JPH01201976A - ダイヤモンド固体レーザ素子、その製造方法およびその発振方法 - Google Patents
ダイヤモンド固体レーザ素子、その製造方法およびその発振方法Info
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- JPH01201976A JPH01201976A JP63026372A JP2637288A JPH01201976A JP H01201976 A JPH01201976 A JP H01201976A JP 63026372 A JP63026372 A JP 63026372A JP 2637288 A JP2637288 A JP 2637288A JP H01201976 A JPH01201976 A JP H01201976A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、ダイヤモンド固体レーザ素子、その製造方法
およびその発振方法、特に、近赤外領域で波長可変なダ
イヤモンド固体レーザ素子、その製造方法およびその発
振方法に関する。
およびその発振方法、特に、近赤外領域で波長可変なダ
イヤモンド固体レーザ素子、その製造方法およびその発
振方法に関する。
［従来の技術および発明が解決しようとする課題］従来
のダイヤモンド固体レーザとしては、米国特許６７３３
０４号または０ｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｅｓ、第１
０巻４８１頁（１９８５年１０月）に記載されているよ
うに、Ｈ３カラーセンターを用いて５３０ｎｍでパルス
発振した例がある。
のダイヤモンド固体レーザとしては、米国特許６７３３
０４号または０ｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｅｓ、第１
０巻４８１頁（１９８５年１０月）に記載されているよ
うに、Ｈ３カラーセンターを用いて５３０ｎｍでパルス
発振した例がある。
当該固体レーザでは、天然ダイヤモンドを用いている。
Ｈ２カラーセンターを用いてレーザ発振させた例または
それを示唆した例はない。しかしながら、Ｈ２センター
の光学特性を記載した例として、Ｒｅｐｏｒｔｓ ｏ
ｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ １ｎＰｈｙｓｉｃｓ、第４
２巻１６０５〜１６５９頁（１９７５年）がある。この
報告には、Ｈ２センターは、Ｉｂ型ダイヤモンドからは
作成されず、またＨ３センターと共存し弱い吸収が現わ
れると記載されている。
それを示唆した例はない。しかしながら、Ｈ２センター
の光学特性を記載した例として、Ｒｅｐｏｒｔｓ ｏ
ｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ １ｎＰｈｙｓｉｃｓ、第４
２巻１６０５〜１６５９頁（１９７５年）がある。この
報告には、Ｈ２センターは、Ｉｂ型ダイヤモンドからは
作成されず、またＨ３センターと共存し弱い吸収が現わ
れると記載されている。
従来のＨ２カラーセンターの作成法は、Ｒｅｐｏｒｔｓ
ｏｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ、第４２巻１６４８頁（１９７９年）の「ダイヤモ
ンドにおける光学的吸収および発光」に記載されている
ように、１０１９原子／Ｃｍ３以上の窒素原子を含有す
る天然Ｉａ型ダイヤモンドを６２７℃で熱処理して作成
する方法である。
ｏｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ、第４２巻１６４８頁（１９７９年）の「ダイヤモ
ンドにおける光学的吸収および発光」に記載されている
ように、１０１９原子／Ｃｍ３以上の窒素原子を含有す
る天然Ｉａ型ダイヤモンドを６２７℃で熱処理して作成
する方法である。
この場合、暗所で２２７〜３２７℃の温度で加熱すると
、Ｈ２センターは増加し、Ｈ３センターは減少する。さ
らに、従来法では、Ｉｌａ、Ｉｂ型ダイヤモンドからＨ
２センターを作成できない。
、Ｈ２センターは増加し、Ｈ３センターは減少する。さ
らに、従来法では、Ｉｌａ、Ｉｂ型ダイヤモンドからＨ
２センターを作成できない。
ところで、近赤外領域で波長可変なレーザとしては、ア
ルカリハライド単結晶を用いたＦセンターレーザとダイ
（色素）レーザがある。
ルカリハライド単結晶を用いたＦセンターレーザとダイ
（色素）レーザがある。
前記Ｆセンターレーザの発振波長領域は１４００〜１６
００ｎｍおよび２２００〜３３００ｎｍの範囲であり、
１０００〜１４００ｎｍの範囲では発振できない。また
、ダイレーザが連続して発振する波長領域は、３３０〜
１１０５０ｎおよび１１００〜１２００ｎｍである。さ
らに、発振出力が強い領域は、４００〜８００ｎｍであ
り、近赤外領域での出力は極めて微弱である。
００ｎｍおよび２２００〜３３００ｎｍの範囲であり、
