JPS61240692A - フオルステライト固体レ−ザホスト - Google Patents
フオルステライト固体レ−ザホストInfo
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- JPS61240692A JPS61240692A JP8139785A JP8139785A JPS61240692A JP S61240692 A JPS61240692 A JP S61240692A JP 8139785 A JP8139785 A JP 8139785A JP 8139785 A JP8139785 A JP 8139785A JP S61240692 A JPS61240692 A JP S61240692A
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- Japan
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- forsterite
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- chromium
- solid
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/16—Solid materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
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-
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- H01S3/16—Solid materials
- H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
- H01S3/1655—Solid materials characterised by a crystal matrix silicate
- H01S3/1658—Mg2SiO4 (Forsterite)
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は発光イオンを含有したフォルステライト固体レ
ーザホストに関する。
ーザホストに関する。
（従来技術）
３価のクロムイオンを含有したクリソベリル（アレキサ
ンドライト； Ｃｒ” ＋ Ｂｅ Ａ）２０４）が新し
いレーザ結晶として注目されている。クリソベリルレー
ザは可視光レーザとしてはすでに実用化されているが、
出力波長が可変という特徴を持っているため、既存の特
定発振波長ホスト、例えば３価のネオジムをドープした
イツトリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）に
比べ、新しい応用面を開拓するものと期待されている。
ンドライト； Ｃｒ” ＋ Ｂｅ Ａ）２０４）が新し
いレーザ結晶として注目されている。クリソベリルレー
ザは可視光レーザとしてはすでに実用化されているが、
出力波長が可変という特徴を持っているため、既存の特
定発振波長ホスト、例えば３価のネオジムをドープした
イツトリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）に
比べ、新しい応用面を開拓するものと期待されている。
このような波長選択性を有する波長可変固体レーザホス
トとしては、３価のクロムをドープしたガドリニウム・
スカンジウム・ガリウム・ガーネット（ＧＳＧＧ）が知
られており、研究が進んでいる。
トとしては、３価のクロムをドープしたガドリニウム・
スカンジウム・ガリウム・ガーネット（ＧＳＧＧ）が知
られており、研究が進んでいる。
これら２種類の波長可変固体レーザホストからの出力光
のチューニング可能な波長範囲は、前記クリソベリルに
おいては、７０１〜８１８ ｎｍ 、またガドリニウム
・スカンジウム・ガリウム・ガーネットにおいては、７
４２〜８４２ ｎｍであると報告されている。
のチューニング可能な波長範囲は、前記クリソベリルに
おいては、７０１〜８１８ ｎｍ 、またガドリニウム
・スカンジウム・ガリウム・ガーネットにおいては、７
４２〜８４２ ｎｍであると報告されている。
ところで、出力レーザ光の強度は、このような固体レー
ザホストにおいては、発振中心波長、例えばクリソベリ
ルでは、７５０〜７６０ ｎｍを中心に短波長側、長波
長側の両端に向って弱くなる。実際工業的に実用である
といわれる波長可変範囲は、クリソベリルにおいては、
