(57)【要約】【課題】  昇温および降温を繰り返しても被覆層に亀裂が生じにくい、耐久性の高いレーザ媒質およびその製造方法を提供する。【解決手段】  本開示のレーザ媒質は、ＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡＰ、ＬｕＶＯ４、ＹＡＬＯ、ＧｄＶＯ４およびサファイアのいずれかからなる柱状体であるレーザロッドと、レーザロッドにおける側面の少なくとも一部に被覆層とを備える。この被覆層は、被覆層を構成する全成分１００質量％のうち９０質量％以上を占める成分Ａが、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムまたはオスミウムであり、酸素と、ビスマスおよびテルルの少なくともいずれかからなる成分Ｂとを含む化合物を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡＰ、ＬｕＶＯ４、ＹＡＬＯ、ＧｄＶＯ４およびサファイアのいずれかからなる柱状体であるレーザロッドと、
該レーザロッドにおける側面の少なくとも一部に被覆層とを備え、
該被覆層は、該被覆層を構成する全成分１００質量％のうち９０質量％以上を占める成分Ａが、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムまたはオスミウムであり、
ビスマスおよびテルルの少なくともいずれかである成分Ｂと酸素とを含む化合物を有する、レーザ媒質。
【請求項２】
前記被覆層は、厚みが１２μｍ以上である、請求項１に記載のレーザ媒質。
【請求項３】
前記化合物は、さらにレーザロッドを構成する成分を含み、前記被覆層のうち、前記レーザロッドと前記被覆層との界面の近くに位置している、請求項１または請求項２に記載のレーザ媒質。
【請求項４】
前記被覆層を構成する全成分１００質量％のうち、前記成分Ｂをそれぞれ酸化物に換算した値の合計が１質量％以上６質量％以下である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ媒質。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーザ媒質の製造方法であって、
前記レーザロッドを準備し、
前記成分Ａを含む粉末と、前記成分Ｂを含む酸化物の粉末と、有機溶剤とを含むペーストを、前記レーザロッドにおける側面の少なくとも一部に印刷または塗布し、
大気雰囲気中、７３０℃以上９２０℃以下で熱処理する、レーザ媒質の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
レーザ媒質およびレーザ媒質の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体レーザ装置に用いられるレーザロッドは、使用にあたって熱が生じる。そのため、レーザロッドに生じた熱を速やかに除去する方法が種々検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、レーザロッドの排熱面（側面）に拡散接合性の高い金属の被覆層が設けられたレーザ媒質が提案されている。
【０００４】
そして、この被覆層の材料としては、金、銅、銀、アルミニウム等が挙げられており、被覆層の形成方法としては、電子ビーム蒸着法またはスパッタ法などの薄膜形成法が挙げられている。また、特許文献１には、被覆層の膜厚が、例えば０．５μｍ以上で、１０μｍ程度以下であることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２では、一部表面（側面）に導電性部材によりなる被膜層を備えるレ−ザ媒質が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−４０２９号公報
【特許文献２】特開平８−２７９６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザロッドの側面に、金、銅、銀またはアルミニウムの単一成分からなる被覆層を備えている場合、昇温および降温を繰り返すと、比較的早い段階で被覆層に亀裂が生じ、剥離するという問題があった。
【０００８】
また、めっきによって被覆層を形成する場合、前処理、水洗、濾過、廃液処理などの多数の工程が必要となり、生産性が低かった。
【０００９】
本開示は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、昇温および降温を繰り返しても被覆層に亀裂が生じにくい、耐久性の高いレーザ媒質およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示のレーザ媒質は、ＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡＰ、ＬｕＶＯ４、ＹＡＬＯ、ＧｄＶＯ４およびサファイアのいずれかからなる柱状体であるレーザロッドと、該レーザロッドにおける側面の少なくとも一部に被覆層とを備える。そして、該被覆層は、該被覆層を構成する全成分１００質量％のうち９０質量％以上を占める成分Ａが、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムまたはオスミウムであり、酸素と、ビスマスおよびテルルの少なくともいずれかからなる成分Ｂとを含む化合物を有する。