１０００〜１４００ｎｍの範囲では発振できない。また
、ダイレーザが連続して発振する波長領域は、３３０〜
１１０５０ｎおよび１１００〜１２００ｎｍである。さ
らに、発振出力が強い領域は、４００〜８００ｎｍであ
り、近赤外領域での出力は極めて微弱である。
このように、近赤外領域で出力可能な従来の技術には下
記の欠点がある。
記の欠点がある。
１） １０００〜１４００ ｎ ｍの領域で波長可変と
できない。
できない。
ｉｉ） １１００〜１２００ｎｍで出力可能なダイレ
ーザでは、出力が極めて微弱である。
ーザでは、出力が極めて微弱である。
本発明の目的は、レーザ媒体として従来使用していなか
ったダイヤモンドを用い、近赤外領域で高出力かつ波長
可変なダイヤモンド固体レーザ素子を提供することにあ
る。さらに、小型で出力の高い波長可変なレーザを提供
可能とすることにもある。
ったダイヤモンドを用い、近赤外領域で高出力かつ波長
可変なダイヤモンド固体レーザ素子を提供することにあ
る。さらに、小型で出力の高い波長可変なレーザを提供
可能とすることにもある。
［課題を解決するための手段］
本発明に係るダイヤモンド固体レーザ素子は、人工合成
ダイヤモンド中のＨ２センターにおける励起光方向の光
学密度の最大値が０．０１〜４の範囲にあり、６５０〜
９５０ｎｍの外部励起光により１０００〜１４００ｎｍ
の範囲内でレーザ発振するものである。
ダイヤモンド中のＨ２センターにおける励起光方向の光
学密度の最大値が０．０１〜４の範囲にあり、６５０〜
９５０ｎｍの外部励起光により１０００〜１４００ｎｍ
の範囲内でレーザ発振するものである。
本発明に係る前記ダイヤモンド固体レーザ素子の第１の
製造方法は、窒素濃度がｌＸｌ０”〜８．５Ｘ１０”原
子／Ｃｍ３である人工合成Ｉｂ型ダイヤモンドを用い、
当該ダイヤモンドに５ｘ ｌ Ｑ １７電子／Ｃｍ２以
上の電子線照射を行ない、その後１Ｔｏｒｒ以下の真空
下または不活性ガス雰囲気内で、１４００〜１８５０°
Ｃの温度範囲で加熱処理する方法である。
製造方法は、窒素濃度がｌＸｌ０”〜８．５Ｘ１０”原
子／Ｃｍ３である人工合成Ｉｂ型ダイヤモンドを用い、
当該ダイヤモンドに５ｘ ｌ Ｑ １７電子／Ｃｍ２以
上の電子線照射を行ない、その後１Ｔｏｒｒ以下の真空
下または不活性ガス雰囲気内で、１４００〜１８５０°
Ｃの温度範囲で加熱処理する方法である。
本発明に係る前記ダイヤモンド固体レーザ素子の第２の
製造方法は、窒素濃度が１×１０１７〜８．５Ｘ１０”
原子／Ｃｍ３である人工合成ダイヤモンドを用い、当該
ダイヤモンドに５×１０１７電子／ｃｍ２以上の電子線
照射を行ない、その後、３．０ＧＰａ以上かつ１５００
℃以上の超高圧高温下で熱処理する方法である。
製造方法は、窒素濃度が１×１０１７〜８．５Ｘ１０”
原子／Ｃｍ３である人工合成ダイヤモンドを用い、当該
ダイヤモンドに５×１０１７電子／ｃｍ２以上の電子線
照射を行ない、その後、３．０ＧＰａ以上かつ１５００
℃以上の超高圧高温下で熱処理する方法である。
本発明に係る前記ダイヤモンド固体レーザ素子の発振方
法は、前記外部励起光としてレーザ光を用い、１０００
〜１４００ｎｍの範囲内で発振波長を変える方法である
。この場合に、前記外部励起光として単一または複数の
半導体レーザを用いることもできる。
法は、前記外部励起光としてレーザ光を用い、１０００
〜１４００ｎｍの範囲内で発振波長を変える方法である
。この場合に、前記外部励起光として単一または複数の
半導体レーザを用いることもできる。
［手段の説明］
くレーザ素子の説明〉
Ｈ２センターを用いてレーザ発振させるためには、Ｈ２
センターの光学密度の最大値が０．０１〜４の間である
ことが重要である。なお、光学密度は次式で与えられる
。
センターの光学密度の最大値が０．０１〜４の間である
ことが重要である。なお、光学密度は次式で与えられる
。
（光学密度）＝旦ｎ（Ｉｏ／Ｉ）
ここで、１０は入射光強度、■は通過光強度である。こ
の場合、吸収が全くないときにはＩ＝ＩＯとなる。この
光学密度の値は、結晶の厚みに依存する。また、同一物
質でも、長さによって光学密度は異なる。
の場合、吸収が全くないときにはＩ＝ＩＯとなる。この
光学密度の値は、結晶の厚みに依存する。また、同一物
質でも、長さによって光学密度は異なる。
厚みＴの素子に入射側よりＩＯの励起光を入射した場合
の素子内の励起光強度分布を第１図に示す。光学部密度
か本発明の範囲内にある代表例の分布を実線１で、それ
よりも大きい比較例の分布を破線２で示す。Ｉ、Ｉａは
それぞれ透過側での強度である。Ｉｔｈは、通常の共振
器を用いた場合において、レーザ発振に必要なしきい値
である。
の素子内の励起光強度分布を第１図に示す。光学部密度
か本発明の範囲内にある代表例の分布を実線１で、それ
よりも大きい比較例の分布を破線２で示す。Ｉ、Ｉａは
それぞれ透過側での強度である。Ｉｔｈは、通常の共振
器を用いた場合において、レーザ発振に必要なしきい値
である。
第１図より明らかなように、１ｔｈより強度の高い励起
