JPH05294709A - レーザ用多結晶透明セラミックス - Google Patents
レーザ用多結晶透明セラミックスInfo
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- JPH05294709A JPH05294709A JP4092897A JP9289792A JPH05294709A JP H05294709 A JPH05294709 A JP H05294709A JP 4092897 A JP4092897 A JP 4092897A JP 9289792 A JP9289792 A JP 9289792A JP H05294709 A JPH05294709 A JP H05294709A
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- laser
- garnet
- polycrystalline
- lanthanide
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 単結晶の製造上の欠点や素材そのものの欠点
のないレーザ発振用の多結晶透明セラミックスを得る。 【構成】 焼結体の気孔率が１％以下で平均粒子径が５
〜１０００μｍの範囲にあり、かつランタニド、Ｃｒ、
Ｔｉ元素を一種以上含有したガーネット構造のレーザ用
多結晶透明セラミックス。
のないレーザ発振用の多結晶透明セラミックスを得る。 【構成】 焼結体の気孔率が１％以下で平均粒子径が５
〜１０００μｍの範囲にあり、かつランタニド、Ｃｒ、
Ｔｉ元素を一種以上含有したガーネット構造のレーザ用
多結晶透明セラミックス。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ発振素子として
好適に使用され、ガーネット構造を有する、イットリウ
ム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ），ガドリニウ
ム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ），ガドリニウム・
スカンジウム・ガリウム・ガーネット（ＧＳＧＧ）等の
レーザ用多結晶透明セラミックスに関する。
好適に使用され、ガーネット構造を有する、イットリウ
ム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ），ガドリニウ
ム・ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ），ガドリニウム・
スカンジウム・ガリウム・ガーネット（ＧＳＧＧ）等の
レーザ用多結晶透明セラミックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＹＡＧに代表されるガーネット構造の固
体レーザは、その市場の約９５％を占め、半導体の微細
加工、鋼材やセラミックスの切断及び熱処理、医療用レ
ーザメス等多岐に応用され、近年ではＳＨＧ（第二高調
波）素子を用いて波長変換したグリーンやブルーレーザ
が、光磁気記録材料の書込み操作用としても用いられて
いる。
体レーザは、その市場の約９５％を占め、半導体の微細
加工、鋼材やセラミックスの切断及び熱処理、医療用レ
ーザメス等多岐に応用され、近年ではＳＨＧ（第二高調
波）素子を用いて波長変換したグリーンやブルーレーザ
が、光磁気記録材料の書込み操作用としても用いられて
いる。
【０００３】ところでＹＡＧは発光に関与する元素とし
て、Ｎｄやその他の発光元素を添加したものが、チョコ
ラルスキー法やブリッジマン・ストックバーガー法等で
製造されているが、それらはいずれも単結晶である。
て、Ｎｄやその他の発光元素を添加したものが、チョコ
ラルスキー法やブリッジマン・ストックバーガー法等で
製造されているが、それらはいずれも単結晶である。
【０００４】このような方法で単結晶ＹＡＧを製造する
場合、育成温度が約２０００°Ｃを必要とし、かつ育成
速度が０．２〜０．３ｍｍ／ｈｒと極めて遅い。このこ
とから１本の単結晶を製造するのに約１ケ月を要し、且
つ製造された単結晶ＹＡＧの発光元素が均一とはなり難
い。特にＮｄ元素を添加するものに限っては単結晶を育
成する際、ホスト材料中の発光元素を均一に分散させる
ことが難しいばかりでなく、その濃度も１原子％程度が
限界となっている。このことからたとえ単結晶ＹＡＧを
製造したとしても、レーザ材料として使用できるのはご
く一部である。また単結晶育成技術では極めて高価なイ
リジウム坩堝が必要なため、製造される単結晶ＹＡＧが
高価であることは勿論、生産性の面でも十分満足すべき
ものではない。
場合、育成温度が約２０００°Ｃを必要とし、かつ育成
速度が０．２〜０．３ｍｍ／ｈｒと極めて遅い。このこ
