(57)【要約】      （修正有）【課題】１０５９．７ｎｍより長いピークで大きい開口を形成できるアルミン酸レーザガラス又はケイ酸レーザガラスをリン酸レーザガラスに併用した混合ガラスレーザシステム用のガラスの提供。【解決手段】１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を有するとともに、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、８５０℃未満の低ガラス転移温度Ｔｇ及び４．０未満の低非線形係数ｎ２を維持する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラス又はケイ酸塩系レーザガラス。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物であって、（ｍｏｌ％ベースで）
Ａｌ２Ｏ３                        ０．００〜４０．００
ＣａＯ                          ２０．００〜６５．００
ＢａＯ                              ０．０〜８．００
ＳｉＯ２                            ０．０〜２１．００
Ｂ２Ｏ３                            ０．０〜４０．００
Ｎｄ２Ｏ３                        ０．２５〜４．００
Ｇａ２Ｏ３                        ０．００〜４０．００
ＺｒＯ２                          ０．００〜１０．００
Ｙ２Ｏ３                          ０．００〜１０．００
Ｎｂ２Ｏ５                        ０．００〜１０．００
Ｂｉ２Ｏ３                        ０．００〜１０．００
ＺｎＯ                            ０．００〜１０．００
を含み、
該ガラスが、少なくとも５．０ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３、１．０ｍｏｌ％のＺｒＯ２、０．０５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、１．０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．５ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３、又は０．５ｍｏｌ％のＺｎＯを含有し、
Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３及びＺｎＯの合計が６０ｍｏｌ％以下であり、
該ガラス組成物が、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を示し、
該ガラスが、８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇ及び４．０未満の非線形係数ｎ２を有する、Ｎｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項２】
０．０ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＭ２Ｏ（式中、Ｍ２ＯはＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＣｓ２Ｏの合計である）を含有する、請求項１に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項３】
０．０ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＭ’Ｏ（式中、Ｍ’ＯはＭｇＯ、ＣａＯ及びＳｒＯの合計である）を含有する、請求項１又は２に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項４】
１０．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３を含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項５】
３０．００ｍｏｌ％〜６０．００ｍｏｌ％のＣａＯを含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項６】
２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＢａＯを含有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項７】
５．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項８】
１．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３を含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項９】
０．２５ｍｏｌ％〜３．００ｍｏｌ％のＮｄ２Ｏ３を含有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項１０】
５．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３を含有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項１１】
１．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２を含有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項１２】
０．０５ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３を含有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項１３】
１．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５を含有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項１４】
０．７５ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３を含有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項１５】
０．５０ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｎＯを含有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項１６】
請求項１に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物であって、（ｍｏｌ％ベースで）
Ａｌ２Ｏ３                      １５．００〜４０．００
ＣａＯ                                ４５〜６２．００
ＢａＯ                              ０．０〜５．０
ＳｉＯ２                          ５．００〜１０．００
Ｎｄ２Ｏ３                        ０．２５〜３．００
Ｇａ２Ｏ３                        ０．００〜３５．００
ＺｒＯ２                          ０．００〜８．００
Ｙ２Ｏ３                          ０．００〜８．００
Ｎｂ２Ｏ５                        ０．００〜８．００
Ｂ２Ｏ３                          ０．００〜１０．００
ＺｎＯ                            ０．００〜１０．００
Ｒ２Ｏ３                          ０．００〜５．００
Ｍ２Ｏ                            ０．００〜５．００
Ｍ’Ｏ                            ０．００〜５．００
を含み、
該ガラスが、少なくとも５．０ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３、１．０ｍｏｌ％のＺｒＯ２、０．０５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、１．０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．５ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３、又は０．５ｍｏｌ％のＺｎＯを含有し、
Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３及びＺｎＯの合計が４０ｍｏｌ％以下であり、
Ｒ２Ｏ３がＧｄ２Ｏ３とＬａ２Ｏ３との合計であり、
Ｍ２ＯがＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＣｓ２Ｏの合計であり、
Ｍ’ＯがＭｇＯ、ＣａＯ及びＳｒＯの合計であり、
該ガラス組成物が、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）、及び、
８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇ、及び、
４．０未満の非線形係数ｎ２を示す、請求項１に記載のＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物。
【請求項１７】
Ｎｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物であって、（ｍｏｌ％ベースで）
ＳｉＯ２                        ４０．００〜７５．００
Ｎａ２Ｏ                        １０．００〜３５．００
Ｂ２Ｏ３                          ０．００〜２０．００
Ｎｄ２Ｏ３                        ０．２５〜４．００
Ｓｂ２Ｏ３                        ０．００〜１．００
ＺｒＯ２                          ０．００〜２０．００
Ｎｂ２Ｏ５                        ０．００〜２０．００
Ｔａ２Ｏ５                        ０．００〜１５．００
Ｙ２Ｏ３                          ０．００〜２０．００
Ｌａ２Ｏ３                        ０．００〜２０．００
を含み、