７３０〜７８０ ｎｍ程度であると言われている。
ザホストにおいては、発振中心波長、例えばクリソベリ
ルでは、７５０〜７６０ ｎｍを中心に短波長側、長波
長側の両端に向って弱くなる。実際工業的に実用である
といわれる波長可変範囲は、クリソベリルにおいては、
７３０〜７８０ ｎｍ程度であると言われている。
（発明が解決しようとする問題点〉
このような背景から固体レーザホストの可変波長範囲を
広域化する固体レーザホストの出現が望まれている。
広域化する固体レーザホストの出現が望まれている。
（発明の目的）
本発明の目的は、かかる要求からなされたもので、波長
可変固体レーザホストの新しい波長域を有する固体レー
ザホストを提供することにあり、特に前記の３価のクロ
ムをドーピングしたガドリニウム・スカンジウム・ガリ
ウム・ガーネットと、３価のネオジムを発光イオンとす
るイツトリウム・アルミニウム・ガーネットの出力波長
の中間領域である８５０〜９５０ ｎｍ付近での波長選
択性を有する新しい固体レーザホストを提供することに
ある。
可変固体レーザホストの新しい波長域を有する固体レー
ザホストを提供することにあり、特に前記の３価のクロ
ムをドーピングしたガドリニウム・スカンジウム・ガリ
ウム・ガーネットと、３価のネオジムを発光イオンとす
るイツトリウム・アルミニウム・ガーネットの出力波長
の中間領域である８５０〜９５０ ｎｍ付近での波長選
択性を有する新しい固体レーザホストを提供することに
ある。
（問題点を解決するための手段および作用）本発明のこ
の目的はフォルステライトに３価のクロムをドープする
ことによって達成される。
の目的はフォルステライトに３価のクロムをドープする
ことによって達成される。
すなわち本発明は、発光イオンとして、３価のクロムを
含有するフォルステライト固体レーザホストにある。
含有するフォルステライト固体レーザホストにある。
フォルステライト（Ｍ（１２Ｓｉ Ｏ４）は地球マント
ル部の主要構成物質の一つであり、ファイアライト（Ｆ
ｅ ２ Ｓｉ ０４ ）とオリピンと呼ばれる連続的な
固溶体組成を持つことで、鉱物学の立場から良く研究さ
れてきた。またこのような立場から各種単結晶が育成さ
れ物性研究も行なわれている。
ル部の主要構成物質の一つであり、ファイアライト（Ｆ
ｅ ２ Ｓｉ ０４ ）とオリピンと呼ばれる連続的な
固溶体組成を持つことで、鉱物学の立場から良く研究さ
れてきた。またこのような立場から各種単結晶が育成さ
れ物性研究も行なわれている。
このフォルステライトの結晶構造はクリソベリル型（あ
るいはオリビン型）であり、結晶の基本的な対称性はク
リソベリルと同じである。
るいはオリビン型）であり、結晶の基本的な対称性はク
リソベリルと同じである。
３価のクロムを発光イオンどして添加する場合、このフ
ォルステライトにおいて、どのようなイオンと置換する
か、その結果、３価のクロムイオンがどのような配位子
環を有するかの検討が必要である。
ォルステライトにおいて、どのようなイオンと置換する
か、その結果、３価のクロムイオンがどのような配位子
環を有するかの検討が必要である。
クリソベリルにおいては、アルミニウムイオンをクロム
イオンが置換する。この場合、アルミニウムイオンはや
や歪んだ酸素イオンの作る八面体の中にあり、このイオ
ンと置換したクロムイオンと六配位を有するものと理解
される。このクリソベリルにおいては、アルミニウムイ
オンの安定な価数は３価であることから、３＃Ｊのクロ
ムと置換することが簡単に理解できるが、フォルステラ
イトにおいては、クロムイオンが置換するとされている
マグネシウムイオンが２価で安定であることから事情は
やや異なる。フォルステライト結晶において、マグネシ
ウムイオンは歪んだ酸素イオンの作る八面体中にある。
イオンが置換する。この場合、アルミニウムイオンはや
や歪んだ酸素イオンの作る八面体の中にあり、このイオ
ンと置換したクロムイオンと六配位を有するものと理解
される。このクリソベリルにおいては、アルミニウムイ
オンの安定な価数は３価であることから、３＃Ｊのクロ
ムと置換することが簡単に理解できるが、フォルステラ
イトにおいては、クロムイオンが置換するとされている
マグネシウムイオンが２価で安定であることから事情は
やや異なる。フォルステライト結晶において、マグネシ
ウムイオンは歪んだ酸素イオンの作る八面体中にある。
この歪みはクリソベリルのそれに比べ大きいものと考え
られ、また、２価であると考えられるマグネシウムイオ
ンサイトに安定的に３価のクロムが置換でき得るがどう
がという問題がある。しかし、電子常磁性共ｐＵ吸収法
を用いた、クロムイオンをドープしたフォルステライト
