JPH0220577B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、従来技術および商業上有効なホスフ
エイト（リン酸塩）レーザガラスと比較して、高
誘導放出断面積ととともに望ましくはネオジムケ
イ光の低自己濃度ケンチング（quenching）およ
び高熱衝撃抵抗を有するネオジムドープリン酸塩
レーザガラスに関する。 （従来の技術および発明が解決しようとする問題
点） ガラスは、ネオジムレーザに対し魅力ある主要
な材料である。結晶に比べて高光学的品質および
大きな寸法での調製が容易であり、幅広く連続的
に適合しうる範囲の特性のものを産出する場合が
多い。 高平均出力、材料プロセスに有効な高反復度ガ
ラスレーザまたは集積された光学用小形レーザの
ような他の使用に、装置の利得が誘導放出断面積
（σ）と活性化イオン数との積に比例するので、
重大な自己濃度ケンチングなしに高ドーパントレ
ベルを許容し得る高誘導放出断面積（σ）を有す
る活性材料を提供することが好ましい。YAGや
ガラスのような多くの固体レーザー材料は、比較
的低イオン濃度、特にガラスでは〜２×1020cm-3
で重要な自己濃度ケンチング（すなわち、隣接す
る活性化イオン間の励起エネルギーの転移）を示
す。高濃度において、ケンチングは、例えば従来
技術における、商業上有効なリン酸塩ガラスLG
−750では激しくなる。 極端な低濃度ケンチングを有すると報告された
最初の材料は、結晶性超リン酸塩NdP5O14［ダニ
エルメーヤー，エツチ．ジー．；ウエーバー，エ
ツチ．ピー；イージエイ．クオント．エレクトロ
ン イーキユー８，805（1972）（Danielmayer，
H.G.；Weber，H.P.；IEEE J.Quant.Electron.
EQ−８，805（1972）］およびそのガラス類似品で
あつた。ガラス質NdP5O14は、望ましいレーザ
特性を有するが、その結晶性および高レベルのリ
ン揮発性のために密閉圧力容器中で製造すること
が必要であり、商業上の品質および寸法で光学特
性ガラスを製造することは実際不可能である。そ
の導入のため、低ケンチング率の多くの結晶が報
告された。 刊行物に記載された低自己濃度ケンチング率ガ
ラスは、二つの主要な族、すなわち第一にR2O・
Ln2O3・P2O5系、第二にR2O・Al2O3・Nd2O3・
P2O5系（但し、式中、R2OはLi2O，Na2Oまたは
K2Oであり、Ln＝La＋Ndである）、に属すると
思われる。これらの系の濃度ケンチング率および
レーザ特性に関する組成上の効果は、コツク等
（Cook，et a1.）により要約された［スピー，プ
ロセス．505，102（1984）（SPIE.Proc.505，102
（1984）］（参照１）。その研究で報告された最も低
濃度ケンチング率を有する組成物は、組成物16で
あつた。この組成物は、簡単なアルカリ超リン酸
塩であつた。そのケンチング率がいくぶんガラス
質NdP5O14のものより高いけれど、約２×1021イ
オン／cm3より少ないすべてのネオジム濃度に対応
するケイ光寿命は、実質的に後者のガラスより大
であつた。さらにその放出断面積は、ガラス質
NdP5O14よりも実質的に多くて、高平均出力レ
ーザに極めて実用上役に立つ。従来のガラス製造
技術により、そのガラスは十分に安定して製造さ
れる。 高平均出力、高反復度ガラスレーザの操作にお
いて、そのガラスを励起（pump）光に曝すと、
ネオジムによる光の吸収が生じ、結果的にガラス
内に熱が発生する。レーザの効率が温度上昇とと
もに急速に減少するので、そのようなレーザは通
常、液体またはガスで冷却される。このことは、
温度勾配、例えば、ガラス中に応力が十分に大き
いと破壊する応力勾配を導く。上記の事実は文献
中に十分に議論されている；例えば、エツチ．ロ
ーソン．著、「プロパテイーズ アンド アプリ
ケーシヨン オブ ガラス」エルセビアー1980，
第82〜86頁（H.Rawson.PROPERTIES AND
APPLICATION OF GLASS，Elsevier1980，
pp.82〜86）参照。低表面温度Toに冷却される一
枚のガラスの温度Tiの場合には、温度降下によ
り生ずる表面引張応力Stは次式で表わされる、 St＝Eα（Ti−To）／（１−ν） （但し、式中、Ｅはヤング率、αは熱膨張係
数、そしてνはポアソン比を表わす）。 ガラスレーザが操作中の最も大きいであろう温
度勾配を耐え抜くという要求に基づいて、上記式
から導き出されたメリツト（FOM）式の数値は、
適度の熱流条件下で熱衝撃に対する抵抗に対して
レーザガラスを分類するためにしばしば用いられ
る、 FOM＝St（１−ν）＊Ｋ／Ｅ・α ［但し、式中、Ｋは熱伝導、Stはガラスの張力
強度である（エス．ダブリユ．フライマン著「フ
ラクチヤー メカニツクス オブ ガラス」、サ
イエンス アンド テクノロジーのガラスの項の
第21〜78頁、デー．ウルマンおよびエヌ．クレイ
ドル、編集、アカデミツク プレス1980）（S.W.
Freiman，“Fracture Mechanics of Glases”，
pp.21−78 in GLASS：SCIENCE AND
TECHNOLOGY，D.Uhlmann，N. Kreidl，
eds.Academic Press 1980）］。 FOMは、破壊発生前にガラスが耐え得る最高
温度勾配に直接比例する；FOMが高くなればな
る程、ガラスは上記の例に適するようになる。 ガラスの引張強度値範囲は、材料固有特性とい
うよりは表面欠陥配向性により主として決定され
るため、相対比較をする場合にはStは、一般に、
FOMから除かれる。FOM値は、その後計算され
る。 第１表には、熱FOMの比較および参照１の低
ケンチング率超リン酸塩no.16および多くの商業
上生産されたリン酸塩レーザガラスに関連した物
性およびレーザ特性が示される。超リン酸塩は、
FOMが低いため実用に適さないことは明らかで
ある。 さらに、引張強度を無視すると、その変化が
FOM中で最大の改良を生じる物理特性は、熱膨
張係数、ヤング率および熱伝導である。このよう
に、可能な限り最も高いFOMに対しては、可能
な限り低いＥおよび可能な限り高いＫを有するガ
ラスが好ましい。リン酸塩ガラス中の前記物理特
性に対する組成効果は、エヌ．エツチ．レイ．著
「コンポジシヨナル−プロパテイ リレーシヨン
シツプス イン インオーガニツク オキサイド
ガラス」，ジヤーナル ノン−クリスタル ソ
リツドス15（1974），第423〜434頁（N.H.Ray，
〓Compositional−Property Relationships in
Inorganic Oxide Glasses，″J.Non−Cryst.
