JPH0812498A - Substitution type garnet crystal material for solid laser - Google Patents

Substitution type garnet crystal material for solid laser

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JPH0812498A
JPH0812498A JP12306895A JP12306895A JPH0812498A JP H0812498 A JPH0812498 A JP H0812498A JP 12306895 A JP12306895 A JP 12306895A JP 12306895 A JP12306895 A JP 12306895A JP H0812498 A JPH0812498 A JP H0812498A
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誠 山田
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Makoto Shimizu
誠 清水
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Abstract

PURPOSE:To produce a material for a solid laser, excitable with an AlGaAs semiconductor laser capable of oscillating at 0.8mum wavelength and having an oscillating wavelength within the range of 0.98-1.04mum without making the oscillation unstable by the disturbance from the exterior such as return light. CONSTITUTION:This substitution type garnet crystal contains at least ytterbium or lutetium and neodymium as constituent elements in the substitution type garnet crystal represented by the general formula R3A5O12 (R comprises an optional combination of one or more elements selected from yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium and bismuth; A comprises an optional combinations of one or more elements selected from aluminum, scandium and gallium).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野で使用され
る光増幅器の励起光源に用いられる固体レーザ結晶材料
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state laser crystal material used as a pumping light source for an optical amplifier used in the field of optical communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信分野では光通信用の信号として、
波長1.3μm帯の光と波長1.55μm帯の光が用い
られている。信号光は、光ファイバを用いて伝送される
が、50km程度以上も信号光が伝搬すると、その間の
損失が無視できずに徐々に強度が減少していくことが避
けられない。従って、伝送の途中で、光信号を増幅する
必要があるが、超高速での情報伝達を行なうには、光信
号を直接増幅することが望ましい。その際に必要とされ
るのが光増幅器である。
In the field of optical communication, as a signal for optical communication,
Light in the wavelength band of 1.3 μm and light in the wavelength band of 1.55 μm are used. The signal light is transmitted using an optical fiber, but if the signal light propagates for about 50 km or more, it is inevitable that the loss during that time cannot be ignored and the intensity gradually decreases. Therefore, it is necessary to amplify the optical signal during transmission, but it is desirable to directly amplify the optical signal in order to transmit information at an ultrahigh speed. At that time, an optical amplifier is required.

【0003】光増幅器の中でも、加入者向けの波長領域
である1.3μm帯で必要とされているのが1.3μm
帯用光増幅器であり、フッ化物光ファイバ中に希土類元
素である3価のプラセオジムイオンを分解させて、その
誘導放出を利用して光の増幅を行なうものが有望であ
り、開発が進められている。
Among optical amplifiers, 1.3 μm is required in the 1.3 μm band, which is the wavelength range for subscribers.
An optical amplifier for a band, which decomposes trivalent praseodymium ion which is a rare earth element in a fluoride optical fiber and uses its stimulated emission to amplify light, is promising and is under development. There is.

【0004】図13はプラセオジムのエネルギーダイア
グラムを示したものである。図中、aは励起光、bはレ
ーザ光、cは準位34、dは準位35、eは準位36
fは準位32、gは準位33、hは準位34、iは準位
14を示す。該1.3μm帯用光増幅器では、中心波長
がおよそ1.02μmである3414の遷移を利用し
て光を吸収し、中心波長が1.30μmである143
5の誘導放出を利用して1.3μm帯の信号光の増幅
を行なうことを特徴としている。
FIG. 13 is an energy diagram of praseodymium. In the figure, a is excitation light, b is laser light, c is level 3 H 4 , d is level 3 H 5 , e is level 3 H 6 ,
f is the level 3 F 2 , g is the level 3 F 3 , h is the level 3 F 4 , and i is the level
1 G 4 is shown. In the 1.3 μm band optical amplifier, light is absorbed by utilizing the transition of 3 H 41 G 4 having a center wavelength of about 1.02 μm, and 1 G 43 having a center wavelength of 1.30 μm.
It is characterized in that signal light in the 1.3 μm band is amplified by utilizing stimulated emission of H 5 .

【0005】該1.3μm帯光増幅器においては、プラ
セオジムイオンを励起するための1.02μm波長の外
部光源を必要とする。外部励起光源としては、高出力で
発振波長が安定でなおかつ長寿命で低価格・小型の素子
が望ましい。また、1.55μm帯光増幅器において
は、石英光ファイバ中に分散したエルビウムイオンの誘
導放出による光増幅を行なっているが、エルビウムイオ
ンの光吸収のための0.98μm波長の外部励起光源を
用いている。外部励起光源として、高出力で発振波長が
安定でなおかつ長寿命で低価格・小型の素子が望ましい
ことは全く同様である。
The 1.3 μm band optical amplifier requires an external light source of 1.02 μm wavelength for exciting praseodymium ions. As the external excitation light source, a device that has a high output, a stable oscillation wavelength, a long life, a low price and a small size is desirable. Further, in the 1.55 μm band optical amplifier, optical amplification is performed by stimulated emission of erbium ions dispersed in a quartz optical fiber, but an external excitation light source of 0.98 μm wavelength is used for optical absorption of erbium ions. ing. As an external excitation light source, it is quite the same that a high output, stable oscillation wavelength, long life, low cost and small size element are desirable.

【0006】それらを満足するよう開発が進められてい
るのがInGaAs半導体レーザダイオードである。し
かしながら、InGaAs半導体レーザダイオードは、
1.02μmおよび0.98μmの波長に関して発振波
長の安定性になお課題があり、しかも量産体制の整備が
進んでおらず、単価が高くなっている。また、動作寿命
も短いなど実用に供するには問題がある。もう一つの問
題点を挙げると、発振波長を安定させるのに、光アイソ
レータを必要とすることである。
The InGaAs semiconductor laser diode is being developed to satisfy these requirements. However, InGaAs semiconductor laser diodes
Regarding the wavelengths of 1.02 μm and 0.98 μm, there is still a problem in the stability of the oscillation wavelength, and the mass production system has not been improved yet, and the unit price is increasing. In addition, there is a problem in practical use that the operating life is short. Another problem is that an optical isolator is required to stabilize the oscillation wavelength.

【0007】光アイソレータは、半導体レーザから出射
した光の反射戻り光を遮断するために用いられる。これ
は、反射戻り光が半導体レーザの共振器内で再び増幅さ
れることにより、位相の異なった光の影響で発振波長が
不安定になること等を防止するためである。しかしなが
ら、1μm近辺の光に対するアイソレータは、通信波長
(1.3μmあるいは1.55μm)用のアイソレータ
に用いられている磁性ガーネット材料では、損失が大き
くなることから、HgCdMnTeのような特殊な半導
体材料を用いて作製されているが、この材料は大型の結
晶育成が困難であり、なおかつ組成が少しでもずれると
特性が極端に変化するため作製が難しく、非常に高価な
ものとなっている。
The optical isolator is used to block the reflected return light of the light emitted from the semiconductor laser. This is to prevent the reflected wavelength of the reflected light from being amplified again in the resonator of the semiconductor laser so that the oscillation wavelength becomes unstable due to the influence of the light having different phases. However, as the isolator for light near 1 μm, a magnetic garnet material used for an isolator for communication wavelength (1.3 μm or 1.55 μm) causes a large loss, so a special semiconductor material such as HgCdMnTe is used. Although it is manufactured using this material, it is difficult to grow a large crystal, and if the composition deviates even a little, the characteristics are extremely changed, so that it is difficult to manufacture and the material is very expensive.

【0008】一方、波長の安定性の良いものとしては固
体レーザがある。例えば、チタンサファイアレーザは、
0.7〜1.1μmの領域での波長を可変できる固体レ
ーザとして知られており、実験室レベルでは盛んに用い
られている。実験段階において、光増幅器用の光ファイ
バの特性を調べるのにチタンサファイアレーザを用いる
ことはあるが、実用的な増幅器に用いるには以下のよう
に課題がある。
On the other hand, solid-state lasers have good wavelength stability. For example, titanium sapphire laser
It is known as a solid-state laser capable of changing the wavelength in the range of 0.7 to 1.1 μm, and is widely used at the laboratory level. At the experimental stage, titanium sapphire laser may be used to investigate the characteristics of the optical fiber for the optical amplifier, but there are the following problems in using it for a practical amplifier.

【0009】まず、チタンサファイアレーザを励起する
のに、通常アルゴンガスレーザを用いることである。こ
のため、レーザ全体が極めて大型になる。そして非常に
高価なものになることも挙げられる。これらの問題点を
解決しうる候補として、既存の安価で安定・高出力の半
導体レーザで励起できる固体レーザが考えられる。現在
のところ、その候補の一つと目されているのが、Yb:
YAGレーザである。Yb:Y3Al512(Yb:YA
G)レーザは、最近1.03μmでの室温連続発振が確
認された有望なレーザであるが、発振させるには、イッ
テルビウムイオンの光吸収を満足する0.943あるい
は0.968μmの外部励起光が必要である。このよう
な外部励起光は、前述の波長可変固体レーザを用いる
か、特殊な半導体レーザを用いるかの2者択一である。
波長可変固体レーザには、前述の問題があり、小型・安
価の要求に耐えない。また、励起に特殊な波長の半導体
レーザを用いるのであれば、最初から所望の波長域の半
導体レーザを用いる方が利点が多く、問題にならない。
また、Yb:YAGレーザは発振しきい値が300mW
と大きく、実用に供するところまで到達していない。
First, an argon gas laser is usually used to excite a titanium sapphire laser. Therefore, the entire laser becomes extremely large. And it can be very expensive. As a candidate that can solve these problems, a solid-state laser that can be excited by an existing inexpensive, stable, and high-power semiconductor laser is considered. At present, one of the candidates is expected to be Yb:
It is a YAG laser. Yb: Y 3 Al 5 O 12 (Yb: YA
G) The laser is a promising laser whose room temperature continuous oscillation at 1.03 μm has been confirmed recently. To oscillate, 0.943 or 0.968 μm of external excitation light satisfying the optical absorption of ytterbium ions is required. is necessary. Such external pumping light is a choice between using the tunable solid-state laser described above or using a special semiconductor laser.
The tunable solid-state laser has the above-mentioned problems and cannot withstand the demand for small size and low cost. Further, if a semiconductor laser having a special wavelength is used for pumping, it is more advantageous to use a semiconductor laser having a desired wavelength range from the beginning, and there is no problem.
The Yb: YAG laser has an oscillation threshold of 300 mW.
It is too big to be put to practical use.

【0010】このように、従来型のレーザにおいては、
光増幅起用の外部励起光源として実用的に用いるには、
なお課題が多かった。
As described above, in the conventional type laser,
To be used practically as an external excitation light source for optical amplification,
There were many issues.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の固体レーザには、安価で高出力が容易に得られる既存
の半導体レーザで励起ができて、発光波長が0.98μ
mから1.04μmの範囲にあり、戻り光などの外部か
らの擾乱に対し発振が不安定にならない固体レーザはな
かった。
As described above, the conventional solid-state laser can be excited by an existing semiconductor laser which is inexpensive and can easily obtain a high output, and has an emission wavelength of 0.98 μm.
There was no solid-state laser in the range of m to 1.04 μm, in which oscillation was not unstable due to external disturbance such as returning light.

