JP6649508B2 - テルル酸塩結晶成長方法及びその音響光学デバイス - Google Patents
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Description
好適な音響光学材料は、以下の性質を具備すべきである。1、フィギュア・オブ・メリットが高いこと(回折光パワーはフィギュア・オブ・メリットに正比例する);2、音響減衰が低いこと;3、透過波長帯が広く、透明度が高く、入射レーザー光と回折レーザー光の双方に対して良好な透過性を有すること;4、レーザー損傷閾値が高く、強レーザー下でも材料は欠陥が生じにくいこと;5、大寸法且つ高光学品質の結晶を得やすいこと;6、物理的及び化学的特性が安定で、潮解、分解しにくいこと;7、加工しやすく、且つ低価であることなど。
本願に係る発明は、以下の通りである。
上記希土類元素は、さらに好ましくは、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及び/又はLuである。
本発明においては、上記透過波長帯は、好ましくは、300〜6500nmである。
上記テルル酸塩とフラックス系とのモル比が1:(1〜5)であり;
上記結晶成長温度が750〜900℃であり、冷却速度が0.01〜5℃/hであるフラックス法により結晶を成長させる本発明のテルル酸塩結晶の成長方法。
本発明においては、得られたテルル酸塩単結晶は、長さが20mm以上であり、厚さが10mm以上である。
本発明においては、チョクラルスキー法、ブリッジマン―ストックバッガー法などの溶融法を用いて結晶を成長させてもよく、先行技術に従えばよい。
好ましくは、上記テルル酸塩結晶は、さらに以下の用途を有する。
テルル酸塩結晶のレーザー基板材料としての使用;
テルル酸塩結晶のラマンレーザー結晶としての使用;
テルル酸塩結晶の窓材料としての使用;
テルル酸塩結晶のプリズム材料としての使用;
テルル酸塩結晶の単結晶基板としての使用;
テルル酸塩結晶の誘電媒質としての使用;
テルル酸塩結晶の絶縁材料としての使用;
テルル酸塩結晶の触媒材料としての使用;
テルル酸塩結晶の高エネルギ粒子検出用材料としての使用が挙げられる。
2.成長して得た大寸法及び高品質を有するテルル酸塩単結晶を対象にその重要な固有特性を包括的に測定した結果、広範な応用の見込みが見出された。
原料としてTiO2とTeO2とをTiTe3O8化学量論比で配合したものを、フラックス系Li2CO3-TeO2(Li2CO3とTeO2とのモル比が2:3である)中に添加し、テルル酸チタンとフラックス系とのモル比が1:3であり、それを体積Φ50mm×70mmの白金製るつぼに入れ、980℃まで急速昇温して原料を完全に溶解させ、均一になるまで十分に攪拌した後、白金棒を送り込み、結晶変換を行い、温度を溶融液の飽和点になるまで0.55℃/hの冷却速度で徐々に降下し、5日間の成長周期で成長させた後、種結晶棒を取り出して、オレンジ色の多結晶を得た(図2に示される)。その実験的な粉末X線回折パターンを測定した結果、理論計算により得られたものと一致すること(図1に示される)からすれば、得られたのが立方晶系のテルル酸チタン結晶であることが明らかになった。その中から品質の比較的良好な微小単結晶をサイズの比較的大きな結晶を成長させるための種結晶として選び取った。
原料としてTiO2とTeO2とをTiTe3O8化学量論比で配合したものを、フラックス系Li2CO3-TeO2(Li2CO3とTeO2とのモル比が2:3である)中に添加し、テルル酸チタンとフラックス系とのモル比が1:3であり、それを体積Φ50mm×70mmの白金製るつぼに入れ、980℃まで急速昇温して原料を完全に溶解させ、均一になるまで十分に攪拌し、温度を溶融液の飽和点になるまで徐々に降下し、実施例1で得られた微小単結晶を種結晶として冷却速度が0.25℃/hであり、且つ成長周期が10日間であるという成長条件下で結晶を成長させ、オレンジ色の塊状単結晶(図3に示される)を得た。その実験的な粉末X線回折パターンを測定した結果、理論計算により得られたものと一致することからすれば、得られたのが立方晶系のテルル酸チタン結晶であることが明らかになった。
この結晶を大気中で6ヶ月放置した結果、潮解及び分解が生じないから、この結晶の物理的及び化学的特性が安定であることが明らかになった。
