JPH02192493A - フォルステライト単結晶の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、クロムイオンをレーザ発振の活性イオンとし
て用いるフォルステライト（Ｍｇ２Ｓｉ０４）単結晶の
製造方法に関する。

［従来技術］ 固体レーザは小型で大出力であり、また装置の保守が容
易であり、しかも安定性に優れているため、工業的にも
応用分野が広がりつつある。

このうち、発振の同調範囲が連続的にかつ極めて広い範
囲で実現でき、様々な用途への応用が期待される極めて
有望な結晶として、クロムイオンを含有するフォルステ
ライト単結晶が本発明者等によって開示されている（特
開昭６１−２４０８９２号公報）。同公報において、こ
の単結晶は７５０ｎｍから１０００ｒｖを超える広い波
長領域で発光し、幅広い波長領域で同調可能な波長可変
レ−ザ発振が期待されることが記載されている。

さらに、フォルステライト単結晶にクロムイオンと共に
リチウムイオンのような　１価の陽イオンを含有せしめ
ることによって、上記の波長領域の他に、６５０〜８５
０■で発光が認られることか本発明者等によって開示さ
れている（特開昭８２−８２５７３号公報）。

また、クロムイオンを含有するフォルステライト単結晶
が１２００〜Ｌ２７０ｎｓでレーザ発振することがＶ、
Ｐｅｔｒｌｃｅｖｉｃ等によって報告されている（Ａｐ
ｐｌ　。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、Ｖｏｌ、５２．Ｎｏ、１３，２
８　Ｍａｒｃｈ　１９８８ＡＰＰＬＩＥＤ　０ＰＴＩＣ
８／Ｖｏ１．２７．Ｎｏ、２０／１５０ｃｔｏｂｅｒ１
９８ｇ　）。さらに、これらの報告において、この単結
晶は７００ｎｍ　−１４００ｎｍの広い波長領域で発光
するので、８５０〜ＩＨＯｎｍ程度の幅広い波長領域で
同調可能な波長可変レーザ発振が期待されることが記載
されている。

このようなりロムイオンを含有するフォルステライト単
結晶は、主に高周波加熱型チョクラルスキー法あるいは
赤外線集光式フローティングゾーン法等によって育成さ
れ、従来はその育成は一般に大気中で行なわれていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような大気中等で育成された従来
のクロムイオンを含有するフォルステライト単結晶はい
ずれも、その発光波長領域にかかる９００〜１２００ｒ
＋ｍに吸収帯が存在し、この波長領域では発光を単結晶
自体が吸収するので、この波長領域で効率良くレーザ発
振することは困難であった。

本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、クロム
イオンを含有するフォルステライト単結晶において、そ
の発光波長領域にかかる吸収を充分に低減させ、この波
長領域において発光が単結晶自体に吸収されるのを抑制
して発光効率を向上せしめ、さらにはこの波長領域で効
率良くレーザ発振することが期待されるフォルステライ
ト単結晶の製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用コ本発明の上記
目的は、フォルステライト単結晶の育成時の酸素分圧を
一定状態に制御することによって達成される。

すなわち、本発明のフォルステライト単結晶の製造方法
は、クロムイオンを含有するフォルステライト単結晶の
育成時に系内の酸素分圧を１０−４〜１ｏ−１３とする
ことを特徴とする。

クロムイオンを含有するフォルステライト単結晶は、前
述のように高周波加熱型チョクラルスキー法あるいは赤
外線集光式フローティングゾーン法等で育成される。

また、本発明の製造方法で用いられるフォルステライト
の原料としては、酸化マグネシウム（Ｍ　ｇ　Ｏ）と二
酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が用いられ、さらに、発光イオ
ンであるクロムイオンとして二酸化ニクロム（Ｃｒ２０
３）を添加する。クロムイオンはフォルステライト単結
晶中に０．０５〜３．０重量％含有されることが好まし
く、クロムイオンの含有量が０．０５重量％より少ない
と発光が弱くレーザとして実用上使用し難い。また、ク
ロムイオンの含有量が８．０重量％を超えると、クロム
イオンが単結晶内に均一に溶は込めなくなり、フォルス
テライト単結晶中に酸化クロムや気泡を伴うようになっ
て良質の単結晶が得られない。