Solids 15（1974），p.423−34）に見られるように
一般に公知である。リン酸塩ガラスにおいて、
FOMの改良、すなわちαおよびＥの減少および
Ｋの増加、はAl2O3の添加により最も一般に達成
された。事実、実質的にどの従来技術のリン酸塩
レーザガラスも、実質量の酸化アルミニウムを含
む。しかしながら、参照１に明らかなようにアル
ミニウムの超リン酸塩への添加は、濃度ケンチン
グ率を大きく増加させ、熱FOMの上昇に有効で
あるそれらの濃度において放出断面積を減少させ
る。このように、従来技術の開示と反対に、
Al2O3の添加は、高平均出力応用に好適なレーザ
ガラスと矛盾する。 【表】 熱膨張係数を減少し、かつ機械的強度を改良す
るためにB2O3およびSiO2の両者をリン酸塩ガラ
スに加えることも公知である。このことは、一般
的にエム，イー．ジヤボチンスキー著「レーザ
ホスフエートガラス（LASER PHOSPHATE
GLASSES，M.E.Zhabotinskii，ed.，Nauka
publ.，Moscow，1980）に議論されている。シ
リカ、および理論的にホウ素と結合したリン酸塩
レーザガラスも、特許文献に極めて一般的に開示
されている（特開昭53−42334、ドイツ特許
DE3435133および米国特許4075120）。これらのガ
ラス、特にドイツ特許DE3435133に記載のもの
は、下記第２表に要約されたアルミノリン酸塩レ
ーザガラスよりも一般に非常に小さい、80〜94×
10-7℃-1の熱膨張係数を示す。熱F.O.Mの計算に
は不十分である。しかしながら、これらのシリカ
リン酸塩ガラスは、アルミノリン酸塩ガラス（第
２表参照、DE3435133）と非常に異なる濃度ケン
チング率を示さない。米国特許は、それら実施例
の物理的またはレーザ特性に関するいかなるデー
タも示さない。即ち、それはSiO2を抗太陽性と
してのみ組み込んでいる。 （問題点を解決するための手段） したがつて、本発明の目的は、従来のリン酸塩
レーザガラスと比べて相対的に低自己濃度ケンチ
ング率、高熱衝撃抵抗および高誘導放出断面積の
ネオジムドープシリカおよび／またはホウ素含有
超リン酸塩レーザガラスおよびそれに対応するレ
ーザ装置、光学エレメント等を提供することであ
る。 対応した明細書および特許請求の範囲をさらに
研究すると、本発明のさらなる目的および利益が
当業者には明らかになる。 上記目的は、レーザとしての使用に好適で、レ
ージングに有効なNd量を含み、少なくとも3.5の
誘導放出断面積σ、少なくとも175μsecの10重量
％のNd2O3ドーピングレベルでネオジムケイ光の
最初の電子（ｅ）−保持時間および少なくとも
0.70のメリツトの数値を有し、本質的に下記組成
（モル％）： 【表】 から成る光学特性ガラスを提供する本発明により
達成される。 次に本発明を示す。 (1) 屈折率nd，＞1.520；アツベ数Vd，＞60；密度
＜3.0ｇ／cm3；熱膨張係数α≦110×10-7℃-1；
ヤング率Ｅ，＜70×103N／mm2；ポアソン比ν＜
0.28；熱伝導性Ｋ＞0.5w／mK；熱FOM＝（１
−ν）Ｋ／αE＞0.7；0.5重量％Nd2O3における
Nd3+ケイ光の最初の電子（ｅ）−保持時間＞
375μsec，10重量％におけるNd3+ケイ光の最初
の電子（ｅ）−保持時間＞175μsec；本質的に次
の組成（モル％）からなる光学ガラス： P2O5 40〜70％ SiO2 ０〜20％ B2O3 ５〜20％ SiO2＋B2O3の合計 ５〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜20％ La2O3＋Nd2O3の合計 ３〜10％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
０〜10％。 (2) 次の特性を有する上記(1)に記載の光学ガラ
ス： nd 1.525〜1.537 Vd 63〜67 密度 2.6〜2.8g／cm3 α 80〜100×10-7℃-1 Ｅ 45〜55×103N／mm2 ν 0.20〜0.25 Ｋ 0.6〜0.8W／ｍ・Ｋ 熱FOM 0.9〜1.2 (3) 放出断面積σ，＞3.5×10-20cm2；ケイ光走査
線の幅（Δλf1）＜23.5nmを有するレーザー活性
に有効量のNd2O3を含む上記(1)に記載の光学ガ
ラス。 (4) 次の特性を有する上記(3)に記載の光学ガラ
ス： σ 3.8〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec (5) 放出断面積σ，＞3.5×10-20cm2；ケイ光走査
線の幅（Δλf1）＜23.5nmを有するレーザー活性
に有効量のNd2O3を含む上記(1)に記載の光学ガ
ラス。 (6) 次の特性を有する上記(2)に記載の光学ガラ
ス： σ 3.87〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec (7) アルカリ金属がＫである上記(1)に記載の光学
ガラス。 (8) 本質的に次の組成（モル％）からなる上記(1)
に記載の光学ガラス： P2O5 50〜60％ SiO2 10〜20％ B2O3 10〜15％ SiO2＋B2O3の合計 15〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜10％ La2O3＋Nd2O3の合計 ５〜８％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
５〜10％。 (9) 本質的に次の組成からなる上記(1)に記載の光
学ガラス： 50〜60モル％ P2O5 10〜20モル％ SiO2 10〜15モル％ B2O3 ５〜10モル％ K2O ０〜10モル％ ZnO 4.5〜5.5モル％ La2O3＋Nd2O3の合計 15〜35モル％ SiO2＋B2O3の合計。 (10) La2O3＋Nd2O3の合計が約５モル％である上
記(9)に記載の光学ガラス。 (11) 本質的に次の組成（モル％）から成る上記(1)
に記載の光学ガラス： P2O5 約60％ SiO2 約10％ B2O3 約15％ K2O 約10％ Nd2O3＋La2O3 約５％。 (12) 本質的に次の組成（モル％）から成る上記(1)
に記載の光学ガラス： P2O5 約55％ SiO2 約15％ B2O3 約20％ K2O 約５％ Nd2O3＋La2O3 約５％。 (13) 本質的に次の組成（モル％）から成る上記
(1)に記載の光学ガラス： P2O5 約55％ SiO2 約20％ B2O3 約５％ K2O 約５％ ZnO 約10％ La2O3＋Nd2O3 約５％。 (14) ガラス活性媒体は、屈折率nd，＞1.520；ア
