ましくは21.0%、最も好ましくは22.0%を下限として含有される。ただし、屈折率を下げる成分でもあるので、サファイアとの良好なマッチングのため、その上限は30.0%未満とすることが好ましく、25.0%とすることがより好ましく、24.0%とすることが最も好ましい。
すなわち、SiO2成分はガラス形成酸化物として重要な成分であり、失透なく、安定なガラスを得る為に、好ましくは20.0%、より好ましくは21.0%、最も好ましくは22.0%を下限として含有される。ただし、屈折率を下げる成分でもあるので、サファイアとの良好なマッチングのため、その上限は30.0%未満とすることが好ましく、25.0%とすることがより好ましく、24.0%とすることが最も好ましい。
Yb2O3成分は光学活性成分であり、必須成分である。十分に高いレーザー出力を得るために、好ましくは1.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは16.0%を下限として含有される。ただし、耐失透性を悪化させる成分であるため、良好な耐失透性維持のためには、好ましくは40.0%、より好ましくは35.0%、最も好ましくは25.0%を上限として含有される。
ここで、ガラスの各成分の質量%の比率(SiO2+MgO+CaO)/Yb2O3の値の下限を0.5、上限を25.0とすることが好ましい。上述のとおりYb2O3成分はできるだけ多くガラス中に含有されることがレーザー出力の面で好ましいが、過度の含有は耐失透性を悪化させる。反対にSiO2、MgO、CaOの各成分は失透の抑制に効果がある成分である。本発明者は鋭意研究により前記比の値を調節することにより、ガラスの失透を抑制しつつ、可能な限り多量のYb2O3成分を含有しうる最適な範囲を見いだしたものである。前記比の値の下限は、より好ましくは0.7であり、最も好ましくは0.8である。上限はより好ましくは10.0であり、最も好ましくは5.0である。
ZnO成分はガラスの平均線膨張係数を下げるのに有効であり、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは5.0%、より好ましくは5.5%、最も好ましくは6.0%を下限として含有される。また、良好な耐失透性維持のため、好ましくは30.0%、より好ましくは25.0%、最も好ましくは20.0%を上限として含有される。
La2O3成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であり、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは5.0%、より好ましくは7.0%、最も好ましくは9.0%を下限として含有される。また良好な耐失透性維持のため、好ましくは30.0%、より好ましくは27.0%、最も好ましくは24.0%を上限として含有される。
Al2O3成分はガラスの化学的耐久性の改良に有効であり、好ましくは1.0%、より好ましくは2.0%、最も好ましくは3.0%を下限として含有される。ただし良好な耐失透性維持のため、好ましくは10.0%未満、より好ましくは9.0%、最も好ましくは8.0%を上限として含有される。
TiO2成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であるが、良好な耐失透性維持のため、好ましくは5.0%、より好ましくは4.8%、最も好ましくは4.5%を上限として含有される。
Nb2O5成分は屈折率を大きくするのに有効な成分である。任意で含有されるが、含有量の下限を1.0%とする事がサファイアとのマッチングのためより好ましく、2.0%とする事が最も好ましい。ただし、良好な耐失透性維持のため、好ましくは10.0%、より好ましくは8.5%、最も好ましくは7.5%を上限として含有される。
Ta2O5成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であるが、良好な耐失透性維持のため、好ましくは10.0%、より好ましくは7.5%、最も好ましくは5.0%を上限として含有される。
Bi2O3成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であるが、良好な耐失透性維持のため、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは6.0%を上限として含有される。
WO3成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であるが、良好な耐失透性維持のため、好ましくは10.0%、より好ましくは8.0%、最も好ましくは6.0%を上限として含有される。
ZrO2成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であるが、良好な耐失透性維持のため、好ましくは10.0%、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.5%を上限として含有される。
