(57)【要約】 【課題】レーザーガラスと放熱板としての単結晶を接合するのに好適な接着用材料を提供する。【解決手段】ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の各成分を含有し、Ｙｂ２Ｏ３成分の含有量が質量％で１０．０％を超え〜３０．０％、各成分の質量％の比率で（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ｙｂ２Ｏ３の値が０．６５〜５．５であり、屈折率（ｎｄ）が １．７０〜１．９０、１００〜３００℃における平均線膨張係数（α）が ５０〜８５×１０−７／℃であるガラス組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の各成分を含有し、Ｙｂ２Ｏ３成分の含有量が質量％で１０．０％を超え〜３０．０％、各成分の質量％の比率で（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ｙｂ２Ｏ３の値が０．６５〜５．５であり、屈折率（ｎｄ）が １．７０〜１．９０、１００〜３００℃における平均線膨張係数（α）が ５０〜８５×１０−７／℃であるガラス組成物。
【請求項２】
ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の各成分を含有し、Ｙｂ２Ｏ３成分の含有量がｍｏｌ％で３．０％〜２０．０％、各成分のｍｏｌ％の比率で（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ｙｂ２Ｏ３の値が２〜３８であり、屈折率（ｎｄ）が１．７０〜１．９０、１００〜３００℃における平均線膨張係数（α）が ５０〜８５×１０−７／℃であるガラス組成物。
【請求項３】
質量％で、
ＳｉＯ２              ３．０〜１０．０％未満、および
Ｂ２Ｏ３              １５．０〜３０．０％、および
Ｙｂ２Ｏ３            １０．０％を超え〜３０．０％、および
ＺｎＯ                ５．０〜４０．０％未満、および
Ｌａ２Ｏ３            ５．０〜３０．０％、および
Ａｌ２Ｏ３            ０〜５．０％、および／または
ＴｉＯ２              ０〜５．０％、および／または
Ｎｂ２Ｏ５            ０〜１５．０％、および／または
Ｔａ２Ｏ５            ０〜１５．０％、および／または
Ｂｉ２Ｏ３            ０〜１０．０％、および／または
ＷＯ３                ０〜１０．０%、および／または
ＺｒＯ２              ０〜１０．０%、および／または
ＭｇＯ                ０〜１０．０％、および／または
ＣａＯ                ０〜１０．０％、および／または
ＢａＯ                ０〜１０．０％、および／または
Ｌｉ２Ｏ              ０〜２．０％未満、および／または
Ｎａ２Ｏ              ０〜３．０％、および／または
Ｋ２Ｏ                ０〜３．０％、および／または
Ｓｂ２Ｏ３            ０〜１．０％
の各成分を含有する請求項１に記載のガラス組成物。
【請求項４】
ｍｏｌ％で、
ＳｉＯ２              ６．０〜２５．０％、および
Ｂ２Ｏ３              ２５．０〜６０．０％、および
Ｙｂ２Ｏ３            ３．０〜２０．０％、および
ＺｎＯ                １０．０〜６５．０％、および
Ｌａ２Ｏ３            １．０〜１２．０％、および
Ａｌ２Ｏ３            ０〜７．０％、および／または
ＴｉＯ２              ０〜９．０％、および／または
Ｎｂ２Ｏ５            ０〜８．０％、および／または
Ｔａ２Ｏ５            ０〜５．０％、および／または
Ｂｉ２Ｏ３            ０〜５．０％、および／または
ＷＯ３                ０〜６．０%、および／または
ＺｒＯ２              ０〜１１．０%、および／または
ＭｇＯ                ０〜３５．０％、および／または
ＣａＯ                ０〜２５．０％、および／または
ＢａＯ                ０〜９．０％、および／または
Ｌｉ２Ｏ              ０〜９．０％、および／または
Ｎａ２Ｏ              ０〜５．０％、および／または
Ｋ２Ｏ                ０〜４．０％、および／または
Ｓｂ２Ｏ３            ０〜１．０％
の各成分を含有する請求項２に記載のガラス組成物。
【請求項５】
質量％で、
ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５＋Ｂｉ２Ｏ３＋ＷＯ３＋ＺｒＯ２＋Ｌａ２Ｏ３
２０．０％〜５０．０％、および／または
ＭｇＯ＋ＣａＯ        １０．０％以下、および／または
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ２Ｏ０％〜３．０％
である請求項１または３に記載のガラス組成物。
【請求項６】
ｍｏｌ％で、
ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５＋Ｂｉ２Ｏ３＋ＷＯ３＋ＺｒＯ２＋Ｌａ２Ｏ３
９．０％〜３０．０％、および／または
ＭｇＯ＋ＣａＯ        ２５．０％以下、および／または
