リン酸塩系レーザーガラスにおける希土類イオン発光帯域幅の拡大
【課題】固体レーザー利得媒質としてのリン酸塩系ガラスの使用の開示。
【解決手段】リン酸レーザーガラスであって、Ｐ２Ｏ５３５〜６５、ＳｉＯ２０〜２０、Ｂ２Ｏ３０〜１５、Ａｌ２Ｏ３＞０〜１０、Ｎｂ２Ｏ５０〜１０、ＴｅＯ２０〜５、ＧｅＯ２０〜５、ＷＯ３０〜５、Ｂｉ２Ｏ３０〜５、Ｌａ２Ｏ３０〜５、Ｌｎ２Ｏ３＞０〜１０（Ｌｎ＝周期表の元素５８〜７１のレーザー発振イオン）、Ｒ２Ｏ１０〜３０（Ｒ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、ＭＯ１０〜３０（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）、Ｓｂ２Ｏ３０〜５の組成（ｍｏｌ％）を有し、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２が各々、＞０ｍｏｌ％〜約１５ｍｏｌ％で存在し、それらの合計が少なくとも１ｍｏｌ％である、リン酸レーザーガラス。
【解決手段】リン酸レーザーガラスであって、Ｐ２Ｏ５３５〜６５、ＳｉＯ２０〜２０、Ｂ２Ｏ３０〜１５、Ａｌ２Ｏ３＞０〜１０、Ｎｂ２Ｏ５０〜１０、ＴｅＯ２０〜５、ＧｅＯ２０〜５、ＷＯ３０〜５、Ｂｉ２Ｏ３０〜５、Ｌａ２Ｏ３０〜５、Ｌｎ２Ｏ３＞０〜１０（Ｌｎ＝周期表の元素５８〜７１のレーザー発振イオン）、Ｒ２Ｏ１０〜３０（Ｒ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、ＭＯ１０〜３０（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）、Ｓｂ２Ｏ３０〜５の組成（ｍｏｌ％）を有し、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２が各々、＞０ｍｏｌ％〜約１５ｍｏｌ％で存在し、それらの合計が少なくとも１ｍｏｌ％である、リン酸レーザーガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザー利得媒質としてのリン酸塩をベースとしたガラスの使用に関する。とりわけ、本発明は、リン酸塩をベースとしたガラス組成物においてレーザー発振イオン（lasing ions）として用いられる希土類イオンの発光帯域幅を拡大することに関する。発光帯域幅を拡大することは、ガラス網目構造中のハイブリダイゼーションによって達成されると考えられる。
【背景技術】
【０００２】
リン酸レーザーガラスは、高平均パワー及び高ピークエネルギーのレーザーシステムのためのホストマトリックスとして使用されるものとして知られている。例えば、広い発光帯域幅を有するものとして記載される、Ｎｄでドープされたリン酸レーザーガラスの使用を開示しているPayne et al.（特許文献１）を参照されたい。Hayden et al.（特許文献２）も、Ｎｄでドープされたリン酸レーザーガラスを開示している。この場合、レーザーガラスは、抽出効率（extraction efficiency）を改善させる狭い発光帯域幅（２６ｎｍ未満）を有することが望ましいといわれている。この典型的なタイプのレーザーにおいては、レーザーの発光はその発光帯域幅に比して狭いため、レーザーが機能する狭い帯域の外側の波長で放射された光が事実上無駄になってしまう。この理由から、狭い発光帯域幅が望ましいとされてきた。
【０００３】
固体レーザーにおける一般的な傾向の一つとしては、パルスのパワーを極めて高い数値とするより短いパルス幅で、高エネルギーレーザーを発生させることである。例えば、１０ナノ秒のパルス幅での１０キロジュールのレーザーは、１ＴＷ（１ＴＷ＝１０ナノ秒当たり１００００Ｊ）のパワーを放出する。しかしながら、超短パルスを用いた高強度レーザー（high peak power lasers）（１００未満のフェムト秒パルス）では、既知のリン酸レーザーガラスによりもたらされる発光帯域幅が、要求されるものと比して狭すぎる。この問題に対処するために、いわゆる「混合」レーザーガラスレーザー設計（“mixed” laser glass laser designs）が使用される。リン酸ガラス及びケイ酸ガラスを連続して使用すると、現行のペタワットレーザーシステムに必要な総帯域幅が達成される。しかし、混合ガラスを使用する技術は、将来のエクサワットレーザーシステムにとって不十分なものである。連続してケイ酸ガラスを使用しているか否かに関わらず、新たなより広い帯域のリン酸ガラスが要求されると考えられる。
【０００４】
より短いパルス幅での高エネルギーレーザーの使用に向けた動きは、非特許文献１に記載されている。これらのレーザーは、チャープパルス増幅（ＣＰＡ）と称される技法を使用して、超短レーザーパルスを発生させる。効率的に作用させるために、この技法は、可能な限り大きな発光帯域幅を有する利得媒質を必要とする。表１で、M.D. Perry及びG. Mourouは、幾つかの典型的な固体レーザーシステムについて、パルス幅及び理論ピーク値と共に発光帯域幅を記載している。
【０００５】
一態様において、ここに開示されるガラスは、１００フェムト秒未満のパルス幅、及び１００ｋＪを超える出力エネルギーを達成するのに好適なものである。
【０００６】
パルスを短くする手がかりは、レーザー遷移のための広い発光帯域幅を有する利得材料を見つけることである。発光帯域幅とパルス幅との関係は、帯域幅×パルス時間≧０．４４である。さらに短いパルス時間を達成するためには、広い発光帯域幅を有するガラスを特定することが望ましいことが明らかである。
【０００７】
遷移金属でドープされた結晶は、広い発光帯域幅をもたらす。例えば、非特許文献２に記載されているＨｅｒｃｕｌｅｓレーザーは、Ｔｉでドープされたサファイア結晶を使用する。
【０００８】
超短パルス幅レーザーを発生させる別の方法は、希土類でドープされたガラスによるものである。結晶を超えるこのようなガラスの利点としては、（高光学品質のガラスが大きなサイズで製造され得るのに対し、Ｔｉでドープされたサファイアは一定のサイズに限定されるため）より低いコスト、より高い有効エネルギーが挙げられ、また、ガラスによるアプローチが、フラッシュランプ（閃光灯）により誘起され得る（Ｔｉでドープされたサファイアの短パルスレーザーは、フラッシュランプによりさらに励起されるガラスレーザーにより励起され、ガラスによるアプローチは、初めにポンプレーザーを構築するものを必要としない）ため、より単純な設計を実現することができる。
【０００９】
特許文献１は広帯域ガラスの有用性を正当に評価している。この開示は、Schott North America, Inc.により販売されているリン酸ガラスＡＰＧ−２の製造に帰着するものであった。ＡＰＧ−２は、短パルスレーザーへのアプローチの可能性をもたらす。しかしながら、ＡＰＧ−２は、高収率で作製することが難しく、さらに大きな発光帯域幅を有する材料に対する需要が依然として存在している。
【００１０】
広い発光帯域を有するさらに有用な商業用ガラスは、同様にSchott North America, Inc.によって販売されているリン酸ガラスＡＰＧ−１である。また、。この理由から、ＡＰＧ−１ガラスは、新たな広帯域の利得材料の開発段階における比較例としての役割を果たし得る。さらに、狭い帯域幅の発光曲線を有する従来のリン酸ガラスである商業用ガラスＩＯＧ−１も、比較目的で利用することができる。Ｎｄ及び／又はＹｂでドープされるＡＰＧ−１、ＡＰＧ−２及びＩＯＧ−１は、Schott North America, Inc.によって販売されている商業用レーザーガラスである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５，６６３，９７２号
【特許文献２】米国特許第５，５２６，３６９号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】“Terrawatt to pettawatt subpicosecond lasers”, M.D. Perry and G. Mourou, Science, Vol 264, 917-924 (1994)
【非特許文献２】Laser Focus World, April 2008, pp. 19-20
【発明の概要】
【００１３】
レーザー発振イオンに関して、本発明者らは、ＹｂがＮｄよりも広い発光帯域幅を有し、このため、Ｙｂがエクサワットレーザーにおける最適なレーザー発振イオンであり得ることを突き止めた。例えば、Ｙｂを添加することにより、本発明のガラスの非線形屈折率が下がり（実施例１／Ｙｂ〜実施例１７／Ｙｂ、及び対応する実施例１／Ｎｄ〜実施例１７／Ｎｄを参照。ＹｂをＮｄと比較したところ、１７個全ての実施例で、非線形屈折率が下がった）、本発明のガラスの線熱膨張係数が下がった（実施例１／Ｙｂ〜実施例１７／Ｙｂ、及び対応する実施例１／Ｎｄ〜実施例１７／Ｎｄを参照。ＹｂをＮｄと比較したところ、１７個の実施例のうち１５個で、線熱膨張係数が下がった）ことがさらに見出された。このように、本発明はまた、Ｎｄの少なくとも幾つかをＹｂと置き換えること、及び任意にＬａの少なくとも幾つかをＹｂとさらに置き換えること、及び任意にさらなるＹｂを添加することにより、希土類ドーパントとしてＮｄを含有する本明細書中に開示されるガラスの非線形屈折率を下げ、かつ／又は熱膨張を下げる方法に関する。Ｌａの少なくとも一部をＹｂとさらに置き換え得る理由は、レーザー活性を示さないイオンであるＬａの使用を通じて、ネオジムでドープされたレーザーガラス中のレーザー発振イオン含有率を調節することが一般的な方法であるためである。より詳細には、ＮｄとＬａとの合計を一定にすることにより、Ｎｄ含有率を特定の用途によって変更し、置換イオンとしてＬａを使用することにより、あらゆる光学的性質及び物理学的性質に対する影響が最小限に抑えられる（ランタニドは全てガラス構造内で同様の挙動を示す）。
【００１４】
より小さな非線形指数（ｎ２）は、レーザーガラス及びレーザーシステム内の他の光学部品にレーザービームによる損傷を与えることなく高いレーザーエネルギーが実現可能であることを意味する。これは、レーザービームの強さの準位に伴い増大するガラスの屈折率によるものである。その結果、レーザービームがガラスを通過する場合、非線形指数の値の増大に応じた増加量により、レーザービームがガラス内で自己収束する。収束したレーザー光に関連する電場がガラスの絶電破壊を凌駕し、レーザーガラス内と、レーザーシステム内のレーザーガラス位置の下流にある光学部品との両方に針状の形跡がもたらされる場合に、損傷が起こる。
【００１５】
より低い熱膨張は、レーザーの繰返し周波数が、熱衝撃によりガラスを破損することなくより高くなり得ることを意味する。使用中、励起エネルギーの一部がガラス内で熱に変換するため、レーザーガラスの温度が上昇する。この温度の上昇は、利得媒質の温度がより高くなるにつれて一般にレーザーの利得量が減少する（例えば、レーザーガラスは、レーザー強さの増加量を吸収する）という事実を含む様々な理由から望ましくない。外表面は、空気又は液体クーラントによって冷却することができるが、ガラスが熱伝導率の低い熱導体であるため、内側は熱いままであり、ガラスの中心と冷却面との間に熱勾配がもたらされる。その結果、ガラス表面は引張応力を受け、故に、ガラスが損傷を受け、例えば、熱衝撃によるガラスの破損がもたらされるおそれがある。引張応力は、熱膨張係数が低くなるにつれて小さくなる。そのため、より小さい膨張を有するガラスが損傷を受けにくい。
【００１６】
しかしながら、Ｎｄはまた、多くの利点を有し、例えば、Ｎｄが４準位レーザーであるのに対し、Ｙｂは、Ｙｂでドープされた利得媒体におけるレーザー作用の実現をより困難にする２準位レーザーである（これらのエネルギー準位の幅のために、Ｙｂは幾分、４準位レーザーのように作用し得る）。加えて、スペクトルの可視部分におけるその多くの吸収帯のために、Ｎｄは、（Ｙｂがスペクトルの赤外部分における単一の吸収特質しかを有しないため）Ｙｂよりも（同様のスペクトル領域で発光する）フラッシュランプによって効率的に励起される。しかしながら、この問題についての一方法は、スペクトルの可視部分で吸収帯を有し、かつ吸収したフラッシュランプエネルギーを利得媒体においてＹｂに移行することができるＣｒ等の遷移金属でＹｂを高感度化することである。
【００１７】
