JPH0744304B2 - 固体レ−ザホスト - Google Patents

固体レ−ザホスト

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JPH0744304B2
JPH0744304B2 JP61057115A JP5711586A JPH0744304B2 JP H0744304 B2 JPH0744304 B2 JP H0744304B2 JP 61057115 A JP61057115 A JP 61057115A JP 5711586 A JP5711586 A JP 5711586A JP H0744304 B2 JPH0744304 B2 JP H0744304B2
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靖英 山口
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は発光イオンを含有したクリソベリル（BeAl
2O4）固体レーザホストに関する。
［従来技術およびその問題点］ 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
応用分野が拡がりつつある。
この固体レーザにおいて、従来の発振波長固定型のレー
ザ、例えばルビーあるいは３価のネオジムをドープした
イットリウム・アルミニウム・ガーネットは、特定の波
長でしか使用できないために、その応用が限られてい
た。そこで、近年、その発振波長を一定の幅で選択でき
る波長可変固体レーザの研究が進み実用化されるに到っ
ている。このような波長同調性を有する波長可変固体レ
ーザとしては、３価のクロムイオンを発光イオンとする
固体レーザが作られ、例えばアレキサンドライト（BeAl
2O4:Cr3+）は700〜824nmの範囲で波長可変であり、ガド
リニウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット（Gd3S
c2Ga3O12:Cr3+）は742〜842nmの範囲で波長可変であ
る。また、３価のチタンイオンを発光イオンとする固体
レーザとしては、チタンサファイア（Al2O3:Ti3+）が作
られ、700〜900nmの範囲で波長可変である。
しかしながら、上記した波長可変固体レーザの波長可変
域は、いずれも700〜900nmの範囲内にあり、より広い波
長可変域を有する固体レーザが要求されているのが現状
である。また、チタンサファイアは、その融点が高いた
め、イリジウムるつぼを用いて製造する際に、結晶中へ
のイリジウムの混入やイリジウムるつぼの変形等が生
じ、生産性や製品品質の点で問題があった。
一般に、３価のチタンイオンは６配位の結晶場中では、
結晶場の強さに比例して吸収、螢光波長が変わる。従っ
て、原理的にどの様な母体結晶でも良く、いろいろな中
心波長をもった波長可変固体レーザが期待できる。しか
し、３価のチタンイオンを結晶中に均一に固溶させるの
が難しいために、上記のサファイア以外の母体結晶は未
だ開発されていない。
［発明の目的］ 本発明の目的は、より広い波長領域でレーザ動作が可能
で、しかも生産性や製品品質に優れたクリソベリル固体
レーザホストを提供することにある。
［問題点を解決するための手段および作用］ 本発明のこの目的は、クリソベリルに発光イオンとして
３価のチタンイオンをドープすることによって達成され
る。
すなわち本発明は、発光イオンとして、３価のチタンイ
オン0.01〜1.0重量％を含有することを特徴とするクリ
ソベリル固体レーザホストにある。
本発明においては、３価のチタンを含むクリソベリル単
結晶は、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、この際の育成条件の選択により含有物や偏析物を含
まないチタン含有クリソベリルを製造することができ
る。
ここに用いられる原料としては、酸化ベリリウム（Be
O）と酸化アルミニウム（Al2O3）であり、発光イオンと
して酸化チタン（III）（Ti2O3）を加える。３価のチタ
ンは結晶中0.01〜1.0重量％含有されることが必要であ
り、チタンの含有量が0.01重量％より小さいと螢光が弱
く実用上使用できない。また、チタンの含有量が1.0重
量％を越えるとルチル（TiO2）の偏析がおこりレーザと
して使用できない。
このようにして得られた結晶の吸収、螢光スペクトルを
測定したところ、500nmを中心とした広い吸収帯は、３
価のネオジウムをドープしたイットリウム・アルミニウ
ム・ガーネット（YAG:Nd3+）レーザの二次高調波、アル
ゴンイオンレーザまたは銅蒸気レーザが理想的な励起源
になることを示しており、キセノンフラッシュランプに
よる励起も可能である。
そして、600nmから900nm以上の広い領域の螢光スペクト
ルは、幅広い同調域を持つレーザ発振が期待できる。特
