JP3456557B2 - 光学材料及びその製造方法 - Google Patents
光学材料及びその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学材料とその製造方法
に係わり、特に発振波長の設計が可能な狭帯域レーザー
材料、狭帯域フィルター材料並びに、少ない製造工程で
任意の表示パターンの形成ができると共に表示パターン
の消去書き換えが可能な表示光学材料とこれら光学材料
の製造方法に関する。
に係わり、特に発振波長の設計が可能な狭帯域レーザー
材料、狭帯域フィルター材料並びに、少ない製造工程で
任意の表示パターンの形成ができると共に表示パターン
の消去書き換えが可能な表示光学材料とこれら光学材料
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】希土類元素あるいは遷移金属元素を活性
剤として含有する光学材料は、蛍光体材料、固体レーザ
ー材料、あるいは波長校正用光学フィルター材料として
従来より広く用いられている。これら、光学材料の光学
的特性は、活性剤イオンが持つ固有の電子準位間での遷
移、すなわち、希土類元素を活性剤として用いた場合に
は、希土類イオンの４ｆ電子準位と５ｄ電子準位間での
遷移（以後ｆ−ｄ遷移と記載）、あるいは４ｆ電子準位
間での遷移（以後ｆ−ｆ遷移と記載）を利用し、遷移金
属元素を活性剤として用いた場合には、遷移金属元素イ
オンの３ｄ電子準位間での遷移（以後ｄ−ｄ遷移と記
載）を利用している。
剤として含有する光学材料は、蛍光体材料、固体レーザ
ー材料、あるいは波長校正用光学フィルター材料として
従来より広く用いられている。これら、光学材料の光学
的特性は、活性剤イオンが持つ固有の電子準位間での遷
移、すなわち、希土類元素を活性剤として用いた場合に
は、希土類イオンの４ｆ電子準位と５ｄ電子準位間での
遷移（以後ｆ−ｄ遷移と記載）、あるいは４ｆ電子準位
間での遷移（以後ｆ−ｆ遷移と記載）を利用し、遷移金
属元素を活性剤として用いた場合には、遷移金属元素イ
オンの３ｄ電子準位間での遷移（以後ｄ−ｄ遷移と記
載）を利用している。
【０００３】これらの遷移のうち、ｆ−ｄ遷移とｄ−ｄ
遷移は母体材料に応じて波長が大きく変化し、ブロード
な吸収、発光特性を示すのに対し、ｆ−ｆ遷移は母体材
料による波長変動は小さく、複数本の線状の吸収、発光
特性を示すという特徴がある。したがって、波長可変レ
ーザーなど広帯域の発光特性が必要な光学材料として
は、ｆ−ｄ遷移とｄ−ｄ遷移が用いられ、波長校正用フ
ィルターなど鋭い吸収線が必要とされる材料ではｆ−ｆ
遷移を利用している。
遷移は母体材料に応じて波長が大きく変化し、ブロード
な吸収、発光特性を示すのに対し、ｆ−ｆ遷移は母体材
料による波長変動は小さく、複数本の線状の吸収、発光
特性を示すという特徴がある。したがって、波長可変レ
ーザーなど広帯域の発光特性が必要な光学材料として
は、ｆ−ｄ遷移とｄ−ｄ遷移が用いられ、波長校正用フ
ィルターなど鋭い吸収線が必要とされる材料ではｆ−ｆ
遷移を利用している。
【０００４】ｄ−ｄ遷移を利用した光学材料としては、
チタンＴｉを添加したチタンサファイヤレーザー、Ｃｒ
を添加したＣｒ：ＹＡＧレーザーなどの波長可変レーザ
ーがあり、特に後者は、光通信波長帯である１．３μｍ
〜１．５μｍにかけての波長域で発振するレーザーとし
て有用である。また、ｆ−ｆ遷移を利用した光学材料と
しては、Ｈｏを添加したホルミウムガラスフィルターな
どが分光器等の波長校正用フィルターとして広く用いら
れている。
チタンＴｉを添加したチタンサファイヤレーザー、Ｃｒ
を添加したＣｒ：ＹＡＧレーザーなどの波長可変レーザ
ーがあり、特に後者は、光通信波長帯である１．３μｍ
〜１．５μｍにかけての波長域で発振するレーザーとし
て有用である。また、ｆ−ｆ遷移を利用した光学材料と
しては、Ｈｏを添加したホルミウムガラスフィルターな
どが分光器等の波長校正用フィルターとして広く用いら
れている。
【０００５】前述したように、活性剤として添加された
希土類元素、遷移金属元素が示す光吸収特性、発光特性
は元素の種類、イオンの価数、加えて母体材料の種類に
応じて変化するが、これら３者が決まれば光吸収特性、
発光特性は一意的に決まるという特徴がある。このた
め、カラーブラウン管など青、緑、赤色と発光色が異な
る蛍光体が必要な場合には、それぞれ青色、緑色、赤色
に発光する３種類の蛍光体を空間的に分離して用いられ
ている。
希土類元素、遷移金属元素が示す光吸収特性、発光特性
は元素の種類、イオンの価数、加えて母体材料の種類に
応じて変化するが、これら３者が決まれば光吸収特性、
発光特性は一意的に決まるという特徴がある。このた
め、カラーブラウン管など青、緑、赤色と発光色が異な
る蛍光体が必要な場合には、それぞれ青色、緑色、赤色
に発光する３種類の蛍光体を空間的に分離して用いられ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の広帯域レーザー
を用いてその発振波長帯域から必要な発振波長を選択し
発振させようとした場合、波長選択素子を共振器内に組
み込み発振させなければならないため、共振器構成が複
雑になるという欠点があると共に、周囲温度の変化によ
って共振器として用いた光学素子の位置変動が生じ発振
波長の変動が生じやすいという欠点があった。
を用いてその発振波長帯域から必要な発振波長を選択し
発振させようとした場合、波長選択素子を共振器内に組
み込み発振させなければならないため、共振器構成が複
雑になるという欠点があると共に、周囲温度の変化によ
って共振器として用いた光学素子の位置変動が生じ発振
波長の変動が生じやすいという欠点があった。
【０００７】また、波長校正用フィルターにおいては、
希土類の固有の遷移による吸収線の波長が離散的なもの
であるために、吸収線の波長を任意に選択できないとい
う欠点があった。
希土類の固有の遷移による吸収線の波長が離散的なもの
であるために、吸収線の波長を任意に選択できないとい
う欠点があった。
【０００８】また、カラーブラウン管などの表示素子に
おいては、異なる蛍光体を空間的に分離して配置するた
めに、蛍光体塗布工程とエッチング工程とを繰り返し行
う必要があり工程が多くなるという欠点を有すると共
に、エッチングにより空間的分離を行うために、蛍光体
配置の空間的分離能、すなわち解像度に限界があり高々
数μｍほどの分離能しか得られないという欠点があっ
た。さらにこのようにして形成された蛍光体の配列パタ
ーンは固定的なものであり、表示素子製造後に配列パタ
ーンを変更することはできないという欠点も有してい
た。
おいては、異なる蛍光体を空間的に分離して配置するた
めに、蛍光体塗布工程とエッチング工程とを繰り返し行
う必要があり工程が多くなるという欠点を有すると共