【００１１】
本開示のレーザ媒質の製造方法は、前記レーザロッドを準備し、前記成分Ａを含む粉末と、前記成分Ｂを含む酸化物の粉末と、有機溶剤とを含むペーストを、前記レーザロッドにおける側面の少なくとも一部に印刷または塗布し、大気雰囲気中、７３０℃以上９２０
℃以下で熱処理するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本開示のレーザ媒質は、昇温および降温を繰り返しても被覆層に亀裂が生じにくく耐久性の高い。
【００１３】
本開示のレーザ媒質の製造方法によれば、低コストで被覆層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態のレーザ媒質を用いた励起型固体レーザ装置の一例を示す、（ａ）は模式図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＥ部を拡大した図である。
【図２】図１に示すレーザ媒質を構成するレーザロッドおよび被覆層を含む断面を示す、（ａ）はＳＥＭ写真、（ｂ）におけるＦ部を拡大したＳＥＭ写真であり、（ｃ）は銀、（ｄ）は酸素、（ｅ）はビスマスの分布をそれぞれ示す電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）によるマッピングである。
【図３】被覆層内の化合物を示す、（ａ）はエネルギー分散型マイクロアナライザ（ＥＤＳ）による画像であり、（ｂ）は、化合物の元素分析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示のレーザ媒質について図を参照しながら説明する。図１は本実施形態のレーザ媒質を用いた励起型固体レーザ装置の一例を示す、（ａ）は模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ部を拡大した図である。
【００１６】
図１に示す励起型固体レーザ装置１０は、レーザ光Ｗを放出する励起半導体レーザ１と、励起半導体レーザ１から放出されたレーザ光Ｗを平行にするコリメートレンズ２と、コリメートレンズ２により平行にされたレーザ光Ｘを集光して励起光Ｙとする集光レンズ３と、一方の端面から入射した励起光Ｙを他方の端面から発振光Ｚとして出射するレーザ媒質４と、発振光Ｚを共振・増幅させて出力する共振出力ミラー５と、レーザロッド４の周囲に位置するヒートシンク６とを備えている。
【００１７】
レーザ媒質４は、ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）、ＹＶＯ４（イットリウムバナジウムオキサイド）、ＹＬＦ（イットリウムリチウムフロライド）、ＹＡＰ（イットリウムアルミニウムペロブスカイト）、ＬｕＶＯ４（ルテチウムバナジウムオキサイド）、ＹＡＬＯ（イットリウムアルミネート）、ＧｄＶＯ４（ガドリニウムバナジウムオキサイド）およびサファイアのいずれかからなる柱状体であるレーザロッド４ａと、レーザロッド４ａにおける側面の少なくとも一部に被覆層４ｂとを備える。なお、図１に示すように、被覆層４ｂとヒートシンク６との間には、レーザロッド４ａからヒートシンク６に熱を伝える伝熱層７を備えていてもよい。
【００１８】
励起光Ｙがレーザロッド４ａに入射すると、レーザロッド４ａは発熱する。ここで生じた熱は、被覆層４ｂや伝熱層７を介してヒートシンク６に伝わり放熱される。このように、ヒートシンク６は、レーザロッド４ａで生じた熱を放熱する部材であり、被覆層４ｂまたは伝熱層７に接して位置する。
【００１９】
伝熱層７の材質としては、例えば、インジウム、銀、鉄、銅、クロム、アルミニウム、チタン、シリコンおよびこれらの合金等が挙げられる。特に、被覆層４ｂとヒートシンク６とを低温で接合することができ、しかも高い接合性を有することから、インジウム、銀、銅、クロム、アルミニウムおよびこれらの合金が好ましい。
【００２０】
また、ヒートシンク６は、高い熱伝導性が求められることから、材質としては、例えば
、銀、銅、金またはアルミニウムが挙げられる。
【００２１】
本実施形態のレーザ媒質４を構成する被覆層４ｂは、被覆層４ｂを構成する全成分１００質量％のうち９０質量％以上を占める成分Ａが、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムまたはオスミウムである。また、ビスマスおよびテルルの少なくともいずれかである成分Ｂと酸素とを含む化合物を有する。
【００２２】
被覆層４ｂが上述した構成であることにより、ビスマスおよびテルルの少なくともいずれかである成分Ｂと酸素とを含む化合物は、昇温および降温を繰り返すことによって蓄積する残留応力を緩和する作用が高く、被覆層４ｂに亀裂が生じにくいため、本実施形態のレーザ媒質４は高い耐久性を有する。
【００２３】
図２は、図１に示すレーザ媒質を構成するレーザロッドおよび被覆層の断面を示す、（ａ）はＳＥＭ写真、（ｂ）は（ａ）におけるＦ部を拡大したＳＥＭ写真であり、（ｃ）は銀、（ｄ）は酸素、（ｅ）はビスマスの分布をそれぞれ示す電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）によるマッピングである。
【００２４】