Ｎｄに関するレーザー特性は、ジャッド・オーフェルト（Ｊｕｄｄ−Ｏｆｅｌｔ）理論を用いて、又はＦｕｃｈｔｂａｕｅｒ−Ｌａｄｅｎｂｕｒｇ理論と称される類似の技法によって、発光曲線から評価される。両技法についての考察は、E. Desurvire, Erbium Doped Fiber Amplifiers, John Wiley and Sons (1994)に見ることができる。もたらされる特性としては、発光断面積（σｅｍ）、ピーク発光波長（λＰｅａｋ）、及び放射寿命（τＲａｄ）が挙げられる。この解析をＹｂにも利用することができるが、上述のＹｂレーザーシステムの２準位の性質のために、Ｙｂはその放出光自体を吸収及びトラップし、精密測定を極めて困難なものとする（Ｙｂレーザー特性結果がこの自己吸収及び関連する放射トラッピングからの影響を常に幾らか有するため、実際には事実上不可能である）。
【００１８】
マッカンバー(ＭｃＣｕｍｂｅｒ)法は、例えば、Miniscalco and Quimby, Optics Letters 16(4) pp 258-266 (1991)に論じられているように、ガラスの吸収曲線のみを使用する、レーザー特性を得るのに用いられる別の認識技法である。マッカンバー技法の欠点は、ガラスが吸収をほとんど又は全く開始しない場合、明確な結果を得られず、Ｙｂの場合、これが発光曲線の長波長端で起こることである（Ｎｄは正味１μｍの対象とされる主な発光帯内のいずれの波長でも有意な吸収を有しないため、マッカンバー解析がＮｄに利用可能でないと述べることは付随的な点である）。
【００１９】
ジャッド・オーフェルト解析は好ましい方法であり、レーザー材料業界において認められているが、（Ｙｂについては）この自己吸収／放射トラッピングの弊害を受ける。しかしながら、ジャッド・オーフェルトの結果をマッカンバーと比較することにより、ジャッド・オーフェルト結果の信頼性の指標が得られると考えられる。これは、L.R.P. Kassab et al., Journal of Non-Crystalline Solids 348 (2004) 103-107に記載されている。ジャッド・オーフェルト等の技法を用いた完全な発光曲線解析、並びにマッカンバー法及び吸収曲線を用いた第２の解析によるレーザー特性の評価後、放射トラッピング係数（ｒｔｃ）を算出する。０に近い値は、ジャッド・オーフェルト解析が自己吸収及び放射トラッピングによる影響を強く受けないという指標である。この理由から、２セットのレーザー特性が、Ｙｂを含有するガラスに関するデータ表に示される。
【００２０】
発光帯域幅に関して、測定された発光曲線（例えば、ジャッド・オーフェルト解析又はＦｕｃｈｔｂａｕｅｒ−Ｌａｄｅｎｂｕｒｇ解析により集められたもの）、又は算出された発光曲線（マッカンバー解析により）があれば、２つの方法で発光帯域幅を得ることができる。第１の方法は、最大値の半値幅（いわゆる発光帯域幅の半値全幅、すなわちΔλＦＷＨＭ＝λｕｐｐｅｒ−λｌｏｗｅｒ、ここで、λｕｐｐｅｒ及びλｌｏｗｅｒは、発光強度が発光曲線のどちらの側でもそのピーク値の半分にある波長である）を単に測定することである。
【００２１】
Ｙｂに関する典型的な発光曲線を図４に示す。約９８０ｎｍに１つの狭い特質を直ちに見ることができる。この特質が顕著なものであれば、ΔλＦＷＨＭ値は、この１つの特質の幅を反映しているに過ぎず、曲線の残りは役に立たないと考えられる。実施例の表では、ＹｂのΔλＦＷＨＭ値が、約１０ｎｍ又は約６０ｎｍであることに留意されたい。この場合９８０ｎｍピークが主要なものであれば、正確には値は小さくなり、この９８０ｎｍピークが主要なものでなければ、値は大きくなる。その結果、ΔλＦＷＨＭ値が常に、Ｙｂに関する発光帯域幅の信頼できる指標となるわけはない。図５の典型的なＮｄ発光曲線に見ることができるように、Ｎｄはこの問題を有しない。
【００２２】
第２の方法は、発光曲線上のあらゆる点を曲線下の全面積で除算するものである。線幅関数（linewidth function）と称される結果は、有効帯域幅（Δλｅｆｆ）の逆数として定義されるピーク値を有すると考えられる。この方法によって、発光曲線全体が常に発光帯域幅の結果に寄与する。この数値が、発光帯域幅の最良の指標として、解析において本明細書中で使用される。
【００２３】
リン酸塩の主要網目構造における多価酸化物（multi-oxide）網目構造形成剤、例えば、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２の導入は、（配位子場の非対称度及び共有結合度の観点から）レーザー発振イオン（例えばＹｂ３＋又はＮｄ３＋）の局在的な化学環境の分布（distribution）を制御又は拡大することができる。本発明者らは、網目構造のハイブリダイゼーションが、希土類レーザー発振イオンの発光帯域幅の拡大をもたらすことを見出した。
【００２４】
従来技術のガラスＡＰＧ−２はリン酸塩網目構造を有する。本発明者らは、リン酸塩の主要網目構造中へ１つ又は複数の酸化物網目構造を形成する酸化物（ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２）を、少なくとも１ｍｏｌ％以上、例えば２ｍｏｌ％以上の量で導入することにより、（配位子場の非対称度及び共有結合度の観点から）ガラス中のレーザー発振イオン（例えばＹｂ３＋又はＮｄ３＋）の局在的な化学環境を拡大するか、又は局在的な化学環境のより広い分布を少なくとももたらすことを見出した。その結果、Ｐ−Ｏ−Ｐ網目構造が、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ、Ｂ−Ｏ−Ｂ、Ｔｅ−Ｏ−Ｔｅ等とハイブリダイズされ、レーザー発振イオンは、溶融ガラス中に溶解し、種々の網目構造形成剤との結合を形成することによって安定化される。さらに、種々の網目構造環境に由来する、レーザー発振イオンの周りの配位子場が変化する。その結果、入射光源の励起を受けて、レーザー発振イオンの発光スペクトルが、純粋なリン酸塩の網目構造ガラスと比べて拡大される。
【００２５】
“Mixed Former Effects: A Kind of Compositions Adjusting Method of Er-doped glass for broadband amplification,” Chin. Phys. Lett. 19[10] (2002) 1516-1518という論文において、J.H. Yang, et al.は、より短い帯域幅を有するケイ酸塩及びリン酸塩をベースとしたガラスに比して帯域の拡大を示す、ＳｉＯ２又はＢ２Ｏ３の添加を伴う、ＴｅＯ２系及びＢｉ２Ｏ３系をベースとしたガラスを開示している。該論文において、ＳｉＯ２又はＢ２Ｏ３を添加することによって、ＴｅＯ２及びＢｉ２Ｏ３をベースとしたガラスにおける発光帯域幅を拡大する方法の見通しは、独立に示されていない。
【００２６】
米国特許出願第６，８５９，６０６号（２００５年２月２２日）には、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２及びＷＯ３の有無に関わらずＥｒでドープされたＴｅＯ２をベースとしたガラスが開示されている。帯域幅の変化は何の説明もなく示されている。
【００２７】
米国特許出願第６，１９４，３３４号（２００１年２月２７日）には、Ｐ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３の有無に関わらずＥｒでドープされたＴｅＯ２−ＷＯ３をベースとしたガラスが開示されている。それは、ドーパントイオン（この場合、Ｅｒ３＋）を組み込むような構造部位のより大きな多様性をもたらす多くの構造モチーフの存在の観点から、帯域幅の拡大について検討している。この結果は、有効なＥｒ３＋イオンの溶解の改善及びＥｒ３＋発光スペクトルの拡大である。このガラス系は、リン酸塩系に適用可能でない。さらに、ＴｅＯ２をベースとしたガラスに対するＢ２Ｏ３とＰ２Ｏ５とを組み合わせた改質の、帯域幅を拡大させる効果は、検討されていない。
【００２８】
米国特許出願第６，６５６，８５９号（２００３年１２月２日）には、Ｎｂ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３の有無に関わらずＥｒでドープされたＴｅＯ２−Ｔａ２Ｏ５をベースとしたガラスが開示されている。このガラス系は、リン酸塩系に適用可能でない。さらに、ＴｅＯ２をベースとしたガラスに対するＢ２Ｏ３とＮｂ２Ｏ５とを組み合わせた改質の、帯域幅を拡大させる効果は、検討されていない。
【００２９】
一態様において、本発明によるレーザーガラス組成物は、リン酸塩をベースとしたガラス、例えば、３５ｍｏｌ％〜約６５ｍｏｌ％、好ましくは約４５ｍｏｌ％〜約６０ｍｏｌ％のＰ２Ｏ５を含有するガラスに関し、該ガラスは、少なくとも１つ、任意に２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の非リン酸塩の酸化物網目構造形成剤、すなわち、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２の添加によってハイブリダイズされ、周期表の１つ又は複数のレーザー発振用の希土類元素５８〜７１、例えば、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＴｍ等、好ましくは、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｅｒ及びＰｒ、より好ましくはＹｂ及びＮｄでドープされる。これらの希土類元素は、１つ又は複数の種々のイオン単独で又は組み合わせて使用することができる。１つ又は複数の非リン酸塩の網目構造形成剤の合計は、少なくとも１ｍｏｌ％、好ましくは１．４ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％、より好ましくは、２．０ｍｏｌ％〜２８ｍｏｌ％である。１つ又は複数のレーザー発振用の希土類元素は、好ましくは約０．２５ｍｏｌ％〜約５ｍｏｌ％で存在する。
【００３０】
さらなる態様において、本発明は、
Ｐ２Ｏ５ ３５〜６５
ＳｉＯ２ ０〜２０
Ｂ２Ｏ３ ０〜１５
Ａｌ２Ｏ３ ＞０〜１０
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０
ＴｅＯ２ ０〜 ５
ＧｅＯ２ ０〜 ５
ＷＯ３ ０〜 ５
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜 ５
Ｌａ２Ｏ３ ０〜 ５
Ｌｎ２Ｏ３ ＞０〜１０（Ｌｎ＝周期表の元素５８〜７１のレーザー発振イオン）
Ｒ２Ｏ １０〜３０（Ｒ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）
ＭＯ １０〜３０（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜 ５
の組成（ｍｏｌ％）を有するガラスに関し、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２の量の合計は、少なくとも１ｍｏｌ％、例えば２ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％、より好ましくは、３ｍｏｌ％〜２５ｍｏｌ％であり、好ましくは、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２及び／又はＮｂ２Ｏ５の１つ又は複数を含有し、このようなガラスは、ジャッド・オーフェルト解析において線形関数法により評価されるような、例えば、Ｎｄに関して３２ｎｍを超え、例えばＮｄに関して３３ｎｍを超え、例えば、Ｙｂに関して３８ｎｍを超え、例えばＹｂに関して４０ｎｍを超え、又はＹｂに関して４１ｎｍを超える、有効発光帯域幅を有する。
【００３１】
好ましくは、Ｓｂ２Ｏ３含有率は、＞０ｍｏｌ％〜１ｍｏｌ％、より好ましくは０．３ｍｏｌ％〜０．４ｍｏｌ％である。Ａｌ２Ｏ３含有率に関する好ましい範囲は、３．５ｍｏｌ％〜６．０ｍｏｌ％、好ましくは３．５ｍｏｌ％〜５．０ｍｏｌ％である。また、１．０ｍｏｌ％〜４．０ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３含有率が好ましい。
【００３２】
さらなる実施の形態では、リン酸レーザーガラス組成物が、上記に規定した希土類元素、例えば、Ｎｄ及び／又はＹｂでドープされており、（ｍｏｌ％で）：
Ｐ２Ｏ５ ４０．００〜６５．００
ＳｉＯ２ ０．００〜１８．００
Ｂ２Ｏ３ ０．００〜１２．００
Ａｌ２Ｏ３ ２．００〜 ８．００
Ｌｉ２Ｏ ０．００〜２０．００
