JPH1041577A - アップコンバージョンレーザー - Google Patents
アップコンバージョンレーザーInfo
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- JPH1041577A JPH1041577A JP19057096A JP19057096A JPH1041577A JP H1041577 A JPH1041577 A JP H1041577A JP 19057096 A JP19057096 A JP 19057096A JP 19057096 A JP19057096 A JP 19057096A JP H1041577 A JPH1041577 A JP H1041577A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 近赤外レーザー光を励起源として紫色発光
を効率良く発生するアップコンバージョンレーザーの提
供 【解決手段】 Nd3+を含む透明体をレーザー媒体
とし、Nd3+の基底状態(4I9/2)から(2H9/2+4F
5/2)への励起に基づき、4D3/2から4I11/2への遷移に
伴う紫色発光を用いることを特徴とするアップコンバー
ジョンレーザー。
を効率良く発生するアップコンバージョンレーザーの提
供 【解決手段】 Nd3+を含む透明体をレーザー媒体
とし、Nd3+の基底状態(4I9/2)から(2H9/2+4F
5/2)への励起に基づき、4D3/2から4I11/2への遷移に
伴う紫色発光を用いることを特徴とするアップコンバー
ジョンレーザー。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザーに
よって容易に得られる近赤外線レーザー光を励起源と
し、光記録などに有利な短波長レーザー光を発生させる
アップコンバージョンレーザーに関する。
よって容易に得られる近赤外線レーザー光を励起源と
し、光記録などに有利な短波長レーザー光を発生させる
アップコンバージョンレーザーに関する。
【0002】
【従来技術】短波長レーザーを用いた光記録手段は記録
密度を高めるうえで有利であるために、半導体レーザ
ー、SHGレーザー、アップコンバージョンレーザーな
どの各種のレーザーについて、小型で安価な短波長レー
ザーが研究されている。このうち半導体レーザーは41
0nm波長域での発振が実験レベルでは得られているが、
実用化されているものは600nm以上のものであり、よ
り波長の短いものが求められている。また、SHGレー
ザーは十分な性能を得るにはコストや安定性に問題があ
る。一方、アップコンバージョンレーザーについても、
Nd:LaF3を用いて380nmの紫色発光を得た報告
や、ErないしTmを添加したYLiF4およびBaY2
F8を用いて450nm〜600nmの青色ないし緑色発光
を得た報告などが多数知られているが、いずれも発光効
率などが低く実用化されていない。
密度を高めるうえで有利であるために、半導体レーザ
ー、SHGレーザー、アップコンバージョンレーザーな
どの各種のレーザーについて、小型で安価な短波長レー
ザーが研究されている。このうち半導体レーザーは41
0nm波長域での発振が実験レベルでは得られているが、
実用化されているものは600nm以上のものであり、よ
り波長の短いものが求められている。また、SHGレー
ザーは十分な性能を得るにはコストや安定性に問題があ
る。一方、アップコンバージョンレーザーについても、
Nd:LaF3を用いて380nmの紫色発光を得た報告
や、ErないしTmを添加したYLiF4およびBaY2
F8を用いて450nm〜600nmの青色ないし緑色発光
を得た報告などが多数知られているが、いずれも発光効
率などが低く実用化されていない。
【0003】短波長のアップコンバージョンレーザーを
実用化するには、安価で扱い易い半導体レーザーを励起
源として用いることができ、かつ発光効率の良い材料を
レーザー媒体とすることが望まれる。ところが、Ndイ
オンを発光イオンとする従来の蛍光体では励起源として
590nmや750nmの光を利用しており、半導体レーザ
ーを励起源として利用することができない。また、従来
のアップコンバージョンレーザーは、レーザー媒体とし
て結晶を用いたものは大部分が室温よりかなり低い13
0K以下でしか発振しないと云う問題もある。
実用化するには、安価で扱い易い半導体レーザーを励起
