JPH02307842A - 高出力レーザーに有用なリン酸塩ガラス - 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】 本光皿皇背景 本発明は、典型的にはネオジムをドープした、高い破壊
靭性と、誘導放出のための良好な断面と、そして特に先
行技術および商業的に入手し得るすン酸塩レーザーガラ
スに比較して高い熱伝導率および低い熱膨張率を持って
いるリン酸塩レーザーガラスに関する。

術語°“レーザー″゛は、放射の誘導放出による光の増
幅を意味する。レーザーにおいては、ネオジムのような
活性原子種を適当にドープしたガラスであることができ
る、適当な活性材料が２枚の反射壁、または少なくとも
部分的に反射する壁によって形成された共鳴空胴内に置
かれる。高いレベルの平均出力の発生のために使用され
る固体レーザーは、活性材料が式 で与えられる熱的機械的良度指数ＦＯＭの高いレベル（
例えば〉１）を持っていることを必要とする。式中Ｓは
破壊強度、Ｋは熱伝導率、νはポアソン比、Ｅはヤング
率、およびαは材料の熱膨張係数である。破壊強度、そ
れに材料の破壊靭性は完全に材料の固有の性質ではなく
、材料表面の物理的条件にも依存する。

熱的機械的良度指数の重要性は、高平均出力用途に使用
される固体レーザー材料の熱的条件を考慮することによ
り明らかである。作動中、レーザー材料はポンピング放
射の強レベルへ曝露され、その一部分は活性材料によっ
てレーザー放出に変換される。このポンピング放射の一
部分は活性材料自身によって吸収され、ある場合にはレ
ーザー作用を停止するのに十分な程重大なレーザー効率
の低下として示される温度上昇を招来する。その結果、
レーザー材料をその表面の上に液体または気体を通すこ
とによって冷却することが必要であり、これは材料の内
部温度がその表面温度より高く上昇する時温度勾配を生
ずる。温度勾配は、活性材料の破壊を発生するのに十分
なほど高くなり得るレーザー材料を通る応力勾配を伴う
。熱的機械的性質度は材料が破壊なしで耐えることがで
きる最大勾配に比例する。

高平均出力用途のためのガラスを最適化するためには、
このように熱伝導率を最大にし、熱膨張係数、ポアソン
比、およびヤング率を最小にすることが必要である。高
い熱伝導率の付加的利益はレーザー材料の温度低下に対
するその直接インパクトである。特定のポンピングレベ
ルに対して、この温度低下の効果は材料内の応力勾配の
減少と、そして低いレイジングレベルの熱集団の低下に
見られる。この低レイジングレベルの集団の減少はレー
ザーの作動効率を増す。

高平均出力レーザーの分野においては、活性材料は誘導
放出のための高い断面と、そしてレーザー遷移に含まれ
る励起状態の長い螢光寿命によって特徴化されることが
重要である。固体レーザー材料は、もし活性材料が高い
光学的品質、高い光学的均一性をもって、そして放射を
吸収するすべての含有物を含まない形で大きい寸法に製
造することができるならば、高平均出力レーザーシステ
ムに使用するためもっと有利である。後者は、レーザー
が高出力レベルで作動される時材料内に損傷部位が発生
し、最終的には活性要素をレーザー材料として無用にす
ることへ導（ことがある。ガラス材料は化学強化し得る
ことがさらに望ましい。

勿論ガラスは良好な製造容易性、例えば失透安定性を持
っていることが常に必要である。

リン酸塩レーザーガラスはレーザー効果のための低いし
きい値を有することは既知であり、そしてリン酸塩組成
物は大寸法のレーザーシステムに使用するためのすぐれ
た光学的品質および光学的均一性を持った材料としてし
ばらく商業的に入手可能となっている。先行技術のリン
酸塩レーザーガラスの品質は、以前のガラス程良好な光
学的品質のレベルを有するが、しかし今やガラス内にｔ
負傷部位を発生し得るすべての吸収性含有物を含まない
ガラスとしてこれらの組成物を製造することができる新
技術の導入によって最近拡大された。

それにもかかわらず、リン酸塩組成物をさらに発展する
、たとえば入手し得るリン酸塩レーザーの既にすぐれて
いる熱的機械的性質をさらに改善し、ドープしたリン酸
塩ガラスをレーザー媒質として非常に有用とする現在の
技術状態の品質を維持しつつ最大耐用出力レベルを上昇
させ、および／または高平均出力システムに使用のため
一層魅力的である新しい組成物を提供可能とする必要性
は残っている。

先行技術リン酸塩ガラスは、基本成分Ｐ２Ｏ５に加えて
、例えばＡ１□０．、ＳｉＯ’、、アルカリ金属酸化物
（特にＮａｚＯ，に、Ｏ，Ｌ　１２０）。

アルカリ土類金属酸化物等の種々の成分を含んでいる。

熱伝導性および熱膨張率の重要な熱的性質の最良の組合
せを持っている先行技術ガラスは、典型的にはＳｉＯ□
の必要量を含んでいるガラスであった。例えばＤＥ３４
３５１３３．ＪＰ５１−１０７３１２およびＤＥ３６０
９２４７を見よ。