に、エッチングにより空間的分離を行うために、蛍光体
配置の空間的分離能、すなわち解像度に限界があり高々
数μｍほどの分離能しか得られないという欠点があっ
た。さらにこのようにして形成された蛍光体の配列パタ
ーンは固定的なものであり、表示素子製造後に配列パタ
ーンを変更することはできないという欠点も有してい
た。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の欠点に鑑
みなされたものであり、光学材料の合成工程、あるいは
合成後の熱処理工程の少なくとも一つの工程において、
活性剤イオンの光吸収波長帯域内の波長の光、あるいは
活性剤イオンの光吸収波長帯域の波長を含む光を照射
し、且つ、照射光の強度あるいは、照射時間を空間的に
変調して照射することにより、活性剤元素の価数状態が
空間的に変調された周期構造を有する光学材料とするこ
とにより上記課題を解決することができる。
みなされたものであり、光学材料の合成工程、あるいは
合成後の熱処理工程の少なくとも一つの工程において、
活性剤イオンの光吸収波長帯域内の波長の光、あるいは
活性剤イオンの光吸収波長帯域の波長を含む光を照射
し、且つ、照射光の強度あるいは、照射時間を空間的に
変調して照射することにより、活性剤元素の価数状態が
空間的に変調された周期構造を有する光学材料とするこ
とにより上記課題を解決することができる。
【００１０】
【作用】本発明は、光学材料の合成工程、あるいは合成
後の熱処理工程の少なくとも一つの工程において、活性
剤イオンの光吸収波長帯域内の波長の光、あるいは活性
剤イオンの光吸収波長帯域の波長を含む光を照射する
と、活性剤の価数状態が変化する作用を利用するもので
ある。
後の熱処理工程の少なくとも一つの工程において、活性
剤イオンの光吸収波長帯域内の波長の光、あるいは活性
剤イオンの光吸収波長帯域の波長を含む光を照射する
と、活性剤の価数状態が変化する作用を利用するもので
ある。
【００１１】作用をわかりやすく説明するために、Ｃｒ
添加ＹＡＧ単結晶を例にとり説明を進める。通常Ｃｒ添
加ＹＡＧ単結晶において、Ｃｒは３価イオンの状態で含
有されているが、熱処理工程で３価Ｃｒの光吸収波長に
相当する光を照射して熱処理を行うと、Ｃｒの価数状態
が３価から４価へと変化する。価数変化して生成される
４価Ｃｒ濃度は照射された光の強度と照射時間との積で
ある照射光エネルギーの総量に比例する。このため、照
射時間が一定であるならば、光強度に、光強度が一定で
あるならば照射時間に比例して４価Ｃｒの濃度が変化す
る。
添加ＹＡＧ単結晶を例にとり説明を進める。通常Ｃｒ添
加ＹＡＧ単結晶において、Ｃｒは３価イオンの状態で含
有されているが、熱処理工程で３価Ｃｒの光吸収波長に
相当する光を照射して熱処理を行うと、Ｃｒの価数状態
が３価から４価へと変化する。価数変化して生成される
４価Ｃｒ濃度は照射された光の強度と照射時間との積で
ある照射光エネルギーの総量に比例する。このため、照
射時間が一定であるならば、光強度に、光強度が一定で
あるならば照射時間に比例して４価Ｃｒの濃度が変化す
る。
【００１２】したがって、照射光の強度を空間的に変調
して光照射を行った場合には、強度の強い光が照射され
た部分では４価Ｃｒ濃度が高く、強度の弱い光が照射さ
れた部分では４価Ｃｒ濃度が低くなるため、Ｃｒの価数
状態が空間的に変調された、すなわち３価Ｃｒと４価Ｃ
ｒの存在比率が部分的に異なるＹＡＧ単結晶が得られ
る。また、照射時間を変調した場合にも同様に、照射時
間の長い部分では４価Ｃｒ濃度が高く、照射時間の短い
部分では４価Ｃｒ濃度が低くなるため強度変調を行った
場合と同様に、Ｃｒの価数状態が空間的に変調されたＹ
ＡＧ単結晶が得られる。
して光照射を行った場合には、強度の強い光が照射され
た部分では４価Ｃｒ濃度が高く、強度の弱い光が照射さ
れた部分では４価Ｃｒ濃度が低くなるため、Ｃｒの価数
状態が空間的に変調された、すなわち３価Ｃｒと４価Ｃ
ｒの存在比率が部分的に異なるＹＡＧ単結晶が得られ
る。また、照射時間を変調した場合にも同様に、照射時
間の長い部分では４価Ｃｒ濃度が高く、照射時間の短い
部分では４価Ｃｒ濃度が低くなるため強度変調を行った
場合と同様に、Ｃｒの価数状態が空間的に変調されたＹ
ＡＧ単結晶が得られる。
【００１３】
【実施例１】活性剤としてＣｒを含有したイットリウム
アルミニウムガーネット（ＹＡＧ）（以後Ｃｒ：ＹＡＧ
と記載）の単結晶において、３価Ｃｒの光吸収波長帯域
内にある光を照射して熱処理を行うことによりＣｒの価
数状態が空間的に変調されたＹＡＧを製造した例につい
て述べる。
アルミニウムガーネット（ＹＡＧ）（以後Ｃｒ：ＹＡＧ
と記載）の単結晶において、３価Ｃｒの光吸収波長帯域
内にある光を照射して熱処理を行うことによりＣｒの価
数状態が空間的に変調されたＹＡＧを製造した例につい
て述べる。
【００１４】本実施例では、Ｃｒを６×１０17個／ｃｍ
3添加したＹＡＧ単結晶を用い、照射光として波長５１
４ｎｍのＡｒイオンレーザーを用いた。波長５１４ｎｍ
は、ＹＡＧ中の３価Ｃｒの光吸収帯域内の波長である。
3添加したＹＡＧ単結晶を用い、照射光として波長５１
４ｎｍのＡｒイオンレーザーを用いた。波長５１４ｎｍ
は、ＹＡＧ中の３価Ｃｒの光吸収帯域内の波長である。
【００１５】図１は本実施例で用いた装置の構成を示す
図である。Ａｒイオンレーザー１１からの光はビームエ
キスパンダー１２によりビーム径が広げられ、ハーフミ
ラー１３により光路が２分され一方は直進し、加熱機構
１６上に設置されたＣｒ：ＹＡＧ（光学材料試料）１５
に直接照射される。他方は、全反射ミラー１４により反
射された後、Ｃｒ：ＹＡＧ１５に照射される。この２つ
のビームの干渉により空間的且つ周期的に強度が変調さ
れた干渉縞が生じるため、Ｃｒ：ＹＡＧ１５のうち、光
ビームの干渉領域内に設置された部分には空間的且つ周
期的に強度が変調された光が照射される。Ｃｒ：ＹＡＧ
にレーザーを照射する際に、Ｃｒ：ＹＡＧ全体にレーザ
ービームを照射するのではなく、Ｃｒ：ＹＡＧの長手方
向の両端面に当たらないようにして部分的に照射した。
これはＣｒ：ＹＡＧ内部に侵入した光が端面で反射して
不必要な干渉を起こすことを防ぐためである。
図である。Ａｒイオンレーザー１１からの光はビームエ
キスパンダー１２によりビーム径が広げられ、ハーフミ
ラー１３により光路が２分され一方は直進し、加熱機構
１６上に設置されたＣｒ：ＹＡＧ（光学材料試料）１５
に直接照射される。他方は、全反射ミラー１４により反
射された後、Ｃｒ：ＹＡＧ１５に照射される。この２つ
のビームの干渉により空間的且つ周期的に強度が変調さ
れた干渉縞が生じるため、Ｃｒ：ＹＡＧ１５のうち、光
ビームの干渉領域内に設置された部分には空間的且つ周
期的に強度が変調された光が照射される。Ｃｒ：ＹＡＧ