【0012】そこで本発明の目的は、安価で高出力が容
易に得られる既存の波長0.8μmで発振するAlGa
As半導体レーザで励起ができて、発振波長が0.98
μmから1.04μmの範囲にあり、戻り光などの外部
からの擾乱に対し発振が不安定にならない固体レーザ用
の材料を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to produce AlGa oscillating at an existing wavelength of 0.8 μm that is inexpensive and can easily obtain high output.
Can be excited by an As semiconductor laser and has an oscillation wavelength of 0.98
It is intended to provide a material for a solid-state laser which is in the range of μm to 1.04 μm and whose oscillation does not become unstable due to external disturbance such as returning light.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明における固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料
は、一般式がR3512で示され、Rがイットリウム、
ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリ
ウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジス
プロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッ
テルビウム、ルテチウム、ビスマスの中から選ばれた1
種以上の元素を任意に組み合わせたものからなり、Aが
アルミニウム、スカンジウム、ガリウムの中から選ばれ
た1種以上の元素を任意に組み合わせたものからなる置
換型ガーネット結晶において、少なくともネオジム、ル
テチウムをその構成元素として含むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the substitutional garnet crystal material for solid-state laser according to the present invention has a general formula represented by R 3 A 5 O 12 , R is yttrium,
1 selected from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, bismuth
A substitutional garnet crystal composed of any combination of one or more elements, wherein A is any combination of one or more elements selected from aluminum, scandium and gallium, at least neodymium and lutetium It is characterized in that it is contained as its constituent element.

【0014】また、本発明による固体レーザ用置換型ガ
ーネット結晶材料は、一般式がR3512で示され、R
がイットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、
ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、
テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウ
ム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、ビスマス
の中から選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わせた
ものからなり、Aがアルミニウム、スカンジウム、ガリ
ウムの中から選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わ
せたものからなる置換型ガーネット結晶において、少な
くともネオジム、イッテルビウムをその構成元素として
含むことを特徴とする。
The substitutional garnet crystal material for a solid-state laser according to the present invention has a general formula of R 3 A 5 O 12 and R
Is yttrium, lantern, cerium, praseodymium,
Neodymium, samarium, europium, gadolinium,
It consists of any combination of one or more elements selected from terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium and bismuth, and A is one selected from aluminum, scandium and gallium. A substitutional garnet crystal composed of any combination of the above elements is characterized by containing at least neodymium and ytterbium as its constituent elements.

【0015】すなわち、0.98μmから1.04μm
にかけての波長領域での実用的な励起光源用の固体レー
ザの材料として、ガーネット結晶を構成する希土類元素
の一部をネオジムとルテチウムの組み合わせ、あるいは
ネオジムとイッテルビウムの組み合わせで置換すること
によって得られる置換型ガーネット結晶材料を提供する
ものである。
That is, 0.98 μm to 1.04 μm
Substitution obtained by substituting a part of the rare earth elements constituting the garnet crystal with a combination of neodymium and lutetium or a combination of neodymium and ytterbium as a material for a solid-state laser for a practical pumping light source in the wavelength range to A type garnet crystal material is provided.

【0016】さらに詳細に説明すれば、第1の置換型ガ
ーネット結晶材料としては、一般式がR3512で示さ
れ、Rがイットリウム、ランタン、セリウム、プラセオ
ジム、ネオジム、サマリウム、ユウロビウム、ガドリニ
ウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エル
ビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、ビス
マスの中から選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わ
せたものからなり、Aがアルミニウム、スカンジウム、
ガリウムの中から選ばれた1種以上の元素を任意に組み
合わせたものからなり、少なくともネオジム、ルテチウ
ムをその構成元素として含む置換型ガーネット結晶にお
いて、0.98μmから1.04μmの波長領域に発振
波長を持つことを特徴とする固体レーザ用置換型ガーネ
ット結晶材料であり、
More specifically, as the first substitution type garnet crystal material, the general formula is represented by R 3 A 5 O 12 , and R is yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, eurobium, It consists of any combination of one or more elements selected from gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium and bismuth, where A is aluminum, scandium,
A substitutional garnet crystal, which is composed of an arbitrary combination of one or more elements selected from gallium and which contains at least neodymium and lutetium as its constituent elements, has an oscillation wavelength in the wavelength region of 0.98 μm to 1.04 μm. Is a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser,

【0017】第2の置換型ガーネット結晶材料として
は、一般式がR3512で示され、Rがイットリウム、
ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリ
ウム、ユウロビウム、ガドリニウム、テルビウム、ジス
プロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッ
テルビウム、ルテチウム、ビスマスの中から選ばれた1
種以上の元素を任意に組み合わせたものからなり、Aが
アルミニウム、スカンジウム、ガリウムの中から選ばれ
た1種以上の元素を任意に組み合わせたものからなり、
少なくともネオジム、イッテルビウムをその構成元素と
して含む置換型ガーネット結晶において、0.98μm
から1.04μmの波長領域に発振波長を持つことを特
徴とする固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料であ
り、
As the second substitution type garnet crystal material, the general formula is represented by R 3 A 5 O 12 , R is yttrium,
1 selected from lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, eurobium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, bismuth
It is composed of any combination of one or more elements, and A is composed of any combination of one or more elements selected from aluminum, scandium and gallium.
0.98 μm in a substitutional garnet crystal containing at least neodymium and ytterbium as its constituent elements
Is a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser, which has an oscillation wavelength in a wavelength range from 1 to 1.04 μm,

【0018】第3の置換型ガーネット結晶材料として
は、第1の置換型ガーネット結晶材料に、カルシウムお
よびマグネシウムのいずれかあるいは両方を添加したこ
とを特徴とする固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料
である。
The third substitutional garnet crystal material is a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser, characterized in that either or both of calcium and magnesium are added to the first substitutional garnet crystal material. .

【0019】第1および第3の置換型ガーネット結晶材
料においては、ネオジムの占有率が希土類元素全体の1
%以上であり、ルテチウムの占有率が希土類元素全体の
30%以下であることが望ましく、第3の置換型ガーネ
ット結晶材料においては、ネオジムの占有率は希土類元
素全体の1%以上であり、ルテチウムの占有率は希土類
元素全体の30%以下であり、添加されるカルシウムま
たはマグネシウムのそれぞれ単独の添加量、添加される
カルシウムとマグネシウムの合計の添加量は、ルテチウ
ムと同量であることが望ましい。
In the first and third substitutional garnet crystal materials, the occupancy rate of neodymium is 1 of the whole rare earth elements.
% Or more, and the occupancy rate of lutetium is preferably 30% or less of the whole rare earth element. In the third substitutional garnet crystal material, the occupancy rate of neodymium is 1% or more of the whole rare earth element, and lutetium is The occupancy rate is 30% or less of the whole rare earth element, and the addition amount of each of the added calcium or magnesium alone, and the total addition amount of the added calcium and magnesium are preferably the same as that of lutetium.

【0020】さらに、第2の置換型ガーネット結晶材料
においては、ネオジムの占有率は希土類元素全体の1%
以上であり、イッテルビウムの占有率は希土類元素全体
の40%以下であることが望ましい。
Further, in the second substitution type garnet crystal material, the occupancy rate of neodymium is 1% of the whole rare earth elements.
As described above, the occupancy rate of ytterbium is preferably 40% or less of the whole rare earth element.

【0021】また、ネオジム、イッテルビウム、ルテチ
ウム以外の希土類構成元素は、ランタン、ガドリニウ
ム、イットリウムの中から選ばれた1種以上の元素を任
意に組み合わせたものが望ましい。
Further, the rare earth constituent elements other than neodymium, ytterbium and lutetium are desirably those in which one or more elements selected from lanthanum, gadolinium and yttrium are arbitrarily combined.

【0022】[0022]

【作用】ガーネット結晶は、一般式R3512で表さ
れ、Rの部分を希土類元素で、Aの部分をアルミニウ
ム、スカンジウム、ガリウムでそれぞれ置換することが
可能である。本発明ではそのような置換を行なった様々
な置換型ガーネット結晶の組成のうちさらにRの一部を
ネオジウムなどの他の希土類元素で置換し、Aの一部を
アルミニウム、スカンジウム、ガリウムでそれぞれ置換
することが可能である。本発明ではそのような置換を行
なった様々な置換型ガーネット結晶の組成のうち特にR
の部分にネオジウムとルテチウムの組み合わせあるいは
ネオジウムとイッテルビウムの組み合わせのいずれかを
必須の条件として含む置換型ガーネット結晶材料を用い
る。
The garnet crystal is represented by the general formula R 3 A 5 O 12 , and it is possible to substitute the R portion with a rare earth element and the A portion with aluminum, scandium or gallium. In the present invention, in the composition of various substitution type garnet crystals that have been subjected to such substitution, a part of R is further substituted with another rare earth element such as neodymium, and a part of A is substituted with aluminum, scandium and gallium, respectively. It is possible to In the present invention, among the compositions of various substitution type garnet crystals having such substitution, R
A substitution type garnet crystal material containing either a combination of neodymium and lutetium or a combination of neodymium and ytterbium as an essential condition is used in the part.

【0023】置換元素のエネルギー準位は、近隣の原子
または原子団がつくりだす場を感じることによって、分
裂を起こす、該場のことを配位子場というが、ホストの
結晶系を変えることによって配位子場が変化し、置換元
素のエネルギー準位が該エネルギー準位が持つ性質に応
じた分だけシフトする。したがって、ホストの結晶系を
適当に選ぶことにより、発振波長をある程度の範囲でシ
フトさせることができる。例えば、ガーネット結晶にお
いては、Aの大分がアルミニウムである場合とガリウム
である場合で配位子場が大幅に変化するため、1μmの
近辺の光については、十分に0.98μm〜1.04μ
mの範囲内で発振波長を選択することが可能である。
The energy level of the substituting element causes splitting when a field created by a neighboring atom or atomic group is sensed. The field is called a ligand field, which is determined by changing the host crystal system. The quantum field changes, and the energy level of the substituting element shifts by an amount corresponding to the property of the energy level. Therefore, the oscillation wavelength can be shifted within a certain range by appropriately selecting the crystal system of the host. For example, in a garnet crystal, the ligand field greatly changes depending on whether A is mostly aluminum or gallium. Therefore, for light in the vicinity of 1 μm, 0.98 μm to 1.04 μ is sufficient.
It is possible to select the oscillation wavelength within the range of m.

【0024】またさらに、複数の置換元素に基づく吸収
によって、励起の波長をある程度自由に設定でき、さら
に吸収したエネルギーを同原子間で起こる内部転換や、
異原子間で起こる項間交差などの量子力学的相互作用を
利用することによって、うまく発光原子の発振上準位に
分布させることができ、発振準位間の反転分布を作るこ
とができる。
Furthermore, the absorption wavelengths can be set to some extent by absorption based on a plurality of substituting elements, and further the absorbed energy can cause internal conversion between the same atoms,
By utilizing quantum mechanical interaction such as intersystem crossing that occurs between different atoms, it can be successfully distributed to the oscillating upper level of the light emitting atom, and inversion distribution between the oscillating levels can be created.

【0025】本発明による固体レーザ用置換型ガーネッ
ト結晶材料においては、希土類元素としてネオジムを含
有することから、基底準位から45/2への吸収遷移によ
り、安価な0.81μm波長のAlGaAs半導体レー
ザによる励起が可能であり、43/2準位へ非発光で遷移
したネオジムイオンから双極子間相互作用により自動的
に3価のイッテルビウムイオンあるいは4価のルテチウ
ムイオンへの非発光でのエネルギー伝達があり、イッテ
ルビウムあるいはルテチウムイオンの25/2準位におけ
る1μm近辺の誘導放出を行なうべく反転分布の形成が
可能である。
Since the substitutional garnet crystal material for solid-state laser according to the present invention contains neodymium as a rare earth element, the absorption transition from the ground level to 4 F 5/2 results in an inexpensive 0.81 μm wavelength AlGaAs. It can be excited by a semiconductor laser, and from the non-emission transition to the 4 F 3/2 level, the non-emissive neodymium ion is automatically emitted to the trivalent ytterbium ion or the tetravalent lutetium ion by the interaction between dipoles. Energy transfer, and it is possible to form a population inversion for stimulated emission of ytterbium or lutetium ions in the 2 F 5/2 level around 1 μm.

