JP4526844B2

JP4526844B2 - 波長変換シリカガラス

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Publication number: JP4526844B2
Application number: JP2004090070A
Authority: JP
Inventors: 朗藤ノ木; 哲司上田; 裕幸西村; 英次吉田; 正大中塚
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: JP2005272243A

Description

本発明は３５０ｎｍ以下の紫外線を効率良く波長５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの可視光に変換する波長変換シリカガラスに関し、より詳しくは、ＹＡＧレーザー又はチタン・サファイアレーザー励起用キセノンフラッシュランプに用いられる管材や板材、あるいは紫外線に対する蛍光板やセンサー、フィルターとして好適に用いられる板材等に関する。

大出力Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの励起には通常キセノンフラッシュランプが用いられる。キセノンフラッシュランプは発光強度のピークが４００ｎｍ〜４５０ｎｍにあり、２００ｎｍ〜１０００ｎｍに渡ってブロードな発光特性を示すが、実際のＮｄ：ＹＡＧレーザー励起に必要な光は波長５３０ｎｍ〜５５０ｎｍ、５８０ｎｍ〜６００ｎｍなので、この波長以外の発光はレーザー励起には殆ど寄与せずエネルギーの大幅なロスとなる。

図８にＮｄ：ＹＡＧ結晶の吸光スペクトルを示す。図８に示されるように５３０ｎｍ〜５５０ｎｍ、５８０ｎｍ〜６００ｎｍに強い吸収線があり、この領域の光によって良く励起されることが判る。

また、図９に異なる電流密度で発光させた場合のキセノンフラッシュランプの発光スペクトルを示す。１７００Ａ／ｃｍ²では４００ｎｍ〜４５０ｎｍにブロードな発光強度のピークが認められる。電流密度を５３００Ａ／ｃｍ²に上げると発光のピークは短波長方向にシフトして３００ｎｍ〜４００ｎｍになることがわかる。

このようなキセノンフラッシュランプから放出される波長４００ｎｍ以下の紫外領域の光はＮｄ：ＹＡＧ結晶に吸収され熱を発生し発光効率を低下させる。このためにキセノンフラッシュランプに用いられるシリカガラス管は例えば信越石英製Ｍ３８２ランプチューブの場合、波長３８０ｎｍ以下の紫外線をカットするような工夫がなされている。しかしながら、このような石英ガラス管は波長３８０ｎｍ以下の紫外線を透過せず、吸収してしまうので、結局は熱に変換される。

また、特許文献１は、光の波長変換可能なシリカガラスとして、２価の銅とアルミニウムをドープしたシリカガラスが開示されている。しかしながら、ドーパントを２種類要するため、非常に扱いが煩雑になり、さらに該石英ガラスでは蛍光のピーク波長が５００ｎｍ以下にシフトする為、最適な波長が得られないという問題があった。また、特許文献１は紫外線透過率については何ら記載していない。
特開平５−２５４８７９号公報

本発明は、従来のキセノンフラッシュランプでは熱に変換されてしまった波長４００ｎｍ以下の紫外線をＹＡＧレーザーやＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザー等の励起に有効な波長４００ｎｍから６５０ｎｍの光に波長変換し、特に、Ｎｄ：ＹＡＧのレーザー励起に有効な波長５２０ｎｍから５８０ｎｍに蛍光強度のピーク波長があるように波長変換することにより、キセノンフラッシュランプの光をより有効に利用できるようにし、レーザー発振効率、特にＮｄ：ＹＡＧレーザー発振効率を向上させることを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、シリカガラスに銅を適量添加することで、波長１６０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー励起に有効な波長である５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの間にピークを持つ紫外線、典型的には波長５４０ｎｍにピークを持つ紫外線に効率良く波長変換出来ることを見出した。

このようなシリカガラス材料をベースにキセノンフラッシュランプとする際、必要な銅の含有量を最適化し、また、基体となるシリカガラスの物性を選択することにより発光波長をＮｄ：ＹＡＧレーザー励起に好ましい波長とし、更にキセノンフラッシュランプとしてＮｄ：ＹＡＧ結晶を保護するための紫外線透過率を最適化することでＮｄ：ＹＡＧレーザーの発振に最適なシリカガラス管を完成させた。

また、このようなシリカガラス材料をベースにキセノンフラッシュランプ用の窓材を構成することで、通常のシリカガラス管によって構成されたキセノンフラッシュランプを用いても、前記銅を含有したシリカガラス管によって構成されたキセノンフラッシュランプを用いた場合とほぼ同様の効果が得られることを見出した。