該ガラスが、少なくとも１．０ｍｏｌ％のＺｒＯ２、１．０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．５ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、０．０５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３又は０．５ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３を含有し、
該ガラスが、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を示し、
該ガラスが、８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇ及び４．０未満の非線形係数ｎ２を有する、Ｎｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物。
【請求項１８】
１５．００ｍｏｌ％〜３５．００ｍｏｌ％のＮａ２Ｏを含有する、請求項１７に記載のＮｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物。
【請求項１９】
１．００ｍｏｌ％〜１８．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３を含有する、請求項１７又は１８に記載のＮｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物。
【請求項２０】
１．００ｍｏｌ％〜４．００ｍｏｌ％のＮｄ２Ｏ３を含有する、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物。
【請求項２１】
１．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２を含有する、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物。
【請求項２２】
１．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５を含有する、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物。
【請求項２３】
０．５０ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５を含有する、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物。
【請求項２４】
０．５０ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３を含有する、請求項１７〜２３のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物。
【請求項２５】
０．５０ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３を含有する、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載のＮｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物。
【請求項２６】
請求項１７に記載のＮｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物であって、（ｍｏｌ％ベースで）
ＳｉＯ２                        ５０．００〜７２．００
Ｎａ２Ｏ                        １０．００〜２２．００
Ｂ２Ｏ３                          ４．００〜２０．００
Ｎｄ２Ｏ３                        ０．２５〜５．００
Ｓｂ２Ｏ３                        ０．０５〜１．００
を含み、
該ガラスが、少なくとも１．０ｍｏｌ％のＺｒＯ２、１．０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．５ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、０．０５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３又は０．５ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３を含有し、
該ガラスが、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を示し、
該ガラスが、８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇ及び４．０未満の非線形係数ｎ２を有する、請求項１７に記載のＮｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物。
【請求項２７】
Ｎｄでドープされたリン酸ガラスとＮｄでドープされた別のガラスとを固体利得媒質及び励起源として有する固体混合ガラスレーザシステムであって、該Ｎｄでドープされた別のリン酸ガラスが請求項１〜２６のいずれか一項に記載の組成物を含むガラスである、固体混合ガラスレーザシステム。
【請求項２８】
システムの出力が１パルス当たり少なくとも１ペタワット以上である、請求項２７に記載のレーザシステム。
【請求項２９】
請求項２７又は２８に記載のレーザシステムの固体利得媒質をフラッシュランプにより励起させるか又はダイオードにより励起させることを含む、レーザビームパルスを発生させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体レーザアプリケーション、とりわけ短パルス高ピークパワー（high peak power：高強度）レーザアプリケーションに使用されるガラスに関する。とりわけ、本発明は、アルミン酸レーザガラス又はケイ酸レーザガラスをリン酸レーザガラスと併用した混合ガラスレーザシステム用のガラスに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、（ａ）Ｎｄでドープされたアルミン酸ガラス又はケイ酸ガラスが１０６０ｎｍを超える（とりわけ、Ｎｄでドープされたアルミン酸ガラスについては１０６７ｎｍを超える）波長にピーク発光を有し、（ｂ）Ｎｄでドープされたアルミン酸ガラス又はケイ酸ガラスが広い発光断面積を有し、及び／又は（ｃ）Ｎｄでドープされたアルミン酸ガラス又はケイ酸ガラスが、広い発光帯域幅を有するとともに、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、低いガラス転移温度Ｔｇ、高い発光断面積及び低い非線形係数(nonlinear index)ｎ２を維持する、混合ガラスレーザシステムにおける使用に適するＮｄでドープされたアルミン酸ガラス又はケイ酸ガラスに関する。加えて、本発明は、発光帯域幅のピーク発光波長を、より長い波長、例えば、Ｎｄでドープされたケイ酸ガラスについては１０６０ｎｍを超える波長、又はＮｄでドープされたアルミン酸ガラスについては１０６７ｎｍを超える波長へとシフトさせ、及び／又は、Ｎｄでドープされたアルミン酸ガラス又はケイ酸ガラスに関する発光断面積を増大させ、及び／又は発光帯域幅を広げるとともに、ガラスを商業用途に適するものとする特性も維持する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
固体レーザにおける一般的な傾向の一つとしては、より短いパルス長の高エネルギーレーザを発生させることであり、これによりパルスのパワーが極めて高い数値となる。例えば、１０ナノ秒のパルス長での１０キロジュールのレーザは、１ＴＷ（１ＴＷ＝１０ナノ秒当たり１００００Ｊ）のパワーである。非特許文献１に、より短いパルス長の高エネルギーレーザの使用傾向が記載されている。
【０００４】
現在のペタワットレーザシステム及び超短パルスレーザ（例えば１ピコ秒以下の持続時間を有する光パルスを発生するレーザ）並びに将来のエクサワットレーザシステム等の高パワー短パルスのレーザアプリケーションでは、固体レーザ媒質（solid-state laser medium）が広い発光帯域幅を有することが望ましい。例えば、非特許文献２に記載されている、Ｔｉでドープされたサファイア結晶を使用するＨｅｒｃｕｌｅｓレーザを参照されたい。短パルスを利用するレーザシステムを設計する上で重要な要素は、レーザ遷移のために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。
【０００５】
モード同期レーザでは、フーリエの定理から、パルス幅が狭いほど、パルスを発生させるのに必要とされる利得帯域幅が大きくなるため、変換が制限されるという結果が既知である。レーザ媒質の不均一に広がった線幅では、パルスの強度がガウス関数に従う場合、得られるモード同期パルスは、帯域幅×パルス持続時間≧０．４４の発光帯域幅／パルス持続時間関係を有するガウス形状を有すると考えられる。非特許文献３を参照されたい。より短いパルス持続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必要があることは明らかである。
【０００６】
利得材料中の活性イオンによる光子の吸収及び発光は吸収断面積及び発光断面積に比例する。ここでの断面積は、反転分布密度毎の単位長当たりの利得を表すものである。レーザ作動中、大きい断面積は、励起及び誘導発光中において任意の所与の転移を飽和させるのに必要とされる光子が少ないことを意味する。それ故、大きい断面積は、利得材料における吸収及び発光の可能性を向上させて、より良好な光学損失許容度によるより高い効率をもたらす上で有益である。
【０００７】
チタン−サファイア［Ｔｉ：サファイア、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３］結晶は、広い発光帯域幅、及び広い発光領域にわたる大きいレーザ断面積を有する。サファイア結晶の優れた熱特性、物理特性及び光学特性と併せて、これらの特性は、チタン−サファイア結晶を、活性な固体超短パルスレーザに最適な利得材料とする。Ｆｕｅｃｈｔｂａｕｅｒ−Ｌａｄｅｎｂｕｒｇ式に従って、発光断面積、発光帯域幅及び放射寿命の積は所与の発光イオンに対しておよそ一定でなければならない。よって、大きい断面積及び大きい発光帯域幅は短い寿命を必然的に伴う。その短い蛍光寿命のために、他のレーザでＴｉ：サファイアを励起させる必要性を要する（例えば、Ｔｉでドープされたサファイア短パルスレーザは、フラッシュランプで更に励起されるＮｄでドープされたガラスレーザによって励起されることが多い）。これは、とりわけエクサワット又は高ペタワットピークパワーまで拡大させようとする場合に、レーザの全体構造及び複雑性を増大させる。その上、結晶材料であるため、要求される光学品質を有するＴｉ：サファイア材料の大きな開口を形成することが困難であるとともに費用がかかる。
【０００８】