結晶の解析の結果によると、フォルステライト中に含有
されたクロムイオンは、マグネシウムイオンと置換して
おり、また、クロムイオンは３価（（ｄＭ）状態で存在
することが判明している。これらのことから、クロムイ
オンを含有するフォルステライトからは、３価のクロム
イオンによる吸収、発光現象がおこり得ることが期待で
きる。
られ、また、２価であると考えられるマグネシウムイオ
ンサイトに安定的に３価のクロムが置換でき得るがどう
がという問題がある。しかし、電子常磁性共ｐＵ吸収法
を用いた、クロムイオンをドープしたフォルステライト
結晶の解析の結果によると、フォルステライト中に含有
されたクロムイオンは、マグネシウムイオンと置換して
おり、また、クロムイオンは３価（（ｄＭ）状態で存在
することが判明している。これらのことから、クロムイ
オンを含有するフォルステライトからは、３価のクロム
イオンによる吸収、発光現象がおこり得ることが期待で
きる。
本発明においては、例えば高周波加熱型チョクラルスキ
ー単結晶育成炉により、３価のクロムイオンを含有する
フォルステライト単結晶を育成する。育成条件の選択に
より、バブル等の包含物が無く結晶内にほぼ均一にクロ
ムが含有される単結晶を製造することができる。この結
晶においては、柱状の結晶の中心部に、コアという他の
部分とクロム濃度の異なる部分が存在する。これは、伯
の部分と成長様式が異なるためと考えられる。
ー単結晶育成炉により、３価のクロムイオンを含有する
フォルステライト単結晶を育成する。育成条件の選択に
より、バブル等の包含物が無く結晶内にほぼ均一にクロ
ムが含有される単結晶を製造することができる。この結
晶においては、柱状の結晶の中心部に、コアという他の
部分とクロム濃度の異なる部分が存在する。これは、伯
の部分と成長様式が異なるためと考えられる。
本発明の７オルステライト固体レーザホストにおいては
、その結晶内に３ｇｆｉのクロムイオンが０．００５〜
３．０重量％、好ましくは０．０５〜１．０重量％の濃
度を有することが望ましい。また、０．０５重昂％以下
では螢光が小さく、実用的に耐えられず、３．０重量％
以上では均質な結晶育成が困難である。
、その結晶内に３ｇｆｉのクロムイオンが０．００５〜
３．０重量％、好ましくは０．０５〜１．０重量％の濃
度を有することが望ましい。また、０．０５重昂％以下
では螢光が小さく、実用的に耐えられず、３．０重量％
以上では均質な結晶育成が困難である。
本発明のフォルステライト固体レーザホストにより、レ
ーザ発振を行なうためには、Ｑ−スウィッチＹＡＧレー
ザ、クリプトンレーザ、アルゴンレーザ、キセノンフラ
ッシュランプ、クリプトンランプ等が考えられる。これ
らの励起法のうち、Ｑ−スウィッチＹＡＧレーザ、キセ
ノンフラッシュランプによる励起は、高い尖頭値を持つ
パルス発振に適しており、また、クリプトンレーザ、ア
ルゴンレーザ、クリプトンランプによる励起は平均出力
が高いＣＷ発振に適している。
ーザ発振を行なうためには、Ｑ−スウィッチＹＡＧレー
ザ、クリプトンレーザ、アルゴンレーザ、キセノンフラ
ッシュランプ、クリプトンランプ等が考えられる。これ
らの励起法のうち、Ｑ−スウィッチＹＡＧレーザ、キセ
ノンフラッシュランプによる励起は、高い尖頭値を持つ
パルス発振に適しており、また、クリプトンレーザ、ア
ルゴンレーザ、クリプトンランプによる励起は平均出力
が高いＣＷ発振に適している。
いずれの励起法を採るにせよ、９００ ｎｍの波長を中
心にした今までになかった領域でのレーザ出力が期待で
きる。
心にした今までになかった領域でのレーザ出力が期待で
きる。
（実施例）
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
実 施 例
３価のクロムを含有したフォルステライトを以下の方法
で製造した。ここにおいて用いた使用装置は、高周波加
熱型チョクラルスキー類であり、るつぼとして内径４７
Ｍのイリジウムるつぼを用いた。
で製造した。ここにおいて用いた使用装置は、高周波加
熱型チョクラルスキー類であり、るつぼとして内径４７
Ｍのイリジウムるつぼを用いた。
原料の純度とモル比は、第１表に示す通りである。
第 １ 表
混合比で特記すべきことは、二酸化ケイ素のモル比が理
論値より多い点であり、これは結晶の製造が長期間にわ
たるため、二酸化ケイ素の蒸発を考慮したものである。
論値より多い点であり、これは結晶の製造が長期間にわ
たるため、二酸化ケイ素の蒸発を考慮したものである。
チョクラルスキー類においては、種結晶（Ｃ軸が長手方
向のもの）を７オルステライトの融液に、種結晶と融液
の温度差をできるかぎり少なくした上で接触させ、その