即ち、本発明の波長変換シリカガラスは、Ｃｕを３０ｐｐｍ以上１，０００ｐｐｍ以下含有し、ＯＨ基濃度を０．１ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下含有し、波長１６０ｎｍから４００ｎｍの紫外線に対する発光が４００ｎｍから６５０ｎｍにあって、発光強度のピーク波長が５２０ｎｍから５８０ｎｍの間にあり、かつ波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率が２０％以上９５％以下であることを特徴とする。なお、必要に応じてＡｌその他のドーパントをＣｕと併用することもできるが、Ａｌその他のドーパントを実質的に含まない構成とすることが好ましい。

波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さｄ（ｃｍ）あたりの内部透過率Ｔ（％）に対し、含有する銅濃度［Ｃｕ］（重量ｐｐｍ）が、下記式（１）で示される範囲内であって、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖの含有量がそれぞれ５ｐｐｍ以下であることが好ましい。

（式（１）中、厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率が４０％以上の場合、ａ＝５０であり、厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率が４０％未満の場合、ａ＝１００である。）

本発明の波長変換シリカガラス管は、管状体である本発明の波長変換シリカガラスであって、Ｃｕ濃度の分布が、管の肉厚方向に関して肉厚中心部分で高く内外周部に近づくにつれ低下していることを特徴とする。

本発明の波長変換シリカガラス板は、板状体である本発明の波長変換シリカガラスであって、Ｃｕ濃度の分布が、板の厚さ方向に関して肉厚中心部分で高く内外表面に近づくにつれ低下していることを特徴とする。

本発明のキセノンフラッシュランプは、本発明のシリカガラスより作製したガラス管を用いたものである。

本発明によれば、従来のキセノンフラッシュランプでは熱に変換されてしまった波長４００ｎｍ以下の紫外線をＹＡＧレーザーやＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃レーザー等の励起に有効な波長４００ｎｍから６５０ｎｍの光に波長変換し、特に、Ｎｄ：ＹＡＧのレーザー励起に有効な波長５２０ｎｍから５８０ｎｍに蛍光強度のピーク波長があるように波長変換することにより、キセノンフラッシュランプの光をより有効に利用できるようにし、レーザー発振効率、特にＮｄ：ＹＡＧレーザー発振効率を向上させることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。

本発明の波長変換シリカガラスは、Ｃｕ濃度が３０ｐｐｍ以上１，０００ｐｐｍ以下、ＯＨ基濃度が０．１ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下であって、波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率が２０％以上９５％以下であるものである。

シリカガラスに銅を添加することにより、波長１６０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線照射によって非常に強い蛍光を発する。蛍光の波長はシリカガラス中に含まれるＯＨ基濃度と関係があり、ＯＨ基濃度を０．１ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下に設定することにより、波長１６０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線をＮｄ：ＹＡＧレーザー励起に有効な波長５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの間にピークを有する紫外線、典型的には波長５４０ｎｍにピークを有する紫外線に効率よく変換できるのに対し、ＯＨ基濃度が０．１ｐｐｍ未満のシリカガラスの場合には発光のピーク波長がそれ程有効でない５００ｎｍ以下、典型的には４９０ｎｍになり、ＯＨ基濃度が５００ｐｐｍを超えるとレーザー媒質が加熱し耐熱性が悪くなることを見出した。

さらに、内部透過率の規定を設けることにより、ランプから出る紫外線によってレーザー結晶が加熱され、発光効率が低下する問題を回避できる。具体的には、波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率を２０％以上９５％以下とするものである。内部透過率が９５％を超えると実質的に紫外線をカットする作用が少なくなり効率低下を防止することが困難となり、また、内部透過率を２０％未満に設定すると透過率を低下させるために必要な銅の濃度が高くなり過ぎる為、ガラス表面の紫外線吸収が大きくなり効率変換が低下してしまう為、好ましくない。

一方、蛍光の強度は添加する銅の濃度とあるレベルまでは直線関係にあるので、実用上必要な変換効率を得るためには銅の濃度は３０ｐｐｍ以上必要であるが、逆に銅の濃度が高すぎると、シリカガラスの表面付近で紫外光を殆ど吸収してしまい、波長変換がガラス全体で起きなくなるために変換効率が低下してくる。このため銅濃度の上限は１０００ｐｐｍであることが必要である。