短パルスレーザにかかる別の設計は、希土類でドープされたガラスを利用するものである。結晶に優るかかるガラスの利点としては、（高い光学品質のガラスを大きいサイズで製造することができるのに対し、Ｔｉでドープされたサファイアのサイズは制限されるため）より低いコスト及びより高い利用可能エネルギーが挙げられる。加えて、フラッシュランプによってガラスの利得材料を直接励起することができるため、より単純な設計を実現することができる。Ｔｉ：サファイア結晶を用いたレーザとは異なり、このガラスによるアプローチでは初めに励起レーザを構築する必要がない。
【０００９】
レーザガラスは、ホストガラス系を、レーザ発振能力を有する希土類元素、例えばネオジム、イッテルビウム及びエルビウムでドープすることによって製造される。これらの希土類でドープされたレーザガラスのレーザ発振能力は、ガラス中の励起した希土類元素イオンの誘導放出による光増幅に起因する。
【００１０】
ガラスは、高平均パワーレーザシステムに必要な大きな開口をもたらす希土類イオンに適するホストマトリックスとしての実績がある。適切な加工条件下で製造される場合、これは特に、大量に製造することができかつ白金粒子を含まないようにし得るリン酸ガラスに該当する。
【００１１】
リン酸ガラスに加えて、亜テルル酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、ホウケイ酸塩、及びアルミン酸塩も、レーザ発振イオンのホストガラスマトリックス系として使用されている。ケイ酸ガラス、ホウ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、及びアルミン酸ガラスは、リン酸ガラスに比べて、Ｎｄレーザ発振イオンに関するより広い発光帯域幅を有する。
【００１２】
しかしながら、これらのガラスの使用に関連する欠点が存在している。例えば、ケイ酸ガラスは、アルカリ金属又はアルカリ土類金属等の改質剤を相当量含有しない限り、通常極めて高い温度で溶融する。他方、ホウ酸ガラスは、低温溶融特徴を有するものの、実質的に高い濃度のアルカリ金属又はアルカリ土類金属を要する。ホウケイ酸ガラスは、周囲温度で耐久性があり得る上、ソーダ石灰ガラス等の標準的な市販のガラスと同程度の温度で溶融する。しかしながら、典型的な市販のホウケイ酸ガラスは、リン酸ガラスと同様に溶融中にホウ酸塩の高揮発性を促す、相当量のアルカリ金属を含有する。アルミン酸ガラスは、特に広い発光帯域幅を示し、短パルスレーザ操作にとって魅力的なものである。しかし、これらのガラスは記録によると結晶化傾向が非常に高く、大規模製造への拡大が極めて困難である。
【００１３】
残念ながら、ガラスホストにおいて達成することができる発光帯域幅は典型的に、Ｔｉ：サファイア結晶において実現可能であるものよりも何倍も小さい。超短パルス（１００フェムト秒パルス以下）を使用する高ピークパワーレーザでは、既知のリン酸レーザ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。この制限を克服するために、いわゆる「混合」レーザガラスを使用して、現在利用可能な最高ピークパワーを作り出す稼動中のペタワットレーザシステムにかかる総帯域幅要件を達成させる。このペタワットレーザの設計は非特許文献４に示されている。レーザ設計を図１に示す一方で、図２にはピーク波長がシフトしたガラスを使用することによって達成される帯域幅が示される。これらの混合レーザガラス設計では、リン酸ガラス及びケイ酸ガラスを連続して使用することで、現行のペタワットレーザシステムに必要な総帯域幅が達成される。
【００１４】
しかしながら、この混合レーザガラス設計は、高エネルギー及び短パルスを発生させることができる小型のペタワットシステム及び将来のエクサワットシステムにとっては依然不十分なものである。十分大きい開口を有する混合ガラス増幅器は、将来、極めて高いピークパワー（１００ペタワット〜１０００ペタワット）及び極めて短いパルス（５０ｆｓ〜１００ｆｓ）を発生させるような１つの道筋になると予想される。
【００１５】
それ故、混合ガラス増幅器は、将来、高ピークパワーで短パルスかつ数ペタワット及びエクサワットのレーザシステムに使用される１つの技術になると予想される。これらのシステムでは、各々レーザ発振イオン、好ましくはＮｄ３＋イオンでドープされる２つのガラスが、連続して使用される。しかしながら、２つのガラスは、この技術を実現可能にするために、全く異なるピーク発光波長をもたらす必要があると考えられる。連続するガラスの一方はＮｄ３＋等のレーザ発振イオンに可能な限り短い発光ピークを必要とすると考えられ、他方は同じレーザ発振イオンに可能な限り長い発光ピークを必要とすると考えられる。全ての他の特性は、最良のレーザ性能に最適化されるものとする。概して、混合ガラス増幅器においてより短い発光ピークにはＮｄでドープされたリン酸ガラスが使用され、より高い発光ピークにはＮｄでドープされたケイ酸ガラス又はアルミン酸ガラスが使用される。
【００１６】
商業上最も入手可能な、大きな開口の、白金を含まないＮｄでドープされたリン酸レーザガラスは、およそ１０５４ｎｍのピーク波長を有する。商業上入手可能な、大きな開口の、白金を含まないＮｄでドープされたリン酸ガラスに関する現在利用可能な最短のピーク波長は、１０５２．７ｎｍである。一方、ガラスの商業上利用可能な最長のピーク波長は１０５９．７ｎｍであり、これはＮｄでドープされたケイ酸ガラスである。本件出願人の知る限りでは、Ｎｄでドープされたアルミン酸レーザガラスは現在市販されていない。
【００１７】
それ故、高パワー短パルスレーザシステムでは、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長及び１０５２．７ｎｍより短いピーク発光波長を有する、大きい開口を形成することができる希土類でドープされた（好ましくはＮｄでドープされた）レーザガラスに対する需要が存在している。
【００１８】
文献には、上述のピークよりも短いピーク波長及び長いピーク波長を示すガラスが載っている。大半が、Ｔｉ又はＴａが大量に添加されたケイ酸ガラスである。これらの元素は両方とも好ましくない大きい非線形屈折率をもたらすが、所望のピーク波長及び／又は帯域幅を得るのに必要とされる。レーザアプリケーションでこれまでに知られている唯一のアルミン酸ガラスであるＬ−６５は、０．５％のＮｄ２Ｏ３ドーピングを伴って、５２％のＣａＯ、３２％のＡｌ２Ｏ３、５％のＢａＯ及び１０．５％のＳｉＯ２を含有する。そのピークは１０６７ｎｍである。しかしながら、このガラスは、十分に安定でなく、また高均質性のＰｔを含まない大規模製造には高すぎる融点を有する。
【００１９】
多くのレーザガラスは、手引書である非特許文献５に記載されている。ここに記載されているガラスのうち、最長ピーク波長を有するガラスは、９０１６と称される、０．４８ｗｔ％のＮｄ２Ｏ３でドープされた溶融石英（ＣＶＤ成長ＳｉＯ２）ガラスである。このガラスは１０８８ｎｍにピーク波長を有する。しかしながら、ガラス９０１６のレーザ特性は、芳しくなく、例えば、約１．４×１０−２０ｃｍ２という小さい発光断面積を有する。
【００２０】
溶融特性の観点から、ガラスを大規模で製造するために、ガラスは、８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇを有することが好ましい。レーザ特性に関して、ガラスを商用使用に適したものとするために、ガラスは、１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積を有することが好ましく、また４．０未満の非線形係数ｎ２を有することが好ましい。
【００２１】
加えて、高パワー短パルスレーザシステムでは、広発光帯域幅及び／又は高発光断面積を示すとともに、少なくとも１０５９．７ｎｍ、好ましくは１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長も達成する、大きい開口を形成することができる希土類でドープされた（好ましくはＮｄでドープされた）レーザガラスに対する需要が存在している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２２】
【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
【非特許文献３】W. Koechner, Solid State Laser Engineering, 6ed, Springer Science, 2005 (pg 540)
【非特許文献４】E. Gaul, M. Martinez, J. Blakeney, A. Jochmann, M. Ringuette, D. Hammond, T. Borger, R. Escamilla, S. Douglas, W. Henderson, G. Dyer, A. Erlandson, R. Cross, J. Caird, C. Ebbers, and T. Ditmire, "Demonstration of a 1.1 petawatt laser based on a hybrid optical parametric chirped pulse amplification/mixed Nd:glass amplifier," Appl. Opt. 49, 1676-1681 (2010)
【非特許文献５】S.E. Stokowski et al., Nd-doped Laser Glass Spectroscopic and Physical Properties, Lawrence Livermore National Laboratory, University of California, 1981
【発明の概要】
【００２３】
本発明の一つの観点は、１０５９．７ｎｍより長い、例えば、１０６２ｎｍ以上、好ましくは少なくとも１０６５ｎｍ以上、特に少なくとも１０６８ｎｍ以上のピーク発光波長を有するとともに、好ましくは、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、低ガラス転移温度Ｔｇ、高発光断面積及び低非線形係数ｎ２を維持する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラス又はケイ酸塩系レーザガラスを提供することである。
【００２４】
本発明の別の観点は、１０５９．７ｎｍより長い、例えば、１０６２ｎｍ以上、好ましくは少なくとも１０６５ｎｍ以上、特に少なくとも１０６８ｎｍ以上のピーク発光波長を有するとともに、好ましくは、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、低ガラス転移温度Ｔｇ、高発光断面積及び低非線形係数ｎ２を維持する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラスを提供することである。
【００２５】
本発明の別の観点は、１０５９．７ｎｍより長い、例えば、１０６２ｎｍ以上、好ましくは少なくとも１０６５ｎｍ以上、特に少なくとも１０６８ｎｍ以上のピーク発光波長を有するとともに、好ましくは、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、低ガラス転移温度Ｔｇ、高発光断面積及び低非線形係数ｎ２を維持する、Ｎｄでドープされたケイ酸塩系レーザガラスを提供することである。