またTiO2、 Nb2O5、Ta2O5、Bi2O3、WO3、ZrO2およびLa2O3の各成分の和は、サファイアとの良好なマッチングのため20.0%を下限とすることが好ましく、21.0%を下限とすることがより好ましく、22.0%を下限とすることが最も好ましい。ただし、良好な耐失透性維持のため、各成分の和は50.0%を上限とすることが好ましく、44.0%を上限とすることがより好ましく、40.0%を上限とすることが最も好ましい。
BaO成分は屈折率を高くするのに有効な成分である。ただしガラスの平均線膨張係数を大きくする成分であるので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは15.0%、より好ましくは13.5%、最も好ましくは12.0%を上限として含有される。
MgO成分はガラスの失透抑制に有効であるが、屈折率を低下させる成分であるので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましい上限は7%未満であり、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.5%を上限として含有される。
CaO成分はガラスの失透抑制に有効であるが、屈折率を低下させる成分であるので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましい上限は7.0%未満であり、より好ましくは5.0%、最も好ましくは3.5%を上限として含有される。
また屈折率を維持しサファイアとの良好なマッチングのため、MgO、CaO両成分の和は7.0%未満が好ましく、6.5%以下がより好ましく、5.5%以下が最も好ましい。
Li2O成分はガラスの溶解性を向上させる成分であるが、ガラスの平均線膨張係数を非常に大きくするので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましい上限は5.0%未満であり、より好ましくは3.0%を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
Na2O成分はガラスの溶解性を向上させる成分であるが、ガラスの平均線膨張係数を非常に大きくするので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましい上限は5.0%未満であり、より好ましくは3.0%を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
K2O成分はガラスの溶解性を向上させる成分であるが、ガラスの平均線膨張係数を非常に大きくするので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましい上限は5.0%未満であり、より好ましくは3.0%を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
また、Li2O、Na2O、K2O各成分の和は、前記平均線膨張係数の観点から5%未満であることが好ましく、3.0%未満であることがより好ましく、Li2O、NaO、K2O各成分はどれも実質的に含有されないことが最も好ましい。
Sb2O3成分はガラスの清澄剤として有効であり含有量の下限を0.01%とすることが好ましく、0.05%とすることがより好ましく、0.1%とすることが最も好ましい。ただし、他成分の組成のバランスにおいて得られる所望の物性に影響を及ぼさないよう、含有量の上限は1.0%とすることが好ましく、0.8%とすることがより好ましく、0.7%とすることが最も好ましい。
なお、本発明のガラスに、Rb2O、Cs2O、SnO等の上記以外の成分を合計で5%程度まで必要に応じて添加しても差し支えない。
本発明のガラス組成物は、その組成が質量%で表わされているため直接的にmol%の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラスは、mol%による表示で概ね以下の値の各成分を含有する。
SiO2 35.0〜65.0%、および
Yb2O3 1.0〜15.0%、および
ZnO 6.0〜50.0%、および
Al2O3 1.0〜15.0%、および
La2O3 1.0〜12.0%、および
Sb2O3 0.01〜1.0%、および
TiO2 0〜8.0%、および/または
Nb2O5 0〜5.0%、および/または
Ta2O5 0〜3.0%、および/または
Bi2O3 0〜4.0%、および/または
WO3 0〜6.0%、および/または
ZrO2 0〜10.0%、および/または
MgO 0〜15.0%、および/または
CaO 0〜15.0%、および/または
BaO 0〜12.0%、および/または