ツベ数Vd，＞60；密度＜3.0ｇ／cm3；熱膨張係
数α≦110×10-7℃-1；ヤング率Ｅ，＜70×
103N／mm2；ポアソン比ν，＜0.28；熱伝導性
Ｋ，＞0.5w／mK；熱FOM＝（１−ν）Ｋ／αE
＞0.7；0.5重量％Nd2O3におけるNd3+ケイ光の
最初の電子（ｅ）−保持時間＞375μsec，10重量
％におけるNd3+ケイ光の最初の電子（ｅ）−保
持時間＞175μsec；の特性を示し、本質的に次
の組成（モル％）の光学ガラスから成るレーザ
装置： P2O5 40〜70％ SiO2 ０〜20％ B2O3 ５〜20％ SiO2＋B2O3の合計 ５〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜20％ La2O3＋Nd2O3の合計 ３〜10％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
０〜10％。 (15) ガラス活性媒体が放出断面積σ，＞3.5×
10-20cm2；ケイ光走査線の幅（Δλf1）＜23.5nmを
有するレーザー活性に有効量のNd2O3を含む光
学ガラスから成る上記（14）に記載のレーザ装
置： (16) ガラス活性媒体が次の特性を有する光学ガ
ラスから成る上記（14）に記載のレーザ装置： σ 3.8〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec。 (17) ガラス活性媒体が次の特性を有する光学ガ
ラスから成る上記（16）に記載のレーザ装置： σ 3.87〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec。 (18) ガラス活性媒体が本質的に次の組成（モル
％）の光学ガラスから成る上記（14）に記載の
レーザ装置： P2O5 50〜60％ SiO2 10〜20％ B2O3 10〜15％ SiO2＋B2O3の合計 15〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜10％ La2O3＋Nd2O3の合計 ５〜８％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
５〜10％。 (19) ガラス活性媒体が本質的に次の組成の光学
ガラスから成る上記（14）に記載のレーザ装
置： 50〜60モル％ P2O5 10〜20モル％ SiO2 10〜15モル％ B2O3 ５〜10モル％ K2O ０〜10モル％ ZnO 4.5〜5.5モル％ La2O3＋Nd2O3の合計 15〜35モル％ SiO2＋B2O3の合計。 (20) 活性媒体が実質的に約60％P2O5、約10％
SiO2、約15％B2O3、約10％K2Oおよび約５％
（Nd2O3＋La2O3）；または約55％P2O5、約15％
SiO2、約20％B2O3、約５％K2Oおよび約５％
（Nd2O3＋La2O3）；または約55％P2O5、約20％
SiO2、約５％B2O3、約５％K2O、約10％ZnO
および約５％（La2O3＋Nd2O3）（％はモル％）
から成る上記（14）に記載のレーザ装置。 （作用） 本発明のガラスは、上記他の商業上有効な従来
技術のレーザガラスに類似する放出断面積（σ）、
ケイ光走査線の幅（Δλ）および低Nd3+濃度ケイ
光寿命を有する。それらは、それらの特性と好適
な熱衝撃関連特性、特に低熱膨張係数、低ヤング
率、および極めて低い自己濃度ケンチング率を有
する高熱伝導性を同時に持つことが実質的に異な
る。それらは、他の従来技術のガラスと極めて異
なり極めて高いNd3+ドーピングレベル（〜10重
量％Nd2O3）においてケイ光寿命を与える。 これら特性の好適な結合は、参照１に開示され
たガラスに本質的に類似する組成物で、アルミナ
を含まない、超リン酸塩を基礎とするガラス中の
P2O5およびK2OをSiO2およびB2O3で置換するこ
とにより達成される。この置換は、必要な物理特
性を得て、活性化イオンの低濃度ケンチングに関
する組成効果を無視するためほとんど全ての
Al2O3を利用する従来技術のレーザガラスの開示
からは有効に示唆されなかつた。最も新しい技術
特許（ドイツDE3435133）は、SiO2と理屈では
P2O5、必要によりAl2O3と結合したB2O3との組
み合わせを利用して低膨張係数を有するガラスを
提供する。しかしながら、上記のように使用され
た組成物の範囲は、相対的に高い自己濃度ケンチ
ングを有するガラスに通じる。本発明のガラスは
多くのAl2O3、例えば、ガラス特性に影響を与え
る実質的な量を除外する。さらに、B2O3の理論
的な最大範囲（０〜５モル％）は本発明の範囲よ
り低い（５〜20％。好ましくは＞５〜20％、
5.01，5.1，5.2，5.3，5.4，5.5等を含む）。同様
に、その特許ではB2O3はLa2O3およびY2O3と置
換可能と開示されている。３化合物が本発明のリ
ン酸塩ガラス中で同じ構造上の役割を示さないの
で、上記のことは本発明の場合と異なる。本発明
のB2O3の臨界は示唆されていない。 本発明の好ましい組成範囲は、一般に50〜60モ
ル％のP2O5、10〜20モル％のSiO2、10〜15モル
％のB2O3、５〜10モル％のK2O、０〜10モル％
のZnO、５モル％（または4.5〜5.5モル％）の
（La2O3＋Nd2O3）［但し、（SiO2＋B2O3）の合計
は15〜35モル％である］である。好適な範囲の臨
界に関して、最も臨界的なものはP2O5、SiO2、
B2O3およびK2Oである。 P2O5に関して、60モル％以上では、熱膨張係
数が増加し、熱伝導性が減少し、熱衝撃抵抗が弱
くなるのに対して、濃度ケンチングに対する利益
は得られない。50モル％以下では、粘度上昇のた
めガラスの溶融がさらに困難になる。40モル％以
下では、Nd3+の濃度ケンチングは著しく増加す
る。 SiO2に関して、10モル％以下の結合は、熱衝
撃特性、特に熱膨張係数および熱伝導性、をほと
んど改良しない。20モル％以上では、Nd3+の濃
度ケンチングは著しく増加し、放出断面積が好ま
しくなく狭くなる。さらに、ガラスは著しく不安
定になり、不透明化および相分離を起こす。同
様、溶融粘度は好ましくなく高くなる。 B2O3に関して、10モル％以下の濃度ではわず
かに熱FOMを改良するのみであり、５モル％以
下では、顕著な改良が全くない。15モル％以上で
は、熱伝導性が連続して増加し、ヤング率も著し
く増加する（好ましくない）。20モル％以上では、
B2O3およびP2O5の揮発損失が過剰となり、溶融
粘度は好ましくなく高くなる。さらに、濃度ケン
チングは著しく増加し始め、放出断面積が好まし
くなく少なくなり、ケイ光走査線の幅が増加し、
