JPS63242989A - 単結晶フアイバの製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えば固体マイクロレーザ素子、増幅素子
などとして使用可能な単結晶ファイバの製造方法に関す
る。

「従来技術とその問題点」 従来より、固体レーザには、種々のものが提供されてい
るが、この中でレーザ素子にＮｄ−ＹＡＧなどの化合物
半導体を用いたものが特定波長光の発振効率が良く光出
力が大きいなどの点で注目されている。

このような固定レーザは、例えばＮｄ−ＹＡＧからなる
ロッドをレーザ素子とし、このレーザ素子ロッドをファ
ブリ・ペロー型などの光共振器内に装着したもので、上
記レーザ素子ロッドをタングステンヨウソ、ランプ等の
外部光源により光励起することでＮｄ等の活性イオン種
に固有の波長光が得られるようにしたものである。

ところが、このような固体レーザでは、そのレーザ素子
ロッドの外周が滑面であることから、不要モードが発生
し特定波長光の発振効率が低下しレーザ特性も低下する
などの不都合が生じることがある。このため、従来、上
記のロッド表面を研摩するなどして乱表面化し、これに
より不要モードの発生を防止するようにしている。

ところで、近年、小型の固体レーザとしてレーザ素子に
細径の単結晶ファイバを用いた固体マイクロレーザが提
供されている。

しかしながら、この固体マイクロレーザでは、レーザ素
子である単結晶ファイバが細径であることから、従来の
研摩処理などの方法を用いることができないため、不要
モードの発生を防止できず、その結果レーザ特性の向上
が図れない問題があった。

「問題点を解決するための手段」 この発明では、結晶成長させた単結晶ファイバの外周を
エツチングすることをその解決手段とした。

以下、この発明の詳細な説明する。

この発明では、まず出発原料の融液を得る。この例では
、第１図に示すように、出発原料からなる母結晶ロッド
ｌを作製し、この母結晶ロッドｌの上端部を加熱手段に
より加熱溶融する、いわゆる浮遊帯溶融法（Ｆｌｏａｔ
　Ｚｏｎｅ法；以下、ＦＺ法と言う。）により融液を得
る。上記の出発原料としては、ＬｉＮｂＯ５、Ｌ　ｉＴ
　ａｏ　ｓ等の金属酸化物、ＹＡＧ、Ｎｄ−ＹＡＧ、Ｙ
　Ｉ　Ｇ、ＧＳＧＧ（ガドリニウム・スカンジウム・ガ
リウム・ガーネット）等の化合物半導体、サファイア、
ルビー等のアルミナ結晶体などが好適に用いられるが、
これに限定されるものではない。上記の母結晶ロッドｌ
は、例えば上記出発原料からなる大口径の多結晶あるい
は単結晶を、グラインダ等により所定の径、長さに切削
研摩して得られるものである。また、上記の加熱手段と
しては、エキシマレーザ、アルゴンガスレーザ、炭酸ガ
スレーザ、色素レーザ、ＹＡＧレーザ等の半導体レーザ
などの各種レーザ、マイクロバーナ、アークイメージン
グなどを用いることができる。

次に、上記の母結晶ロッドｌの上端部の融液に種結晶を
接触させ、この種結晶を徐々に引上げて結晶を成長させ
て単結晶ファイバ２を得る。

このようにして得られた単結晶ファイバ２は、その外周
面が比較的滑面である。このため、次工程として、上記
の単結晶ファイバ２の外周をエツチングする。

このエツチング処理にあたっては、第１図に示すように
、外径計測装置３により、引上げられた単結晶ファイバ
２の外径を計測し、この計測データに基づいて気相エツ
チング装置４により単結晶ファイバ２の外径を所定の範
囲内で制御すると同時に単結晶ファイバ２の外周面を部
表面化する。

ここで、上記の外径計測器３には、レーザ式外径計測器
、後方散乱光による外径計測器、計測用テレビカメラ等
による計測システムなどが好適に用いられる。上記の気
相エツチング装置４には、成長する単結晶ファイバ２の
外周面の微小領域を高温加熱する加熱手段と、加熱され
た微小領域にエツチングガスをあてるエツチング手段を
備えたものが用いられる。そして、気相エツチング装置
４の加熱手段としては、単結晶ファイバ２の外周面の微
小領域を高温加熱できる萌述の各加熱手段などを用いる
ことができる。また、気相エツチング装置４に用いられ
るエツチングガスとしては、Ｆ２、ＣＱｔＳＢ　ｒ＊、
ＨＦ、ＣＦ、、、ＣＣｌ２＊Ｆｔなどのハロゲン化合物
含有ガスが好適である。また、このエツチング処理にお
ける加熱温度は、単結晶の種類、単結晶の引上げ速度、
加熱源などにより左右され、通常１３００〜１７００°
Ｃ程度の範囲とされる晶ファイバ２に対するエツチング
量は、単結晶ファイバ２から除去すべき不要モード量な
どに応じて決められるが、通常１〜３μＲ／分程度の範
囲とされる。

