JP7338721B2 - ガラス組成物、それを用いた光学素子及び光学装置 - Google Patents
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Description
本実施形態に係るガラス組成物は、Ga2O3を40~80%、及び希土類酸化物を0%超~60%含有し、最大フォノンエネルギーが730cm-1以下であるガラス組成物である。
Wnr=A・exp(α・ΔE/(hω/2π)) ・・・(式)
(ここで、A及びαは母材固有の定数、ΔEは発光始準位とその直下の準位とのエネルギー差、hω/2πは母材の最大フォノンエネルギーを表す。)
本実施形態に係るガラス組成物は、種々の光学素子として好適に用いることができる。上記したガラス組成物を用いた光学素子は、発光素子、波長変換素子、光増幅器等に用いることができる。さらに、本実施形態に係る光学素子は、これを備えた光学装置として好適に用いることができる。これらのような好適な態様としては、例えば、固体レーザ装置(図1参照)のレーザ媒体や、放射線や紫外線を検出するシンチレータ(図2参照)等が挙げられる。
以下の手順に準拠してガラス組成物を作製した。まず、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩等から選ばれる原料を所定の化学組成となるよう秤量した後、アルミナ製乳鉢で混合した。この混合物を20MPaで一軸加圧し円柱形のペレットに成形した。そして、得られたペレットを電気炉で1200℃、大気中で12時間焼成し、焼結体を作製した。
比較例に係る光学ガラスは、以下の手順で作製した。まず、表5~8に記載の化学組成(モル%)となるよう、酸化物、水酸化物、リン酸化合物(リン酸塩、正リン酸等)、炭酸塩、及び硝酸塩等のガラス原料を秤量した。次に、秤量した原料を混合して白金ルツボに投入し、900~1200℃の温度で1時間程度熔融し、攪拌均質化した。その後、適当な温度に下げてから金型等に鋳込み、徐冷することにより、各サンプルを得た。
ガラスのガラス転移温度(Tg)は、示差熱分析装置(リガク製、Thermoplus EVO2TG8121)を用いて、大気雰囲気下、10℃/分の昇温速度で測定した。
ガラスの最大フォノンエネルギーは、顕微赤外分光装置(Thermo製、NicoletiN10)を用いて反射法により測定した。
OH量の評価は、フーリエ変換型赤外分光装置(Thermo製、Nicolet6700)を用い、透過法で実施した。2500~4000cm-1の範囲における吸収ピーク波数における吸収係数を求めた。
表1に、Er2O3を発光中心として含有する実施例1~5について、成分組成(酸化物基準モル%表示)、失透の有無、ガラス転移温度(Tg)、最大フォノンエネルギー(hω/2π)、及びOH量(αOH)を示す。図4に、実施例1~5の4I11/2→4I13/2遷移(励起980nm、蛍光2.7μm)の蛍光スペクトルを示す。
表2に、Yb2O3を発光中心として含有する実施例6~11について、成分組成(酸化物基準モル%表示)、失透の有無、ガラス転移温度(Tg)、及び最大フォノンエネルギー(hω/2π)を示す。図5に、実施例6~11について980nmで励起させた蛍光スペクトルを示す。
表3に、Eu2O3を発光中心として含有する実施例12~17について、成分組成(酸化物基準モル%表示)、失透の有無、ガラス転移温度(Tg)、最大フォノンエネルギー(hω/2π)、及び蛍光色を示す。図6に、実施例12~17について365nm光で励起させた蛍光スペクトルを示す。
表4に、Tb2O3を発光中心として含有する実施例18~22について、成分組成(酸化物基準モル%表示)、失透の有無、ガラス転移温度(Tg)、最大フォノンエネルギー(hω/2π)、及び蛍光色を示す。各実施例のガラスを浮遊炉で作製した際、ガラスは黒色であった。これは、Tb4+に起因した可視域の吸収のためである。そこで、95%Ar-5%H2雰囲気下で、アニール温度を各ガラスのTgとして20~100h還元アニールを施したところ、無色透明なガラス(還元アニール処理ガラス)が得られた。これはアニールによってTb4+からTb3+への還元反応が進行したことを示唆する。図7は、実施例18~22(還元アニール処理ガラス)について、375nm光で励起した蛍光スペクトルである。
表5~8に、比較例1~5の結果を示す。比較例1のガラスはTgが360℃と低く、最大フォノンエネルギーが750cm-1と大きく、OH濃度は2.69cm-1と高かった。比較例2、3は失透のためガラスが得られなかった。比較例4のガラスは最大フォノンエネルギーが1418cm-1と大きかった。比較例5のガラスはTgが490℃と低く、最大フォノンエネルギーが1102cm-1と大きかった。
Claims (8)
- モル%表記で、
Ga2O3を40%以上80%以下、及び
希土類酸化物を0%より大きく60%以下含有し、
前記希土類酸化物は、第1の希土類酸化物と第2の希土類酸化物とを含み、
前記第1の希土類酸化物は、Er2O3、Yb2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、CeO2、Pr2O3、Sm2O3、Dy2O3、Ho2O3、及びTm2O3からなる群より選ばれる1種以上であり、
前記第2の希土類酸化物は、La2O3、Y2O3、及びLu2O3からなる群より選ばれる1種以上であり、
前記第1の希土類酸化物を0%より大きく40%以下、
前記第2の希土類酸化物を10%以上55%以下含有する、
ガラス組成物。 - モル%表記で、
Ga2O3を40%以上80%以下及び、
希土類酸化物を含有し、
前記希土類酸化物は、第1の希土類酸化物と第2の希土類酸化物とを含み、
前記第1の希土類酸化物は、Er 2 O 3 、Yb 2 O 3 、Eu 2 O 3 、Gd 2 O 3 、CeO 2 、Pr 2 O 3 、Sm 2 O 3 、Dy 2 O 3 、Ho 2 O 3 、及びTm 2 O 3 からなる群より選ばれる1種以上であり、
前記第2の希土類酸化物は、La 2 O 3 、Y 2 O 3 、及びLu 2 O 3 からなる群より選ばれる1種以上である、
ガラス組成物。 - 請求項2に記載のガラス組成物であって、
前記希土類酸化物の含有率は0%より大きく60%以下である、
ガラス組成物。 - 請求項1~3のいずれか一項に記載のガラス組成物であって、
前記ガラス組成物は、SiO2、B2O3、P2O5、GeO2を実質的に含有しない、ガラス組成物。 - 前記ガラス組成物のガラス転移温度(Tg)が、700℃以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載のガラス組成物。
- 前記ガラス組成物の最大フォノンエネルギーが730cm-1である、
請求項1~5のいずれか一項に記載のガラス組成物。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載のガラス組成物を用いた、光学素子。
- 請求項7に記載の光学素子を備える、光学装置。
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