源として用いることができ、かつ発光効率の良い材料を
レーザー媒体とすることが望まれる。ところが、Ndイ
オンを発光イオンとする従来の蛍光体では励起源として
590nmや750nmの光を利用しており、半導体レーザ
ーを励起源として利用することができない。また、従来
のアップコンバージョンレーザーは、レーザー媒体とし
て結晶を用いたものは大部分が室温よりかなり低い13
0K以下でしか発振しないと云う問題もある。
【0004】
【発明の解決課題】本発明は、アップコンバージョン材
料を用いた従来のレーザーにおける上記問題を解決した
ものであって、酸化物材料やフッ化物材料に比べて格段
に発光効率の良い塩化物材料からなるアップコンバージ
ョン蛍光体をレーザー媒体として用い、現在一般に利用
されているGaAlAs系ないしGsAs系等の半導体
レーザーによって容易に得られる800nm付近のレーザ
ー光を励起源として、室温においても紫色〜青紫色のレ
ーザー光を効率良く生じる短波長アップコンバージョン
レーザーを提供するものである。
料を用いた従来のレーザーにおける上記問題を解決した
ものであって、酸化物材料やフッ化物材料に比べて格段
に発光効率の良い塩化物材料からなるアップコンバージ
ョン蛍光体をレーザー媒体として用い、現在一般に利用
されているGaAlAs系ないしGsAs系等の半導体
レーザーによって容易に得られる800nm付近のレーザ
ー光を励起源として、室温においても紫色〜青紫色のレ
ーザー光を効率良く生じる短波長アップコンバージョン
レーザーを提供するものである。
【0005】
【課題の解決手段】本発明者等は、鋭意検討の結果、N
d3+を含むいくつかの化合物において、室温下で単一の
ガリウム−砒素系半導体レーザー(波長808nm,35mW)を
励起光として紫色の発光が得られることを見出した。従
来、このような励起波長の半導体レーザーによる発光現
象は殆ど知られていない。詳しい検討の結果、この紫色
発光は波長約388nmであり、Nd3+イオンの 4D3/2
から4I11/2への遷移に伴うものであり、この他に、4D
3/2から4I13/2への遷移に伴う青紫色発光(波長415n
m)、および4D3/2から基底状態(4I9/2)への遷移に伴
う発光(波長363nm)も認められた。そして、これらの
発光は基底状態(4I9/2)のNd3+が上記半導体レーザー
によって、(2H9/2+4F5/2)のエネルギー準位に励起
され、その後、何通りかの複雑な励起過程を経て、4D
3/2のエネルギー準位まで励起されていることが判明し
た。
d3+を含むいくつかの化合物において、室温下で単一の
ガリウム−砒素系半導体レーザー(波長808nm,35mW)を
励起光として紫色の発光が得られることを見出した。従
来、このような励起波長の半導体レーザーによる発光現
象は殆ど知られていない。詳しい検討の結果、この紫色
発光は波長約388nmであり、Nd3+イオンの 4D3/2
から4I11/2への遷移に伴うものであり、この他に、4D
3/2から4I13/2への遷移に伴う青紫色発光(波長415n
m)、および4D3/2から基底状態(4I9/2)への遷移に伴
う発光(波長363nm)も認められた。そして、これらの
発光は基底状態(4I9/2)のNd3+が上記半導体レーザー
によって、(2H9/2+4F5/2)のエネルギー準位に励起
され、その後、何通りかの複雑な励起過程を経て、4D
3/2のエネルギー準位まで励起されていることが判明し
た。
【0006】本発明は上記知見に基づくものであり、本
発明によれば(1)Nd3+を含む透明体をレーザー媒体
とし、Nd3+の基底状態(4I9/2)から(2H9/2+
4F5/2)への励起に基づき、4D3/2から4I11/2への遷
移に伴う紫色発光を用いることを特徴とするアップコン
バージョンレーザーが提供される。さらに、本発明によ
れば、(2) Nd3+を含む透明体をレーザー媒体と
し、Nd3+の基底状態(4I9/2)から(2H9/2+4F5/2)
への励起に基づき、4D3/2から4I13/2への遷移に伴う
青紫色発光を用いることを特徴とするアップコンバージ
ョンレーザーが提供される。
発明によれば(1)Nd3+を含む透明体をレーザー媒体
とし、Nd3+の基底状態(4I9/2)から(2H9/2+
4F5/2)への励起に基づき、4D3/2から4I11/2への遷
移に伴う紫色発光を用いることを特徴とするアップコン
バージョンレーザーが提供される。さらに、本発明によ