にレーザーを照射する際に、Ｃｒ：ＹＡＧ全体にレーザ
ービームを照射するのではなく、Ｃｒ：ＹＡＧの長手方
向の両端面に当たらないようにして部分的に照射した。
これはＣｒ：ＹＡＧ内部に侵入した光が端面で反射して
不必要な干渉を起こすことを防ぐためである。
【００１６】図２は、試料内にできた干渉縞の様子を表
す図である。結晶長手方向をＹ軸、それと垂直方向をＸ
軸としたとき、ミラー１４によって反射されて間接的に
入射する間接入射光ａとＸ軸とのなす角、直接入射光ｂ
とＸ軸とのなす角のそれぞれが等しくなるように結晶を
設置する。このような配置で結晶を設置すると、結晶長
手方向に対して垂直方向に干渉縞ができる。この状態で
熱処理を行うと、光照射された部分の３価Ｃｒは４価Ｃ
ｒに価数変化し、変化量は光強度と共に増大するので、
干渉縞の周期、すなわち光強度の強弱の周期に応じて４
価Ｃｒ濃度が変調されたＣｒ：ＹＡＧ結晶が得られる。
このように、周期ｄで周期的に４価Ｃｒ濃度が変調され
た結晶内のＹ軸方向に進行する波長λの光は、λ＝ｎｄ
（但しｎは整数）を満たす波長の光が干渉効果により強
めあう。
す図である。結晶長手方向をＹ軸、それと垂直方向をＸ
軸としたとき、ミラー１４によって反射されて間接的に
入射する間接入射光ａとＸ軸とのなす角、直接入射光ｂ
とＸ軸とのなす角のそれぞれが等しくなるように結晶を
設置する。このような配置で結晶を設置すると、結晶長
手方向に対して垂直方向に干渉縞ができる。この状態で
熱処理を行うと、光照射された部分の３価Ｃｒは４価Ｃ
ｒに価数変化し、変化量は光強度と共に増大するので、
干渉縞の周期、すなわち光強度の強弱の周期に応じて４
価Ｃｒ濃度が変調されたＣｒ：ＹＡＧ結晶が得られる。
このように、周期ｄで周期的に４価Ｃｒ濃度が変調され
た結晶内のＹ軸方向に進行する波長λの光は、λ＝ｎｄ
（但しｎは整数）を満たす波長の光が干渉効果により強
めあう。
【００１７】干渉縞の周期ｄは入射光の波長をλ、入射
光ａと入射光ｂとの交差角をαとすると、ｄ＝λ／２ｓ
ｉｎ（α／２）で与えられる。本実施例では入射光の波
長λは５１４ｎｍであり、図１の装置構成において入射
光ａ、ｂの交差角αは０＜α＜１８０の範囲にあるか
ら、αを連続的に変えることにより、干渉縞の間隔ｄは
０＜ｄ＜２５７ｎｍの範囲で連続的に変えることができ
る。
光ａと入射光ｂとの交差角をαとすると、ｄ＝λ／２ｓ
ｉｎ（α／２）で与えられる。本実施例では入射光の波
長λは５１４ｎｍであり、図１の装置構成において入射
光ａ、ｂの交差角αは０＜α＜１８０の範囲にあるか
ら、αを連続的に変えることにより、干渉縞の間隔ｄは
０＜ｄ＜２５７ｎｍの範囲で連続的に変えることができ
る。
【００１８】本試料を製造するにあたり、加熱機構１６
を用いてＣｒ：ＹＡＧ１５を加熱し１６００℃まで昇温
した後、温度を一定に保持した状態で、光照射を行っ
た。このときの試料温度の変動は５０℃以内であった。
レーザー光の強度は１０ｍＷであった。温度保持時間は
２時間とし、２時間経過後、毎時１５０℃の降温速度で
降温し試料温度が３００度以下に低下した時点で光照射
を停止した。この製造工程は、交差角αを変えて１５回
行い、干渉縞間隔ｄがそれぞれ異なる１５種類の結晶を
製造した。交差角αは、全反射ミラー１４と試料１５と
の配置、加えて全反射ミラー１４の角度を変えることに
よって変化させた。それぞれの結晶を製造する際の交差
角αは、干渉縞間隔ｄの６倍が、それぞれ、１．３７μ
ｍから１．５１μｍまでの範囲で０．０１μｍずつ異な
る離散的な値となるように決定した。これは、Ｙ軸方向
に結晶内を進行する光は、周期的に４価Ｃｒ濃度が変調
し且つその周期がｄである場合、レーザー発振波長をλ
としたとき、λ＝ｎｄ（但しｎは整数）を満たす波長の
光が干渉効果により強めあうためである。
を用いてＣｒ：ＹＡＧ１５を加熱し１６００℃まで昇温
した後、温度を一定に保持した状態で、光照射を行っ
た。このときの試料温度の変動は５０℃以内であった。
レーザー光の強度は１０ｍＷであった。温度保持時間は
２時間とし、２時間経過後、毎時１５０℃の降温速度で
降温し試料温度が３００度以下に低下した時点で光照射
を停止した。この製造工程は、交差角αを変えて１５回
行い、干渉縞間隔ｄがそれぞれ異なる１５種類の結晶を
製造した。交差角αは、全反射ミラー１４と試料１５と
の配置、加えて全反射ミラー１４の角度を変えることに
よって変化させた。それぞれの結晶を製造する際の交差
角αは、干渉縞間隔ｄの６倍が、それぞれ、１．３７μ
ｍから１．５１μｍまでの範囲で０．０１μｍずつ異な
る離散的な値となるように決定した。これは、Ｙ軸方向
に結晶内を進行する光は、周期的に４価Ｃｒ濃度が変調
し且つその周期がｄである場合、レーザー発振波長をλ
としたとき、λ＝ｎｄ（但しｎは整数）を満たす波長の
光が干渉効果により強めあうためである。
【００１９】このようにして製造した１５種類のＣｒ：
ＹＡＧ結晶は、両端面をカットした後、鏡面研磨しレー
ザー用結晶とした。これらレーザー結晶を用いてレーザ
ー発振させたところ、それぞれ単一波長で発振し、それ
ぞれの発振波長は１．３７μｍから１．５１μｍまで
０．０１μｍ間隔で離散的に異なるものであった。これ
は、Ｃｒの価数状態が周期的に変調され、４価Ｃｒ濃度
が周期的に増減しているために、干渉効果が生じ単一波
長の発振をするようになったものである。
ＹＡＧ結晶は、両端面をカットした後、鏡面研磨しレー
ザー用結晶とした。これらレーザー結晶を用いてレーザ
ー発振させたところ、それぞれ単一波長で発振し、それ
ぞれの発振波長は１．３７μｍから１．５１μｍまで
０．０１μｍ間隔で離散的に異なるものであった。これ
は、Ｃｒの価数状態が周期的に変調され、４価Ｃｒ濃度
が周期的に増減しているために、干渉効果が生じ単一波
長の発振をするようになったものである。
【００２０】従来の方法で製造した４価Ｃｒを含有する
ＹＡＧレーザーにおいて、単一波長で発振させる場合、
レーザー共振器に波長選択用素子を組み入れて波長選択
を行う必要があったが本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶を用い
ることにより波長選択素子を用いることなく、単一波長
で発振するレーザー素子が提供できた。また、従来のＣ
ｒ：ＹＡＧ結晶を用いたレーザー素子は、動作中の温度
変化による共振器長の変動によって発振波長が変動した
が、本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶は結晶自身が波長選択機
能を有するため、発振波長の変動は生じていない。さら
に、本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶は照射光の干渉縞の間隔
を制御することにより、４価Ｃｒ添加ＹＡＧの発振可能
