JP3436286B2 - 固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料 - Google Patents
固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料Info
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- JP3436286B2 JP3436286B2 JP12306895A JP12306895A JP3436286B2 JP 3436286 B2 JP3436286 B2 JP 3436286B2 JP 12306895 A JP12306895 A JP 12306895A JP 12306895 A JP12306895 A JP 12306895A JP 3436286 B2 JP3436286 B2 JP 3436286B2
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Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【０００４】図７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３Ｈ４、ｄは準位３Ｈ５、ｅは準位３Ｈ
６、ｆは準位３Ｆ２、ｇは準位３Ｆ３、ｈは準位
３Ｆ４、ｉは準位１Ｇ４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３Ｈ４
→１Ｇ４の遷移を利用して光を吸収し、中心波長が１．
３０μｍである１Ｇ４→３Ｈ５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。
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３Ｈ４、ｄは準位３Ｈ５、ｅは準位３Ｈ
６、ｆは準位３Ｆ２、ｇは準位３Ｆ３、ｈは準位
３Ｆ４、ｉは準位１Ｇ４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３Ｈ４
→１Ｇ４の遷移を利用して光を吸収し、中心波長が１．
３０μｍである１Ｇ４→３Ｈ５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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（Ｙｂ：
ＹＡＧ）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３００
ｍＷと大きく、実用に供するところまで到達していな
い。
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：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（Ｙｂ：
ＹＡＧ）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３００
ｍＷと大きく、実用に供するところまで到達していな
い。
【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。
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。
【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１．０３μｍ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。
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１．０３μｍ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。
【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。
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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料は、一般式
がＲ３Ａ５Ｏ１２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。
め、固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料は、一般式
がＲ３Ａ５Ｏ１２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。
【００１４】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。
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。
【００１５】さらに、本発明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。
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。
【００１６】また、ネオジム、イッテルビウム以外の希
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。
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。
【００１７】
【作用】ガーネット結晶は、一般式Ｒ３Ａ５Ｏ１２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イッテルビウムの組み合わせを必
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。
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イッテルビウムの組み合わせを必
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。
【００１８】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。
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。
【００１９】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。
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。
【００２０】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４Ｆ５／２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、４Ｆ３／２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への非発光での
エネルギー伝達があり、イッテルビウムイオンの２Ｆ
５／２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。
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４Ｆ５／２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、４Ｆ３／２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への非発光での
エネルギー伝達があり、イッテルビウムイオンの２Ｆ
５／２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。
【００２１】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。
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。
【００２２】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。
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。
【００２３】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。
が、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００２４】
【実施例１】以下に示す実施例１−１から実施例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１−１〜１−９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１−９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。
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１−１〜１−９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１−９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。
【００２５】
【実施例１ー１】本実施例は、実施例１に示したように
組成式Ｒ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ５−ＺＧａＺＯ１２
およびＲ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ１５−Ｚ−ＷＡ２Ｗ
ＧａＺＯ１２（Ｘ＝０．１３，Ｙ＝０．８０，Ｚ＝０．
１７，Ｗ＝２．０、ＡおよびＡ１はＡｌ、Ａ２はＳｃ、
ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｂｉ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、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０．９８〜１．０４μｍ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。
組成式Ｒ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ５−ＺＧａＺＯ１２
およびＲ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ１５−Ｚ−ＷＡ２Ｗ
ＧａＺＯ１２（Ｘ＝０．１３，Ｙ＝０．８０，Ｚ＝０．
１７，Ｗ＝２．０、ＡおよびＡ１はＡｌ、Ａ２はＳｃ、
ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｂｉ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、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０．９８〜１．０４μｍ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。
【００２６】
【実施例１ー２】本実施例は、実施例１と同様にして、
組成式Ｒ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ５Ｏ１２およびＲ
３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ１５−ＷＡ２ＷＯ１２（Ｘ＝
０．１５，Ｙ＝０．８０，Ｗ＝２．０、ＡおよびＡ１は
Ｇａ、Ａ２はＳｃ、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｂｉ、Ｓ
ｍ、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
−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
しきい値で発振した。
組成式Ｒ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ５Ｏ１２およびＲ
３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ１５−ＷＡ２ＷＯ１２（Ｘ＝
０．１５，Ｙ＝０．８０，Ｗ＝２．０、ＡおよびＡ１は
Ｇａ、Ａ２はＳｃ、ＲはＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｂｉ、Ｓ
ｍ、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
−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
しきい値で発振した。
【００２７】
【実施例１ー３】本実施例は、実施例１と同様にして、
組成式Ｙ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡｌ５ −ＺＧａＺＯ
１２（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１００ｍＷ以下のしきい値で発振した。
組成式Ｙ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡｌ５ −ＺＧａＺＯ
１２（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１００ｍＷ以下のしきい値で発振した。
【００２８】
【実施例１ー４】本実施例は、実施例１と同様にして、
組成式Ｇｄ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡｌ５−Ｚ−ＷＧａ
ＺＳｃＷＯ１２（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Ｇ
ａ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。
組成式Ｇｄ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡｌ５−Ｚ−ＷＧａ
ＺＳｃＷＯ１２（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Ｇ
ａ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。
【００２９】
【実施例１ー５】本実施例は、実施例１と同様にして、
組成式Ｙ３−Ｘ−Ｙ−ＶＬａＶＮｄＸＹｂＹＡｌ５−Ｚ
ＧａＺＯ１２（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。
組成式Ｙ３−Ｘ−Ｙ−ＶＬａＶＮｄＸＹｂＹＡｌ５−Ｚ
ＧａＺＯ１２（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。
【００３０】なお、本実施例１−５ではＲ３−Ｘ−ＹＮ
ｄＸＹｂＹＡ５−ＺＧａＺＯ１２においてＲがＹとＬ
ａ、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１００ｍＷ以下の低いしきい値で０．９８〜１．０
４μｍの範囲の波長でレーザ発振することは言うまでも
ない。
ｄＸＹｂＹＡ５−ＺＧａＺＯ１２においてＲがＹとＬ
ａ、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１００ｍＷ以下の低いしきい値で０．９８〜１．０
４μｍの範囲の波長でレーザ発振することは言うまでも
ない。
【００３１】
【実施例１ー６】本実施例は、実施例１と同様にして、
組成式Ｒ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ５Ｏ１２およびＲ
３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ１５−ＷＡ２ＷＯ１２（Ｘ＝
０．２０，Ｙ＝０．２０，Ｗ＝２．０ＡおよびＡ１はＡ
ｌ、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。
組成式Ｒ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ５Ｏ１２およびＲ
３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ１５−ＷＡ２ＷＯ１２（Ｘ＝
０．２０，Ｙ＝０．２０，Ｗ＝２．０ＡおよびＡ１はＡ
ｌ、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。
【００３２】
【実施例１ー７】本実施例は、実施例１と同様にして、
組成式Ｒ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ５Ｏ１２およびＲ
３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ１５−ＷＡ２ＷＯ１２（Ｘ＝
０．２０，Ｙ＝０．２０，Ｗ＝２．０ＡおよびＡ１はＡ
ｌ、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。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。
組成式Ｒ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ５Ｏ１２およびＲ
３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡ１５−ＷＡ２ＷＯ１２（Ｘ＝
０．２０，Ｙ＝０．２０，Ｗ＝２．０ＡおよびＡ１はＡ
ｌ、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。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。
【００３３】
【実施例１ー８】本実施例は、実施例１と同様にして、
組成式Ｙ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡｌ５−ＺＧａＺＯ
１２（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１００ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。
組成式Ｙ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡｌ５−ＺＧａＺＯ
１２（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１００ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。
【００３４】
【実施例１ー９】本実施例は、実施例１と同様にして、
組成式Ｇｄ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡｌ５−ＺＧａＺＯ
１２（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。
組成式Ｇｄ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡｌ５−ＺＧａＺＯ
１２（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。
【００３５】
【実施例２】以下に示す実施例２−１では、図５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５
に示した光導波路は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）を材
質とする基板９の上にＰｂＯとＢ２Ｏ３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０．９８〜１．０
４μｍにおいて約９９％の反射率のコーティングを施し
た。
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５
に示した光導波路は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２（ＹＡＧ）を材
質とする基板９の上にＰｂＯとＢ２Ｏ３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０．９８〜１．０
４μｍにおいて約９９％の反射率のコーティングを施し
た。
【００３６】図６に実施例２−１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２−１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。
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２−１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。
【００３７】
【実施例２ー１】本実施例は、組成式Ｙ３−Ｘ−ＹＮｄ
ＸＹｂＹＡｌ５−ＺＧａＺＯ１２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６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０．０００８５
ｎｍ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１．０２５
μｍ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１
００ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。
ＸＹｂＹＡｌ５−ＺＧａＺＯ１２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６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０．０００８５