光分布を得るには、光学密度が低いほどよい。光学密度
が高すぎると、レーザ発振に必要な励起光強度（Ｉｔｈ
）以下となるところが結晶内に生じる。したがって、そ
のようなところでは、レーザ発振が生じなくなる。素子
全体として発振させるためには、素子全体として励起光
強度をＩｔｈ以上とすることが重要である。このために
は、光学密度を４以下にする必要がある。一方、光学密
度を低く設定することは、カラーセンター濃度が減少す
ることを意味する。カラーセンター濃度が低すぎると、
自励発振が起こらなくなってレーザ発振しなくなる。す
なわち、Ｈ２センターの光学密度を０．０１未満とする
とレーザ発振しなくなる。なお、前述の説明よりわかる
ように、前記光学密度の値は、入射光（励起光）と同一
方向の値が重要となる。
光分布を得るには、光学密度が低いほどよい。光学密度
が高すぎると、レーザ発振に必要な励起光強度（Ｉｔｈ
）以下となるところが結晶内に生じる。したがって、そ
のようなところでは、レーザ発振が生じなくなる。素子
全体として発振させるためには、素子全体として励起光
強度をＩｔｈ以上とすることが重要である。このために
は、光学密度を４以下にする必要がある。一方、光学密
度を低く設定することは、カラーセンター濃度が減少す
ることを意味する。カラーセンター濃度が低すぎると、
自励発振が起こらなくなってレーザ発振しなくなる。す
なわち、Ｈ２センターの光学密度を０．０１未満とする
とレーザ発振しなくなる。なお、前述の説明よりわかる
ように、前記光学密度の値は、入射光（励起光）と同一
方向の値が重要となる。
く素子製造方法の説明〉
本発明に係るレーザ素子を作製するには、次の構成が重
要である。
要である。
■ 原料原石中の窒素濃度がｌＸｌ０”〜８．５Ｘ１０
”原子／ ｃ ｍ ”である人工合成Ｉｂ型ダイヤモン
ドを用いる。
”原子／ ｃ ｍ ”である人工合成Ｉｂ型ダイヤモン
ドを用いる。
■ 前記ダイヤモンドに、５Ｘ１０”ｉ子／ｃｍ２以上
の電子線照射を行なう。
の電子線照射を行なう。
さらに、熱処理を加える必要がある。熱処理方法には次
の２通りがある。
の２通りがある。
■ ＩＴｏ ｒ ｒ以下の真空下または不活性ガス雰囲
気内で、１４００〜１８５０’Ｃの温度範囲で加熱処理
する。
気内で、１４００〜１８５０’Ｃの温度範囲で加熱処理
する。
■ ３．０ＧＰａかっ１０００℃以上の超高圧高温下で
熱処理する。
熱処理する。
したがって、製法としては、前記構成■、■および■に
よる方法と、前記構成■、■および■にょる方法の２通
りがある。これらの方法は、前記従来法に比較して以下
の点で大きく異なる。
よる方法と、前記構成■、■および■にょる方法の２通
りがある。これらの方法は、前記従来法に比較して以下
の点で大きく異なる。
ｉ） 従来、Ｈ２カラーセンターを作製できなかったＩ
ｂ型原石を用いる。
ｂ型原石を用いる。
１１） 熱処理条件が１４００℃以上と高い。
１ｉｉ） ｌＸｌ０” 〜８．５Ｘ１０”原子／Ｃｍ
３の窒素濃度の原石を用いて作製する。
３の窒素濃度の原石を用いて作製する。
以下、各構成について説明する。
（■の構成について）
原料原石中の窒素濃度がｌＸｌ０”原子／Ｃｍ３以下の
場合には、光学密度が０．０１未満のＨ２センターしか
作製できない。また、８．５×１０１９原子／ｃｍ”以
上の場合には、光学密度が４以上となる。原石としては
、膜成長法による小粒の単結晶を用いることもできるが
、好ましくは温度差法を用いた高純度大型単結晶を用い
るのがよい。
場合には、光学密度が０．０１未満のＨ２センターしか
作製できない。また、８．５×１０１９原子／ｃｍ”以
上の場合には、光学密度が４以上となる。原石としては
、膜成長法による小粒の単結晶を用いることもできるが
、好ましくは温度差法を用いた高純度大型単結晶を用い
るのがよい。
（■の構成について）
本発明では、電子線照射量が比較的多いことに特徴があ
る。含有窒素が多い場合には比較的少ない電子線照射量
でカラーセンターを作製できるが、少ない場合には多量
の電子線照射が必要となる。
る。含有窒素が多い場合には比較的少ない電子線照射量
でカラーセンターを作製できるが、少ない場合には多量
の電子線照射が必要となる。
その下限は５Ｘ１０”電子／ｃｍ２である。好ましくは
、ｌＸｌ０’ ８〜Ｉ Ｘ １０２電子／ ｃ 〜２で
ある。ｌＸＩＯ２３電子／ｃｍ２以上になると、電子線
によって生じた欠陥を前記■、■のアニーリングによっ
て消去しにくくなる。電子線照射エネルギは、０．５〜
５ Ｍ ｅ Ｖの範囲とすることが好ましい。
、ｌＸｌ０’ ８〜Ｉ Ｘ １０２電子／ ｃ 〜２で
ある。ｌＸＩＯ２３電子／ｃｍ２以上になると、電子線
によって生じた欠陥を前記■、■のアニーリングによっ
て消去しにくくなる。電子線照射エネルギは、０．５〜
５ Ｍ ｅ Ｖの範囲とすることが好ましい。
（■、■の構成について）
熱処理によってＨ２センターを作製する。重要なのは温
度で、真空下では１４００℃以上の温度が必要である。
度で、真空下では１４００℃以上の温度が必要である。