Ｋ２Ｏ ０．００〜２０．００
Ｎａ２Ｏ ０．００〜２０．００
ＭｇＯ ０．００〜１５．００
ＣａＯ ０．００〜 ５．００
ＢａＯ ０．００〜１５．００
ＴｅＯ２ ０．００〜 ５．００
Ｎｄ２Ｏ３ ０．５０〜 ３．００
及び／又は
Ｙｂ２Ｏ３
Ｌａ２Ｏ３ ０．００〜 ５．００
Ｎｂ２Ｏ５ ０．００〜 ５．００
Ｓｂ２Ｏ３ ０．００〜 ２．００
を含み、本組成物は、少なくとも１．００ｍｏｌ％の非リン酸塩の網目構造形成剤、例えば、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＴｅＯ２、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は少なくとも１．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５を含有する。より好ましくは、本組成物は、少なくとも２．００ｍｏｌ％、例えば少なくとも３．００ｍｏｌ％の非リン酸塩の網目構造形成剤を含有する。Ｎｄ又はＹｂは、本明細書中に既に記載したように、他の希土類元素（複数可）で置換されていてもよい。
【００３３】
さらなる実施の形態では、リン酸レーザーガラス組成物が、Ｙｂでドープされており、（ｍｏｌ％で）：
Ｐ２Ｏ５ ４９．００〜５７．００
ＳｉＯ２ ０．００〜１０．００
Ｂ２Ｏ３ ０．００〜 ５．００
Ａｌ２Ｏ３ ２．００〜 ６．００
Ｌｉ２Ｏ １．００〜１８．００
Ｋ２Ｏ １．００〜１８．００
Ｎａ２Ｏ ０．００〜１０．００
ＭｇＯ １．００〜１２．００
ＣａＯ ０．００〜 ３．００
ＢａＯ １．００〜１２．００
ＴｅＯ２ ０．００〜 ４．００
Ｙｂ２Ｏ３ １．００〜 ２．５０
Ｌａ２Ｏ３ ０．５０〜 ３．００
Ｎｂ２Ｏ５ ０．００〜 ４．００
Ｓｂ２Ｏ３ ０．２０〜 ０．５０
を含み、本組成物は、少なくとも１．００ｍｏｌ％の非リン酸塩の網目構造形成剤、例えば、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＴｅＯ２、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は少なくとも１．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５を含有する。より好ましくは、本組成物は、少なくとも２．００ｍｏｌ％、例えば少なくとも３．００ｍｏｌ％の非リン酸塩の網目構造形成剤を含有する。Ｙｂは、本明細書中に既に記載したように、他の希土類元素（複数可）で置換されていてもよい。
【００３４】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、１．００ｍｏｌ％〜１８．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、例えば、１．２０ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、又は、１．２５ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含有する。
【００３５】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、１．１０ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．１０ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、例えば、１．２０ｍｏｌ％〜１１．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．２０ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は、１．２５ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．２５ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３を含有する。
【００３６】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、１．５０ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、例えば、１．６０ｍｏｌ％〜６．５０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は、１．７０ｍｏｌ％〜５．５０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５を含有する。
【００３７】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、１．５０ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５及び１．１０ｍｏｌ％〜１８．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、例えば、１．６０ｍｏｌ％〜６．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５及び１．２０ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、又は、１．７０ｍｏｌ％〜４．５０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５及び１．２５ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含有する。
【００３８】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、１．５０ｍｏｌ％〜３．７０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、１．１０ｍｏｌ％〜１８．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．１０ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、例えば、１．６０ｍｏｌ％〜３．６０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、１．２０ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．２０ｍｏｌ％〜１１．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は、１．７０ｍｏｌ％〜３．５５ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、１．２５ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．２５ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３を含有する。
【００３９】
さらなる態様において、ガラス組成物は、結晶化をもたらす可能性がある構成要素を含有しないものとし、例えば、約１ｍｏｌ％を超えるＴａ２Ｏ５のレベルが、Ｔａ−Ｐ相の結晶化をもたらす可能性があると分かれば、ガラスには高レベルのＴａ２Ｏ５を避けるべきである。
【００４０】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、少なくとも３９．５０ｎｍ、例えば４０．００ｎｍ〜５４．００ｎｍ、又は４２．００ｎｍ〜５４．００ｎｍ、又は４２．４０ｎｍ〜５３．５０ｎｍのＹｂ３＋に関する有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）、及び少なくとも３２．００ｎｍ、例えば３２．００ｎｍ〜３６．５０ｎｍ、又は３３ｎｍ〜３５ｎｍのＮｄ３＋に関する有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を示す。
【００４１】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、少なくとも３９．５０ｎｍ、例えば＞４０．００ｎｍ、又は＞４７．００ｎｍ、又は＞５２．００ｎｍのＹｂ３＋に関する有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）、及び少なくとも３２．００ｎｍ、例えば＞３４．００ｎｍ、又は３６．００ｎｍのＮｄ３＋に関する有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を示す。
【００４２】
さらなる実施の形態では、開示したガラスのいずれかを、Ｃｒ等の遷移金属、例えばＣｒ２Ｏ３でさらに高感度化してもよい。幾つかの例では、これによって、ガラスが、フラッシュランプにより励起されたレーザーシステムでより使用に適したものとなる。
【００４３】
付加的な構成成分に関して、ガラスは、最大４重量パーセント、とりわけ最大２重量パーセントの従来の添加剤又は不純物、例えば、清澄剤（例えば、Ａｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３）及びアンチソーラーラント（antisolarants）（例えば、Ｎｂ２Ｏ５）を含有する。加えて、ガラス組成物は、溶融物又は残留水を乾燥させるのを助け、またガラスの清澄を助けるハロゲン化物を含有していてもよい。例えば、ガラス組成物は、９ｗｔ％まで、好ましくは５ｗｔ％以下のＦ、及び５ｗｔ％までのＣｌを含有していてもよいが、ＣｌはＦよりも好ましくない。
【００４４】
また、本発明によるガラスは、レーザー発振イオンを含まずに調製することができる。例えば、レーザー発振イオンを含まずに調製された本発明によるガラスは、レーザー導波装置におけるクラッディングガラスとして使用することができる。付加的に、本発明によるガラスを、レーザー発振波長における吸収を誘導する１つ又は複数の遷移金属でドープすることによって、遷移金属でドープされた得られるガラスは、或る特定のレーザーシステム設計において端面クラッディングガラスとしての役割を果たし得る。
【００４５】
本発明及び本発明のさらなる詳細、例えば、特質及び付随的な利点を、図面に図式的に描かれる例示的な実施形態に基づき以下でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明によるＥＸＬ−７／Ｙｂのリン酸レーザーガラス組成物に関する、実験によるＹｂ３＋発光スペクトル（波長の関数としての強度）、並びにカーブフィッティングに由来するスペクトルを示す図である。
【図２】リン酸レーザーガラス組成物のＹｂ３＋発光スペクトルを示す図である。
【図３】本発明によるリン酸レーザーガラス組成物及び従来技術のリン酸レーザーガラス組成物のＹｂ３＋発光の有効帯域幅を示す図である。
【図４】Ｙｂに関する典型的な発光断面積の曲線を示す図である。
【図５】Ｎｄに関する典型的な発光断面積の曲線を示す図である。
【図６】ネオジムでドープされたＡＰＧ−１、ＡＰＧ−２及びＩＯＧ−１レーザーガラスと比較した、ＥＸＬ Ｎｄレーザーガラスの発光の有効帯域幅（Δλｅｆｆ）（ジャッド・オーフェルト結果）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図２には、選択的レーザーガラスのＹｂ３＋発光スペクトルを示す。比較の目的で、ＡＰＧ−１／Ｙｂ及びＡＰＧ−２／Ｙｂの発光スペクトルを、典型的なリン酸レーザーガラスの代表例として表す。（大半のデータセットにおいて）一番上のデータ線から下のデータ線に向かって、ＥＸＬ−２／Ｙｂ、ＥＸＬ−１３／Ｙｂ、ＹｂでドープされるＡＰＧ−１（Ｙｂ：ＡＰＧ−１）、及びＹｂでドープされるＡＰＧ−２（Ｙｂ：ＡＰＧ−２）の順である。
【００４８】
表１ａ及び表４ａの実施例において、ガラスは全て、レーザーグレードの成分を用いて作製し、乾燥酸素環境下で、Ｐｔ撹拌機を用いてより均質になるように撹拌動作を行いながら溶融した。表３ａ、表５ａ、表６ａ及び表７ａに関する実施例は、乾燥酸素雰囲気下でなくまた撹拌もしていない小さな（１００ｃｍ３未満）の溶融物に調製され、多くの場合、全特性の特性決定を可能にするには不十分な品質しか有していなかった。特性を測定することができなかった場合、表中の記載は「ＮＡ」とする。ガラスは全てモールドに鋳造し、適宜、焼鈍して応力を取り除く。Ｙｂでドープされたガラスをその後、タングステンカーバイド粉砕セルを用いて微粉に粉砕した。Ｎｄでドープされたガラスは、少なくとも公称１０ｍｍ×１０ｍｍ×４０ｍｍサイズのバルクキュベットサンプルとして調製した。Ｙｂでドープされた各ガラスの粉末サンプル及びＮｄでドープされた各ガラスのキュベットサンプルは、発光スペクトルを測定するのに使用し、これから、有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を式（１）に従って求めた：