【0026】また、Aの構成元素のガリウム、アルミニ
ウム、スカンジウムの構成比を適当に選ぶことによって
0.98μm〜1.04μmの範囲内で所望の波長で選
択的に発振させることが可能である。ネオジムを活性イ
オンとして用いる従来の固体レーザ用ガーネット結晶に
おいては、吸収・発光の効率を考慮して、ネオジムイオ
ンの含有量を増大することにより生ずる濃度消光を回避
すべくネオジムの含有量を希土類全体のおよそ1%前後
に選択していた。しかし、本発明においてのネオジムイ
オンの果たす役割は、逸れ事態が発光することではな
く、0.81μmの励起光を効率よく吸収し、近傍のイ
ッテルビウムイオンあるいはルテチウムイオンにエネル
ギーを伝達することである。すなわち、含有量として
は、むしろそれ自体の発光が生じにくい程度以上が望ま
しく、希土類元素全体の1%以上に選んでいる。
By appropriately selecting the constituent ratio of gallium, aluminum and scandium which are the constituent elements of A, it is possible to selectively oscillate at a desired wavelength within the range of 0.98 μm to 1.04 μm. In conventional garnet crystals for solid-state lasers that use neodymium as the active ion, the content of neodymium should be set to the whole rare earth in order to avoid concentration quenching caused by increasing the content of neodymium ion in consideration of absorption / emission efficiency. It was selected around 1%. However, the role of neodymium ions in the present invention is not to emit light in a deviated state, but to efficiently absorb 0.81 μm excitation light and transfer energy to nearby ytterbium ions or lutetium ions. That is, the content is preferably such that light emission by itself does not easily occur, and is selected as 1% or more of the whole rare earth element.

【0027】ネオジムとルテチウムの組み合わせを含む
場合には、カルシウムあるいはマグネシウムのいずれか
を添加すると発光効率が向上する。それは次のような理
由による。
When a combination of neodymium and lutetium is contained, the addition of either calcium or magnesium improves the luminous efficiency. The reason is as follows.

【0028】カルシウムおよびマグネシウムは、通常は
3価の価数を有するイオンが占有する位置に2価の価数
を取りつつ置換するため、そのままでは、電気的に中性
を保つことができない。すなわち、電気的中性を保つべ
くルテチウムの大分が価数を通常の3価から4価へと変
化する。このような価数制御の手法を、一般に電価補償
と称している。4価の価数を有するルテチウムイオンが
増大することで、固体レーザの効率は飛躍的に向上す
る。なお、通常3価の価数を有するルテチウムイオン
は、赤外領域の発光には一切関与しない。
Calcium and magnesium normally substitute at a position occupied by an ion having a trivalent valence while taking a divalent valence, and as a result, electrically neutrality cannot be maintained. In other words, most of lutetium changes its valence from normal trivalent to tetravalent in order to maintain electrical neutrality. Such a valence control method is generally called electric value compensation. By increasing the number of lutetium ions having a tetravalent valence, the efficiency of the solid-state laser is dramatically improved. Incidentally, the lutetium ion, which usually has a valence of 3, does not participate in the light emission in the infrared region at all.

【0029】なお、それぞれの置換する元素の占有率と
しては、ネオジムは、希土類元素全体の1%以上、ルテ
チウムは高々30%以下程度、イッテルビウムは高々4
0%以下程度が望ましい。ネオジム、イッテルビウム、
ルテチウム以外のRの構成元素として、ランタン、ガド
リニウム、イットリウムを選ぶと、レーザを作製した際
しきい値が特に低くなる。これはランタン、ガドリニウ
ム、イットリウムが0.98〜1.04μmの波長域に
吸収を持たないからである。
The occupancy of each substituting element is as follows: neodymium is 1% or more of the total rare earth elements, lutetium is at most 30% or less, and ytterbium is at most 4%.
About 0% or less is desirable. Neodymium, ytterbium,
When lanthanum, gadolinium, or yttrium is selected as the constituent element of R other than lutetium, the threshold value becomes particularly low when a laser is manufactured. This is because lanthanum, gadolinium and yttrium have no absorption in the wavelength range of 0.98 to 1.04 μm.

【0030】本発明は、以上のことにより、0.98μ
mから1.04μmの波長領域に発振波長を持つことを
特徴とする固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料を提
供することが可能である。
The present invention is based on the above-mentioned features.
It is possible to provide a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser, which has an oscillation wavelength in the wavelength range of m to 1.04 μm.

【0031】以下、本発明の実施例について説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されない。
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

【0032】[0032]

【実施例1】以下に示す実施例1−1から実施例1−1
5ではチョコラルスキー(Czochralski)法
により本発明固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料の
バルク単結晶を作製した。さらに前記バルク単結晶は、
レーザ材料としての特性を評価するために片面が平坦
面、片面が半径5cmの球面、厚さ1.5mmの円盤に
加工し、波長0.98〜1.04μmにおいて平坦面に
は約99%、球面には約97%の反射率のコーティング
を施した。図1に本発明による実施例1−1〜1−21
の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ材料
としての特性を評価した測定系を示す。励起用光源には
波長0.808μmのAlGaAs半導体レーザを用い
た。半導体レーザ1から出射した励起光3をレンズ2、
2’、2”を通して集光しながら実施例1−1から実施
例1−21の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料の
円盤4に入射し、円盤4からの出射光5を光スペクトラ
ムアナライザ6で観測することにより、レーザ発振特性
を評価した。
Example 1 Examples 1-1 to 1-1 shown below
In No. 5, a bulk single crystal of the substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention was produced by the Czochralski method. Further, the bulk single crystal is
In order to evaluate the characteristics as a laser material, one surface is processed into a flat surface, one surface is a spherical surface with a radius of 5 cm, and a disk with a thickness of 1.5 mm. About 99% is applied to the flat surface at a wavelength of 0.98 to 1.04 μm. The spherical surface was coated with a reflectance of about 97%. FIG. 1 shows Examples 1-1 to 1-21 according to the present invention.
A measurement system for evaluating the characteristics of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser as a laser material is shown. An AlGaAs semiconductor laser having a wavelength of 0.808 μm was used as the excitation light source. The excitation light 3 emitted from the semiconductor laser 1 is coupled to the lens 2,
While converging through 2 ′ and 2 ″, the light enters the disk 4 of the substitutional garnet crystal material for solid-state lasers of Examples 1-1 to 1-21 and emits light 5 from the disk 4 with an optical spectrum analyzer 6. The laser oscillation characteristics were evaluated by observing.

【0033】[0033]

【実施例1−1】本実施例は、実施例1に示したように
組成式R3-X-YNdXLuY5-ZGaZ1 2およびR3-X-Y
NdXLuYA15-Z-WA2WGaZ12(X=0.13,
Y=0.80,Z=0.17,W=2.00、Aおよび
A1はAl、A2はSc、RはLa、Ce、Pr、B
i、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Y、Er、
Tm、Ybのいずれか一つの元素)で表される本発明レ
ーザ用ガーネット結晶材料を作製し、図1に示した測定
系を用いてレーザ発振特性を調査したものである。表1
にR、A、A1およびA2を適宜選択した本実施例の固
体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ発振波長
とレーザ発振に最低必要な励起用光源の光強度で表され
るしきい値を選択した元素について示す。いずれの本実
施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料も0.9
8〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振した。ま
た、いずれの本実施例の材料も従来材料では実現が困難
であった100mW以下の低いしきい値で発振した。特
にRをLa、Gd、Yにした場合にしきい値が低い。こ
れは、発振波長付近でLa、Gd、Yが吸収を持たない
ためである。
Example 1-1] This example embodiment the composition formula as shown in 1 R 3-XY Nd X Lu Y A 5-Z Ga Z O 1 2 and R 3-XY
Nd X Lu Y A1 5-ZW A2 W Ga Z O 12 (X = 0.13
Y = 0.80, Z = 0.17, W = 2.00, A and A1 are Al, A2 is Sc, R is La, Ce, Pr, B
i, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er,
A garnet crystal material for a laser of the present invention represented by any one of Tm and Yb) was produced, and the laser oscillation characteristics were investigated using the measurement system shown in FIG. Table 1
A threshold value represented by the laser oscillation wavelength of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the present embodiment in which R, A, A1 and A2 are appropriately selected and the light intensity of the excitation light source which is the minimum required for laser oscillation. The elements shown below are shown. Any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example are 0.9.
Laser oscillation was performed at a wavelength in the range of 8 to 1.04 μm. In addition, any of the materials of this example oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials. Particularly, when R is set to La, Gd, and Y, the threshold value is low. This is because La, Gd, and Y do not have absorption near the oscillation wavelength.

【0034】[0034]

【実施例1−2】本実施例は実施例1と同様にして、組
成式R3-X-YNdXLuY512およびR3-X-YNdXLu
YA15-WA2W12(X=0.13,Y=0.80,W
=2.00、AおよびA1はGa、A2はSc、RはL
a、Ce、Pr、Bi、Sm、Eu、Gd、Tb、D
y、Ho、Y、Er、Tm、Ybのいずれか一つの元
素)で表される本発明固体レーザ用置換型ガーネット結
晶材料を作製し、図1に示した測定系を用いてレーザ発
振特性を調査したものである。表2にR、A、A1およ
びA2を適宜選択した本実施例の固体レーザ用置換型ガ
ーネット結晶材料のレーザ発振波長としきい値を選択し
た元素について示す。実施例1と同様にしていずれの本
実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料も0.
98〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振した。ま
た、いずれの本実施例の材料も従来材料では実現が困難
であった100mW以下の低いしきい値で発振した。
Example 1-2 This example is the same as Example 1 except that the composition formulas R 3-XY Nd X Lu Y A 5 O 12 and R 3-XY Nd X Lu are used.
Y A1 5-W A2 W O 12 (X = 0.13, Y = 0.80, W
= 2.00, A and A1 are Ga, A2 is Sc, and R is L
a, Ce, Pr, Bi, Sm, Eu, Gd, Tb, D
y, Ho, Y, Er, Tm, or Yb), a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention is prepared, and laser oscillation characteristics are measured using the measurement system shown in FIG. It is a survey. Table 2 shows elements for which the lasing wavelength and threshold value of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the present embodiment, in which R, A, A1 and A2 are appropriately selected, are selected. In the same manner as in Example 1, any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this Example had a value of 0.
Laser oscillation was performed at a wavelength in the range of 98 to 1.04 μm. In addition, any of the materials of this example oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0035】[0035]

【実施例1−3】本実施例は、実施例1と同様にして、
組成式Y3-X-YNdXLuYAl5-ZGaZ12(X=0.
13,Y=0.80)で表される本発明固体レーザ用置
換型ガーネット結晶材料を作製し、図1に示した測定系
を用いてレーザ発振特性とGa濃度Zの関係を調査した
ものである。図2に本実施例の固体レーザ用置換型ガー
ネット結晶材料のレーザ発振波長および発振しきい値と
Ga濃度Zの関係を示す。レーザ発振波長は、Ga濃度
Zが大きくなるほど短くなる傾向にあるが、いずれの本
実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料も0.
98〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振した。ま
た、いずれの本実施例の材料もGa濃度Zによりばらつ
きはあるものの従来材料では実現が困難であった100
mW以下の低いしきい値で発振した。
[Embodiment 1-3] This embodiment is similar to Embodiment 1,
Compositional formula: Y 3-XY Nd X Lu Y Al 5-Z Ga Z O 12 (X = 0.
13, Y = 0.80), a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention was produced, and the relationship between laser oscillation characteristics and Ga concentration Z was investigated by using the measurement system shown in FIG. is there. FIG. 2 shows the relationship between the Ga concentration Z and the laser oscillation wavelength and oscillation threshold of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example. The lasing wavelength tends to become shorter as the Ga concentration Z increases, but any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example have a wavelength of 0.
Laser oscillation was performed at a wavelength in the range of 98 to 1.04 μm. In addition, although the materials of all of the examples have variations depending on the Ga concentration Z, it is difficult to realize with the conventional materials.
It oscillated at a low threshold value of mW or less.