とから１本の単結晶を製造するのに約１ケ月を要し、且
つ製造された単結晶ＹＡＧの発光元素が均一とはなり難
い。特にＮｄ元素を添加するものに限っては単結晶を育
成する際、ホスト材料中の発光元素を均一に分散させる
ことが難しいばかりでなく、その濃度も１原子％程度が
限界となっている。このことからたとえ単結晶ＹＡＧを
製造したとしても、レーザ材料として使用できるのはご
く一部である。また単結晶育成技術では極めて高価なイ
リジウム坩堝が必要なため、製造される単結晶ＹＡＧが
高価であることは勿論、生産性の面でも十分満足すべき
ものではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決すべき課
題は、単結晶の製造上の欠点や素材そのものの欠点のな
いレーザ発振用の多結晶透明セラミックスを得ることに
ある。
題は、単結晶の製造上の欠点や素材そのものの欠点のな
いレーザ発振用の多結晶透明セラミックスを得ることに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題は、焼結体の気
孔率が１％以下で平均粒子径が５〜１０００μｍの範囲
にあり、かつランタニド、Ｃｒ、Ｔｉ元素を一種以上含
有したガーネット構造のレーザ用多結晶透明セラミック
スによって達成できる。
孔率が１％以下で平均粒子径が５〜１０００μｍの範囲
にあり、かつランタニド、Ｃｒ、Ｔｉ元素を一種以上含
有したガーネット構造のレーザ用多結晶透明セラミック
スによって達成できる。
【０００７】
【作用】本発明のレーザ用多結晶透明セラミックスは、
ＹＡＧ，ＧＧＧ，ＧＳＧＧ等の適切な粒度の原料粉末を
使用し、これに発光元素や増感元素となる、ランタニド
元素及びＣｒ，Ｔｉ元素を一種又は複数種添加し、適正
な条件下で成形・焼結を行なうことで、レーザ発振機能
を付加された透明な高密度焼結体を得ることができる。
ＹＡＧ，ＧＧＧ，ＧＳＧＧ等の適切な粒度の原料粉末を
使用し、これに発光元素や増感元素となる、ランタニド
元素及びＣｒ，Ｔｉ元素を一種又は複数種添加し、適正
な条件下で成形・焼結を行なうことで、レーザ発振機能
を付加された透明な高密度焼結体を得ることができる。
【０００８】ＹＡＧの場合、まず純度９９重量％、好ま
しくは９９．９重量％以上のＹ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 粉末
を用い、さらに発光元素や増感元素となる、ランタニド
元素の酸化物（Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｃｅ2 Ｏ3 、Ｐｒ6 Ｏ11，
Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｐｍ2 Ｏ3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｅｕ2 Ｏ3 ，Ｇ
ｄ2 Ｏ3 ，Ｔｂ2 Ｏ3 ，Ｄｙ2 Ｏ3 ，Ｈｏ2 Ｏ3 ，Ｅｒ
2 Ｏ3 、Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 ）及びＴ
ｉＯ2 ，Ｃｒ2 Ｏ3 の酸化物を所定量ガーネット組成と
なるように秤量する。または、アルコキシド法や共沈法
などによって予め組成的に均一にした湿式合成粉末を用
いることもできる。純度が９９重量％未満では不純物の
作用によって良品のレーザ材料を得ることが困難とな
る。また、焼結体の平均粒子径や密度として特許請求の
範囲のものを得るためには、原料粉末の一次粒径が１μ
ｍ以下のＡｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 を使用することが好ま
しい。
しくは９９．９重量％以上のＹ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 粉末
を用い、さらに発光元素や増感元素となる、ランタニド
元素の酸化物（Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｃｅ2 Ｏ3 、Ｐｒ6 Ｏ11，
Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｐｍ2 Ｏ3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｅｕ2 Ｏ3 ，Ｇ
ｄ2 Ｏ3 ，Ｔｂ2 Ｏ3 ，Ｄｙ2 Ｏ3 ，Ｈｏ2 Ｏ3 ，Ｅｒ
2 Ｏ3 、Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 ）及びＴ
ｉＯ2 ，Ｃｒ2 Ｏ3 の酸化物を所定量ガーネット組成と
なるように秤量する。または、アルコキシド法や共沈法