【００４９】
【数１】
【００５０】
ここで、Ｙｂに関しては９２５ｎｍ〜１１００ｎｍ、Ｎｄに関しては１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの発光スペクトルの積分面積がだされ、最大発光強度（Ｉｍａｘ）は、Ｙｂに関しては図４に示されるように９７５ｎｍに近い波長、Ｎｄに関しては図５に示されるように１０５５ｎｍに近い波長（例えば、λＰｅａｋ）に見られる。計算のために、未処理の発光スペクトルを使用して、初めにスプライン関数を用いてカーブフィッティングし、ノイズレベルを減少させた。
【００５１】
表２及び図３は、Ｙｂでドープされたガラスに関する有効帯域幅の結果をまとめたものである。表２に挙げられる相対帯域幅の拡大は、３８ｎｍの帯域幅、すなわち、ＡＰＧ−１及びＡＰＧ−２に関する帯域幅の平均値との比較に基づくものである。ＡＰＧ−１及びＡＰＧ−２のΔλｅｆｆと比べ、新たに設計されたＥＸＬガラスは、帯域の拡大に関して有意な改善を示した。すなわち、多くのＥＸＬガラスは、ＡＰＧ−１ガラス及びＡＰＧ−２ガラスよりも１０ｎｍ超広い帯域幅を実証している。
【００５２】
図３に表されるデータを見て分かるように、本発明による網目構造ハイブリダイゼーションアプローチは、Ｙｂ帯域幅のはっきりとした有意な改善をもたらす。図３に表される帯域幅は、ジャッド・オーフェルト解析を用いることによって求められる。図３に示されるＥＸＬガラスは全て、約４０ｎｍ以上の有効発光帯域幅を有する。
【００５３】
上記と同様のガラスをＹｂではなくＮｄでドープする場合、ガラスによっては帯域幅の改善が示された。しかし、改善は全てのガラスで起こったわけではなかった。
【００５４】
Ｎｄでドープされた実施例によっては、Ｐ２Ｏ５（Ｙｂ及びＮｄを有する全実施例における主要なガラス形成剤）の量を減少させるというアプローチを用いた。特定の理論に何ら縛られるものではないが、これらのデータに基づき、ＮｄはＰの近くのガラス構造に優先的に局在化するため、網目構造ハイブリダイゼーションがあっても、Ｎｄ付近の局在環境は大きく変わらないと考えられる。よって、ガラス中のＰ２Ｏ５含有率を下げることは、より広い発光帯域を有する、Ｎｄでドープされたガラスを作製するための魅力的な道筋である。
【００５５】
２つのガラス（２１及び１７）は、何が発光帯域幅をより広くするのかのより良い理解を得るために、２つの異なる希土類（Ｅｒ及びＰｒ）でドープしたものである。ＴｅＯ２を有する後者のガラス（１７）は、濃い色がついており、レーザー特性については解析することができなかった。しかし、（２１）については、（ジャッド・オーフェルト法及びマッカンバー法によって）少なくとも発光帯域幅の評価が可能であり、Ｐｒが、（ＰｒでドープされたＩＯＧ−１（Ｐｒ：ＩＯＧ−１）に比べて）より広くなり、Ｅｒが、（同様に、ＥｒでドープされたＩＯＧ−１（Ｅｒ：ＩＯＧ−１）に比べて）より狭くなったことが見出された。
【００５６】
しかしながら、より低いＰ２Ｏ５範囲を有するものの、Ｎｄでドープされた材料についての改善された結果は、網目構造ハイブリダイゼーションアプローチを用いるものであると思われる。好ましくは、本明細書中に開示したような、Ｎｄでドープされたガラスに関して、Ｐ２Ｏ５範囲は、３５ｍｏｌ％〜５５ｍｏｌ％、好ましくは４０ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％、より好ましくは４０ｍｏｌ％〜４８ｍｏｌ％である。任意に、これらのガラス中のＳｉＯ２含有率は、より大きく、例えば８ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、好ましくは１０ｍｏｌ％〜１５ｍｏｌ％である。さらに任意に、より大きい量、例えば、約８ｍｏｌ％〜１２ｍｏｌ％、例えば１０ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３が使用される。
【００５７】
表１ａ、表３ａ及び表４ａにおける実施例が、他のガラス形成剤としてＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５及び／又はＴｅＯ２を使用するとはいえ、他の金属酸化物、例えば、Ｂｉ２Ｏ３、ＧｅＯ２及び／若しくはＷＯ３、Ｌｎ２Ｏ３（Ｌｎ＝Ｌａ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ又はＰｒ）、Ａｌ２Ｏ３、並びに／又はさらにはＳｂ２Ｏ３をガラス形成剤として使用してもよい。表５ａで選択される特定の組成物は、Ｎｄでドープされるもののみであり、発光帯域幅の結果は特に広くなかった。しかしながら、これらのデータに基づき、Ｙｂでドープされるこれらの同様のガラスが、広い発光帯域幅をもたらすであろうことは十分に予想される。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
【表３】
【００６１】
【表４】
【００６２】
【表５】
【００６３】
【表６】
【００６４】
【表７】
【００６５】
【表８】
【００６６】
【表９】
【００６７】
【表１０】
【００６８】
【表１１】
【００６９】
【表１２】
【００７０】
【表１３】
【００７１】
【表１４】
【００７２】
【表１５】
【００７３】
【表１６】
【００７４】
【表１７】
【００７５】
【表１８】
【００７６】
【表１９】
【００７７】
【表２０】
【００７８】
【表２１】
【００７９】
【表２２】
【００８０】
【表２３】
【００８１】
【表２４】
【００８２】
【表２５】
【００８３】
【表２６】
【００８４】
本明細書中に引用される全ての出願、特許及び刊行物の開示は全体として、参照により本明細書中に援用される。
【００８５】
これまでの実施例で使用したものの代わりに、包括的又は詳細に記載した本発明の反応物質及び／又は操作条件を使用することによって、これまでの実施例を同様に首尾よく繰り返すことができる。
【００８６】
上述の記載から、当業者は、本発明の不可欠な特徴を容易に見極めることができ、その精神及び範囲を逸脱することなく、その特徴が様々な用法及び条件に適応するように本発明の様々な変更及び改良を行うことができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザー利得媒質としてのリン酸塩をベースとしたガラスの使用に関する。とりわけ、本発明は、リン酸塩をベースとしたガラス組成物においてレーザー発振イオン（lasing ions）として用いられる希土類イオンの発光帯域幅を拡大することに関する。発光帯域幅を拡大することは、ガラス網目構造中のハイブリダイゼーションによって達成されると考えられる。
【背景技術】
【０００２】
リン酸レーザーガラスは、高平均パワー及び高ピークエネルギーのレーザーシステムのためのホストマトリックスとして使用されるものとして知られている。例えば、広い発光帯域幅を有するものとして記載される、Ｎｄでドープされたリン酸レーザーガラスの使用を開示しているPayne et al.（特許文献１）を参照されたい。Hayden et al.（特許文献２）も、Ｎｄでドープされたリン酸レーザーガラスを開示している。この場合、レーザーガラスは、抽出効率（extraction efficiency）を改善させる狭い発光帯域幅（２６ｎｍ未満）を有することが望ましいといわれている。この典型的なタイプのレーザーにおいては、レーザーの発光はその発光帯域幅に比して狭いため、レーザーが機能する狭い帯域の外側の波長で放射された光が事実上無駄になってしまう。この理由から、狭い発光帯域幅が望ましいとされてきた。
【０００３】
固体レーザーにおける一般的な傾向の一つとしては、パルスのパワーを極めて高い数値とするより短いパルス幅で、高エネルギーレーザーを発生させることである。例えば、１０ナノ秒のパルス幅での１０キロジュールのレーザーは、１ＴＷ（１ＴＷ＝１０ナノ秒当たり１００００Ｊ）のパワーを放出する。しかしながら、超短パルスを用いた高強度レーザー（high peak power lasers）（１００未満のフェムト秒パルス）では、既知のリン酸レーザーガラスによりもたらされる発光帯域幅が、要求されるものと比して狭すぎる。この問題に対処するために、いわゆる「混合」レーザーガラスレーザー設計（“mixed” laser glass laser designs）が使用される。リン酸ガラス及びケイ酸ガラスを連続して使用すると、現行のペタワットレーザーシステムに必要な総帯域幅が達成される。しかし、混合ガラスを使用する技術は、将来のエクサワットレーザーシステムにとって不十分なものである。連続してケイ酸ガラスを使用しているか否かに関わらず、新たなより広い帯域のリン酸ガラスが要求されると考えられる。
【０００４】
より短いパルス幅での高エネルギーレーザーの使用に向けた動きは、非特許文献１に記載されている。これらのレーザーは、チャープパルス増幅（ＣＰＡ）と称される技法を使用して、超短レーザーパルスを発生させる。効率的に作用させるために、この技法は、可能な限り大きな発光帯域幅を有する利得媒質を必要とする。表１で、M.D. Perry及びG. Mourouは、幾つかの典型的な固体レーザーシステムについて、パルス幅及び理論ピーク値と共に発光帯域幅を記載している。
【０００５】
一態様において、ここに開示されるガラスは、１００フェムト秒未満のパルス幅、及び１００ｋＪを超える出力エネルギーを達成するのに好適なものである。
【０００６】
パルスを短くする手がかりは、レーザー遷移のための広い発光帯域幅を有する利得材料を見つけることである。発光帯域幅とパルス幅との関係は、帯域幅×パルス時間≧０．４４である。さらに短いパルス時間を達成するためには、広い発光帯域幅を有するガラスを特定することが望ましいことが明らかである。
【０００７】
遷移金属でドープされた結晶は、広い発光帯域幅をもたらす。例えば、非特許文献２に記載されているＨｅｒｃｕｌｅｓレーザーは、Ｔｉでドープされたサファイア結晶を使用する。
【０００８】
超短パルス幅レーザーを発生させる別の方法は、希土類でドープされたガラスによるものである。結晶を超えるこのようなガラスの利点としては、（高光学品質のガラスが大きなサイズで製造され得るのに対し、Ｔｉでドープされたサファイアは一定のサイズに限定されるため）より低いコスト、より高い有効エネルギーが挙げられ、また、ガラスによるアプローチが、フラッシュランプ（閃光灯）により誘起され得る（Ｔｉでドープされたサファイアの短パルスレーザーは、フラッシュランプによりさらに励起されるガラスレーザーにより励起され、ガラスによるアプローチは、初めにポンプレーザーを構築するものを必要としない）ため、より単純な設計を実現することができる。
【０００９】
特許文献１は広帯域ガラスの有用性を正当に評価している。この開示は、Schott North America, Inc.により販売されているリン酸ガラスＡＰＧ−２の製造に帰着するものであった。ＡＰＧ−２は、短パルスレーザーへのアプローチの可能性をもたらす。しかしながら、ＡＰＧ−２は、高収率で作製することが難しく、さらに大きな発光帯域幅を有する材料に対する需要が依然として存在している。
【００１０】
広い発光帯域を有するさらに有用な商業用ガラスは、同様にSchott North America, Inc.によって販売されているリン酸ガラスＡＰＧ−１である。また、。この理由から、ＡＰＧ−１ガラスは、新たな広帯域の利得材料の開発段階における比較例としての役割を果たし得る。さらに、狭い帯域幅の発光曲線を有する従来のリン酸ガラスである商業用ガラスＩＯＧ−１も、比較目的で利用することができる。Ｎｄ及び／又はＹｂでドープされるＡＰＧ−１、ＡＰＧ−２及びＩＯＧ−１は、Schott North America, Inc.によって販売されている商業用レーザーガラスである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５，６６３，９７２号