これらのガラスは典型的には比較的低いアルミナ含量を
有する。

他のリン酸塩レーザーガラスはＳｉｎ、に特別の強調を
置いていないか、またはそれを全く欠いている。例えば
ＵＳＰ４，２４８，７３２．４゜０７５．１２０．４，
２３９，６４５．４，０２２．７０７．４，４７０，９
２２、ＪＰ５１−５９９１１、ＤＥ２９２４６８４、Ｄ
Ｅ３３４０９６８等を見よ。

ＪＰ４９−１１４，６１５　（４）、ＪＰ６０−１９１
．０２９　（３）、ＪＰ５１−１０７．３１１、ＪＰ５
０−３．４１１、ＪＰ５１−３０，８１２．５Ｕ３５５
，９１６、ＵＳＰ４，３３３゜８４８、ＵＳＰ３，８４
６，１４２のような、種々のガラスを記載する多数の他
のレーザーリン酸塩ガラスの発表が存在する。これら特
許においては、アルカリ金属酸化物に特別の強調を置い
ていない、その特許は全てのアルカリ金属を同等視して
いる。例えばＵＳＰ４，２４８，７３２．４゜０７５．
１２０．４，１２０，８１４．３，９７９．３２２．４
，２２５，４５９．３，５８０゜８５９．４，４７０，
９２２を見よ。他のものは一般に、例えば酸化リチウム
は他のアルカリ金属酸化物より好ましくないことを意味
している。そのような特許はＵＳＰ４，０２２，７０７
．４゜０７６．５４１．４，６６１，２８４．４，３３
３．８４８を含む。ＪＰ５４−３８，３１１はＣｕＯお
よび■２０．のような成分を含んでいるリン酸塩ガラス
においてであるがリチウムの好適性を示している。

これら文献のあるものはリン酸塩ガラスへＭｇＯを入れ
、または入れることを許容する。特にＤＥ３３４０９６
８およびＤＥ３４３５１３３．ＵＳ　　　］Ｐ４２３９
６５４．ＤＥ３６０９２４７．ＪＰ５　　　）１−１０
７３１２．ＪＰ５２−１２５５１９およ　　、びＪＰ４
９−１１４６１５を見よ。　　　　　　　　　１主主凱
■■！ 今や、レーザー、特に高平均出力レーザーにお　　：、
　いて使用に適し、そして熱的機械的性質および前　　
１記のような他の性質の非常に望ましい組合せを有　　
１するリン酸ガラスを得ることができることが発見　　
１された。

このため−面において本発明は、 （以下余白） 、　　　　　　　　　　　モ　　ル　　％Ｐ　ｔ　Ｏｓ
　　４５−７０　５０−６５　　５５−６５Ｌ　ｉ　ｚ
　Ｏ０−１４０−１２２−１０マａｚ０　０−１２　０
−５　　　０ に！ＯＯ−６０−３０ へ１□０　ｓ　　　　９−１５　　　１０−１５　　　
　　１０−１５’Ｊ　ｄ　２０ｓ　０．０１−６　０．
０１−６　　０．０１−６１、ａｔｏｓ　　Ｏ−６０−
６００− ６３ｉｎ　　　Ｏ−８００ Ｂ１０３　　０−８　０−５　　　０ Ｖｉ　ｇ　Ｏ６−３０８−２４１Ｏ−１８０ａＯ０−１
５０−１２０−９ Ｓ　ｒ　ＯＯ−９０−６０−４ ８ａ０　　　　　０−９．　　０−６　　　　　　　０
−４２ｎＯ０−１５０−１２０−９ ΣＬｉｚＯ＋Ｍｇ０２０−３０　２０−３０　　２０−
３０から実質的になり、 ガラスはに、。’Ｃ＞　０．８　Ｗ　／　ｍ　Ｋおよび
好ましくはそれ以上と、そしてα２０−１゜。”Ｃ＜９
０Ｘ１０−７／℃および好ましくはそれ以下を有し、そ
してレーザー媒質として使用する時、レイジングに有効
量の、例えばしばしば合計０．０１−６モル％の、しか
し場合によってそれより高い、例えば合計１０％までま
たは２０％までまたはそれより高いレイジング種または
レイジング系（例えばレイジング種／エネルギー転移種
組合せ）、通常上の表に例示するようにＮｄ　（Ｎｄｔ
　Ｏｚ　）を含む、レーザー媒質として有用なそして高
い熱伝導率に、。”Ｃ＞　０．８　Ｗ　／　ｍ　Ｋおよ
び低い熱膨張係数α２０−３００℃＜９０Ｘ１０−７／
℃を有する低もしくは無シリカリン酸塩ガラスに関する
。Ｌａ、Ｏ。