れば、(2) Nd3+を含む透明体をレーザー媒体と
し、Nd3+の基底状態(4I9/2)から(2H9/2+4F5/2)
への励起に基づき、4D3/2から4I13/2への遷移に伴う
青紫色発光を用いることを特徴とするアップコンバージ
ョンレーザーが提供される。
【0007】本発明のアップコンバージョンレーザー
は、(3)ガリウム−砒素系の半導体レーザー光を励起
源とし、紫色〜青紫色のレーザー光を得る上記(1)また
は(2)に記載のレーザー、(4)透明体がNd3+を含む
塩化物結晶である上記(1)〜(3)の何れかに記載のレーザ
ー、(5)透明体がNd3+を含み、陰イオン成分として
塩化物を主体とするガラスである上記(1)〜(3)の何れか
に記載のレーザー、(6)透明体がNd3+以外の希土類
元素イオンを発光関与イオンとして含む上記(1)〜(5)の
何れかに記載のレーザーを含む。
は、(3)ガリウム−砒素系の半導体レーザー光を励起
源とし、紫色〜青紫色のレーザー光を得る上記(1)また
は(2)に記載のレーザー、(4)透明体がNd3+を含む
塩化物結晶である上記(1)〜(3)の何れかに記載のレーザ
ー、(5)透明体がNd3+を含み、陰イオン成分として
塩化物を主体とするガラスである上記(1)〜(3)の何れか
に記載のレーザー、(6)透明体がNd3+以外の希土類
元素イオンを発光関与イオンとして含む上記(1)〜(5)の
何れかに記載のレーザーを含む。
【0008】
【具体的な説明】以下、本発明をNd3+のエネルギー準
位図を参照して具体的に説明する。図1はNd3+のエネ
ルギー準位を簡略に示したものである。なお、希土類イ
オンのエネルギー準位は化合物の組成や形態にあまり依
存しないことが知られているので、図1は水溶液中での
データを基にしている(J. Chem. Phys. 49, (1968) 44
24)。図中の矢印は本発明において推定される励起過程
を示す。
位図を参照して具体的に説明する。図1はNd3+のエネ
ルギー準位を簡略に示したものである。なお、希土類イ
オンのエネルギー準位は化合物の組成や形態にあまり依
存しないことが知られているので、図1は水溶液中での
データを基にしている(J. Chem. Phys. 49, (1968) 44
24)。図中の矢印は本発明において推定される励起過程
を示す。
【0009】本発明における励起発光過程は、その一例
として図示するように、以下の(イ)〜(ヘ)または(ト)の過
程を経ているものと推察される。 (イ) 基底状態(4I9/2) ---→ 2H9/2+4F5/2 への励
起 (ロ) 2H9/2 + 4F5/2 ---→ 4F3/2 への遷移 (ハ) 4F3/2 ---→ 2P1/2 + 2D5/2 への
励起 (ニ) 2P1/2 + 2D5/2 ---→ 2H11/2 への遷移 (ホ) 2H11/2 ---→ 4D3/2 への励起 (ヘ) 4D3/2 ---→ 4I11/2 への遷移 (ト) 4D3/2 ---→ 4I13/2 への遷移 上記励起過程において、4D3/2は4D3/2+4D5/2+4D
1/2+2I11/2+2L15/2のエネルギー準位を示す(以
下、4D3/2と略記する)。なお、以上の励起過程は最も
単純な例を示したものであり、励起による蛍光スペクト
ルがNd濃度に依存していることからも明かなように、
Nd3+が基底状態(4I9/2)から(2H9/2+4F5/2)へ
励起された後は、実際には複数のNd3+の間でのエネル
ギー交換などを含めたより複雑な過程で励起されている
ものと考えられる。
として図示するように、以下の(イ)〜(ヘ)または(ト)の過
程を経ているものと推察される。 (イ) 基底状態(4I9/2) ---→ 2H9/2+4F5/2 への励
起 (ロ) 2H9/2 + 4F5/2 ---→ 4F3/2 への遷移 (ハ) 4F3/2 ---→ 2P1/2 + 2D5/2 への
励起 (ニ) 2P1/2 + 2D5/2 ---→ 2H11/2 への遷移 (ホ) 2H11/2 ---→ 4D3/2 への励起 (ヘ) 4D3/2 ---→ 4I11/2 への遷移 (ト) 4D3/2 ---→ 4I13/2 への遷移 上記励起過程において、4D3/2は4D3/2+4D5/2+4D
1/2+2I11/2+2L15/2のエネルギー準位を示す(以
下、4D3/2と略記する)。なお、以上の励起過程は最も
単純な例を示したものであり、励起による蛍光スペクト
ルがNd濃度に依存していることからも明かなように、