しかし、１８５０℃以上とすると相変態が生じ、ダイヤ
モンドが黒鉛化する。また、ＩＴｏ ｒ ｒ以下の真空
下で行なわないと、ダイヤモンドの表面が黒鉛化する。
モンドが黒鉛化する。また、ＩＴｏ ｒ ｒ以下の真空
下で行なわないと、ダイヤモンドの表面が黒鉛化する。
この場合、真空状態とする代わりに、ＡｒまたはＨ２な
どの不活性ガスを用いてもよい。
どの不活性ガスを用いてもよい。
超高圧下でＨ２センターを作製する場合には、１５００
℃以上での熱処理が必要である。３．０ＧＰａの圧力を
かければ、２５００℃までの熱処理でもダイヤモンドは
黒鉛化しない。
℃以上での熱処理が必要である。３．０ＧＰａの圧力を
かければ、２５００℃までの熱処理でもダイヤモンドは
黒鉛化しない。
このアニーリング処理の初期にＨ２センターができ、そ
の後はＨ２センターが減少する。したがって、このアニ
ーリングにおける温度条件および時間を適宜選ぶことに
より、Ｈ２センターの濃度が制御できる。
の後はＨ２センターが減少する。したがって、このアニ
ーリングにおける温度条件および時間を適宜選ぶことに
より、Ｈ２センターの濃度が制御できる。
く発振方法の説明〉
Ｈ２センターの吸収は、６００〜９９２ｎｍの範囲にあ
る。吸収のピークは８００ｎｍにあり、励起光が有効に
働くのは８００±１５０ｎｍの範囲である。励起光源と
しては、ランプ先を集光してもよいが、レーザ光を用い
る方が変換効率が上がり好ましい。励起光源として半導
体レーザ（たとえば７８０ｎｍに励起光を持つレーザ）
を用いると小型化が可能となる。小型で出力の高いレー
ザを得るには、複数個のレーザをアレイ状に並べること
が好ましい。また、１０００〜１４００ｎｍの範囲で波
長を変化させるには、共振器の一部または光路内にグレ
ーティング、プリズム、エタロンなどの波長選択機構を
入れればよい。
る。吸収のピークは８００ｎｍにあり、励起光が有効に
働くのは８００±１５０ｎｍの範囲である。励起光源と
しては、ランプ先を集光してもよいが、レーザ光を用い
る方が変換効率が上がり好ましい。励起光源として半導
体レーザ（たとえば７８０ｎｍに励起光を持つレーザ）
を用いると小型化が可能となる。小型で出力の高いレー
ザを得るには、複数個のレーザをアレイ状に並べること
が好ましい。また、１０００〜１４００ｎｍの範囲で波
長を変化させるには、共振器の一部または光路内にグレ
ーティング、プリズム、エタロンなどの波長選択機構を
入れればよい。
［実施例コ
実施例１
この実施例は、請求項２に記載の製造方法により実施し
た例である。
た例である。
ダイヤモンド原石として、温度差法で合成した９個のＩ
ｂ型ダイヤモンドを用意した。それらの原石を、それぞ
れ４ｍｍＸ４ｍｍＸ２ｍｍのサイズに加工した。窒素含
有量は、５Ｘ１０’６〜１゜７×１０２０ 原子／ｃｍ
３の範囲であった。当該試料に、３ Ｍ ｅ Ｖの加速
電圧かっ１×１０１７〜１×１０２３電子／ｃｍ２の範
囲で電子線照射を行なった。さらに、１Ｔｏｒｒの真空
下、１２００〜１９００℃の範囲でアニーリングを行な
った。
ｂ型ダイヤモンドを用意した。それらの原石を、それぞ
れ４ｍｍＸ４ｍｍＸ２ｍｍのサイズに加工した。窒素含
有量は、５Ｘ１０’６〜１゜７×１０２０ 原子／ｃｍ
３の範囲であった。当該試料に、３ Ｍ ｅ Ｖの加速
電圧かっ１×１０１７〜１×１０２３電子／ｃｍ２の範
囲で電子線照射を行なった。さらに、１Ｔｏｒｒの真空
下、１２００〜１９００℃の範囲でアニーリングを行な
った。
アニーリング処理は、５時間行なった。得られた結果を
第１表に示す。
第１表に示す。
また、真空の代わりに、ドライカラムを通して乾燥させ
たＮ２ガス雰囲気内でアニーリング処理を行なったが、
同一の結果が得られた。
たＮ２ガス雰囲気内でアニーリング処理を行なったが、
同一の結果が得られた。
（以下余白）
Ｎｏ、９の試料では、光学測定を試みたが、原石が黒鉛
に相変態して黒色となり、測定不可能であった。
に相変態して黒色となり、測定不可能であった。
なお、原石中の窒素含有量は、赤外分光分析における１
１３０ｃｍ−”の吸収係数より推定した。
１３０ｃｍ−”の吸収係数より推定した。
また、光学密度は、可視分光分析装置により測定した。
レーザ発振は、第２図に示すレーザ発振装置を用いて実
施した。第２図において、１１は固体レーザ素子、１２
は全反射ミラー、１３は半透過ミラー、１４はプリズム
、１５はアルゴンイオンレーザ、１６はダイレーザ、１
７は光路変更用ミラー、１８はフィルタ、１つは計測器
である。
施した。第２図において、１１は固体レーザ素子、１２
は全反射ミラー、１３は半透過ミラー、１４はプリズム
、１５はアルゴンイオンレーザ、１６はダイレーザ、１
７は光路変更用ミラー、１８はフィルタ、１つは計測器
である。
また、実線Ａは励起光、破線Ｂはレーザ光である。
実施例２
この実施例は請求項３に記載の製造方法により実施した
例である。
例である。
ダイヤモンド原石として、温度差法で構成した４個のＩ
ｂ型ダイヤモンドを用意した。それらの原石を、それぞ
