JPS6011245A - Glass for laser - Google Patents

Glass for laser

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JPS6011245A
JPS6011245A JP11646183A JP11646183A JPS6011245A JP S6011245 A JPS6011245 A JP S6011245A JP 11646183 A JP11646183 A JP 11646183A JP 11646183 A JP11646183 A JP 11646183A JP S6011245 A JPS6011245 A JP S6011245A
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glass
rare earth
laser
compound
doped
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並河 洋
Kazuo Arai
和雄 荒井
Ken Kumada
熊田 虔
Yoshiro Ishii
芳朗 石井
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Agency of Industrial Science and Technology
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Abstract

PURPOSE:To obtain glass for laser preventing the association of rare earth metallic ions and having a significant effect of improving a long-lived spectrum by doping SiO2 glass with a rare earth metallic oxide and P2O5 and/or Al2O3. CONSTITUTION:A gaseous mixture of a rare earth metallic compound such as NdCl3 with an Si compound such as SiCl4 is mixed with a gaseous P compound such as POCl3 and/or a gaseous Al compound by an amount (mole) >=10 times the amount of the rare earth metallic compound, and they are reacted in an oxidizing plasma flame to cause vitrification. SiO2 glass doped with a rare earth metallic oxide and P2O5 and/or Al2O3 is obtd. as glass for laser.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、5ickガラスに希土類イオンをドープす
ることにより賦活されたレーザ用ガラスに関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a laser glass activated by doping 5ick glass with rare earth ions.

Nd” 、 Yb” 、 Ho轟+、Qd!+などの希
土類イオンをドープしたガラスはレーザ作用を示すこと
が知られている。特にNd”+を含むものは1.06μ
mの光を発振するガラスレーザとして実用化されており
、広く利用されている。この場合、母体ガラスとしては
アルカリ、アルカリ土類酸化物などを含む多成分系のケ
イ酸塩あるいはリン酸塩ガラスが用いらnておシ、特に
リン酸塩系はすぐれた特性を持っている。
Nd”, Yb”, Ho Todoro+, Qd! Glass doped with rare earth ions such as + is known to exhibit laser action. Especially those containing Nd"+ are 1.06μ
It has been put into practical use as a glass laser that oscillates light of m and is widely used. In this case, a multi-component silicate or phosphate glass containing alkali, alkaline earth oxides, etc. is used as the matrix glass, and phosphate glasses in particular have excellent properties. .

しかし、改善されるべきまだ多くの問題点が残されてい
る。その第一は耐熱負荷特性(熱伝導率/熱膨張係数・
ヤング率)が結晶系のものに較べいちぢるしく劣ること
である。このことはガラスレーザが多くの場合、エネル
ギー蓄積型レーザとして荷酷な条件下で使われることを
考慮するならば、かなシ重大な欠点である。
However, there are still many problems that need to be improved. The first is heat load characteristics (thermal conductivity/thermal expansion coefficient/
Young's modulus) is significantly inferior to that of crystalline materials. This is a serious drawback considering that glass lasers are often used as energy storage lasers under harsh conditions.

更に、レーザ応用技術の立場からは短波長発振のガラス
レーザの開発が期待されているが、この場合紫外部の透
明性が悪い多成分系のガラスを母体として用いることが
できず、また従来のガラスレーザは発光効率にも多くの
難点があった。
Furthermore, from the standpoint of laser application technology, the development of glass lasers with short wavelength oscillation is expected, but in this case, multi-component glasses with poor transparency in the ultraviolet region cannot be used as a matrix, and conventional Glass lasers also had many drawbacks in terms of luminous efficiency.