次に、このようにしてエツチングされた単結晶ファイバ
２は、図示しない引上げベルトなどにより上方に引上げ
られる。

このようにして得られた単結晶ファイバ２は、その外周
面がエツチングされたものであるので、その外周面が部
表面化され、かつ外径が所定の範囲内に制御されたもの
となる。そして、この単結晶ファイバ２は、これを例え
ば固体マイクロレーザ素子などとして機能させると、不
要モードの発生がないことから、極めてシャープに特定
波長光を発振させることができ、レーザ特性の向上に寄
与するものとなる。

この例では、ＦＺ法を用いて出発原料からなる母結晶ロ
ッドｌの上端部を加熱溶融し、これにより出発原料の融
液を得るようにしているが、溶融２１　１−１４”ｒｋ
、Ｉ’ｒ７ｎｒｈｒ＊Ｉｃしｉ［やＲＴｌ；”　　Ｏ（
’Ｆｄ＋ｙｐ−ｄｅ「ｉｎｐｄＦｉｌｍ−ｆｅｄ　Ｇｒ
ｏｗｔｈ）法等の他の方法を用いてもよい。

また、この例では、結晶引上げ工程に連続してエツチン
グを行なうようにしているが、一旦結晶引上げて単結晶
ファイバ２を得たのち、エツチングを行なうようにして
もよい。

以下、実験例を示してこの発明の作用効果を明確にする
。

「実験例」 外径１ｘｘのＯｒ　ドープサファイア棒の上端部を出力
１２ｗの炭酸ガスレーザによるレーザ光で加熱溶融し、
この融液に外径０．３ｘｊ＋のサファイアからなる種結
晶棒の下端部を接触させたのち、この種結晶棒を連続的
に引上げ成長させて単結晶ファイバを得た。この単結晶
ファイバを長さ６０ｘｍ程度まで成長させてから、ファ
イバ外径を連続的に計測したところ、３００μ翼±４０
μｌの範囲で外径変動が生じていることがわかった。こ
の外径変動は、加熱手段の炭酸ガスレーザの安定度に因
るところが大きいものと思われる。上記ファイバ外径の
計測には、成長する単結晶ファイバの外径を連続的に計
測できる計測用カメラと、このカメラによる計測データ
を演算処理する演算装置からなる測定システムを用いた
。

次いで、上記測定システムによる単結晶ファイバの外径
データに基づいて単結晶ファイバの外周をエツチングし
た。このエツチング処理は、出力５ｗの炭酸ガスレーザ
によるレーザ光を単結晶ファイバの表面に集光し、この
部分を温度約１５００°Ｃ程度に加熱し、この加熱部分
にＡｒガス（３０ｃｃ／分）にＣＦ４ガス（４ｃｃ／分
）を混合したエツチングガスをあてて行なった。このエ
ツチング量を２μ肩／分とし、このときのトラバース速
度を０．１μＪＩ／分とした。このようなエツチング処
理により、単結晶ファイバの外径を２５０μ肩±５μ屑
程度に制御し、単結晶ファイバ表面に±５μｌ程度の高
低差の凹凸を有する孔表面を形成することができた。

次に、このようにして得られた単結晶ファイバを長さ６
ｘｘに切断し、両端面を研摩し、これを固体マイクロレ
ーザ素子とした。そして、この素子を共振器内に装着し
、可視光源で光励起したところ、０．６９４３μ肩のＴ
ＥＭＯ。モード光を効率良く発振させることができた。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、単結晶ファイ
バの外周をエツチングするようにしたので、単結晶ファ
イバの外周面を容易にかつ確実に孔表面化することがで
き、よって不要モードの発生を防止できる。したがって
、この発明によって得られた単結晶ファイバでは、不要
モードの発生がないので、例えば固体マイクロレーザ素
子などとして使用した際に、極めてシャープに＼特定波
長光を発振することができ、レーザ特性の向上に寄与す
るものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す概略構成図である
。 ｌ・・・母結晶ロッド、２・・・単結晶ファイバ、４・
・・気相エツチング装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 出発原料融液に種結晶を接触させこれを成長させて単結
   晶ファイバを得る単結晶ファイバの製造方法において、 上記単結晶ファイバの外周をエッチングすることを特徴
   とする単結晶ファイバの製造方法。