また、キセノンフラッシュランプ管として用いる場合、あるいは波長変換して紫外線をより波長の長い光として利用とする場合に波長の短い紫外線が素子に悪い影響を及ぼすことがしばしばある。このような場合を考慮して、不要な紫外線をカットする意味でも銅は有効である。

即ち、シリカガラス中の銅はその濃度に応じて紫外線を吸収するので、適切な濃度をドープすることにより紫外線の透過率を制御することが可能である。

本発明者らの研究により、前記式（１）によって決まる濃度のＣｕをシリカガラス中に含ませることにより、所望の透過率を得る事が出来ることが判った。即ち、厚さｄ（ｃｍ）の波長変換シリカガラスにおける波長３８０ｎｍの紫外線に対する目標内部透過率をＴ₁（％）、該波長変換シリカガラス中のＣｕ濃度を［Ｃｕ］（重量ｐｐｍ）として、
（１）波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さ２．５ｍｍあたりの目標内部透過率が４０％以上の場合、

（２）波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さ２．５ｍｍあたりの目標内部透過率が４０％未満の場合、

で規定される濃度範囲のＣｕをシリカガラス中に含有させることにより、所望の内部透過率を示す波長変換シリカガラスを得ることができる。但し、Ｃｕ以外の金属元素が多量に存在する場合にはこれらの式から外れるために、これらの式を成立させる為には紫外線透過率に影響を及ぼす元素である、Ｆｅ、Ｖ、Ｔｉの濃度がそれぞれ５ｐｐｍ以下であることが必要である。

更に、シリカガラス管内の銅濃度は管の肉厚中心部分で高く、内外周部に行くにつれ徐々に低下していることが好ましい。これは内外表面における銅濃度が高いとその部分でより強い光の吸収が生じ、シリカガラス管の内部における紫外線の強度が低下してしまい、効率の良い波長変換ができなくなるためである。銅濃度の分布は、管の内外周部の銅濃度が肉厚中心部分の銅濃度に比べ１０％程度以上低いことが好ましく、内外周部には銅は含有されていなくてもよい。また、管の周方向及び長手方向においては銅濃度が均一であることが好ましい。また、シリカガラス板の場合も、シリカガラス管の場合と同様、銅濃度が肉厚中心部分で高く、内外表面に近づくにつれ徐々に低下していることが好ましい。

このような銅濃度分布を得るためには、例えばスート体を、銅を含む水溶液にどぶ漬け（スタッフィング）して銅のドーピングを行った後、純水等に再度スート体をどぶ漬けして表面近傍の銅を除去する操作（アンスタッフィング）を行うことが好ましい。

本発明の波長変換シリカガラスは、波長１６０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線を非常に効率良く、波長４００ｎｍ〜６５０ｎｍに発光があり波長５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの間にピークを持つ紫外線に波長変換し、レーザー発振効率を向上させることが出来るという甚大な効果を奏するものであり、キセノンフラッシュランプ等の紫外線ランプに用いられる管材、紫外線ランプの窓材、及び蛍光板等、紫外線の波長変換ガラスとして有効である。また、本発明の波長変換シリカガラスは、シリカガラスに銅を適量添加することで上記効果を奏する為、銅以外のドーパントを必要とせず、簡便に製造することができる。なお、必要に応じて銅以外のドーパントを用いてもよいが、作業性やコストの点からＡｌ等の他のドーパントを実質的に含まないことが好適である。

以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。

（実施例１）
四塩化珪素を酸水素バーナー火炎中に導入し生成するすす状のシリカ微粒子を回転する基体（マンドレル）上に堆積させてシリカの多孔質体（スート体）を作製した。得られたスート体からマンドレルを抜き取り、外径２２０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ６００ｍｍ、重量１０．８ｋｇの中空シリンダ状のスート体を得た。

得られたスート体を、シリカガラス炉心管を有する電気炉内に設置し、Ｈｅ雰囲気下、１２００℃で２０時間加熱してスート体の密度分布の均一化をはかった。

該スート体を濃度０．０２ｇ／Ｌの塩化第２銅水溶液に２５℃で２４時間どぶ漬けした（スタッフィング）。次いで、スート体を塩化第２銅水溶液から取り出し、乾燥空気中、１２５℃で２４時間乾燥させた後、スート体を２５℃の純水中に２４時間浸して（アンスタッフィング）、スート体表面近傍の銅を外部拡散させ、表面付近の銅濃度を中心部分に比較して低下せしめた。その後、スート体を取り出し、１２５℃の乾燥空気中で７２時間乾燥させた。