【0036】[0036]

【実施例1−4】本実施例は、実施例1と同様にして、
組成式Gd3-X-YNdXLuYAl5-Z-WGaZScW
12(X=0.13,Y=0.80,W=2.00)で表
される本発明固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料を
作製し、図1に示した測定系を用いてレーザ発振特性と
Ga濃度Zの関係を調査したものである。図3に本実施
例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ発
振波長としきい値とGa濃度Zの関係を示す。レーザ発
振波長は、Ga濃度Zが大きくなるほど短くなる傾向に
あるが、いずれの本実施例のレーザ用ガーネット結晶材
料も0.98〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振
した。また、いずれの本実施例の材料もGa濃度Zによ
りばらつきはあるものの従来材料では実現が困難であっ
た100mW以下の低いしきい値で発振した。
[Embodiment 1-4] This embodiment is similar to Embodiment 1,
Composition formula Gd 3-XY Nd X Lu Y Al 5-ZW Ga Z Sc W O
12 (X = 0.13, Y = 0.80, W = 2.00) The substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the present invention represented by the formula 12 was prepared, and laser oscillation was performed using the measurement system shown in FIG. The relationship between the characteristics and the Ga concentration Z is investigated. FIG. 3 shows the relationship between the laser oscillation wavelength, the threshold, and the Ga concentration Z of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example. The laser oscillation wavelength tends to become shorter as the Ga concentration Z increases, but any of the laser garnet crystal materials of this example lased at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm. In addition, although the materials of all of the present examples varied depending on the Ga concentration Z, they oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0037】[0037]

【実施例1−5】本実施例は、実施例1と同様にして、
組成式Y3-X-Y-VLaVNdXLuYAl5- ZGaZ12(X
=0.13,Y=0.80,Z=0.17)で表される
本発明固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料を作製
し、図1に示した測定系を用いてレーザ発振特性とLa
濃度vの関係を調査したものである。図4に本実施例の
固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ発振波
長としきい値とLa濃度vの関係を示す。レーザ発振波
長は、La濃度vが大きくなるほど短くなる傾向にある
が、いずれの本実施例のレーザ用ガーネット結晶材料も
0.98〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振し
た。また、いずれの本実施例の材料もLa濃度vにより
ばらつきはあるものの従来材料では実現が困難であった
100mW以下の低いしきい値で発振した。
[Embodiment 1-5] This embodiment is similar to Embodiment 1,
Composition formula Y3-XYVLaVNdXLuYAlFive- ZGaZO12(X
= 0.13, Y = 0.80, Z = 0.17)
Fabrication of substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the present invention
Then, using the measurement system shown in FIG.
The relationship between the concentrations v is investigated. FIG. 4 shows the present embodiment.
Laser oscillation wave of substitutional garnet crystal material for solid-state laser
The relationship between the length, the threshold value, and the La concentration v is shown. Laser oscillation wave
The length tends to become shorter as the La concentration v increases.
However, any of the laser garnet crystal materials of this embodiment
Laser oscillation in the wavelength range of 0.98 to 1.04 μm
Was. In addition, any of the materials of the present examples are
Despite variations, it was difficult to achieve with conventional materials
It oscillated at a low threshold value of 100 mW or less.

【0038】なお、本実施例1−5ではR3-X-YNdX
Y5-ZGaZ12においてRがYとLa、AがAl、
X=0.13,Y=0.80,Z=0.17の本発明レ
ーザ用ガーネット結晶材料について説明したが、RがL
a、Ce、Pr、Bi、Sm、Eu、Gd、Tb、D
y、Ho、Y、Er、Tm、Ybのいずれか一種類以上
の元素であり、AがAl、Scのいずれか一種類以上の
元素であり、XとYとZが0<X<3,0<Y<3,0
≦Z≦5の範囲であっても、本実施例の材料と同様に
0.8μm帶半導体レーザの励起により100mW以下
の低いしきい値で0.98〜1.04μmの範囲の波長
でレーザ発振することは言うまでもない。
In the present embodiment 1-5, R 3-XY Nd X L
In u Y A 5-Z Ga Z O 12 , R is Y and La, A is Al,
The garnet crystal material for laser of the present invention having X = 0.13, Y = 0.80, Z = 0.17 has been described, but R is L
a, Ce, Pr, Bi, Sm, Eu, Gd, Tb, D
Any one or more elements of y, Ho, Y, Er, Tm, and Yb, A is one or more elements of Al and Sc, and X, Y, and Z are 0 <X <3. 0 <Y <3,0
Even in the range of ≦ Z ≦ 5, laser oscillation is performed at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm at a low threshold value of 100 mW or less by excitation of a 0.8 μm band semiconductor laser as in the case of the material of this example. Needless to say.

【0039】[0039]

【実施例1−6】本実施例は、実施例1に示したように
組成式R3-a-b-cNdaLubCac5-d- eGadMge
12およびR3-a-b-cNdaLubCacA15-d-e-fA2f
dMge12(a=0.1,b=0.15,c=0.0
75,d=1,e=0.075,f=2.0、Aおよび
A1はAl、A2はSc、RはLa、Ce、Pr、B
i、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Y、Er、
Tm、Ybの中から選ばれた一種以上の元素)で表され
る本発明固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料を作製
し、図1に示した測定系を用いてレーザ発振特性を調査
したものである。表3にR、A、A1およびA2を適宜
選択した本実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶
材料のレーザ発振波長とレーザ発振に最低必要な励起用
光源の光強度で表されるしきい値を選択した元素につい
て示す。いずれの本実施例の固体レーザ用置換型ガーネ
ット結晶材料も0.98〜1.04μmの範囲の波長で
レーザ発振した。また、いずれの本実施例の材料も従来
材料では実現が困難であった100mW以下の低いしき
い値で発振した。
Example 1-6 In this example, as shown in Example 1, the composition formula R 3-abc Nd a Lu b Ca c A 5-d- e Ga d Mg e O was used.
12 and R 3-abc Nd a Lu b Ca c A1 5-def A2 f G
a d Mg e O 12 (a = 0.1, b = 0.15, c = 0.0
75, d = 1, e = 0.075, f = 2.0, A and A1 are Al, A2 is Sc, R is La, Ce, Pr, B
i, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er,
A substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention represented by one or more elements selected from Tm and Yb) was produced, and the laser oscillation characteristics were investigated using the measurement system shown in FIG. is there. Table 3 shows a threshold value represented by the laser oscillation wavelength of the substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present embodiment in which R, A, A1 and A2 are appropriately selected and the light intensity of the excitation light source minimum required for laser oscillation. Indicates the selected element. Any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example lased at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm. In addition, any of the materials of this example oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0040】[0040]

【実施例1−7】本実施例は、実施例1と同様にして、
組成式R3-a-b-cNdaLubCac5-dMgd12および
3-a-b-cNdaLubCacA15-e-dA2eMgd
12(a=0.13,b=0.9,c=0.4,d=0.
5,e=2.0、AおよびA1はGa、A2はSc、R
はLa、Ce、Pr、Bi、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Y、Er、Tm、Ybの中から選ばれた一
種以上の元素)で表される本発明固体レーザ用置換型ガ
ーネット結晶材料を作製し、図1に示した測定系を用い
てレーザ発振特性を調査したものである。表4にR、
A、A1およびA2を適宜選択した本実施例の固体レー
ザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ発振波長としき
い値を選択した元素について示す。実施例1−6と同様
にしていずれの本実施例の固体レーザ用置換型ガーネッ
ト結晶材料も0.98〜1.04μmの範囲の波長でレ
ーザ発振した。また、いずれの本実施例の材料も従来材
料では実現が困難であった100mW以下の低いしきい
値で発振した。
[Embodiment 1-7] This embodiment is similar to Embodiment 1,
Compositional formulas R 3-abc Nd a Lu b Ca c A 5-d Mg d O 12 and R 3-abc Nd a Lu b Ca c A 1 5-ed A 2 e Mg d O
12 (a = 0.13, b = 0.9, c = 0.4, d = 0.
5, e = 2.0, A and A1 are Ga, A2 is Sc, R
Is La, Ce, Pr, Bi, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Y, Er, Tm, and Yb), a substitution type garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention represented by one or more elements) is produced, and the measurement system shown in FIG. 1 is used. This is an investigation of laser oscillation characteristics. R in Table 4
Elements for which the laser oscillation wavelength and the threshold value of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the present embodiment, in which A, A1 and A2 are appropriately selected, will be shown. In the same manner as in Example 1-6, any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example lased at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm. In addition, any of the materials of this example oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0041】[0041]

【実施例1−8】本実施例は、実施例1と同様にして、
組成式Y3-a-b-cNdaLubCacAl5- d-eGadMge
12(a=0.15,b=0.5,c=0.2,e=
0.3)で表される本発明固体レーザ用置換型ガーネッ
ト結晶材料を作製し、図1に示した測定系を用いてレー
ザ発振特性とGa濃度dの関係を調査したものである。
図5に本実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材
料のレーザ発振波長および発振しきい値とGa濃度dの
関係を示す。レーザ発振波長は、Ga濃度dが大きくな
るほど短くなる傾向にあるが、いずれの本実施例の固体
レーザ用置換型ガーネット結晶材料も0.98〜1.0
4μmの範囲の波長でレーザ発振した。また、いずれの
本実施例の材料もGa濃度dによりばらつきはあるもの
の従来材料では実現が困難であった100mW以下の低
いしきい値で発振した。
[Embodiment 1-8] This embodiment is similar to Embodiment 1,
Compositional formula Y 3-abc Nd a Lu b Ca c Al 5- de Ga d Mg e
O 12 (a = 0.15, b = 0.5, c = 0.2, e =
0.3), a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention was produced, and the relationship between the laser oscillation characteristic and the Ga concentration d was investigated using the measurement system shown in FIG.
FIG. 5 shows the relationship between the Ga concentration d and the laser oscillation wavelength and oscillation threshold of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example. The lasing wavelength tends to become shorter as the Ga concentration d increases, but in any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example, the lasing wavelength is 0.98 to 1.0.
Laser oscillation was performed at a wavelength in the range of 4 μm. In addition, all the materials of the present examples oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional material, although there was variation depending on the Ga concentration d.

【0042】[0042]

【実施例1−9】本実施例は、実施例1と同様にして、
組成式Gd3-a-b-cNdaLubCacAl5-d-e-fGad
eMgf12(a=0.13,b=0.80,c=0.
4,e=2,f=0.4)で表される本発明固体レーザ
用置換型ガーネット結晶材料を作製し、図1に示した測
定系を用いてレーザ発振特性とGa濃度dの関係を調査
したものである。図6に本実施例の固体レーザ用置換型
ガーネット結晶材料のレーザ発振波長としきい値とGa
濃度dの関係を示す。レーザ発振波長は、Ga濃度dが
大きくなるほど短くなる傾向にあるが、いずれの本実施
例のレーザ用ガーネット結晶材料も0.98〜1.04
μmの範囲の波長でレーザ発振した。また、いずれの本
実施例の材料もGa濃度dによりばらつきはあるものの
従来材料では実現が困難であった100mW以下の低い
しきい値で発振した。
[Embodiment 1-9] This embodiment is similar to Embodiment 1,
Composition formula Gd 3-abc Nd a Lu b Ca c Al 5-def Ga d S
c e Mg f O 12 (a = 0.13, b = 0.80, c = 0.
4, e = 2, f = 0.4), a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention is produced, and the relationship between the laser oscillation characteristic and the Ga concentration d is measured by using the measurement system shown in FIG. It is a survey. FIG. 6 shows the laser oscillation wavelength, threshold value, and Ga of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example.
The relationship of the concentration d is shown. The laser oscillation wavelength tends to become shorter as the Ga concentration d increases, but the laser garnet crystal material of any of the present examples has a wavelength of 0.98 to 1.04.
Laser oscillation was performed at a wavelength in the range of μm. In addition, all the materials of the present examples oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional material, although there was variation depending on the Ga concentration d.