一方、Sin、ガラスは熱膨張係数がもつとも小さく、
紫外部透明性がもつともすぐれた物質として知られてい
る。また多成分系ガラスと較べた場合、機緘的強度、耐
熱性、化学的耐久性が特にすぐれており、また熱伝導率
は高く、屈折率は低い。これらはすべてガラスレーザの
母体として望ましい性質でおる。したがって、もしこの
5in2ガラスが希土類イオンで賦活できるならば、耐
熱負荷特性が桁違いにすぐれた、しかもこれまでのもの
にない特長をもった新しいガラスレーザが開発されるこ
とが期待される。
On the other hand, Sin and glass have small coefficients of thermal expansion;
It is known as a substance with excellent ultraviolet transparency. Furthermore, when compared with multicomponent glass, it has particularly excellent mechanical strength, heat resistance, and chemical durability, and also has high thermal conductivity and low refractive index. All of these properties are desirable for the base material of a glass laser. Therefore, if this 5in2 glass can be activated with rare earth ions, it is expected that a new glass laser will be developed that has an order of magnitude better heat load resistance and features that have never existed before.

しかしながらSjO,に希土類イオンをドープして新し
いレーザガラスを開発するためには、解決すべきいくつ
かの問題が存在している。
However, there are several problems that need to be solved in order to develop a new laser glass by doping SjO with rare earth ions.

その第1はsio、の融点が1720℃と極めて高いた
め、従来の融液急冷法では希土類イオンを均一にドープ
した高品質のガラスを得ることができないことである。
The first is that because the melting point of sio is extremely high at 1720° C., it is impossible to obtain high-quality glass uniformly doped with rare earth ions using the conventional melt quenching method.

しかし、この問題はプラズマトーチCVD法を応用した
新しいガラス合成法を、本願発明者等が開発することに
より解決されている(特許出願中)。
However, this problem has been solved by the inventors of the present application developing a new glass synthesis method applying the plasma torch CVD method (patent pending).

しかし、他に希土類イオンをドープしたSin。However, Sin doped with other rare earth ions.

ガラスをレーザガラスとして用いるためには発光特性の
立場からの問題が残されている。
In order to use glass as a laser glass, problems remain from the viewpoint of light emission characteristics.

即ち、一般に希土類イオンをドープして良好なレーザ物
質になるか否かを決める条件はいろいろあるが、最も基
本的には(α)希土類イオンが均一に分散されているこ
と。会合を起していると濃度消光により螢光寿命が短か
くなってしまうため、レーザ作用に寄与できない。(b
)レーザ作用に使う波長域の発光スペクトルの強度が大
きく、シかも幅ができるだけ狭いこと、などを挙げるこ
とができる。
That is, although there are generally various conditions for determining whether or not a good laser material can be obtained by doping with rare earth ions, the most basic condition is (α) that the rare earth ions are uniformly dispersed. If they are associated, the lifetime of the fluorescence will be shortened due to concentration quenching, and therefore they will not be able to contribute to the laser action. (b
) The intensity of the emission spectrum in the wavelength range used for laser action is high, and the width of the wavelength range is as narrow as possible.

ところが、希土類酸化物と5in2の2成分系には大き
な不混和域が存在し、この影響でドープされた希土類イ
オンの一部はミクロに会合を起してしまう。したがって
これ等の希土類イオンは濃度消光により螢光寿命が極端
に短かくなシ、レーザ作用に寄与しない。
However, there is a large immiscible region between the rare earth oxide and the 5in2 binary system, and due to this influence, some of the doped rare earth ions cause microscopic association. Therefore, these rare earth ions do not have an extremely short fluorescence lifetime due to concentration quenching and do not contribute to the laser action.

更に会合せずに残った希土類イオンも、螢光寿命は長く
、シたがってレーザ作用に寄与できても、一般に発光強
度が弱く、またスペクトル幅も広いため、レーザ作用に
有効な発光特性を示さない。
Furthermore, even though the rare earth ions that remain unassociated have long fluorescence lifetimes and can therefore contribute to laser action, they generally have weak emission intensity and a wide spectrum width, so they do not exhibit emission characteristics that are effective for laser action. do not have.

これは希土類イオンのイオン半径(1,1X程度)とS
i4+イオンのイオン半径(o、59X) との差が余
りに大きく、構造的不整合を起こしているためと推定さ
れ、シタがってSin、に希土類イオンをドープしfc
だけでは良いガラスレーザにはなり得ない(Jap、 
J、Appl、 Letters投稿中)。
This is the ionic radius of the rare earth ion (about 1.1X) and S
It is presumed that this is because the difference with the ionic radius (o, 59X) of the i4+ ion is too large, causing a structural mismatch.
alone cannot make a good glass laser (Jap,
J, Appl, Letters are being submitted).