銅のドープを行ったスート体を再度縦型電気炉内に設置し、Ｈｅ気流中、１５００℃で１５時間加熱する事により、外径１４０ｍｍ、内径７０ｍｍ、長さ４３０ｍｍの中空シリンダを得た。このシリンダの外周及び内周をそれぞれ１０ｍｍづつ研削、両端をカットし、外径１３０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ４００ｍｍ、重量７．２５ｋｇの中空シリンダを得た。

得られた中空シリンダの肉内部における銅濃度分布を厚さ５ｍｍ毎にサンプルを切り出しＩＣＰ−ＡＥＳ法にて測定した。図３にその結果を示す。図３に示した如く、肉厚中央部分で濃度が最も高く、内外表面に向かうにつれ徐々に濃度が低下していることがわかる。このような分布を持たせることで、キセノンフラッシュランプ表面での局所的な吸収を抑制することが出来、ランプ管全体での効率良い波長変換が可能となり発振効率がより向上すると考えられる。なお、中空シリンダを延伸して管とした場合、該中空シリンダと同様の濃度分布が管においても形成されていることが経験的に判っており、延伸後のガラス管は厚さが薄く分布測定が不可能な為、この中空シリンダの銅濃度分布を測定したものである。

この中空シリンダを延伸用の電気炉に設置し、延伸する事によって、外径２５ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ、長さ２５０ｍｍの銅を含有するシリカガラス管を６本作製し、更にこのシリカガラス管を用いて、外径２５ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ、長さ１２５ｍｍのキセノンフラッシュランプを６本作製した。

得られたシリカガラス管に含まれる銅濃度をＩＣＰ−ＡＥＳ法にて測定したところ、５０ｐｐｍであった。同様に鉄、チタン、バナジウムの濃度測定を行ったところそれぞれ２ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ、検出下限値である０．５ｐｐｍ未満であった。更に含まれるＯＨ基濃度を赤外分光光度法にて測定したところ、ＯＨ基濃度は１２０ｐｐｍであった。また、塩素濃度を蛍光Ｘ線分光分析で測定したが、検出下限値である１０ｐｐｍ未満であった。

更にこのシリカガラス管から得た厚さ２．５ｍｍのサンプルの波長３８０ｎｍと２５４ｎｍにおける紫外線の内部透過率を、紫外分光光度計を用いて求めたところ、波長３８０ｎｍにおいては９２．３％、２５４ｎｍにおいては４６．６％であった。更に、該シリカガラスを波長２５４ｎｍの紫外線で励起したところ、５４０ｎｍにピークを持つ強い蛍光が観察された。２５４ｎｍの紫外線を励起光とした時の蛍光スペクトルを図１に、５４０ｎｍの蛍光に対する励起スペクトルを図２に示す。

前記作製した銅を含有するシリカガラス管よりなる外径２５ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ、長さ１２５ｍｍのキセノンフラッシュランプを用いて外径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍのＮｄ濃度１．１％のＮｄ：ＹＡＧレーザーを励起し、その特性を調べた。

図５に実施例１に用いたＮｄ：ＹＡＧレーザーの励起装置の一部断面斜視説明図を示す。図５において、符号１０はレーザー励起装置であり、該レーザー励起装置１０は、シリカガラス管１３から構成される６本のキセノンフラッシュランプ１２、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーロッド１４、及び楕円鏡１６から構成されている。

図６にレーザー発振特性測定装置の概略説明図を示す。図６において、符号２０はレーザーキャビティーであり、該レザーキャビティー２０は、長さ７００ｍｍで、反射率７０％のハーフミラー２４と反射率９９．５％の反射凹面鏡２２から構成されている。図６に示した如く、図５又は図７に示されるレーザー励起装置１０又は３０（図６においては３０の場合を示した）をレーザーキャビティー２０内に設置し、キセノンフラッシュランプによりＮｄ：ＹＡＧレーザーロッドをポンピングしてレーザー発振を行い、発振したレーザー光をエネルギーメーター２６で計測し、キセノンフラッシュランプに入射したエネルギーに対する出射エネルギーを測定した。結果を図４及び表１、２に示す。なお、本明細書ではフラッシュランプに通電した電気のエネルギーを入射エネルギーと称した。