【0043】[0043]

【実施例1−10】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式Y3-a-b-c-vLavNdaLubCacAl5-d-e
GadMge12(a=0.13,b=0.80,c=
0.2,d=1.0,e=0.6)で表される本発明固
体レーザ用置換型ガーネット結晶材料を作製し、図1に
示した測定系を用いてレーザ発振特性とLa濃度Vの関
係を調査したものである。図7に本実施例の固体レーザ
用置換型ガーネット結晶材料のレーザ発振波長としきい
値とLa濃度Vの関係を示す。レーザ発振波長は、La
濃度Vが大きくなるほど短くなる傾向にあるが、いずれ
の本実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料も
0.98〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振し
た。また、いずれの本実施例の材料もLa濃度Vにより
ばらつきはあるものの従来材料では実現が困難であった
100mW以下の低いしきい値で発振した。
Example 1-10 This example is similar to Example 1 and has the composition formula Y 3-abcv La v Nd a Lu b Ca c Al 5-de.
Ga d Mg e O 12 (a = 0.13, b = 0.80, c =
0.2, d = 1.0, e = 0.6), a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention was produced, and laser oscillation characteristics and La concentration were measured using the measurement system shown in FIG. This is a survey of the relationship of V. FIG. 7 shows the relationship between the laser oscillation wavelength, the threshold, and the La concentration V of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example. The laser oscillation wavelength is La
Although the concentration V tends to become shorter as the concentration V increases, any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example lased at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm. Further, all the materials of the present examples oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials, although there were variations depending on the La concentration V.

【0044】なお、本実施例1−10ではR3-a-b-c
aLubCac5-d-eGadMge1 2においてRがYと
La、AがAlの本発明レーザ用ガーネット結晶材料に
ついて説明したが、RがLa、Ce、Pr、Bi、S
m、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Y、Er、Tm、
Ybのいずれか一種類以上の元素であり、AがAl、S
cのいずれか一種類以上の元素であり、aとbとdが0
<a<3,0<b<3,0≦d≦5の範囲であっても、
本実施例の材料と同様に0.8μm帶半導体レーザの励
起により100mW以下の低いしきい値で0.98〜
1.04μmの範囲の波長でレーザ発振することは言う
までもない。
In this Example 1-10, R 3-abc N
d a Lu b Ca c A 5 -de Ga d Mg e in O 1 2 R is Y and La, but A was described the present invention for laser garnet crystal material Al, R is La, Ce, Pr, Bi, S
m, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er, Tm,
Any one or more elements of Yb, A is Al, S
Any one or more elements of c, and a, b and d are 0
<A <3,0 <b <3, 0 ≦ d ≦ 5,
As in the case of the material of this example, 0.98 to 0.98 at a low threshold value of 100 mW or less by excitation of a 0.8 μm semiconductor laser.
It goes without saying that laser oscillation occurs at a wavelength in the range of 1.04 μm.

【0045】[0045]

【実施例1−11】本実施例は、実施例1に示したよう
に組成式R3-X-YNdXYbY5-ZGaZ1 2およびR
3-X-YNdXYbYA15-Z-WA2WGaZ12(X=0.1
3,Y=0.80,Z=0.17,W=2.0、Aおよ
びA1はAl、A2はSc、RはLa、Ce、Pr、B
i、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Y、Er、
Tm、Luのいずれか一つの元素)で表される本発明レ
ーザ用ガーネット結晶材料を作製し、図1に示した測定
系を用いてレーザ発振特性を調査したものである。表5
にR、A、A1およびA2を適宜選択した本実施例の固
体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ発振波長
とレーザ発振に最低必要な励起用光源の光強度で表され
るしきい値を選択した元素について示す。いずれの本実
施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料も0.9
8〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振した。ま
た、いずれの本実施例の材料も従来材料では実現が困難
であった100mW以下のしきい値で発振した。
EXAMPLES 1-11 This example, composition formula R 3-XY Nd as indicated in Example 1 X Yb Y A 5-Z Ga Z O 1 2 and R
3-XY Nd X Yb Y A1 5-ZW A2 W Ga Z O 12 (X = 0.1
3, Y = 0.80, Z = 0.17, W = 2.0, A and A1 are Al, A2 is Sc, R is La, Ce, Pr, B
i, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er,
A garnet crystal material for a laser of the present invention represented by any one of Tm and Lu) was produced, and the laser oscillation characteristics were investigated using the measurement system shown in FIG. Table 5
A threshold value represented by the laser oscillation wavelength of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the present embodiment in which R, A, A1 and A2 are appropriately selected and the light intensity of the excitation light source which is the minimum required for laser oscillation. The elements shown below are shown. Any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example are 0.9.
Laser oscillation was performed at a wavelength in the range of 8 to 1.04 μm. In addition, any of the materials of this example oscillated at a threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0046】[0046]

【実施例1−12】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式R3-X-YNdXYbY512およびR3-X-Y
XYbYA15-WA2W12(X=0.15,Y=0.8
0,W=2.0、AおよびA1はGa、A2はSc、R
はLa、Ce、Pr、Bi、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Y、Er、Tm、Luのいずれか一つの元
素)で表される本発明固体レーザ用置換型ガーネット結
晶材料を作製し、図1に示した測定系を用いてレーザ発
振特性を調査したものである。表6にR、A、A1およ
びA2を適宜選択した本実施例の固体レーザ用置換型ガ
ーネット結晶材料のレーザ発振波長としきい値を選択し
た元素について示す。実施例1−11と同様にしていず
れの本実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料
も0.98〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振し
た。また、いずれの本実施例の材料も従来材料では実現
が困難であった100mW以下のしきい値で発振した。
EXAMPLES 1-12 This example, in the same manner as in Example 1, the composition formula R 3-XY Nd X Yb Y A 5 O 12 and R 3-XY N
d X Yb Y A1 5-W A2 W O 12 (X = 0.15, Y = 0.8
0, W = 2.0, A and A1 are Ga, A2 is Sc, R
Is La, Ce, Pr, Bi, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Y, Er, Tm, or any one element of Lu)), a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention is produced, and laser oscillation characteristics are measured using the measurement system shown in FIG. It is a survey. Table 6 shows the elements for which the laser oscillation wavelength and the threshold value of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the present example in which R, A, A1 and A2 are selected appropriately are selected. In the same manner as in Example 1-11, any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example lased at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm. In addition, any of the materials of this example oscillated at a threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0047】[0047]

【実施例1−13】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式Y3-X-YNdXYbYAl5-ZGaZ12(X=
0.1,Y=1.0)で表される本発明固体レーザ用置
換型ガーネット結晶材料を作製し、図1に示した測定系
を用いてレーザ発振特性とGa濃度Zの関係を調査した
ものである。図8に本実施例の固体レーザ用置換型ガー
ネット結晶材料のレーザ発振波長および発振しきい値と
Ga濃度Zの関係を示す。レーザ発振波長は、Ga濃度
Zが大きくなるほど短くなる傾向にあるが、いずれの本
実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料も0.
98〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振した。ま
た、いずれの本実施例の材料もGa濃度Zによりばらつ
きはあるものの従来材料では実現が困難であった100
mW以下のしきい値で発振した。
EXAMPLES 1-13 This example, in the same manner as in Example 1, the composition formula Y 3-XY Nd X Yb Y Al 5-Z Ga Z O 12 (X =
0.1, Y = 1.0), the substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention was produced, and the relationship between the laser oscillation characteristic and the Ga concentration Z was investigated using the measurement system shown in FIG. It is a thing. FIG. 8 shows the relationship between the Ga concentration Z and the laser oscillation wavelength and oscillation threshold of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example. The lasing wavelength tends to become shorter as the Ga concentration Z increases, but any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example have a wavelength of 0.
Laser oscillation was performed at a wavelength in the range of 98 to 1.04 μm. In addition, although the materials of all of the examples have variations depending on the Ga concentration Z, it is difficult to realize with the conventional materials.
It oscillated at a threshold value of mW or less.

【0048】[0048]

【実施例1−14】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式Gd3-X-YNdXYbYAl5-Z-WGaZScW
12(X=0.13,Y=1.2,W=2.00)で表さ
れる本発明固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料を作
製し、図1に示した測定系を用いてレーザ発振特性とG
a濃度Zの関係を調査したものである。図9に本実施例
の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ発振
波長としきい値とGa濃度Zの関係を示す。レーザ発振
波長は、Ga濃度Zが大きくなるほど短くなる傾向にあ
るが、いずれの本実施例のレーザ用ガーネット結晶材料
も0.98〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振し
た。また、いずれの本実施例の材料もGa濃度Zにより
ばらつきはあるものの従来材料では実現が困難であった
100mW以下のしきい値で発振した。
EXAMPLES 1-14 This example, in the same manner as in Example 1, the composition formula Gd 3-XY Nd X Yb Y Al 5-ZW Ga Z Sc W O
12 (X = 0.13, Y = 1.2, W = 2.00) The substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention represented by the formula 12 was produced, and laser oscillation was performed using the measurement system shown in FIG. Characteristics and G
The relationship of the a concentration Z is investigated. FIG. 9 shows the relationship between the laser oscillation wavelength, the threshold value, and the Ga concentration Z of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example. The laser oscillation wavelength tends to become shorter as the Ga concentration Z increases, but any of the laser garnet crystal materials of this example lased at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm. In addition, although the materials of all of the present examples varied depending on the Ga concentration Z, they oscillated at a threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0049】[0049]

【実施例1−15】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式Y3-X-Y-VLaVNdXYbYAl5- ZGaZ12
(X=0.13,Y=1.00,Z=0.17)で表さ
れる本発明固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料を作
製し、図1に示した測定系を用いてレーザ発振特性とL
a濃度Vの関係を調査したものである。図10に本実施
例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ発
振波長としきい値とLa濃度Vの関係を示す。レーザ発
振波長は、La濃度Vが大きくなるほど短くなる傾向に
あるが、いずれの本実施例の固体レーザ用置換型ガーネ
ット結晶材料も0.98〜1.04μmの範囲の波長で
レーザ発振した。また、いずれの本実施例の材料もLa
濃度Vによりばらつきはあるものの従来材料では実現が
困難であった100mW以下の低いしきい値で発振し
た。
EXAMPLES 1-15 This example, in the same manner as in Example 1, the composition formula Y 3-XYV La V Nd X Yb Y Al 5- Z Ga Z O 12
A substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention represented by (X = 0.13, Y = 1.00, Z = 0.17) was produced, and laser oscillation characteristics were measured using the measurement system shown in FIG. And L
The relationship between the a and the concentration V is investigated. FIG. 10 shows the relationship between the laser oscillation wavelength, the threshold value, and the La concentration V of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example. The lasing wavelength tends to become shorter as the La concentration V increases, but any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example lased at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm. In addition, the material of any of the examples is La
Although there was variation depending on the concentration V, oscillation occurred at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with conventional materials.

