JPS6262573A - 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

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JPS6262573A
JPS6262573A JP60201493A JP20149385A JPS6262573A JP S6262573 A JPS6262573 A JP S6262573A JP 60201493 A JP60201493 A JP 60201493A JP 20149385 A JP20149385 A JP 20149385A JP S6262573 A JPS6262573 A JP S6262573A
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JPH0566759B2 (ja
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Kiyoshi Yamagishi
喜代志 山岸
Hajime Shimizu
肇 清水
Yasuhide Yamaguchi
靖英 山口
Kazuo Moriya
一男 守矢
Yuzaburo Segawa
勇三郎 瀬川
Shiyukugen Kin
金 弼鉉
Susumu Nanba
難波 進
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, 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
    • H01S3/16Solid materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • H01S3/163Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1655Solid materials characterised by a crystal matrix silicate
    • H01S3/1658Mg2SiO4 (Forsterite)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野J 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。
し従来技術] 3価のクロムイオンを発光イオンとするフォノン終し位
レーイfが、発振波長可変レーザとして実用化が進んで
いる。アレキサンドライト(BeAi!204 :Cr
 ” )はその代表例で、700〜824nmまでの波
長範囲でレーザ動作する。アレキサンドライトにおいて
、Cr Z+イオンの始準位である+T2と基底単位で
ある4A2のエネルギー幅は、結晶場の大ぎさにより、
大きく変化するため、ホストクリスタルにより発振波長
が変わることになる。
例えば、ガドリニウム・スカンジウム・ガリウム・ガー
ネット(GSGG : Cr ” )T:は、742〜
842nm、またタングステン酸亜鉛(ZnWO4:C
r”)では、1μmを超える。
3価のクロムイオンを発光イオンとするフォルステライ
ト(MU z S ! 02  : Cr ” ) k
:J5イTは、既に特願+1#60〜81397号に4
5いて示されるように850〜950nn+の幅におい
て、その発振が認められているが、その螢光寿命は10
μsec以下であり、フラッシュランプによる励起が困
難であった。
[発明の目的1 本発明の目的は、長い螢光寿命を持ち、しかもより可′
gl領!或に近い波長でのレーザ動作を可能とするフォ
ルステライト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発光イオンである31i
tliのクロムイオンと 1価の陽イオンを共にドープ
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価のクロムイ
オンと共に、1価の陽イオンを含有することを特徴とす
るフォルステライト固体レーザホストにある。
本発明に、11′3いて、発光イオンとして含有される
1価の陽イオンは、ホストクリスタルの2価のマグネシ
ウムイオンとイオン半径が大きく変わらないものが望ま
しく、1価のアルカリ金属イオンであるリチ・クムイオ
ンあるいはナトリウムイオンが好ましく含有される。以
下、1価の陽イオンとしてリチウムイオンの例を挙げて
本発明を説明する。
フォルステライl−は、例えば高周波加熱型チョクラル
スキー法で良質な結晶が育成される。しかし、もともと
3価のクロムイオンのみをドープしたフォルステライト
においては、3価のクロムイオンの置換するサイトであ
るマグネシウムイオンサイ1−は2価であるため、電気
的中性を保つため、点欠陥が発生する。
発光イオンを種々のホストクリスタルにドープづるω1
究において、例えば3価のネオジウムを、シーライト構
造タングステン酸カルシウムでは、1価や5価の金属イ
オ゛ンをネオジウムと共にドープし、 (Ca +−2xNdx  Nax  )WO4(Ca
 I−X NdyC)  (W+−、(1’Jb:c 
 )04の組成式で示される結晶を合成することにより
、電気的中性を保ち、かつ点欠陥の発生を防いでいる。
本発明のフォルステライト固体レーザホス1へにおい−
C13価のクロムイオンに加えて、1価のリチウムイオ
ンをドープすることによって、より点欠陥を少なくすべ
く研究を進める段階において、新しい螢光スペクトルの
発見に至ったものである。
すなわち、特願昭60−81397号にa3いては、8
50゛〜11000n付近において、在合が10μSe
c以下の螢光が発見されたのであるが、1gEのリチウ
ムイオンをドープすることにより、新たに650〜85
0nm(=J近に強い螢光が児い出され、さらにその寿
命は200μsecを超えるものであることが確認され
たのCある。
本発明にJ5いでは、例えば高周波加熱型ヂョクラルス
キー単結晶育成炉により、3価のクロムイオンJ3よび
1価のリチウムイオンを含有するフォルステラーr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
s物がなく、結晶内に3価のクロムイオンおよび1価の
リチウムイオンが含有される単結晶を製造することがで
きる。
本発明のフォルステライト固体レーザホストにおいCは
、その結晶内に3価のクロムイオンが0.00!l+〜
3.Om m %、好マL/ < 1.t O,05〜
i、O重量%の濃度を有することが望ましい。また、1
師のリチウムイオンは、0.0001〜0,5tffl
 fd%の濃度を有することが望ましい。3価のクロム
イオンの濃度が0.05重量%未満では螢光が小さく、