（比較例１）
比較のために、銅のスタッフィング及びアンスタッフィング工程を除いた以外は実施例１と全く同じ工程で中空シリンダを作製した。得られた中空シリンダを用いて、実施例１と同様の方法で実施例１と同じサイズのシリカガラス管を作製し、このシリカガラス管を用いて実施例１と同じサイズのキセノンフラッシュランプを作製した。

得られたシリカガラス管に含まれる銅濃度をＩＣＰ−ＡＥＳ法にて測定したところ、銅は検出されず、検出下限値０．１ｐｐｍ未満であった。同様に鉄、チタン、バナジウムの濃度測定を行ったところ、全ての元素で検出下限値である０．５ｐｐｍ未満であった。ＯＨ基濃度は１２０ｐｐｍであり、塩素濃度は検出下限値である１０ｐｐｍ未満であった。

更にこのシリカガラス管から得た厚さ２．５ｍｍのサンプルの波長３８０ｎｍと２５４ｎｍにおける紫外線の内部透過率を、紫外分光光度計を用いて求めたところ、波長３８０ｎｍ、波長２５４ｎｍいずれの波長に対しても９９．９％以上という高い透過率を示した。更に、該シリカガラスを波長２５４ｎｍの紫外線で励起したが、蛍光は全く観察されなかった。

また、前記作製したキセノンフラッシュランプを用いて実施例１と同様にＮｄ・ＹＡＧレーザーを励起しその特性を調べ、励起効率の差を各実施例と比較した。結果を図４及び表１、２に示す。

表１は、入射エネルギー１００Ｊの際の出射エネルギー（Ｊ）を示したものであり、比較例１の出射エネルギーを１として各実施例の出射エネルギーの効率を示した。

表２は、入射エネルギー２００Ｊの際の出射エネルギー（Ｊ）を示したものであり、比較例１の出射エネルギーを１として各実施例の出射エネルギーの効率を示した。

図４に示した如く、通常のシリカガラス管を用いたキセノンフラッシュランプ（比較例１）に比べて実施例１のキセノンフラッシュランプを用いると入射エネルギー３０〜１００Ｊの範囲で出射エネルギーは約１．６倍、入射エネルギーが１５０Ｊを超えるとその差は更に広がり、入射エネルギーが２００Ｊでは約２倍になっていることが判った。

この場合、比較例１の通常のシリカガラス管からなるキセノンフラッシュランプにおいては入射エネルギーが１５０Ｊ付近から出力が飽和現象を示すのに対し、銅を含有するシリカガラスの場合はそのような飽和現象を示さず、入力に対して直線的に出力が増加するため、高エネルギー入射時の出力特性が更に改善されていることが判る。

一般にキセノンフラッシュランプは入射エネルギーが高くなると発光波長が短波長側にシフトし、その結果Ｎｄ：ＹＡＧの励起に不要な紫外線が増加し、Ｎｄ：ＹＡＧロッドの温度が上昇するため、励起効率が低下するが、実施例においては、適切な量の銅の添加による紫外線透過率を制限しているため、Ｎｄ：ＹＡＧロッドの不要な加熱を防止することが出来、発振効率が向上することに加えて高エネルギー領域での変換効率の低下を抑制できることが判った。

（実施例２）
塩化第２銅の濃度を０．１ｇ／Ｌとした以外は実施例１と同様の方法で外径１３０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ４００ｍｍ、重量７．２５ｋｇの中空シリンダを得た。

得られた中空シリンダより実施例１と同様の方法で実施例１と同じサイズのシリカガラス管を作製し、更にそれを用いてキセノンフラッシュランプを作製した。

実施例１と同様にシリカガラス管中に含まれる銅濃度をＩＣＰ−ＡＥＳ法にて測定したところ、２４８ｐｐｍであった。同様に鉄、チタン、バナジウムの濃度測定を行ったところそれぞれ３ｐｐｍ、０．５ｐｐｍ、０．５ｐｐｍであった。更に含まれるＯＨ基濃度を赤外分光光度法にて測定したところ、ＯＨ基濃度は１１０ｐｐｍであった。また、塩素濃度を蛍光Ｘ線分光分析で測定したが、検出下限値である１０ｐｐｍ未満であった。