Li2O 0〜6.0%未満、および/または
Na2O 0〜5.0%、および/または
K2O 0〜6.5%
SiO2 35.0〜65.0%、および
Yb2O3 1.0〜15.0%、および
ZnO 6.0〜50.0%、および
Al2O3 1.0〜15.0%、および
La2O3 1.0〜12.0%、および
Sb2O3 0.01〜1.0%、および
TiO2 0〜8.0%、および/または
Nb2O5 0〜5.0%、および/または
Ta2O5 0〜3.0%、および/または
Bi2O3 0〜4.0%、および/または
WO3 0〜6.0%、および/または
ZrO2 0〜10.0%、および/または
MgO 0〜15.0%、および/または
CaO 0〜15.0%、および/または
BaO 0〜12.0%、および/または
Li2O 0〜6.0%未満、および/または
Na2O 0〜5.0%、および/または
K2O 0〜6.5%
本発明の構成の一つにおいて、上述した各成分の効果を奏するために、mol%表示によれば、各成分は以下に記載の範囲で含有される。
すなわち、SiO2成分は、好ましくは概ね35.0mol%、より好ましくは概ね37.0mol%、最も好ましくは概ね39.0mol%を下限として含有される。上限は概ね65.0mol%とすることが好ましく、概ね60.0mol%とすることがより好ましく、概ね56.0mol%とすることが最も好ましい。
すなわち、SiO2成分は、好ましくは概ね35.0mol%、より好ましくは概ね37.0mol%、最も好ましくは概ね39.0mol%を下限として含有される。上限は概ね65.0mol%とすることが好ましく、概ね60.0mol%とすることがより好ましく、概ね56.0mol%とすることが最も好ましい。
Yb2O3成分は、好ましくは概ね1.0mol%、より好ましくは概ね3.0mol%、最も好ましくは概ね5.0mol%を下限として含有され、好ましくは概ね15.0mol%、より好ましくは概ね13.0mol%、最も好ましくは概ね11.0mol%を上限として含有される。
ガラスの各成分のmol%の比率(SiO2+MgO+CaO)/Yb2O3の値は下限を概ね2.3とすることが好ましく、概ね4.0とすることがより好ましく、概ね5.5とすることが最も好ましい。また上限は概ね35.0とすることが好ましく、概ね26.0とすることがより好ましく、概ね17.0とすることが最も好ましい。
ZnO成分は、好ましくは概ね6.0mol%、より好ましくは概ね7.0mol%、最も好ましくは概ね8.0mol%を下限として含有される。また、好ましくは概ね50.0mol%、より好ましくは概ね40.0mol%、最も好ましくは概ね30.0mol%を上限として含有される。
La2O3成分は、好ましくは概ね1.0mol%、より好ましくは概ね2.0mol%、最も好ましくは概ね3.0mol%を下限として含有され、好ましくは概ね12.0mol%、より好ましくは概ね10.0mol%、最も好ましくは概ね9.0mol%を上限として含有される。
Al2O3成分は、好ましくは概ね1.0mol%、より好ましくは概ね2.0mol%、最も好ましくは概ね3.0mol%を下限として含有され、好ましくは概ね15.0mol%、より好ましくは概ね13.0mol未満%、最も好ましくは概ね10.0mol%未満を上限として含有される。
TiO2成分は、好ましくは概ね8.0mol%、より好ましくは概ね7.5mol%、最も好ましくは概ね7.0mol%未満を上限として含有される。
Nb2O5成分は任意で含有されるが、含有量の下限を概ね0.5mol%とすることがより好ましく、概ね1.0mol%とすることが最も好ましい。ただし好ましくは概ね5.0mol%、より好ましくは概ね4.5mol%、最も好ましくは概ね3.5mol%を上限として含有される。
Ta2O5成分は、好ましくは概ね3.0mol%、より好ましくは概ね2.5mol%、最も好ましくは概ね2.0mol%を上限として含有される。
Bi2O3成分は、好ましくは概ね4.0mol%、より好ましくは概ね3.0mol%、最も好ましくは概ね2.0mol%を上限として含有される。
WO3成分は、好ましくは概ね6.0mol%、より好ましくは概ね5.0mol%、最も好ましくは概ね4.0mol%を上限として含有される。
ZrO2成分は、好ましくは概ね10.0mol%、より好ましくは概ね6.0mol%、最も好ましくは概ね4.0mol%を上限として含有される。
またTiO2、 Nb2O5、Ta2O5、Bi2O3、WO3、ZrO2およびLa2O3の各成分の和は、概ね7.0mol%を下限とすることが好ましく、概ね8.5mol%を下限とすることがより好ましく、概ね10.0mol%を下限とすることが最も好ましい。ただし、各成分の和は概ね30.0mol%を上限とすることが好ましく、概ね27.0mol%を上限とすることがより好ましく、概ね24.0mol%とすることが最もが好ましい。