この発明は、上記実情に鑑み5i02系ガラス中に希土
類イオンを均一に分散させたレーザ用ガラスを開発する
目的で鋭意研究の結果、希土類酸化物にP2O6、Al
tOnの1種又は2釉を組合せてSin、にドープする
ことにより、Sin、ガラスのレーザ母体としての特質
を大きく変えることなく、上記希土類の会合性、構造的
不整合を一挙に解決して所期のレーザ用ガラスが得ら肛
ることを見出したものである。
In view of the above circumstances, this invention was developed as a result of intensive research aimed at developing a laser glass in which rare earth ions are uniformly dispersed in 5i02 glass.
By doping Sin with one or a combination of tOn glazes, the associativity and structural mismatch of the rare earths mentioned above can be solved at once without significantly changing the properties of Sin and glass as laser base materials. It was discovered that glass for lasers could be obtained in the early 1990s.

この発明に係るレーザ用ガラスは、希土類酸化物にPz
Oll、 Altonを組合せて5iO1にドープして
なるものであるが、この製造は、例えば希土類化合物と
Si化合物の混合ガス中に、更に公知の方法でP化合物
ガス、Al化合物ガスの1種又は2種を混合し、とfら
の混合ガスを酸化プラズマ炎で反応させてガラス化する
ものである。
The laser glass according to the present invention contains Pz as a rare earth oxide.
It is made by doping 5iO1 with a combination of Oll and Alton, and this production is carried out by, for example, adding one or both of P compound gas and Al compound gas to a mixed gas of a rare earth compound and a Si compound using a known method. This involves mixing seeds and reacting the mixed gas with oxidizing plasma flame to vitrify it.

これをNd、O,にP2O,を組合せて5iftにドー
プする例について説明すると、NdC15+ 5sCk
混合ガスに、更に公知の方法でPOCらを混合し、この
混合ガスを酸化プラズマ炎で反応させてガラス化する。
To explain an example in which Nd, O, and P2O are combined and doped to 5ift, NdC15+ 5sCk
The mixed gas is further mixed with POC and the like by a known method, and this mixed gas is reacted with an oxidizing plasma flame to vitrify it.

この場合希土類酸化物に約10倍量のP2O,を組合せ
てSin、にドープすると、希土類イオンの会合を防ぎ
、長寿命スペクトルの改良効果が出始めるので、モル比
で希土類酸化物の10倍以上のPtOsを加えてドープ
することが好ましい。
In this case, if the rare earth oxide is combined with about 10 times the amount of P2O and doped with Sin, the association of rare earth ions will be prevented and the effect of improving the long-life spectrum will begin to appear, so the molar ratio will be more than 10 times that of the rare earth oxide. It is preferable to add and dope PtOs.

次に、SiO2ガラスにNd、Onだけをドープした時
の発光スペクトル(第1図)とNthOsとP、0.を
組合せてドープした時のおよびNtb OsとAlto
sを組合せてドープした時のSi Oxガラスの発光ス
ペクトル(第2図、第5図)との比較においてこの発明
の詳細な説明すると、 第1図において、点線/、コはドープされたNd3+イ
オンのうち、会合を起しているものから起る発光スペク
トルである。濃度消光により約0.35μs と言う極
めて短かい螢光寿命を持つため、この発光は全くレーザ
として利用できない。
Next, we will show the emission spectrum (Figure 1) when SiO2 glass is doped with only Nd and On, and the emission spectrum of NthOs, P, 0. When doped in combination with Ntb Os and Alto
The present invention will be explained in detail in comparison with the emission spectrum of SiOx glass when doped in combination with s (Figs. 2 and 5). In Fig. 1, the dotted lines /, This is the emission spectrum generated from those that are associated. This emission cannot be used as a laser at all because it has an extremely short fluorescence lifetime of about 0.35 μs due to concentration quenching.