Nd3+が基底状態(4I9/2)から(2H9/2+4F5/2)へ
励起された後は、実際には複数のNd3+の間でのエネル
ギー交換などを含めたより複雑な過程で励起されている
ものと考えられる。
【0010】一般に励起過程が複雑になれば、その中間
過程でのエネルギーロスが大きい材料では効率の良い励
起が行われないことは容易に想像でき、そのため、本発
明で得られた紫色や青紫色の発光はこれまで殆ど知られ
ていなかった。事実、実施例に示すように、一般的なレ
ーザー材料を用いた場合には本発明のような紫色や青紫
色の発光は得られない。ところが、Nd3+を発光イオン
として含む塩化物系の結晶体やガラス体ではガリウム−
砒素半導体レーザー光を励起源として紫色や青紫色の発
光を得ることができるのであり、従って、本発明の上記
励起過程が効率良く行われているものと考えられる。一
般に、励起過程が効率良く行われるためには、(a)励起
の中間過程での安定度が高い、(b)エネルギーの移動が
円滑に行われるように準位間のエネルギー差が適切な大
きさであるなどの要件を満たす必要がある。上記塩化物
材料はフォノンエネルギーが小さいために熱輻射の確率
が低く、励起状態の安定度が高いので上記(a)の要件を
満たし、またエネルギー準位の母体材料に基づく微妙な
ズレが上記(b)の要件を満たすものと思われる。なお、
本発明はNd3+の上記励起過程による発光が得られる材
料であれば良いので、Nd3+が上記励起過程を経る材料
であれば塩化物系材料に限らない。
過程でのエネルギーロスが大きい材料では効率の良い励
起が行われないことは容易に想像でき、そのため、本発
明で得られた紫色や青紫色の発光はこれまで殆ど知られ
ていなかった。事実、実施例に示すように、一般的なレ
ーザー材料を用いた場合には本発明のような紫色や青紫
色の発光は得られない。ところが、Nd3+を発光イオン
として含む塩化物系の結晶体やガラス体ではガリウム−
砒素半導体レーザー光を励起源として紫色や青紫色の発
光を得ることができるのであり、従って、本発明の上記
励起過程が効率良く行われているものと考えられる。一
般に、励起過程が効率良く行われるためには、(a)励起
の中間過程での安定度が高い、(b)エネルギーの移動が
円滑に行われるように準位間のエネルギー差が適切な大
きさであるなどの要件を満たす必要がある。上記塩化物
材料はフォノンエネルギーが小さいために熱輻射の確率
が低く、励起状態の安定度が高いので上記(a)の要件を
満たし、またエネルギー準位の母体材料に基づく微妙な
ズレが上記(b)の要件を満たすものと思われる。なお、
本発明はNd3+の上記励起過程による発光が得られる材
料であれば良いので、Nd3+が上記励起過程を経る材料
であれば塩化物系材料に限らない。
【0011】参考までに、紫色発光について、従来知ら
れているNd3+の発光過程を示したエネルギー準位図を
図2に示す。なお、これはNd:LaF3結晶を用いたも
のである(Appl.Phys.Lett.52(16),18 April 1988, 130
0-1302p)。図2のNd3+を利用した従来の紫色発光
は、図中(a),(b)の2種によるものであり、各々次のよ
うな発光過程からなる。(a)の場合は、IRによって基
底状態(4I9/2)から4F6/2に励起し、さらに黄色光によ
る4F3/2から4D3/2への励起を経て、4D3/2から4I
11/2への遷移によって紫色光を生じる。(b)の場合は、
黄色光による基底状態(4I9/2)から4G5/2への励起と4
F3/2から4D3/2への励起によって紫色発光(4D3/2から
4I11/2への遷移)を生じる。これらは何れの場合も黄色
光を励起光として用いており、そのために励起の中間過
程でのエネルギーロスを低減させて紫色発光が得られる
ものと考えられ、本発明の発光過程とは明らかに異なっ
たものである。
れているNd3+の発光過程を示したエネルギー準位図を
図2に示す。なお、これはNd:LaF3結晶を用いたも
のである(Appl.Phys.Lett.52(16),18 April 1988, 130
0-1302p)。図2のNd3+を利用した従来の紫色発光
は、図中(a),(b)の2種によるものであり、各々次のよ
うな発光過程からなる。(a)の場合は、IRによって基
底状態(4I9/2)から4F6/2に励起し、さらに黄色光によ
る4F3/2から4D3/2への励起を経て、4D3/2から4I