さらに、上記のクロムイオンを含有するフォルステライ
ト単結晶にリチウムイオンのような１価の陽イオンを含
有せしめても良く、その際の１価の陽イオンの含有量は
単結晶中に０．（１０［１１〜０．５重量％であること
が好ましい。

本発明では、上述のクロムイオンを含有するフォルステ
ライト単結晶を、その融点（１８９０℃）近傍で育成す
る際に、系内の酸素分圧を１０−４〜１０−１３、好ま
しくは１０−’〜ｔｏ−１１で行なうことを特徴とする
ものであり、この酸素分圧条件とすることによって緑色
の良好な単結晶が得られる。

この酸素分圧が１Ｏ−４より高い場合には、得られるフ
ォルステライト単結晶は紺青色であり、その発光波長領
域にかかる９００〜１２００ｎｍの吸収が充分に低減さ
れず、この波長領域における発光が単結晶自体に吸収さ
れるので発光効率が著しく低減する。

また、この酸素分圧が１ｏ−１３より低い場合には、原
料である二酸化ケイ素の蒸発が著しく、得られるフォル
ステライト単結晶の組成が異なったり、さらには単結晶
の育成が困難となる。

このように、本発明では、クロムイオンを含有するフォ
ルステライト単結晶を育成する際に、系内の酸素分圧を
１０−４〜１０−１３、好ましくは１０−５〜１０−１
１とするものであるが、上記範囲内の酸素分圧を達成す
る具体的手段としては、例えば系内の雰囲気ガスとして
下記のものを用いる方法が好適である。

（１）チッ素あるいは不活性ガスに、水素、−酸化炭素
、二酸化炭素のうち少なくとも一種類のガスを適当量混
合して、上記範囲内の酸素分圧とする方法。

（２）チッ素あるいは不活性ガスを、還元剤および／ま
たは脱水剤を用いて、上記範囲内の酸素分圧とする方法
。

（３）酸素分圧が上記範囲内である高純度チッ素ガスあ
るいは不活性ガスを用いる方法。

本発明においては、上記酸素分圧条件以外の単結晶の製
造条件は、良好に単結晶が得られるように適宜選択され
、従来と同様の条件であっても良い。

［実施例コ 以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体
的に説明する。

実施例１ クロムイオンを含有するフォルステライト単結晶を以下
の方法で製造した。ここにおいて用いた装置は高周波加
熱型チョクラルスキー炉であり、るつぼとしては内径４
７ｍのイリジウムるつぼを用いた。

先ず、原料として純゛度９９．９９９％のＭｇＯ，純度
９９．９９９％のＳ　ｉ　０２および純度９９．９９％
のＣｒ２Ｏ３をモル比で２．０　：　　１．０　：　０
．００３となるように混合し、静水圧プレスで上記原料
内のガスを抜いて圧粉体とした。

次に、得られた圧粉体をチョクラルスキー炉内のイリジ
ウムるつぼに導入し、この育成系内に高純度チッ素ガス
をＩＪ／ｈｒで流入させ、高周波によってるつぼを加熱
してるつぼ内の原料を溶融させた。続いて、系内への高
純度チッ素ガスの流入を維持した状態で、ａ軸（Ｐｍｎ
ｂで定義される結晶軸）を溶融液面に対して垂直に立て
た種結晶を４０ｒｐｍで回転させながら溶融液面上に接
触させ、次いで０．８〜８．０履／ｈｒの速度でゆっく
り引き上げてクロムイオンを含有するフォルステライト
単結晶を育成した。この育成の際の系内の酸素分圧はガ
ス分析の結果的ｌＸｌ０−７であった。

このようにして得られたフォルステライト単結晶はクロ
ムイオンを０．３重量％含有しており、緑色で、泡等の
散乱物が存在しない良質な単結晶であつた。

得られたクロムイオンを含有するフォルステライト単結
晶をａ軸、ｂ軸、ａ軸（Ｐｓｎｂで定義される結晶軸）
に沿って切り出して１辺５．０＃Ｉの立方体サンプルを
得た。得られた立方体サンプルの各面を光学研磨し、３
００にの条件下でこの立方体サンプルにアルゴンレーザ
を照射して、９００〜１５００ｎｍにおける吸収スペク
トルを測定した。その際、照射光の偏光方向（Ｅ）を単
結晶のａ軸、ｂ軸。