【特許文献２】米国特許第５，５２６，３６９号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】“Terrawatt to pettawatt subpicosecond lasers”, M.D. Perry and G. Mourou, Science, Vol 264, 917-924 (1994)
【非特許文献２】Laser Focus World, April 2008, pp. 19-20
【発明の概要】
【００１３】
レーザー発振イオンに関して、本発明者らは、ＹｂがＮｄよりも広い発光帯域幅を有し、このため、Ｙｂがエクサワットレーザーにおける最適なレーザー発振イオンであり得ることを突き止めた。例えば、Ｙｂを添加することにより、本発明のガラスの非線形屈折率が下がり（実施例１／Ｙｂ〜実施例１７／Ｙｂ、及び対応する実施例１／Ｎｄ〜実施例１７／Ｎｄを参照。ＹｂをＮｄと比較したところ、１７個全ての実施例で、非線形屈折率が下がった）、本発明のガラスの線熱膨張係数が下がった（実施例１／Ｙｂ〜実施例１７／Ｙｂ、及び対応する実施例１／Ｎｄ〜実施例１７／Ｎｄを参照。ＹｂをＮｄと比較したところ、１７個の実施例のうち１５個で、線熱膨張係数が下がった）ことがさらに見出された。このように、本発明はまた、Ｎｄの少なくとも幾つかをＹｂと置き換えること、及び任意にＬａの少なくとも幾つかをＹｂとさらに置き換えること、及び任意にさらなるＹｂを添加することにより、希土類ドーパントとしてＮｄを含有する本明細書中に開示されるガラスの非線形屈折率を下げ、かつ／又は熱膨張を下げる方法に関する。Ｌａの少なくとも一部をＹｂとさらに置き換え得る理由は、レーザー活性を示さないイオンであるＬａの使用を通じて、ネオジムでドープされたレーザーガラス中のレーザー発振イオン含有率を調節することが一般的な方法であるためである。より詳細には、ＮｄとＬａとの合計を一定にすることにより、Ｎｄ含有率を特定の用途によって変更し、置換イオンとしてＬａを使用することにより、あらゆる光学的性質及び物理学的性質に対する影響が最小限に抑えられる（ランタニドは全てガラス構造内で同様の挙動を示す）。
【００１４】
より小さな非線形指数（ｎ２）は、レーザーガラス及びレーザーシステム内の他の光学部品にレーザービームによる損傷を与えることなく高いレーザーエネルギーが実現可能であることを意味する。これは、レーザービームの強さの準位に伴い増大するガラスの屈折率によるものである。その結果、レーザービームがガラスを通過する場合、非線形指数の値の増大に応じた増加量により、レーザービームがガラス内で自己収束する。収束したレーザー光に関連する電場がガラスの絶電破壊を凌駕し、レーザーガラス内と、レーザーシステム内のレーザーガラス位置の下流にある光学部品との両方に針状の形跡がもたらされる場合に、損傷が起こる。
【００１５】
より低い熱膨張は、レーザーの繰返し周波数が、熱衝撃によりガラスを破損することなくより高くなり得ることを意味する。使用中、励起エネルギーの一部がガラス内で熱に変換するため、レーザーガラスの温度が上昇する。この温度の上昇は、利得媒質の温度がより高くなるにつれて一般にレーザーの利得量が減少する（例えば、レーザーガラスは、レーザー強さの増加量を吸収する）という事実を含む様々な理由から望ましくない。外表面は、空気又は液体クーラントによって冷却することができるが、ガラスが熱伝導率の低い熱導体であるため、内側は熱いままであり、ガラスの中心と冷却面との間に熱勾配がもたらされる。その結果、ガラス表面は引張応力を受け、故に、ガラスが損傷を受け、例えば、熱衝撃によるガラスの破損がもたらされるおそれがある。引張応力は、熱膨張係数が低くなるにつれて小さくなる。そのため、より小さい膨張を有するガラスが損傷を受けにくい。
【００１６】
しかしながら、Ｎｄはまた、多くの利点を有し、例えば、Ｎｄが４準位レーザーであるのに対し、Ｙｂは、Ｙｂでドープされた利得媒体におけるレーザー作用の実現をより困難にする２準位レーザーである（これらのエネルギー準位の幅のために、Ｙｂは幾分、４準位レーザーのように作用し得る）。加えて、スペクトルの可視部分におけるその多くの吸収帯のために、Ｎｄは、（Ｙｂがスペクトルの赤外部分における単一の吸収特質しかを有しないため）Ｙｂよりも（同様のスペクトル領域で発光する）フラッシュランプによって効率的に励起される。しかしながら、この問題についての一方法は、スペクトルの可視部分で吸収帯を有し、かつ吸収したフラッシュランプエネルギーを利得媒体においてＹｂに移行することができるＣｒ等の遷移金属でＹｂを高感度化することである。
【００１７】
Ｎｄに関するレーザー特性は、ジャッド・オーフェルト（Ｊｕｄｄ−Ｏｆｅｌｔ）理論を用いて、又はＦｕｃｈｔｂａｕｅｒ−Ｌａｄｅｎｂｕｒｇ理論と称される類似の技法によって、発光曲線から評価される。両技法についての考察は、E. Desurvire, Erbium Doped Fiber Amplifiers, John Wiley and Sons (1994)に見ることができる。もたらされる特性としては、発光断面積（σｅｍ）、ピーク発光波長（λＰｅａｋ）、及び放射寿命（τＲａｄ）が挙げられる。この解析をＹｂにも利用することができるが、上述のＹｂレーザーシステムの２準位の性質のために、Ｙｂはその放出光自体を吸収及びトラップし、精密測定を極めて困難なものとする（Ｙｂレーザー特性結果がこの自己吸収及び関連する放射トラッピングからの影響を常に幾らか有するため、実際には事実上不可能である）。
【００１８】
マッカンバー(ＭｃＣｕｍｂｅｒ)法は、例えば、Miniscalco and Quimby, Optics Letters 16(4) pp 258-266 (1991)に論じられているように、ガラスの吸収曲線のみを使用する、レーザー特性を得るのに用いられる別の認識技法である。マッカンバー技法の欠点は、ガラスが吸収をほとんど又は全く開始しない場合、明確な結果を得られず、Ｙｂの場合、これが発光曲線の長波長端で起こることである（Ｎｄは正味１μｍの対象とされる主な発光帯内のいずれの波長でも有意な吸収を有しないため、マッカンバー解析がＮｄに利用可能でないと述べることは付随的な点である）。
【００１９】
ジャッド・オーフェルト解析は好ましい方法であり、レーザー材料業界において認められているが、（Ｙｂについては）この自己吸収／放射トラッピングの弊害を受ける。しかしながら、ジャッド・オーフェルトの結果をマッカンバーと比較することにより、ジャッド・オーフェルト結果の信頼性の指標が得られると考えられる。これは、L.R.P. Kassab et al., Journal of Non-Crystalline Solids 348 (2004) 103-107に記載されている。ジャッド・オーフェルト等の技法を用いた完全な発光曲線解析、並びにマッカンバー法及び吸収曲線を用いた第２の解析によるレーザー特性の評価後、放射トラッピング係数（ｒｔｃ）を算出する。０に近い値は、ジャッド・オーフェルト解析が自己吸収及び放射トラッピングによる影響を強く受けないという指標である。この理由から、２セットのレーザー特性が、Ｙｂを含有するガラスに関するデータ表に示される。
【００２０】
発光帯域幅に関して、測定された発光曲線（例えば、ジャッド・オーフェルト解析又はＦｕｃｈｔｂａｕｅｒ−Ｌａｄｅｎｂｕｒｇ解析により集められたもの）、又は算出された発光曲線（マッカンバー解析により）があれば、２つの方法で発光帯域幅を得ることができる。第１の方法は、最大値の半値幅（いわゆる発光帯域幅の半値全幅、すなわちΔλＦＷＨＭ＝λｕｐｐｅｒ−λｌｏｗｅｒ、ここで、λｕｐｐｅｒ及びλｌｏｗｅｒは、発光強度が発光曲線のどちらの側でもそのピーク値の半分にある波長である）を単に測定することである。
【００２１】
Ｙｂに関する典型的な発光曲線を図４に示す。約９８０ｎｍに１つの狭い特質を直ちに見ることができる。この特質が顕著なものであれば、ΔλＦＷＨＭ値は、この１つの特質の幅を反映しているに過ぎず、曲線の残りは役に立たないと考えられる。実施例の表では、ＹｂのΔλＦＷＨＭ値が、約１０ｎｍ又は約６０ｎｍであることに留意されたい。この場合９８０ｎｍピークが主要なものであれば、正確には値は小さくなり、この９８０ｎｍピークが主要なものでなければ、値は大きくなる。その結果、ΔλＦＷＨＭ値が常に、Ｙｂに関する発光帯域幅の信頼できる指標となるわけはない。図５の典型的なＮｄ発光曲線に見ることができるように、Ｎｄはこの問題を有しない。
【００２２】
第２の方法は、発光曲線上のあらゆる点を曲線下の全面積で除算するものである。線幅関数（linewidth function）と称される結果は、有効帯域幅（Δλｅｆｆ）の逆数として定義されるピーク値を有すると考えられる。この方法によって、発光曲線全体が常に発光帯域幅の結果に寄与する。この数値が、発光帯域幅の最良の指標として、解析において本明細書中で使用される。
【００２３】
リン酸塩の主要網目構造における多価酸化物（multi-oxide）網目構造形成剤、例えば、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２の導入は、（配位子場の非対称度及び共有結合度の観点から）レーザー発振イオン（例えばＹｂ３＋又はＮｄ３＋）の局在的な化学環境の分布（distribution）を制御又は拡大することができる。本発明者らは、網目構造のハイブリダイゼーションが、希土類レーザー発振イオンの発光帯域幅の拡大をもたらすことを見出した。
【００２４】
従来技術のガラスＡＰＧ−２はリン酸塩網目構造を有する。本発明者らは、リン酸塩の主要網目構造中へ１つ又は複数の酸化物網目構造を形成する酸化物（ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２）を、少なくとも１ｍｏｌ％以上、例えば２ｍｏｌ％以上の量で導入することにより、（配位子場の非対称度及び共有結合度の観点から）ガラス中のレーザー発振イオン（例えばＹｂ３＋又はＮｄ３＋）の局在的な化学環境を拡大するか、又は局在的な化学環境のより広い分布を少なくとももたらすことを見出した。その結果、Ｐ−Ｏ−Ｐ網目構造が、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ、Ｂ−Ｏ−Ｂ、Ｔｅ−Ｏ−Ｔｅ等とハイブリダイズされ、レーザー発振イオンは、溶融ガラス中に溶解し、種々の網目構造形成剤との結合を形成することによって安定化される。さらに、種々の網目構造環境に由来する、レーザー発振イオンの周りの配位子場が変化する。その結果、入射光源の励起を受けて、レーザー発振イオンの発光スペクトルが、純粋なリン酸塩の網目構造ガラスと比べて拡大される。
【００２５】
“Mixed Former Effects: A Kind of Compositions Adjusting Method of Er-doped glass for broadband amplification,” Chin. Phys. Lett. 19[10] (2002) 1516-1518という論文において、J.H. Yang, et al.は、より短い帯域幅を有するケイ酸塩及びリン酸塩をベースとしたガラスに比して帯域の拡大を示す、ＳｉＯ２又はＢ２Ｏ３の添加を伴う、ＴｅＯ２系及びＢｉ２Ｏ３系をベースとしたガラスを開示している。該論文において、ＳｉＯ２又はＢ２Ｏ３を添加することによって、ＴｅＯ２及びＢｉ２Ｏ３をベースとしたガラスにおける発光帯域幅を拡大する方法の見通しは、独立に示されていない。
【００２６】
米国特許出願第６，８５９，６０６号（２００５年２月２２日）には、Ｂ２Ｏ３、ＧｅＯ２及びＷＯ３の有無に関わらずＥｒでドープされたＴｅＯ２をベースとしたガラスが開示されている。帯域幅の変化は何の説明もなく示されている。
【００２７】
米国特許出願第６，１９４，３３４号（２００１年２月２７日）には、Ｐ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３の有無に関わらずＥｒでドープされたＴｅＯ２−ＷＯ３をベースとしたガラスが開示されている。それは、ドーパントイオン（この場合、Ｅｒ３＋）を組み込むような構造部位のより大きな多様性をもたらす多くの構造モチーフの存在の観点から、帯域幅の拡大について検討している。この結果は、有効なＥｒ３＋イオンの溶解の改善及びＥｒ３＋発光スペクトルの拡大である。このガラス系は、リン酸塩系に適用可能でない。さらに、ＴｅＯ２をベースとしたガラスに対するＢ２Ｏ３とＰ２Ｏ５とを組み合わせた改質の、帯域幅を拡大させる効果は、検討されていない。
【００２８】