それらのレベルにおいてB2O3の構造上の役割を
著しく変えることを示す。 アルカリ含量は特に臨界的である。濃度ケンチ
ング率がK2O＜Na2O＜Li2Oの順に増加するの
で、好適なガラスはＫのみを利用する。５モル％
以下では、P2O5揮発性が好ましくなく高くな
り；B2O3およびSiO2の存在下で溶融粘度が好ま
しくなく高くなる。10モル％以上では、良好な熱
衝撃抵抗が好ましいならば熱膨張係数は好ましく
なく高くなる。20モル％以上または５モル％以下
では、濃度ケンチング率が著しく増加する。 アルカリ土類金属元素、MgO，CaO，SrO，
BaOおよび特にZnOの添加作用は、放出断面積
を変更することなく化学耐久性を改良することで
ある。10モル％以上の結合では、濃度ケンチング
率は著しく増加する。５モル％以下では、ほとん
ど効果がない。 La2O3は、必要によりNd2O3の構造上置換とし
て含まれ、それによつてドーピングレベルに有効
な本発明の好適な熱特性を得ることが可能とな
る。このことは、（Nd2O3＋La2O3）のモル数の
合計を本発明の範囲に保持すれば、物理的、光学
的、あるいはレーザ特性を大きく変化させること
なく、極めて低レベルから極めて高レベルのドー
ピングレベル（〜20重量％）までNd3+の連続可
変調整を許容する。Ndイオン量は臨界的ではな
い。与えられた場合に使用する量は、選ばれた条
件下でレージングに有効となるように定常的に選
択されるであろう。しばしば、その量は0.1〜約
３または４モル％であるが、好ましい場合には極
めて低い、または高い量を使用できる場合があ
る。 As2O3およびSb2O3のような従来の清澄剤を加
えることができる；0.1〜0.3重量％で一般に十分
である。 さらに、TiO2，CeO2およびNb2O5のような従
来の抗太陽性のものを必要量、例えば0.1〜0.5重
量％を加えることができる。米国特許4075120と
大きく異なり、SiO2は、本発明では抗太陽性の
ものとして加えられないが、ソラリゼーシヨンを
抑える必要から十分余分に加えられる欠くことの
できない構造上の成分である。 本発明のガラスは次の特性を有する： (a) 屈折率nd，≧1.520、 一般に1.525〜1.537； (b) アツベ数Vd，＞60、一般に63〜67； (c) 密度，＜3.0ｇ／cm3、 一般に2.6〜2.8； (d) 熱膨張係数、≦110×10-7℃-1、 一般に80〜110； (e) ヤング率Ｅ，＜70×103N／mm2、 一般に45〜55； (f) ポアソン比ν，＜0.28、 一般に0.20〜0.25； (g) 熱伝導Ｋ，＞0.5w／ｍ・Ｋ、 一般に0.6〜0.8； (h) 熱FOM［（１−ν）・Ｋ／αE］、 ＞0.7、一般に0.9〜1.2； (i) 誘導放出断面積σ、＞3.5×10-20cm2、典型的
に3.8〜4.5または3.87〜4.5； (j) ケイ光走査線幅（Δλf1），＜23.5nm典型的に
21〜23nm、そして (k) Nd3+ケイ光の最初の電子（ｅ）−保持時間、
0.5wt％で＞375μsec，10wt％で175μsec、それ
ぞれ典型的に385〜400μsec、180〜185μsec。 これらのガラスは、普通白金るつぼを利用する
リン酸塩ガラスを調製する従来の方法により製造
される。同様に、光学部品またはレーザ装置も従
来技術を使用するガラスから調製できる。 （実施例） さらに推敲することなく、当業者が前記事項を
使用して本発明をおおいに利用できると信じられ
る。従つて、次の好適な実施態様は単なる例示で
あつて、いかなる方法によつて開示の残りのもの
を限定するものではない。次の実施例において、
すべて温度は摂氏であり、何も記載がなければ部
および％はすべてモルである。 実施例 １ 本発明の範囲内であるとともにそれらの特性内
のいくらかの典型的なガラス組成物は、第２表に
モル％で与えられる。同様に、比較のためにこの
表には前記参照１の簡単な超リン酸塩が含まれ
る。与えられた組成物の中で組成Ｄ，ＦおよびＧ
が好ましい。重量％組成物は、第３表に示されて
いる。 実施例のガラス全部は、バツチ溶融で作られ
た。好適な重量％に対応する各バツチ成分の必要
重量を混合し、溶融シリカるつぼに加え、〜1350
℃で３時間誘導加熱して溶融した。その後、その
ガラを1450℃で３時間撹拌しながら清澄化し、〜
1200℃でキヤスト成形した。そのキヤストガラス
をTg＋20℃で３時間アンニールし、30℃／時間
で冷却した。 典型的な、各最終ガラス成分用のバツチ成分
は、P2O5−P2O5、SiO2−SiO2、B2O3−H3BO3、
K2O−K2CO3、ZnO−ZnO、Nd2O3−NdF3およ
びLa2O3−LaF3であつた。 【表】 【表】 前記実施例は、前記実施例中で使用されたもの
も、一般的にまたは特に記載された本発明の反応
物および／または操作条件で置き換えることによ
り同様に繰り返すことができる。 以上述べたことから、当業者は簡単に本発明の
必須な特徴を確かめ、本発明の精神および範囲か
ら離れることなく、各種の使用法および条件に適
合させるために本発明を変更しかつ修正すること
ができる。
エイト（リン酸塩）レーザガラスと比較して、高
誘導放出断面積ととともに望ましくはネオジムケ
イ光の低自己濃度ケンチング（quenching）およ
び高熱衝撃抵抗を有するネオジムドープリン酸塩
レーザガラスに関する。 （従来の技術および発明が解決しようとする問題
点） ガラスは、ネオジムレーザに対し魅力ある主要
な材料である。結晶に比べて高光学的品質および
大きな寸法での調製が容易であり、幅広く連続的
に適合しうる範囲の特性のものを産出する場合が
多い。 高平均出力、材料プロセスに有効な高反復度ガ
ラスレーザまたは集積された光学用小形レーザの
ような他の使用に、装置の利得が誘導放出断面積
（σ）と活性化イオン数との積に比例するので、
重大な自己濃度ケンチングなしに高ドーパントレ
ベルを許容し得る高誘導放出断面積（σ）を有す
る活性材料を提供することが好ましい。YAGや
ガラスのような多くの固体レーザー材料は、比較
的低イオン濃度、特にガラスでは〜２×1020cm-3
で重要な自己濃度ケンチング（すなわち、隣接す
る活性化イオン間の励起エネルギーの転移）を示
す。高濃度において、ケンチングは、例えば従来
技術における、商業上有効なリン酸塩ガラスLG
−750では激しくなる。 極端な低濃度ケンチングを有すると報告された
最初の材料は、結晶性超リン酸塩NdP5O14［ダニ
エルメーヤー，エツチ．ジー．；ウエーバー，エ
ツチ．ピー；イージエイ．クオント．エレクトロ
ン イーキユー８，805（1972）（Danielmayer，
H.G.；Weber，H.P.；IEEE J.Quant.Electron.