【0050】なお、本実施例1−15ではR3-X-YNdX
YbY5-ZGaZ12においてRがYとLa、AがAl
の本発明レーザ用ガーネット結晶材料について説明した
が、RがLa、Ce、Pr、Bi、Sm、Eu、Gd、
Tb、Dy、Ho、Y、Er、、Tm、Luのいずれか
一種類以上の元素であり、AがAl、Scのいずれか一
種類以上の元素であり、XとYとZが0<X<3,0<
Y<3,0≦Z≦5の範囲であっても、本実施例の材料
と同様に0.8μm帶半導体レーザの励起により100
mW以下の低いしきい値で0.98〜1.04μmの範
囲の波長でレーザ発振することは言うまでもない。
In Example 1-15, R 3-XY Nd X was used.
In Yb Y A 5-Z Ga Z O 12 , R is Y and La and A is Al.
The garnet crystal material for a laser according to the present invention has been described. R is La, Ce, Pr, Bi, Sm, Eu, Gd,
Tb, Dy, Ho, Y, Er, Tm, Lu is one or more kinds of elements, A is Al, Sc, and one or more kinds of elements, and X, Y and Z are 0 <X. <3,0 <
Even in the range of Y <3, 0 ≦ Z ≦ 5, as in the case of the material of the present embodiment, 100 is obtained by pumping a 0.8 μm semiconductor laser.
It goes without saying that laser oscillation occurs at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm at a low threshold value of mW or less.

【0051】[0051]

【実施例1−16】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式R3-X-YNdXLuY512およびR3-X-Y
XLuYA15-WA2W12(X=0.20,Y=0.2
0,W=2.0,AおよびA1はAl、A2はSc、R
はLa、Ce、Pr、Bi、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Y、Er、Tm、Ybのいずれか一つの元
素)で表される本発明固体レーザ用置換型ガーネット結
晶材料を作製し、図1に示した測定系を用いてレーザ発
振特性を調査したものである。表7にR、A、A1およ
びA2を適宜選択した本実施例の固体レーザ用置換型ガ
ーネット結晶材料のレーザ発振波長としきい値を選択し
た元素について示す。いずれの本実施例の固体レーザ用
置換型ガーネット結晶材料も0.98〜1.04μmの
範囲の波長でレーザ発振した。また、いずれの本実施例
の材料も従来材料では実現が困難であった100mW以
下の低いしきい値で発振した。
EXAMPLES 1-16 This example, in the same manner as in Example 1, the composition formula R 3-XY Nd X Lu Y A 5 O 12 and R 3-XY N
d X Lu Y A1 5-W A2 W O 12 (X = 0.20, Y = 0.2
0, W = 2.0, A and A1 are Al, A2 is Sc, R
Is La, Ce, Pr, Bi, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Y, Er, Tm, or Yb), a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention is produced, and laser oscillation characteristics are measured using the measurement system shown in FIG. It is a survey. Table 7 shows elements for which the laser oscillation wavelength and the threshold value of the substitutional garnet crystal material for the solid-state laser of the present example in which R, A, A1 and A2 are selected appropriately are selected. Any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example lased at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm. In addition, any of the materials of this example oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0052】[0052]

【実施例1−17】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式R3-a-b-cNdaLubCac5-dMgd12
よびR3-a-b-cNdaLubCacA15-e-dA2eMgd
12(a=0.20,b=0.20,c=0.10,d=
0.10,e=2.0,AおよびA1はAl、A2はS
c、RはLa、Ce、Pr、Bi、Sm、Eu、Gd、
Tb、Dy、Ho、Y、Er、Tm、Ybの中から選ば
れた一種類以上の元素)で表される本発明固体レーザ用
置換型ガーネット結晶材料を作製し、図1に示した測定
系を用いてレーザ発振特性を調査したものである。表8
にR、A、A1およびA2を適宜選択した本実施例の固
体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ発振波長
としきい値を選択した元素について示す。いずれの本実
施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料も0.9
8〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振した。ま
た、いずれの本実施例の材料も従来材料では実現が困難
であった100mW以下の低いしきい値で発振した。
Example 1-17 This example is the same as Example 1 except that the composition formulas R 3-abc Nd a Lu b Ca c A 5-d Mg d O 12 and R 3-abc Nd a Lu b Ca are used. c A1 5-ed A2 e Mg d O
12 (a = 0.20, b = 0.20, c = 0.10, d =
0.10, e = 2.0, A and A1 are Al, A2 is S
c and R are La, Ce, Pr, Bi, Sm, Eu, Gd,
A substitution type garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention represented by one or more kinds of elements selected from Tb, Dy, Ho, Y, Er, Tm, and Yb) was prepared, and the measurement system shown in FIG. This is an investigation of laser oscillation characteristics using. Table 8
The elements for which the lasing wavelength and the threshold value of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this embodiment, in which R, A, A1 and A2 are appropriately selected, are selected are shown in FIG. Any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example are 0.9.
Laser oscillation was performed at a wavelength in the range of 8 to 1.04 μm. In addition, any of the materials of this example oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0053】[0053]

【実施例1−18】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式R3-X-YNdXYbY512およびR3-X-Y
XYbYA15-WA2W12(X=0.20,Y=0.2
0,W=2.0,AおよびA1はAl、A2はSc、R
はLa、Ce、Pr、Bi、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Y、Er、Tm、Luのいずれか一つの元
素)で表される本発明固体レーザ用置換型ガーネット結
晶材料を作製し、図1に示した測定系を用いてレーザ発
振特性を調査したものである。表9にR、A、A1およ
びA2を適宜選択した本実施例の固体レーザ用置換型ガ
ーネット結晶材料のレーザ発振波長としきい値を選択し
た元素について示す。いずれの本実施例の固体レーザ用
置換型ガーネット結晶材料も0.98〜1.04μmの
範囲の波長でレーザ発振した。また、いずれの本実施例
の材料も従来材料では実現が困難であった100mW以
下の低いしきい値で発振した。
EXAMPLES 1-18 This example, in the same manner as in Example 1, the composition formula R 3-XY Nd X Yb Y A 5 O 12 and R 3-XY N
d X Yb Y A1 5-W A2 W O 12 (X = 0.20, Y = 0.2
0, W = 2.0, A and A1 are Al, A2 is Sc, R
Is La, Ce, Pr, Bi, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Y, Er, Tm, or any one element of Lu)), a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention is produced, and laser oscillation characteristics are measured using the measurement system shown in FIG. It is a survey. Table 9 shows elements for which the lasing wavelength and threshold value of the substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present embodiment, in which R, A, A1 and A2 are appropriately selected, are selected. Any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example lased at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm. In addition, any of the materials of this example oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0054】[0054]

【実施例1−19】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式R3-X-YNdXYbY512およびR3-X-Y
XYbYA15-WA2W12(X=0.20,Y=0.2
0,W=2.0,AおよびA1はAl、A2はSc、R
はLa、Ce、Pr、Bi、Sm、Eu、Gd、Tb、
Dy、Ho、Y、Er、Tm、Luのいずれか一つの元
素)で表される本発明固体レーザ用置換型ガーネット結
晶材料を作製し、図1に示した測定系を用いてレーザ発
振特性を調査したものである。表10にR、A、A1お
よびA2を適宜選択した本実施例の固体レーザ用置換型
ガーネット結晶材料のレーザ発振波長としきい値を選択
した元素について示す。いずれの本実施例の固体レーザ
用置換型ガーネット結晶材料も0.98〜1.04μm
の範囲の波長でレーザ発振した。また、いずれの本実施
例の材料も従来材料では実現が困難であった100mW
以下の低いしきい値で発振した。
EXAMPLES 1-19 This example, in the same manner as in Example 1, the composition formula R 3-XY Nd X Yb Y A 5 O 12 and R 3-XY N
d X Yb Y A1 5-W A2 W O 12 (X = 0.20, Y = 0.2
0, W = 2.0, A and A1 are Al, A2 is Sc, R
Is La, Ce, Pr, Bi, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Y, Er, Tm, or any one element of Lu)), a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention is produced, and laser oscillation characteristics are measured using the measurement system shown in FIG. It is a survey. Table 10 shows the elements for which the lasing wavelength and threshold value of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the present embodiment, in which R, A, A1 and A2 are appropriately selected, are selected. Any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example are 0.98 to 1.04 μm.
Laser oscillation was performed at a wavelength in the range. In addition, it is difficult to realize the material of any of the present embodiments with the conventional material, which is 100 mW.
It oscillated at the following low thresholds.

【0055】[0055]

【実施例1−20】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式Y3-X-YNdXYbYAl5-ZGaZ12(X=
0.20,Y=0.18)で表される本発明固体レーザ
用置換型ガーネット結晶材料を作製し、図1に示した測
定系を用いてレーザ発振特性とGa濃度Zの関係を調査
したものである。図14に本実施例の固体レーザ用置換
型ガーネット結晶材料のレーザ発振波長および発振しき
い値とGa濃度Zの関係を示す。レーザ発振波長は、G
a濃度Zが大きくなるほど短くなる傾向にあるが、いず
れの本実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料
も0.98〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振し
た。また、いずれの本実施例の材料もGa濃度Zにより
ばらつきはあるものの従来材料では実現が困難であった
100mW以下の低いしきい値で発振した。
EXAMPLES 1-20 This example, in the same manner as in Example 1, the composition formula Y 3-XY Nd X Yb Y Al 5-Z Ga Z O 12 (X =
0.20, Y = 0.18), a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention was produced, and the relationship between laser oscillation characteristics and Ga concentration Z was investigated using the measurement system shown in FIG. It is a thing. FIG. 14 shows the relationship between the Ga concentration Z and the laser oscillation wavelength and oscillation threshold of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example. The laser oscillation wavelength is G
Although the a concentration Z tends to become shorter as the concentration a increases, any of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of this example lased at a wavelength in the range of 0.98 to 1.04 μm. In addition, although the materials of all of the present examples varied depending on the Ga concentration Z, they oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with the conventional materials.

【0056】[0056]

【実施例1−21】本実施例は、実施例1と同様にし
て、組成式Gd3-X-YNdXYbYAl5-ZGa Z12(X
=0.19,Y=0.18)で表される本発明固体レー
ザ用置換型ガーネット結晶材料を作製し、図1に示した
測定系を用いてレーザ発振特性とGa濃度Zの関係を調
査したものである。図15に本実施例の固体レーザ用置
換型ガーネット結晶材料のレーザ発振波長および発振し
きい値とGa濃度Zの関係を示す。レーザ発振波長は、
Ga濃度Zが大きくなるほど短くなる傾向にあるが、い
ずれの本実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材
料も0.98〜1.04μmの範囲の波長でレーザ発振
した。また、いずれの本実施例の材料もGa濃度Zによ
りばらつきはあるものの従来材料では実現が困難であっ
た100mW以下の低いしきい値で発振した。
[Embodiment 1-21] This embodiment is similar to Embodiment 1.
The composition formula Gd3-XYNdXYbYAl5-ZGa ZO12(X
= 0.19, Y = 0.18)
A substitutional garnet crystal material for the z was prepared and shown in FIG.
Use the measurement system to adjust the relationship between the laser oscillation characteristics and Ga concentration Z.
It has been examined. FIG. 15 shows the solid-state laser device of this embodiment.
Laser oscillation wavelength and oscillation of the modified garnet crystal material
The relationship between the threshold value and the Ga concentration Z is shown. The laser oscillation wavelength is
It tends to become shorter as the Ga concentration Z increases, but
Displacement type garnet crystal material for solid-state laser of this embodiment
Laser oscillation at wavelengths in the range of 0.98 to 1.04 μm
did. In addition, any of the materials of the present examples are different in the Ga concentration Z.
However, it is difficult to realize with conventional materials
It also oscillated at a low threshold value of 100 mW or less.