米国特許出願第６，６５６，８５９号（２００３年１２月２日）には、Ｎｂ２Ｏ５又はＢ２Ｏ３の有無に関わらずＥｒでドープされたＴｅＯ２−Ｔａ２Ｏ５をベースとしたガラスが開示されている。このガラス系は、リン酸塩系に適用可能でない。さらに、ＴｅＯ２をベースとしたガラスに対するＢ２Ｏ３とＮｂ２Ｏ５とを組み合わせた改質の、帯域幅を拡大させる効果は、検討されていない。
【００２９】
一態様において、本発明によるレーザーガラス組成物は、リン酸塩をベースとしたガラス、例えば、３５ｍｏｌ％〜約６５ｍｏｌ％、好ましくは約４５ｍｏｌ％〜約６０ｍｏｌ％のＰ２Ｏ５を含有するガラスに関し、該ガラスは、少なくとも１つ、任意に２つ、３つ、４つ、又はそれ以上の非リン酸塩の酸化物網目構造形成剤、すなわち、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２の添加によってハイブリダイズされ、周期表の１つ又は複数のレーザー発振用の希土類元素５８〜７１、例えば、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ及びＴｍ等、好ましくは、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｅｒ及びＰｒ、より好ましくはＹｂ及びＮｄでドープされる。これらの希土類元素は、１つ又は複数の種々のイオン単独で又は組み合わせて使用することができる。１つ又は複数の非リン酸塩の網目構造形成剤の合計は、少なくとも１ｍｏｌ％、好ましくは１．４ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％、より好ましくは、２．０ｍｏｌ％〜２８ｍｏｌ％である。１つ又は複数のレーザー発振用の希土類元素は、好ましくは約０．２５ｍｏｌ％〜約５ｍｏｌ％で存在する。
【００３０】
さらなる態様において、本発明は、
Ｐ２Ｏ５ ３５〜６５
ＳｉＯ２ ０〜２０
Ｂ２Ｏ３ ０〜１５
Ａｌ２Ｏ３ ＞０〜１０
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０
ＴｅＯ２ ０〜 ５
ＧｅＯ２ ０〜 ５
ＷＯ３ ０〜 ５
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜 ５
Ｌａ２Ｏ３ ０〜 ５
Ｌｎ２Ｏ３ ＞０〜１０（Ｌｎ＝周期表の元素５８〜７１のレーザー発振イオン）
Ｒ２Ｏ １０〜３０（Ｒ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）
ＭＯ １０〜３０（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜 ５
の組成（ｍｏｌ％）を有するガラスに関し、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２の量の合計は、少なくとも１ｍｏｌ％、例えば２ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％、より好ましくは、３ｍｏｌ％〜２５ｍｏｌ％であり、好ましくは、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２及び／又はＮｂ２Ｏ５の１つ又は複数を含有し、このようなガラスは、ジャッド・オーフェルト解析において線形関数法により評価されるような、例えば、Ｎｄに関して３２ｎｍを超え、例えばＮｄに関して３３ｎｍを超え、例えば、Ｙｂに関して３８ｎｍを超え、例えばＹｂに関して４０ｎｍを超え、又はＹｂに関して４１ｎｍを超える、有効発光帯域幅を有する。
【００３１】
好ましくは、Ｓｂ２Ｏ３含有率は、＞０ｍｏｌ％〜１ｍｏｌ％、より好ましくは０．３ｍｏｌ％〜０．４ｍｏｌ％である。Ａｌ２Ｏ３含有率に関する好ましい範囲は、３．５ｍｏｌ％〜６．０ｍｏｌ％、好ましくは３．５ｍｏｌ％〜５．０ｍｏｌ％である。また、１．０ｍｏｌ％〜４．０ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３含有率が好ましい。
【００３２】
さらなる実施の形態では、リン酸レーザーガラス組成物が、上記に規定した希土類元素、例えば、Ｎｄ及び／又はＹｂでドープされており、（ｍｏｌ％で）：
Ｐ２Ｏ５ ４０．００〜６５．００
ＳｉＯ２ ０．００〜１８．００
Ｂ２Ｏ３ ０．００〜１２．００
Ａｌ２Ｏ３ ２．００〜 ８．００
Ｌｉ２Ｏ ０．００〜２０．００
Ｋ２Ｏ ０．００〜２０．００
Ｎａ２Ｏ ０．００〜２０．００
ＭｇＯ ０．００〜１５．００
ＣａＯ ０．００〜 ５．００
ＢａＯ ０．００〜１５．００
ＴｅＯ２ ０．００〜 ５．００
Ｎｄ２Ｏ３ ０．５０〜 ３．００
及び／又は
Ｙｂ２Ｏ３
Ｌａ２Ｏ３ ０．００〜 ５．００
Ｎｂ２Ｏ５ ０．００〜 ５．００
Ｓｂ２Ｏ３ ０．００〜 ２．００
を含み、本組成物は、少なくとも１．００ｍｏｌ％の非リン酸塩の網目構造形成剤、例えば、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＴｅＯ２、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は少なくとも１．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５を含有する。より好ましくは、本組成物は、少なくとも２．００ｍｏｌ％、例えば少なくとも３．００ｍｏｌ％の非リン酸塩の網目構造形成剤を含有する。Ｎｄ又はＹｂは、本明細書中に既に記載したように、他の希土類元素（複数可）で置換されていてもよい。
【００３３】
さらなる実施の形態では、リン酸レーザーガラス組成物が、Ｙｂでドープされており、（ｍｏｌ％で）：
Ｐ２Ｏ５ ４９．００〜５７．００
ＳｉＯ２ ０．００〜１０．００
Ｂ２Ｏ３ ０．００〜 ５．００
Ａｌ２Ｏ３ ２．００〜 ６．００
Ｌｉ２Ｏ １．００〜１８．００
Ｋ２Ｏ １．００〜１８．００
Ｎａ２Ｏ ０．００〜１０．００
ＭｇＯ １．００〜１２．００
ＣａＯ ０．００〜 ３．００
ＢａＯ １．００〜１２．００
ＴｅＯ２ ０．００〜 ４．００
Ｙｂ２Ｏ３ １．００〜 ２．５０
Ｌａ２Ｏ３ ０．５０〜 ３．００
Ｎｂ２Ｏ５ ０．００〜 ４．００
Ｓｂ２Ｏ３ ０．２０〜 ０．５０
を含み、本組成物は、少なくとも１．００ｍｏｌ％の非リン酸塩の網目構造形成剤、例えば、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＴｅＯ２、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、少なくとも１．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は少なくとも１．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５を含有する。より好ましくは、本組成物は、少なくとも２．００ｍｏｌ％、例えば少なくとも３．００ｍｏｌ％の非リン酸塩の網目構造形成剤を含有する。Ｙｂは、本明細書中に既に記載したように、他の希土類元素（複数可）で置換されていてもよい。
【００３４】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、１．００ｍｏｌ％〜１８．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、例えば、１．２０ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、又は、１．２５ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含有する。
【００３５】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、１．１０ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．１０ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、例えば、１．２０ｍｏｌ％〜１１．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．２０ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は、１．２５ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．２５ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３を含有する。
【００３６】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、１．５０ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、例えば、１．６０ｍｏｌ％〜６．５０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は、１．７０ｍｏｌ％〜５．５０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５を含有する。
【００３７】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、１．５０ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５及び１．１０ｍｏｌ％〜１８．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、例えば、１．６０ｍｏｌ％〜６．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５及び１．２０ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、又は、１．７０ｍｏｌ％〜４．５０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５及び１．２５ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含有する。
【００３８】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、１．５０ｍｏｌ％〜３．７０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、１．１０ｍｏｌ％〜１８．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．１０ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、例えば、１．６０ｍｏｌ％〜３．６０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、１．２０ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．２０ｍｏｌ％〜１１．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は、１．７０ｍｏｌ％〜３．５５ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、１．２５ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２及び１．２５ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３を含有する。
【００３９】
さらなる態様において、ガラス組成物は、結晶化をもたらす可能性がある構成要素を含有しないものとし、例えば、約１ｍｏｌ％を超えるＴａ２Ｏ５のレベルが、Ｔａ−Ｐ相の結晶化をもたらす可能性があると分かれば、ガラスには高レベルのＴａ２Ｏ５を避けるべきである。
【００４０】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、少なくとも３９．５０ｎｍ、例えば４０．００ｎｍ〜５４．００ｎｍ、又は４２．００ｎｍ〜５４．００ｎｍ、又は４２．４０ｎｍ〜５３．５０ｎｍのＹｂ３＋に関する有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）、及び少なくとも３２．００ｎｍ、例えば３２．００ｎｍ〜３６．５０ｎｍ、又は３３ｎｍ〜３５ｎｍのＮｄ３＋に関する有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を示す。