11/2への遷移によって紫色光を生じる。(b)の場合は、
黄色光による基底状態(4I9/2)から4G5/2への励起と4
F3/2から4D3/2への励起によって紫色発光(4D3/2から
4I11/2への遷移)を生じる。これらは何れの場合も黄色
光を励起光として用いており、そのために励起の中間過
程でのエネルギーロスを低減させて紫色発光が得られる
ものと考えられ、本発明の発光過程とは明らかに異なっ
たものである。
【0012】本発明のアップコンバージョンレーザー
は、Nd3+をその基底状態(4I9/2)から(2H9/2+4F
5/2)に励起し、2律以上の励起を経て最終的に4D3/2に
励起し、4D3/2から4I11/2への遷移によって生じる紫
色発光を利用するものであり、従って、励起源として
は、Nd3+をその基底状態から(2H9/2+4F5/2)に励
起するためのエネルギーを有する光が用いられる。ここ
で、Nd3+を含む塩化物結晶(実施例1の試料No.3に相
当)について、760nm付近から840nm付近に至る波
長域における室温下での吸収スペクトルを図3に示す。
同図に示すように、概ね790nm〜830nmの範囲にお
いて、基底状態(4I9/2)から 2H9/2+4F5/2への励起
に伴う吸収が見られ、810nm付近において最も強い吸
収が見られる。一方、同一の塩化物結晶について、励起
波長を変化させた際の発光の強さを調べると、この吸収
の大きさにほぼ準じており、最も発光の強い領域は80
6nmである。この波長はガリウム−砒素系の化合物半導
体レーザーの発振波長域と一致しており、比較的強力な
励起光を容易に得ることができる波長である。
は、Nd3+をその基底状態(4I9/2)から(2H9/2+4F
5/2)に励起し、2律以上の励起を経て最終的に4D3/2に
励起し、4D3/2から4I11/2への遷移によって生じる紫
色発光を利用するものであり、従って、励起源として
は、Nd3+をその基底状態から(2H9/2+4F5/2)に励
起するためのエネルギーを有する光が用いられる。ここ
で、Nd3+を含む塩化物結晶(実施例1の試料No.3に相
当)について、760nm付近から840nm付近に至る波
長域における室温下での吸収スペクトルを図3に示す。
同図に示すように、概ね790nm〜830nmの範囲にお
いて、基底状態(4I9/2)から 2H9/2+4F5/2への励起
に伴う吸収が見られ、810nm付近において最も強い吸
収が見られる。一方、同一の塩化物結晶について、励起
波長を変化させた際の発光の強さを調べると、この吸収
の大きさにほぼ準じており、最も発光の強い領域は80
6nmである。この波長はガリウム−砒素系の化合物半導
体レーザーの発振波長域と一致しており、比較的強力な
励起光を容易に得ることができる波長である。
【0013】本発明においてレーザー媒体として用いる
化合物の例としては、Nd3+を発光イオンとする塩化物
結晶あるいは塩化物ガラスが挙げられる。これらは、N
d以外の希土類元素イオンを発光関与イオンとして含む
ものでも良い。具体的な例としては、特開平7-97572号
公報に記載されている、一般式:REBa2Cl7(式
中、REは希土類元素)で示される塩化物であって、Nd
を含むものが挙げられる。上記塩化物結晶はBa2原子
と希土類1原子に対して7原子の塩素が配位した構造で
あり、通常のNdBa3Cl9の構造とは異なる安定な透
明結晶である。
化合物の例としては、Nd3+を発光イオンとする塩化物
結晶あるいは塩化物ガラスが挙げられる。これらは、N
d以外の希土類元素イオンを発光関与イオンとして含む
ものでも良い。具体的な例としては、特開平7-97572号
公報に記載されている、一般式:REBa2Cl7(式
中、REは希土類元素)で示される塩化物であって、Nd
を含むものが挙げられる。上記塩化物結晶はBa2原子
と希土類1原子に対して7原子の塩素が配位した構造で
あり、通常のNdBa3Cl9の構造とは異なる安定な透
明結晶である。
【0014】上記結晶構造を有する塩化物としては、一
般式:Ndx(RE1-x)Ba2Cl7、(REはGdおよび/ま
たはY、xは0<x<0.5)で表される希土類含有塩化バリ
ウムなどである。また、塩化物ガラスとしては、特願平
07-051786号に記載されている塩化バリウム−塩化ガド
リニウム−塩化ネオジウム系のガラスが挙げられる。
般式:Ndx(RE1-x)Ba2Cl7、(REはGdおよび/ま