【００２６】
本発明の更なる観点は、１．５×１０−２０ｃｍ２以上、例えば、１．６×１０−２０ｃｍ２以上、好ましくは少なくとも１．８×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）を有するとともに、好ましくは１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長も達成し、同時に、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、低ガラス転移温度Ｔｇ及び低非線形係数ｎ２を維持する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラス又はケイ酸塩系レーザガラスを提供することである。
【００２７】
本発明の更なる観点は、１．５×１０−２０ｃｍ２以上、例えば、１．６×１０−２０ｃｍ２以上、好ましくは少なくとも１．８×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）を有するとともに、好ましくは１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長も達成し、同時に、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、低ガラス転移温度Ｔｇ及び低非線形係数ｎ２を維持する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラスを提供することである。
【００２８】
本発明の更なる観点は、１．５×１０−２０ｃｍ２以上、例えば、１．６×１０−２０ｃｍ２以上、好ましくは少なくとも１．８×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）を有するとともに、好ましくは１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長も達成し、同時に、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、低ガラス転移温度Ｔｇ及び低非線形係数ｎ２を維持する、Ｎｄでドープされたケイ酸塩系レーザガラスを提供することである。
【００２９】
本発明の別の観点は、２８ｎｍ以上、例えば、３０ｎｍ以上、好ましくは少なくとも３５ｎｍ以上、特に少なくとも４０ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を有するとともに、好ましくは、少なくとも１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長も達成し、同時に、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、低ガラス転移温度Ｔｇ及び低非線形係数ｎ２を維持する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラス又はケイ酸塩系レーザガラスを提供することである。
【００３０】
本発明の別の観点は、２８ｎｍ以上、例えば、３０ｎｍ以上、好ましくは少なくとも３５ｎｍ以上、特に少なくとも４０ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を有するとともに、好ましくは、少なくとも１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長も達成し、同時に、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、低ガラス転移温度Ｔｇ及び低非線形係数ｎ２を維持する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラスを提供することである。
【００３１】
本発明の別の観点は、２８ｎｍ以上、例えば、３０ｎｍ以上、好ましくは少なくとも３５ｎｍ以上、特に少なくとも４０ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を有するとともに、好ましくは、少なくとも１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長も達成し、同時に、ガラスを商業用途に適するものとする特性、例えば、低ガラス転移温度Ｔｇ及び低非線形係数ｎ２を維持する、Ｎｄでドープされたケイ酸塩系レーザガラスを提供することである。
【００３２】
本発明の別の観点によれば、混合ガラス配列及び位相補償（phase compensation）を使用し、混合ガラス系のガラスの１つが、１０５９．７ｎｍより長い、例えば、少なくとも２ｎｍ長い、好ましくは少なくとも５ｎｍ長い、特に少なくとも８ｎｍ以上長いピーク発光波長を有する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラス又はケイ酸塩系レーザガラスである、レーザシステムが提供される。
【００３３】
本発明の別の観点によれば、混合ガラス配列及び位相補償を使用し、混合ガラス系のガラスの１つが、１０５９．７ｎｍより長い、例えば、１０６２ｎｍ以上のピーク発光波長を有する、Ｎｄでドープされたケイ酸塩系レーザガラスである、レーザシステムが提供される。
【００３４】
本発明の別の観点によれば、混合ガラス配列及び位相補償を使用し、混合ガラス系のガラスの１つが、１．５×１０−２０ｃｍ２以上、例えば、１．６×１０−２０ｃｍ２以上、好ましくは少なくとも１．８×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長を有する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラス又はケイ酸塩系レーザガラスである、レーザシステムが提供される。
【００３５】
本発明の別の観点によれば、混合ガラス配列及び位相補償を使用し、混合ガラス系のガラスの１つが、２８ｎｍ以上、例えば、３０ｎｍ以上、好ましくは少なくとも３５ｎｍ以上、特に少なくとも４０ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）、及び１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長を有する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラス又はケイ酸塩系レーザガラスである、レーザシステムが提供される。
【００３６】
本発明の別の観点によれば、システムの出力が１パルス当たり少なくとも１ペタワット以上であり、システムが混合ガラス配置及び位相補償を使用し、混合ガラス系のガラスの１つが、１０５９．７ｎｍより長い、例えば、少なくとも２ｎｍ長い、好ましくは少なくとも５ｎｍ長い、特に少なくとも８ｎｍ以上長いピーク発光波長を有する、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラス又はケイ酸塩系レーザガラスである、レーザシステムが提供される。
【００３７】
本発明の別の観点によれば、Ｎｄでドープされたアルミン酸塩系レーザガラス又はケイ酸塩系レーザガラスのピーク発光波長を、少なくとも２ｎｍ、好ましくは少なくとも５ｎｍ、とりわけ少なくとも８ｎｍ増大させる方法が提供される。例えば、本方法は、Ｎｄでドープされたレーザガラスのピーク発光波長を、約１０６０ｎｍの平均波長から、約１０６０ｎｍより大きい、例えば、１０６２ｎｍ以上、好ましくは１０６５ｎｍ以上、とりわけ１０６８ｎｍ以上の波長へと増大させる。
【００３８】
本発明の更なる観点によれば、上述のアルミン酸塩系ガラスは、例えば、Ａｌ２Ｏ３の代わりにＺｎＯ及び／又はＢ２Ｏ３に一部置換することによって、ＺｎＯ及び／又はＢ２Ｏ３を更に含有する。この置換によって、アルミン酸塩系ガラスの溶融温度が下がり、大規模製造のために製造プロセスを拡大させる性能が大いに助長される。
【００３９】
本発明の更なる観点によれば、上述のアルミン酸塩系ガラスはＹ２Ｏ３を更に含有する。酸化イットリウムは、アルミン酸塩系ガラスの失透傾向を低減させるだけでなく、より高い波長へのピーク発光波長のシフトも促す。
【００４０】
また、米国特許第５，５２６，３６９号に記載されているように、現行の技術水準の高エネルギーレーザシステムの設計において、活性レーザ媒質として使用されるガラス組成物の一種は、接着剤によって、活性レーザガラスから製作されるスラブ又はディスクの端面に取り付けられるクラッディングガラスとして使用することができる。クラッディングガラス組成物は一般に、レーザ発振種をガラスに含めないことを除き、レーザ発振ガラスと同じものである（例えば、米国特許第４，２１７，３８２号に記載されている非ドープレーザファイバクラッディングガラスを参照されたい）。加えて、レーザ発振種は省いてもよく、代わりに、ドープレーザガラスクラッディングとして使用されるガラスに光フィルタリング特徴をもたらす１つ又は複数の金属種、例えばＣｕ又はＳｍで、ガラスをドープする。それ故、本発明の別の観点は、レーザ発振イオンを含めずに、酸化銅及び／又は酸化サマリウムで任意にドープすることを除き、レーザガラスと同じ組成を有するクラッディングガラスである。
【００４１】
本明細書及び添付の特許請求の範囲を更に検討することにより、本発明の更なる観点及び利点が当業者には明らかとなるであろう。
【００４２】
これらの観点は、或る特定の金属酸化物をアルミン酸塩系ガラスホスト系又はケイ酸塩系ガラスホスト系に組み込み、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を達成させるとともに、ガラスを商業用途に適するものとする他のレーザ特性及び物理特性を維持することによって実現される。
【００４３】
本発明の一実施形態によれば、ベースガラス組成物が、（ｍｏｌ％ベースで）
Ａｌ２Ｏ３                      １０．００〜４５．００
ＣａＯ                          ２０．００〜６５．００
ＢａＯ                              ０．０〜１５．０
ＳｉＯ２                            ０．０〜２５．００
Ｂ２Ｏ３                            ０．０〜４０．００
Ｎｄ２Ｏ３                        ０．２５〜４．００
を含み、
ベースガラスが、Ａｌ２Ｏ３に対するＣａＯの１．５〜２．５のモル比、及び０．５〜３．０の範囲内のＭＯ／Ｒ２Ｏ３（この場合、ＭＯはＢａＯ＋ＣａＯの合計であり、Ｒ２Ｏ３はＡｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３の合計である）のモル比を有し、
ベースガラスが、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を達成する、Ｇａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３及び／又はＺｎＯの量を含有するように改変され、