原料としてTiO2とTeO2とをTiTe3O8化学量論比で配合したものを、フラックス系Li2CO3-TeO2(Li2CO3とTeO2とのモル比が2:3である)中に添加し、テルル酸チタンとフラックス系とのモル比が1:3であり、それを体積Φ50mm×70mmの白金製るつぼに入れ、980℃まで急速昇温して原料を完全に溶解させ、均一になるまで十分に攪拌し、温度を溶融液の飽和点になるまで徐々に降下し、[100]方向の結晶を種結晶として冷却速度が0.06℃/hであり、且つ成長周期が20日間であるという成長条件下で結晶を成長させ、オレンジ色の塊状単結晶(図4に示される)を得た。その実験的な粉末X線回折パターンを測定した結果、理論計算により得られたものと一致することからすれば、得られたのが立方晶系のテルル酸チタン結晶であることが明らかになった。
原料としてTiO2とTeO2とをTiTe3O8化学量論比で配合したものを、フラックス系TeO2中に添加し、テルル酸チタンとフラックス系のモル比が1:3であり、それを体積Φ50mm×70mmの白金製るつぼに入れ、1080℃まで急速昇温して原料を完全に溶解させ、均一になるまで十分に攪拌し;温度を溶融液の飽和点になるまで徐々に降下し、[100]方向の結晶を種結晶として温度降下速度が0.05℃/hであり、且つ成長周期が40日間であるという条件下で結晶を成長させ、塊状単結晶(図5に示される)を得た。その実験的な粉末X線回折パターンを測定した結果、理論計算により得られたものと一致することからすれば、得られたのが立方晶系のテルル酸チタン結晶であることが明らかになった。
原料としてTiO2とTeO2とをTiTe3O8化学量論比で配合したものを、Yb2O3と共にフラックス系TeO2中に添加し、Yb2O3とTiO2とのモル比が0.05:1であり、テルル酸チタンとフラックス系とのモル比が1:3であり、それを体積Φ50mm×70mmの白金製るつぼに入れ、1100℃まで急速昇温して原料を完全に溶解させ、均一になるまで十分に攪拌し、温度を溶融液の飽和点になるまで徐々に降下し、[100]方向の結晶を種結晶として冷却速度が0.04℃/hであり、且つ成長周期が50日間であるという条件下で結晶を成長させ、Yb:TiTe3O8塊状単結晶を得た。
実施例3で成長して得られたテルル酸チタン単結晶を用いて音響光学用Qスイッチデバイスを作製し、運転模式図は図6に示される。1はレーザーダイオードであり、その出力光は集束系2によりNd:YVO4/Nd:YAGレーザー結晶3に集中される。共振空洞は平凹の構造を採用し、音響光学媒体5はテルル酸チタン単結晶を採用した。
実施例5で成長して得られたYb:TiTe3O8単結晶を用いてレーザーデバイスを作製し、運転模式図は図7に示される。7はレーザーダイオードであり、その出力光は集束系8によりYb:TiTe3O8レーザー結晶10に集中される。
実施例5で成長して得られたYb:TiTe3O8単結晶を用いてレーザー自己Qスイッチレーザーデバイスを作製し、運転模式図は図8に示される。12はレーザーダイオードであり、その出力光は集束系13によりYb:TiTe3O8レーザー自己Q切替結晶15に集中される。共振空洞は平凹の構造を採用した。
原料としてZrO2とTeO2とをZrTe3O8化学量論比で配合したものを、フラックス系TeO2中に添加し、テルル酸ジルコニウムとフラックス系のモル比が1:4であり、それを体積Φ50mm×70mmの白金製るつぼに入れ、急速昇温して原料を完全に溶解させ、均一になるまで十分に攪拌し、温度を溶融液の飽和点になるまで徐々に降下し、[100]方向の結晶を種結晶として温度降下速度が0.02℃/hであり、且つ成長周期が40日間であるという条件下で結晶を成長させ、テルル酸ジルコニウム単結晶を得た。その実験的な粉末X線回折パターンを測定した結果、理論計算により得られたものと一致することからすれば、得られたのが立方晶系的テルル酸ジルコニウム単結晶であることが明らかになった。