などによって予め組成的に均一にした湿式合成粉末を用
いることもできる。純度が９９重量％未満では不純物の
作用によって良品のレーザ材料を得ることが困難とな
る。また、焼結体の平均粒子径や密度として特許請求の
範囲のものを得るためには、原料粉末の一次粒径が１μ
ｍ以下のＡｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 を使用することが好ま
しい。
【０００９】この配合に、アルコール等の有機溶媒又は
蒸留水を加えポットミル中で混合し、この混合された粉
末を減圧下或いは常圧力下で乾燥させる。得られた粉末
は一軸プレスまたはコールドアイソスタティックプレス
（ＣＩＰ）などで成形した後に焼結を行なう。焼結の手
段も特に限定されるものではないが、真空焼結の場合
は、１６００〜１８５０°Ｃの温度範囲、ホットプレス
（ＨＰ）やホットアイソスタティックプレス（ＨＩＰ）
の場合は１４００〜１８５０°Ｃの温度範囲で、適正な
焼結時間処理することによって目的とする焼結体が得ら
れる。また酸素ガスや水素ガス中で焼結することも可能
であり、それらの焼結方法を組み合わせることによって
も目的とする焼結体が得られる。
蒸留水を加えポットミル中で混合し、この混合された粉
末を減圧下或いは常圧力下で乾燥させる。得られた粉末
は一軸プレスまたはコールドアイソスタティックプレス
（ＣＩＰ）などで成形した後に焼結を行なう。焼結の手
段も特に限定されるものではないが、真空焼結の場合
は、１６００〜１８５０°Ｃの温度範囲、ホットプレス
（ＨＰ）やホットアイソスタティックプレス（ＨＩＰ）
の場合は１４００〜１８５０°Ｃの温度範囲で、適正な
焼結時間処理することによって目的とする焼結体が得ら
れる。また酸素ガスや水素ガス中で焼結することも可能
であり、それらの焼結方法を組み合わせることによって
も目的とする焼結体が得られる。
【００１０】固体レーザとして用いるためには、焼結体
の密度が理論密度の９９．０％以上（気孔率では１％以
下）を有し、且つ多結晶体を構成する平均粒子径が５〜
１０００μｍの範囲であることが必要である。焼結体の
密度が９９．０％より低ければ、光の透過率が極端に低
下する。焼結体の相対密度に関しては、同じ化学組成の
単結晶と多結晶を学振法又はＸ線法により測定した両者
の密度を比較することで求められる。それ以外の方法と
しては焼結体内部に存在する気孔を顕微鏡やＳＥＭ等で
表面観察した画像を解析することによっても求められ
る。また焼結体の粒子径が１０００μｍより大きいと発
光元素を均一に固溶できなかったり、粒界部に発光元素
が偏析したりして光学的に均質で透明なものとはなりに
くく、逆に５μｍより小さいと実用に供するだけの透明
度が得られない。
の密度が理論密度の９９．０％以上（気孔率では１％以
下）を有し、且つ多結晶体を構成する平均粒子径が５〜
１０００μｍの範囲であることが必要である。焼結体の
密度が９９．０％より低ければ、光の透過率が極端に低
下する。焼結体の相対密度に関しては、同じ化学組成の
単結晶と多結晶を学振法又はＸ線法により測定した両者
の密度を比較することで求められる。それ以外の方法と
しては焼結体内部に存在する気孔を顕微鏡やＳＥＭ等で
表面観察した画像を解析することによっても求められ
る。また焼結体の粒子径が１０００μｍより大きいと発
光元素を均一に固溶できなかったり、粒界部に発光元素
が偏析したりして光学的に均質で透明なものとはなりに
くく、逆に５μｍより小さいと実用に供するだけの透明
度が得られない。
【００１１】焼結体の透明度はレーザ発振させた場合の
発振効率と密接な関係があることから、できるだけ高い
ことが望ましい。この値は光吸収係数で表現できる。す
なわち、ランバート・ベールの法則、ｌｏｇ（Ｉo ／
Ｉ）＝αｄ 〔ここで、Ｉo ：入射光強度，Ｉ：透過光
強度（試料を透過した光の強度) ，α：光吸収係数，
ｄ：試料厚さ〕におけるαの値が０．２０４ｃｍ-1、好
ましくは０．１２５ｃｍ-1以下に止める必要がある。ま
た、透明度は直線透過光の内部損失でも表すことがで
き、厚さ１０ｍｍの試料に直線光を照射した場合、その
内部損失は３０％以下が必要である。この意味は、表面
の加工精度が同一の試料において、厚さ１ｍｍと１１ｍ
ｍの試料の直線透過率の差異が３０％以内ということで
ある。これ以上母材内部での吸収損失が大きいことは、
光の増幅により吸収損失が大きくなりレーザ発振しない
ばかりでなく、場合によっては母材の破壊にまで至る。
母材の吸収損失については発光元素の吸収がない可視波
長領域（または測定波長に対する透過率のバックグラウ
ンドレベル）で、試料の厚さに対して透過率をプロット
したときの傾きによって求められる。レーザ発振効率は
母材の透明度に依存する傾向との予測はできるが、より
好ましくはその値が２０％以下（α値で表現すればα＝
