JPH0287691A - ダイヤモンドレーザー素子の作製方法 - Google Patents
ダイヤモンドレーザー素子の作製方法Info
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- JPH0287691A JPH0287691A JP24128088A JP24128088A JPH0287691A JP H0287691 A JPH0287691 A JP H0287691A JP 24128088 A JP24128088 A JP 24128088A JP 24128088 A JP24128088 A JP 24128088A JP H0287691 A JPH0287691 A JP H0287691A
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Classifications
-
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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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、ダイヤモンドレーザー素子の作製方法、特に
、Ｉｂ型ダイヤモンド中にＨ３センターを形成するダイ
ヤモンドレーザー素子の作製方法に関する。
、Ｉｂ型ダイヤモンド中にＨ３センターを形成するダイ
ヤモンドレーザー素子の作製方法に関する。
ダイヤモンド中のＨ３センターがレーザー作用を起こす
こ２は、Ｓ、 Ｃ９Ｒａｎｄにより報告されている（Ｏ
ｐｔｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ 、 １０頁、 １９８５年
）。
こ２は、Ｓ、 Ｃ９Ｒａｎｄにより報告されている（Ｏ
ｐｔｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ 、 １０頁、 １９８５年
）。
従来、Ｈ３センターの合成には、天然のＩａ型ダイヤモ
ンドが専ら用いられてきた。その光学的・熱的性質は、
たとえ“ばＡ、Ｔ、 Ｃｏ１１ｉｎｓ：口ｉａｍｏｎｄ
Ｒｅｓｅｒｃｈ、 ７頁、 １９７９年やＪｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｉｌｌ。
ンドが専ら用いられてきた。その光学的・熱的性質は、
たとえ“ばＡ、Ｔ、 Ｃｏ１１ｉｎｓ：口ｉａｍｏｎｄ
Ｒｅｓｅｒｃｈ、 ７頁、 １９７９年やＪｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｉｌｌ。
八ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、１５ 、１４３１
頁、 １９８２年など１こおいて詳しく調べられてい
る。そして、はとんどの天然ダイヤモンド中には、窒素
不純物としてＩａＡ型とＩａＢ型のものが混在している
ことが知られている。
頁、 １９８２年など１こおいて詳しく調べられてい
る。そして、はとんどの天然ダイヤモンド中には、窒素
不純物としてＩａＡ型とＩａＢ型のものが混在している
ことが知られている。
このＩａＡ型のものからＨ３センターが作られ、ＩａＢ
型のものからはＨ４センターが作られるが、ＩａＡ型と
ＩａＢ型の割合は個々のダイヤモンドで異なり、それに
応じてＨ３センターとＨ４センターの割合も異なること
になる。このため、天然ダイヤモンドからは、Ｈ３セン
ターのみを選択的に形成することは困難であった。
型のものからはＨ４センターが作られるが、ＩａＡ型と
ＩａＢ型の割合は個々のダイヤモンドで異なり、それに
応じてＨ３センターとＨ４センターの割合も異なること
になる。このため、天然ダイヤモンドからは、Ｈ３セン
ターのみを選択的に形成することは困難であった。
一方、人工Ｉｂ型ダイヤモンド中にＨ３センターを形成
できる可能性は、Ｓ、Ｃ，Ｒａｎｄ ： Ｔｕｎａｂｌ
ｅＳｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｌａ５ｅｒ （Ｓｐｒｉｎ
ｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ） ２７６頁において提案されて
いる。
できる可能性は、Ｓ、Ｃ，Ｒａｎｄ ： Ｔｕｎａｂｌ
ｅＳｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｌａ５ｅｒ （Ｓｐｒｉｎ
ｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ） ２７６頁において提案されて
いる。
上記文献の方法では、先ずＩｂ型窒素をＩａＡ型窒素に
変換する工程が含まれている。この工程には、１５００
℃以上の熱処理が要求される。１５００℃以上にダイヤ
モンドを加熱するとグラファイト化を起こすためダイヤ
モンドが熱的に安定な高圧下で熱処理を行う必要がある
。この工程を経た後、放射線照射によって空格子を導入
し、さらに真空アニールにより空格子とＩａＡ型窒素を
結合させてＨ３センターを生成させる。従って従来の方
法を採用するならば、超高圧高温発生装置が必要となり
Ｈ３センター作製上大きな制約となる。又、工程数が多
く処理も煩雑である。
変換する工程が含まれている。この工程には、１５００
℃以上の熱処理が要求される。１５００℃以上にダイヤ
モンドを加熱するとグラファイト化を起こすためダイヤ
モンドが熱的に安定な高圧下で熱処理を行う必要がある
。この工程を経た後、放射線照射によって空格子を導入
し、さらに真空アニールにより空格子とＩａＡ型窒素を
結合させてＨ３センターを生成させる。従って従来の方
法を採用するならば、超高圧高温発生装置が必要となり
Ｈ３センター作製上大きな制約となる。又、工程数が多
く処理も煩雑である。
しかしながら、本発明では上述のような問題を解決し、
より簡便にＨ３センターを生成できるダイヤモンドレー
ザー素子の作製方法に関するものである。本発明では、
Ｉｂ型窒素からＩａＡ型窒素への変換処理とＩａＡ型窒
素と空格子との結合を同じ熱処理工程で行うこと、さら
にこの熱処理温度を低くしてグラファイト化抑え、真空
下で行えるようにしたことで装置の簡略化、工程の簡素
化を図った。
より簡便にＨ３センターを生成できるダイヤモンドレー
ザー素子の作製方法に関するものである。本発明では、
Ｉｂ型窒素からＩａＡ型窒素への変換処理とＩａＡ型窒
素と空格子との結合を同じ熱処理工程で行うこと、さら
にこの熱処理温度を低くしてグラファイト化抑え、真空
下で行えるようにしたことで装置の簡略化、工程の簡素
化を図った。
本発明に係るダイヤモンドレーザー素子の作製方法は、
次の工程を含んでいる。
次の工程を含んでいる。
ｌ）人工合成Ｉｂ型ダイヤモンドに■０．５〜５０Ｍｅ
Ｖの中性子線１０１６〜１０１個／ｃｓｌの密度で照射
する又は■０．５〜５０ＭｅＶの電子線を１０１７〜１
０１ｓ個／ｃａｔの密度で照射する又は■０．２〜３Ｍ
ｅＶのγ線を１０１７−１０１８ｒａｄの線量で照射す
る工程。
Ｖの中性子線１０１６〜１０１個／ｃｓｌの密度で照射
する又は■０．５〜５０ＭｅＶの電子線を１０１７〜１
０１ｓ個／ｃａｔの密度で照射する又は■０．２〜３Ｍ
ｅＶのγ線を１０１７−１０１８ｒａｄの線量で照射す
る工程。
ｉｉ ）その後、圧力１０−１ｔｏｒｒ以下、温度７０
０〜１５００℃の範囲内で５時間以上アニールを行う工
程。
０〜１５００℃の範囲内で５時間以上アニールを行う工
程。
１）Ｈ３センターは、窒素原子２個と空格子１つから成
る。電子線、中性子線、又はガンマ線照射はダイヤモン
ド中に空格子を導入する為に必要な工程である。
る。電子線、中性子線、又はガンマ線照射はダイヤモン
ド中に空格子を導入する為に必要な工程である。
照射エネルギーが低いと空格子が生成されず、高すぎる
と損傷が著しくなる。
と損傷が著しくなる。
照射量が多い程、空格子の生ｔＦ、量も大きくなり、結
果としてＨ３センター濃度も高くなる照射量が多すぎる
。つまり空格子量が大きすぎると全波長に亘って強い吸
収が現われる。しかも、この吸収は後の熱処理によって
も除去できない。従ってレーザー発振を阻害する因子と
なる。従って、レーザー発振可能な照射エネルギー照射