更にこのシリカガラス管から得た厚さ２．５ｍｍのサンプルの波長３８０ｎｍと２５４ｎｍにおける紫外線の内部透過率を、紫外分光光度計を用いて求めたところ、波長３８０ｎｍにおいては６９．６％、２５４ｎｍにおいては１４．１％であった。更に、該シリカガラスを波長２５４ｎｍの紫外線で励起したところ、５４０ｎｍにピークを持つ強い蛍光が観察された。

作製したキセノンフラッシュランプを用いてＮｄ：ＹＡＧレーザーを励起し、その出力特性を調べたところ、通常のシリカガラス管からなるキセノンフラッシュランプを用いた場合（比較例１）と比較して、入射エネルギー１００Ｊの際の出射エネルギーは約１．７倍、入射エネルギー２００Ｊでは約２．２倍になっていることが判った。結果を表１及び表２に示す。

（実施例３）
塩化第２銅の濃度を０．４５ｇ／Ｌとした以外は実施例１と同様の方法で外径１３０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ４００ｍｍ、重量７．２５ｋｇの中空シリンダを得た。

実施例１と同様にシリカガラス管中に含まれる銅濃度をＩＣＰ−ＡＥＳ法にて測定したところ、８５６ｐｐｍであった。同様に鉄、チタン、バナジウムの濃度測定を行ったところそれぞれ４ｐｐｍ、１．５ｐｐｍ、１．０ｐｐｍであった。更に含まれるＯＨ基濃度を赤外分光光度法にて測定したところ、ＯＨ基濃度は９５ｐｐｍであった。また、塩素濃度を蛍光Ｘ線分光分析で測定したが、検出下限値である１０ｐｐｍ未満であった。

更にこのシリカガラス管から得た厚さ２．５ｍｍのサンプルの３８０ｎｍと２５４ｎｍにおける紫外線の内部透過率を紫外分光光度計で求めたところ、波長３８０ｎｍにおいては３１．１％、２５４ｎｍにおいては０％であった。更に、該シリカガラスを波長２５４ｎｍの紫外線で励起したところ、５４０ｎｍにピークを持つ強い蛍光が観察された。

作製したキセノンフラッシュランプを用いてＮｄ：ＹＡＧレーザーを励起し、その出力特性を調べたところ、通常のシリカガラス管からなるキセノンフラッシュランプを用いた場合（比較例１）と比較して、入射エネルギー１００Ｊの際の出射エネルギーは約１．７倍、入射エネルギーが２００Ｊでは２．８倍になっていることが判った。結果を表１及び表２に示す。

（実施例４）
先ず、波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さ２．５ｍｍあたりの目標内部透過率を５０％として前記式（１）にＴ＝５０，ｄ＝０．２５，ａ＝５０を代入し計算を行い、必要銅濃度範囲：４８７±５０ｐｐｍという数値を得た。これを目標銅濃度として、塩化第２銅の濃度を０．２０ｇ／Ｌとした以外は実施例１と同様の条件で外径１３０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ４００ｍｍ、重量７．２５ｋｇの中空シリンダを作製した。得られた中空シリンダより実施例１と同様の方法で実施例１と同じサイズのシリカガラス管を作製した。

得られたシリカガラス管中に含まれる銅濃度をＩＣＰ−ＡＥＳ法にて測定したところ、４８０ｐｐｍであった。同様に鉄、チタン、バナジウムの濃度測定を行ったところそれぞれ２．５ｐｐｍ、１．２ｐｐｍ、０．８ｐｐｍであった。更に含まれるＯＨ基濃度を赤外分光光度法にて測定したところ、ＯＨ基濃度は１００ｐｐｍであった。また、塩素濃度を蛍光Ｘ線分光分析で測定したが、検出下限値である１０ｐｐｍ未満であった。

更にこのシリカガラス管から得た厚さ２．５ｍｍのサンプルの波長３８０ｎｍと２５４ｎｍにおける紫外線の内部透過率を紫外分光光度計で求めたところ、波長３８０ｎｍにおいては５０．５％、２５４ｎｍにおいては０．５％であった。更に、該シリカガラスを波長２５４ｎｍの紫外線で励起したところ、５４０ｎｍにピークを持つ強い蛍光が観察された。

（実施例５）
実施例１と同様の方法で外径１３０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ４００ｍｍ、重量７．２５ｋｇの中空シリンダを得た後、該中空シリンダを管引きし、外径２３０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍ、長さ３００ｍｍのシリカガラス管を得た。このシリカガラス管を開いて縦５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの板材に加工した。得られた銅を含有する板材を窓材として用いてＮｄ：ＹＡＧレーザーを励起し、その特性を調べた。