０．１２５ｃｍ-1以下）のロスに止めることが肝要であ
る。また、透過率の絶対値についても（試料の面粗さが
０．１μｍ以下のものに限って）厚さ１ｍｍの試料が４
００〜９００ｎｍの波長範囲で、発光元素等の吸収を除
く部分の直線透過率が７５％以上であることも必要であ
る。
発振効率と密接な関係があることから、できるだけ高い
ことが望ましい。この値は光吸収係数で表現できる。す
なわち、ランバート・ベールの法則、ｌｏｇ（Ｉo ／
Ｉ）＝αｄ 〔ここで、Ｉo ：入射光強度，Ｉ：透過光
強度（試料を透過した光の強度) ，α：光吸収係数，
ｄ：試料厚さ〕におけるαの値が０．２０４ｃｍ-1、好
ましくは０．１２５ｃｍ-1以下に止める必要がある。ま
た、透明度は直線透過光の内部損失でも表すことがで
き、厚さ１０ｍｍの試料に直線光を照射した場合、その
内部損失は３０％以下が必要である。この意味は、表面
の加工精度が同一の試料において、厚さ１ｍｍと１１ｍ
ｍの試料の直線透過率の差異が３０％以内ということで
ある。これ以上母材内部での吸収損失が大きいことは、
光の増幅により吸収損失が大きくなりレーザ発振しない
ばかりでなく、場合によっては母材の破壊にまで至る。
母材の吸収損失については発光元素の吸収がない可視波
長領域（または測定波長に対する透過率のバックグラウ
ンドレベル）で、試料の厚さに対して透過率をプロット
したときの傾きによって求められる。レーザ発振効率は
母材の透明度に依存する傾向との予測はできるが、より
好ましくはその値が２０％以下（α値で表現すればα＝
０．１２５ｃｍ-1以下）のロスに止めることが肝要であ
る。また、透過率の絶対値についても（試料の面粗さが
０．１μｍ以下のものに限って）厚さ１ｍｍの試料が４
００〜９００ｎｍの波長範囲で、発光元素等の吸収を除
く部分の直線透過率が７５％以上であることも必要であ
る。
【００１２】一方、発光元素の均一性は焼結体で固体レ
ーザ材料を作製する際の最も大きな利点であり、特に大
型形状の大出力レーザを目的とした場合に重要な技術と
なる。その均一度については、焼結体を構成する各々の
粒子の８０％以上が、濃度差が±１５％の範囲（例えば
２原子％の発光元素を含むものは２±０．３％の範囲）
にあることが必要である。その濃度分布については、焼
結体の粒子の５０個程度、少なくとも２０個程度の粒子
をランダムに分析することによって判定する。焼結体中
の発光元素や増感元素の濃度分布はＥＤＸ（エネルギー
分散型Ｘ線分光器）やＩＭＡ（イオンマイクロアナライ
ザー）などの微小領域を計測する機器分析装置によって
容易に測定できる。
ーザ材料を作製する際の最も大きな利点であり、特に大
型形状の大出力レーザを目的とした場合に重要な技術と
なる。その均一度については、焼結体を構成する各々の
粒子の８０％以上が、濃度差が±１５％の範囲（例えば
２原子％の発光元素を含むものは２±０．３％の範囲）
にあることが必要である。その濃度分布については、焼
結体の粒子の５０個程度、少なくとも２０個程度の粒子
をランダムに分析することによって判定する。焼結体中
の発光元素や増感元素の濃度分布はＥＤＸ（エネルギー
分散型Ｘ線分光器）やＩＭＡ（イオンマイクロアナライ
ザー）などの微小領域を計測する機器分析装置によって
容易に測定できる。
【００１３】レーザは元来フラッシュランプまたはＬＤ
（レーザダイオード）で材料内部に存在する発光元素を
励起させ、これを連続して増幅することから強力なレー
ザ光が発振できる。ここで、多結晶セラミックスのよう
な粒界がある材料を励起させ、レーザ発振する場合、粒
子内部で増幅されたレーザ光が粒界部で損失（異相や結
晶欠陥等に起因する減衰）するため、多結晶体でレーザ
発振することは不可能と考えるのが一般的である。また
仮にレーザ発振したとしても、粒界部の光損失が大きい
はずであり、単結晶材料に比べ特性劣化が著しいと予測
されることから固体レーザ材料はすべて単結晶であるべ
きと考えられており、現状もその通りとなっている。多
結晶体は粒子内部の結晶欠陥（格子欠陥）のレベルは元
来単結晶より低くなるはずであるが（溶融しないた
め）、焼結過程で完璧に近い物質移動が起きにくいため
粒子内部に組織的または結晶構造的欠陥を残すこととな
る。しかしこのような不都合を回避すれば、多結晶セラ
ミックスの粒子内部の光学的特性は単結晶を上回り、レ
ーザの増幅能力は高くなる。粒界部の光損失については
否定できないが、粒界部の損失を極力低減させることに
よって実用に十分耐えうるものとなる。また、レーザ材
料としての特性はこの透過率だけが全てでなく、発光元
素の均一性、ホスト材料中の発光元素濃度、材料の歪み
など様々な因子があり、透明度を除くその他の要因につ
いては多結晶体の方が単結晶体よりも優れている可能性
が高いことから、特性全体から考えれば同等または単結