は、やはり上の表に示すように、特に前記種がランタナ
イドであるときそれを置換することができる。

他の好ましい面において、Ｋ、。”Ｃ＞　０．８５また
はそれ以上で、α２０−３゜。℃≦８５またはそれ以下
であり、ＭｇＯ含量は少なくとも８モル％であり、ガラ
スはＬｉ、Ｏ以外のアルカリ金属、特にカリウムを実質
上含有せず、および／またはガラスはＳｉＯ□を実質的
に含有しない。

他の好ましい面においては、ガラスは以下の重要な性質
を有する。

損傷含有物／ｌ　　　　　　　　実買上ゼロ強化可能性
　　　　　　　　　　２」×ヤング率（Ｅ）　　　　＜
　７２　Ｘ　１０３Ｎ／ｒｍ”ポアソン比（ν）　　　
　　　　　　＜０．２３０断面（グ）　　　　　　＞３
．５Ｘ１０−”　ｃｉ螢光寿命（５％Ｎｄ）　　　　　
　＞２５０μ秒これらの性質はこれらのゴールをこえ、
例えばＥ≦７０．σ〉４．０または４．１．螢光寿命〉
２７０または２９０μ秒であることがさらに好ましい。

本発明の種々の他の目的、特徴および利益は、以下の議
論および図面と組合せて考慮するとき完全に理解される
であろう。

第１図は、種々のアルカリ含量について熱膨張係数（Ｃ
ＴＥ）対ＭｇＯ含量の関数依存性を示す。

第２図は、表５のシリーズについてＣＴＥ対ＭｇＯ含量
の関数依存性を示す。

第３図は、種々のアルカリ含有量について熱伝導率に、
。°Ｃ対ＭｇＯ含量の関数依存性を示す。

本発明において、熱伝導率＞　０．８　Ｗ　／　ｍ　Ｋ
および熱膨張係数（２０−３００°Ｃ）　＜９０　Ｘ　
１０−７／℃が特に強調される。ヤング率およびポアソ
ン比の性質は、一般に本発明の範囲内の組成変動によっ
て強く影響されない。本発明の組成物はさらに現行の融
解技術と両立し、本発明のガラスをすぐれた光学的およ
び含有物品質をもって製造することを保証する。

誘導放出のための断面およびレーザー遷移に含まれる励
起状態の螢光寿命も本発明のガラスはすぐれている。し
かしながら、与えられたガラスについての精密な値は高
平均出力レーザー材料としての使用に対しては独特に重
要ではない。本発明のガラスの温度範囲２０〜４０°Ｃ
にわたる熱膨張、５８７．５６１８ｎｍにおける屈折率
、比重およびガラス変態温度は高度に満足である。

主ガラス形成成分としてＰ！０．を使用するこれらのガ
ラス組成物は、ＳｉＯ□と比較して、低い非線形屈折率
、高いレーザー利得、および負もしくはゼロに近い値の
屈折率温度依存性によって特徴づけられるレーザーガラ
スを有利に提供する。

この後者の性質は、ガラスへ光路長の温度係数の全体の
値がゼロに近いことを意味する。このためガラスは実質
上無熱であると記載することができる。

本発明のガラスの好ましい用途は高平均出力レーザーシ
ステムである。それらはそれらの熱的機械的性質の独特
の有利な組合せに鑑み、高平均出力発振器に特に有用で
ある。

ガラスレーザー系を作動するとき、ガラス中ヘボンブさ
れるエネルギーの多くは材料の温度上界として現れる。

ガラスの熱的機械的性質（および表面状態のような他の
配慮）と組合せたこの温度上昇はガラススラブ破壊の可
能性を決定する。

高エネルギーレーザー系（例えばＤＥ３３４０９６８の
）においては、系からの出力エネルギーだけが最大化さ
れる。そのような系においては与えられた時間において
発生するショットの数は重要でない。従ってガラスはレ
ーザーショットに関連する熱エネルギーを発散する十分
な時間を持っているであろう。ガラススラブひび割れへ
導く、連続したレーザーショットに伴う発熱は発生しな
いであろう。このタイプの系においては、熱的機械的性
質はレーザー性質（シグマおよび寿命）はど重要でない
。

熱的機械的性質は高平均出力レーザー系においてはもっ
と重要である。（典型的には「高平均出力」とは１０Ｉ
ｌｆｉ厚さのスラブおよび５３０ｎｍ（緑）において７
５Ｈｚの反復率に対し１００ワット以上の出力を含むも
のと解し得る。それより高いおよび少し低い出力も含ま
れる。）そのような系においては、ショットの数が最大
化され、そして出力エネルギーはできるだけ高く維持さ
れる。高い反復率では、ガラスが余分の熱エネルギーを
発散しなければならない時間が減り、そしてひび割れの
機会が増す。熱的機械的性質が改善される時、ガラスを
ひび割るのに必要なエネルギーが前よりも高くなり、そ
のため反復率を増すことができる。