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ２Ｏ０％〜４．５％
である請求項２または４に記載のガラス組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ガラス、とりわけレーザーガラスに関するものであり、特に高ピーク出力，超短パルスレーザーのレーザー媒質として好適なＹｂ含有ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体レーザーの高出力、短パルス、高繰り返し化が進んでいる。これら高出力固体レーザーはその発熱から由来する熱応力や熱疲労による破損を防止するため、光学活性成分をドープした単結晶をレーザー媒質とし、光学活性成分を含まない単結晶を放熱板として両者を接合し、固体レーザー素子とする技術が開発されている。
【０００３】
例えば、非特許文献１では、ＹｂをドープしたYAG単結晶を媒質とし、サファイア単結晶を放熱板としている。これらレーザー媒質、放熱板はどちらも単結晶のため熱膨張率が近似しており両者を接合した場合であっても、熱膨張率の違いによる接合不良などの問題が無い。
【０００４】
しかし、固体レーザーのさらなる高出力化の要求はますます高まっている。単結晶は組成の自由度が低いため、レーザー出力のさらなる高出力化を達成するべく単結晶中における光学活性成分の含有量を多くしようとしても、結晶構造が変化してしまったり、単結晶が得られないという問題があった。
【０００５】
また、ＥｒやＮｄ等に代表される光学活性成分はレーザー出力を得ようとして多量に含有させると、濃度消光のためかえってレーザー出力が減少してしまい、一定以上の高出力化が望めない。
【０００６】
一方、Ｙｂ３＋イオンは単純なエネルギー構造であるため濃度消光や励起状態吸収が起こらないことが知られており、また、高効率であるため低発熱、発振波長幅が広いため超短パルス動作に好適、蛍光寿命が長いため高エネルギー蓄積が可能であるなど、高出力固体レーザー媒質の光学活性成分として好適である。このＹｂ成分を光学活性成分としてレーザー媒質中に多量に含有させることが可能であれば、固体レーザーのさらなる高出力、高効率化が見込まれる。しかし上述のとおり、組成の自由度の低さからＹｂを多量に含有させた単結晶のレーザー媒質を得ることは困難であり、固体レーザーのさらなる高出力化には限界があった。
【非特許文献１】福井大学  工学部電気電子工学科  大学院工学研究科  ファイバーアメニティ工学専攻  光エレクトロニクス研究室、Ｙｂ：ＹＡＧレーザーの開発、2）本研究で用いる結晶の特徴、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１６年５月１１日検索］、インターネット〈ｈｔｔｐ：／／ｆｕｅｅ．ｆｕｋｕｉ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／〜ｏｐｔｅｌｅ／ＪＰ／ｓｏｌｉｄ／ｓｌａｂ．ｈｔｍｌ〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題はさらなる高出力を見込める固体レーザー媒質として利用可能な新規材料を提供することである。
【０００８】
一般に、単結晶に対してガラスは組成の自由度が高い。ガラス中に多量のＹｂを含有させることができれば、固体レーザーのさらなる高出力化が見込めるはずである。またガラスは加工・成形性に優れ、大型化も容易であるためレーザー媒質として有用である。
しかし、一般にガラスは単結晶に比べ熱伝導率が低く耐熱性が悪い。したがって、レーザー媒質の発熱に由来する熱応力や熱疲労による破損を防止するための放熱板の必要性は、単結晶レーザー媒質よりガラスのレーザー媒質（レーザーガラス）の方が高い。放熱板は熱伝導率の高い単結晶が好適であるが、この際、レーザーガラスと放熱板である単結晶との熱膨張率が大きく異なっていると、両者の接合が不可能であったり、一時的に接合できても熱疲労や熱応力によって破損するなど接合不良の原因となる。またレーザー光の出力方向にレーザー媒質と放熱板を接合し、レーザー媒質から放熱板を透過してレーザー光を出力させる場合には、レーザー媒質と放熱板の屈折率が大きく異なっていると接合界面でレーザー光の反射が大きくなりロスの原因となる。したがって、レーザーガラスの平均線膨張係数（α）および屈折率（ｎｄ）を放熱板である単結晶の平均線膨張係数、屈折率と近似させること（これを本明細書においてマッチングという）が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、放熱板としての単結晶として透明で高い熱伝導率を有するサファイアが好適であることに着目し、ガラスの組成を特定のものにすることによって、サファイアとのマッチングが良好で、Ｙｂを多量に含有することのできるガラスが得られる事を見いだし、本発明をなすに至った。
【００１０】
前記課題を達成するための本発明の第１の構成は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の各成分を含有し、Ｙｂ２Ｏ３成分の含有量が質量％で１０．０％を超え〜３０．０％、各成分の質量％の比率で（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ｙｂ２Ｏ３の値が０．６５〜５．５であり、屈折率（ｎｄ）が １．７０〜１．９０、１００〜３００℃における平均線膨張係数（α）が ５０〜８５×１０−７／℃であるガラス組成物である。
【００１１】
本発明の第２の構成はＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｌａ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ３の各成分を含有し、Ｙｂ２Ｏ３成分の含有量がｍｏｌ％で３．０％〜２０．０％、各成分のｍｏｌ％の比率で（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ｙｂ２Ｏ３の値が２〜３８であり、屈折率（ｎｄ）が１．７０〜１．９０、１００〜３００℃における平均線膨張係数（α）が ５０〜８５×１０−７／℃であるガラス組成物である。
【００１２】
本発明の第３の構成は質量％で、
ＳｉＯ２              ３．０〜１０．０％未満、および
Ｂ２Ｏ３              １５．０〜３０．０％、および
Ｙｂ２Ｏ３            １０．０％を超え〜３０．０％、および
ＺｎＯ                ５．０〜４０．０％未満、および
Ｌａ２Ｏ３            ５．０〜３０．０％、および
Ａｌ２Ｏ３            ０〜５．０％、および／または
ＴｉＯ２              ０〜５．０％、および／または
Ｎｂ２Ｏ５            ０〜１５．０％、および／または
Ｔａ２Ｏ５            ０〜１５．０％、および／または
Ｂｉ２Ｏ３            ０〜１０．０％、および／または
ＷＯ３                ０〜１０．０%、および／または
ＺｒＯ２              ０〜１０．０%、および／または
ＭｇＯ                ０〜１０．０％、および／または
ＣａＯ                ０〜１０．０％、および／または
ＢａＯ                ０〜１０．０％、および／または
Ｌｉ２Ｏ              ０〜２．０％未満、および／または
Ｎａ２Ｏ              ０〜３．０％、および／または
Ｋ２Ｏ                ０〜３．０％、および／または
Ｓｂ２Ｏ３            ０〜１．０％
の各成分を含有する前記第１の構成のガラス組成物である。
【００１３】
本発明の第４の構成はｍｏｌ％で、
ＳｉＯ２              ６．０〜２５．０％、および
Ｂ２Ｏ３              ２５．０〜６０．０％、および
Ｙｂ２Ｏ３            ３．０〜２０．０％、および
ＺｎＯ                １０．０〜６５．０％、および
Ｌａ２Ｏ３            １．０〜１２．０％、および
Ａｌ２Ｏ３            ０〜７．０％、および／または
ＴｉＯ２              ０〜９．０％、および／または
Ｎｂ２Ｏ５            ０〜８．０％、および／または
Ｔａ２Ｏ５            ０〜５．０％、および／または
Ｂｉ２Ｏ３            ０〜５．０％、および／または
ＷＯ３                ０〜６．０%、および／または
ＺｒＯ２              ０〜１１．０%、および／または
ＭｇＯ                ０〜３５．０％、および／または
ＣａＯ                ０〜２５．０％、および／または
ＢａＯ                ０〜９．０％、および／または
Ｌｉ２Ｏ              ０〜９．０％、および／または
Ｎａ２Ｏ              ０〜５．０％、および／または
Ｋ２Ｏ                ０〜４．０％、および／または
Ｓｂ２Ｏ３            ０〜１．０％
の各成分を含有する前記第２の構成のガラス組成物である。
【００１４】
本発明の第５の構成は質量％で、
ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５＋Ｂｉ２Ｏ３＋ＷＯ３＋ＺｒＯ２＋Ｌａ２Ｏ３
２０．０％〜５０．０％、および／または
ＭｇＯ＋ＣａＯ        １０．０％以下、および／または
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ２Ｏ０％〜３．０％
である前記第１または第３の構成のガラス組成物である。
【００１５】
本発明の第６の構成はｍｏｌ％で、
ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５＋Ｂｉ２Ｏ３＋ＷＯ３＋ＺｒＯ２＋Ｌａ２Ｏ３
９．０％〜３０．０％、および／または
ＭｇＯ＋ＣａＯ        ２５．０％以下、および／または
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ２Ｏ０％〜４．５％
である前記第２または第４の構成のガラス組成物である。
【００１６】
本発明を詳細に説明する。以下、各成分の含有率の説明については特に明記しない限りは、質量％で表わすものとする。
本発明においてガラスの屈折率（ｎｄ）の下限が１．７０であると、サファイアとの接合界面でのレーザー光の反射が起こりにくくなり、固体レーザーとして効率の良いものとなる。屈折率の下限としてより好ましくは１．７３、最も好ましくは１．７６である。また、屈折率の上限が１．９０であると同様にレーザー光の反射が起こりにくくなる。屈折率の上限としてより好ましくは１．８５であり、最も好ましくは１．８２である。ガラスの屈折率が上述の範囲であると、サファイアと接合した場合の固体レーザーとして効率の良いものとなる。
【００１７】
また、ガラスの１００〜３００℃における平均線膨張係数（α）が５０×１０−７／℃以上であるとサファイアとの平均線膨張係数の差が小さくなり、接合が良好となる。平均線膨張係数の下限は、より好ましくは６０×１０−７／℃であり、最も好ましくは６２×１０−７／℃である。また、平均線膨張係数が８５×１０−７／℃以下であると同様に接合が良好となる。平均線膨張係数の上限は、より好ましくは８３×１０−７／℃、最も好ましくは８０×１０−７／℃である。
ガラスの屈折率、平均線膨張係数を上述の範囲内とする事により、ガラスとサファイアの接合において、接合界面でのレーザー光の反射が起こりにくくなり、また、両者の接合が容易となり易く、更に熱疲労や熱応力による破損などに起因する接合不良を生じ難く、より良好な接合を得ることができる。
【００１８】
本発明の構成の一つにおいて各成分の組成範囲を限定した理由は次の通りである。
すなわち、ＳｉＯ２成分はガラス形成酸化物として重要な成分であり、失透なく、安定なガラスを得る為に、好ましくは３．０％、より好ましくは３．１％、最も好ましくは３．２％を下限として含有される。ただし、屈折率を下げる成分でもあるので、サファイアとの良好なマッチングのため、その上限は１０．０%未満とすることが好ましく、９．０％とすることがより好ましく、８．５％とすることが最も好ましい。
【００１９】
Ｂ２Ｏ３成分はガラス形成酸化物として重要な成分であり、失透なく、安定なガラスを得る為に、好ましくは１５．０％、より好ましくは１６．０％、最も好ましくは１７．０％を下限として含有され、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、最も好ましくは２３．０％を上限として含有される。
【００２０】
Ｙｂ２Ｏ３成分は光学活性成分であり、必須成分である。十分に高いレーザー出力を得るためには１０．０%を超えて含有されることが好ましく、より好ましくは１２．０％、最も好ましくは１３．０％を下限として含有される。ただし、耐失透性を悪化させる成分であるため、良好な耐失透性維持のためには、好ましくは３０．０％、より好ましくは２５．０％、最も好ましくは２３．０％を上限として含有される。
【００２１】
ここで、ガラスの各成分の質量％の比率（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ｙｂ２Ｏ３の値の下限を０．６５、上限を５．５とすることが好ましい。上述のとおりＹｂ２Ｏ３成分はできるだけ多くガラス中に含有されることがレーザー出力の面で好ましいが、過度の含有は耐失透性を悪化させる。反対にＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯの各成分は失透の抑制に効果がある成分である。本発明者は鋭意研究により前記比の値を調節することにより、ガラスの失透を抑制しつつ、可能な限り多量のＹｂ２Ｏ３成分を含有しうる最適な範囲を見いだしたものである。前記比の値の下限は、より好ましくは０．７であり、最も好ましくは１．０である。上限はより好ましくは５．０であり、最も好ましくは３．０である。
【００２２】
ＺｎＯ成分はガラスの平均線膨張係数を下げるのに有効であり、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは５．０％、より好ましくは７．０％、最も好ましくは８．５％を下限として含有される。また、良好な耐失透性維持のために好ましくは４０．０％未満、より好ましくは３０．０％、最も好ましくは２５．０％を上限として含有される。
【００２３】
Ｌａ２Ｏ３成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であり、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは５．０％、より好ましくは１０．０％、最も好ましくは１５．０％を下限として含有される。また、良好な耐失透性維持のため、好ましくは３０．０％、より好ましくは２９．０％、最も好ましくは２８．５％を上限として含有される。
【００２４】
Ａｌ２Ｏ３成分はガラスの化学的耐久性の改良に有効である。ただし良好な耐失透性維持のため、好ましくは５．０％、より好ましくは２．０％、最も好ましくは１．５％を上限として含有される。
【００２５】
ＴｉＯ２成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であるが、良好な耐失透性維持のため、好ましくは５．０％、より好ましくは４．８％、最も好ましくは４．５％を上限として含有される。
【００２６】
Ｎｂ２Ｏ５成分は屈折率を大きくするのに有効な成分である。任意で含有されるが、含有量の下限を１．０％とする事がサファイアとのマッチングのためより好ましく、３．０％とする事が最も好ましい。ただし、良好な耐失透性維持のため、好ましくは１５．０％、より好ましくは１４．０％、最も好ましくは１２．０％を上限として含有される。
【００２７】
Ｔａ２Ｏ５成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であるが、良好な耐失透性維持のため、好ましくは１５．０％、より好ましくは１０．０％を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
【００２８】
Ｂｉ２Ｏ３成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であるが、良好な耐失透性維持のため、好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは７．０％を上限として含有される。
【００２９】
ＷＯ３成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であるが、良好な耐失透性維持のため、好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは６．０％を上限として含有される。
【００３０】
ＺｒＯ２成分は屈折率を大きくするのに有効な成分であるが、良好な耐失透性維持のため、好ましくは１０．０％、より好ましくは８．０％、最も好ましくは６．０％を上限として含有される。
【００３１】
またＴｉＯ２、 Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３、ＺｒＯ２およびＬａ２Ｏ３の各成分の和は、サファイアとの良好なマッチングのため２０．０％を下限とすることが好ましく、２５．０％を下限とすることがより好ましく、３０．０％を下限とすることが最も好ましい。ただし、良好な耐失透性維持のため、各成分の和は５０．０％を上限とすることが好ましく、４８．０％を上限とすることがより好ましく、４５．０％を上限とすることが最も好ましい。
【００３２】
ＢａＯ成分は屈折率を高くするのに有効な成分である。ただしガラスの平均線膨張係数を大きくする成分であるので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％、最も好ましくは４．０％を上限として含有される。
【００３３】
ＭｇＯ成分はガラスの失透抑制に有効であるが、屈折率を低下させる成分であるので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
【００３４】
ＣａＯ成分はガラスの失透抑制に有効であるが、屈折率を低下させる成分であるので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは１０．０％、より好ましくは５．０％を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
【００３５】
また屈折率を維持しサファイアとの良好なマッチングのため、ＭｇＯ、ＣａＯ両成分の和は１０．０％以下が好ましく、５．０％以下がより好ましく、３．０％以下が最も好ましい。
【００３６】
Ｌｉ２Ｏ成分はガラスの溶解性を向上させる成分であるが、ガラスの平均線膨張係数を非常に大きくするので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは２．０％未満、より好ましくは１．５％、最も好ましくは１．０％を上限として含有される。
【００３７】
Ｎａ２Ｏ成分はガラスの溶解性を向上させる成分であるが、ガラスの平均線膨張係数を非常に大きくするので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは３．０％、より好ましくは１．０％を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
【００３８】
Ｋ２Ｏ成分はガラスの溶解性を向上させる成分であるが、ガラスの平均線膨張係数を非常に大きくするので、サファイアとの良好なマッチングのため、好ましくは３．０％、より好ましくは１．０％を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
【００３９】
前記Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ２Ｏ各成分についてはガラスの溶解性の向上の観点から、各成分の和の下限を０．０５％とすることがより好ましく、０．１％とすることが最も好ましい。ただし、各成分の和の上限は、前記平均線膨張係数の観点から３．０％であることが好ましく、２．８％であることがより好ましく、２．５％であることが最も好ましい。
【００４０】
Ｓｂ２Ｏ３成分はガラスの清澄剤として有効であり任意に含有されるが、含有量の下限を０．００５％とすることがより好ましく、０．０１％とすることが最も好ましい。ただし、他成分の組成のバランスにおいて得られる所望の物性に影響を及ぼさないよう、含有量の上限は１.０％とすることが好ましく、０．０９５％とすることがより好ましく、０．０９０％とすることが最も好ましい。
【００４１】
なお、本発明のガラスに、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＳｎＯ等の上記以外の成分を合計で５％程度まで必要に応じて添加しても差し支えない。
【００４２】
本発明のガラス組成物は、その組成が質量％で表わされているため直接的にｍｏｌ％の記載に表せるものではないが、本発明において要求される諸特性を満たすガラスは、ｍｏｌ％による表示で概ね以下の値の各成分を含有する。
ＳｉＯ２              ６．０〜２５．０％、および
Ｂ２Ｏ３              ２５．０〜６０．０％、および
Ｙｂ２Ｏ３            ３．０〜２０．０％、および
ＺｎＯ                １０．０〜６５．０％、および
Ｌａ２Ｏ３            １．０〜１２．０％、および
Ａｌ２Ｏ３            ０〜７．０％、および／または
ＴｉＯ２              ０〜９．０％、および／または
Ｎｂ２Ｏ５            ０〜８．０％、および／または
Ｔａ２Ｏ５            ０〜５．０％、および／または
Ｂｉ２Ｏ３            ０〜５．０％、および／または
ＷＯ３                ０〜６．０%、および／または
ＺｒＯ２              ０〜１１．０%、および／または
ＭｇＯ                ０〜３５．０％、および／または
ＣａＯ                ０〜２５．０％、および／または
ＢａＯ                ０〜９．０％、および／または
Ｌｉ２Ｏ              ０〜９．０％、および／または
Ｎａ２Ｏ              ０〜５．０％、および／または
Ｋ２Ｏ                ０〜４．０％、および／または
Ｓｂ２Ｏ３            ０〜１．０％
【００４３】
本発明の構成の一つにおいて、上述した各成分の効果を奏するために、ｍｏｌ％表示によれば、各成分は以下に記載の範囲で含有される。
すなわち、ＳｉＯ２成分は、好ましくは概ね６．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね６．５ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね６．８ｍｏｌ％を下限として含有される。上限は概ね２５．０ｍｏｌ%とすることが好ましく、概ね２３．０ｍｏｌ％とすることがより好ましく、概ね２０．０ｍｏｌ％とすることが最も好ましい。
【００４４】
Ｂ２Ｏ３成分は、好ましくは概ね２５．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね２８．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね３０．０ｍｏｌ％を下限として含有され、好ましくは概ね６０．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね５５．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね５０．０ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００４５】
Ｙｂ２Ｏ３成分は、好ましくは概ね３．０ｍｏｌ%、より好ましくは概ね４．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね４．５ｍｏｌ％を下限として含有され、好ましくは概ね２０．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね１５．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね１０．０ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００４６】
ガラスの各成分のｍｏｌ％の比率（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ｙｂ２Ｏ３の値は下限を概ね２．０とすることが好ましく、概ね５．４とすることがより好ましく、概ね５．８とすることが最も好ましい。また上限は概ね３８．０とすることが好ましく、概ね１４．０未満とすることがより好ましく、概ね１２．０未満とすることが最も好ましい。
【００４７】
ＺｎＯ成分は、好ましくは概ね１０．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね１２．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね１４．０ｍｏｌ％を下限として含有される。また、好ましくは概ね６５．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね５５．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね４０．０ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００４８】
Ｌａ２Ｏ３成分は、好ましくは概ね１．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね３．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね４．０ｍｏｌ％を下限として含有され、好ましくは概ね１２．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね１２．５ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね１１．５ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００４９】
Ａｌ２Ｏ３成分は、好ましくは概ね７．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね６．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね４．５ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００５０】
ＴｉＯ２成分は、好ましくは概ね９．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね８．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね７．０ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００５１】
