JPH07162062A - アップコンバージョンレーザ材料 - Google Patents

アップコンバージョンレーザ材料

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JPH07162062A
JPH07162062A JP30804993A JP30804993A JPH07162062A JP H07162062 A JPH07162062 A JP H07162062A JP 30804993 A JP30804993 A JP 30804993A JP 30804993 A JP30804993 A JP 30804993A JP H07162062 A JPH07162062 A JP H07162062A
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glass
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Seiki Miura
清貴 三浦
Hiromi Kawamoto
博美 川本
Yoshinori Kubota
能徳 久保田
Natsuya Nishimura
夏哉 西村
Yasushi Kida
康 喜田
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C12/00Powdered glass; Bead compositions

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  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光メモリー、光計測、光情報処理分野におい
て使用され、励起波長より短波長のレーザ光を得ること
が可能なアップコンバージョンレーザ材料を提供する。 【構成】 アップコンバージョンレーザ材料が、微小球
のフッ化物ガラス、塩化物ガラス、臭化物ガラス、塩素
フッ化物ガラスであり、希土類元素イオンとしてエルビ
ウム、ホロミウム、プラセオジウム、ツリウム、ネオジ
ウム、セリウムの内、少なくとも一つ以上含み、その含
有量が50〜5000ppmであり、その粒径が50〜
2000μmである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光とりわけ可視
レーザ光を利用する光メモリー、光計測、光情報処理分
野に於いて使用され、励起波長より短波長のレーザ光を
得ることが可能なアップコンバージョンレーザ材料に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来バルクガラスのアップコンバージョ
ンレーザの発振は確認されておらず、ガラス材料では光
の閉じ込めが効果的に利用できるシングルモードガラス
ファイバにおいてアップコンバージョンレーザ発振が確
認されている。例えばTm3+を添加したZrF4 系フッ
化物ガラスファイバを用い、Kr+ レーザの647.1
nmと676.4nmの二波長同時励起により77Kの
温度にて455nmのアップコンバージョンレーザ発振
が得られた例〔J.Y.Allain,et al.,
Erectron.Lett.26,168(199
0)〕、Ho3+を添加したZrF4 系フッ化物ガラスフ
ァイバを用い、Kr+ レーザ647.1nm励起により
室温にて550nmのアップコンバージョンレーザ発振
が得られた例〔J.Y.Allain,et al.,
Erectron.Lett.26,262(199
0)〕、Pr3+を添加したZrF4 系フッ化物ガラスフ
ァイバを用いTi:サファイアレーザの1.01μmと
850nmの二波長同時励起により491nm、520
nm及び620nmのアップコンバージョンレーザ発振
が得られた例〔R.G.Smart,et al.,E
lectron.Lett.27,1307(199
1)〕などがある。
【0003】しかし、これらのアップコンバージョンレ
ーザ発振はファイバ化が可能なZrF4 系フッ化物ガラ
スでのみしか確認されておらず、ファイバ形状による光
閉じ込めを利用する方法においては、更に高効率なアッ
プコンバージョンレーザ発振が期待されるInF3 系フ
ッ化物ガラス、塩化物ガラス、臭化物ガラス及び混合ハ
ライドガラスを利用することが困難であるという問題点
があり、励起光源としてはKr+ レーザやTi:サファ
イアレーザのようにコヒーレンス性が非常に良く、数百
mW以上の出力が得られるレーザが必要となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ファイバ化