レーザー性質もやはり重要であるが、熱的機械的性質が
第１であると考えられる。その結果、本発明のガラスは
それらを高平均出力レーザー発振器に例外的に有用とす
る性質を持っている。

本発明のガラスは、本出願人の特願平１−２２０１３４
号に記載されているものとは、例えば必須のＭｇＯ含量
において相違している。以前のガラスはＭｇＯを任意成
分として含有していた。二〇ＭｇＯ含量はこれら異なる
ガラスにＬｔ、Ｏが最低１５モル％存在する必要性を回
避する。本発明については、ＭｇＯが存在する限り、Ｌ
ｉｚＯは１５モル％未満の量で存在し得る。ＭｇＯ＋Ｌ
ｉｚＯの合計量は少なくとも２０モル％、典型的には３
０モル％未満である。

好ましい面においては、ＭｇＯの量はＬｉ２Ｏの量より
多い。

ＬｉｚＯの低い量の使用の結果、化学的耐久性が増し、
失透抵抗性が増し、そして熱的機械的性質が改善される
。他方、１５モル％未満までのＬｉｚＯの含有は増大し
た製造容易性のため望ましい。

本発明ガラスのＭｇＯ含量は、先に引用した特許出願の
高ＬｉｘＯ含量の必要性を回避すると同時に、化学的耐
久性、失透抵抗性および熱的機械的性質を増強する。

もしＭｇＯの量が本発明によって要求する範囲外であれ
ば、ここに記載した性質は断面等地に達成し得るものに
劣るであろう。

一般に、ＭｇＯ含有量範囲は、６．７，８，９゜ｘＯ，
１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７゜１８．１
９，２０，２１，２２，２３，２４，２５゜２６．２７
．２８．２９．３０モル％等で規定することができる。

Ｌｉ２Ｏ含有量は０，１，２０３．４．５，６，７，８
，９，１０，１１，１２０１３．１４モル％等で規定す
ることができる。ＭｇＯとＬｉｚＯの合計量は、２０．
２１．２２．２３゜２４．２５，２６．２７．２８，２
９．３０モル％等で規定することができる。典型的には
、もしＭ　ｇ　Ｏ＋　Ｌ　ｉｚ　Ｏの合計が記載したと
おりでなければ、熱的機械的性質は後出の実施例から見
られるように劣るであろう。

ガラスに少量のナトリウムの添加は一般に許容される。

許容し得るナトリウムの量は基本組成物の関数としてい
くらか変動するであろう。より少量の、一般にＮａ、Ｏ
と同様に例えば６モル％未満のＫｚＯも、高平均出力用
途のための記載した望ましい熱的機械的および他の性質
を持ったガラス製造と矛盾せずに許容し得るであろう。

Ｎａ２Ｏ含量の限界（上限または下限）は、勿論上記の
ものと異なり、例えば１２，１１，１０゜９．８，７．
６，５，４，３，２．１または０モル％であることがで
きる。Ｋ２Ｏについては、６゜５．４．３，２．１およ
び０モル％が可能である。

ＬｉｚＯについては２Ｏ，１，２，３，４，５゜６．７
，８，９，１０．１１，１２，１３．１４モル％が可能
である。

本発明のガラスの性質に対する種々の成分酸化物の影響
の性状は上に引用した特許出願において論じそして示し
たものに類似である。従って前記特願平１−２２０１３
４の明細書全文を参照としてここに取入れる。

本発明によって高平均出力レーザー材料とじて好適なガ
ラスを製造するため、Ｃａｂ、ＳｒＯ。

ＢａＯおよび／またはＺｎＯは必要ではないが、それに
もかかわらず組成物の性質を改善しそして高平均出力レ
ーザー材料に望まれる性質を維持するためにこれらの酸
化物を加えるのが望ましい。

例えば、少量のアルカリ土類金属酸化物の添加は化学的
耐久性を改善し、そしてガラスへ製造中の結晶化に対す
る高い安定性を付与する。これらＲＯ酸成分それに本発
明のガラスの他の任意成分の最低含量は、例えば１，２
，３，４．５モル％等である。

Ａｌ２Ｏ３も特に重要な成・分である。それは生成する
ガラスに良好な化学的耐久性を与える。１５モル％以上
のＡｌ２Ｏ２のレベルは断面に望ましくない効果を持つ
傾向にある。Ａ１！０３の他の限界は例えば１１，１２
．１３または１４モル％である。

必要ではないがＳｉＯ□の添加は、熱膨張に強く影響す
ることな（得られるガラスの熱伝導率を上昇することが
できる。しかしながらＳｉＯ□の添加はガラスを結晶し
易くし、そして螢光寿命および断面を減少する。さらに
ガラス溶融物のシリカの存在はそのような溶融物中のイ
オン性白金の溶解度を低下させ、現在の溶融器具から生
成するガラス中へ白金粒子の混入へ導く。これら粒子（
含有物）はレーザー放射を吸収し、該元素の部位を損傷
し、材料を高゛品質光学的要素として無用のものとする
可能性がある。このため必要なＳｉＯ□含量なしですぐ
れた熱的、機械的および光学的性質を達成する本発明の
能力は大きな利益である。