得られるガラスが、８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇ及び４．０未満の非線形係数ｎ２を有する、Ｎｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物が提供される。
【００４４】
概して、ベースガラスは、ＣａＯ及び／又はＡｌ２Ｏ３の割合の一部を、Ｇａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３及び／又はＺｎＯで置き換えるように変更される。個々の金属酸化物に関して、得られるガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３、０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、及び／又は０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｎＯを含有することができる。さらに、ガラスは、少なくとも５．０ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３、１．０ｍｏｌ％のＺｒＯ２、０．０５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、１．０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、１．０ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は０．５ｍｏｌ％のＺｎＯを含有し、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３及びＺｎＯの合計が４０ｍｏｌ％以下である。
【００４５】
このため、本発明の一実施形態によれば、（ｍｏｌ％ベースで）
Ａｌ２Ｏ３                        ０．００〜４０．００
ＣａＯ                          ２０．００〜６５．００
ＢａＯ                              ０．０〜８．００
ＳｉＯ２                            ０．０〜２１．００
Ｂ２Ｏ３                            ０．０〜４０．００
Ｎｄ２Ｏ３                        ０．２５〜４．００
Ｇａ２Ｏ３                        ０．００〜４０．００
ＺｒＯ２                          ０．００〜１０．００
Ｙ２Ｏ３                          ０．００〜１０．００
Ｎｂ２Ｏ５                        ０．００〜１０．００
Ｂｉ２Ｏ３                        ０．００〜１０．００
ＺｎＯ                            ０．００〜１０．００
を含み、
ガラスが、少なくとも５．０ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３、１．０ｍｏｌ％のＺｒＯ２、０．０５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、１．０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．５ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３、又は０．５ｍｏｌ％のＺｎＯを含有し、
Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３及びＺｎＯの合計が６０ｍｏｌ％以下であり、
ガラス組成物が、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を示し、
ガラスが、８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇ及び４．０未満の非線形係数ｎ２を有する、Ｎｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物が提供される。
【００４６】
加えて、本発明に係るＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物は、０．０ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％のＲ’２Ｏ３（式中、Ｒ’２Ｏ３はＧｄ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３の合計である）を更に含有し得る。
【００４７】
さらに、本発明に係るＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物は、０．０ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＭ２Ｏ（式中、Ｍ２ＯはＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＣｓ２Ｏの合計である）を含有し得る。
【００４８】
さらに、本発明に係るＮｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物が、０．０ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＭ’Ｏ（式中、Ｍ’ＯはＭｇＯ、ＣａＯ及びＳｒＯの合計である）を含有し得る。
【００４９】
本発明の別の実施形態によれば、Ｎｄでドープされたアルミン酸ガラス組成物が、（ｍｏｌ％ベースで）
Ａｌ２Ｏ３                      １５．００〜４０．００
ＣａＯ                                ４５〜６２．００
ＢａＯ                              ０．０〜５．０
ＳｉＯ２                          ５．００〜１０．００
Ｎｄ２Ｏ３                        ０．２５〜３．００
Ｇａ２Ｏ３                        ０．００〜３５．００
ＺｒＯ２                          ０．００〜８．００
Ｙ２Ｏ３                          ０．００〜８．００
Ｎｂ２Ｏ５                        ０．００〜８．００
Ｂ２Ｏ３                          ０．００〜１０．００
ＺｎＯ                            ０．００〜１０．００
Ｒ２Ｏ３                          ０．００〜５．００
Ｍ２Ｏ                            ０．００〜５．００
Ｍ’Ｏ                            ０．００〜５．００
を含み、
ガラスが、少なくとも５．０ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３、１．０ｍｏｌ％のＺｒＯ２、０．０５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、１．０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．５ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３、又は０．５ｍｏｌ％のＺｎＯを含有し、
Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３及びＺｎＯの合計が４０ｍｏｌ以下であり、
Ｒ２Ｏ３がＧｄ２Ｏ３とＬａ２Ｏ３との合計であり、
Ｍ２ＯがＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ及びＣｓ２Ｏの合計であり、
Ｍ’ＯがＭｇＯ、ＣａＯ及びＳｒＯの合計であり、
ガラス組成物が、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）、及び、
８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇ、及び、
４．０未満の非線形係数ｎ２を示す。
【００５０】
本発明の別の実施形態によれば、ベースガラス組成物が、（ｍｏｌ％ベースで）
ＳｉＯ２                          ４０．００〜７５．００
Ｎａ２Ｏ                          １０．００〜３５．００
Ｂ２Ｏ３                            ０．００〜２０．００
Ｎｄ２Ｏ３                          ０．２５〜４．００
Ｓｂ２Ｏ３                          ０．００〜１．００
を含み、
ベースガラス中におけるＳｉＯ２とＮａ２Ｏとの量の合計が少なくとも８４．５ｍｏｌ％であり、
ベースガラスが、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を達成する、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３及び／又はＬａ２Ｏ３の量を含有するように改変され、
得られるガラスが、８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇ及び４．０未満の非線形係数ｎ２を有する、Ｎｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物が提供される。
【００５１】
概して、ベースガラスは、ＳｉＯ２及び／又はＮａ２Ｏの割合の一部を、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３及び／又はＬａ２Ｏ３で置き換えるように改変される。個々の金属酸化物に関して、得られるガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、０．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．００ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、０．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、及び／又は０．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３を含有することができる。さらに、ガラスは、少なくとも１．０ｍｏｌ％のＺｒＯ２、１．０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．５ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、０．０５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は０．５ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３を含有する。