れ４ｍｍＸ４ｍｍＸ２ｍｍのサイズに加工した。窒素含
有量は、５Ｘ１０” ８原子／ ｃ ｍ ３の範囲であ
った。また、電子線照射としては、２ Ｍ ｅ Ｖの加
速電圧で１×１０１９電子／Ｃｍ２の条件で行なった。
ｂ型ダイヤモンドを用意した。それらの原石を、それぞ
れ４ｍｍＸ４ｍｍＸ２ｍｍのサイズに加工した。窒素含
有量は、５Ｘ１０” ８原子／ ｃ ｍ ３の範囲であ
った。また、電子線照射としては、２ Ｍ ｅ Ｖの加
速電圧で１×１０１９電子／Ｃｍ２の条件で行なった。
さらに、３．０ＧＰａの超高圧下で、１３００〜２５０
０°Ｃの範囲内で温度を変化させ、１５時間のアニーリ
ングを行なった。
０°Ｃの範囲内で温度を変化させ、１５時間のアニーリ
ングを行なった。
得られた結果を第２表に示す。
（以下余白）
なお、原石中の窒素含有量の測定、光学密度およびレー
ザ発振は、前記実施例１と同一の方法で行なった。
ザ発振は、前記実施例１と同一の方法で行なった。
実施例３
この実施例は、請求項４に記載のレーザ発振方法に関す
る実施例である。
る実施例である。
実施例１で作製した前記Ｎｏ、５の試料を、第２図中の
符号１１に示すようにブリュスターアングルで配置した
。全反射鏡１２．半透過鏡１３およびプリズム１４を第
２図のように配置して共振器を構成した。励起光源とし
ては、アルゴンイオンレーザ１５およびダイレーザ１６
を用いた。アルゴンイオンレーザ１５は、ダイレーザ１
６の励起用である。ダイレーザ１６は波長が変えられる
ため、ダイレーザ１６によるレーザ光を試料の励起光と
して用いた。
符号１１に示すようにブリュスターアングルで配置した
。全反射鏡１２．半透過鏡１３およびプリズム１４を第
２図のように配置して共振器を構成した。励起光源とし
ては、アルゴンイオンレーザ１５およびダイレーザ１６
を用いた。アルゴンイオンレーザ１５は、ダイレーザ１
６の励起用である。ダイレーザ１６は波長が変えられる
ため、ダイレーザ１６によるレーザ光を試料の励起光と
して用いた。
ミラー１７によって光路偏向を行なった後に、励起光Ａ
を試料１１に照射すると、半透過鏡１３゜全反射鏡１２
．プリズム１４で形成される共振器内でレーザ光が増幅
され、レーザ光Ｂが放出された。フィルタ１８で励起光
などによる迷光をカットし、パワーメータまたは波長測
定器１９で出力および波長を測定した。
を試料１１に照射すると、半透過鏡１３゜全反射鏡１２
．プリズム１４で形成される共振器内でレーザ光が増幅
され、レーザ光Ｂが放出された。フィルタ１８で励起光
などによる迷光をカットし、パワーメータまたは波長測
定器１９で出力および波長を測定した。
ダイレーザ１６より放出される励起波長を５００〜１１
０５０ｎまで変化させると、６００〜９９０ｎｍの範囲
でレーザ発振が生じた。レーザ発振強度が高いのは、６
５０〜９５０ｎｍの範囲であった。また、ダイレーザ１
６の励起波長を８０Ｑｎｍとし、全反射ミラー１２を移
動させることにより、１０００〜１４００ｎｍの範囲内
で連続してレーザ発振か起こった。
０５０ｎまで変化させると、６００〜９９０ｎｍの範囲
でレーザ発振が生じた。レーザ発振強度が高いのは、６
５０〜９５０ｎｍの範囲であった。また、ダイレーザ１
６の励起波長を８０Ｑｎｍとし、全反射ミラー１２を移
動させることにより、１０００〜１４００ｎｍの範囲内
で連続してレーザ発振か起こった。
実施例４
この実施例は、請求項５に関する実施例である。
この実施例では、第３図に示すレーザ装置を使用した。
第３図の半導体レーザ励起によるレーザ装置において、
２１は固体レーザ素子、２２は半透過膜、２３はグレー
ティング、２４は半導体レーザアレイ、２５は集光器、
２６は励起光、２７はレーザ光、２８は計測器である。
２１は固体レーザ素子、２２は半透過膜、２３はグレー
ティング、２４は半導体レーザアレイ、２５は集光器、
２６は励起光、２７はレーザ光、２８は計測器である。
なお半導体レーザアレイ２４には、発振波長が７８０ｎ
ｍの半導体レーザを８個用いた。
ｍの半導体レーザを８個用いた。
まず、第３図に示す固体レーザ素子２１用として、人工
合成Ｉｂ型ダイヤモンドを、直径２ｍｍ。
合成Ｉｂ型ダイヤモンドを、直径２ｍｍ。
長さ１０ｍｍのロッド状に加工し、さらに長平方向の一
端面をブリュスター角に加工した。当該試料中の窒素含
有量は、３．５Ｘ１０’ ８原子／Ｃｍ３であった。当
該試料に、３ＭｅＶかつ１×１０１９電子／Ｃｍ２の条
件で電子線照射を行なった。その後、３．０ＧＰａ、１
８００℃の超高圧高温アニーリング処理を行なった。当
該試料の表面をラッピングし鏡面仕上げした後、垂直端
面に半透過膜２２をコーティングした。これにより、第
３図に示す素子２１を得た。
端面をブリュスター角に加工した。当該試料中の窒素含
有量は、３．５Ｘ１０’ ８原子／Ｃｍ３であった。当
該試料に、３ＭｅＶかつ１×１０１９電子／Ｃｍ２の条
件で電子線照射を行なった。その後、３．０ＧＰａ、１
８００℃の超高圧高温アニーリング処理を行なった。当