BaO成分は、好ましくは概ね12.0mol%、より好ましくは概ね11.0mol%、最も好ましくは概ね10.0mol%を上限として含有される。
MgO成分は、好ましくは概ね15.0mol%、より好ましくは概ね10.0mol%未満、最も好ましくは概ね8.5mol%を上限として含有される。
CaO成分は、好ましくは概ね15.0mol%、より好ましくは概ね10.0mol%、最も好ましくは概ね7.0mol%を上限として含有される。
MgO、CaO両成分の和は概ね20.0mol%以下が好ましく、概ね17.0mol%以下がより好ましく、概ね15.0mol%以下が最も好ましい。
Li2O成分は、好ましくは概ね6.0mol%未満、より好ましくは概ね5.0mol%を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
Na2O成分は、好ましくは概ね5.0mol%、より好ましくは概ね3.0mol%を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
K2O成分は、好ましくは概ね6.5mol%、より好ましくは概ね5.0mol%を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
また、Li2O、NaO、K2O各成分の和は、概ね6.5mol%以下であることが好ましく、概ね3.5mol%以下であることがより好ましく、Li2O、Na2O、K2O各成分はどれも実質的に含有されないことが最も好ましい。
Sb2O3成分は好ましくは概ね0.01mol%、より好ましくは概ね0.02mol%、最も好ましくは概ね0.03mol%を下限とし、好ましくは概ね1.0mol%、より好ましくは概ね0.6mol%、最も好ましくは概ね0.4mol%を上限として含有される。
なお、本発明のガラスに、Rb2O、Cs2O、SnO等の上記以外の成分を合計で概ね5mol%程度まで必要に応じて添加しても差し支えない。
次に本発明のガラスについて、実質的に含有しないことが好ましい成分について説明する。
本発明のガラスは、環境上有害なPbOやAs2O3成分を実質的に含有しないことが好ましい。
本発明のガラスは、環境上有害なPbOやAs2O3成分を実質的に含有しないことが好ましい。
B2O3はガラスの耐酸性を悪くする成分である。本発明のガラスとサファイアをオプティカルコンタクトなどの直接接合により接合する場合には、酸でガラスの表面処理をする必要がある。B2O3を含有していると表面処理の際ガラスの表面が荒れ、オプティカルコンタクトで要求される表面の平滑度に達しにくくなるため、B2O3は含まないことが好ましい。
F成分は屈折率を低下させる成分であり、サファイアとのマッチングの観点からは実質的に含有しないことが好ましい。
Ga2O3、Tb2O3、MnO2等の成分は、ガラスの安定性、耐酸性、溶融性等が低下するので実質的に含有しないことが好ましい。
V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mo等の着色成分は実質的に含有しないことが好ましい。
なお、本明細書において実質的に含有しないとは、不純物として混入される場合を除き、人為的に含有させないことを意味する。
本発明によれば、光学活性成分であるYbを多量に含有することができ、なおかつ、サファイアと近似した平均線膨張係数(100〜300℃おいて50〜80×10−7/℃)と屈折率(1.70〜1.82)を有し、放熱板としてのサファイア単結晶との接合が良好であり、その接合界面でのレーザー光の反射もきわめて少ない、レーザー媒質として高出力が期待できる新規材料を得ることができる。
次に本発明にかかるガラスの実施組成例(単位:質量%)を、屈折率(nd)および100〜300℃の平均線膨張係数(α)とともに表1〜5に示した。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
これらの表において、屈折率(nd)は溶融ガラスをキャストし、Tg付近の温度で3時間保持し、その後25℃/時の速度で10時間降温したのち、アニール炉内にて室温になるまで自然降温して得られたガラスについて、示差自動屈折計を用いて測定した。また、平均線膨張係数(α)は各実施例のガラスを長さ20.0(+0.0、−1.0)mm、直径4.7(±0.1)mmの棒状試料に加工し、(株)リガク製 TAS200−TMA縦型熱膨張計を用いて、試料に98mNの力を加え、毎分4℃で上昇するように加熱し、100〜300℃の温度範囲において測定した。
これらの表において、屈折率(nd)は溶融ガラスをキャストし、Tg付近の温度で3時間保持し、その後25℃/時の速度で10時間降温したのち、アニール炉内にて室温になるまで自然降温して得られたガラスについて、示差自動屈折計を用いて測定した。また、平均線膨張係数(α)は各実施例のガラスを長さ20.0(+0.0、−1.0)mm、直径4.7(±0.1)mmの棒状試料に加工し、(株)リガク製 TAS200−TMA縦型熱膨張計を用いて、試料に98mNの力を加え、毎分4℃で上昇するように加熱し、100〜300℃の温度範囲において測定した。