EQ−８，805（1972）］およびそのガラス類似品で
あつた。ガラス質NdP5O14は、望ましいレーザ
特性を有するが、その結晶性および高レベルのリ
ン揮発性のために密閉圧力容器中で製造すること
が必要であり、商業上の品質および寸法で光学特
性ガラスを製造することは実際不可能である。そ
の導入のため、低ケンチング率の多くの結晶が報
告された。 刊行物に記載された低自己濃度ケンチング率ガ
ラスは、二つの主要な族、すなわち第一にR2O・
Ln2O3・P2O5系、第二にR2O・Al2O3・Nd2O3・
P2O5系（但し、式中、R2OはLi2O，Na2Oまたは
K2Oであり、Ln＝La＋Ndである）、に属すると
思われる。これらの系の濃度ケンチング率および
レーザ特性に関する組成上の効果は、コツク等
（Cook，et a1.）により要約された［スピー，プ
ロセス．505，102（1984）（SPIE.Proc.505，102
（1984）］（参照１）。その研究で報告された最も低
濃度ケンチング率を有する組成物は、組成物16で
あつた。この組成物は、簡単なアルカリ超リン酸
塩であつた。そのケンチング率がいくぶんガラス
質NdP5O14のものより高いけれど、約２×1021イ
オン／cm3より少ないすべてのネオジム濃度に対応
するケイ光寿命は、実質的に後者のガラスより大
であつた。さらにその放出断面積は、ガラス質
NdP5O14よりも実質的に多くて、高平均出力レ
ーザに極めて実用上役に立つ。従来のガラス製造
技術により、そのガラスは十分に安定して製造さ
れる。 高平均出力、高反復度ガラスレーザの操作にお
いて、そのガラスを励起（pump）光に曝すと、
ネオジムによる光の吸収が生じ、結果的にガラス
内に熱が発生する。レーザの効率が温度上昇とと
もに急速に減少するので、そのようなレーザは通
常、液体またはガスで冷却される。このことは、
温度勾配、例えば、ガラス中に応力が十分に大き
いと破壊する応力勾配を導く。上記の事実は文献
中に十分に議論されている；例えば、エツチ．ロ
ーソン．著、「プロパテイーズ アンド アプリ
ケーシヨン オブ ガラス」エルセビアー1980，
第82〜86頁（H.Rawson.PROPERTIES AND
APPLICATION OF GLASS，Elsevier1980，
pp.82〜86）参照。低表面温度Toに冷却される一
枚のガラスの温度Tiの場合には、温度降下によ
り生ずる表面引張応力Stは次式で表わされる、 St＝Eα（Ti−To）／（１−ν） （但し、式中、Ｅはヤング率、αは熱膨張係
数、そしてνはポアソン比を表わす）。 ガラスレーザが操作中の最も大きいであろう温
度勾配を耐え抜くという要求に基づいて、上記式
から導き出されたメリツト（FOM）式の数値は、
適度の熱流条件下で熱衝撃に対する抵抗に対して
レーザガラスを分類するためにしばしば用いられ
る、 FOM＝St（１−ν）＊Ｋ／Ｅ・α ［但し、式中、Ｋは熱伝導、Stはガラスの張力
強度である（エス．ダブリユ．フライマン著「フ
ラクチヤー メカニツクス オブ ガラス」、サ
イエンス アンド テクノロジーのガラスの項の
第21〜78頁、デー．ウルマンおよびエヌ．クレイ
ドル、編集、アカデミツク プレス1980）（S.W.
Freiman，“Fracture Mechanics of Glases”，
pp.21−78 in GLASS：SCIENCE AND
TECHNOLOGY，D.Uhlmann，N. Kreidl，
eds.Academic Press 1980）］。 FOMは、破壊発生前にガラスが耐え得る最高
温度勾配に直接比例する；FOMが高くなればな
る程、ガラスは上記の例に適するようになる。 ガラスの引張強度値範囲は、材料固有特性とい
うよりは表面欠陥配向性により主として決定され
るため、相対比較をする場合にはStは、一般に、
FOMから除かれる。FOM値は、その後計算され
る。 第１表には、熱FOMの比較および参照１の低
ケンチング率超リン酸塩no.16および多くの商業
上生産されたリン酸塩レーザガラスに関連した物
性およびレーザ特性が示される。超リン酸塩は、
FOMが低いため実用に適さないことは明らかで
ある。 さらに、引張強度を無視すると、その変化が
FOM中で最大の改良を生じる物理特性は、熱膨
張係数、ヤング率および熱伝導である。このよう
に、可能な限り最も高いFOMに対しては、可能
な限り低いＥおよび可能な限り高いＫを有するガ
ラスが好ましい。リン酸塩ガラス中の前記物理特
性に対する組成効果は、エヌ．エツチ．レイ．著
「コンポジシヨナル−プロパテイ リレーシヨン
シツプス イン インオーガニツク オキサイド
ガラス」，ジヤーナル ノン−クリスタル ソ
リツドス15（1974），第423〜434頁（N.H.Ray，
〓Compositional−Property Relationships in
Inorganic Oxide Glasses，″J.Non−Cryst.
Solids 15（1974），p.423−34）に見られるように
一般に公知である。リン酸塩ガラスにおいて、
FOMの改良、すなわちαおよびＥの減少および
Ｋの増加、はAl2O3の添加により最も一般に達成
された。事実、実質的にどの従来技術のリン酸塩
レーザガラスも、実質量の酸化アルミニウムを含
む。しかしながら、参照１に明らかなようにアル
ミニウムの超リン酸塩への添加は、濃度ケンチン
グ率を大きく増加させ、熱FOMの上昇に有効で
あるそれらの濃度において放出断面積を減少させ
る。このように、従来技術の開示と反対に、
Al2O3の添加は、高平均出力応用に好適なレーザ
ガラスと矛盾する。 【表】 熱膨張係数を減少し、かつ機械的強度を改良す
るためにB2O3およびSiO2の両者をリン酸塩ガラ
スに加えることも公知である。このことは、一般
的にエム，イー．ジヤボチンスキー著「レーザ
ホスフエートガラス（LASER PHOSPHATE
GLASSES，M.E.Zhabotinskii，ed.，Nauka
publ.，Moscow，1980）に議論されている。シ
リカ、および理論的にホウ素と結合したリン酸塩
レーザガラスも、特許文献に極めて一般的に開示
されている（特開昭53−42334、ドイツ特許
DE3435133および米国特許4075120）。これらのガ
ラス、特にドイツ特許DE3435133に記載のもの
は、下記第２表に要約されたアルミノリン酸塩レ
ーザガラスよりも一般に非常に小さい、80〜94×
10-7℃-1の熱膨張係数を示す。熱F.O.Mの計算に
は不十分である。しかしながら、これらのシリカ
リン酸塩ガラスは、アルミノリン酸塩ガラス（第
２表参照、DE3435133）と非常に異なる濃度ケン
チング率を示さない。米国特許は、それら実施例
の物理的またはレーザ特性に関するいかなるデー
タも示さない。即ち、それはSiO2を抗太陽性と
してのみ組み込んでいる。 （問題点を解決するための手段） したがつて、本発明の目的は、従来のリン酸塩
レーザガラスと比べて相対的に低自己濃度ケンチ
ング率、高熱衝撃抵抗および高誘導放出断面積の
ネオジムドープシリカおよび／またはホウ素含有
超リン酸塩レーザガラスおよびそれに対応するレ
ーザ装置、光学エレメント等を提供することであ
る。 対応した明細書および特許請求の範囲をさらに
研究すると、本発明のさらなる目的および利益が
当業者には明らかになる。 上記目的は、レーザとしての使用に好適で、レ
ージングに有効なNd量を含み、少なくとも3.5の
誘導放出断面積σ、少なくとも175μsecの10重量
％のNd2O3ドーピングレベルでネオジムケイ光の
最初の電子（ｅ）−保持時間および少なくとも
0.70のメリツトの数値を有し、本質的に下記組成
（モル％）： 【表】 から成る光学特性ガラスを提供する本発明により