【００５２】
このため、本発明の一実施形態によれば、（ｍｏｌ％ベースで）
ＳｉＯ２                        ４０．００〜７５．００
Ｎａ２Ｏ                        １０．００〜３５．００
Ｂ２Ｏ３                          ０．００〜２０．００
Ｎｄ２Ｏ３                        ０．２５〜４．００
Ｓｂ２Ｏ３                        ０．００〜１．００
ＺｒＯ２                          ０．００〜２０．００
Ｎｂ２Ｏ５                        ０．００〜２０．００
Ｔａ２Ｏ５                        ０．００〜１５．００
Ｙ２Ｏ３                          ０．００〜２０．００
Ｌａ２Ｏ３                        ０．００〜２０．００
を含み、
ガラスが、少なくとも１．０ｍｏｌ％のＺｒＯ２、１．０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．５ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、０．０５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３又は０．５ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３を含有し、
ガラスが、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を示し、
ガラスが、８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇ及び４．０未満の非線形係数ｎ２を有する、Ｎｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物が提供される。
【００５３】
本発明の別の実施の形態によれば、Ｎｄでドープされたケイ酸ナトリウムガラス組成物が（ｍｏｌ％ベースで）
ＳｉＯ２                        ５０．００〜７２．００
Ｎａ２Ｏ                        １０．００〜２２．００
Ｂ２Ｏ３                          ４．００〜２０．００
Ｎｄ２Ｏ３                        ０．２５〜５．００
Ｓｂ２Ｏ３                        ０．０５〜１．００
を含み、
ガラスが、少なくとも１．０ｍｏｌ％のＺｒＯ２、１．０ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、０．５ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、０．０５ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３又は０．５ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３を含有し、
ガラスが、１０５９．７ｎｍより長いピーク発光波長、及び／又は１．５×１０−２０ｃｍ２以上の発光断面積（σｅｍ）、及び／又は２５ｎｍ以上の発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を示し、
ガラスが、８５０℃未満のガラス転移温度Ｔｇ及び４．０未満の非線形係数ｎ２を有する。
【００５４】
本明細書中に記載される範囲に関して、範囲は全て、範囲の少なくとも２つのエンドポイント、及び２つのエンドポイント間のあらゆる集団を含む。それ故、例えば、１〜１０の範囲は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９及び１０の値を明示的に含むものとする。
【００５５】
アルミン酸塩系ガラス組成物中において、Ａｌ２Ｏ３は主要な網目形成剤として機能する。それ故、別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３、例えば、１０．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３、例えば、２０．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３、又は２７．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３、又は２７．００ｍｏｌ％〜３５．００ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３、又は２７．００ｍｏｌ％〜３２．００ｍｏｌ％のＡｌ２Ｏ３を含有する。
【００５６】
アルミン酸ガラス組成物中において、包括的にＣａＯは、Ａｌ２Ｏ３とともに作用してガラスを形成する中間ガラス形成剤として機能する。それ故、別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物は、２０．００ｍｏｌ％〜６５．００ｍｏｌ％のＣａＯ、例えば、３０．００ｍｏｌ％〜６０．００ｍｏｌ％のＣａＯ、又は３５．００ｍｏｌ％〜５５．００ｍｏｌ％のＣａＯ、又は４０．００ｍｏｌ％〜５５．００ｍｏｌ％のＣａＯ、又は４５．００ｍｏｌ％〜５５．００ｍｏｌ％のＣａＯを含有する。
【００５７】
別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＢａＯ、例えば、２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＢａＯ、又は３．００ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＢａＯ、又は４．００ｍｏｌ％〜６．００ｍｏｌ％のＢａＯを含有する。このガラス組成物中において、ＢａＯは包括的にガラス修飾剤としても作用する。
【００５８】
アルミン酸ガラス組成物中において、ＳｉＯ２は包括的に網目形成助剤として作用する。それ故、別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物が、０．００ｍｏｌ％〜２１．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、例えば、５．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、又は５．００ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、又は８．００ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、又は８．００ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含有する。
【００５９】
別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物が、０．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、例えば、１．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜３５．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜３０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜２５．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は１．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は３．００ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３を含有する。
【００６０】
Ｎｄ２Ｏ３はガラス組成物にレーザ発振イオンをもたらす。本発明の別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物が、０．２５ｍｏｌ％〜４．００ｍｏｌ％のＮｄ２Ｏ３、例えば、０．２５ｍｏｌ％〜３．００ｍｏｌ％のＮｄ２Ｏ３、又は０．２５ｍｏｌ％〜２．００ｍｏｌ％のＮｄ２Ｏ３、又は０．２５ｍｏｌ％〜１．００ｍｏｌ％のＮｄ２Ｏ３を含有する。
【００６１】
別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３、例えば、５．００ｍｏｌ％〜４０．００ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜３５．００ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３、又は５．００ｍｏｌ％〜３５．００ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３、又は１０．００ｍｏｌ％〜３５．００ｍｏｌ％のＧａ２Ｏ３を含有する。
【００６２】
別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、例えば、１．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、又は０．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、又は２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、又は３．００ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２を含有する。
【００６３】
別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、例えば、０．０５ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は２．００ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３を含有する。
【００６４】
別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、例えば、１．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は０．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は３．００ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５を含有する。
【００６５】