ｎｍ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１．０２５
μｍ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１
００ｍＷ以下の低いしきい値で発振した。
【００３８】表１
【表１】
【００３９】表１続き
【表２】
【００４０】表２
【表３】
【００４１】表２続き
【表４】
【００４２】表３
【表５】
【００４３】表３続き
【表６】
【００４４】表４
【表７】
【００４５】表４続き
【表８】
【００４６】
【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。
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。
【００４７】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。
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。
【００４８】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。
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。
【図１】実施例１（実施例１−１〜実施例１−９）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。
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。
【図２】組成式Ｙ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡｌ５−ＺＧ
ａＺＯ１２（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。
ａＺＯ１２（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。
【図３】組成式Ｇｄ３−Ｘ−ＹＮｄＸＹｂＹＡｌ
５−Ｚ−ＷＧａＺＳｃＷＯ１２（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。
５−Ｚ−ＷＧａＺＳｃＷＯ１２（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。
【図４】組成式Ｙ３−Ｘ−Ｙ−ＶＬａＶＮｄＸＹｂＹＡ
ｌ５−ＺＧａＺＯ１２（Ｘ＝０．１３，Ｙ＝１．００，
Ｚ＝０．１７）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。
ｌ５−ＺＧａＺＯ１２（Ｘ＝０．１３，Ｙ＝１．００，
Ｚ＝０．１７）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。
【図５】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。
する光導波路の斜視図。
【図６】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。
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。
【図７】プラセオジムのエネルギーダイアグラムを示し
た図。
た図。
【図８】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。
値との関係を示す図。
【図９】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。
値との関係を示す図。
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
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
─────────────────────────────────────────────────────
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(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
(56)参考文献 特開 平５−251795（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−37371（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−120606（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−209135（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−326394（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−350171（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−183608（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C30B 1/00 - 35/00
H01S 3/00 - 3/30
ＣＡ（ＳＴＮ)
Claims (4)
- 【請求項１】一般式がＲ３Ａ５Ｏ１２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。 - 【請求項２】一般式がＲ３Ａ５Ｏ１２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。 - 【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、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。 - 【請求項４】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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12306895A JP3436286B2 (ja) | 1994-04-28 | 1995-04-24 | 固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11349094 | 1994-04-28 | ||
| JP6-113490 | 1994-04-28 | ||
| JP12306895A JP3436286B2 (ja) | 1994-04-28 | 1995-04-24 | 固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0812498A JPH0812498A (ja) | 1996-01-16 |
| JP3436286B2 true JP3436286B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=26452447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12306895A Expired - Fee Related JP3436286B2 (ja) | 1994-04-28 | 1995-04-24 | 固体レーザ用置換型ガーネット結晶材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3436286B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102803582A (zh) * | 2009-06-09 | 2012-11-28 | 信越化学工业株式会社 | 氧化物及磁光学设备 |
| CN103205813A (zh) * | 2013-03-14 | 2013-07-17 | 长春理工大学 | 掺铒镱镓石榴石晶体及其生长方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN100362146C (zh) * | 2002-09-27 | 2008-01-16 | 株式会社村田制作所 | 铽型顺磁性石榴石单晶体和光磁装置 |
| JP2006282447A (ja) | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Fuji Photo Film Co Ltd | 透光性材料およびその製造方法 |
| JP5090973B2 (ja) * | 2008-03-14 | 2012-12-05 | 信越化学工業株式会社 | 常磁性ガーネット結晶と常磁性ガーネット結晶の製造方法 |
| RU2528669C2 (ru) * | 2010-04-20 | 2014-09-20 | Фуджикура Лтд. | Монокристалл граната, оптический изолятор и оптический процессор |
| JP2013230958A (ja) * | 2012-05-01 | 2013-11-14 | National Institute For Materials Science | 光アイソレータ材料、その製造方法、光アイソレータ及び光加工器 |
| CN113265705A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-08-17 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种中红外抗辐照Er,Re:LuYSGG激光晶体及其制备方法和应用 |
-
1995
- 1995-04-24 JP JP12306895A patent/JP3436286B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102803582A (zh) * | 2009-06-09 | 2012-11-28 | 信越化学工业株式会社 | 氧化物及磁光学设备 |
| CN102803582B (zh) * | 2009-06-09 | 2016-03-16 | 信越化学工业株式会社 | 氧化物及磁光学设备 |
| CN103205813A (zh) * | 2013-03-14 | 2013-07-17 | 长春理工大学 | 掺铒镱镓石榴石晶体及其生长方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0812498A (ja) | 1996-01-16 |
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|---|---|---|---|
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