５ｔ（ｈ含量の他の限界は、例えば７，６，５゜４．３
．２．１モル％等である。

ＢｚＯ＊の少量添加はガラスの熱伝導性を少し増加する
ことが判明したが、しかし少な（とも約８モル％以上の
Ｂ２Ｏ３の添加は熱膨張係数の許容できない増加を生ず
る。他の限界は７，６．５モル％等を含む。

好ましいレイジング種であるＮｄ２Ｏ３は、所望のレイ
ジング活性を得るのに十分な量でガラスへ添加され、こ
れは他のレイジング種および系についてもあてはまる。

ＮｄｚＯｉ１度および他の種濃度の高すぎるレベルは螢
光放出の消去を発生することがあり、そしてレーザー遷
移に含まれる励起状態の螢光寿命に対応した低下がある
。与えられた場合における適当な上限はルーチンに決定
することができる。

任意の慣用のガラスレイジング種、例えばＮｄ。

Ｔｍ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｐｍ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｔｉ＋Ｖ
、Ｃｒ、Ｅｕ、Ｓｍ等を使用することができる。

本発明の他の具体例においては、レーザー組成物は主レ
イジングイオンと共に適当な補助ドーパントを含むこと
ができる。これらはクロムおよびバナジンのような遷移
金属、またはツリウムおよびエルビウムのようなランタ
ナイドイオンを含む。

これらは広いそして強い吸収帯と、そして主レイジング
イオン吸収レベルと重複する補助ドーパント螢光帯を有
する。例えば、Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｏｆ　Ｌａ５ｅｒＦｕ
ｓｉｏｎ、　Ｖｏｌ、　ＩＬ“Ｔｈｅ　Ｆｕｔｕｒｅ　
Ｄｒｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆＨｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ　
５ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｌａ５ｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ
”を見よ。

この現象はポンプ放射のレイジングイオンの励起状態集
団への一層効率的な変換へ導く。

これら活性イオン単独または組合せの合計量は典型的に
は０．０１−６モル％である。しかしながら前述したよ
うに、適切な場合より高い量、例えば７．８．９．　１
０．１１．　１２．１３．　１４゜１５．１６，１７．
２５モル％等を使用することができる。Ｅｍｍｅｔｔ　
ｅｔ　ａｌ、＋　Ｌａｗｒｅｎｃｅ　Ｌｉｖｅｒｍｏｒ
ｅＮａｔｉｏｎａｌ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ、　ＵＣＲ
Ｌ−５３３４４，１９８２年１１月参照。

ＬａｚＯｉの添加は、Ｎｄ２Ｏ３の直接の置換、または
Ｎ　ｄ　ｚ　Ｏｓの場合の殆ど正確な構造置換である他
のレイジングまたはエネルギー転移ランタナイド種の置
換を許容する。これは製造したガラスの物理的、熱的お
よび光学的性質に対するこの調節からの変動を最小にし
ながら、ネオジムまたは他のレイジング種ドーピングレ
ベルの広い範囲をもってガラスを製造することを許容す
る。このため、Ｌａ、Ｏ，量は、典型的には０．０１−
６モル％であるが、しかし高い含量、例えばランクナイ
ドレイジング種の置換骨として１０％まで、または２０
％までさえも可能である。

また、高平均出力性質を損失することな（製造を助ける
ためＡｓｚ　Ｏｔまたはｓｂ、ｏ、のような慣用の清澄
剤の少量、例えば０．１−０．３重量％を高平均出力性
質を損することなく添加することができる。活性レーザ
ー材料用途では普通の強いＵＶ線への露出の間これらガ
ラスのソラリゼーションを抑制するため、ＴｉＯ□、Ｃ
ｅＯ□およびＮｂｚＯｓ（例えばＳｉＯ□および５ｂｚ
Ｏ３のような他のもの）のような慣用の抗ソラリゼーシ
ョン剤の少量の抗ソラリゼーション有効量、例えば０．
１−１．５重量％をさらに添加することができる。さら
に、例えばレンズ、鏡等それらの例外的な性質が有益で
ある他の用途における使用のためには、ガラス中のレイ
ジング種を完全に省くことも可能である。

