JPS6341858B2 - - Google Patents
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- JPS6341858B2 JPS6341858B2 JP11646183A JP11646183A JPS6341858B2 JP S6341858 B2 JPS6341858 B2 JP S6341858B2 JP 11646183 A JP11646183 A JP 11646183A JP 11646183 A JP11646183 A JP 11646183A JP S6341858 B2 JPS6341858 B2 JP S6341858B2
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- glass
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Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、SiO2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。
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。
Nd3+、Yb3+、Ho3+、Gd3+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Nd3+を含むものは1.06μm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
用いられており、特にリン酸塩系はすぐれた特性
を持つている。
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Nd3+を含むものは1.06μm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
用いられており、特にリン酸塩系はすぐれた特性
を持つている。
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／熱膨張系数・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、かなり重大な欠点である。
されている。その第一は耐熱負荷特性（熱伝導
率／熱膨張系数・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、かなり重大な欠点である。
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つた。
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つた。
一方、SiO2ガラスは熱膨脹係数がもつとも小
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、機械的強度、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
ましい性質である。したがつて、もしこのSiO2
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つた新しいガラスレーザが開
発されることが期待される。
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、機械的強度、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
ましい性質である。したがつて、もしこのSiO2
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つた新しいガラスレーザが開
発されることが期待される。
しかしながらSiO2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。
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。
その第１はSiO2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。
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。
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）。
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）。
しかし、他に希土類イオンをドープしたSiO2
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。
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。
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(a)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つてしまうため、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、しかも幅
ができるだけ狭いこと、などを挙げることができ
る。
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(a)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つてしまうため、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、しかも幅
ができるだけ狭いこと、などを挙げることができ
る。
ところが、希土類酸化物とSiO2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。したがつ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り、レーザ
作用に寄与しない。
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。したがつ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り、レーザ
作用に寄与しない。
更に会合せずに残つた希土類イオンも、螢光寿
命は長く、したがつ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。
命は長く、したがつ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。
これは希土類イオンのイオン半径（1.1Å程度）
とSi4+イオンのイオン半径（0.39Å）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、したがつてSiO2に希土類イオンをド
ープした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）。
とSi4+イオンのイオン半径（0.39Å）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、したがつてSiO2に希土類イオンをド
ープした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）。
この発明は、上記実情に鑑みSiO2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P2O5、Al2O3の１種又は２種を組合せてSiO2
にドープすることにより、SiO2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れることを見出した
ものである。
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P2O5、Al2O3の１種又は２種を組合せてSiO2
にドープすることにより、SiO2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れることを見出した
ものである。
この発明に係るレーザ用ガラスは、希土類酸化
物にP2O5、Al2O3を組合せてSiO2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、これ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。
物にP2O5、Al2O3を組合せてSiO2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、これ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。
これをNd2O3にP2O5を組合せてSiO2にドープ
する例について説明すると、NdCl3＋SiCl4混合
ガスに、更に公知の方法でPOCl3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。
する例について説明すると、NdCl3＋SiCl4混合
ガスに、更に公知の方法でPOCl3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。
この場合希土類酸化物に約10倍量のP2O5を組
合せてSiO2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
P2O5を加えてドープすることが好ましい。
合せてSiO2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
P2O5を加えてドープすることが好ましい。
次に、SiO2ガラスにNd2O3だけをドープした
時の発光スペクトル（第１図）とNd2O3とP2O5
を組合せてドープした時のおよびNd2O3とAl2O3
を組合せてドープした時のSiO2ガラスの発光ス
ペクトル（第２図、第３図）との比較においてこ
の発明の効果を説明すると、 第１図において、点線１，２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。実線
３，４は会合を起していないNd3+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。したがつてこの発光によつてレーザ作用
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４の
4F3/2→ 4I11/2遷移の発光である。
時の発光スペクトル（第１図）とNd2O3とP2O5
を組合せてドープした時のおよびNd2O3とAl2O3
を組合せてドープした時のSiO2ガラスの発光ス
ペクトル（第２図、第３図）との比較においてこ
の発明の効果を説明すると、 第１図において、点線１，２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。実線
３，４は会合を起していないNd3+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。したがつてこの発光によつてレーザ作用
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４の
4F3/2→ 4I11/2遷移の発光である。
しかし、この発光４は、第１図より明らかなよ
うに３の 4F3/2― 4I9/2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。
うに３の 4F3/2― 4I9/2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。
以上のように、SiO2ガラスにNd2O3だけをド
ープした場合には、ドープしたNd3+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。
ープした場合には、ドープしたNd3+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。
ところが、この発明のようにNd2O3とP2O5と
を組合せてSiO2ガラスにドープした場合、また
はNd2O3とAl2O3とを組合せてSiO2ガラスにドー
プした場合、その発光スペクトルはそれぞれ第２
図、第３図のようになり図から明らかなように、
短寿命の発光スペクトルは観察されず、約350μs
の長寿命のスペクトル５，６、又は７，８だけが
観察されている。しかも第２図の場合には６の
4F3/2― 4I11/2遷移の発光か５の 4F3/2― 4I9/2遷移
の発光に較べてずつと強くなつており、またスペ
クトルの幅は全体に狭くなつている。即ちこの効
果はP2O5を組合せてドープした場合、特に顕蓄
である。Nd2O3にP2O5とAl2O3を一緒に組合せて
SiO2ガラスにドープした場合の添加効果は、第
２図と第３図の中間の値をとり、必要なモル数
は、P2O5とAl2O3のモル数を加えたものである。
ただし、P2O5が多い方が蛍光スペクトルの強度
の増加と幅の減少とをさせる効果は著しい。この
ようにNd2O3とP2O5との組合せ、Nd2O3とAl2O3
との組合せ、Nd2O3とP2O5とAl2O3との組合せに
よつてSiO2ガラスにドープすることにより、
Nd3+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。
を組合せてSiO2ガラスにドープした場合、また
はNd2O3とAl2O3とを組合せてSiO2ガラスにドー
プした場合、その発光スペクトルはそれぞれ第２
図、第３図のようになり図から明らかなように、
短寿命の発光スペクトルは観察されず、約350μs
の長寿命のスペクトル５，６、又は７，８だけが
観察されている。しかも第２図の場合には６の
4F3/2― 4I11/2遷移の発光か５の 4F3/2― 4I9/2遷移
の発光に較べてずつと強くなつており、またスペ
クトルの幅は全体に狭くなつている。即ちこの効
果はP2O5を組合せてドープした場合、特に顕蓄
である。Nd2O3にP2O5とAl2O3を一緒に組合せて
SiO2ガラスにドープした場合の添加効果は、第
２図と第３図の中間の値をとり、必要なモル数
は、P2O5とAl2O3のモル数を加えたものである。
ただし、P2O5が多い方が蛍光スペクトルの強度
の増加と幅の減少とをさせる効果は著しい。この
ようにNd2O3とP2O5との組合せ、Nd2O3とAl2O3