別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物は、０．５０ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３、例えば、０．７５ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３、又は０．７５ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３、又は０．７５ｍｏｌ％〜６．００ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３、又は０．７５ｍｏｌ％〜５．００ｍｏｌ％のＢｉ２Ｏ３を含有する。
【００６６】
別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｎＯ、例えば、０．５０ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｎＯ、又は１．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｎＯ、又は３．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｎＯ、又は５．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｎＯを含有する。
【００６７】
別の観点によれば、本発明に係るケイ酸ナトリウムガラス組成物は、例えば、４０．００ｍｏｌ％〜７２．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、例えば、４０．００ｍｏｌ％〜７０．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、又は４５．００ｍｏｌ％〜６５．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、又４５．００ｍｏｌ％〜６０．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２、又は５０．００ｍｏｌ％〜６０．００ｍｏｌ％のＳｉＯ２を含有する。
【００６８】
別の観点によれば、本発明に係るケイ酸ナトリウムガラス組成物は、１０．００ｍｏｌ％〜３５．００ｍｏｌ％のＮａ２Ｏ、例えば、１５．００ｍｏｌ％〜３５．００ｍｏｌ％のＮａ２Ｏ、又は１５．００ｍｏｌ％〜２５．００ｍｏｌ％のＮａ２Ｏ、又は１６．００ｍｏｌ％〜２５．００ｍｏｌ％のＮａ２Ｏ、又は１８．００ｍｏｌ％〜２５．００ｍｏｌ％のＮａ２Ｏ、又は１８．００ｍｏｌ％〜２３．００ｍｏｌ％のＮａ２Ｏを含有する。
【００６９】
別の観点によれば、本発明に係るケイ酸ナトリウムガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、例えば、１．００ｍｏｌ％〜１８．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は５．００ｍｏｌ％〜１８．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は５．００ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３、又は１０．００ｍｏｌ％〜１８．００ｍｏｌ％のＢ２Ｏ３を含有する。
【００７０】
別の観点によれば、本発明に係るケイ酸ナトリウムガラス組成物は、０．２５ｍｏｌ％〜４．００ｍｏｌ％のＮｄ２Ｏ３、例えば、１．００ｍｏｌ％〜４．００ｍｏｌ％のＮｄ２Ｏ３、又は１．００ｍｏｌ％〜２．５０ｍｏｌ％のＮｄ２Ｏ３を含有する。
【００７１】
別の観点によれば、本発明に係るケイ酸ナトリウムガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、例えば、１．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、又は０．００ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、又は０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、又は０．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、又は１．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、又は２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２、又は３．００ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＺｒＯ２を含有する。
【００７２】
別の観点によれば、本発明に係るケイ酸ナトリウムガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、例えば、１．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は０．００ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は０．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は１．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５、又は３．００ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＮｂ２Ｏ５を含有する。
【００７３】
別の観点によれば、本発明に係るケイ酸ナトリウムガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、例えば、０．５０ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、又は０．００ｍｏｌ％〜１２．００ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、又は０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、又は０．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、又は１．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、又は２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５、又は３．００ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＴａ２Ｏ５を含有する。
【００７４】
別の観点によれば、本発明に係るケイ酸ナトリウムガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、例えば、０．５０ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は１．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は０．５０ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３、又は３．００ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＹ２Ｏ３を含有する。
【００７５】
別の観点によれば、本発明に係るケイ酸ナトリウムガラス組成物は、０．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３、例えば、０．５０ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３、又は１．００ｍｏｌ％〜２０．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜１５．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜１０．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３、又は０．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３、又は０．５０ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３、又は２．００ｍｏｌ％〜８．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３、又は３．００ｍｏｌ％〜７．００ｍｏｌ％のＬａ２Ｏ３を含有する。
【００７６】
更なる成分について、ガラスは、最大４重量パーセント、特に最大２重量パーセントの従来の添加剤又は夾雑物、例えば、清澄剤（例えば、Ａｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３）及び／又は太陽光遮蔽剤（antisolarants）（例えばＮｂ２Ｏ５）を含有する。加えて、ガラス組成物は、溶融物又は残留水の乾燥を助けるとともにガラスの清澄を助けるために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％までのＦ、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ほど好ましくはない。
【００７７】
本発明の別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物又はケイ酸ナトリウムガラス組成物は、少なくとも１０６０ｎｍ、好ましくは少なくとも１０６１ｎｍ、特に少なくとも１０６５ｎｍ、例えば、１０６０ｎｍ〜１０６９ｎｍ、又は１０６０ｎｍ〜１０６８ｎｍ、又は１０６０ｎｍ〜１０６７ｎｍのピーク発光帯域幅を有する。
【００７８】
本発明の別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物又はケイ酸ナトリウムガラス組成物は、１．５×１０−２０ｃｍ２以上、好ましくは少なくとも１．８×１０−２０ｃｍ２、特に少なくとも２．０×１０−２０ｃｍ２、例えば、１．６×１０−２０ｃｍ２〜２．８×１０−２０ｃｍ２、又は１．８×１０−２０ｃｍ２〜２．７×１０−２０ｃｍ２、又は２．０×１０−２０ｃｍ２〜２．７×１０−２０ｃｍ２の発光断面積（σｅｍ）を有する。
【００７９】
本発明の別の観点によれば、本発明に係るアルミン酸ガラス組成物又はケイ酸ナトリウムガラス組成物は、少なくとも３０ｎｍ、好ましくは少なくとも３５ｎｍ、特に少なくとも３７ｎｍ、とりわけ少なくとも４０ｎｍ、例えば３４ｎｍ〜４０ｎｍ又は３８ｎｍ〜４０ｎｍの有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）を有する。
【００８０】