晶を凌駕するものが存在する。例えば材料の歪みに関し
て、単結晶では偏光板を通して観察したときにかなりの
残留歪みが確認できるが、多結晶体ではこのような歪み
を殆ど検出できないなど優れた特徴を有する。
（レーザダイオード）で材料内部に存在する発光元素を
励起させ、これを連続して増幅することから強力なレー
ザ光が発振できる。ここで、多結晶セラミックスのよう
な粒界がある材料を励起させ、レーザ発振する場合、粒
子内部で増幅されたレーザ光が粒界部で損失（異相や結
晶欠陥等に起因する減衰）するため、多結晶体でレーザ
発振することは不可能と考えるのが一般的である。また
仮にレーザ発振したとしても、粒界部の光損失が大きい
はずであり、単結晶材料に比べ特性劣化が著しいと予測
されることから固体レーザ材料はすべて単結晶であるべ
きと考えられており、現状もその通りとなっている。多
結晶体は粒子内部の結晶欠陥（格子欠陥）のレベルは元
来単結晶より低くなるはずであるが（溶融しないた
め）、焼結過程で完璧に近い物質移動が起きにくいため
粒子内部に組織的または結晶構造的欠陥を残すこととな
る。しかしこのような不都合を回避すれば、多結晶セラ
ミックスの粒子内部の光学的特性は単結晶を上回り、レ
ーザの増幅能力は高くなる。粒界部の光損失については
否定できないが、粒界部の損失を極力低減させることに
よって実用に十分耐えうるものとなる。また、レーザ材
料としての特性はこの透過率だけが全てでなく、発光元
素の均一性、ホスト材料中の発光元素濃度、材料の歪み
など様々な因子があり、透明度を除くその他の要因につ
いては多結晶体の方が単結晶体よりも優れている可能性
が高いことから、特性全体から考えれば同等または単結
晶を凌駕するものが存在する。例えば材料の歪みに関し
て、単結晶では偏光板を通して観察したときにかなりの
残留歪みが確認できるが、多結晶体ではこのような歪み
を殆ど検出できないなど優れた特徴を有する。
【００１４】また、Ｎｄを含有した単結晶ＹＡＧは、Ｎ
ｄの濃度分布が不均一であるばかりでなく、その濃度は
１原子％程度までしか含有できないが、焼結による多結
晶ＹＡＧの場合であればそのＮｄ濃度は１０〜１２原子
％まで含有でき、しかもその分布は極めて均一にでき
る。このことから、小型・ハイパワー等の特徴を有する
新型固体レーザへの応用も可能と考えられる。
ｄの濃度分布が不均一であるばかりでなく、その濃度は
１原子％程度までしか含有できないが、焼結による多結
晶ＹＡＧの場合であればそのＮｄ濃度は１０〜１２原子
％まで含有でき、しかもその分布は極めて均一にでき
る。このことから、小型・ハイパワー等の特徴を有する
新型固体レーザへの応用も可能と考えられる。
【００１５】
【実施例】実施例としてホスト材がＹＡＧであるレーザ
用多結晶透明セラミックスについて述べる。
用多結晶透明セラミックスについて述べる。
【００１６】Ａｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 のそれぞれの粉末
を合量１００ｇ秤量し、ポットミル中へそれぞれの粉末
とエチルアルコール３００ｃｃ、さらにアルミナボール
５００ｇを入れ、２４時間混合した。混合した粉末を５
００ｍｍＨｇの減圧下で乾燥し、乾燥した粉末を乳鉢で
軽く再混合した。
を合量１００ｇ秤量し、ポットミル中へそれぞれの粉末
とエチルアルコール３００ｃｃ、さらにアルミナボール
５００ｇを入れ、２４時間混合した。混合した粉末を５
００ｍｍＨｇの減圧下で乾燥し、乾燥した粉末を乳鉢で
軽く再混合した。
【００１７】この粉末を直径５０ｍｍ、高さ１５ｍｍの
タブレットに仮成形後、１０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で
ラバープレスした。
タブレットに仮成形後、１０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で
ラバープレスした。
【００１８】この成形体を電気炉に入れ、１００°Ｃ／
ｈｒで昇温し、所定温度で焼成後、１００°Ｃ／ｈｒで
冷却した。得られた焼結体から直径６ｍｍ、厚さ１０ｍ
ｍの試料を作成し、両面の面粗さを５ｎｍ、平行度を１
／８λに仕上げた。
ｈｒで昇温し、所定温度で焼成後、１００°Ｃ／ｈｒで
冷却した。得られた焼結体から直径６ｍｍ、厚さ１０ｍ
ｍの試料を作成し、両面の面粗さを５ｎｍ、平行度を１
／８λに仕上げた。
【００１９】
【表１】 表１に示す実施例１〜１２は、焼結体の気孔率が１％以
下で、平均粒子径が１０〜９３０μｍの範囲にあり、か
つランタニド及びＣｒ、Ｔｉ元素成分を添加したガーネ
ット構造の多結晶ＹＡＧを、ＬＤやキセノンフラッシュ
ランプで励起した時の発振特性の結果を示す。
下で、平均粒子径が１０〜９３０μｍの範囲にあり、か
つランタニド及びＣｒ、Ｔｉ元素成分を添加したガーネ