本発明の実施例のガラスは、いずれも硝酸塩、炭酸塩および酸化物の原料を用いて秤量・混合し、これを白金るつぼを用い、約1100〜1500℃、約2〜5時間で溶解脱泡し、攪拌均質化した後、金型に鋳込み、徐冷することにより得た。
表1〜5に見られるように、本発明の実施例のガラスはいずれも、100〜300℃における平均線膨張係数が50〜80×10−7/℃の範囲にあり、屈折率(nd)が1.70〜1.82の範囲であった。かつ、これらのガラスは、サファイアとの接合が良好であった。
上述のとおり、本発明に得られる新規材料は光学活性成分であるYbを多量に含有することができ、なおかつ、サファイアと近似した平均線膨張係数と屈折率を有し、放熱板としてのサファイア単結晶との接合が良好であり、その接合界面でのレーザー光の反射の問題も無いレーザー媒質として高出力が期待できるガラスである。したがって、高出力、短パルス、高繰り返し化が要求される高出力固体レーザーとして好適である。
本発明のガラス単体で固体レーザー媒質として使用することも可能であるが、本発明のガラスはサファイアとマッチングされているので、単結晶のレーザー媒質に単結晶を放熱板として接合するという従来技術のように、本発明のガラスにサファイアの単結晶を放熱板として接合することにより、良好な耐熱性を有する固体レーザーとして使用することができる。
また、サファイアの単結晶に限らず、本発明のガラスとマッチングしており、熱伝導率が少なくとも本発明のガラスより良い材料であれば、本発明のガラスに放熱板として接合し、固体レーザーとして使用することができる。
本発明のガラスと放熱板の接合はオプティカルコンタクト等の直接接合でも良いし、サファイアとマッチングされた何らかの接着用材料を介在させるものでも良い。
前記接着用材料としては、透明であり、サファイアと平均線膨張係数、屈折率が近似している材料を用いると良い。例えば屈折率(nd)が 1.70を超え〜1.82、100〜300℃における熱膨張係数(α)が 50〜80×10−7/℃、ガラス転移点(Tg)が600℃以下のガラスであると接着用材料として好適である。
前記物性を有する接着用ガラスの組成の例を以下に示すと、
質量%で、
SiO2 5.0%を超え〜15.0%、および
B2O3 10.0%を超え〜30.0%未満、および
Al2O3 4.0%を超え〜10.0%、および
ZnO 10.0を超え〜40.0%未満、および
TiO2 0〜5.0%、および/または
Nb2O5 0〜20.0%、および/または
Ta2O5 0〜8.0%未満、および/または
Bi2O3 0〜10.0%、および/または
WO3 0〜10.0%、および/または
ZrO2 0〜3.0%未満、および/または
La2O3 5.0〜30.0%未満、および/または
MgO 0〜5.0%未満、および/または
CaO 0〜5.0%未満、および/または
BaO 0〜5.0%未満、および/または
Li2O 0〜3.5%未満、および/または
Na2O 0〜3.5%未満、および/または
K2O 0〜3.5%未満、および/または
Sb2O3 0〜1.0%
の各成分を含有するガラスである。
質量%で、
SiO2 5.0%を超え〜15.0%、および
B2O3 10.0%を超え〜30.0%未満、および
Al2O3 4.0%を超え〜10.0%、および
ZnO 10.0を超え〜40.0%未満、および
TiO2 0〜5.0%、および/または
Nb2O5 0〜20.0%、および/または
Ta2O5 0〜8.0%未満、および/または
Bi2O3 0〜10.0%、および/または
WO3 0〜10.0%、および/または
ZrO2 0〜3.0%未満、および/または
La2O3 5.0〜30.0%未満、および/または
MgO 0〜5.0%未満、および/または
CaO 0〜5.0%未満、および/または
BaO 0〜5.0%未満、および/または
Li2O 0〜3.5%未満、および/または
Na2O 0〜3.5%未満、および/または
K2O 0〜3.5%未満、および/または
Sb2O3 0〜1.0%
の各成分を含有するガラスである。
同様にmol%で表記すると、
SiO2 8.0〜30.0%、および
B2O3 15.0〜50.0%、および
Al2O3 1.0%〜10.0未満、および
ZnO 13.0〜50.0%、および
TiO2 0〜7.0%、および/または
Nb2O5 0〜8.0%、および/または
Ta2O5 0〜3.0%、および/または
Bi2O3 0〜3.0%、および/または
WO3 0〜5.0%、および/または
ZrO2 0〜3.0%、および/または
La2O3 1.5〜10.0%、および/または
MgO 0〜5.0%、および/または
CaO 0〜5.0%、および/または