【0057】[0057]

【実施例2】以下に示す実施例2−1から実施例2−3
では、図11に示すような本発明による固体レーザ用置
換型ガーネット結晶材料でできたコア部を有する光導波
路を作製した。図11に示した光導波路は、Y3Al5
12(YAG)を材質とする基板9の上にPbOとB23
をフラックス(融剤)とした液相エピタキシャル成長法
(LPE法)により、YAGよりも幾分屈折率が大き
く、YAG基板との格子定数差が結晶性が低下しない程
度に小さい組成の本発明固体レーザ用置換型ガーネット
結晶材料でなる層を成長させ、このガーネット結晶材料
でできた層をフォトリングラフィとイオンミリングによ
りコア10に加工し、最後にLPE法によりYAGでな
る上部クラッド11を成長することにより容易に形成で
きた。なお、下部クラッドとしては、基板材料そのもの
が作用する。さらに前記光導波路は、実施例2−1から
実施例2−3の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料
を導波路型レーザ材料として用いる場合の特性を評価す
るために、両端面を切断研磨した後、両端面の光の出入
射端12に波長0.98〜1.04μmにおいて約99
%の反射率のコーティングを施した。
[Embodiment 2] Embodiments 2-1 to 2-3 shown below
Then, an optical waveguide having a core portion made of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser according to the present invention as shown in FIG. 11 was produced. The optical waveguide shown in FIG. 11 is Y 3 Al 5 O
PbO and B 2 O 3 are deposited on the substrate 9 made of 12 (YAG).
By the liquid phase epitaxial growth method (LPE method) using a flux as a flux, the solid-state laser of the present invention having a composition slightly larger than that of YAG and having a small lattice constant difference from the YAG substrate to such an extent that the crystallinity does not decrease. Growing a layer of substitutional garnet crystal material, processing the layer made of this garnet crystal material into a core 10 by photolinography and ion milling, and finally growing an upper clad 11 made of YAG by the LPE method. Was easily formed. The substrate material itself acts as the lower clad. Furthermore, in order to evaluate the characteristics when the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of Example 2-1 to Example 2-3 is used as a waveguide type laser material, both ends of the optical waveguide are cut and polished. , About 99 at the wavelength of 0.98 to 1.04 μm at the light emitting / receiving end 12 of both end faces.
% Reflectance coating was applied.

【0058】図12に実施例2−1から実施例2−3の
固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ材料と
しての特性を評価した測定系を示す。励起用光源には波
長0.810μmのAlGaAs半導体レーザ1を用い
た。半導体レーザ1から出射した励起光3をレンズを用
いて光ファイバ7に入射し、この光ファイバ7を通して
実施例15および16の固体レーザ用置換型ガーネット
結晶材料でできたコアを有する光導波路8に入射し、前
記光導波路8の出射端からの出射光5を光ファイバ7’
で受けて光スペクトルアナライザ6で観測することによ
り、レーザ発振特性を評価した。
FIG. 12 shows a measurement system for evaluating the characteristics of the substitutional garnet crystal materials for solid-state lasers of Examples 2-1 to 2-3 as a laser material. An AlGaAs semiconductor laser 1 having a wavelength of 0.810 μm was used as the excitation light source. Excitation light 3 emitted from the semiconductor laser 1 is incident on an optical fiber 7 using a lens, and passes through the optical fiber 7 to an optical waveguide 8 having a core made of the substitutional garnet crystal material for solid-state lasers of Examples 15 and 16. An optical fiber 7 ′ receives the light 5 which is incident and emitted from the emission end of the optical waveguide 8.
Then, the laser oscillation characteristics were evaluated by observing with the optical spectrum analyzer 6.

【0059】[0059]

【実施例2−1】本実施例は、組成式Y3-X-YNdXLu
YAl5-ZGaZ12で表される本発明固体レーザ用置換
型ガーネット結晶材料のコアを有する光導波路を作製
し、図12に示した測定系を用いてレーザ発振特性を調
査したものである。なお、本実施例では固体レーザ用置
換型ガーネット結晶材料の屈折率を基板の材料であるY
AGよりも若干大きくし、かつYAGとの格子定数差を
結晶性が低下しない範囲である0.00085nmとな
るよう、X=0.13,Y=0.80,Z=0.17に
選択した。本実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結
晶材料のコアを有する光導波路は1.025μmの波長
でレーザ発振した。また、しきい値10mWで発振し、
従来材料では実現することが困難であった100mW以
下の低いしきい値で発振した。
[Example 2-1] In this example, the composition formula Y 3-XY Nd X Lu was used.
An optical waveguide having a core of the substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention represented by Y Al 5-Z Ga Z O 12 was prepared, and laser oscillation characteristics were investigated using the measurement system shown in FIG. Is. In this embodiment, the refractive index of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser is set to Y as the material of the substrate.
X = 0.13, Y = 0.80, Z = 0.17 were selected so as to be slightly larger than AG and to have a lattice constant difference with YAG of 0.00085 nm, which is a range in which crystallinity does not decrease. . The optical waveguide having the core of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example lased at a wavelength of 1.025 μm. Also, it oscillates at a threshold of 10 mW,
It oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with conventional materials.

【0060】[0060]

【実施例2−2】本実施例は、組成式Y3-a-b-cNda
bCacA15-d-eGadMge12で表される本発明固
体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のコアを有する光
導波路を作製し、図12に示した測定系を用いてレーザ
発振特性を調査したものである。なお、本実施例では固
体レーザ用置換型ガーネット結晶材料の屈折率を基板の
材料であるYAGよりも若干大きくし、かつYAGとの
格子定数差を結晶性が低下しない範囲である0.000
85nmとなるよう、a=0.13,b=0.80,c
=0.40,d=0.17,e=0.40に選択した。
本実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のコ
アを有する光導波路は1.025μmの波長でレーザ発
振した。また、しきい値8mWで発振し、従来材料では
実現することが困難であった100mW以下の低いしき
い値で発振した。
Example 2-2 In this example, the composition formula Y 3-abc Nd a L is used.
An optical waveguide having a core of the substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention represented by u b Ca c A1 5-de Ga d Mg e O 12 was produced, and laser oscillation was performed using the measurement system shown in FIG. This is a survey of characteristics. In this embodiment, the refractive index of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser is set to be slightly larger than that of the material of the substrate, YAG, and the difference in lattice constant from YAG is 0.000 within the range where crystallinity does not decrease.
A = 0.13, b = 0.80, c so that it becomes 85 nm.
= 0.40, d = 0.17, e = 0.40.
The optical waveguide having the core of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example lased at a wavelength of 1.025 μm. Further, it oscillated at a threshold value of 8 mW and oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with conventional materials.

【0061】[0061]

【実施例2−3】本実施例は、組成式Y3-X-YNdXYb
YAl5-ZGaZ12で表される本発明固体レーザ用置換
型ガーネット結晶材料のコアを有する光導波路を作製
し、図12に示した測定系を用いてレーザ発振特性を調
査したものである。なお、本実施例では固体レーザ用置
換型ガーネット結晶材料の屈折率を基板の材料であるY
AGよりも若干大きくし、かつYAGとの格子定数差を
結晶性が低下しない範囲である0.00085nmとな
るよう、X=0.13,Y=0.80,Z=0.17に
選択した。本実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結
晶材料のコアを有する光導波路は1.025μmの波長
でレーザ発振した。また、しきい値13mWで発振し、
従来材料では実現することが困難であった100mW以
下の低いしきい値で発振した。
Example 2-3 In this example, the composition formula Y 3-XY Nd X Yb is used.
An optical waveguide having a core of the substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of the present invention represented by Y Al 5-Z Ga Z O 12 was prepared, and laser oscillation characteristics were investigated using the measurement system shown in FIG. Is. In this embodiment, the refractive index of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser is set to Y as the material of the substrate.
X = 0.13, Y = 0.80, Z = 0.17 were selected so as to be slightly larger than AG and to have a lattice constant difference with YAG of 0.00085 nm, which is a range in which crystallinity does not decrease. . The optical waveguide having the core of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of this example lased at a wavelength of 1.025 μm. Also, it oscillates at a threshold of 13 mW,
It oscillated at a low threshold value of 100 mW or less, which was difficult to realize with conventional materials.

【0062】 [0062]

【0063】 [0063]

【0064】 [0064]

【0065】 [0065]

【0066】 [0066]

【0067】 [0067]

【0068】 [0068]

【0069】 [0069]

【0070】 [0070]

【0071】 [0071]

【0072】 [0072]

【0073】 [0073]

【0074】 [0074]

【0075】 [0075]

【0076】 [0076]

【0077】 [0077]

【0078】 [0078]

【0079】 [0079]

【0080】 [0080]

【0081】 [0081]

【0082】[0082]

【発明の効果】以上説明したように、本発明固体レーザ
用置換型ガーネット結晶材料は、0.98〜1.04μ
m波長帯において100mW以下の低いしきい値で発振
するため、実用に供することができるという利点があ
る。また、従来材料と異なり励起光源に安価で高出力な
0.8μm帯で発振する半導体レーザを使用できるた
め、経済的および性能的に利点が大きい。
As described above, the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the present invention is 0.98 to 1.04 μm.
Since it oscillates at a low threshold value of 100 mW or less in the m wavelength band, it has an advantage that it can be put to practical use. Further, unlike the conventional materials, a semiconductor laser that oscillates in the 0.8 μm band that is inexpensive and has a high output can be used as the excitation light source, so that it has great economic and performance advantages.

【0083】なお、本発明の具体的実施例においては、
実験上のまた時間的制約から、材料の組成に関して大幅
な制約を設けたが、これらの組成から大幅に変化するこ
とがなく、かつ結晶成長に問題が生じないものであれ
ば、本発明による効果を生ずる材料については、当然に
それらは本発明の領域に含まれる。
In a specific embodiment of the present invention,
Due to experimental and time constraints, great restrictions were made on the composition of the material. However, as long as there is no significant change from these compositions and no problem occurs in crystal growth, the effect of the present invention Of course, for the materials that give rise to, they are within the scope of the invention.

【0084】また、結晶成長を行なう場合、坩堝材料で
ある白金をはじめとして、積極的には意図しない元素の
混入はある程度避けられないため、それら混入元素が本
質的に本発明の効果に作用しないかぎり、それら混入元
素を含む材料に関しても、同様に本発明の領域に含まれ
る。
In addition, when crystal growth is performed, it is inevitable that some unintended elements such as platinum, which is a crucible material, are not positively mixed, so that these mixed elements do not essentially affect the effect of the present invention. As far as possible, materials containing these mixed elements are also included in the scope of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例1(実施例1−1〜実施例1−15)の
固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ材料と
しての特性を評価した測定系を示す説明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a measurement system for evaluating characteristics of a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of Example 1 (Examples 1-1 to 1-15) as a laser material.

【図2】組成式Y3-X-YNdXLuYAl5-ZGaZ
12(X=0.13,Y=0.80)で表される実施例の
固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料の発振波長とし
きい値とGa濃度Zの関係を示す図。
[2] the composition formula Y 3-XY Nd X Lu Y Al 5-Z Ga Z O
The figure which shows the oscillation wavelength of the substitution type garnet crystal material for solid-state lasers of the Example represented by 12 (X = 0.13, Y = 0.80), the threshold value, and the Ga concentration Z.

【図3】組成式Gd3-X-YNdXLuYAl5-Z-WGaZ
W12(X=0.13,Y=0.80,W=2.0
0)で表される実施例の固体レーザ用置換型ガーネット
結晶材料のレーザ発振波長としきい値とGa濃度Zの関
係を示す図。
FIG. 3 Compositional formula Gd 3-XY Nd X Lu Y Al 5-ZW Ga Z S
c W O 12 (X = 0.13, Y = 0.80, W = 2.0
The figure which shows the laser oscillation wavelength of the substitutional garnet crystal material for solid-state lasers of the Example represented by 0), the threshold value, and Ga concentration Z.