原料としてHfO2とTeO2とをHfTe3O8化学量論比で配合したものを、フラックス系Li2CO3-TeO2(Li2CO3とTeO2とのモル比が2:3である)中に添加し、テルル酸ハフニウムとフラックス系とのモル比が1:4であり、それを体積Φ50mm×70mmの白金製るつぼに入れ、急速昇温して原料を完全に溶解させ、均一になるまで十分に攪拌し、温度を溶融液の飽和点になるまで徐々に降下し、[100]方向の結晶を種結晶として温度降下速度が0.02℃/hであり、且つ成長周期が60日間であるという条件下で結晶を成長させ、テルル酸ハフニウム単結晶を得た。その実験的な粉末X線回折パターンを測定した結果、理論計算により得られたものと一致することからすれば、得られたのが立方晶系的テルル酸ハフニウム単結晶であることが明らかになった。
2、8及び13 集束系
3、14 凹面鏡
4 Nd:YVO4/Nd:YAGレーザー結晶
5 TiTe3O8音響光学媒体
6、9、11及び16 平面鏡
10 Yb:TiTe3O8レーザー結晶
15 Yb:TiTe3O8レーザー自己Q切替結晶
Claims (7)
- 化学式MTe3O8(M=Ti、Zr、Hf)で表され、立方晶系のIa-3空間群に属し、可視光から赤外線にかけての透過波長帯を有し、透明度が70%以上であり、
長さ20mm以上、厚さ10mm以上に結晶成長させられたテルル酸塩単結晶を、
音響光学結晶として備える
ことを特徴とする音響光学デバイス。 - 上記テルル酸塩結晶に希土類元素(Re)をドープしてもよく、上記希土類元素のドープ量がモル比で0<Re/M≦1に制御され、前記モル比が5%であることが好ましく、前記希土類元素をドープしたテルル酸塩結晶はMTe3O8(M=Ti、Zr、Hf)である
請求項1に記載の音響光学デバイス。 - 上記希土類元素がLa、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及び/又はLuである
請求項2に記載の音響光学デバイス。 - 請求項1に記載のテルル酸塩結晶を成長させる方法であって、
(1)原料としてMO2(M=Ti、Zr、Hf)とTeO2とをMTe3O8化学量論比で配合し、均一に混合させたものをタブレットにし、そのタブレットを500〜650℃で20〜40時間焼結し、冷却し、研磨した後、600〜700℃で20〜40時間焼結し、単一相のテルル酸塩多結晶を得、該単一相のテルル酸塩多結晶をフラックス系中に添加して、結晶成長用物質を得たか、あるいは、原料としてMO2(M=Ti、Zr、Hf)とTeO2とをMTe3O8化学量論比で配合したものを、そのままフラックス系中に添加し、均一に混合させて、結晶成長用物質を得たという工程と、
(2)工程(1)で得られた結晶成長用物質を、白金製るつぼに入れ、急速昇温して完全に溶解させ、均一になるまで十分に攪拌し、温度を徐々に降下して結晶を自発的に核となって成長させるか、あるいは、工程(1)で得られた結晶成長用物質を、白金製るつぼに入れ、急速昇温して完全に溶解させ、均一になるまで十分に攪拌し、温度を溶融液の飽和点になるまで徐々に降下した後、テルル酸塩の種結晶を送り込み、結晶成長を行い、温度を徐々に降下して結晶を成長させるという工程とを含み、
上記フラックス系は、(a)TeO2、(b)A 2CO3とTeO2とのモル比が2:(1〜5)であるA2CO3-TeO2(A=Li、Na、K、Rb及び/又はCs)、(c)MoO3、(d)B2O3、(e)PbO-B2O3からなる群のうちいずれか1つであり、
上記テルル酸塩とフラックス系とのモル比が1:(1〜5)であり、
上記結晶を成長させる温度が750〜900℃であり、冷却速度が0.01〜5℃/hであるフラックス法である
ことを特徴とするテルル酸塩結晶を成長させる方法。 - 工程(2)におけるテルル酸塩結晶成長の条件は、回転速度が5〜50rdであり、加速時間が1〜10sであり、作業時間が30〜180sであり、間隔時間が5〜50sである
請求項4に記載のテルル酸塩結晶を成長させる方法。 - 工程(2)におけるテルル酸塩結晶成長の冷却法は、0.01〜4℃/hの速度で750〜850℃まで冷却し、成長周期を40〜70日とするものである
請求項4に記載のテルル酸塩結晶を成長させる方法。 - 前記工程(1)において、希土類元素材料Re2O3とMO2(M=Ti、Zr、Hf)とTeO2とを配合して希土類元素をドープした結晶成長用物質を得、前記工程(2)により成長させて希土類元素をドープしたテルル酸塩結晶を得る
請求項4に記載のテルル酸塩結晶を成長させる方法。
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