実線3.’Iは会合を起していないNd”+イオンから
もたらされる発光スペクトルで約450μsの長い寿命
を持つ。したがってこの発光によってレーザ作用を起さ
せることは一応可能である。しかし、一般にNd3+で
賦活されたレーザは4単位レーザとして動作させられて
おり、この場合重要なのはダの’F4/2→’11i/
2遷移の発光である。
Solid line 3. 'I is an emission spectrum resulting from unassociated Nd''+ ions and has a long lifetime of about 450 μs. Therefore, it is possible to cause a laser action by this emission. However, in general, it is activated by Nd3+. The laser is operated as a 4-unit laser, and in this case, the important thing is 'F4/2→'11i/
This is two-transition light emission.

しかし、この発光りは、第1図より明らかなように3の
4FV24工≠遷移の発光に較べて極めて弱い。さらに
全般に発光スペクトルの幅は広い。これ等のことはいず
れもレーザ作用をさせるために好ましくない性質である
However, as is clear from FIG. 1, this light emission is extremely weak compared to the light emission in the 4FV24≠ transition of 3. Furthermore, the width of the emission spectrum is generally wide. All of these are undesirable properties for laser action.

以上のように、5iOtガラスにNd*08だけをドー
プした場合には、ドープしたNd”+イオンの一部しか
レーザ作用に寄与せず、しかもその発光効率は悪いと言
うことになる。
As described above, when 5iOt glass is doped with only Nd*08, only a part of the doped Nd''+ ions contributes to the laser action, and moreover, the luminous efficiency is poor.

ところが、この発明のようにNd、O,とP2O,ある
いはAl、0.を組合せてSiO*ガラスにドープした
場合、その発光スペクトルは第2図、第6図より明らか
なように、短寿命の発光スペクトルは観察されず、約5
50μsの長寿命のスペクトルよ、6、又は?、ffだ
けが観察さ几ている。しかも第2図の場合には乙の4F
3/2 J11/2遷移の発光かSの′陶’I9/2遷
移の発光に較べてずつと強くなっており、またスペクト
ルの幅は全体に狭くなっている。即ちこの効果はP2O
,を組合せてドープした場合、特に顕蓄である。この様
にNtbOsとP、0.あるいはAj、O,を組合せて
ドープすることによシ、Nd”+イオンの会合を防ぎ、
しかもレーザ作用に有利な発光スペクトルを示すように
なる。
However, as in this invention, Nd, O, and P2O, or Al, 0. When SiO* glass is doped with a combination of
A long-lived spectrum of 50 μs, 6, or? , ff are the only ones observed. Moreover, in the case of Figure 2, the 4th floor of Party B
The emission is gradually stronger than that of the 3/2 J11/2 transition or the S'I9/2 transition, and the spectrum width is narrower overall. That is, this effect is P2O
, is particularly noticeable when doped in combination. In this way, NtbOs and P, 0. Alternatively, by doping with a combination of Aj and O, the association of Nd''+ ions is prevented,
Moreover, it exhibits an emission spectrum that is advantageous for laser action.

第4図は0.05モル%NtitO,にP2O,を組合
せてドープした時の、短寿命スペクトルの強度ワおよび
長寿命スペクトルの4FV2’ 111/!/ ’Fy
2−4■η 強度比lOJ Plow量との関係を示し
たものである。これによれば、P、0.0.5モルチ、
つまりNd、O,に約10倍量のProsを組合せてト
°−ブしただけで、NdB+イオンの会合を防ぎ、長寿
命スペクトルの改良に効果が出始めることがわ一2=る
Figure 4 shows the intensity of the short-lived spectrum and the long-lived spectrum of 4FV2' 111/! when doped with a combination of 0.05 mol% NtitO and P2O. / 'Fy
2-4■η The relationship between the intensity ratio lOJ and the amount of Plow is shown. According to this, P, 0.0.5 molti,
In other words, simply by combining Nd, O, and about 10 times the amount of Pros and heating it, it is possible to prevent the association of NdB+ ions and begin to have an effect on improving the long-life spectrum.

一般にガラスレーザには0.5〜0.5モルチのNtb
Osがドープされている。
Generally, glass lasers have 0.5 to 0.5 molt of Ntb.
It is doped with Os.