に結晶場がサファイア（Al2O3）より小さいため、実質
的に１μ近辺までの可変域を伸ばすことが期待できる。
また、母体結晶としてサファイアを用いた場合に比べ、
融点が180℃も低下するので、工業的に極めて有利であ
る。すなわち、融液を溶解するイリジウムやモリブデン
等のるつぼは、なるべく低温で用いることが好ましく、
特にイリジウムるつぼは実質的最高使用温度（約2200
℃）が低いため、サファイアの育成にはかなりの注意を
必要とし、例えばイリジウムるつぼを使って工業的に育
成されるYAG:Nd3+よりもクリソベリルは融点が約80℃も
低いため、結晶中にイリジウムが混入したりすることが
なく、またイリジウムるつぼが変形することなく、安定
的にしかも何回も再使用することが可能である。
［実施例］ 以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
実施例 １ ３価のチタンイオンを含有するクリソベリルを以下の方
法で製造した。
単結晶の製造には、赤外線集光型単結晶育成炉を用い
た。原料は、酸化ベリリウム粉末19.70重量％、酸化ア
ルミニウム粉末80.20重量％、酸化チタン粉末0.1重量％
の割合で秤量し、これをよく混合し、静水圧プレスで棒
状に成形し、焼結して原料棒とした。結晶育成速度は0.
5〜3.0mm/hrの範囲とした。なお、結晶育成速度が3mm/h
r以上だと気泡が取り込まれるため好ましくない。ま
た、種子結晶と原料棒は互いに逆向きに20〜50rpmで回
転させた。雰囲気は、H2、H2−CO2、N2、Arのいずれか
を用い、酸化雰囲気にならないようにするが、本実施例
ではH2−CO2雰囲気を採用した。
以上のようにして育成した結晶から、３×３×3mmの立
方体サンプルを切り出し、６面に光学研磨を施し、キセ
ノンフラッシュランプにより励起し、吸収スペクトルお
よび螢光スペクトルを観察した。その結果を第１図およ
び第２図に示す。
第１図は、３価のチタンイオンを有するクリソベリル結
晶の３本の結晶軸（ａ〜ｃ軸）方向に振動する電場
（Ｅ）による吸収スペクトルであり、縦軸は吸収強度、
横軸は波長をそれぞれ示す。この第１図からは、500nm
を中心とした広い吸収帯域があることが判る。
また、第２図は、３価のチタンイオンを含有するクリソ
ベリル結晶の螢光スペクトルであり、縦軸は相対螢光強
度、横軸は波長をそれぞれ示す。この第２図からは、60
0nmから900nmを越える螢光があることが判る。
［発明の効果］ 以上の説明のごとく、３価のチタンイオンを含有する本
発明のクリソベリル固体レーザホストは、600nmから900
nmを越える広い領域の螢光スペクトルを有し、幅広い同
調域をもつレーザ発振が期待できる。さらに、結晶場が
サファイアよりやや小さいため、実質的な可変域を１μ
近くまで伸ばすことが期待でき、SiやGaAsなどのバンド
ギャップ（band gap）付近の吸収に対応するため半
導体加工に利用されることが期待できる。また、母体結
晶としてサファイアを用いた場合に比べ、融点が低いこ
とから、原料の融解が簡単になり、結晶中へのイリジウ
ムの混入やイリジウムるつぼの変形等が生ぜず、安定的
にしかも何回も再使用できるため、生産性や製品品質の
点で問題が生じることもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、３価のチタンイオンを含有したクリソベリル
結晶のａ軸、ｂ軸、ｃ軸方向の偏光の吸収スペクトルで
あり、 第２図は、３価のチタンイオンを含有したクリソベリル
結晶のキセノンフラッシュランプによる励起時の螢光ス
ペクトルである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 守矢 一男 埼玉県上尾市谷津２−４−５ 小川第２ビ ル201号 (56)参考文献 特開 昭60−191099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−21997（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発光イオンとして、３価のチタンイオン0.
    01〜1.0重量％を含有するクリソベリル固体レーザホス
    ト。
JP61057115A 1986-03-17 1986-03-17 固体レ−ザホスト Expired - Lifetime JPH0744304B2 (ja)

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EP0238142A2 (en) 1987-09-23
DE3775799D1 (de) 1992-02-20
US4765925A (en) 1988-08-23
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