特に好ましいそのような用途は、例えば米国特許第４．
２１７．３８２号のクラッド用ガラスと同様に、ガラス
繊維のクラッドとして本発明のガラスの使用である。

実施例および第１図および第２図のデータから理解でき
るように、驚くべきことにＭｇＯ含量におけるＣＴＥの
変化は直線的である。このことは例えばアルカリ含量を
ＭｇＯによって置換することにより、与えられたアルカ
リ含有ガラスのＣＴＥを低下させる有利な方法を提供す
る。さらに実施例および第３図のデータから理解できる
ように、驚くべきことに、ガラス組成物中のＭｇＯ含量
が増加するにつれ、最高の熱伝導度が得られる（例えば
約１０モル％のＭｇＯ含量において）。このため、与え
られたアルカリ含有ガラスの性質を所望の値へ調節する
方法は、ＭｇＯ含量を少なくともそれ以上のＭｇＯの添
加かに、。°Ｃを増加させるのに実質上効果がなくなる
値へ調節し、そしてアルカリ含量を十分に低いＣＴＥ値
９例えば〈９０Ｘ　１０−７／℃（２０−３００°Ｃ）
を得るために十分に低い含量へ、そして同時に例えば高
平均出力レーザーに使用のため望ましい高い寿命値、例
えば７２５０μ秒および断面１例えば＞３，５Ｘ１０−
２０ｃ＋ｆｌを得るのに十分に高い含量へ減らすことに
より、Ｋ、。°ＣとＣＴＥ値の組合せを最適化すること
よりなる。

本発明のガラスの他の利益は、現在のリン酸塩レーザー
ガラスの製造方法との両立性である。これらガラスの融
解、清澄化、均質化および注型はガラス工業において採
用されている現行の標準操作を使用して達成することが
できる。本発明の高度に熱ストレス抵抗性ガラスは、ガ
ラス工業において周知の慣用の成形技術により、レーザ
ー分野その他で必要とするスラブ、棒、円板および他の
形状に成形することができる。得られるガラスは高い破
壊靭性、高い熱伝導性、低い熱膨張性、誘導放出のため
の良好な断面、励起状態放出のための良好な螢光寿命、
そして製造したガラスの１５ないし２０リツトルもの大
寸法においてさえも高い光学的品質および光学的均質性
を有し、そしてレーザー放射を吸収または散乱し得るす
べての包含物を含まない。これらガラスの光学要素は光
学ガラスの切断、研削および研摩のための標準操作を使
用して製作することができる。

本発明のアルカリ含有ガラスは、典型的には前記に従っ
てＬｉ、およびＮａの有意量の存在のため慣用の化学強
化に耐えることができる。ガラス中にナトリウムまたは
リチウムが約６重量％以上のレベルで存在する時、生成
するガラス製品の化学強化はイオン交換として知られる
完全に慣用の操作によって可能である。この操作では、
ガラス物体を破壊するためには、元の破壊強度プラス化
学強化からの余分の表面圧縮より大きい張力を加えなけ
ればならないように、ガラス物体の上に表面圧縮層が形
成される。このような態様で強化したガラス物体は部分
破壊なしに高い熱負荷の条件下で作用し得る。

本発明のガラスは、調合物中の各成分の適当量を混合し
、溶融シリカるつぼへ仕込み、そして選んだ調合物に応
じて１１００’Ｃないし１５００°Ｃへ誘導加熱によっ
て融解することによって完全に慣用的に製造することが
できる。ガラスは次に例えば１３００°Ｃ以上で、再び
組成物、従って溶融物粘度に応じて典型的には２ないし
４時間清澄化し、同時に同じ期間気体吹込みおよびかき
まぜを行うことができる。ガラスは典型的には鋼製型へ
注型され、変態温度プラス約２０°Ｃにおいて約２時間
徐冷され、そして約３０″Ｃ／時で冷却される。

これらの操作は実施例において採用された。

前記したように、本発明の実施例は溶融シリカるつぼ中
で融解される。そのような融解条件においては、良く知
られているように、るつぼからいくらかのシリカが最終
ガラス組成物中へ加えられるであろう。従ってこの開示
中に与えられたすべての組成は、慣用のように、調合物
へ添加された成分含量（調合物組成）に関するが、溶融
シリカるつぼを使用する場合、最終組成物はいくらかの
シリカを含むであろう。この当初の調合物組成からの慣
用の差は、最終ガラス組成と調合物組成との間の他の差
、例えば成分の蒸発等によるものと類似である。本発明
に対しては、調合物組成に含まれる量以上のシリカの追
加量は、典型的には３．５゜３、２．５．　２．　１．
５．　　ｌ、　０．５モル％未満、特に約２モル％未満
（すべてくりこみベースで）であろう。本発明の好まし
い局面においては、調合物組成物へはシリカが添加され
ず、最終組成物はるつぼからのシリカ融解の影響のため
シリカ３モル％未満、特に２または１モル％未満（すべ
て前述のベースで）を含有する。勿論非シリカ含有るつ
ぼを使用する時はこの影響は発生しないであろう。

るつぼからのシリカの寄与は、慣例のように融解温度お
よび融解時間によって変動するであろう。

例えば約２時間の融解時間については、シリカ約２重量
％が石英るつぼから寄与し、精密な量はガラス体積、る
つぼ表面積、ガラス組成、溶融物のかきまぜの程度等の
ような含まれる精密な条件によって決まるであろう。