線量は■中性子線では０．５〜５０ＭｅＶ １０１６〜１０１１個／ＣＩＩＩ ■電子線では０．５〜５０ＭｅＶ １０１７〜１０１″個／ｃｏ？ ■ガンマ線では０．２〜３ ＭｅＶ ＩＱ１７〜１０２０個／ ｒａｄ が適当である。
果としてＨ３センター濃度も高くなる照射量が多すぎる
。つまり空格子量が大きすぎると全波長に亘って強い吸
収が現われる。しかも、この吸収は後の熱処理によって
も除去できない。従ってレーザー発振を阻害する因子と
なる。従って、レーザー発振可能な照射エネルギー照射
線量は■中性子線では０．５〜５０ＭｅＶ １０１６〜１０１１個／ＣＩＩＩ ■電子線では０．５〜５０ＭｅＶ １０１７〜１０１″個／ｃｏ？ ■ガンマ線では０．２〜３ ＭｅＶ ＩＱ１７〜１０２０個／ ｒａｄ が適当である。
１ｉ）ｉ）で空格子を導入した後熱処理を行うと空格子
がダイヤモンド格子中を拡散して不純物窒素と結合し、
カラーセンターとなる。
がダイヤモンド格子中を拡散して不純物窒素と結合し、
カラーセンターとなる。
Ｈ３センターを形成するためには窒素が対状で存在して
いなければならない。
いなければならない。
ところが、Ｉｂ型ダイヤモンドは窒素原子が孤立して存
在する。これを対状にするには１５００℃以上の温度が
必要であると言われてきた。
在する。これを対状にするには１５００℃以上の温度が
必要であると言われてきた。
（Ａ、Ｔ、Ｃｏ１１ｉｎｓ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓＣ，Ｓｏｌｉｄ５ｔａｔｅ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ １３． Ｐ２６４１）このため熱処理を高圧下で行
い、ダイヤモンドのグラファイト化を防ぐ必要があった
。ところが、発明者らは７００℃〜１５００℃の温度範
囲でも窒素が拡散し、対を形成すること、さらに形成さ
れた対状窒素と空格子が結合してＨ３センターを生成す
る事実を見出した。
ｈｙｓｉｃｓＣ，Ｓｏｌｉｄ５ｔａｔｅ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ １３． Ｐ２６４１）このため熱処理を高圧下で行
い、ダイヤモンドのグラファイト化を防ぐ必要があった
。ところが、発明者らは７００℃〜１５００℃の温度範
囲でも窒素が拡散し、対を形成すること、さらに形成さ
れた対状窒素と空格子が結合してＨ３センターを生成す
る事実を見出した。
当方法により従来、高圧下で熱処理を行うために必要で
あった高圧発生装置が不要になり、真空下で行うことが
可能になり、又工程も簡素化される。熱処理温度の規定
は以下の理由による。
あった高圧発生装置が不要になり、真空下で行うことが
可能になり、又工程も簡素化される。熱処理温度の規定
は以下の理由による。
温度が７００℃以下であると窒素対が形成されず、Ｈ３
センターは生成されない。
センターは生成されない。
又、１５００℃以上になると窒素対は形成されるが、空
格子と窒素対の解離が起こるためＨ３センターは生成さ
れにくくなる。またこの温度以上ではダイヤモンドがグ
ラファイト化を起こし表面が黒化する。
格子と窒素対の解離が起こるためＨ３センターは生成さ
れにくくなる。またこの温度以上ではダイヤモンドがグ
ラファイト化を起こし表面が黒化する。
実施例１
温度差法により合成したＩｂ型ダイヤモンドを３Ｘ３Ｘ
２ｍｍ角に研磨した後、２ ＭｅＶの中性子線を５ Ｘ
１０１８ 〜３ Ｘ １０’ｓ個／ｃｄの範囲で照射
した。
２ｍｍ角に研磨した後、２ ＭｅＶの中性子線を５ Ｘ
１０１８ 〜３ Ｘ １０’ｓ個／ｃｄの範囲で照射
した。
その後９００℃で２０時間真空中熱処理を行った。各試
料についてＡｒ−レーザーの４８８ｎｍの発振線を用い
波長５１３ｎｍに於ける螢光強度を測定した。またＡｒ
−レーザーの４８８ｎｍの発振線をポンプ光に５１４ｎ
ｍをプローブ光としてｇａｉｎの測定を行った。
料についてＡｒ−レーザーの４８８ｎｍの発振線を用い
波長５１３ｎｍに於ける螢光強度を測定した。またＡｒ
−レーザーの４８８ｎｍの発振線をポンプ光に５１４ｎ
ｍをプローブ光としてｇａｉｎの測定を行った。
但し、ｇａｉｎ ｆａｃｔｏｒの絶対値は求め得す相対
値で比較した。各々の試料について図１に示す装置を用
いてレーザー発振の有無を調べた。励起源にはフラッシ