波長域内で所望の発振波長を持つ狭帯域レーザーを提供
できるという長所を有している。
ＹＡＧレーザーにおいて、単一波長で発振させる場合、
レーザー共振器に波長選択用素子を組み入れて波長選択
を行う必要があったが本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶を用い
ることにより波長選択素子を用いることなく、単一波長
で発振するレーザー素子が提供できた。また、従来のＣ
ｒ：ＹＡＧ結晶を用いたレーザー素子は、動作中の温度
変化による共振器長の変動によって発振波長が変動した
が、本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶は結晶自身が波長選択機
能を有するため、発振波長の変動は生じていない。さら
に、本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶は照射光の干渉縞の間隔
を制御することにより、４価Ｃｒ添加ＹＡＧの発振可能
波長域内で所望の発振波長を持つ狭帯域レーザーを提供
できるという長所を有している。
【００２１】
【実施例２】活性剤としてＣｒ、電荷補償剤としてＣａ
が添加されたＣｒ、Ｃａ：ＹＡＧの単結晶において、４
価Ｃｒの光吸収波長帯域内にある光を照射して熱処理を
行うことによりＣｒの価数状態が空間的に変調されたＹ
ＡＧを製造した例について述べる。
が添加されたＣｒ、Ｃａ：ＹＡＧの単結晶において、４
価Ｃｒの光吸収波長帯域内にある光を照射して熱処理を
行うことによりＣｒの価数状態が空間的に変調されたＹ
ＡＧを製造した例について述べる。
【００２２】本実施例では、４価Ｃｒが６×１０17個／
ｃｍ3添加したＹＡＧ単結晶を用い、照射光として波長
１．０６４μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いた。波長
１．０６４μｍは、ＹＡＧ中の４価Ｃｒの光吸収帯域内
の波長である。装置構成は図１と同じ装置構成とし、Ａ
ｒイオンレーザーの変わりにＮｄ：ＹＡＧレーザーを用
いた。この装置構成で熱処理を行うと、光照射された部
分の４価Ｃｒは３価Ｃｒに価数変化し、変化量は光強度
と共に増大するので、干渉縞の周期、すなわち光強度の
強弱の周期に応じて４価Ｃｒ濃度が変調されたＣｒ：Ｙ
ＡＧ結晶が得られる。このように、周期ｄで周期的に４
価Ｃｒ濃度が変調された結晶内のＹ軸方向に進行する波
長λの光は、λ＝ｎｄ（但しｎは整数）を満たす波長の
光が干渉効果により強めあう。
ｃｍ3添加したＹＡＧ単結晶を用い、照射光として波長
１．０６４μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いた。波長
１．０６４μｍは、ＹＡＧ中の４価Ｃｒの光吸収帯域内
の波長である。装置構成は図１と同じ装置構成とし、Ａ
ｒイオンレーザーの変わりにＮｄ：ＹＡＧレーザーを用
いた。この装置構成で熱処理を行うと、光照射された部
分の４価Ｃｒは３価Ｃｒに価数変化し、変化量は光強度
と共に増大するので、干渉縞の周期、すなわち光強度の
強弱の周期に応じて４価Ｃｒ濃度が変調されたＣｒ：Ｙ
ＡＧ結晶が得られる。このように、周期ｄで周期的に４
価Ｃｒ濃度が変調された結晶内のＹ軸方向に進行する波
長λの光は、λ＝ｎｄ（但しｎは整数）を満たす波長の
光が干渉効果により強めあう。
【００２３】干渉縞の周期ｄは入射光の波長をλ、入射
光ａと入射光ｂとの交差角をαとすると、ｄ＝λ／２ｓ
ｉｎ（α／２）で与えられる。本実施例では入射光の波
長λは１．０６４μｍであり、図１の装置構成において
入射光ａ、ｂの交差角αは０＜α＜１８０の範囲にある
から、αを連続的に変えることにより、干渉縞の間隔ｄ
は０＜ｄ＜５３２ｎｍの範囲で連続的に変えることがで
きる。
光ａと入射光ｂとの交差角をαとすると、ｄ＝λ／２ｓ
ｉｎ（α／２）で与えられる。本実施例では入射光の波
長λは１．０６４μｍであり、図１の装置構成において
入射光ａ、ｂの交差角αは０＜α＜１８０の範囲にある
から、αを連続的に変えることにより、干渉縞の間隔ｄ
は０＜ｄ＜５３２ｎｍの範囲で連続的に変えることがで
きる。
【００２４】本試料を製造するにあたり、加熱機構１６
を用いてＣｒ：ＹＡＧ１５を加熱し１６００℃まで昇温
した後、温度を一定に保持した状態で、光照射を行っ
た。このときの試料温度の変動は５０℃以内であった。
レーザー光の強度は５０ｍＷであった。温度保持時間は
２時間とし、２時間経過後、毎時１５０℃の降温速度で
降温し試料温度が３００度以下に低下した時点で光照射
を停止した。この製造工程は、交差角αを変えて１５回
行い、干渉縞間隔ｄがそれぞれ異なる１５種類の結晶を
製造した。交差角αは、全反射ミラー１４と試料１５と
の配置、加えて全反射ミラー１４の角度を変えることに
よって変化させた。それぞれの結晶を製造する際の交差
角αは、干渉縞間隔ｄの３倍が、それぞれ、１．３７μ
ｍから１．５１μｍまでの範囲で０．０１μｍずつ異な
る離散的な値となるように決定した。これは、Ｙ軸方向
に結晶内を進行する光は、周期的に４価Ｃｒ濃度が変調
し且つその周期がｄである場合、レーザー発振波長をλ
としたとき、λ＝ｎｄ（但しｎは整数）を満たす波長の
光が干渉効果により強めあうためである。
を用いてＣｒ：ＹＡＧ１５を加熱し１６００℃まで昇温
した後、温度を一定に保持した状態で、光照射を行っ
た。このときの試料温度の変動は５０℃以内であった。
レーザー光の強度は５０ｍＷであった。温度保持時間は
２時間とし、２時間経過後、毎時１５０℃の降温速度で
降温し試料温度が３００度以下に低下した時点で光照射
を停止した。この製造工程は、交差角αを変えて１５回
行い、干渉縞間隔ｄがそれぞれ異なる１５種類の結晶を
製造した。交差角αは、全反射ミラー１４と試料１５と
の配置、加えて全反射ミラー１４の角度を変えることに
よって変化させた。それぞれの結晶を製造する際の交差
角αは、干渉縞間隔ｄの３倍が、それぞれ、１．３７μ
ｍから１．５１μｍまでの範囲で０．０１μｍずつ異な
る離散的な値となるように決定した。これは、Ｙ軸方向
に結晶内を進行する光は、周期的に４価Ｃｒ濃度が変調
し且つその周期がｄである場合、レーザー発振波長をλ
としたとき、λ＝ｎｄ（但しｎは整数）を満たす波長の
光が干渉効果により強めあうためである。
【００２５】このようにして製造した１５種類のＣｒ：
ＹＡＧ結晶は、両端面をカットした後、鏡面研磨しレー
ザー用結晶とした。これらレーザー結晶を用いてレーザ
ー発振をさせたところ、それぞれ単一波長で発振し、そ
れぞれの発振波長は１．３７μｍから１．５１μｍまで
０．０１μｍ間隔で離散的に異なるものであった。これ
は、Ｃｒの価数状態が周期的に変調され、４価Ｃｒ濃度
が周期的に増減しているために、干渉効果が生じ単一波
長の発振をするようになったものである。