ット構造の多結晶ＹＡＧを、ＬＤやキセノンフラッシュ
ランプで励起した時の発振特性の結果を示す。
【００２０】〔比較例〕表２に示す比較例１は、チョコ
ラルスキー法で育成された１原子％ＮｄのＹＡＧ単結晶
セラミックス、比較例２，３は、焼結体の平均粒子径が
特許性請求の範囲外の多結晶セラミックス、また比較例
４は気孔率が１．６％の多結晶セラミックスをそれぞれ
示す。
ラルスキー法で育成された１原子％ＮｄのＹＡＧ単結晶
セラミックス、比較例２，３は、焼結体の平均粒子径が
特許性請求の範囲外の多結晶セラミックス、また比較例
４は気孔率が１．６％の多結晶セラミックスをそれぞれ
示す。
【００２１】
【表２】 〔結果〕表１に示す実施例品では、Ｎｄのみを発光元素
として添加した場合、その濃度上昇に伴ってレーザ出力
が高くなっていることがわかる。１原子％Ｎｄ添加の多
結晶ＹＡＧは、比較例で示す同じＮｄ濃度の単結晶ＹＡ
Ｇに比べレーザ出力の差異は極めて僅かである。特に単
結晶育成技術では不可能である実施例５〜８に示す高濃
度タイプのものは、濃度消光によってＮｄ濃度に完全に
比例して出力が上昇していないものの、従来の単結晶Ｙ
ＡＧよりも２〜３倍の高出力固体レーザとなっているこ
とがわかる。また、実施例の９〜１２は増感元素である
Ｃｒを添加したものやＮｄ以外のランタニド元素を添加
した例を示しているが、いずれも高いレベルのレーザ発
振をしているのがわかる。粒径の影響については実施例
１〜３に示しているが、何れの場合も強くレーザ発振し
ており、この中では平均粒子径１５０μｍの実施例２が
最も発振効率が良い。
として添加した場合、その濃度上昇に伴ってレーザ出力
が高くなっていることがわかる。１原子％Ｎｄ添加の多
結晶ＹＡＧは、比較例で示す同じＮｄ濃度の単結晶ＹＡ
Ｇに比べレーザ出力の差異は極めて僅かである。特に単
結晶育成技術では不可能である実施例５〜８に示す高濃
度タイプのものは、濃度消光によってＮｄ濃度に完全に
比例して出力が上昇していないものの、従来の単結晶Ｙ
ＡＧよりも２〜３倍の高出力固体レーザとなっているこ
とがわかる。また、実施例の９〜１２は増感元素である
Ｃｒを添加したものやＮｄ以外のランタニド元素を添加
した例を示しているが、いずれも高いレベルのレーザ発
振をしているのがわかる。粒径の影響については実施例
１〜３に示しているが、何れの場合も強くレーザ発振し
ており、この中では平均粒子径１５０μｍの実施例２が
最も発振効率が良い。
【００２２】特許請求範囲外の多結晶である比較例２〜
４ではレーザ発振しなかった。
４ではレーザ発振しなかった。
【００２３】なお、ここではホスト材としてＹＡＧを用
いたもののみ示したが、ＧＧＧ、ＧＳＧＧ等の他のガー
ネット構造のセラミックスでも同等の結果が得られた。
いたもののみ示したが、ＧＧＧ、ＧＳＧＧ等の他のガー
ネット構造のセラミックスでも同等の結果が得られた。
【００２４】
【発明の効果】本発明により結晶構造がガーネット構造
を有する多結晶透明セラミックスを用いてレーザの発振
が可能となった。材料特性上発光元素（特にＮｄ）の
高濃度化ができる発光元素が均一となる材料の大型
化が図れるなどの特徴を有するものとなる。このため、
工業的には通常のレーザとしての用途に適する以外に、
レーザの小型化や高出力化が可能となることから、最近
話題となっているマイクロチップレーザとしての用途の
拡大、更には大型・均一化、更には高出力化が図れるメ
リットを利用して、レーザ加工やレーザ核融合などに応
用が期待される。
を有する多結晶透明セラミックスを用いてレーザの発振
が可能となった。材料特性上発光元素（特にＮｄ）の
高濃度化ができる発光元素が均一となる材料の大型
化が図れるなどの特徴を有するものとなる。このため、
工業的には通常のレーザとしての用途に適する以外に、
レーザの小型化や高出力化が可能となることから、最近
話題となっているマイクロチップレーザとしての用途の
拡大、更には大型・均一化、更には高出力化が図れるメ
リットを利用して、レーザ加工やレーザ核融合などに応
用が期待される。
【００２５】また、経済性を考慮しても、従来の単結晶
育成技術で不可欠な貴金属ルツボ（イリジウム）や高価
な単結晶育成装置が不要となり有利である。その他、焼
結法では素材の焼結に必要な温度はその融点より低く、
また焼結時間も数〜数十時間程度であるので合成に消費
される電力量も格段に少ない。更には一台の焼結炉でた
くさんの焼結体が作製できることやニアネットシェイプ
技術で素材を使用する形状に近いまま効率良く作製でき
るので、コスト、量産、経済性（希土類資源の有効利用
や電力費削減）等の利点がある。
育成技術で不可欠な貴金属ルツボ（イリジウム）や高価
な単結晶育成装置が不要となり有利である。その他、焼
結法では素材の焼結に必要な温度はその融点より低く、