該試料の表面をラッピングし鏡面仕上げした後、垂直端
面に半透過膜２２をコーティングした。これにより、第
３図に示す素子２１を得た。
さらに、素子２１を集光器２５の中に入れ、半導体レー
ザアレイ２４により、集光器２５の孔を通して励起光２
６を素子２］に照射した。
ザアレイ２４により、集光器２５の孔を通して励起光２
６を素子２］に照射した。
グレーティング２３を調整して波長選択を行なったとこ
ろ、１０００−１４００ ｎ ｍでレーザ発振が生じた
。なお、出力および発振波長は、パワーメータまたは波
長測定器２８により測定した。
ろ、１０００−１４００ ｎ ｍでレーザ発振が生じた
。なお、出力および発振波長は、パワーメータまたは波
長測定器２８により測定した。
［発明の効果」
以上説明したように、本発明によれば、従来Ｉｂ型ダイ
ヤモンドより作製不可能であったＨ２センターが、再現
性良く作製できるようになる。
ヤモンドより作製不可能であったＨ２センターが、再現
性良く作製できるようになる。
また、本発明に係るレーザ素子を用いると、１０００〜
１４００ｎｍの波長域でレーザ発振が可能となる。
１４００ｎｍの波長域でレーザ発振が可能となる。
外部励起光として半導体レーザを用いると、小型で出力
の高い波長可変なレーザが提供可能となる。
の高い波長可変なレーザが提供可能となる。
なお、当該レーザ素子を用いたレーザは、分光分析用途
、測距離用途、微細加工用途などに利用すると効果的で
ある。
、測距離用途、微細加工用途などに利用すると効果的で
ある。
第１図は、レーザ素子の素子厚みと励起光強度との関係
を示すグラフである。第２図は、レーザ発振装置の概略
図である。第３図は、半導体レーザ励起によるレーザ装
置の概略図である。 ’１１．２１はレーザ素子、１５はアルゴンイオンレー
ザ、１６はダイレーザ、２４は半導体し一サアレイであ
る。 特許出願人 住友電気工業株式会社
を示すグラフである。第２図は、レーザ発振装置の概略
図である。第３図は、半導体レーザ励起によるレーザ装
置の概略図である。 ’１１．２１はレーザ素子、１５はアルゴンイオンレー
ザ、１６はダイレーザ、２４は半導体し一サアレイであ
る。 特許出願人 住友電気工業株式会社
Claims (5)
- （１）人工合成ダイヤモンド中のＨ２センターにおける
励起光方向の光学密度の最大値が０．０１〜４の範囲に
あり、６５０〜９５０ｎｍの外部励起光により１０００
〜１４００ｎｍの範囲内でレーザ発振するダイヤモンド
固体レーザ素子。 - （２）窒素濃度が１×１０＾１＾７〜８．５×１０＾１
＾９原子／ｃｍ＾３である人工合成 I ｂ型ダイヤモン
ドを用い、 当該ダイヤモンドに５×１０＾１＾７電子／ｃｍ＾２以
上の電子線照射を行ない、 その後、１Ｔｏｒｒ以下の真空下または不活性ガス雰囲
気内で、１４００〜１８５０℃の温度範囲で加熱処理す
る請求項１記載のダイヤモンド固体レーザ素子の製造方
法。 - （３）窒素濃度が１×１０＾１＾７〜８．５×１０＾１
＾９原子／ｃｍ＾３である人工合成ダイヤモンドを用い
、 当該ダイヤモンドに５×１０＾１＾７電子／ｃｍ＾２以
上の電子線照射を行ない、 その後、３．０ＧＰａ以上かつ１５００℃以上の超高圧
高温下で熱処理する請求項１記載のダイヤモンド固体レ
ーザ素子の製造方法。 - （４）前記外部励起光としてレーザ光を用い、１０００
〜１４００ｎｍの範囲内で発振波長を変える請求項１記
載のダイヤモンド固体レーザ素子の発振方法。 - （５）前記外部励起光として単一または複数の半導体レ
ーザを用いる請求項４記載のダイヤモンド固体レーザ素
子の発振方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63026372A JPH01201976A (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | ダイヤモンド固体レーザ素子、その製造方法およびその発振方法 |
| IE32989A IE64619B1 (en) | 1988-02-05 | 1989-02-02 | Diamond laser and method of producing the same and method of operating the same |
| EP89101933A EP0327111B1 (en) | 1988-02-05 | 1989-02-03 | Diamond laser and method of producing the same and method of operating the same |
| DE8989101933T DE68900111D1 (de) | 1988-02-05 | 1989-02-03 | Diamant-laser und verfahren zu seiner herstellung und zu seinem betrieb. |