BaO 0〜5.0%、および/または
Li2O 0〜12.0%、および/または
Na2O 0〜6.0%、および/または
K2O 0〜4.0%、および/または
Sb2O3 0〜1.0%
の各成分を含有するガラスである。
SiO2 8.0〜30.0%、および
B2O3 15.0〜50.0%、および
Al2O3 1.0%〜10.0未満、および
ZnO 13.0〜50.0%、および
TiO2 0〜7.0%、および/または
Nb2O5 0〜8.0%、および/または
Ta2O5 0〜3.0%、および/または
Bi2O3 0〜3.0%、および/または
WO3 0〜5.0%、および/または
ZrO2 0〜3.0%、および/または
La2O3 1.5〜10.0%、および/または
MgO 0〜5.0%、および/または
CaO 0〜5.0%、および/または
BaO 0〜5.0%、および/または
Li2O 0〜12.0%、および/または
Na2O 0〜6.0%、および/または
K2O 0〜4.0%、および/または
Sb2O3 0〜1.0%
の各成分を含有するガラスである。
接着用材料としてガラスを用いる場合、ガラスを薄板状、粉砕して溶媒に分散させたスラリー状、あるいはその他の接着に適した状態にして本発明のガラスとサファイアの間に介在させ熱処理することによって、本発明のガラスとサファイアの界面での光の反射によるロスが少なく、耐熱性に優れた固体レーザーを作製することができる。
以下表6〜8に接着用材料の組成例を示す。表6〜8中の屈折率(nd)、平均線膨張係数(α)は表1〜5の実施例における屈折率、平均線膨張係数の測定方法と同様の方法で行った。
また、ガラス転移点(Tg)は前記平均線膨張係数の測定方法と同様の試料、装置、昇温条件で測定した。
また、ガラス転移点(Tg)は前記平均線膨張係数の測定方法と同様の試料、装置、昇温条件で測定した。
表4〜6に見られるように、接着用材料の組成例のガラスはいずれも、100〜300℃の平均線膨張係数が50〜80×10−7/℃の範囲にあり、屈折率(nd)は1.70より大きく1.82以下の範囲にあった。かつ、これらのガラスは、いずれも600℃以下のガラス転移点(Tg)を示した。またレーザーガラスが失透しない温度でサファイアと接着することができ、また接着用ガラス自身も失透することがなく、接着用ガラスとして良好な特性を示した。
Claims (6)
- SiO2、ZnO、Al2O3、La2O3、Sb2O3、およびYb2O3の各成分を含有し、Yb2O3成分の含有量が質量%で1.0〜40.0%、各成分の質量%の比率で(SiO2+MgO+CaO)/Yb2O3の値が0.5〜25.0であり、屈折率(nd)が 1.70〜1.82、100〜300℃における平均線膨張係数(α)が 50〜80×10−7/℃であるガラス組成物。
- SiO2、ZnO、Al2O3、La2O3、Sb2O3、およびYb2O3の各成分を含有し、Yb2O3成分の含有量がmol%で1.0〜15.0%、各成分のmol%の比率で(SiO2+MgO+CaO)/Yb2O3の値が2.3〜35.0であり、屈折率(nd)が 1.70〜1.82、100〜300℃における平均線膨張係数(α)が 50〜80×10−7/℃であるガラス組成物。
- 質量%で
SiO2 20.0〜30.0%未満、および
Yb2O3 1.0〜40.0%、および
ZnO 5.0〜30.0%、および
Al2O3 1.0〜10.0%未満、および
La2O3 5.0〜30.0%、および
Sb2O3 0.01〜1.0%、および
TiO2 0〜5.0%、および/または
Nb2O5 0〜10.0%、および/または
Ta2O5 0〜10.0%、および/または
Bi2O3 0〜10.0%、および/または
WO3 0〜10.0%、および/または
ZrO2 0〜10.0%、および/または
MgO 0〜7.0%未満、および/または
CaO 0〜7.0%未満、および/または
BaO 0〜15.0%、および/または
Li2O 0〜5.0%未満、および/または
Na2O 0〜5.0%未満、および/または
K2O 0〜5.0%未満
の各成分を含有する請求項1に記載のガラス組成物。 - mol%で
SiO2 35.0〜65.0%、および
Yb2O3 1.0〜15.0%、および
ZnO 6.0〜50.0%、および
Al2O3 1.0〜15.0%、および
La2O3 1.0〜12.0%、および
Sb2O3 0.01〜1.0%、および
TiO2 0〜8.0%、および/または
Nb2O5 0〜5.0%、および/または
Ta2O5 0〜3.0%、および/または
Bi2O3 0〜4.0%、および/または
WO3 0〜6.0%、および/または
ZrO2 0〜10.0%、および/または
MgO 0〜15.0%、および/または
CaO 0〜15.0%、および/または
BaO 0〜12.0%、および/または
Li2O 0〜6.0%未満、および/または
Na2O 0〜5.0%、および/または