レーザ特性は、Ｊｕｄｄ−Ｏｆｅｌｔ理論、Ｆｕｃｈｔｂａｕｅｒ−Ｌａｄｅｎｂｕｒｇ理論、又はＭｃＣｕｍｂｅｒ法に従って測定することができる。Ｊｕｄｄ−Ｏｆｅｌｔ理論及びＦｕｃｈｔｂａｕｅｒ−Ｌａｄｅｎｂｕｒｇ理論の考察は、E. Desurvire, Erbium Doped Fiber Amplifiers, John Wiley and Sons (1994)に見ることができる。ＭｃＣｕｍｂｅｒ法は、例えば、Miniscalco and Quimby, Optics Letters 16(4) pp 258-266 (1991)に論じられている通りである。また、Kassab, Journal of Non-Crystalline Solids 348 (2004) 103-107を参照されたい。Ｊｕｄｄ−Ｏｆｅｌｔ理論及びＦｕｃｈｔｂａｕｅｒ−Ｌａｄｅｎｂｕｒｇ理論は、発光曲線からレーザ特性を評価するものであるのに対し、ＭｃＣｕｍｂｅｒ法は、ガラスの吸収曲線を使用するものである。
【００８１】
発光帯域幅に関して、測定された発光曲線（例えば、Ｊｕｄｄ−Ｏｆｅｌｔ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（ＭｃＣｕｍｂｅｒ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（発光帯域幅の半値全幅、すなわちΔλＦＷＨＭと称される）を単に測定することである。
【００８２】
第２の方法は、発光曲線上のあらゆる点を総曲線下面積で除算するものである。線幅関数（linewidth function）と称されるこの結果は、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、全発光曲線は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。
【００８３】
本発明及び本発明の更なる詳細、例えば、特徴及び付随的な利点を、図面に図示さ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】
【００８４】
【図１】ＺｎＯの添加に起因する、より長い波長へのアルミン酸塩系ガラスのピーク発光波長のシフト及び発光断面積の拡大を示す図である。
【図２】Ｂ２Ｏ３及び遷移金属酸化物の添加に起因する、より長い波長へのケイ酸ナトリウム系ガラスのピーク発光波長のシフト及び発光断面積の拡大を示す図である。
【実施例】
【００８５】
ガラスは全て、レーザグレードの成分を用いて作製され、より良好な均質性のために白金撹拌子を用いた撹拌を利用して乾燥酸素環境下で溶融した。ガラスを全て、鋳型に流し込み、応力を取り除くために、液体をアモルファス状態へと冷却させるようにして適宜焼きなました。得られたガラススラブは、様々な特性をガラスにもたらす機器による使用に要求される形状へと成形した。
【００８６】
表１Ａ〜表１Ｃは本発明に係るアルミン酸塩組成物を挙げるものであり、表３は本発明に係るケイ酸ナトリウム組成物を挙げるものである。これらの特性測定及び計算の結果は、本発明に係るアルミン酸ガラスについては表２Ａ〜表２Ｃに、本発明に係るケイ酸ナトリウムガラスについては表４に詳述する。
【００８７】
【表１】
2014111528.tif 000002
【００８８】
【表２】
2014111528.tif 000003
【００８９】
【表３】
2014111528.tif 000004
【００９０】
【表４】
2014111528.tif 000005
【００９１】
【表５】
2014111528.tif 000006
【００９２】
【表６】
2014111528.tif 000007
【００９３】
【表７】
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【００９４】
【表８】
2014111528.tif 000009
【００９５】
表２Ａ〜表２Ｃから分かるように、ベースのアルミン酸ガラスの実施例は、１０６７ｎｍの長いピーク発光波長及び４８．２６ｎｍの広い有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）、並びに１．８×１０−２０ｃｍ２の大きい発光断面積（σｅｍ）を示す。しかしながら、このガラスは、８３５℃を超える非常に高いガラス転移温度Ｔｇを示すため、ガラスを商業化に不適切なものとなる。
【００９６】
実施例１において、ベースのアルミン酸ガラスのＡｌ２Ｏ３の一部をＧａ２Ｏ３で置き換えることによって、ピーク発光波長に悪影響を及ぼすことなくピーク発光帯域幅が広がる。加えて、実施例１のガラスは、１．９×１０−２０ｃｍ２のより大きい発光断面積（σｅｍ）を有する。実施例１に関する有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）は小さくなるが（すなわち４５．４７ｎｍ）、発光帯域幅は依然として非常に大きい。
【００９７】
実施例３及び実施例４では、ベースのアルミン酸ガラスのＡｌ２Ｏ３の一部を遷移金属ＺｒＯ２及びＹ２Ｏ３で置き換えることによって、発光断面積（σｅｍ）が相当増大するとともに（２．５×１０−２０ｃｍ２及び２．５×１０−２０ｃｍ２）、ピーク発光波長の長さも１ｎｍ〜２ｎｍ増大した。ここでも、実施例３及び実施例４に関する有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）はベースガラスの実施例のものよりも小さくなるが（すなわち、４６．１１ｎｍ及び４７．１５ｎｍ）、発光帯域幅は依然として相当大きい。
【００９８】
実施例８では、ベースのアルミン酸ガラスのＣａＯの一部をＮｂ２Ｏ５で置き換えることによって、ピーク発光波長の長さが減少するものの、依然として非常に長く、すなわち１０６５．８９ｎｍとなった。また、有効発光帯域幅（Δλｅｆｆ）は小さくなったが（４２．１２ｎｍ）、発光断面積（σｅｍ）は相当増大した（すなわち２．２×１０−２０ｃｍ２）。Ａｌ２Ｏ３の一部をＢ２Ｏ３で置き換える場合、同様の結果が達成された。実施例１１を参照されたい。
【００９９】
Ｇａ２Ｏ３を遷移金属ＺｒＯ２と組み合わせることによって、ピーク発光断面積が大幅に増大するとともに、ピーク発光波長の長さが僅かに増大する。実施例９を参照されたい。より大量のＧａ２Ｏ３を遷移金属ＺｒＯ２と組み合わせる実施例１０では、ピーク発光断面積が大きいまま、ピーク発光波長の長さが僅かに減少する。
【０１００】
実施例１２では、ＺｎＯの添加によってピーク発光波長の長さの相当な増大及びピーク発光断面積の相当な増大がもたらされる。実施例１３では、Ｙ２Ｏ３とＺｎＯとの組合せによって、ピーク発光波長の長さの更に大きな増大がもたらされる。ＺｎＯの存在はまた、アルミン酸塩系ガラスの溶融温度を下げるという付加的な利点をもたらす。アルミン酸塩系ガラスの溶融温度の低下によって、ガラスが標準的な電気加熱炉内で溶融するので、製造プロセスを拡大させる性能が大いに助長される。
【０１０１】
Ａｌ２Ｏ３の一部をＢｉ２Ｏ３で置き換えることによって、ピーク発光断面帯域幅及びピーク発光波長がともに増大した。実施例１７を参照されたい。同様に、Ａｌ２Ｏ３の一部をＧｄ２Ｏ３で置き換えることによって、ピーク発光断面帯域幅及びピーク発光波長が増大した。実施例１８を参照されたい。ＣａＯの一部をＳｒＯで置き換えることによってもピーク発光波長が増大した。実施例２０を参照されたい。ＣａＯ及びＡｌ２Ｏ３の一部をＢ２Ｏ３及びＬｉ２Ｏで置き換えることによってピーク発光波長は減少したが、ピーク発光断面帯域幅は増大した。
【０１０２】
実施例２２から分かるように、ベースのケイ酸ナトリウムガラスのＮａ２Ｏの一部をＢ２Ｏ３で置き換えることによって、ベースのケイ酸ガラス組成物により示されるピーク発光波長（すなわち１０５９．１８ｎｍ）に悪影響を及ぼすことなくピーク発光帯域幅が（３３．６０ｎｍから３５．６５ｎｍへと）増大した。他方、一定量のＳｉＯ２及びＮａ２ＯをＢ２Ｏ３及びＺｒＯ２で置き換える場合、ピーク発光波長が相当増大するとともに、ピーク発光帯域幅も増大した。実施例２３を参照されたい。さらに、一定量のＳｉＯ２及びＮａ２ＯをＢ２Ｏ３及びＮｂ２Ｏ５で置き換える場合、ピーク発光波長及び発光帯域幅の両方が相当増大し、発光断面積も増大した（１．８３×１０−２０ｃｍ２に対して２．０６×１０−２０ｃｍ２）。実施例２４を参照されたい。一定量のＳｉＯ２及びＮａ２ＯをＢ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５で置き換える場合、ピーク発光波長及び発光帯域幅の大幅な増大がもたらされ、発光断面積も増大した。実施例２５を参照されたい。
【０１０３】
発光帯域幅及びピーク波長における利得によって、実施例２３及び実施例２４における発光断面積が減少しなかったことに留意することが重要である。Fuechtbauer及びLadenburgによれば、これは、図中にも起きることが見て取れる放射寿命（τＲ）の減少を要件とする。概して、フラッシュランプによる効率的な励起を可能とするために、約２００μｓより大きい寿命値を維持するとともに、効率的なエネルギーの貯蔵及び抽出を可能とするために、約２．０×１０−２０ｃｍ２の断面積も維持することが望ましい。本明細書中の実施例では全て、この寿命最小値を超えており、最小断面積目標は実施例３、実施例４、実施例８〜実施例１２及び実施例２３について維持されているため、ＺｎＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３が両ガラス系において帯域幅及び発光断面積の両方を増大させるのに役立つことができるとして、これらの酸化物の特定の有用性が示される。
【０１０４】
実施例２６〜実施例２８では、ベースのケイ酸ナトリウムガラスのＳｉＯ２の一部をＡｌ２Ｏ３と、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５又はＬａ２Ｏ３とを組み合わせたもので置き換える。いずれの場合にも、ベースのケイ酸ナトリウムガラスに比べ、ガラスは、より高いピーク発光波長、ピーク発光帯域幅の増大、及び発光断面積の増大（実施例２８の場合には２．６×１０−２０ｃｍ２）を示した。実施例２９では、ＳｉＯ２の一部及びＮａ２Ｏの一部をＢ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３で置き換える。これによって、より高いピーク発光波長及び発光断面積の増大がもたらされた。
【０１０５】
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、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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、その趣旨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。
【図１】
2014111528.tif 000010
【図２】
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【外国語明細書】
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