が困難で従来アップコンバージョンレーザ発振が確認さ
れていないガラス組成においても、容易に光閉じ込めを
実現することが可能であり、室温付近においてKr+
ーザやTi:サファイアレーザはもとより、コンパクト
で150mW程度の半導体レーザにおいてもアップコン
バージョンレーザ発振するアップコンバージョンレーザ
材料を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、希土類元素イ
オンとして、エルビウム、ホロミウム、プラセオジウ
ム、ツリウム、ネオジウム及びセリウムの内、少なくと
も一つ以上を添加したフッ化物ガラス、塩化物ガラス、
臭化物ガラス、塩素フッ化物ガラスを、特願平5−19
0392号記載の方法或いは研磨等により微小球ガラス
とすることで達成される。
【0006】この微小球ガラスに活性イオンとして添加
した希土類元素イオンの光吸収領域の光エネルギーで発
振されるレーザ光を照射すると、活性イオンが第1のエ
ネルギー準位から該第1のエネルギー準位より高い第2
のエネルギー準位に励起され、該第2のエネルギー準位
又は該第2のエネルギー準位より低くて前記第1のエネ
ルギー準位よりも高い第3のエネルギー準位から、図1
(a)に示すような励起イオン間のエネルギー伝達もし
くは図1(b)に示すような励起状態吸収(多段階励
起)により、更に前記第2のエネルギー準位より高い第
4のエネルギー準位に励起され、該第4のエネルギー準
位又は該第4のエネルギー準位より低くて前記第2のエ
ネルギー準位より高い第5のエネルギー準位より前記第
1のエネルギー準位まで発光遷移することにより、入射
光の波長より短い波長の光を発光する、いわゆるアップ
コンバージョン発光が微小球内部で生じ、このアップコ
ンバージョン発光の内、微小球内部と外部との境界面に
臨界角より大きな角度で入射した光は、境界面で全反射
を繰り返す。そしてこの全反射を繰り返し微小球内を回
転する光が同じ位相を持つとき、この光は共振し、微小
球自体が共振器として働き、前記第4のエネルギー準位
又は前記第5のエネルギー準位と前記第1のエネルギー
準位との間に反転分布を起こすことによって、前記第4
のエネルギー準位又は第5のエネルギー準位と前記第1
のエネルギー準位とのエネルギー差に相当する波長のレ
ーザ光を発振する。
【0007】本発明において活性イオン添加量は50〜
5000ppmの範囲が適しており、より好ましくは3
00〜1500ppmである。活性イオン添加量が50
ppmより少ない場合は、励起用レーザ光の吸収効率が
悪く、アップコンバージョンレーザ発振が起こり難く、
また、希土類元素イオン添加量が5000ppm以上で
ある場合は、希土類元素イオン間の相互作用による濃度
消光が生じアップコンバージョンレーザ発振が起こり難
くなる。また、前記希土類元素イオンとは別に増感イオ
ンとしてYb3+等を共添加することで、発光効率を改善
することも可能である。
【0008】微小球ガラスの屈折率はレーザ発振波長域
において1.3以上あることが好ましく、1.3より小
さい場合は光閉じ込めが効果的に行えず、アップコンバ
ージョンレーザ発振が起こり難くなる。
【0009】微小球ガラスのサイズは特に限定されない
が、取扱いを考慮した場合、50〜2000μmの範囲
が適しており、より好ましくは200〜1000μmの
範囲である。微小球サイズは大きくなる程回折効果によ
る光の漏れが相対的に小さくなることから、微小球共振
器のQ値が大きくなり、低い閾値でのアップコンバージ
ョンレーザ発振が起こるが、Q値が大きくなることによ
り多くの共鳴モードが存在し、発振線のスペクトルは複
雑になることから、微小球サイズは使用目的に合わせて
決定することが好ましい。
【0010】微小ガラス材料はフッ化物ガラス、塩化物
ガラス、臭化物ガラス、塩素フッ化物ガラスが好ましい
が、特に、化学的耐久性及び機械的強度を考慮した場合
アルカリイオンを含まないAlF3 系、InF3 系及び
ZrF4 系フッ化物ガラスがより好ましい。発振効率を
考慮した場合はフォノンエネルギーが小さいガラス程好
ましいが、励起光波長及びアップコンバージョンレーザ
発振波長に材料の固有吸収が有るガラスは発光効率が下
がることから好ましくない。
【0011】
【作用】アップコンバージョンレーザガラスを微小球形
状とし、光閉じ込めを図り、微小球自体を共振器とする
ことにより、共振器のQ値を大きくすることが可能とな
り、ファイバ化が困難なガラス組成或いはファイバ化し
なければ発振しなかったガラス組成においてもアップコ
ンバージョンレーザ発振が行える。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
【0013】実施例 図2は本発明のアップコンバージョン微小球レーザの一
実施例であり、1は励起光源であり、2は集光レンズ
で、3は希土類添加微小球ガラス、4は楕円リフレクタ
ー、5はファイバ、6は集光レンズである。励起光源は
半導体レーザで、希土類添加微小球の直径は300μm
で700ppmのEr3+が添加された45mol%In
3 −30mol%PbF2 −25mol%ZnF2
ッ化物ガラスであり、この微小球ガラは特願平5−19
0392号記載の方法に従い作製した。。
【0014】励起光源1より800nmのレーザ光をレ
ンズ2により集光し、希土類添加微小球3の端に図3の
符号7で示すように照射することで、Er3+ 415/2
49/2 励起及び 411/2 47/2 励起による 4
3/2 415/2遷移に伴う550nmのレーザ光が得ら
れたことを発振スペクトル及び閾値(100mW)の存
在より確認した。
【0015】この実施例ではEr3+を添加したInF3
−PbF2 −ZnF2 系フッ化物ガラス微小を用いた
が、Tm3+を添加した65mol%ZrF4 −35mo
l%BaF2 フッ化物微小球ガラスを用い、色素レーザ
励起(650nm)により480nmのレーザ光が得ら
れることも確認した。
【0016】更に、レーザ媒質としては、ZrF4 −B
aCl2 系混合ハライドガラス、AgBr−PbBr系
臭化物ガラスを用い、活性イオンとしてHo3+、P
3+、Ce3+あるいはNd3+を添加した微小球について
も各々励起波長を変えることによりアップコンバージョ
ンレーザ光を得ることが可能である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、アップコンバージ
ョンレーザガラス材料を微小球形状とすることにより、
光閉じ込め効果が実現できると同時に、微小球自体を共
振器とすることで、バルク結晶を使用するアップコンバ
ージョンレーザに比べ、共振器のQ値を大きくすること
が可能となり、ファイバ化か困難なガラス組成或いはフ
ァイバ化しなければ発振しなかったガラス組成において
も室温にてアップコンバージョンレーザ発振が可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】アップコンバージョン励起機構を示す。 (a)励起イオン間のエネルギー伝達 (b)励起状態吸収(多段階励起)
【図2】アップコンバージョンレーザ材料として希土類
添加微小球ガラスを用いたアップコンバージョンレーザ
の一実施例を示す構成図。
【図3】希土類添加微小球ガラスへの励起光照射例を示
す。
【符号の説明】
1.励起光源 2.集光レンズ 3.希土類添加微小球ガラス 4.楕円リフレクター 5.光ファイバ 6.集光レンズ 7.集光された励起用レーザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/094 3/17 (72)発明者 西村 夏哉 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セント ラル硝子株式会社宇部研究所内 (72)発明者 喜田 康 山口県宇部市大字沖宇部5253番地 セント ラル硝子株式会社宇部研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 希土類元素イオンを含有する微小球ガラ
    スであることを特徴とするアップコンバージョンレーザ
    材料。
  2. 【請求項2】 希土類元素イオンとしてエルビウム、ホ
    ロミウム、プラセオジウム、ツリウム、ネオジウム及び
    セリウムの内、少なくとも一つ以上を含むことを特徴と
    する請求項1記載のアップコンバージョンレーザ材料。
  3. 【請求項3】 希土類元素イオンの含有量が50〜50
    00ppmの範囲であることを特徴とする請求項1記載
    のアップコンバージョンレーザ材料。
  4. 【請求項4】 微小球ガラスがフッ化物ガラス、塩化物
    ガラス、臭化物ガラス、塩素フッ化物ガラスであること
    を特徴とする請求項1記載のアップコンバージョンレー
    ザ材料。
  5. 【請求項5】 微小球ガラスの粒径が50〜2000μ
    mの範囲であることを特徴とする請求項1記載のアップ
    コンバージョンレーザ材料。
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