さらに考究することなく、当業者は以上の記載を用いて
本発明をその全範囲にわたって利用できるものと信じら
れる。従って以下の好ましい特定の実施例は単に例証で
あり、開示の残部の限定ではないと理解すべきである。

以上および以下の実施例において、すべての温度は未補
正の摂氏で与えられ、そして特記しない躍り、すべての
部およびパーセントは重量による。

以前および以後引用する出願、特許および発表のすべて
の全テキストは参照としてここに取入れられる。

実施例 実施例のいくつかは本発明の範囲外の性質を達成するこ
とに注意すべきである。これら実施例はこのため本発明
の性質の達成のため上で論じたいくつかのファクターの
重要性を示し、最も重要なことは、本発明のために規定
した性質を有する本発明の一般的組成範囲内で組成を選
択するためどのように日常的実験を利用し得るかについ
て価値あるガイダンスを提供する。当業者は、これら実
施例の研究において開示した性質の測定に含まれる実験
誤差、例えばに、。°Ｃについて±４％およびαに対し
て±１％を勿論慣例により考慮するであろう。

（以下余白） 以上の実施例は、本発明の一般的にまたは特定的に記載
した反応剤および／または作業条件をもって以上の実施
例に用いたものを置換することによって同様の成功度を
もってくり返すことができる。

以上の説明から、当業者は本発明の必須の特徴を容易に
確かめることができ、そしてその精神および範囲から逸
脱することな（、それを種々の用途および条件に適応さ
せるため種々の変更および修飾を加えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は種々のアルカリ含量における熱膨張係数（ＣＴ
Ｅ）対ＭｇＯ含量の関係を示すグラフ、第２図は表５の
シリーズについてＣＴＥ対ＭｇＯ含量の関係を示すグラ
フ、第３図は種々のアルカリ含量においてに９゜°Ｃ対
ＭｇＯ’含量の関係を示すグラフである。 ・実戻シ汐’４６よりアノし刀り５仁ル０１０ホ第　１
　　１４　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　Ｘ％’ス＠ｉ’Ｊ６０１０そノＩ、　％　７Ｌ７７ソ
人 ０２０モ、ルＯ１，フル刀ソ人 第２図 ・　でじジノ６ＪリフフＷソ５そノ（／’／、ｙｊ・０
　２０Ｅル”１０７Ｌ；ｆ）！ノ人 ６ト　　　　　　　　　　　疋Ｏ・ 補正の内容 手続補正書 平成２年特許廓第１０１５３７号 ２、　発明の名称 高出力レーザーに有用なリン酸塩ガラス３、補正をする
者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　ショット、グラス、チクノロシーズ、インコ
ーホレイテッド ４、代理人 自　　発 ６、補正による増加する請求項の数　　なし７、補正の
対象 １、　　明細書第２１頁第１５行の「２０〜４０°Ｃ」
を［２０〜３００°Ｃ」に訂正する。 ２、　　同第３２頁第１９行のｒ７２５０μ秒」を「〉
２５０μ秒」に訂正する。