| US07/306,813 US4949347A (en) | 1988-02-05 | 1989-02-03 | Diamond laser, method for producing the same, and method for activating such a laser |
| CA000590137A CA1294695C (en) | 1988-02-05 | 1989-02-03 | Diamond laser and method of producing the same and method of acting the same |
| ZA89897A ZA89897B (en) | 1988-02-05 | 1989-02-06 | Diamond laser and method of producing the same and method of acting the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63026372A JPH01201976A (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | ダイヤモンド固体レーザ素子、その製造方法およびその発振方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01201976A true JPH01201976A (ja) | 1989-08-14 |
Family
ID=12191681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63026372A Pending JPH01201976A (ja) | 1988-02-05 | 1988-02-05 | ダイヤモンド固体レーザ素子、その製造方法およびその発振方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4949347A (ja) |
| EP (1) | EP0327111B1 (ja) |
| JP (1) | JPH01201976A (ja) |
| CA (1) | CA1294695C (ja) |
| DE (1) | DE68900111D1 (ja) |
| IE (1) | IE64619B1 (ja) |
| ZA (1) | ZA89897B (ja) |
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| US5173761A (en) * | 1991-01-28 | 1992-12-22 | Kobe Steel Usa Inc., Electronic Materials Center | Semiconducting polycrystalline diamond electronic devices employing an insulating diamond layer |
| US5620754A (en) * | 1994-01-21 | 1997-04-15 | Qqc, Inc. | Method of treating and coating substrates |
| US5554415A (en) * | 1994-01-18 | 1996-09-10 | Qqc, Inc. | Substrate coating techniques, including fabricating materials on a surface of a substrate |
| US5731046A (en) * | 1994-01-18 | 1998-03-24 | Qqc, Inc. | Fabrication of diamond and diamond-like carbon coatings |
| US5524016A (en) * | 1994-06-09 | 1996-06-04 | Gte Laboratories Incorporated | Optical emitter for amplification and process for making same |
| US7224532B2 (en) * | 2002-12-06 | 2007-05-29 | Chevron U.S.A. Inc. | Optical uses diamondoid-containing materials |
| US20050019955A1 (en) * | 2003-07-23 | 2005-01-27 | Dahl Jeremy E. | Luminescent heterodiamondoids as biological labels |
| WO2019077844A1 (ja) | 2017-10-20 | 2019-04-25 | 住友電気工業株式会社 | 合成単結晶ダイヤモンド |
| CN111247275B (zh) * | 2017-10-20 | 2022-03-22 | 住友电气工业株式会社 | 合成单晶金刚石、工具以及合成单晶金刚石的制造方法 |