後０．８間〜３ｍｍ／ｈｒの速度で種結晶をゆっくり引
きあげた。なお、種結晶の回転数は４０ ｒｐｍであっ
た。
向のもの）を７オルステライトの融液に、種結晶と融液
の温度差をできるかぎり少なくした上で接触させ、その
後０．８間〜３ｍｍ／ｈｒの速度で種結晶をゆっくり引
きあげた。なお、種結晶の回転数は４０ ｒｐｍであっ
た。
この結果、径２０ｍｍ、長さ７０．の均質な３価のクロ
ムイオンを０．５ｆｆｉｆ？ｔ％含有するフォルステラ
イト結晶を得ることができた。ＳｉＯ２の昇華を抑える
ため、加圧型のチョクラルスキー類を用いることは、よ
り望ましいが、常圧でも充分実用に耐えうろことが判明
した。
ムイオンを０．５ｆｆｉｆ？ｔ％含有するフォルステラ
イト結晶を得ることができた。ＳｉＯ２の昇華を抑える
ため、加圧型のチョクラルスキー類を用いることは、よ
り望ましいが、常圧でも充分実用に耐えうろことが判明
した。
このようにして得られた育成結晶からコア部を含まない
ように、立方体を切り出し、アルゴンイオンレーザ、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザにより、励起し、蛍光スペクトルを調べ
た。
ように、立方体を切り出し、アルゴンイオンレーザ、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザにより、励起し、蛍光スペクトルを調べ
た。
第１図はＨｅ−Ｊｌｅレーザ（波長６３３ ｎｍ ）で
励起した時の発光スペクトルである。発光はこの結晶の
０面（ｐｍｎｂで結晶軸をとった場合、以下同じ）より
観察し、励起するＨｅ−Ｎｅレーザの電界方向と発光の
電界方向は共にａ軸と平行である。なお、第１図の縦軸
は発光強度、横軸は発光波長を示す。
励起した時の発光スペクトルである。発光はこの結晶の
０面（ｐｍｎｂで結晶軸をとった場合、以下同じ）より
観察し、励起するＨｅ−Ｎｅレーザの電界方向と発光の
電界方向は共にａ軸と平行である。なお、第１図の縦軸
は発光強度、横軸は発光波長を示す。
また、第２図はＱ−スウィッチＹＡＧレーザの第２高周
波（波長５３２ ｎｍ）で励起した時の発光スペクトル
であり、測定配置は第１図のものと同じである。
波（波長５３２ ｎｍ）で励起した時の発光スペクトル
であり、測定配置は第１図のものと同じである。
第１図、第２図で示されるように、７５０〜１１０００
ｎ付近で強い発光が観測される。このことから従来得ら
れなかった８５０〜９５０ ｎｍ領域での波長選択性を
有するレーザ出力が期待できる。
ｎ付近で強い発光が観測される。このことから従来得ら
れなかった８５０〜９５０ ｎｍ領域での波長選択性を
有するレーザ出力が期待できる。
そこで光学的に均質性が確かめられた単結晶棒から、５
Ｘ ５Ｘ ５ｍｍ角のサンプルを切り出し、立方体の両
側に誘電体多層膜により全反射ミラーを配置して、レー
ザ共振器を構成し、前記Ｑ−スウィッチＹＡＧレーザの
第２高周波で励起を行ったところ、強い発光が８５０〜
９５０ ｎｍ付近で観測できた。
Ｘ ５Ｘ ５ｍｍ角のサンプルを切り出し、立方体の両
側に誘電体多層膜により全反射ミラーを配置して、レー
ザ共振器を構成し、前記Ｑ−スウィッチＹＡＧレーザの
第２高周波で励起を行ったところ、強い発光が８５０〜
９５０ ｎｍ付近で観測できた。
（発明の効果）
以上説明のごとく、発光イオンとして、３価のクロムを
含有する本発明のフォルステライト固体レーザボストは
新しい波長域での選択性を有し、特に前記の３価のクロ
ムをドーピングしたガドリニウム・スカンジウム・ガリ
ウム・ガーネットと、３価のネオジムを発光イオンとす
るイツトリウム・アルミニウム・ガーネットの出力波長
の中間領域、ずなわち８５０〜９５０ ｎｌｌ＋付近で
の波長選択性を有する。
含有する本発明のフォルステライト固体レーザボストは
新しい波長域での選択性を有し、特に前記の３価のクロ
ムをドーピングしたガドリニウム・スカンジウム・ガリ
ウム・ガーネットと、３価のネオジムを発光イオンとす
るイツトリウム・アルミニウム・ガーネットの出力波長
の中間領域、ずなわち８５０〜９５０ ｎｌｌ＋付近で
の波長選択性を有する。
第１図は＠ｅ−４Ｊｅレーザ（波長６３３ ｎｍ ）
テ励起した時の０．５重ω％のクロムイオンを含有する
フォルステライトの蛍光スペク１−ルであり、第２図は
Ｑ−スウィッチＹＡＧレーザの第２高周波（波長５３２
ｎｍ）で励起した時の０．５重量％のクロムイオンを
含有するフォルステライトの蛍光スペクトルである。
テ励起した時の０．５重ω％のクロムイオンを含有する
フォルステライトの蛍光スペク１−ルであり、第２図は