【００４１】
別の態様によれば、本発明によるリン酸レーザーガラス組成物は、少なくとも３９．５０ｎｍ、例えば＞４０．００ｎｍ、又は＞４７．００ｎｍ、又は＞５２．００ｎｍのＹｂ３＋に関する有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）、及び少なくとも３２．００ｎｍ、例えば＞３４．００ｎｍ、又は３６．００ｎｍのＮｄ３＋に関する有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を示す。
【００４２】
さらなる実施の形態では、開示したガラスのいずれかを、Ｃｒ等の遷移金属、例えばＣｒ２Ｏ３でさらに高感度化してもよい。幾つかの例では、これによって、ガラスが、フラッシュランプにより励起されたレーザーシステムでより使用に適したものとなる。
【００４３】
付加的な構成成分に関して、ガラスは、最大４重量パーセント、とりわけ最大２重量パーセントの従来の添加剤又は不純物、例えば、清澄剤（例えば、Ａｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３）及びアンチソーラーラント（antisolarants）（例えば、Ｎｂ２Ｏ５）を含有する。加えて、ガラス組成物は、溶融物又は残留水を乾燥させるのを助け、またガラスの清澄を助けるハロゲン化物を含有していてもよい。例えば、ガラス組成物は、９ｗｔ％まで、好ましくは５ｗｔ％以下のＦ、及び５ｗｔ％までのＣｌを含有していてもよいが、ＣｌはＦよりも好ましくない。
【００４４】
また、本発明によるガラスは、レーザー発振イオンを含まずに調製することができる。例えば、レーザー発振イオンを含まずに調製された本発明によるガラスは、レーザー導波装置におけるクラッディングガラスとして使用することができる。付加的に、本発明によるガラスを、レーザー発振波長における吸収を誘導する１つ又は複数の遷移金属でドープすることによって、遷移金属でドープされた得られるガラスは、或る特定のレーザーシステム設計において端面クラッディングガラスとしての役割を果たし得る。
【００４５】
本発明及び本発明のさらなる詳細、例えば、特質及び付随的な利点を、図面に図式的に描かれる例示的な実施形態に基づき以下でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明によるＥＸＬ−７／Ｙｂのリン酸レーザーガラス組成物に関する、実験によるＹｂ３＋発光スペクトル（波長の関数としての強度）、並びにカーブフィッティングに由来するスペクトルを示す図である。
【図２】リン酸レーザーガラス組成物のＹｂ３＋発光スペクトルを示す図である。
【図３】本発明によるリン酸レーザーガラス組成物及び従来技術のリン酸レーザーガラス組成物のＹｂ３＋発光の有効帯域幅を示す図である。
【図４】Ｙｂに関する典型的な発光断面積の曲線を示す図である。
【図５】Ｎｄに関する典型的な発光断面積の曲線を示す図である。
【図６】ネオジムでドープされたＡＰＧ−１、ＡＰＧ−２及びＩＯＧ−１レーザーガラスと比較した、ＥＸＬ Ｎｄレーザーガラスの発光の有効帯域幅（Δλｅｆｆ）（ジャッド・オーフェルト結果）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図２には、選択的レーザーガラスのＹｂ３＋発光スペクトルを示す。比較の目的で、ＡＰＧ−１／Ｙｂ及びＡＰＧ−２／Ｙｂの発光スペクトルを、典型的なリン酸レーザーガラスの代表例として表す。（大半のデータセットにおいて）一番上のデータ線から下のデータ線に向かって、ＥＸＬ−２／Ｙｂ、ＥＸＬ−１３／Ｙｂ、ＹｂでドープされるＡＰＧ−１（Ｙｂ：ＡＰＧ−１）、及びＹｂでドープされるＡＰＧ−２（Ｙｂ：ＡＰＧ−２）の順である。
【００４８】
表１ａ及び表４ａの実施例において、ガラスは全て、レーザーグレードの成分を用いて作製し、乾燥酸素環境下で、Ｐｔ撹拌機を用いてより均質になるように撹拌動作を行いながら溶融した。表３ａ、表５ａ、表６ａ及び表７ａに関する実施例は、乾燥酸素雰囲気下でなくまた撹拌もしていない小さな（１００ｃｍ３未満）の溶融物に調製され、多くの場合、全特性の特性決定を可能にするには不十分な品質しか有していなかった。特性を測定することができなかった場合、表中の記載は「ＮＡ」とする。ガラスは全てモールドに鋳造し、適宜、焼鈍して応力を取り除く。Ｙｂでドープされたガラスをその後、タングステンカーバイド粉砕セルを用いて微粉に粉砕した。Ｎｄでドープされたガラスは、少なくとも公称１０ｍｍ×１０ｍｍ×４０ｍｍサイズのバルクキュベットサンプルとして調製した。Ｙｂでドープされた各ガラスの粉末サンプル及びＮｄでドープされた各ガラスのキュベットサンプルは、発光スペクトルを測定するのに使用し、これから、有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を式（１）に従って求めた：
【００４９】
【数１】
【００５０】
ここで、Ｙｂに関しては９２５ｎｍ〜１１００ｎｍ、Ｎｄに関しては１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの発光スペクトルの積分面積がだされ、最大発光強度（Ｉｍａｘ）は、Ｙｂに関しては図４に示されるように９７５ｎｍに近い波長、Ｎｄに関しては図５に示されるように１０５５ｎｍに近い波長（例えば、λＰｅａｋ）に見られる。計算のために、未処理の発光スペクトルを使用して、初めにスプライン関数を用いてカーブフィッティングし、ノイズレベルを減少させた。
【００５１】
表２及び図３は、Ｙｂでドープされたガラスに関する有効帯域幅の結果をまとめたものである。表２に挙げられる相対帯域幅の拡大は、３８ｎｍの帯域幅、すなわち、ＡＰＧ−１及びＡＰＧ−２に関する帯域幅の平均値との比較に基づくものである。ＡＰＧ−１及びＡＰＧ−２のΔλｅｆｆと比べ、新たに設計されたＥＸＬガラスは、帯域の拡大に関して有意な改善を示した。すなわち、多くのＥＸＬガラスは、ＡＰＧ−１ガラス及びＡＰＧ−２ガラスよりも１０ｎｍ超広い帯域幅を実証している。
【００５２】
図３に表されるデータを見て分かるように、本発明による網目構造ハイブリダイゼーションアプローチは、Ｙｂ帯域幅のはっきりとした有意な改善をもたらす。図３に表される帯域幅は、ジャッド・オーフェルト解析を用いることによって求められる。図３に示されるＥＸＬガラスは全て、約４０ｎｍ以上の有効発光帯域幅を有する。
【００５３】
上記と同様のガラスをＹｂではなくＮｄでドープする場合、ガラスによっては帯域幅の改善が示された。しかし、改善は全てのガラスで起こったわけではなかった。
【００５４】
Ｎｄでドープされた実施例によっては、Ｐ２Ｏ５（Ｙｂ及びＮｄを有する全実施例における主要なガラス形成剤）の量を減少させるというアプローチを用いた。特定の理論に何ら縛られるものではないが、これらのデータに基づき、ＮｄはＰの近くのガラス構造に優先的に局在化するため、網目構造ハイブリダイゼーションがあっても、Ｎｄ付近の局在環境は大きく変わらないと考えられる。よって、ガラス中のＰ２Ｏ５含有率を下げることは、より広い発光帯域を有する、Ｎｄでドープされたガラスを作製するための魅力的な道筋である。
【００５５】
２つのガラス（２１及び１７）は、何が発光帯域幅をより広くするのかのより良い理解を得るために、２つの異なる希土類（Ｅｒ及びＰｒ）でドープしたものである。ＴｅＯ２を有する後者のガラス（１７）は、濃い色がついており、レーザー特性については解析することができなかった。しかし、（２１）については、（ジャッド・オーフェルト法及びマッカンバー法によって）少なくとも発光帯域幅の評価が可能であり、Ｐｒが、（ＰｒでドープされたＩＯＧ−１（Ｐｒ：ＩＯＧ−１）に比べて）より広くなり、Ｅｒが、（同様に、ＥｒでドープされたＩＯＧ−１（Ｅｒ：ＩＯＧ−１）に比べて）より狭くなったことが見出された。
【００５６】
しかしながら、より低いＰ２Ｏ５範囲を有するものの、Ｎｄでドープされた材料についての改善された結果は、網目構造ハイブリダイゼーションアプローチを用いるものであると思われる。好ましくは、本明細書中に開示したような、Ｎｄでドープされたガラスに関して、Ｐ２Ｏ５範囲は、３５ｍｏｌ％〜５５ｍｏｌ％、好ましくは４０ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％、より好ましくは４０ｍｏｌ％〜４８ｍｏｌ％である。任意に、これらのガラス中のＳｉＯ２含有率は、より大きく、例えば８ｍｏｌ％〜２０ｍｏｌ％、好ましくは１０ｍｏｌ％〜１５ｍｏｌ％である。さらに任意に、より大きい量、例えば、約８ｍｏｌ％〜１２ｍｏｌ％、例えば１０ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３が使用される。
【００５７】
表１ａ、表３ａ及び表４ａにおける実施例が、他のガラス形成剤としてＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５及び／又はＴｅＯ２を使用するとはいえ、他の金属酸化物、例えば、Ｂｉ２Ｏ３、ＧｅＯ２及び／若しくはＷＯ３、Ｌｎ２Ｏ３（Ｌｎ＝Ｌａ、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｅｒ又はＰｒ）、Ａｌ２Ｏ３、並びに／又はさらにはＳｂ２Ｏ３をガラス形成剤として使用してもよい。表５ａで選択される特定の組成物は、Ｎｄでドープされるもののみであり、発光帯域幅の結果は特に広くなかった。しかしながら、これらのデータに基づき、Ｙｂでドープされるこれらの同様のガラスが、広い発光帯域幅をもたらすであろうことは十分に予想される。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
【表３】
【００６１】
【表４】
【００６２】
【表５】
【００６３】
【表６】
【００６４】
【表７】
【００６５】
【表８】
【００６６】
【表９】
【００６７】
【表１０】
【００６８】
【表１１】
【００６９】
【表１２】
【００７０】
【表１３】
【００７１】
【表１４】
【００７２】
【表１５】
【００７３】
【表１６】
【００７４】
【表１７】
【００７５】
【表１８】
【００７６】
【表１９】
【００７７】
【表２０】
【００７８】
【表２１】
【００７９】
【表２２】
【００８０】
【表２３】
【００８１】
【表２４】
【００８２】
【表２５】
【００８３】
【表２６】
【００８４】
本明細書中に引用される全ての出願、特許及び刊行物の開示は全体として、参照により本明細書中に援用される。
【００８５】
これまでの実施例で使用したものの代わりに、包括的又は詳細に記載した本発明の反応物質及び／又は操作条件を使用することによって、これまでの実施例を同様に首尾よく繰り返すことができる。
【００８６】
上述の記載から、当業者は、本発明の不可欠な特徴を容易に見極めることができ、その精神及び範囲を逸脱することなく、その特徴が様々な用法及び条件に適応するように本発明の様々な変更及び改良を行うことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸レーザーガラスであって、
Ｐ２Ｏ５ ３５〜６５
ＳｉＯ２ ０〜２０
Ｂ２Ｏ３ ０〜１５
Ａｌ２Ｏ３ ＞０〜１０
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０
ＴｅＯ２ ０〜 ５
ＧｅＯ２ ０〜 ５
ＷＯ３ ０〜 ５
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜 ５
Ｌａ２Ｏ３ ０〜 ５
Ｌｎ２Ｏ３ ＞０〜１０（Ｌｎ＝周期表の元素５８〜７１のレーザー発振イオン）
Ｒ２Ｏ １０〜３０（Ｒ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）
ＭＯ １０〜３０（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜 ５
の組成（ｍｏｌ％）を有し、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２が各々、＞０ｍｏｌ％〜約１５ｍｏｌ％で存在し、それらの合計が少なくとも１ｍｏｌ％である、リン酸レーザーガラス。
【請求項２】
Ｐ２Ｏ５ ４０．００〜６５．００
ＳｉＯ２ ０．００〜１８．００