また焼結時間も数〜数十時間程度であるので合成に消費
される電力量も格段に少ない。更には一台の焼結炉でた
くさんの焼結体が作製できることやニアネットシェイプ
技術で素材を使用する形状に近いまま効率良く作製でき
るので、コスト、量産、経済性（希土類資源の有効利用
や電力費削減）等の利点がある。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年６月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【作用】本発明のレーザ用多結晶透明セラミックスは、
ＹＡＧ，ＧＧＧ，ＧＳＧＧを構成する適切な粒度の原料
粉末を使用し、これに発光元素や増感元素となる、ラン
タニド元素及びＣｒ，Ｔｉ元素を一種又は複数種添加
し、適正な条件下で成形・焼結を行なうことで、レーザ
発振機能を付加された透明な高密度焼結体を得ることが
できる。
ＹＡＧ，ＧＧＧ，ＧＳＧＧを構成する適切な粒度の原料
粉末を使用し、これに発光元素や増感元素となる、ラン
タニド元素及びＣｒ，Ｔｉ元素を一種又は複数種添加
し、適正な条件下で成形・焼結を行なうことで、レーザ
発振機能を付加された透明な高密度焼結体を得ることが
できる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】ＹＡＧの場合、まず純度９９重量％、好ま
しくは９９．９重量％以上のＹ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 粉末
を用い、さらに発光元素や増感元素となる、ランタニド
元素の酸化物（Ｌａ2 Ｏ3 ，ＣｅＯ2 、Ｐｒ6 Ｏ11，Ｎ
ｄ2 Ｏ3 ，Ｐｍ2 Ｏ3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｅｕ2 Ｏ3 ，Ｇｄ
2 Ｏ3 ，Ｔｂ2 Ｏ3 ，Ｄｙ2 Ｏ3 ，Ｈｏ2 Ｏ3 ，Ｅｒ2
Ｏ3 、Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 ）及びＴｉ
Ｏ2 ，Ｃｒ2 Ｏ3 の酸化物を所定量ガーネット組成とな
るように秤量する。または、アルコキシド法や共沈法な
どによって予め組成的に均一にした湿式合成粉末を用い
ることもできる。純度が９９重量％未満では不純物の作
用によって良品のレーザ材料を得ることが困難となる。
また、焼結体の平均粒子径や密度として特許請求の範囲
のものを得るためには、原料粉末の一次粒径が１μｍ以
下のＡｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 を使用することが好まし
い。
しくは９９．９重量％以上のＹ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 粉末
を用い、さらに発光元素や増感元素となる、ランタニド
元素の酸化物（Ｌａ2 Ｏ3 ，ＣｅＯ2 、Ｐｒ6 Ｏ11，Ｎ
ｄ2 Ｏ3 ，Ｐｍ2 Ｏ3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｅｕ2 Ｏ3 ，Ｇｄ
2 Ｏ3 ，Ｔｂ2 Ｏ3 ，Ｄｙ2 Ｏ3 ，Ｈｏ2 Ｏ3 ，Ｅｒ2
Ｏ3 、Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 ）及びＴｉ
Ｏ2 ，Ｃｒ2 Ｏ3 の酸化物を所定量ガーネット組成とな
るように秤量する。または、アルコキシド法や共沈法な
どによって予め組成的に均一にした湿式合成粉末を用い
ることもできる。純度が９９重量％未満では不純物の作
用によって良品のレーザ材料を得ることが困難となる。
また、焼結体の平均粒子径や密度として特許請求の範囲
のものを得るためには、原料粉末の一次粒径が１μｍ以
下のＡｌ2 Ｏ3 及びＹ2 Ｏ3 を使用することが好まし
い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】この成形体を電気炉に入れ、１００°Ｃ／
ｈｒで昇温し、所定温度で焼成後、１００°Ｃ／ｈｒで
冷却した。得られた焼結体から直径６ｍｍ、厚さ１０ｍ
ｍの試料を作成し、両面の面粗さを５ｎｍ、平坦度を１
／８λに仕上げた。
ｈｒで昇温し、所定温度で焼成後、１００°Ｃ／ｈｒで
冷却した。得られた焼結体から直径６ｍｍ、厚さ１０ｍ
ｍの試料を作成し、両面の面粗さを５ｎｍ、平坦度を１
／８λに仕上げた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/18
Claims (1)
- 【請求項１】 焼結体の気孔率が１％以下で平均粒子径
が５〜１０００μｍの範囲にあり、かつランタニド、Ｃ
ｒ、Ｔｉ元素を一種以上含有したガーネット構造のレー