たはY、xは0<x<0.5)で表される希土類含有塩化バリ
ウムなどである。また、塩化物ガラスとしては、特願平
07-051786号に記載されている塩化バリウム−塩化ガド
リニウム−塩化ネオジウム系のガラスが挙げられる。
【0015】
【発明の実施形態】以下、本発明の実施例を示す。な
お、これらは例示であり、本発明の範囲を限定するもの
ではない。
お、これらは例示であり、本発明の範囲を限定するもの
ではない。
【0016】実施例1 酸化イットリウム、酸化ガドリニウム、酸化ネオジム、
無水塩化バリウム、炭素粉末を表1に示す量比に配合し
たものを、グラッシーカーボン製のルツボに入れ、石英
ガラス製反応容器内において、塩素ガス導入下、900
℃で2時間加熱して反応させ、塩化物融体を得た。塩素
ガスを吹き込んで残存する酸化物および水分を反応器か
ら追い出した後に、上記塩化物融体を石英管に吸い上
げ、棒状に冷却し固化させた。この石英管の両端を真空
封止して加熱炉に入れ、帯溶融法によって単結晶に育成
した。育成条件は最高温度850℃、温度勾配約5℃/m
m、移動速度7mm/hである。この塩化物単結晶(直径4.5
mm)を厚さ4.8mmに研磨し、シリコーンオイルを満た
した容器内で、近赤外線レーザー(Ti:サファイヤレーサ゛ー、ハ゜ル
ス幅約10ns、ヒ゛ーム径約1mm2、波長806nm、約2mJ/ハ゜ルス)で
励起した際の蛍光スペクトルを測定した。図4に代表例
として試料No.3の蛍光スペクトルを示した。他の試料に
ついてもほぼ同様の蛍光スペクトルが得られた。なお、
図4は励起波長806nmの場合であり、最も発光強度が
強いが、励起波長795nm〜815nmを用いた場合でも
発光が観察された。次に、表1に示す組成の塩化物単結
晶について(4F5/2+2H9/2)準位への励起による4D
3/2から4I11/2への遷移に伴う発光の利得の測定を行っ
たところ、効率の大小はあるものの、全ての試料につい
て利得が得られた。
無水塩化バリウム、炭素粉末を表1に示す量比に配合し
たものを、グラッシーカーボン製のルツボに入れ、石英
ガラス製反応容器内において、塩素ガス導入下、900
℃で2時間加熱して反応させ、塩化物融体を得た。塩素
ガスを吹き込んで残存する酸化物および水分を反応器か
ら追い出した後に、上記塩化物融体を石英管に吸い上
げ、棒状に冷却し固化させた。この石英管の両端を真空
封止して加熱炉に入れ、帯溶融法によって単結晶に育成
した。育成条件は最高温度850℃、温度勾配約5℃/m
m、移動速度7mm/hである。この塩化物単結晶(直径4.5
mm)を厚さ4.8mmに研磨し、シリコーンオイルを満た
した容器内で、近赤外線レーザー(Ti:サファイヤレーサ゛ー、ハ゜ル
ス幅約10ns、ヒ゛ーム径約1mm2、波長806nm、約2mJ/ハ゜ルス)で
励起した際の蛍光スペクトルを測定した。図4に代表例
として試料No.3の蛍光スペクトルを示した。他の試料に
ついてもほぼ同様の蛍光スペクトルが得られた。なお、
図4は励起波長806nmの場合であり、最も発光強度が
強いが、励起波長795nm〜815nmを用いた場合でも
発光が観察された。次に、表1に示す組成の塩化物単結
晶について(4F5/2+2H9/2)準位への励起による4D
3/2から4I11/2への遷移に伴う発光の利得の測定を行っ
たところ、効率の大小はあるものの、全ての試料につい
て利得が得られた。
【0017】一方、二波長励起や極低温での紫色発光が
示されているYLiF4結晶(1%Nd含有)について、上
記と同じ条件でアップコンバージョン蛍光スペクトルの
測定を試みたが、レーザー出力を4mJまで高めても(4
G5/2+2G9/2)から基底状態への遷移に相当する59
0nm付近に痕跡程度の蛍光が観察されただけであり、従
って、本発明のような励起が生じていないことが示され
た。
示されているYLiF4結晶(1%Nd含有)について、上
記と同じ条件でアップコンバージョン蛍光スペクトルの
測定を試みたが、レーザー出力を4mJまで高めても(4
G5/2+2G9/2)から基底状態への遷移に相当する59
0nm付近に痕跡程度の蛍光が観察されただけであり、従
って、本発明のような励起が生じていないことが示され
た。
【0018】表1
【0019】実施例2 原料を表2に示す量比に配合したものを、グラッシーカ
ーボン製のルツボに入れ、石英ガラス製反応容器内にお
いて、アルゴン雰囲気下で加熱し溶融させた。溶融後、
試料No.9,11,12をアルゴンと四塩化炭素の混合ガス下を