【図4】組成式Y3-X-Y-VLaVNdXLuYAl5-ZGaZ
12(X=0.13,Y=0.80,Z=0.17)で
表される実施例1−5の固体レーザ用置換型ガーネット
結晶材料のレーザ発振波長としきい値とLa濃度Vの関
係を示す図。
[Fig. 4] Composition formula Y 3-XYV La V Nd X Lu Y Al 5-Z Ga Z
The laser oscillation wavelength, threshold value, and La concentration V of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of Example 1-5 represented by O 12 (X = 0.13, Y = 0.80, Z = 0.17) FIG.

【図5】組成式Y3-a-b-cNdaLubCacAl5-d-e
dMge12(a=0.15,b=0.5,c=0.
2,e=0.3)で表される実施例の固体レーザ用置換
型ガーネット結晶材料のレーザ発振波長としきい値とG
a濃度dの関係を示す図。
FIG. 5: Compositional formula Y 3-abc Nd a Lu b Ca c Al 5-de G
a d Mg e O 12 (a = 0.15, b = 0.5, c = 0.
2, e = 0.3), the lasing wavelength, threshold value, and G of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the embodiment
The figure which shows the relationship of a density d.

【図6】組成式Gd3-a-b-cNdaLubCacAl
5-d-e-fGadSceMgf12(a=0.13,b=0.
80,c=0.4,e=2,f=0.4)で表される実
施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ
発振波長としきい値とGa濃度dの関係を示す図。
FIG. 6 is a composition formula Gd 3-abc Nd a Lu b Ca c Al.
5-def Ga d Sc e Mg f O 12 (a = 0.13, b = 0.
80, c = 0.4, e = 2, f = 0.4) showing the relationship between the laser oscillation wavelength, the threshold, and the Ga concentration d of the substitutional garnet crystal material for solid-state laser of the example.

【図7】組成式Y3-a-b-c-vLavNdaLubCacAl
5-d-eGadMge12(a=0.13,b=0.80,
c=0.2,d=1.0,e=0.6)で表される実施
例1−10の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料の
レーザ発振波長としきい値とLa濃度Vの関係を示す
図。
FIG. 7: Composition formula Y 3-abcv La v Nd a Lu b Ca c Al
5-de Ga d Mg e O 12 (a = 0.13, b = 0.80,
c = 0.2, d = 1.0, e = 0.6). The relationship between the laser oscillation wavelength, the threshold, and the La concentration V of the substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of Example 1-10 represented by FIG.

【図8】組成式Y3-X-YNdXYbYAl5-ZGaZ
12(X=0.1,Y=1.0)で表される実施例の固体
レーザ用置換型ガーネット結晶材料のレーザ発振波長と
しきい値とGa濃度Zの関係を示す図。
[8] the composition formula Y 3-XY Nd X Yb Y Al 5-Z Ga Z O
The figure which shows the laser oscillation wavelength of the substitutional garnet crystal material for solid-state lasers of the Example represented by 12 (X = 0.1, Y = 1.0), the threshold value, and Ga concentration Z.

【図9】組成式Gd3-X-YNdXYbYAl5-Z-WGaZ
W12(X=0.13,Y=1.2,W=2.00)
で表される実施例の固体レーザ用置換型ガーネット結晶
材料のレーザ発振波長としきい値とGa濃度Zの関係を
示す図。
FIG. 9: Compositional formula Gd 3-XY Nd X Yb Y Al 5-ZW Ga Z S
c W O 12 (X = 0.13, Y = 1.2, W = 2.00)
The figure which shows the laser oscillation wavelength of the substitutional garnet crystal material for solid-state lasers of the Example represented by, and the relationship of threshold value and Ga concentration Z.

【図10】組成式Y3-X-Y-VLaVNdXYbYAl5-Z
Z12(X=0.13,Y=1.00,Z=0.1
7)で表される実施例1−15の固体レーザ用置換型ガ
ーネット結晶材料のレーザ発振波長としきい値とLa濃
度Vの関係を示す図。
FIG. 10: Composition formula Y 3-XYV La V Nd X Yb Y Al 5-Z G
a Z O 12 (X = 0.13, Y = 1.00, Z = 0.1
7] A diagram showing the relationship between the laser oscillation wavelength, the threshold value, and the La concentration V of the substitutional garnet crystal material for a solid-state laser of Example 1-15 represented by 7).

【図11】レーザ用ガーネット結晶材料でできたコアを
有する光導波路の斜視図。
FIG. 11 is a perspective view of an optical waveguide having a core made of a garnet crystal material for laser.

【図12】固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料でで
きたコアを有する光導波路の導波路型レーザとしての特
性を評価した測定系を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a measurement system for evaluating the characteristics of an optical waveguide having a core made of a substitutional garnet crystal material for a solid-state laser as a waveguide type laser.

【図13】プラセオジムのエネルギーダイアグラムを示
した図。
FIG. 13 is a diagram showing an energy diagram of praseodymium.

【図14】Ga濃度Zとレーザ発振波長および発振しき
い値との関係を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a Ga concentration Z, a laser oscillation wavelength, and an oscillation threshold value.

【図15】Ga濃度Zとレーザ発振波長および発振しき
い値との関係を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between a Ga concentration Z, a laser oscillation wavelength, and an oscillation threshold value.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザ 2 レンズ 3 励起光 4 固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料より
なる円盤 5 出射光 6 光スペクトラムアナライザ 7 光ファイバ 8 置換型ガーネット結晶材料よりなるコアを有
する光導波路 9 基板 10 コア 11 クラッド 12 光の入出射端
1 semiconductor laser 2 lens 3 excitation light 4 disk made of substitutional garnet crystal material for solid-state laser 5 emission light 6 optical spectrum analyzer 7 optical fiber 8 optical waveguide having core made of substitutional garnet crystal material 9 substrate 10 core 11 clad 12 Light entrance / exit end

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 誠 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 大石 泰丈 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 清水 誠 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 須藤 昭一 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Makoto Yamada 1-1-6 Uchisaiwai-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) In-house Yasushi Oishi 1-1-6 Uchiyuki-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Makoto Shimizu 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Shoichi Sudo 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式がR3512で示され、Rがイット
リウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビ
ウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリ
ウム、イッテルビウム、ルテチウム、ビスマスの中から
選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わせたものから
なり、Aがアルミニウム、スカンジウム、ガリウムの中
から選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わせたもの
からなる置換型ガーネット結晶において、少なくともネ
オジム、ルテチウム、ガリウムをその構成元素として含
むことを特徴とする固体レーザ用置換型ガーネット結晶
材料。
1. A general formula is represented by R 3 A 5 O 12 , wherein R is yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, Substitutional garnet consisting of any combination of one or more elements selected from bismuth, and A consisting of any combination of one or more elements selected from aluminum, scandium and gallium A substitutional garnet crystal material for a solid-state laser, wherein the crystal contains at least neodymium, lutetium, and gallium as its constituent elements.
【請求項2】一般式がR3512で示され、Rがイット
リウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビ
ウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリ
ウム、イッテルビウム、ルテチウム、ビスマスの中から
選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わせたものから
なり、Aがアルミニウム、スカンジウム、ガリウムの中
から選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わせたもの
からなる置換型ガーネット結晶において、少なくともネ
オジム、ルテチウムをその構成元素として含むことを特
徴とする固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料。
2. A general formula is represented by R 3 A 5 O 12 , wherein R is yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, Substitutional garnet consisting of any combination of one or more elements selected from bismuth, and A consisting of any combination of one or more elements selected from aluminum, scandium and gallium A substitutional garnet crystal material for a solid-state laser, characterized in that the crystal contains at least neodymium and lutetium as its constituent elements.
【請求項3】ネオジムの占有率は希土類元素全体の1%
以上であり、ルテチウムの占有率は希土類元素全体の3
0%以下であることを特徴とする請求項1または2記載
の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料。
3. Occupancy rate of neodymium is 1% of all rare earth elements.
The above is the occupancy rate of lutetium to 3 of all rare earth elements.
The substitution type garnet crystal material for a solid-state laser according to claim 1 or 2, which is 0% or less.
【請求項4】カルシウムおよびマグネシウムのいずれか
あるいは両方を添加したことを特徴とする請求項1から
3記載のいずれかの固体レーザ用置換型ガーネット結晶
材料。
4. The substitutional garnet crystal material for a solid-state laser according to claim 1, wherein one or both of calcium and magnesium are added.
【請求項5】カルシウムおよび/またはマグネシウムの
添加量は、ルテチウムと同量であることを特徴とする請
求項4記載の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料。
5. The substitutional garnet crystal material for a solid-state laser according to claim 4, wherein the added amount of calcium and / or magnesium is the same as that of lutetium.
【請求項6】Rとしてランタン、ガドリニウム、イット
リウムの中から選ばれた1種以上の元素を任意に組み合
わせたことを特徴とする請求項1から5記載のいずれか
の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料。
6. A substitutional garnet crystal for a solid-state laser according to claim 1, wherein one or more elements selected from lanthanum, gadolinium and yttrium are arbitrarily combined as R. material.
【請求項7】一般式がR3512で示され、Rがイット
リウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビ
ウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリ
ウム、イッテルビウム、ルテチウム、ビスマスの中から
選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わせたものから
なり、Aがアルミニウム、スカンジウム、ガリウムの中
から選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わせたもの
からなる置換型ガーネット結晶において、少なくともネ
オジム、イッテルビウム、ガリウムをその構成元素とし
て含むことを特徴とする固体レーザ用置換型ガーネット
結晶材料。
7. A general formula is represented by R 3 A 5 O 12 , wherein R is yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, Substitutional garnet consisting of any combination of one or more elements selected from bismuth, and A consisting of any combination of one or more elements selected from aluminum, scandium and gallium A substitutional garnet crystal material for a solid-state laser, characterized in that the crystal contains at least neodymium, ytterbium, and gallium as its constituent elements.
【請求項8】一般式がR3512で示され、Rがイット
リウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビ
ウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリ
ウム、イッテルビウム、ルテチウム、ビスマスの中から
選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わせたものから
なり、Aがアルミニウム、スカンジウム、ガリウムの中
から選ばれた1種以上の元素を任意に組み合わせたもの
からなる置換型ガーネット結晶において、少なくともネ
オジム、イッテルビウムをその構成元素として含むこと
を特徴とする固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料。
8. A general formula is represented by R 3 A 5 O 12 , wherein R is yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, Substitutional garnet consisting of any combination of one or more elements selected from bismuth, and A consisting of any combination of one or more elements selected from aluminum, scandium and gallium A substitutional garnet crystal material for a solid-state laser, characterized in that the crystal contains at least neodymium and ytterbium as its constituent elements.
【請求項9】ネオジムの占有率は希土類元素全体の1%
以上であり、イッテルビウムの占有率は希土類元素全体
の40%以下であることを特徴とする請求項7または8
記載の固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料。
9. The occupancy rate of neodymium is 1% of all rare earth elements.
It is above, and the occupancy rate of ytterbium is 40% or less of the whole rare earth element, It is characterized by the above-mentioned.
A substitutional garnet crystal material for a solid-state laser according to claim 1.
【請求項10】Rとしてランタン、ガドリニウム、イッ
トリウムの中から選ばれた1種以上の元素を任意に組み
合わせたことを特徴とする請求項7から9記載のいずれ
かの固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料。
10. The substitutional garnet crystal for a solid-state laser according to claim 7, wherein R is an arbitrary combination of one or more elements selected from lanthanum, gadolinium and yttrium. material.
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