図２において、レーザロッド４ａはサファイアであり、被覆層４ｂにおける成分Ａは銀であり、成分Ｂはビスマスである。そして、レーザロッド４ａと被覆層４ｂとの界面近くと、上部左側の一部に、ビスマスと酸素がともに存在することが確認される。
【００２５】
また、本実施形態のレーザ媒質４では、被覆層４ｂを構成する全成分１００質量％のうち、成分Ｂをそれぞれ酸化物に換算した値の合計が１質量％以上６質量％以下であってもよい。
【００２６】
上記構成を満たしているときには、放熱性の低下を抑えつつ、上記残留応力を緩和する作用によって被覆層４ｂに亀裂を生じにくくできるため、良好な放熱性と耐久性とを兼ね備えることができる。
【００２７】
また、被覆層４ｂの厚みは、１２μｍ以上であってもよい。被覆層４ｂの厚みが１２μｍ以上であるときには、レーザロッド４ａの側面から外部への放熱効果がさらに高くなるとともに、厚い厚みにより亀裂を生じにくくすることができる。
【００２８】
図３は、被覆層内の化合物を示す、（ａ）はエネルギー分散型マイクロアナライザ（ＥＤＳ）による画像であり、（ｂ）は、化合物の元素分析結果である。
【００２９】
図３の（ａ）には、ビスマスおよびテルルの少なくともいずれかである成分Ｂと酸素を含む化合物を示している。ここで、化合物は、成分Ｂ、酸素以外に、アルミニウム、銅、マンガン、亜鉛、珪素を含むものであってもよい。
【００３０】
そして、ビスマスおよびテルルの少なくともいずれかである成分Ｂと酸素を含む化合物は、さらにレーザロッド４ａを構成する成分を含み、被覆層４ｂのうち、レーザロッド４ａと被覆層４ｂとの界面の近くに位置していてもよい。このような構成を満たしているときには、レーザロッド４ａに対する被覆層４ｂの密着性が高くなるため、温度変化に対する信頼性が向上する。ここで、密着性が高くなるのは以下の理由によると考えられる。被覆層４ｂとなるペーストは、成分Ａを含む粉末と、成分Ｂを含む酸化物の粉末と、有機溶剤とを含み、熱処理によって溶融する。このとき、成分Ｂと酸素を含む化合物が、レーザロッド４ａと被覆層４ｂとの界面の近くに位置する、すなわち、レーザロッド４ａ側に向かって移動し、レーザロッド４ａを構成する成分と化学的に反応していることによると考えられる。レーザロッド４ａを構成する成分としては、レーザロッド４ａがサファイアで
あるとき、例えばアルミニウムである。
【００３１】
レーザロッド４ａを構成する成分、ビスマスおよびテルルの少なくともいずれかである成分Ｂと酸素を含む化合物は、レーザロッド４ａと被覆層４ｂとの界面に接しているとさらによい。
【００３２】
ここで、上記化合物を含む結晶の組成は、結晶を構成する全成分１００質量％のうち、例えば、酸素が１９〜２３質量％、銅が１７〜２１質量％、ビスマスが１４〜１８質量％、アルミニウムが１３〜１７質量％、マンガンが１０〜１４質量％、銀が６〜１０質量％、亜鉛が５〜９質量％、珪素が０．７〜１．７質量％である。
【００３３】
次に、本実施形態のレーザ媒質の製造方法の一例を説明する。
ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）、ＹＶＯ４（イットリウムバナジウムオキサイド）、ＹＬＦ（リチウムイットリウムフロライド）、ＹＡＰ（イットリウムアルミニウムペロブスカイト）、ＬｕＶＯ４（ルテチウムバナジウムオキサイド）、ＹＡＬＯ（イットリウムアルミネート）、ＧｄＶＯ４（ガドリニウムバナジウムオキサイド）およびサファイアのいずれかからなる柱状体であるレーザロッドを準備する。
【００３４】
そして、成分Ａを含む粉末と、成分Ｂを含む酸化物の粉末と、有機溶剤とを含むペーストを、レーザロッドにおける側面の少なくとも一部に印刷または塗布し、大気雰囲気中、温度を７３０℃以上９２０℃以下、保持時間を１０分以上２０分以下として熱処理することによって、本実施形態のレーザ媒質を得ることができる。
【００３５】
なお、ペーストは、例えば、成分Ｂを含む酸化物の粉末が１〜４質量％、エチルセルロース等の樹脂が１〜４質量％、ターピネオール、ブチルジグリコールフアセテートおよび芳香族炭化水素等の有機溶剤の合計が１５〜２５質量％、残部が成分Ａを含む粉末である。アルミニウム、銅、マンガン、亜鉛および珪素の少なくともいずれかを含ませるために、アルミニウム、銅、マンガン、亜鉛および珪素の少なくともいずれかを含む酸化物の粉末を０．５〜２質量％添加してもよい。
【００３６】
また、印刷は、スクリーン印刷を用いるとよく、スクリーン印刷で用いるメッシュは、９０以上１６５以下とすればよく、特に、１００以上１４０以下がよい。
【００３７】
このような製造方法によって得られたレーザ媒質は、昇温および降温を繰り返しても被覆層に亀裂が生じにくいため、耐久性が高い。
【符号の説明】
【００３８】
１  ：励起半導体レーザ
２  ：コリメートレンズ
３  ：集光レンズ
４  ：レーザ媒質
４ａ：レーザロッド
４ｂ：被覆層
５  ：共振出力ミラー
６  ：ヒートシンク
７  ：伝熱層
１０：励起型固体レーザ装置
【図１】
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【図２】
2018190897.tif 000004
【図３】
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