2時間かけて吹き込み完全に酸化物イオン等を除去し
た。一方、試料No.10,13については、臭素と一酸化炭素
を吹き込み、同様の処理を施した。これらの融体を石英
管に吸い上げ、棒状に冷却し固化させた。この石英管の
両端を真空封止して加熱炉に入れ、再溶融した後に、直
ちにガラス転移温度まで冷却し、2時間アニールした。
その後、1k/minの割合で徐冷して塩化物主体のガラス
試料を得た。
ーボン製のルツボに入れ、石英ガラス製反応容器内にお
いて、アルゴン雰囲気下で加熱し溶融させた。溶融後、
試料No.9,11,12をアルゴンと四塩化炭素の混合ガス下を
2時間かけて吹き込み完全に酸化物イオン等を除去し
た。一方、試料No.10,13については、臭素と一酸化炭素
を吹き込み、同様の処理を施した。これらの融体を石英
管に吸い上げ、棒状に冷却し固化させた。この石英管の
両端を真空封止して加熱炉に入れ、再溶融した後に、直
ちにガラス転移温度まで冷却し、2時間アニールした。
その後、1k/minの割合で徐冷して塩化物主体のガラス
試料を得た。
【0020】これらの塩化物ガラスについて、実施例1
と同様に先ず蛍光スペクトルを測定した。代表例として
試料No.9のスペクトルを図5に示した。他の試料につい
てもほぼ同様の蛍光スペクトルが得られた。次に、表2
に示す組成の塩化物ガラスについて(4F5/2+2H9/2)
準位への励起による4D3/2から4I11/2への遷移に伴う
発光の利得の測定を行ったところ、効率の大小はあるも
のの、全ての試料について利得が得られた。一方、フッ
化物アップコンバージョンガラスとして代表的なZBLAN
ガラス(ZrF4:BaF2:LaF3:AlF3:NaF)について、1
〜3%のNdF3を添加し、上記と同一の条件でアップ
コンバージョン蛍光の測定を試みたが、全く蛍光が得ら
れなかった。
と同様に先ず蛍光スペクトルを測定した。代表例として
試料No.9のスペクトルを図5に示した。他の試料につい
てもほぼ同様の蛍光スペクトルが得られた。次に、表2
に示す組成の塩化物ガラスについて(4F5/2+2H9/2)
準位への励起による4D3/2から4I11/2への遷移に伴う
発光の利得の測定を行ったところ、効率の大小はあるも
のの、全ての試料について利得が得られた。一方、フッ
化物アップコンバージョンガラスとして代表的なZBLAN
ガラス(ZrF4:BaF2:LaF3:AlF3:NaF)について、1
〜3%のNdF3を添加し、上記と同一の条件でアップ
コンバージョン蛍光の測定を試みたが、全く蛍光が得ら
れなかった。
【0021】表2
【0022】実験例 Nd0.02Y1.98BaF6.4Cl1.6、 Nd0.01Gd0.99
BaPbF3.5Cl3.5の組成からなる試料について、実
施例1と同様に、(4F5/2+2H9/2)準位への励起によ
る4D3/2から4I11/2への遷移に伴う発光を測定したと
ころ、いずれの試料についても発光が観察された。な
お、これらの試料は多結晶体であり、透明体ではないの
で、レーザー発振を直接行うことはできないが、本発明
の励起過程が認められる。
BaPbF3.5Cl3.5の組成からなる試料について、実
施例1と同様に、(4F5/2+2H9/2)準位への励起によ
る4D3/2から4I11/2への遷移に伴う発光を測定したと
ころ、いずれの試料についても発光が観察された。な
お、これらの試料は多結晶体であり、透明体ではないの
で、レーザー発振を直接行うことはできないが、本発明
の励起過程が認められる。
【0023】
【発明の効果】本発明のアップコンバージョンレーザー
は、800nm付近のレーザー光を励起源として、室温に
おいて390nm付近の紫色ないし415nm付近の青紫色
の発光を効率良く得ることができる。さらに、現在一般
に利用されており、出力の大きな800nm付近のレーザ
ー光を生じるガリウム−砒素系の半導体レーザーを励起
源として利用することができるので、実用性に優れる。
は、800nm付近のレーザー光を励起源として、室温に
おいて390nm付近の紫色ないし415nm付近の青紫色
の発光を効率良く得ることができる。さらに、現在一般
に利用されており、出力の大きな800nm付近のレーザ
ー光を生じるガリウム−砒素系の半導体レーザーを励起
源として利用することができるので、実用性に優れる。
【図1】 本発明の発光過程を示すNd3+のエネルギー
準位図
準位図
【図2】 従来の発光過程を示すNd3+のエネルギー準