図７に実施例５で用いたＮｄ：ＹＡＧレーザーの励起装置の断面説明図を示す。図７に示したように、通常のシリカガラス管からなる２本のキセノンフラッシュランプ３２を、金膜を反射鏡とした楕円鏡３６よりなるランプハウス内に設置し、銅を含有する２枚の窓材３８を介して実施例１と同様に外径１０ｍｍ、長さ１００ｍｍのＮｄ濃度１．１％のＮｄ：ＹＡＧレーザー３４を励起し、その特性を調べた。結果を表１及び表２に示す。

金は紫外線を若干吸収するため、銅含有シリカガラス板材を用いた本実施例における効率は銅含有シリカガラス管を用いた実施例１〜３よりも低下するが、既存のキセノンフラッシュランプ（通常のシリカガラスからなるランプ）を手軽に効率をアップすることが可能である。

２５４ｎｍ光励起による実施例１のシリカガラスの蛍光スペクトルを示す。実施例１のシリカガラスの５４０ｎｍ蛍光に対する励起スペクトルを示す。実施例１における中空シリンダ肉中の銅濃度を示すグラフである。実施例１と比較例１のレーザー発振特性の結果を示すグラフである。実施例１で用いたＮｄ：ＹＡＧレーザー励起装置を示す一部断面斜視説明図である。実施例５で用いたレーザー特性測定装置を示す概略説明図である。実施例５で用いたＮｄ：ＹＡＧレーザー励起装置を示す断面概略説明図である。Ｎｄ：ＹＡＧ結晶の吸光スペクトルを示す。キセノンフラッシュランプの発光スペクトルを示す。

符号の説明

１０，３０：レーザー励起装置、１２，３２：キセノンフラッシュランプ、１３：シリカガラス管、１４，３４：Ｎｄ：ＹＡＧレーザーロッド、１６，３６：楕円鏡、２０：レーザーキャビティー、２２：反射凹面鏡、２４：ハーフミラー、２６：エネルギーメーター、３８：窓材。

Claims

Ｃｕ濃度の分布が、管の肉厚方向に関して肉厚中心部分で高く内外周部に近づくにつれ低下している管状体波長変換シリカガラスであって、Ｃｕを３０ｐｐｍ以上１，０００ｐｐｍ以下含有し、ＯＨ基濃度を０．１ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下含有し、波長１６０ｎｍから４００ｎｍの紫外線に対する発光が４００ｎｍから６５０ｎｍにあり、発光強度のピーク波長が５２０ｎｍから５８０ｎｍの間にあり、かつ波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率が２０％以上９５％以下であることを特徴とする波長変換シリカガラス。
波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さｄ（ｃｍ）あたりの内部透過率Ｔ（％）に対し、含有する銅濃度［Ｃｕ］（重量ｐｐｍ）が、下記式（１）で示される範囲内であって、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖの含有量がそれぞれ５ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の波長変換シリカガラス。

（式（１）中、厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率が４０％以上の場合、ａ＝５０であり、厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率が４０％未満の場合、ａ＝１００である。）
Ｃｕ濃度の分布が、板の厚さ方向に関して肉厚中心部分で高く内外表面に近づくにつれ低下している板状体波長変換シリカガラスであって、Ｃｕを３０ｐｐｍ以上１，０００ｐｐｍ以下含有し、ＯＨ基濃度を０．１ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下含有し、波長１６０ｎｍから４００ｎｍの紫外線に対する発光が４００ｎｍから６５０ｎｍにあり、発光強度のピーク波長が５２０ｎｍから５８０ｎｍの間にあり、かつ波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率が２０％以上９５％以下であることを特徴とする波長変換シリカガラス。
波長３８０ｎｍの紫外線に対する厚さｄ（ｃｍ）あたりの内部透過率Ｔ（％）に対し、含有する銅濃度［Ｃｕ］（重量ｐｐｍ）が、下記式（１）で示される範囲内であって、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖの含有量がそれぞれ５ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の波長変換シリカガラス。

（式（１）中、厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率が４０％以上の場合、ａ＝５０であり、厚さ２．５ｍｍあたりの内部透過率が４０％未満の場合、ａ＝１００である。）
請求項１又は２記載のシリカガラスより作製したガラス管を用いたキセノンフラッシュランプ。