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. （１）調合物基準で、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ から実質的になり、 ガラスはＫ＿９＿０℃＞０．８Ｗ／ｍＫおよびα＿２＿
   ０＿−＿３＿０＿０℃＜９０×１０＾−＾７／℃を有し
   、 前記調合物をシリカ含有表面と接触して溶融する時、最
   終ガラス組成物は溶融中そのような接触から誘導される
   追加のシリカの最大約３．５モル％を含有することを特
   徴とする高平均出力レーザー媒質として有用な、高い熱
   伝導率Ｋ＿９＿０℃＞０．８Ｗ／ｍＫ、および低い熱膨
   張係数α＿２＿０＿−＿３＿０＿０℃＜９０×１０＾−
   ＾７／℃を有する低もしくは無シリカリン酸塩ガラス。
2. （２）前記レイジングイオンはランタナイドである第１
   項のガラス。
3. （３）前記レイジングイオンの前記量の一部分を置換す
   る量のＬａ＿２Ｏ＿３をさらに含んでいる第２項のガラ
   ス。
4. （４）前記レイジングイオンはＮｄである第２項のガラ
   ス。
5. （５）調合物基準で、 ▲数式、化学式、表等があります▼ より実質的になる第２項のガラス。
6. （６）調合物基準で、 ▲数式、化学式、表等があります▼ より実質的になる第２項のガラス。
7. （７）調合物基準で、 ▲数式、化学式、表等があります▼ より実質的になる第２項のガラス。
8. （８）Ｋ＿９＿０℃≧０．８５およびα＿２＿０＿−＿
   ３＿０＿０℃＜８５×１０＾−＾７／℃である第５項の
   ガラス。
9. （９）Ｌｉ＿２Ｏの含量が２−１０モル％である第５項
   のガラス。
10. （１０）調合物中に実質上ＳｉＯ＿２を含まない第１項
    または第５項のガラス。
11. （１１）ＳｉＯ＿２を除く、清澄剤またはソラリゼーシ
    ョン阻害剤として有効な他の調合物成分の有効量をさら
    に含んでいる第１項のガラス。
12. （１２）前記定量値に合致しないＫ＿９＿０℃またはα
    ＿２＿０＿−＿３＿０＿０℃を生じない約６モル％未満
    の量のＫ＿２Ｏをさらに含んでいる第５項のガラス。
13. （１３）Ｌｉ＿２Ｏ以外のアルカリ金属酸化物を実質上
    含んでいない第１項または第５項または第１０項のガラ
    ス。
14. （１４）Ｌｉ＿２Ｏ以外のアルカリ金属酸化物を実質含
    まず、そして調合物中にＳｉＯ＿２を実質上含まない第
    ５項のガラス。
15. （１５）前記レイジングイオンがＴｍ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｐ
    ｍ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｅｕ、または
    Ｓｍである第１項のガラス。
16. （１６）前記レイジングイオンへエネルギーを転移する
    のに有効なイオンをさらに含んでいる第１項のガラス。
17. （１７）活性ガラス部品および反射性端壁を有する空胴
    を含んでいる高平均出力レーザーにおいて、前記ガラス
    が第１項のガラスである改良。
18. （１８）前記活性ガラス部品がイオン交換により化学強
    化されている第１７項のレーザー。
19. （１９）調合物基準で、 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ より実質的になり、 ガラスはＫ＿９＿０℃＞０．８Ｗ／ｍＫおよびα＿２＿
    ０＿−＿３＿０＿０℃＜９０×１０＾−＾７／℃を有し
    、 前記調合物をシリカ含有表面と接触して溶融する時、最
    終ガラス組成物は溶融中そのような接触から誘導される
    追加のシリカの最大約３．５モル％を含有することを特
    徴とする高平均出力レーザー媒質として有用な、高い熱
    伝導率Ｋ＿９＿０℃＞０．８Ｗ／ｍＫ、および低い熱膨
    張係数α＿２＿０＿−＿３＿０＿０℃＜９０×１０＾−
    ＾７／℃を有する低もしくは無シリカリン酸塩ガラス。
20. （２０）調合物中にＳｉＯ＿２を実質上含まず、最終ガ
    ラス組成物中に３モル％までのＳｉＯ＿２を含んでいる
    第１項のガラス。
21. （２１）調合物中にＳｉＯ＿２を実質含まず、最終ガラ
    ス組成物中に２モル％までのＳｉＯ＿２を含んでいる第
    １項のガラス。
22. （２２）ＳｉＯ＿２非含有るつぼ中で溶融した第１項の
    ガラス。
23. （２３）調合物中に０−３モル％のＫ＿２Ｏを含み、Ｓ
    ｉＯ＿２を実質上含まない第１項または第１９項のガラ
    ス。
24. （２４）以下の性質： 損傷含有物／ｌ実質上ゼロ 強化可能性≧−４× ヤング率（Ｅ）＜７２×１０＾３Ｎ／ｍｍ＾２ポアソン
    比（ν）＜０．２３０ 断面（σ）＞３．５×１０＾−＾２＾０ｃｍ＾２螢光寿
    命（５％Ｎｄ）＞２５０μ秒 を持っている第１項のガラス。
25. （２５）コアガラスとクラッドガラスよりなる光ファイ
    バーにおいて、クラッドガラスが第１９項のガラスであ
    る改良。
26. （２６）アルカリ金属を含有するリン酸ガラス組成物の
    熱膨張係数を低下させる方法であって、熱膨張係数を低
    下させるのに有効量のＭｇＯを添加することよりなり、
    ＭｇＯ含量の関数としての熱膨張係数の変動は直線的で
    あることを特徴とする前記方法。
27. （２７）熱膨張係数α＿２＿０＿−＿３＿０＿０℃＜９
    ０×１０＾−＾７／℃である第２６項の方法。
28. （２８）高い熱伝導率と、螢光寿命または断面の最適値
    を持っているリン酸塩アルカリガラス組成物を得る方法
    であって、前記ガラス組成物へ熱伝導率の実質上それ以
    上の増加が得られない含量までＭｇＯを加えることと、
    そして所望の低い熱膨張係数を達成し、同時に螢光寿命
    または断面の所望の高い値を達成するために十分に低い
    含量へアルカリ含量を減らすことよりなる前記方法。
29. （２９）Ｋ＿９＿０℃＞０．８Ｗ／ｍＫであり、熱膨張
    係数α＿２＿０＿−＿３＿０＿０℃＞９０×１０＾−＾
    ７／℃であり、σ＞３．５×１０＾−＾２ｃｍ＾２であ
    り、螢光寿命＞２５０μ秒である第２８項の方法。