ＹＡＧ結晶は、両端面をカットした後、鏡面研磨しレー
ザー用結晶とした。これらレーザー結晶を用いてレーザ
ー発振をさせたところ、それぞれ単一波長で発振し、そ
れぞれの発振波長は１．３７μｍから１．５１μｍまで
０．０１μｍ間隔で離散的に異なるものであった。これ
は、Ｃｒの価数状態が周期的に変調され、４価Ｃｒ濃度
が周期的に増減しているために、干渉効果が生じ単一波
長の発振をするようになったものである。
【００２６】従来の方法で製造した４価Ｃｒを含有する
ＹＡＧレーザーにおいて、単一波長で発振させる場合、
レーザー共振器に波長選択用素子を組み入れて波長選択
を行う必要があったが本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶を用い
ることにより波長選択素子を用いることなく、単一波長
で発振するレーザー素子が提供できた。また、従来のＣ
ｒ：ＹＡＧ結晶を用いたレーザー素子は、動作中の温度
変化による共振器長の変動によって発振波長が変動した
が、本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶は結晶自身が波長選択機
能を有するため、発振波長の変動は生じていない。さら
に、本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶は照射光の干渉縞の間隔
を制御することにより、４価Ｃｒ添加ＹＡＧの発振可能
波長域内で所望の発振波長を持つ狭帯域レーザーを提供
できるという長所を有している。
ＹＡＧレーザーにおいて、単一波長で発振させる場合、
レーザー共振器に波長選択用素子を組み入れて波長選択
を行う必要があったが本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶を用い
ることにより波長選択素子を用いることなく、単一波長
で発振するレーザー素子が提供できた。また、従来のＣ
ｒ：ＹＡＧ結晶を用いたレーザー素子は、動作中の温度
変化による共振器長の変動によって発振波長が変動した
が、本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶は結晶自身が波長選択機
能を有するため、発振波長の変動は生じていない。さら
に、本発明のＣｒ：ＹＡＧ結晶は照射光の干渉縞の間隔
を制御することにより、４価Ｃｒ添加ＹＡＧの発振可能
波長域内で所望の発振波長を持つ狭帯域レーザーを提供
できるという長所を有している。
【００２７】
【実施例３】合成工程で、電子ビーム蒸着法による薄膜
合成法を用い、薄膜合成過程で光強度を変調して光を膜
厚方向に価数状態が変調されたＣｒ：ＹＡＧを製造した
例について述べる。
合成法を用い、薄膜合成過程で光強度を変調して光を膜
厚方向に価数状態が変調されたＣｒ：ＹＡＧを製造した
例について述べる。
【００２８】基板として単結晶ＹＡＧ基板を用い、Ｙ２
Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３を混合し燒結したセラミ
クスを蒸発源とし、このセラミクスを電子ビームにより
加熱蒸発させ基板上に薄膜形成を行った。
Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３を混合し燒結したセラミ
クスを蒸発源とし、このセラミクスを電子ビームにより
加熱蒸発させ基板上に薄膜形成を行った。
【００２９】薄膜形成中はチャンバー内に設置したハロ
ゲンランプからの光を基板上、薄膜成長面から照射し
た。ハロゲンランプ前面には５００〜７００ｎｍの波長
の光を透過する帯域フィルターを設置し、薄膜成長面に
はハロゲンランプからの光のうち、５００〜７００ｎｍ
の波長の光が照射されるようにした。この波長の光は３
価Ｃｒイオンのｄ−ｄ遷移による光吸収帯を含んでい
る。このように波長カットフィルターを用いた方が、レ
ーザーを用いる場合よりも簡便に光源を構成できるとい
う長所がある。薄膜成長速度は１０ｎｍ毎分とし、１０
分周期でハロゲンランプの点灯、消灯を繰り返した。
ゲンランプからの光を基板上、薄膜成長面から照射し
た。ハロゲンランプ前面には５００〜７００ｎｍの波長
の光を透過する帯域フィルターを設置し、薄膜成長面に
はハロゲンランプからの光のうち、５００〜７００ｎｍ
の波長の光が照射されるようにした。この波長の光は３
価Ｃｒイオンのｄ−ｄ遷移による光吸収帯を含んでい
る。このように波長カットフィルターを用いた方が、レ
ーザーを用いる場合よりも簡便に光源を構成できるとい
う長所がある。薄膜成長速度は１０ｎｍ毎分とし、１０
分周期でハロゲンランプの点灯、消灯を繰り返した。
【００３０】ハロゲンランプ点灯中は３価Ｃｒが光吸収
により励起されて価数変化を起こして４価Ｃｒに変化し
やすい。したがって、ハロゲンランプ点灯中に形成され
た層は４価Ｃｒ濃度の高い層となる。一方、ＹＡＧ中で
は元来、Ｃｒは３価の状態が安定であるので、消灯中
は、３価Ｃｒのみが含まれる層となる。このため、上述
の周期でハロゲンランプの点灯、消灯を繰り返すことに
よって、膜厚方向１００ｎｍ毎に４価Ｃｒ濃度が高い領
域と低い領域が交互に繰り返され、繰り返し周期が２０
０ｎｍとなるようにＣｒの価数状態が変調された光学材
料が形成される。４価Ｃｒは０．８μｍ〜１．１μｍに
わたり幅広い波長域で光吸収を示すため、この波長域の
光を、本素子の膜面垂直方向から入射した場合、入射光
は２００ｎｍの周期で吸収領域と透過領域を交互に通過
しながら進行することになる。この周期的光吸収によっ
て、入射光の内、吸収の周期の整数倍、すなわち波長が
２００ｎｍの整数倍である光は、特に強く吸収される。
により励起されて価数変化を起こして４価Ｃｒに変化し
やすい。したがって、ハロゲンランプ点灯中に形成され
た層は４価Ｃｒ濃度の高い層となる。一方、ＹＡＧ中で
は元来、Ｃｒは３価の状態が安定であるので、消灯中
は、３価Ｃｒのみが含まれる層となる。このため、上述
の周期でハロゲンランプの点灯、消灯を繰り返すことに
よって、膜厚方向１００ｎｍ毎に４価Ｃｒ濃度が高い領
域と低い領域が交互に繰り返され、繰り返し周期が２０
０ｎｍとなるようにＣｒの価数状態が変調された光学材
料が形成される。４価Ｃｒは０．８μｍ〜１．１μｍに
わたり幅広い波長域で光吸収を示すため、この波長域の
光を、本素子の膜面垂直方向から入射した場合、入射光
は２００ｎｍの周期で吸収領域と透過領域を交互に通過
しながら進行することになる。この周期的光吸収によっ
て、入射光の内、吸収の周期の整数倍、すなわち波長が
２００ｎｍの整数倍である光は、特に強く吸収される。
【００３１】上述の方法で製造した試料の光透過特性の
波長分散を検査した結果、４価Ｃｒの吸収波長帯域であ
る０．８μｍ〜１．１μｍの領域において波長１．００