達成される。 次に本発明を示す。 (1) 屈折率nd，＞1.520；アツベ数Vd，＞60；密度
＜3.0ｇ／cm3；熱膨張係数α≦110×10-7℃-1；
ヤング率Ｅ，＜70×103N／mm2；ポアソン比ν＜
0.28；熱伝導性Ｋ＞0.5w／mK；熱FOM＝（１
−ν）Ｋ／αE＞0.7；0.5重量％Nd2O3における
Nd3+ケイ光の最初の電子（ｅ）−保持時間＞
375μsec，10重量％におけるNd3+ケイ光の最初
の電子（ｅ）−保持時間＞175μsec；本質的に次
の組成（モル％）からなる光学ガラス： P2O5 40〜70％ SiO2 ０〜20％ B2O3 ５〜20％ SiO2＋B2O3の合計 ５〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜20％ La2O3＋Nd2O3の合計 ３〜10％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
０〜10％。 (2) 次の特性を有する上記(1)に記載の光学ガラ
ス： nd 1.525〜1.537 Vd 63〜67 密度 2.6〜2.8g／cm3 α 80〜100×10-7℃-1 Ｅ 45〜55×103N／mm2 ν 0.20〜0.25 Ｋ 0.6〜0.8W／ｍ・Ｋ 熱FOM 0.9〜1.2 (3) 放出断面積σ，＞3.5×10-20cm2；ケイ光走査
線の幅（Δλf1）＜23.5nmを有するレーザー活性
に有効量のNd2O3を含む上記(1)に記載の光学ガ
ラス。 (4) 次の特性を有する上記(3)に記載の光学ガラ
ス： σ 3.8〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec (5) 放出断面積σ，＞3.5×10-20cm2；ケイ光走査
線の幅（Δλf1）＜23.5nmを有するレーザー活性
に有効量のNd2O3を含む上記(1)に記載の光学ガ
ラス。 (6) 次の特性を有する上記(2)に記載の光学ガラ
ス： σ 3.87〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec (7) アルカリ金属がＫである上記(1)に記載の光学
ガラス。 (8) 本質的に次の組成（モル％）からなる上記(1)
に記載の光学ガラス： P2O5 50〜60％ SiO2 10〜20％ B2O3 10〜15％ SiO2＋B2O3の合計 15〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜10％ La2O3＋Nd2O3の合計 ５〜８％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
５〜10％。 (9) 本質的に次の組成からなる上記(1)に記載の光
学ガラス： 50〜60モル％ P2O5 10〜20モル％ SiO2 10〜15モル％ B2O3 ５〜10モル％ K2O ０〜10モル％ ZnO 4.5〜5.5モル％ La2O3＋Nd2O3の合計 15〜35モル％ SiO2＋B2O3の合計。 (10) La2O3＋Nd2O3の合計が約５モル％である上
記(9)に記載の光学ガラス。 (11) 本質的に次の組成（モル％）から成る上記(1)
に記載の光学ガラス： P2O5 約60％ SiO2 約10％ B2O3 約15％ K2O 約10％ Nd2O3＋La2O3 約５％。 (12) 本質的に次の組成（モル％）から成る上記(1)
に記載の光学ガラス： P2O5 約55％ SiO2 約15％ B2O3 約20％ K2O 約５％ Nd2O3＋La2O3 約５％。 (13) 本質的に次の組成（モル％）から成る上記
(1)に記載の光学ガラス： P2O5 約55％ SiO2 約20％ B2O3 約５％ K2O 約５％ ZnO 約10％ La2O3＋Nd2O3 約５％。 (14) ガラス活性媒体は、屈折率nd，＞1.520；ア
ツベ数Vd，＞60；密度＜3.0ｇ／cm3；熱膨張係
数α≦110×10-7℃-1；ヤング率Ｅ，＜70×
103N／mm2；ポアソン比ν，＜0.28；熱伝導性
Ｋ，＞0.5w／mK；熱FOM＝（１−ν）Ｋ／αE
＞0.7；0.5重量％Nd2O3におけるNd3+ケイ光の
最初の電子（ｅ）−保持時間＞375μsec，10重量
％におけるNd3+ケイ光の最初の電子（ｅ）−保
持時間＞175μsec；の特性を示し、本質的に次
の組成（モル％）の光学ガラスから成るレーザ
装置： P2O5 40〜70％ SiO2 ０〜20％ B2O3 ５〜20％ SiO2＋B2O3の合計 ５〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜20％ La2O3＋Nd2O3の合計 ３〜10％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
０〜10％。 (15) ガラス活性媒体が放出断面積σ，＞3.5×
10-20cm2；ケイ光走査線の幅（Δλf1）＜23.5nmを
有するレーザー活性に有効量のNd2O3を含む光
学ガラスから成る上記（14）に記載のレーザ装
置： (16) ガラス活性媒体が次の特性を有する光学ガ
ラスから成る上記（14）に記載のレーザ装置： σ 3.8〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec。 (17) ガラス活性媒体が次の特性を有する光学ガ
ラスから成る上記（16）に記載のレーザ装置： σ 3.87〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec。 (18) ガラス活性媒体が本質的に次の組成（モル
％）の光学ガラスから成る上記（14）に記載の
レーザ装置： P2O5 50〜60％ SiO2 10〜20％ B2O3 10〜15％ SiO2＋B2O3の合計 15〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜10％ La2O3＋Nd2O3の合計 ５〜８％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
５〜10％。 (19) ガラス活性媒体が本質的に次の組成の光学
ガラスから成る上記（14）に記載のレーザ装
置： 50〜60モル％ P2O5 10〜20モル％ SiO2 10〜15モル％ B2O3 ５〜10モル％ K2O ０〜10モル％ ZnO 4.5〜5.5モル％ La2O3＋Nd2O3の合計 15〜35モル％ SiO2＋B2O3の合計。 (20) 活性媒体が実質的に約60％P2O5、約10％
SiO2、約15％B2O3、約10％K2Oおよび約５％
（Nd2O3＋La2O3）；または約55％P2O5、約15％
SiO2、約20％B2O3、約５％K2Oおよび約５％
（Nd2O3＋La2O3）；または約55％P2O5、約20％
SiO2、約５％B2O3、約５％K2O、約10％ZnO
および約５％（La2O3＋Nd2O3）（％はモル％）
から成る上記（14）に記載のレーザ装置。 （作用） 本発明のガラスは、上記他の商業上有効な従来
技術のレーザガラスに類似する放出断面積（σ）、
ケイ光走査線の幅（Δλ）および低Nd3+濃度ケイ
光寿命を有する。それらは、それらの特性と好適
な熱衝撃関連特性、特に低熱膨張係数、低ヤング
率、および極めて低い自己濃度ケンチング率を有
する高熱伝導性を同時に持つことが実質的に異な
る。それらは、他の従来技術のガラスと極めて異
なり極めて高いNd3+ドーピングレベル（〜10重
量％Nd2O3）においてケイ光寿命を与える。 これら特性の好適な結合は、参照１に開示され
たガラスに本質的に類似する組成物で、アルミナ