位図
位図
【図3】 Nd3+の基底状態から(4F5/2+2H9/2)準
位への励起による吸収スペクトル図
位への励起による吸収スペクトル図
【図4】 実施例1の発光スペクトル図
【図5】 実施例2の発光スペクトル図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 浩之 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内
Claims (6)
- 【請求項1】 ネオジムイオン(以下、Nd3+と示す)を
含む透明体をレーザー媒体とし、Nd3+の基底状態(4
I9/2)から(2H9/2+4F5/2)への励起に基づき、4D
3/2から4I11/2への遷移に伴う紫色発光を用いることを
特徴とするアップコンバージョンレーザー。 - 【請求項2】 Nd3+を含む透明体をレーザー媒体と
し、Nd3+の基底状態(4I9/2)から(2H9/2+4F5/2)へ
の励起に基づき、4D3/2から4I13/2への遷移に伴う青
紫色発光を用いることを特徴とするアップコンバージョ
ンレーザー。 - 【請求項3】 ガリウム−砒素系の半導体レーザー光を
励起源とし、紫色〜青紫色のレーザー光を得る請求項1
または2に記載のレーザー。 - 【請求項4】 透明体がNd3+を含む塩化物結晶である
請求項1〜3の何れかに記載のレーザー。 - 【請求項5】 透明体がNd3+を含み、陰イオン成分と
して塩化物を主体とするガラスである請求項1〜3の何
れかに記載のレーザー。 - 【請求項6】 透明体がNd3+以外の希土類元素イオン
を発光関与イオンとして含む請求項1〜5の何れかに記
載のレーザー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19057096A JPH1041577A (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | アップコンバージョンレーザー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19057096A JPH1041577A (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | アップコンバージョンレーザー |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1041577A true JPH1041577A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16260270
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19057096A Withdrawn JPH1041577A (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | アップコンバージョンレーザー |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1041577A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003052891A2 (en) * | 2001-12-17 | 2003-06-26 | Krupke William F | Diode-pumped visible wavelength alkali laser |
-
1996
- 1996-07-19 JP JP19057096A patent/JPH1041577A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003052891A2 (en) * | 2001-12-17 | 2003-06-26 | Krupke William F | Diode-pumped visible wavelength alkali laser |
WO2003052891A3 (en) * | 2001-12-17 | 2004-01-22 | William F Krupke | Diode-pumped visible wavelength alkali laser |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031007 |