| US20220411963A1 (en) * | 2019-11-26 | 2022-12-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Synthetic single crystal diamond, tool including the same and method of producing synthetic single crystal diamond |
| WO2021146306A1 (en) * | 2020-01-15 | 2021-07-22 | Ceromaze Inc. | Thin film maser emitter and thin panel phased array of emitters |
| CN114136018B (zh) * | 2021-11-23 | 2023-09-01 | 北京量子信息科学研究院 | 激光制冷系统及激光制冷方法 |
| CN114061175B (zh) * | 2021-11-23 | 2023-08-01 | 北京量子信息科学研究院 | 激光制冷器及激光制冷方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3970960A (en) * | 1974-01-31 | 1976-07-20 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Broadly tunable continuous-wave laser using color centers |
| US4124690A (en) * | 1976-07-21 | 1978-11-07 | General Electric Company | Annealing type Ib or mixed type Ib-Ia natural diamond crystal |
| US4174380A (en) * | 1976-07-21 | 1979-11-13 | General Electric Company | Annealing synthetic diamond type Ib |
| US4638484A (en) * | 1984-11-20 | 1987-01-20 | Hughes Aircraft Company | Solid state laser employing diamond having color centers as a laser active material |
| EP0275063A3 (en) * | 1987-01-12 | 1992-05-27 | Sumitomo Electric Industries Limited | Light emitting element comprising diamond and method for producing the same |
-
1988
- 1988-02-05 JP JP63026372A patent/JPH01201976A/ja active Pending
-
1989
- 1989-02-02 IE IE32989A patent/IE64619B1/en not_active IP Right Cessation
- 1989-02-03 US US07/306,813 patent/US4949347A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-02-03 EP EP89101933A patent/EP0327111B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-03 CA CA000590137A patent/CA1294695C/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-02-03 DE DE8989101933T patent/DE68900111D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-02-06 ZA ZA89897A patent/ZA89897B/xx unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| IE890329L (en) | 1989-08-05 |
| US4949347A (en) | 1990-08-14 |
| DE68900111D1 (de) | 1991-07-18 |
| EP0327111A3 (en) | 1990-03-14 |
| EP0327111B1 (en) | 1991-06-12 |
| CA1294695C (en) | 1992-01-21 |
| ZA89897B (en) | 1989-10-25 |
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