を含まない、超リン酸塩を基礎とするガラス中の
P2O5およびK2OをSiO2およびB2O3で置換するこ
とにより達成される。この置換は、必要な物理特
性を得て、活性化イオンの低濃度ケンチングに関
する組成効果を無視するためほとんど全ての
Al2O3を利用する従来技術のレーザガラスの開示
からは有効に示唆されなかつた。最も新しい技術
特許（ドイツDE3435133）は、SiO2と理屈では
P2O5、必要によりAl2O3と結合したB2O3との組
み合わせを利用して低膨張係数を有するガラスを
提供する。しかしながら、上記のように使用され
た組成物の範囲は、相対的に高い自己濃度ケンチ
ングを有するガラスに通じる。本発明のガラスは
多くのAl2O3、例えば、ガラス特性に影響を与え
る実質的な量を除外する。さらに、B2O3の理論
的な最大範囲（０〜５モル％）は本発明の範囲よ
り低い（５〜20％。好ましくは＞５〜20％、
5.01，5.1，5.2，5.3，5.4，5.5等を含む）。同様
に、その特許ではB2O3はLa2O3およびY2O3と置
換可能と開示されている。３化合物が本発明のリ
ン酸塩ガラス中で同じ構造上の役割を示さないの
で、上記のことは本発明の場合と異なる。本発明
のB2O3の臨界は示唆されていない。 本発明の好ましい組成範囲は、一般に50〜60モ
ル％のP2O5、10〜20モル％のSiO2、10〜15モル
％のB2O3、５〜10モル％のK2O、０〜10モル％
のZnO、５モル％（または4.5〜5.5モル％）の
（La2O3＋Nd2O3）［但し、（SiO2＋B2O3）の合計
は15〜35モル％である］である。好適な範囲の臨
界に関して、最も臨界的なものはP2O5、SiO2、
B2O3およびK2Oである。 P2O5に関して、60モル％以上では、熱膨張係
数が増加し、熱伝導性が減少し、熱衝撃抵抗が弱
くなるのに対して、濃度ケンチングに対する利益
は得られない。50モル％以下では、粘度上昇のた
めガラスの溶融がさらに困難になる。40モル％以
下では、Nd3+の濃度ケンチングは著しく増加す
る。 SiO2に関して、10モル％以下の結合は、熱衝
撃特性、特に熱膨張係数および熱伝導性、をほと
んど改良しない。20モル％以上では、Nd3+の濃
度ケンチングは著しく増加し、放出断面積が好ま
しくなく狭くなる。さらに、ガラスは著しく不安
定になり、不透明化および相分離を起こす。同
様、溶融粘度は好ましくなく高くなる。 B2O3に関して、10モル％以下の濃度ではわず
かに熱FOMを改良するのみであり、５モル％以
下では、顕著な改良が全くない。15モル％以上で
は、熱伝導性が連続して増加し、ヤング率も著し
く増加する（好ましくない）。20モル％以上では、
B2O3およびP2O5の揮発損失が過剰となり、溶融
粘度は好ましくなく高くなる。さらに、濃度ケン
チングは著しく増加し始め、放出断面積が好まし
くなく少なくなり、ケイ光走査線の幅が増加し、
それらのレベルにおいてB2O3の構造上の役割を
著しく変えることを示す。 アルカリ含量は特に臨界的である。濃度ケンチ
ング率がK2O＜Na2O＜Li2Oの順に増加するの
で、好適なガラスはＫのみを利用する。５モル％
以下では、P2O5揮発性が好ましくなく高くな
り；B2O3およびSiO2の存在下で溶融粘度が好ま
しくなく高くなる。10モル％以上では、良好な熱
衝撃抵抗が好ましいならば熱膨張係数は好ましく
なく高くなる。20モル％以上または５モル％以下
では、濃度ケンチング率が著しく増加する。 アルカリ土類金属元素、MgO，CaO，SrO，
BaOおよび特にZnOの添加作用は、放出断面積
を変更することなく化学耐久性を改良することで
ある。10モル％以上の結合では、濃度ケンチング
率は著しく増加する。５モル％以下では、ほとん
ど効果がない。 La2O3は、必要によりNd2O3の構造上置換とし
て含まれ、それによつてドーピングレベルに有効
な本発明の好適な熱特性を得ることが可能とな
る。このことは、（Nd2O3＋La2O3）のモル数の
合計を本発明の範囲に保持すれば、物理的、光学
的、あるいはレーザ特性を大きく変化させること
なく、極めて低レベルから極めて高レベルのドー
ピングレベル（〜20重量％）までNd3+の連続可
変調整を許容する。Ndイオン量は臨界的ではな
い。与えられた場合に使用する量は、選ばれた条
件下でレージングに有効となるように定常的に選
択されるであろう。しばしば、その量は0.1〜約
３または４モル％であるが、好ましい場合には極
めて低い、または高い量を使用できる場合があ
る。 As2O3およびSb2O3のような従来の清澄剤を加
えることができる；0.1〜0.3重量％で一般に十分
である。 さらに、TiO2，CeO2およびNb2O5のような従
来の抗太陽性のものを必要量、例えば0.1〜0.5重
量％を加えることができる。米国特許4075120と
大きく異なり、SiO2は、本発明では抗太陽性の
ものとして加えられないが、ソラリゼーシヨンを
抑える必要から十分余分に加えられる欠くことの
できない構造上の成分である。 本発明のガラスは次の特性を有する： (a) 屈折率nd，≧1.520、 一般に1.525〜1.537； (b) アツベ数Vd，＞60、一般に63〜67； (c) 密度，＜3.0ｇ／cm3、 一般に2.6〜2.8； (d) 熱膨張係数、≦110×10-7℃-1、 一般に80〜110； (e) ヤング率Ｅ，＜70×103N／mm2、 一般に45〜55； (f) ポアソン比ν，＜0.28、 一般に0.20〜0.25； (g) 熱伝導Ｋ，＞0.5w／ｍ・Ｋ、 一般に0.6〜0.8； (h) 熱FOM［（１−ν）・Ｋ／αE］、 ＞0.7、一般に0.9〜1.2； (i) 誘導放出断面積σ、＞3.5×10-20cm2、典型的
に3.8〜4.5または3.87〜4.5； (j) ケイ光走査線幅（Δλf1），＜23.5nm典型的に
21〜23nm、そして (k) Nd3+ケイ光の最初の電子（ｅ）−保持時間、
0.5wt％で＞375μsec，10wt％で175μsec、それ
ぞれ典型的に385〜400μsec、180〜185μsec。 これらのガラスは、普通白金るつぼを利用する
リン酸塩ガラスを調製する従来の方法により製造
される。同様に、光学部品またはレーザ装置も従
来技術を使用するガラスから調製できる。 （実施例） さらに推敲することなく、当業者が前記事項を
使用して本発明をおおいに利用できると信じられ
る。従つて、次の好適な実施態様は単なる例示で
あつて、いかなる方法によつて開示の残りのもの
を限定するものではない。次の実施例において、
すべて温度は摂氏であり、何も記載がなければ部
および％はすべてモルである。 実施例 １ 本発明の範囲内であるとともにそれらの特性内
のいくらかの典型的なガラス組成物は、第２表に
モル％で与えられる。同様に、比較のためにこの
表には前記参照１の簡単な超リン酸塩が含まれ
る。与えられた組成物の中で組成Ｄ，ＦおよびＧ
が好ましい。重量％組成物は、第３表に示されて
いる。 実施例のガラス全部は、バツチ溶融で作られ
た。好適な重量％に対応する各バツチ成分の必要
重量を混合し、溶融シリカるつぼに加え、〜1350
℃で３時間誘導加熱して溶融した。その後、その
ガラを1450℃で３時間撹拌しながら清澄化し、〜
1200℃でキヤスト成形した。そのキヤストガラス
をTg＋20℃で３時間アンニールし、30℃／時間
で冷却した。 典型的な、各最終ガラス成分用のバツチ成分
は、P2O5−P2O5、SiO2−SiO2、B2O3−H3BO3、
K2O−K2CO3、ZnO−ZnO、Nd2O3−NdF3およ
びLa2O3−LaF3であつた。 【表】 【表】 前記実施例は、前記実施例中で使用されたもの
も、一般的にまたは特に記載された本発明の反応
物および／または操作条件で置き換えることによ
り同様に繰り返すことができる。 以上述べたことから、当業者は簡単に本発明の
必須な特徴を確かめ、本発明の精神および範囲か
ら離れることなく、各種の使用法および条件に適
合させるために本発明を変更しかつ修正すること
ができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 屈折率nd，＞1.520；アツベ数Vd，＞60；密度
＜3.0ｇ／cm3；熱膨張係数α≦110×10-7℃-1；ヤ
ング率Ｅ，＜70×103N／mm2；ポアソン比ν，＜
0.28；熱伝導性Ｋ，＞0.5w／mK；熱FOM＝（１−
ν）Ｋ／αE＞0.7；0.5重量％Nd2O3における
Nd3+ケイ光の最初の電子（ｅ）−保持時間＞
375μsec，10重量％におけるNd3+ケイ光の最初の
電子（ｅ）−保持時間＞175μsec；本質的に次の組
成（モル％）からなる光学ガラス： P2O5 40〜70％ SiO2 ０〜20％ B2O3 ５〜20％ SiO2＋B2O3の合計 ５〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜20％ La2O3＋Nd2O3の合計 ３〜10％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
０〜10％。 ２ 次の特性を有する特許請求の範囲第１項に記
載の光学ガラス： nd 1.525〜1.537 Vd 63〜67 密度 2.6〜2.8g／cm3 α 80〜100×10-7℃-1 Ｅ 45〜55×103N／mm2 ν 0.20〜0.25 Ｋ 0.6〜0.8W／ｍ・Ｋ 熱FOM 0.9〜1.2。 ３ 放出断面積σ，＞3.5×10-20cm2；ケイ光走査
線の幅（Δλf1）＜23.5nmを有するレーザー活性に
有効量のNd2O3を含む特許請求の範囲第１項に記
載の光学ガラス。 ４ 次の特性を有する特許請求の範囲第３項に記
載の光学ガラス： σ 3.8〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec。 ５ 放出断面積σ，＞3.5×10-20cm2；ケイ光走査
線の幅（Δλf1）＜23.5nmを有するレーザー活性に
有効量のNd2O3を含む特許請求の範囲第２項に記
載の光学ガラス。 ６ 次の特性を有する特許請求の範囲第２項に記
載の光学ガラス： σ 3.87〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec。 ７ アルカリ金属がＫである特許請求の範囲第１
項に記載の光学ガラス。 ８ 本質的に次の組成（モル％）からなる特許請
求の範囲第１項に記載の光学ガラス： P2O5 50〜60％ SiO2 10〜20％ B2O3 10〜15％ SiO2＋B2O3の合計 15〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜10％ La2O3＋Nd2O3の合計 ５〜８％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
５〜10％。 ９ 本質的に次の組成からなる特許請求の範囲第
１項に記載の光学ガラス： 50〜60モル％ P2O5 10〜20モル％ SiO2 10〜15モル％ B2O3 ５〜10モル％ K2O ０〜10モル％ ZnO 4.5〜5.5モル％ La2O3＋Nd2O3の合計 15〜35モル％ SiO2＋B2O3の合計。 １０ La2O3＋Nd2O3の合計が約５モル％である
特許請求の範囲第９項に記載の光学ガラス。 １１ 本質的に次の組成（モル％）から成る特許
請求の範囲第１項に記載の光学ガラス： P2O5 約60％ SiO2 約10％ B2O3 約15％ K2O 約10％ Nd2O3＋La2O3 約５％。 １２ 本質的に次の組成（モル％）から成る特許
請求の範囲第１項に記載の光学ガラス： P2O5 約55％ SiO2 約15％ B2O3 約20％ K2O 約５％ Nd2O3＋La2O3 約５％。 １３ 本質的に次の組成（モル％）から成る特許
請求の範囲第１項に記載の光学ガラス： P2O5 約55％ SiO2 約20％ B2O3 約５％ K2O 約５％ ZnO 約10％ La2O3＋Nd2O3 約５％。 １４ ガラス活性媒体は、屈折率nd，＞1.520；ア
ツベ数Vd，＞60；密度＜3.0ｇ／cm3；熱膨張係数
α≦110×10-7℃-1；ヤング率Ｅ，＜70×103N／
mm2；ポアソン比ν，＜0.28；熱伝導性Ｋ，＞0.5w／
mK；熱FOM＝（１−ν）Ｋ／αE＞0.7；0.5重量
％Nd2O3におけるNd3+ケイ光の最初の電子（ｅ）
−保持時間＞375μsec，10重量％におけるNd3+ケ
イ光の最初の電子（ｅ）−保持時間＞175μsec；の
特性を示し、本質的に次の組成（モル％）の光学
ガラスから成るレーザ装置： P2O5 40〜70％ SiO2 ０〜20％ B2O3 ５〜20％ SiO2＋B2O3の合計 ５〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜20％ La2O3＋Nd2O3の合計 ３〜10％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
０〜10％。 １５ ガラス活性媒体が放出断面積σ，＞3.5×
10-20cm2；ケイ光走査線の幅（Δλf1）＜23.5nmを有
するレーザー活性に有効量のNd2O3を含む光学ガ
ラスから成る特許請求の範囲第１４項に記載のレ
ーザ装置：。 １６ ガラス活性媒体が次の特性を有する光学ガ
ラスから成る特許請求の範囲第１４項に記載のレ
ーザ装置： σ 3.8〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec。 １７ ガラス活性媒体が次の特性を有する光学ガ
ラスから成る特許請求の範囲第１６項に記載のレ
ーザ装置： σ 3.87〜4.5×10-20cm2 Δλf1 21〜23nm 0.5重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 385〜400μsec 10重量％Nd2O3における最初の電子（ｅ）−保持
時間 180〜185μsec。 １８ ガラス活性媒体が本質的に次の組成（モル
％）の光学ガラスから成る特許請求の範囲第１４
項に記載のレーザ装置： P2O5 50〜60％ SiO2 10〜20％ B2O3 10〜15％ SiO2＋B2O3の合計 15〜35％ Li2O＋Na2O＋K2Oの合計 ５〜10％ La2O3＋Nd2O3の合計 ５〜８％ MgO＋CaO＋SrO＋BaO＋ZnOの合計
５〜10％。 １９ ガラス活性媒体が本質的に次の組成の光学
ガラスから成る特許請求の範囲第１４項に記載の
レーザ装置： 50〜60モル％ P2O5 10〜20モル％ SiO2 10〜15モル％ B2O3 ５〜10モル％ K2O ０〜10モル％ ZnO 4.5〜5.5モル％ La2O3＋Nd2O3の合計 15〜35モル％ SiO2＋B2O3の合計。 ２０ 活性媒体が実質的に約60％P2O5、約10％
SiO2、約15％B2O3、約10％K2Oおよび約５％
（Nd2O3＋La2O3）；または約55％P2O5、約15％
SiO2、約20％B2O3、約５％K2Oおよび約５％
（Nd2O3＋La2O3）；または約55％P2O5、約20％
SiO2、約５％B2O3、約５％K2O、約10％ZnOお
よび約５％（La2O3＋Nd2O3）（％はモル％）か
ら成る特許請求の範囲第１４項に記載のレーザ装
置。
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