K2O 0〜6.5%
の各成分を含有する請求項2に記載のガラス組成物。 - 質量%で、
TiO2+Nb2O5+Ta2O5+Bi2O3+WO3+ZrO2+La2O3
20.0%〜50.0%、および/または
MgO+CaO 7.0%未満、および/または
Li2O+Na2O+K2O5.0%未満
である請求項1または3に記載のガラス組成物。 - mol%で、
TiO2+Nb2O5+Ta2O5+Bi2O3+WO3+ZrO2+La2O3
7.0%〜30.0%、および/または
MgO+CaO 20.0%以下、および/または
Li2O+Na2O+K2O6.5%以下
である請求項2または4に記載のガラス組成物。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014508701A (ja) * | 2011-01-28 | 2014-04-10 | ダルハウジー ユニバーシティ | 放射線不透過性塞栓粒子 |
US11083806B2 (en) | 2014-11-26 | 2021-08-10 | Abk Biomedical Incorporated | Radioembolic particles |
JP7269732B2 (ja) | 2016-04-04 | 2023-05-09 | 株式会社オハラ | 光学ガラス、プリフォーム材及び光学素子 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS593044A (ja) * | 1982-06-24 | 1984-01-09 | Minolta Camera Co Ltd | 異常分散ガラス |
JPS6016831A (ja) * | 1983-07-11 | 1985-01-28 | Ohara Inc | 高屈折低膨張性光学ガラス |
JPS62100449A (ja) * | 1985-10-24 | 1987-05-09 | Ohara Inc | 光学ガラス |
JPH0826765A (ja) * | 1994-07-07 | 1996-01-30 | Nikon Corp | 光学ガラス |
JPH1146026A (ja) * | 1997-07-25 | 1999-02-16 | Hironori Hirato | レーザー励起固体レーザーの設計法 |
JP2003212592A (ja) * | 2002-01-24 | 2003-07-30 | Ohara Inc | 高い比誘電率を有するガラス及びガラス基板 |
-
2004
- 2004-06-14 JP JP2004175432A patent/JP2005350325A/ja active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS593044A (ja) * | 1982-06-24 | 1984-01-09 | Minolta Camera Co Ltd | 異常分散ガラス |
JPS6016831A (ja) * | 1983-07-11 | 1985-01-28 | Ohara Inc | 高屈折低膨張性光学ガラス |
JPS62100449A (ja) * | 1985-10-24 | 1987-05-09 | Ohara Inc | 光学ガラス |
JPH0826765A (ja) * | 1994-07-07 | 1996-01-30 | Nikon Corp | 光学ガラス |
JPH1146026A (ja) * | 1997-07-25 | 1999-02-16 | Hironori Hirato | レーザー励起固体レーザーの設計法 |
JP2003212592A (ja) * | 2002-01-24 | 2003-07-30 | Ohara Inc | 高い比誘電率を有するガラス及びガラス基板 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014508701A (ja) * | 2011-01-28 | 2014-04-10 | ダルハウジー ユニバーシティ | 放射線不透過性塞栓粒子 |
US9757480B2 (en) | 2011-01-28 | 2017-09-12 | Abk Biomedical Incorporated | Radiopaque embolic particles |
US11083806B2 (en) | 2014-11-26 | 2021-08-10 | Abk Biomedical Incorporated | Radioembolic particles |
JP7269732B2 (ja) | 2016-04-04 | 2023-05-09 | 株式会社オハラ | 光学ガラス、プリフォーム材及び光学素子 |
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