ュランプダイレーザーを用い波長は４８０ｎｍで励起し
た。得られた結果を表１に示す。
値で比較した。各々の試料について図１に示す装置を用
いてレーザー発振の有無を調べた。励起源にはフラッシ
ュランプダイレーザーを用い波長は４８０ｎｍで励起し
た。得られた結果を表１に示す。
表より、中性子の線量に対してＨ３センターの発光強度
は単調に増加するがレーザーの増幅度を表すｇａｉｎの
値はｌＸ１０１７個／ｃａｒあたりで最大値を示すため
最適値は１０１６〜１０１６個／Ｃｆｆ１である。
は単調に増加するがレーザーの増幅度を表すｇａｉｎの
値はｌＸ１０１７個／ｃａｒあたりで最大値を示すため
最適値は１０１６〜１０１６個／Ｃｆｆ１である。
実施例２
温度差法により合成したＩｂ型ダイヤモンド（窒素濃度
的８０ｐｐｍ）を３ Ｘ ３ Ｘ ２ ｍｍ角に研磨後
、２ＭｅＶの゛中性子線をｌＸｌ０１７個／ ｃｒｌの
密度で照射した。その後、６００℃〜１６００℃の範囲
内で真空下アニールを２０時間行った。各々の試料につ
いて実施例１と同様、螢光強度とｇａｉｎの測定を行っ
た。得られた結果を表２に示す。
的８０ｐｐｍ）を３ Ｘ ３ Ｘ ２ ｍｍ角に研磨後
、２ＭｅＶの゛中性子線をｌＸｌ０１７個／ ｃｒｌの
密度で照射した。その後、６００℃〜１６００℃の範囲
内で真空下アニールを２０時間行った。各々の試料につ
いて実施例１と同様、螢光強度とｇａｉｎの測定を行っ
た。得られた結果を表２に示す。
表かられかるように、Ｈ３センターは７００℃あたりか
ら急激に生成ｌが増加し始め、９００℃付近で生成量は
飽和する。さらに温度を１５００℃まで上げるとＨ３セ
ンターは緩やかに減少する傾向にある。
ら急激に生成ｌが増加し始め、９００℃付近で生成量は
飽和する。さらに温度を１５００℃まで上げるとＨ３セ
ンターは緩やかに減少する傾向にある。
１５００℃以上ではグラファイト化のために測定不可で
あった。ｇａｉｎはほぼ螢光強度に比例する。
あった。ｇａｉｎはほぼ螢光強度に比例する。
このことから最適なアニール温度は７００℃〜１５００
℃との結論を得た。
℃との結論を得た。
実施例３
電子線照射についても実施例１．２と同様に照射線量、
アニール温度を変化させてレーザー発振の有無を調べた
。
アニール温度を変化させてレーザー発振の有無を調べた
。
窒素濃度８０ｐｐｍの人工合成Ｉｂ型ダイヤモンドを３
Ｘ３Ｘ２１１１１角に研磨後、２ ＭｅＶの電子線を照
射量を変えて照射した。
Ｘ３Ｘ２１１１１角に研磨後、２ ＭｅＶの電子線を照
射量を変えて照射した。
その後、６００℃〜１５００℃の範囲内で真空アニール
を２０時間行なった。結果を表３に記す。
を２０時間行なった。結果を表３に記す。
表
実施例４
ガン７線照射について実施例３と同様に照射量、アニー
ル温度を度化させてレーザー発振の有無を調べた７、 ガンマ線源は６０ＣＯを用い、エネルギーは１．３Ｍｅ
Ｖである３、用いたダイヤモンドの窒素量、サイズは実
施例ｉ −３２：同じである。得られた結果を表４に記
す。
ル温度を度化させてレーザー発振の有無を調べた７、 ガンマ線源は６０ＣＯを用い、エネルギーは１．３Ｍｅ
Ｖである３、用いたダイヤモンドの窒素量、サイズは実
施例ｉ −３２：同じである。得られた結果を表４に記
す。
表 ４
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば高価な超高圧装置
を用いることなく、即ち安価に人工Ｔｂ型ダイヤモンド
中に１１３センターを形成させることができるようにな
る。このようにして得られたＨ３センターは天然産ダイ
ヤモンドより得られるＨ３セ／ターに比べ、再現性がよ
い。又、Ｈ３センターは５００〜６００ｎｍに発光領域
をもち、またその強度が強い。従ってこのＨ３センター
をレーザー活性物質とし、で用いれば効果的である。
を用いることなく、即ち安価に人工Ｔｂ型ダイヤモンド
中に１１３センターを形成させることができるようにな
る。このようにして得られたＨ３センターは天然産ダイ
ヤモンドより得られるＨ３セ／ターに比べ、再現性がよ
い。又、Ｈ３センターは５００〜６００ｎｍに発光領域
をもち、またその強度が強い。従ってこのＨ３センター
をレーザー活性物質とし、で用いれば効果的である。
第１図はレーザー発振装置のａｍ！８図である。