したがって6〜5モルチ以上のP2O,を組合せる必要
がおる。この程度のP晶の導入によって、例えばSiO
xの軟化点は100〜150℃下る。し75為しそれで
もそれは従来の多成分系ガラスに較べて500℃以上高
い。
Therefore, it is necessary to combine 6 to 5 mol of P2O or more. By introducing this amount of P crystal, for example, SiO
The softening point of x is lowered by 100 to 150°C. However, it is still more than 500°C higher than conventional multi-component glasses.

以上要するに、この発明によれば少量のhosあるいは
A l *Ox を組合せてドープすることにより、5
iftガラスに希土類をドープすることによって起る問
題は一挙に解決することができる。
In summary, according to the present invention, by doping a small amount of hos or A l *Ox in combination,
The problems caused by doping IFT glass with rare earth elements can be solved all at once.

この結果、5iftガラスのレーザ母体としての特質を
生かした、新しい特性を持った希土類賦活ガラスレーザ
の開発が可能になる。
As a result, it becomes possible to develop a rare earth-activated glass laser with new characteristics that takes advantage of the characteristics of 5ift glass as a laser matrix.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は5iftガラスにNdxOsだけをト“−ブし
た時の発光スペクトル図、第2図、第5図はそれぞれ本
発明によるNd2O5とP2O6あるいはAlto3を
組合せてドープした5iOtガラスの発光スペクトル図
、第4図はNdxOsのドープ量0.05モルチに対し
て加えられるP2O6のドープ量と短寿命スペクトルの
強度り及び’F3./!−’ I 11/2/ ’F3
/2−4IV2の長寿命スペクトルの強度比10の関係
曲線図である。 1−”− 図中、l、2.7の点線は短寿命スペク糾、ル、3 、
9 、 j 、 A、、 7 、 gの実線は長寿命ス
ドクトル。 指定代理人 工業技術院 が逅禦紹(1’り
Figure 1 is an emission spectrum diagram when 5ift glass is irradiated with only NdxOs, Figures 2 and 5 are emission spectrum diagrams of 5iOt glass doped with a combination of Nd2O5 and P2O6 or Alto3 according to the present invention, respectively. Figure 4 shows the doping amount of P2O6 added to the NdxOs doping amount of 0.05 molty, the intensity of the short-life spectrum, and 'F3./!-' I 11/2/ 'F3.
It is a relationship curve diagram of the intensity ratio of 10 of the long-life spectrum of /2-4IV2. 1-”- In the figure, the dotted line at 2.7 indicates the short life spec.
The solid lines for 9, j, A,, 7, and g are long-life sudoctors. Designated agent: Agency of Industrial Science and Technology

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) 5iftガラスに希土類酸化物とP宜Os 、
 Aboxの1種、又は2種とを組合せてドープしたこ
とを特徴とするレーザ用ガラス。
(1) Rare earth oxide and POs on 5ift glass,
A laser glass characterized by being doped with one type or a combination of two types of Abox.
(2)希土類酸化物と、モル比でその希土類酸化物の1
0倍以上のPIOIとを組合せてドープする特許請求の
範囲第1項記載のレーザ用ガラス。
(2) Rare earth oxide and the molar ratio of the rare earth oxide to 1
The laser glass according to claim 1, which is doped in combination with 0 times or more PIOI.
JP11646183A 1983-06-28 1983-06-28 Glass for laser Granted JPS6011245A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6476933A (en) * 1986-10-16 1989-03-23 Seiko Epson Corp Doped quartz glass and its production
JP2010533634A (en) * 2007-07-16 2010-10-28 コラクティヴ ハイ−テック インコーポレイティド Light emitting device with phosphosilicate glass

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5262365A (en) * 1990-02-05 1993-11-16 The Furukawa Electric Co., Ltd. Quartz glass doped with rare earth element and production thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6476933A (en) * 1986-10-16 1989-03-23 Seiko Epson Corp Doped quartz glass and its production
JP2010533634A (en) * 2007-07-16 2010-10-28 コラクティヴ ハイ−テック インコーポレイティド Light emitting device with phosphosilicate glass

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