実用的に耐えられず、3.0重母%を超えると均?臀な
結晶育成が困到である。また、 1価のリチウムイオン
の濃度が0.0001重M%未満では、650〜850
nm付近での螢光は見られず、0.5小母%を超えると
均質な結晶が得られない。
本発明のフォルステライト固体レーザホス1〜によって
、レーザ“発振を行なうためには、Q−スイッチYAG
:Nd”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ら、波長l113i650
〜850nm付近での寿命200μsec以上の発振は
、キセノンフラッシュランプ、クラブ1ヘンランプでも
励起が可能と考えられ、また波長域850〜11000
n付近では、QスイッチYAG:Nd”レーザの第2高
調波、またはクリブトンレーザ、アルゴンレーザ等の気
体レーザ゛での励起が可能である。
いずれにせよ、850〜11000n付近に加えて、6
50〜850nm付近において、螢光寿命の長いレーザ
出力が期待できる。
[実施例] 以下、実施例および比較例に基づぎ本発明を具体的に説
明する。
実施例1および比較例1 3価のクロムイオンおよび1価のリチウムイオンを含有
するフォルステライトを以下の方法で製造した。単結晶
の製造には、高周波加熱型チョクラルスキー法を用いて
行なった。使用原料およびその純度と秤量(直を第1表
に示す。
第1表 *1:Cr2O3として全量の0.1wt%、*2: 
L! 2 CO3としてCr203に対し300モ/l
%0 原料は内径47mm、深さ48.5mmのイリジウムる
つぼに充填され、溶融された後単結晶が引きあげられた
。育成された結晶は、直径20rtaφ、長さ70mm
であり、包含物や光散乱体がない均質なものであった(
実施例1)。
この結晶から、組成分析用サンプルを取り出し、化学分
析を行った。その結果、クロムイオン濃度が0.011
1ff1%、リチウムイオン濃度は0.0022重ω%
小部ることが判った。
また、比較としてクロムイオンのみを含有し、その濃度
が0.010i fi%である結晶を育成した。
このようにして育成された結晶からSmm角の立方体サ
ンプルを切り出し、6而に光学研磨を施こし、螢光スペ
クトルを観察した。励起光としてQ−スイッチYAG:
Nd”レーザの第2高調波(波長5321By、パルス
幅10nm)を用いた。励起光はり゛ンブルの b軸に
垂直に入射され、かつ励起光の電場はa軸に平行になる
ように、偏光フィルターを入れた。また、測定には分光
器を用い、空温で実施した。この螢光スペクトルを第1
〜3図に示す。
第1図は、3g5のクロムイオンおよび1価のリチウム
イオンを含有する結晶(実施例1)の励起時の螢光スペ
クトルで、650〜11000nの間で螢光が観察され
、2つの強度ピークが明瞭に見い出される。
第2図は、同じ濃度で3価のクロムイオンのみを含有し
た結晶(比較例1)の励起時の螢光スペクトルで、第1
図と比較すると、850nm付近のみの強度ピークしか
観察できない。
第3図は、3画のり[]ムイAンと 11iTliのリ
チウムイオンを含有した結晶(実施例1)の励起から1
50μsec経過後の螢光スペクトルであるが、第1図
で見られた2つのピークのうち、長波長側のピークが消
滅している。このことから、長波長側のものは寿命の短
かい螢光スペクトルであり、短波長側のものは寿命が1
50μsec以上の螢光スペクトルであることが判る。
それぞれの螢光寿命を独立に測定した結果、65(1〜
850nm付近の螢光寿命は、200/1sCcを珀え
、また850〜11000nの付近のそれは5μsec
程度であることが判った。
[発明の効果] 以上の説明のごとく、3価のクロムイオンと共に、1価
のリチウムイオンを含有する本発明のフォルステライト
固体レーザホストからは、従来から知られている850
〜11000nの発光の他に、650〜850nmで、
螢光Ij命の長い発光が認められることから、フラッシ
ュランプ励起も可能とするレーリ゛光振が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、Q−スイッチYAG:Nd”レーザ(波長5
32mm>で励起した3価のクロムイオンおよび1価の
リチウムイΔンを含有する結晶(実施例1)の励起時の
螢光スペクトル、 第2図は、Q−スイッチYAG:Nd”レーザ(波長5
32#)で励起した3価のクロムイオンのみを含有した
結晶(比較例1)の励起時の螢光スペクトル、および 第3図は、Q−スイッチYAG:Nd”レーザ(波長5
32m)で励起した3価のクロムイオンと1iiIIi
のリチークムイオンを含有した結晶(実施例1)の励起
後150μSeCの螢光スペクトル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、発光イオンとして、3価のクロムイオンおよび1価
    の陽イオンを含有することを特徴とするフォルステライ
    ト固体レーザホスト。 2、前記陽イオンがリチウムイオン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、前記リチウムイオン濃度が0.0001〜0.5重
    量%である前記特許請求の範囲第2項記載のフォルステ
    ライト固体レーザホスト。 4、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。
JP60201493A 1985-09-13 1985-09-13 フオルステライト固体レ−ザホスト Granted JPS6262573A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0319332A2 (en) * 1987-12-04 1989-06-07 Robert R. Alfano Chromium-doped forsterite laser system
US4932031A (en) * 1987-12-04 1990-06-05 Alfano Robert R Chromium-doped foresterite laser system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0319332A2 (en) * 1987-12-04 1989-06-07 Robert R. Alfano Chromium-doped forsterite laser system
US4932031A (en) * 1987-12-04 1990-06-05 Alfano Robert R Chromium-doped foresterite laser system

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