ａ軸にそれぞれ平行となるようにして、各々について行
なった。その結果を第１図に示す。

また、この立方体サンプルにアルゴンレーザを照射して
発光スペクトルを測定した。その結果をｍ２図に示す。

実施例２ 実施例１と同様にして得られた圧粉体をチョクラルスキ
ー炉内のイリジウムるつぼに導入し、この育成系内を１
０’−’ｔｏｒｒ以下の真空に保った後、チッ素、水素
、二酸化炭素の流量がそれぞれ１４／ｈｒＳ１０ｃｃ／
　ｈｒｓ　　５ｃｃ／　ｈｒとなるようにこれらの混合
ガスを上記育成系内に流入させた。この状態を維持して
、実施例１と同様にしてクロムイオンを含有するフォル
ステライト単結晶を育成した。この育成の際の、単結晶
の融点近傍における系内の酸素分圧は約ｌＸｌ０−８と
計算された。

このようにして得られたフォルステライト単結晶はクロ
ムイオンを０．３重量％含有しており、緑色で、泡等の
散乱物が存在しない良質な単結晶であった。

また、得られたフォルステライト単結晶を用いて実施例
１と同様に吸収スペクトルおよび発光スペクトルを測定
したところ、どちらも実施例１と同等の結果が得られた
。

比較例１ 実施例１と同様にして得られた圧粉体をチョクラルスキ
ー炉内のイリジウムるつぼに導入し、チッ素および酸素
の流量がそれぞれＩＪ　／ｈｒ、　１ｏｃｃ／ｈｒとな
るようにこれらの混合ガスを上記育成系内に流入させた
。この状態を維持して、実施例１と同様にしてクロムイ
オンを含有するフォルステライト単結晶を育成した。こ
の育成の際の系内の酸素分圧は約ＬＸ　１０−２と計算
された。

このようにして得られたフォルステライト単結晶はクロ
ムイオンを０．３重量％含有しており、紺青色で、泡等
の散乱物が存在しない良質な単結晶であった。

得られたクロムイオンを含有するフォルステライト単結
晶から実施例１と同様にして立方体サンプルを得、その
立方体サンプルを用いて実施例１と同様にして吸収スペ
クトルを測定した。その結果を第３図に示す。

第１図および第３図から明らかなように、実施例１〜２
で得られたクロムイオンを含有するフォルステライト単
結晶は、比較例１で得られたものと比較して、いずれの
照射光の偏光方向においても、９００〜１２００ｎｍの
吸収が著しく低減されている。

また、第２図から明らかなように、実施例１〜２で得ら
れたクロムイオンを含有するフォルステライト単結晶は
、７００〜１ｌ１００ｎの波長領域において良好に発光
することが確認された。

［発明の効果］ 以上説明したように、クロムイオンを含有するフォルス
テライト単結晶の育成時に、系内の酸素分圧を一定範囲
とする本発明の製造方法によって、その単結晶の発光波
長領域にかかる　９００〜１２００ｎｉの吸収が著しく
低減され、この波長領域において発光が単結晶自体に吸
収されることが抑制されて発光効率が向上する緑色のフ
ォルステライト単結晶を得ることが可能となる。さらに
、本発明の製造方法によって得られるクロムイオンを含
有するフォルステライト単結晶は、９００〜１２００ｎ
ｍ程度の波長領域においても効率良くレーザ発振するこ
とが期待される。

従って、本発明は、クロムイオンを含有するフォルステ
ライト単結晶の製造方法として好適に用いられ、得られ
た単結晶は固体レーザホスト等の用途に好適に使用され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は、それぞれ実施例１、比較例１で
得られたクロムイオンを含有するフォルステライト単結
晶の吸収スペクトルであり、第２図は、実施例１で得ら
れたクロムイオンを含有するフォルステライト単結晶の
発光スペクトルである。 特許出願人　三井金属鉱業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、クロムイオンを含有するフォルステライト単結晶の
   育成時に系内の酸素分圧を１０＾−＾４〜１０＾−＾１
   ＾３とすることを特徴とするフォルステライト単結晶の
   製造方法。