Ｑ−スウィッチＹＡＧレーザの第２高周波（波長５３２
ｎｍ）で励起した時の０．５重量％のクロムイオンを
含有するフォルステライトの蛍光スペクトルである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、発光イオンとして、３価のクロムを含有するフォル
ステライト固体レーザホスト。 ２、前記固体レーザホスト中の３価のクロムイオン濃度
が０．００５〜３．０重量％である前記特許請求の範囲
第１項記載のフォルステライト固体レーザホスト。 ３、前記固体レーザホスト中の３価のクロムイオン濃度
が０．０５〜１．０重量％である前記特許請求の範囲第
１項記載のフォルステライト固体レーザホスト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8139785A JPS61240692A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | フオルステライト固体レ−ザホスト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8139785A JPS61240692A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | フオルステライト固体レ−ザホスト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61240692A true JPS61240692A (ja) | 1986-10-25 |
| JPH0564875B2 JPH0564875B2 (ja) | 1993-09-16 |
Family
ID=13745169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8139785A Granted JPS61240692A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | フオルステライト固体レ−ザホスト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61240692A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0319332A2 (en) * | 1987-12-04 | 1989-06-07 | Robert R. Alfano | Chromium-doped forsterite laser system |
| JPH025586A (ja) * | 1988-06-24 | 1990-01-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 可視領域および近赤外領域レーザ発振器並びに該レーザ発振器を用いた分光光度計 |
| US4932031A (en) * | 1987-12-04 | 1990-06-05 | Alfano Robert R | Chromium-doped foresterite laser system |
-
1985
- 1985-04-18 JP JP8139785A patent/JPS61240692A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0319332A2 (en) * | 1987-12-04 | 1989-06-07 | Robert R. Alfano | Chromium-doped forsterite laser system |
| JPH022196A (ja) * | 1987-12-04 | 1990-01-08 | Robert R Alfano | クロムをドープしたホーステライト単結晶レーザー |
| US4932031A (en) * | 1987-12-04 | 1990-06-05 | Alfano Robert R | Chromium-doped foresterite laser system |
| JPH025586A (ja) * | 1988-06-24 | 1990-01-10 | Hamamatsu Photonics Kk | 可視領域および近赤外領域レーザ発振器並びに該レーザ発振器を用いた分光光度計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0564875B2 (ja) | 1993-09-16 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |