(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の、添加元素が含まれていない、もしくは添加元素が含まれる、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）単結晶の外側面に、電荷補償体と、三価の酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）と、イットリウム及びアルミニウムのいずれか１つ以上の酸化物とを、前記電荷補償体及び前記三価の酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）のいずれかが最外層ではないように蒸着して、母材を得る工程と、
前記母材の一端を、酸素を含む雰囲気中で、加熱溶融しながら種結晶を用いて単結晶ファイバを作製する工程と、
を含むことを特徴とする四価クロムイオン添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記電荷補償体は、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）のいずれか１つ以上から構成されたことを特徴とする請求項１に記載の四価クロムイオン添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法。
【請求項３】
イットリウム及びアルミニウムのいずれか１つ以上の酸化物の蒸着層は、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）薄膜、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）薄膜、アルミニウムとイットリウムの複合酸化物（ＡｌxＹ2-xＯ3）薄膜、並びに前記酸化アルミニウム薄膜及び前記酸化イットリウム薄膜の２層の薄膜のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の四価クロムイオン添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置等に用いられる四価クロムイオン（以下、Ｃｒ4+と略記する）添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
母材の一端を加熱溶融しながら種結晶を用いてＣｒ4+添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバを作製する従来の製造方法においては、棒状の酸化物単結晶の側面に電荷補償体、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）を蒸着させた母材を用いていた。
【０００３】
図４に示すような棒状のイットリウム・アルミニウム・ガーネット（化学式：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）単結晶１１の外周に、電荷補償体の酸化カルシウム（ＣａＯ）の蒸着層１２を形成し、酸化カルシウム（ＣａＯ）の蒸着層１２上にさらに酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）の蒸着層１３を形成して母材を得る。そして図５に示すように、この母材の一端を、酸素を含む雰囲気中で加熱用レーザ光１８を照射して溶融し、種結晶１７を溶融部１５に接触させて上方に移動させることにより単結晶ファイバ１６を作製する。母材は鉛直方向の下から、溶融部１５に向けてせり上げられ、溶融部１５から上方向に作製された単結晶ファイバが引き上げられる。
【０００４】
この従来の製造方法でＣｒ、Ｃａ添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｃｒ，Ｃａ：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）単結晶ファイバを作製した例が報告されている（特許文献１、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８―６２４３５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S. Ishibashi, K. Naganuma, and I. Yokohama, “Cr, Ca:Y3Al5O12 laser crystal grown by the laser-heated pedestal growth method,” J. Cryst. Growth 183(4), 614-621 (1998)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この従来のＣｒ4+添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバ製造方法では、母材に蒸着されたクロムイオンの一部しか作製される単結晶ファイバに添加されないという課題がある。この従来の製造方法では、酸素を含む雰囲気中で、加熱溶融する際に、酸化クロム蒸着層に含まれる三価のクロムイオンが酸化され六価に変化する。六価の酸化クロム（ＣｒＯ3）の融点は１９６℃であり、この温度以上で分解し気化される。
【０００８】
一方、イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶の融点は１９７０℃である。そのため、母材が加熱により溶融する前に三価のクロムイオンは六価の酸化クロムとなり融点を越え気化してしまう（図５）。
【０００９】
母材溶融部へのクロムの取り込みは、一旦気化した後に気相から溶け込むことになるため、母材に蒸着されたクロムイオンの一部しか作製される単結晶ファイバに添加されない。このことにより単結晶ファイバに添加されるクロムイオンより多いクロムイオンを含む酸化クロムを母材に蒸着しておかなければならないという課題があった。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、酸化クロムを、気化させずに固相のまま、イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶の溶融部に取り込ませる四価クロムイオン添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明は、四価クロムイオン添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法であって、棒状の、添加元素が含まれていない、もしくは添加元素が含まれる、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）単結晶の外側面に、電荷補償体と、三価の酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）と、イットリウム及びアルミニウムのいずれか１つ以上の酸化物とを、前記電荷補償体及び前記三価の酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）のいずれかが最外層ではないように蒸着して、母材を得る工程と、前記母材の一端を、酸素を含む雰囲気中で、加熱溶融しながら種結晶を用いて単結晶ファイバを作製する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の四価クロムイオン添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法において、前記電荷補償体は、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）のいずれか１つ以上から構成されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の四価クロムイオン添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法において、イットリウム及びアルミニウムのいずれか１つ以上の酸化物の蒸着層は、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）薄膜、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）薄膜、アルミニウムとイットリウムの複合酸化物（ＡｌxＹ2-xＯ3）薄膜、並びに前記酸化アルミニウム薄膜及び前記酸化イットリウム薄膜の２層の薄膜のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、Ｃｒ4+添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバを製造する際に、母材における酸化クロム薄膜のイットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶に対する重量比を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明によるＣｒ4+添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法に用いる母材の構造を示すもので、（ａ）は横断面構成図、（ｂ）は縦断面構成図である。
【図２】前記母材を溶融し、その溶融部から単結晶ファイバを引き上げて、作製する過程を示す側面構成図である。
【図３】Ｃｒ4+添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造工程を示すフローチャートである。
【図４】従来のＣｒ4+添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバ製造に用いられていた母材の構造を示すもので、（ａ）は横断面構成図、（ｂ）は縦断面構成図である。
【図５】前記従来方法の母材を溶融し、その溶融部から単結晶ファイバを引き上げて、作製する過程を示す側面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明によるＣｒ4+添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法の概念を、模式的に図１と図２を用いて示す。また図３に本実施例の工程を説明したフローチャートを示す。
【００１７】
図１（ａ）に、結晶成長の原料となる母材の横断面構造を示し、図１（ｂ）に同母材の縦断面構造を示す。電荷補償体である酸化カルシウム（ＣａＯ）の蒸着層１２と酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）の蒸着層１３と酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の蒸着層１４は、添加元素が含まれていないイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）単結晶の円柱（外径２４０μｍ）１１の表面にほぼ均等厚に形成される（図３、工程１）。各層厚は、酸化カルシウム蒸着層１２が０．１２μｍ、酸化クロム蒸着層１３が０．２９μｍ、酸化イットリウム蒸着層１４が０．１１μｍである。
【００１８】
図２に、溶融部からの結晶作製の概要を示す。母材の上端は、酸素雰囲気で、ＣＯ2レーザ光１８により加熱溶融される。この際、最外層の酸化イットリウムの融点が２４１０℃であるため、酸化クロム蒸着層中のクロムイオンは溶融部１５に達するまで三価より変化せず、酸化クロムが気化することはない。酸化カルシウムも過酸化物に変化することなく固相のまま、溶融部１５に達する。
【００１９】
溶融部１５では、ＹＡＧ円柱１１の成分と酸化カルシウム蒸着層１２、酸化クロム蒸着層１３、酸化イットリウム蒸着層１４の成分が液体の状態で混合される。種結晶１７を溶融部１５に接触させ、種結晶１７を上方に移動すると、溶融部１５から単結晶ファイバ１６が作製される（図３、工程２）。この際、単結晶ファイバはクロムイオン、カルシウムイオンが添加されたのでＣｒ，Ｃａ：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12と表記できる。
【００２０】
本実施例では、母材の外周に形成された酸化クロム薄膜中のクロムイオンの大部分が気化されずに単結晶ファイバに添加された。これにより従来の方法に比べ、母材における酸化クロム薄膜のイットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶に対する重量比を大幅に減少させることができた。
【００２１】
母材の酸化クロム薄膜が他の酸化物薄膜の内側にあり、それらの酸化物の融点が、それぞれ、酸化イットリウム：２４１０℃、酸化アルミニウム：２０３０℃、などであり、イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶の融点１９７０℃以上である。そのため、酸化クロム薄膜中のクロムイオンは溶融部に近づいても六価に変化せず、気化することもなく、固相から直接溶融部に取り込まれる。その結果、薄膜の酸化クロムのほぼすべてが単結晶ファイバに添加されることになり、母材に単結晶ファイバへの添加量以上の量の酸化クロム薄膜を形成する必要がない。
【００２２】
尚、本実施例では電荷補償体として酸化カルシウムを用いたが、酸化カルシウムの替りに酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を用いてもよいし、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）を用いてもよし、それらを混合したものを用いてもよい。酸化カルシウムや酸化マグネシウム、酸化ストロンチウムも酸素を含む雰囲気中で加熱すると過酸化物に変化し、溶融部に達する前に気化もしくは分解されるが、これらも最外周にないため、固相から直接溶融部に取り込まれる。
【００２３】
本実施例では最外周の薄膜にＹ2Ｏ3蒸着層１４を用いたが、ＹＡＧ円柱１１の構成元素の酸化物薄膜であればよく、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）の蒸着層、もしくはアルミニウム及びイットリウムの複合酸化物（ＡｌxＹ2-xＯ3）の蒸着層でもよい。
【００２４】
また、Ｙ2Ｏ3蒸着層１４とＡｌ2Ｏ3蒸着層などの２層の薄膜を形成してもよく、蒸着層の順番は、例えば、内側から酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、のように最外層が酸化クロムと電荷補償体で無ければよい。
【００２５】
以上説明したように、本発明のＣｒ4+添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶ファイバの製造方法によると、母材における酸化クロム薄膜のイットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶に対する重量比を大幅に減少させることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１１  添加元素が含まれていないイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12）単結晶の円柱
１２  酸化カルシウム（ＣａＯ）の蒸着層
１３  酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）の蒸着層
１４  酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）の蒸着層
１５  溶融部
１６  Ｃｒ，Ｃａ：Ｙ3Ａｌ5Ｏ12単結晶ファイバ
１７  種結晶
１８  加熱用レーザ光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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