との組合せ、Nd2O3とP2O5とAl2O3との組合せに
よつてSiO2ガラスにドープすることにより、
Nd3+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。
第４図は0.05モル％Nd2O3にP2O5を組合せてド
ープした時の、短寿命スペクトルの強度９および
長寿命スペクトルの 4F3/2― 4I11/2／ 4F3/2― 4I9/2
強度比10とP2O5量との関係を示したものである。
これによれば、P2O50.5モル％、つまりNd2O3に
約10倍量のP2O5を組合せてドープしただけで、
Nd3+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かる。
ープした時の、短寿命スペクトルの強度９および
長寿命スペクトルの 4F3/2― 4I11/2／ 4F3/2― 4I9/2
強度比10とP2O5量との関係を示したものである。
これによれば、P2O50.5モル％、つまりNd2O3に
約10倍量のP2O5を組合せてドープしただけで、
Nd3+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かる。
一般にガラスレーザには0.3〜0.5モル％の
Nd2O3がドープされている。
Nd2O3がドープされている。
したがつて３〜５モル％以上のP2O5を組合せ
る必要がある。この程度のP2O5の導入によつて、
例えばSiO2の軟化点は100〜150℃下る。しかし
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。
る必要がある。この程度のP2O5の導入によつて、
例えばSiO2の軟化点は100〜150℃下る。しかし
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。
以上要するに、この発明によれば少量のP2O5
あるいはAl2O3を組合せてドープすることによ
り、SiO2ガラスに希土類をドープすることによ
つて起る問題は一挙に解決することができる。こ
の結果、SiO2ガラスのレーザ母体としての特質
を生かした、新しい特性を持つた希土類賦活ガラ
スレーザの開発が可能になる。
あるいはAl2O3を組合せてドープすることによ
り、SiO2ガラスに希土類をドープすることによ
つて起る問題は一挙に解決することができる。こ
の結果、SiO2ガラスのレーザ母体としての特質
を生かした、新しい特性を持つた希土類賦活ガラ
スレーザの開発が可能になる。
第１図はSiO2ガラスにNd2O3だけをドープし
た時の発光スペクトル図、第２図はNd2O3と
P2O5を組合せてドープしたSiO2ガラスの発光ス
ペクトル図、第３図はNd2O3とAl2O3を組合せて
ドープしたSiO2ガラスの発光スペクトル図、第
４図はNd2O3のドープ量0.05モル％に対して加え
られるP2O5のドープ量と短寿命スペクトルの強
度９及び 4F3/2― 4I11/2／ 4F3/2― 4I9/2の長寿命ス
ペクトルの強度比10の関係曲線図である。 図中、１，２，の点線は短寿命スペクトル、
３，４，５，６，７，８の実線は長寿命スペクト
ル。
た時の発光スペクトル図、第２図はNd2O3と
P2O5を組合せてドープしたSiO2ガラスの発光ス
ペクトル図、第３図はNd2O3とAl2O3を組合せて
ドープしたSiO2ガラスの発光スペクトル図、第
４図はNd2O3のドープ量0.05モル％に対して加え
られるP2O5のドープ量と短寿命スペクトルの強
度９及び 4F3/2― 4I11/2／ 4F3/2― 4I9/2の長寿命ス
ペクトルの強度比10の関係曲線図である。 図中、１，２，の点線は短寿命スペクトル、
３，４，５，６，７，８の実線は長寿命スペクト
ル。
Claims (1)
- １ SiO2ガラスに希土類酸化物と、該希土類酸
化物とのモル比でその10倍以上のP2O5、Al2O3の
どちらか一方又は両方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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11646183A JPS6011245A (ja) | 1983-06-28 | 1983-06-28 | レ−ザ用ガラス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11646183A JPS6011245A (ja) | 1983-06-28 | 1983-06-28 | レ−ザ用ガラス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6011245A JPS6011245A (ja) | 1985-01-21 |
| JPS6341858B2 true JPS6341858B2 (ja) | 1988-08-19 |
Family
ID=14687683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11646183A Granted JPS6011245A (ja) | 1983-06-28 | 1983-06-28 | レ−ザ用ガラス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6011245A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991011401A1 (fr) * | 1990-02-05 | 1991-08-08 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Verres quartzeux dopes avec un element de terre rare et production d'un tel verre |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2524174B2 (ja) * | 1986-10-16 | 1996-08-14 | セイコーエプソン株式会社 | 光学機能性を有する石英ガラスの製造方法 |
| KR101464583B1 (ko) * | 2007-07-16 | 2014-12-23 | 코랙티브 하이-테크 인코퍼레이티드 | 포스포실리케이트 유리를 구비한 발광 디바이스 |
-
1983
- 1983-06-28 JP JP11646183A patent/JPS6011245A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991011401A1 (fr) * | 1990-02-05 | 1991-08-08 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Verres quartzeux dopes avec un element de terre rare et production d'un tel verre |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6011245A (ja) | 1985-01-21 |
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