１：励起光源 ２：集光レンズ３：励起光光路
４：全反射鏡 ５コ半透過鏡 ６：試料 ７、ダイクロイックミラー ８；レーザー光光路 ９：ディテクター
４：全反射鏡 ５コ半透過鏡 ６：試料 ７、ダイクロイックミラー ８；レーザー光光路 ９：ディテクター
Claims (3)
- （１）人工合成 I ｂ型ダイヤモンドに０．５〜５０Ｍ
ｅＶの中性子線を１０＾１＾６〜１０＾１＾８個／ｃｍ
＾３の密度で照射する工程とその後、圧力１０＾−＾１
ｔｏｒｒ以下、温度７００℃〜１５００℃の範囲内で５
時間以上アニールを行う工程によりＨ３センターをダイ
ヤモンド中に形成することを特徴とするダイヤモンドレ
ーザー素子の作製方法。 - （２）人工合成 I ｂ型ダイヤモンドに０．５〜５０Ｍ
ｅＶの電子線を１０＾１＾７〜１０＾１＾９個／ｃｍ＾
３の密度で照射する工程とその後、圧力１０＾−＾１ｔ
ｏｒｒ以下、温度７００℃〜１５００℃の範囲内で５時
間以上アニールを行う工程によりＨ３センターをダイヤ
モンド中に形成させることを特徴とするダイヤモンドレ
ーザー素子の作製方法。 - （３）人工合成 I ｂ型ダイヤモンドに０．２〜３Ｍｅ
Ｖのガンマ線を１０＾１＾７〜１０＾２＾０ｒａｄの線
量で照射する工程とその後、圧力１０＾−＾１ｔｏｒｒ
以下、温度７００℃〜１５００℃の範囲内で５時間以上
アニールを行う工程によりＨ３センターをダイヤモンド
中に形成させることを特徴とするダイヤモンドレーザー
素子の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24128088A JPH0287691A (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | ダイヤモンドレーザー素子の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24128088A JPH0287691A (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | ダイヤモンドレーザー素子の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0287691A true JPH0287691A (ja) | 1990-03-28 |
Family
ID=17071911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24128088A Pending JPH0287691A (ja) | 1988-09-26 | 1988-09-26 | ダイヤモンドレーザー素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0287691A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013534869A (ja) * | 2010-06-03 | 2013-09-09 | エレメント シックス リミテッド | ダイヤモンド工具 |
-
1988
- 1988-09-26 JP JP24128088A patent/JPH0287691A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013534869A (ja) * | 2010-06-03 | 2013-09-09 | エレメント シックス リミテッド | ダイヤモンド工具 |
| US8884251B2 (en) | 2010-06-03 | 2014-11-11 | Element Six Limited | Diamond tools |
| US8884252B2 (en) | 2010-06-03 | 2014-11-11 | Element Six Limited | Diamond tools |
| US8890091B2 (en) | 2010-06-03 | 2014-11-18 | Element Six Limited | Diamond tools |
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