μｍに鋭い吸収が確認された。これは、Ｃｒ：ＹＡＧ内
で４価Ｃｒが２００ｎｍ間隔で変調した周期構造ができ
ていることを意味する。このように、本発明の構造であ
る活性剤の価数状態が周期的に変化する構造の素子とす
ることにより狭帯域のフィルターを提供することができ
た。さらに、本実施例においてハロゲンランプの点灯、
消灯の周期を変えて製造すれば波長を任意に設計できる
ので、所望の波長における狭帯域フィルターを提供する
ことができる。
波長分散を検査した結果、４価Ｃｒの吸収波長帯域であ
る０．８μｍ〜１．１μｍの領域において波長１．００
μｍに鋭い吸収が確認された。これは、Ｃｒ：ＹＡＧ内
で４価Ｃｒが２００ｎｍ間隔で変調した周期構造ができ
ていることを意味する。このように、本発明の構造であ
る活性剤の価数状態が周期的に変化する構造の素子とす
ることにより狭帯域のフィルターを提供することができ
た。さらに、本実施例においてハロゲンランプの点灯、
消灯の周期を変えて製造すれば波長を任意に設計できる
ので、所望の波長における狭帯域フィルターを提供する
ことができる。
【００３２】
【実施例４】ユーロピウム（Ｅｕ）を添加した弗化カル
シウム（ＣａＦ2）（以後ＣａＦ2：Ｅｕと記載）を用い
て表示素子を製造した例について述べる。
シウム（ＣａＦ2）（以後ＣａＦ2：Ｅｕと記載）を用い
て表示素子を製造した例について述べる。
【００３３】弗化カルシウム中では、ユーロピウムは２
価イオンの状態が熱力学的に最も安定であるので、従来
の製法で製造したＣａＦ2：Ｅｕは、Ｅｕを２価イオン
として含有する。このＣａＦ2：Ｅｕを紫外線で励起し
て発光させると４２０ｎｍ近傍にピークを持つブロード
な発光スペクトルを示し、濃青色の発光が得られる。本
実施例ではＥｕを０．３ｍｏｌ％添加した板状Ｃａ
Ｆ2：Ｅｕを用い表示素子を製造した。
価イオンの状態が熱力学的に最も安定であるので、従来
の製法で製造したＣａＦ2：Ｅｕは、Ｅｕを２価イオン
として含有する。このＣａＦ2：Ｅｕを紫外線で励起し
て発光させると４２０ｎｍ近傍にピークを持つブロード
な発光スペクトルを示し、濃青色の発光が得られる。本
実施例ではＥｕを０．３ｍｏｌ％添加した板状Ｃａ
Ｆ2：Ｅｕを用い表示素子を製造した。
【００３４】図３は本実施例で用いた装置構成を示す図
である。板状ＣａＦ2：Ｅｕ３１（光学材料試料）は、
試料加熱機構３２上に設置され、光源３３としてＨｅ−
Ｃｄレーザーを用い、Ｈｅ−Ｃｄレーザー（光源）３３
からの光はビームエキスパンダー３４によりビーム径が
広げられ、ミラー３５により反射されマスクパターン３
６を通して板状ＣａＦ2：Ｅｕ３１に照射される。マス
クパターン３６にはあらかじめ、所望の表示パターンに
応じて透過光強度が変調されるようにパターニングが施
されている。
である。板状ＣａＦ2：Ｅｕ３１（光学材料試料）は、
試料加熱機構３２上に設置され、光源３３としてＨｅ−
Ｃｄレーザーを用い、Ｈｅ−Ｃｄレーザー（光源）３３
からの光はビームエキスパンダー３４によりビーム径が
広げられ、ミラー３５により反射されマスクパターン３
６を通して板状ＣａＦ2：Ｅｕ３１に照射される。マス
クパターン３６にはあらかじめ、所望の表示パターンに
応じて透過光強度が変調されるようにパターニングが施
されている。
【００３５】本素子を作製するに当たり、まず板状Ｃａ
Ｆ2：Ｅｕ３１を試料加熱機構３２により１０００℃に
加熱し、温度が１０００℃に達した時点でＨｅ−Ｃｄレ
ーザーの照射を開始した。Ｈｅ−Ｃｄレーザーからの波
長３２５ｎｍの光は２価Ｅｕの光吸収波長帯域内にある
ため、この光が照射された部分は２価Ｅｕが光吸収によ
り励起されエネルギーが上昇し、３価Ｅｕの方が２価Ｅ
ｕよりも熱力学的に安定な状態となる。この状態で１時
間保持して熱処理を行うと、熱エネルギーによって３価
Ｅｕがさらに安定に含有できるようにＣａＦ2中の原子
空孔や原子が再配列するため、３価Ｅｕが安定に含有さ
れる状態となる。温度を１０００℃一定に保った状態で
１時間保持して熱処理を行い、熱処理終了後温度を徐々
に低下させて冷却し温度が室温に低下してから光照射を
停止した。
Ｆ2：Ｅｕ３１を試料加熱機構３２により１０００℃に
加熱し、温度が１０００℃に達した時点でＨｅ−Ｃｄレ
ーザーの照射を開始した。Ｈｅ−Ｃｄレーザーからの波
長３２５ｎｍの光は２価Ｅｕの光吸収波長帯域内にある
ため、この光が照射された部分は２価Ｅｕが光吸収によ
り励起されエネルギーが上昇し、３価Ｅｕの方が２価Ｅ
ｕよりも熱力学的に安定な状態となる。この状態で１時
間保持して熱処理を行うと、熱エネルギーによって３価
Ｅｕがさらに安定に含有できるようにＣａＦ2中の原子
空孔や原子が再配列するため、３価Ｅｕが安定に含有さ
れる状態となる。温度を１０００℃一定に保った状態で
１時間保持して熱処理を行い、熱処理終了後温度を徐々
に低下させて冷却し温度が室温に低下してから光照射を
停止した。
【００３６】得られたＣａＦ2：ＥｕをＰＬ法を用いて
検査した結果、光照射部は３価が２価Ｅｕに対して１桁
以上高濃度に含有され、一方、光未照射部は２価Ｅｕの
みが含有されていることが確認された。本方法により、
空間的に価数状態が変調された表示素子が実現されてい
ることが確認された。この素子に紫外線を照射して発光
させたところ、光照射部分は３価Ｅｕの発光色である橙
色に、光未照射部分は２価Ｅｕの発光色である濃青色に
発光し２色発光の発光素子が実現できた。
検査した結果、光照射部は３価が２価Ｅｕに対して１桁
以上高濃度に含有され、一方、光未照射部は２価Ｅｕの
みが含有されていることが確認された。本方法により、
空間的に価数状態が変調された表示素子が実現されてい
ることが確認された。この素子に紫外線を照射して発光
させたところ、光照射部分は３価Ｅｕの発光色である橙
色に、光未照射部分は２価Ｅｕの発光色である濃青色に
発光し２色発光の発光素子が実現できた。
【００３７】さらに、このようにして製造した表示素子
を再び１０００℃に加熱し光照射を行わずに一時間熱処
理を行うと、本来、２価Ｅｕの方が３価Ｅｕよりも熱力
学的に安定な材料であるので、熱処理による原子空孔や
原子の再配列により、３価Ｅｕは２価Ｅｕに価数変化し
素子全体が２価Ｅｕのみを含む状態となる。熱処理後、
紫外線照射により検査したところ素子全体は濃青色に発
光し先ほど書き込んだパターンが消去されていることが
確認された。この後、前回と異なるパターニングが施さ
れたマスクパターンを用いて再び光照射を行ってＥｕの
価数状態が空間的に変調された表示素子を作製したとこ
ろ、マスクパターンのパターニングにしたがって価数状
態が空間的に変調された表示素子を製造することがで
き、本方法によれば繰り返しパターニングが行えること
が確認できた。
を再び１０００℃に加熱し光照射を行わずに一時間熱処
理を行うと、本来、２価Ｅｕの方が３価Ｅｕよりも熱力
学的に安定な材料であるので、熱処理による原子空孔や
原子の再配列により、３価Ｅｕは２価Ｅｕに価数変化し
素子全体が２価Ｅｕのみを含む状態となる。熱処理後、
紫外線照射により検査したところ素子全体は濃青色に発
光し先ほど書き込んだパターンが消去されていることが
確認された。この後、前回と異なるパターニングが施さ
れたマスクパターンを用いて再び光照射を行ってＥｕの
価数状態が空間的に変調された表示素子を作製したとこ
ろ、マスクパターンのパターニングにしたがって価数状
態が空間的に変調された表示素子を製造することがで
き、本方法によれば繰り返しパターニングが行えること
が確認できた。
【００３８】従来の方法では、多色発光の発光素子を実
現する場合、２種類以上の発光材料を用いる必要があっ
たが、本発明の方法では１種類の発光材料に光照射を行
うのみで２色発光の発光素子が実現でき、少ない製造工
程で２色発光の表示素子が実現できると共に、表示パタ
ーンを消去し異なる表示パターンを書き込むことが可能
な発光素子を提供することができた。
現する場合、２種類以上の発光材料を用いる必要があっ
たが、本発明の方法では１種類の発光材料に光照射を行
うのみで２色発光の発光素子が実現でき、少ない製造工
程で２色発光の表示素子が実現できると共に、表示パタ
ーンを消去し異なる表示パターンを書き込むことが可能
な発光素子を提供することができた。
【００３９】
【実施例５】セリウム（Ｃｅ）あるいはテルビウム（Ｔ
ｂ）を添加したイットリウムアルミニウムガーネット
（ＹＡＧ）（以後それぞれをＣｅ：ＹＡＧ、Ｔｂ：ＹＡ
Ｇと記載）を用いて光学素子を製造した例について述べ
る。
ｂ）を添加したイットリウムアルミニウムガーネット
（ＹＡＧ）（以後それぞれをＣｅ：ＹＡＧ、Ｔｂ：ＹＡ
Ｇと記載）を用いて光学素子を製造した例について述べ
る。
【００４０】ＹＡＧ中では、セリウムとテルビウムは共
に３価イオンの状態が熱力学的に最も安定であるので、
従来の製法で製造したＣｅ：ＹＡＧ、Ｔｂ：ＹＡＧは、
ＣｅまたはＴｂを３価イオンとして含有する。このＣ
ｅ：ＹＡＧ、Ｔｂ：ＹＡＧを紫外線で励起して発光させ
ると両者ともに緑色に発光する。一方、３価Ｃｅ、Ｔｂ
を価数変化させ４価のＣｅ、Ｔｂとすると、電子準位構
造が変化し両者ともに可視領域に発光遷移を持たなくな
るため、紫外線を当てても可視域の発光が生じない。
に３価イオンの状態が熱力学的に最も安定であるので、
従来の製法で製造したＣｅ：ＹＡＧ、Ｔｂ：ＹＡＧは、
ＣｅまたはＴｂを３価イオンとして含有する。このＣ
ｅ：ＹＡＧ、Ｔｂ：ＹＡＧを紫外線で励起して発光させ
ると両者ともに緑色に発光する。一方、３価Ｃｅ、Ｔｂ
を価数変化させ４価のＣｅ、Ｔｂとすると、電子準位構
造が変化し両者ともに可視領域に発光遷移を持たなくな
るため、紫外線を当てても可視域の発光が生じない。
【００４１】本実施例ではＣｅまたはＴｂを０．３ｍｏ
ｌ％添加した板状Ｃｅ：ＹＡＧと板状Ｔｂ：ＹＡＧを用
い表示素子を製造した。本実施例で用いた装置構成を図
４に示す。板状Ｃｅ：ＹＡＧまたは板状Ｔｂ：ＹＡＧか
らなる板状光学素子（光学材料試料）４１は、試料加熱
機構４２上に設置され、Ｈｅ−Ｃｄレーザー４３からの
光はレーザービームスキャナーによってビーム進行方向
が制御され、板状光学素子４１に照射される。本素子を
作製するにあたり、まず板状光学素子４１を試料加熱機
構４２により１５００℃に加熱し、温度が１５００℃に
達した時点でＨｅ−Ｃｄレーザーの照射を開始した。
ｌ％添加した板状Ｃｅ：ＹＡＧと板状Ｔｂ：ＹＡＧを用
い表示素子を製造した。本実施例で用いた装置構成を図
４に示す。板状Ｃｅ：ＹＡＧまたは板状Ｔｂ：ＹＡＧか
らなる板状光学素子（光学材料試料）４１は、試料加熱
機構４２上に設置され、Ｈｅ−Ｃｄレーザー４３からの
光はレーザービームスキャナーによってビーム進行方向
が制御され、板状光学素子４１に照射される。本素子を
作製するにあたり、まず板状光学素子４１を試料加熱機
構４２により１５００℃に加熱し、温度が１５００℃に
達した時点でＨｅ−Ｃｄレーザーの照射を開始した。
【００４２】Ｈｅ−Ｃｄレーザーからの波長３２５ｎｍ
の光は図５に示す３価Ｃｅ、Ｔｂ両者の光吸収波長帯域
内にあるため、この光が照射された部分は３価Ｃｅまた
はＴｂの価数が変化し４価ＣｅまたはＴｂとなる。温度
を１５００℃一定に保った状態でレーザービームスキャ
ナー４４によりビーム進行方向をＸ−Ｙ軸方向に制御
し、Ｘ座標を変えるごとに、Ｙ軸方向のビームスキャン
を一回ずつ増加させ板状光学素子４１面状をレーザービ
ームを繰り返し走査させＸ座標の増加と共に光照射時間
が増大するようにした。この状態で試料温度を１時間保
持して熱処理を行い、熱処理終了後、温度を徐々に低下
させて冷却し温度が室温に低下してから光照射を停止し
た。
の光は図５に示す３価Ｃｅ、Ｔｂ両者の光吸収波長帯域
内にあるため、この光が照射された部分は３価Ｃｅまた
はＴｂの価数が変化し４価ＣｅまたはＴｂとなる。温度
を１５００℃一定に保った状態でレーザービームスキャ
ナー４４によりビーム進行方向をＸ−Ｙ軸方向に制御
し、Ｘ座標を変えるごとに、Ｙ軸方向のビームスキャン
を一回ずつ増加させ板状光学素子４１面状をレーザービ
ームを繰り返し走査させＸ座標の増加と共に光照射時間
が増大するようにした。この状態で試料温度を１時間保
持して熱処理を行い、熱処理終了後、温度を徐々に低下
させて冷却し温度が室温に低下してから光照射を停止し
た。
【００４３】得られたＣｅ：ＹＡＧ、Ｔｂ：ＹＡＧをＰ
Ｌ法を用いて検査した結果、光照射時間に応じて３価Ｃ
ｅまたはＴｂが減少していることが確認された。本方法
により、空間的に価数状態が変調された表示素子が実現
されていることが確認された。この素子に紫外線を照射
して発光させたところ、Ｘ座標の増大と共に緑色発光強
度が低下する発光素子が実現できた。
Ｌ法を用いて検査した結果、光照射時間に応じて３価Ｃ
ｅまたはＴｂが減少していることが確認された。本方法
により、空間的に価数状態が変調された表示素子が実現
されていることが確認された。この素子に紫外線を照射
して発光させたところ、Ｘ座標の増大と共に緑色発光強
度が低下する発光素子が実現できた。
【００４４】またＣｅ：ＹＡＧ、Ｔｂ：ＹＡＧの光透過
率を検査した結果、図５に示す波長領域の光の透過率が
Ｘ座標の増大と共に増大する帯域フィルターが実現でき
た。
率を検査した結果、図５に示す波長領域の光の透過率が
Ｘ座標の増大と共に増大する帯域フィルターが実現でき
た。
【００４５】従来の方法では、同一光学素子内で一軸方
向に発光強度または光透過率が連続的に変化する光学素
子が実現された例がなく、本方法による光学素子は従来
にない機能を有する光学素子を提供するものであること
が示された。
向に発光強度または光透過率が連続的に変化する光学素
子が実現された例がなく、本方法による光学素子は従来
にない機能を有する光学素子を提供するものであること
が示された。
【００４６】
【発明の効果】以上述べてきたように希土類元素あるい
は遷移金属元素から選択される少なくとも１種の元素を
活性剤として含有する光学材料を、本発明の製造方法に
より本発明の光学材料、すなわち活性剤元素のうち少な
くとも１種の元素の価数状態が空間的に変調された周期
構造を有することを特徴とする光学材料とすることによ
り、発振波長の設計が可能な狭帯域レーザー、狭帯域フ
ィルターが提供できると共に、少ない製造工程で任意の
表示パターンの形成ができ、さらに消去が可能な表示素
子を提供できた。
は遷移金属元素から選択される少なくとも１種の元素を
活性剤として含有する光学材料を、本発明の製造方法に
より本発明の光学材料、すなわち活性剤元素のうち少な
くとも１種の元素の価数状態が空間的に変調された周期
構造を有することを特徴とする光学材料とすることによ
り、発振波長の設計が可能な狭帯域レーザー、狭帯域フ
ィルターが提供できると共に、少ない製造工程で任意の
表示パターンの形成ができ、さらに消去が可能な表示素
子を提供できた。
【図１】実施例１、実施例２で用いた装置の構成を示す
図。
図。
【図２】実施例１、実施例２で用いた装置構成において
試料内にできた干渉縞の様子を表す図。
試料内にできた干渉縞の様子を表す図。
【図３】実施例４で用いた装置構成を示す図。
【図４】実施例５で用いた装置構成を示す図。
【図５】ＹＡＧ中のＣｅ3+、Ｔｂ3+それぞれのｆ−ｄ遷
移に起因する吸収帯を示す図。
移に起因する吸収帯を示す図。
１１ Ａｒイオンレーザー
１２ ビームエキスパンダー
１３ ハーフミラー
１４ 全反射ミラー
１５ 光学材料試料
１６ 加熱機構
３１ 光学材料試料
３２ 加熱機構
３３ Ｈｅ−Ｃｄレーザー
３４ ビームエキスパンダー
３５ ミラー
３６ マククパターン
４１ 板状光学素子（光学材料試料）
４２ 加熱機構
４３ Ｈｅ−Ｃｄレーザー
４４ ビームスキャナー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−291799（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−33986（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−335678（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−92647（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−226084（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−260322（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−215798（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−288582（ＪＰ，Ａ)
国際公開99／36171（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C30B 1/00 - 35/00
H01S 3/14
G02F 1/03
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】希土類元素あるいは遷移金属元素から選択
される少なくとも１種の元素を活性剤として含有する光
学材料であり、且つ、活性剤元素のうち少なくとも１種
の価数状態が空間的に変調された周期構造を有すること
を特徴とする光学材料。 - 【請求項２】希土類元素あるいは遷移金属元素から選択
される少なくとも１種の元素を活性剤として含有する光
学材料の製造方法であり、該光学材料の合成工程、ある
いは合成後の熱処理工程の少なくとも一つの工程におい
て、活性剤イオンの光吸収波長帯域内の光、あるいは活
性剤イオンの光吸収波長帯域の波長を含む光を照射し、
且つ、照射光量を空間的に変調することを特徴とする光
学材料の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP13474395A JP3456557B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | 光学材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP13474395A JP3456557B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | 光学材料及びその製造方法 |
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| JPH08301695A JPH08301695A (ja) | 1996-11-19 |
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Family
ID=15135549
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP13474395A Expired - Fee Related JP3456557B2 (ja) | 1995-05-08 | 1995-05-08 | 光学材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3456557B2 (ja) |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO1999036171A1 (fr) | 1998-01-13 | 1999-07-22 | Japan Science And Technology Corporation | Procede de modification chimique selective de l'interieur d'une matiere inorganique et matiere inorganique dont l'interieur est chimiquement modifie de façon selective |
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-
1995
- 1995-05-08 JP JP13474395A patent/JP3456557B2/ja not_active Expired - Fee Related
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