Ｂ２Ｏ３ ０．００〜１２．００
Ａｌ２Ｏ３ ２．００〜 ８．００
Ｌｉ２Ｏ ０．００〜２０．００
Ｋ２Ｏ ０．００〜２０．００
Ｎａ２Ｏ ０．００〜２０．００
ＭｇＯ ０．００〜１５．００
ＣａＯ ０．００〜 ５．００
ＢａＯ ０．００〜１５．００
ＴｅＯ２ ０．００〜 ５．００
Ｎｄ２Ｏ３ ０．５０〜 ３．００
及び／又は
Ｙｂ２Ｏ３
Ｌａ２Ｏ３ ０．００〜 ５．００
Ｎｂ２Ｏ５ ０．００〜 ５．００
Ｓｂ２Ｏ３ ０．００〜 ２．００
の組成（ｍｏｌ％）を有し、ＴｅＯ２、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３若しくはＮｂ２Ｏ５、又はそれらの組合せを少なくとも１．００ｍｏｌ％含有する、請求項１に記載のリン酸レーザーガラス。
【請求項３】
Ｐ２Ｏ５ ４９．００〜５７．００
ＳｉＯ２ ０．００〜１０．００
Ｂ２Ｏ３ ０．００〜 ５．００
Ａｌ２Ｏ３ ２．００〜 ６．００
Ｌｉ２Ｏ １．００〜１８．００
Ｋ２Ｏ １．００〜１８．００
Ｎａ２Ｏ ０．００〜１０．００
ＭｇＯ １．００〜１２．００
ＣａＯ ０．００〜 ３．００
ＢａＯ １．００〜１２．００
ＴｅＯ２ ０．００〜 ４．００
Ｙｂ２Ｏ３ １．００〜 ２．５０
Ｌａ２Ｏ３ ０．５０〜 ３．００
Ｎｂ２Ｏ５ ０．００〜 ４．００
Ｓｂ２Ｏ３ ０．２０〜 ０．５０
の組成（ｍｏｌ％）を有し、ＴｅＯ２、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３若しくはＮｂ２Ｏ５、又はそれらの組合せを少なくとも１．００ｍｏｌ％含有する、請求項１に記載のリン酸レーザーガラス。
【請求項４】
ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３、及び／又はＧｅＯ２が存在しないこと以外、前記ガラスと他の点では同じガラスのΔλｅｆｆよりも高いΔλｅｆｆを有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項５】
希土類ドーパントとしてＹｂのみを含有し、ジャッド・オーフェルト解析において線形関数法により評価される、少なくとも３８ｎｍであるΔλｅｆｆを有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項６】
希土類ドーパントとしてＹｂのみを含有し、ジャッド・オーフェルト解析において線形関数法により評価される、４０．０ｎｍから５４．００ｎｍであるΔλｅｆｆを有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項７】
希土類ドーパントとしてＮｄのみを含有し、ジャッド・オーフェルト解析において線形関数法により評価される、少なくとも３２ｎｍであるΔλｅｆｆを有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項８】
４５ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％のＰ２Ｏ５を含有する、請求項７に記載のガラス。
【請求項９】
希土類ドーパントとしてＮｄのみを含有し、ジャッド・オーフェルト解析において線形関数法により評価される、３２．００ｎｍから３６．５０ｎｍであるΔλｅｆｆを有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項１０】
１つ又は複数の添加剤、不純物、清澄剤、アンチソーラーラント、及び／又はハロゲン化物をさらに含む、請求項１に記載のガラス。
【請求項１１】
希土類ドーパントとしてＰｒを含有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項１２】
固体利得媒質と励起源とを含む固体レーザーシステムにおいて、その改良点が前記固体利得媒質が、請求項１に記載の組成を有するガラスであることである、固体レーザーシステム。
【請求項１３】
システムのパワー出力が、少なくとも１ペタワット以上である、請求項１２に記載のレーザシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のガラスをフラッシュランプにより励起させること又はダイオードにより励起させることを含む、レーザービームを発生させる方法。
【請求項１５】
希土類ドーパントとしてＮｄを含有する請求項１に記載のガラスの非線形屈折率を下げ、かつ／又はその熱膨張を下げる方法であって、前記Ｎｄの少なくともいくらかをＹｂと置き換えること、及び任意に、Ｌａの少なくともいくらかをＹｂとさらに置き換えること、及び任意に、さらなるＹｂを添加することを含む、非線形屈折率を下げ、かつ／又は熱膨張を下げる方法。
【請求項１６】
希土類イオンでドープされるアルミノリン酸レーザーガラスの発光帯域幅を拡大する方法であって、少なくとも２ｍｏｌ％の１つ又は複数の非リン酸塩網目構造形成剤を前記ガラス中に導入することを含み、前記網目構造形成剤が、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２からなる群より選択される、希土類イオンでドープされるアルミノリン酸レーザーガラスの発光帯域幅を拡大する方法。
【請求項１】
リン酸レーザーガラスであって、
Ｐ２Ｏ５ ３５〜６５
ＳｉＯ２ ０〜２０
Ｂ２Ｏ３ ０〜１５
Ａｌ２Ｏ３ ＞０〜１０
Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０
ＴｅＯ２ ０〜 ５
ＧｅＯ２ ０〜 ５
ＷＯ３ ０〜 ５
Ｂｉ２Ｏ３ ０〜 ５
Ｌａ２Ｏ３ ０〜 ５
Ｌｎ２Ｏ３ ＞０〜１０（Ｌｎ＝周期表の元素５８〜７１のレーザー発振イオン）
Ｒ２Ｏ １０〜３０（Ｒ＝Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）
ＭＯ １０〜３０（Ｍ＝Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）
Ｓｂ２Ｏ３ ０〜 ５
の組成（ｍｏｌ％）を有し、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２が各々、＞０ｍｏｌ％〜約１５ｍｏｌ％で存在し、それらの合計が少なくとも１ｍｏｌ％である、リン酸レーザーガラス。
【請求項２】
Ｐ２Ｏ５ ４０．００〜６５．００
ＳｉＯ２ ０．００〜１８．００
Ｂ２Ｏ３ ０．００〜１２．００
Ａｌ２Ｏ３ ２．００〜 ８．００
Ｌｉ２Ｏ ０．００〜２０．００
Ｋ２Ｏ ０．００〜２０．００
Ｎａ２Ｏ ０．００〜２０．００
ＭｇＯ ０．００〜１５．００
ＣａＯ ０．００〜 ５．００
ＢａＯ ０．００〜１５．００
ＴｅＯ２ ０．００〜 ５．００
Ｎｄ２Ｏ３ ０．５０〜 ３．００
及び／又は
Ｙｂ２Ｏ３
Ｌａ２Ｏ３ ０．００〜 ５．００
Ｎｂ２Ｏ５ ０．００〜 ５．００
Ｓｂ２Ｏ３ ０．００〜 ２．００
の組成（ｍｏｌ％）を有し、ＴｅＯ２、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３若しくはＮｂ２Ｏ５、又はそれらの組合せを少なくとも１．００ｍｏｌ％含有する、請求項１に記載のリン酸レーザーガラス。
【請求項３】
Ｐ２Ｏ５ ４９．００〜５７．００
ＳｉＯ２ ０．００〜１０．００
Ｂ２Ｏ３ ０．００〜 ５．００
Ａｌ２Ｏ３ ２．００〜 ６．００
Ｌｉ２Ｏ １．００〜１８．００
Ｋ２Ｏ １．００〜１８．００
Ｎａ２Ｏ ０．００〜１０．００
ＭｇＯ １．００〜１２．００
ＣａＯ ０．００〜 ３．００
ＢａＯ １．００〜１２．００
ＴｅＯ２ ０．００〜 ４．００
Ｙｂ２Ｏ３ １．００〜 ２．５０
Ｌａ２Ｏ３ ０．５０〜 ３．００
Ｎｂ２Ｏ５ ０．００〜 ４．００
Ｓｂ２Ｏ３ ０．２０〜 ０．５０
の組成（ｍｏｌ％）を有し、ＴｅＯ２、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３若しくはＮｂ２Ｏ５、又はそれらの組合せを少なくとも１．００ｍｏｌ％含有する、請求項１に記載のリン酸レーザーガラス。
【請求項４】
ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３、及び／又はＧｅＯ２が存在しないこと以外、前記ガラスと他の点では同じガラスのΔλｅｆｆよりも高いΔλｅｆｆを有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項５】
希土類ドーパントとしてＹｂのみを含有し、ジャッド・オーフェルト解析において線形関数法により評価される、少なくとも３８ｎｍであるΔλｅｆｆを有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項６】
希土類ドーパントとしてＹｂのみを含有し、ジャッド・オーフェルト解析において線形関数法により評価される、４０．０ｎｍから５４．００ｎｍであるΔλｅｆｆを有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項７】
希土類ドーパントとしてＮｄのみを含有し、ジャッド・オーフェルト解析において線形関数法により評価される、少なくとも３２ｎｍであるΔλｅｆｆを有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項８】
４５ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％のＰ２Ｏ５を含有する、請求項７に記載のガラス。
【請求項９】
希土類ドーパントとしてＮｄのみを含有し、ジャッド・オーフェルト解析において線形関数法により評価される、３２．００ｎｍから３６．５０ｎｍであるΔλｅｆｆを有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項１０】
１つ又は複数の添加剤、不純物、清澄剤、アンチソーラーラント、及び／又はハロゲン化物をさらに含む、請求項１に記載のガラス。
【請求項１１】
希土類ドーパントとしてＰｒを含有する、請求項１に記載のガラス。
【請求項１２】
固体利得媒質と励起源とを含む固体レーザーシステムにおいて、その改良点が前記固体利得媒質が、請求項１に記載の組成を有するガラスであることである、固体レーザーシステム。
【請求項１３】
システムのパワー出力が、少なくとも１ペタワット以上である、請求項１２に記載のレーザシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のガラスをフラッシュランプにより励起させること又はダイオードにより励起させることを含む、レーザービームを発生させる方法。
【請求項１５】
希土類ドーパントとしてＮｄを含有する請求項１に記載のガラスの非線形屈折率を下げ、かつ／又はその熱膨張を下げる方法であって、前記Ｎｄの少なくともいくらかをＹｂと置き換えること、及び任意に、Ｌａの少なくともいくらかをＹｂとさらに置き換えること、及び任意に、さらなるＹｂを添加することを含む、非線形屈折率を下げ、かつ／又は熱膨張を下げる方法。
【請求項１６】
希土類イオンでドープされるアルミノリン酸レーザーガラスの発光帯域幅を拡大する方法であって、少なくとも２ｍｏｌ％の１つ又は複数の非リン酸塩網目構造形成剤を前記ガラス中に導入することを含み、前記網目構造形成剤が、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３及び／又はＧｅＯ２からなる群より選択される、希土類イオンでドープされるアルミノリン酸レーザーガラスの発光帯域幅を拡大する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−６６９９６（Ｐ２０１２−６６９９６Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１７１６４８（Ｐ２０１１−１７１６４８）
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（５１１１８９４０３）ショット コーポレーション (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１６４８（Ｐ２０１１−１７１６４８）
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（５１１１８９４０３）ショット コーポレーション (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]