ザ用多結晶透明セラミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4092897A JPH05294709A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | レーザ用多結晶透明セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4092897A JPH05294709A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | レーザ用多結晶透明セラミックス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05294709A true JPH05294709A (ja) | 1993-11-09 |
Family
ID=14067260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4092897A Pending JPH05294709A (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | レーザ用多結晶透明セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05294709A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002220287A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-09 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | 透光性セラミックス及びその製造方法 |
| JP2002220278A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-09 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | 透光性セラミックス及びその製造方法 |
| JP2005340240A (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-08 | Cimeo Precision Co Ltd | 透光色変換部材及びその製造方法 |
| JP2007191376A (ja) * | 2006-01-23 | 2007-08-02 | Fujifilm Corp | 多結晶体及びその熱処理方法 |
| JP2008001556A (ja) * | 2006-06-22 | 2008-01-10 | Konoshima Chemical Co Ltd | 透光性希土類ガリウムガーネット焼結体及びその製造方法と光学デバイス |
| US7691765B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-04-06 | Fujifilm Corporation | Translucent material and manufacturing method of the same |
| JP2010285299A (ja) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Shin-Etsu Chemical Co Ltd | 酸化物及び磁気光学デバイス |
| CN106830935A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-06-13 | 中国计量大学 | 一种Nd敏化的氧化钇基激光陶瓷及其制备方法 |
| CN115106034A (zh) * | 2022-06-23 | 2022-09-27 | 之江实验室 | 一种可视化微反应器及其制备方法 |
| CN115106034B (zh) * | 2022-06-23 | 2024-06-11 | 之江实验室 | 一种可视化微反应器及其制备方法 |
-
1992
- 1992-04-13 JP JP4092897A patent/JPH05294709A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115106034A (zh) * | 2022-06-23 | 2022-09-27 | 之江实验室 | 一种可视化微反应器及其制备方法 |
| CN115106034B (zh) * | 2022-06-23 | 2024-06-11 | 之江实验室 | 一种可视化微反应器及其制备方法 |
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