Ｎｂ２Ｏ５成分は、任意で含有されるが、より好ましくは概ね１．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね２．０ｍｏｌ％を下限として含有され、好ましくは概ね８．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね７．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね６．０ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００５２】
Ｔａ２Ｏ５成分は、好ましくは概ね５．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね３．０ｍｏｌ％を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
【００５３】
Ｂｉ２Ｏ３成分は、好ましくは概ね５．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね４．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね３．０ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００５４】
ＷＯ３成分は、好ましくは概ね６．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね４．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね３．５ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００５５】
ＺｒＯ２成分は、好ましくは概ね１１．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね８．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね６．０ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００５６】
またＴｉＯ２、 Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＷＯ３、ＺｒＯ２およびＬａ２Ｏ３の各成分の和は、概ね９．０ｍｏｌ％を下限とすることが好ましく、概ね１１．０ｍｏｌ％を下限とすることがより好ましく、概ね１３．０％を下限とすることが最も好ましい。また、各成分の和は概ね３０．０ｍｏｌ％を上限とすることが好ましく、概ね２７．０ｍｏｌ％を上限とすることがより好ましく、概ね２５．０ｍｏｌ％を上限とすることが最も好ましい。
【００５７】
ＢａＯ成分は、好ましくは概ね９．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね７．０ｍｏｌ％、最も好ましくは概ね５．０ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００５８】
ＭｇＯ成分は、好ましくは概ね３５．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね１０．０ｍｏｌ％未満を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
【００５９】
ＣａＯ成分は、好ましくは概ね２５．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね１５．０ｍｏｌ％を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
【００６０】
ＭｇＯ、ＣａＯ両成分の和は概ね２５．０ｍｏｌ％以下が好ましく、概ね１５．０ｍｏｌ％以下がより好ましく、概ね１０．０ｍｏｌ％以下が最も好ましい。
【００６１】
Ｌｉ２Ｏ成分は、好ましくは概ね９．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね７．０ｍｏｌ％未満、最も好ましくは概ね５．５ｍｏｌ％を上限として含有される。
【００６２】
Ｎａ２Ｏ成分は、好ましくは概ね５．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね３．０ｍｏｌ％を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
【００６３】
Ｋ２Ｏ成分は、好ましくは概ね４．０ｍｏｌ％、より好ましくは概ね３．０ｍｏｌ％を上限として含有され、実質的に含有されないことが最も好ましい。
【００６４】
また、Ｌｉ２Ｏ、ＮａＯ、Ｋ２Ｏ各成分は任意で含有される成分であるが、各成分の和の下限を概ね０．３ｍｏｌ％とすることがより好ましく、概ね０．５ｍｏｌ％とすることが最も好ましい。ただし、各成分の和の上限は、概ね４．５ｍｏｌ％あることが好ましく、概ね４．２ｍｏｌ％であることがより好ましく、概ね３．８ｍｏｌ％であることが最も好ましい。
【００６５】
Ｓｂ２Ｏ３成分の含有量の上限は概ね１．０ｍｏｌ％であることが好ましく、概ね０．５ｍｏｌ％であることがより好ましく、概ね０．１ｍｏｌ％であることが最も好ましい。
【００６６】
なお、本発明のガラスに、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＳｎＯ等の上記以外の成分を合計で概ね５ｍｏｌ％程度まで必要に応じて添加しても差し支えない。
【００６７】
次に本発明のガラスについて、実質的に含有しないことが好ましい成分について説明する。
本発明のガラスは、環境上有害なＰｂＯやＡｓ２Ｏ３成分を実質的に含有しないことが好ましい。
【００６８】
Ｌｕ２Ｏ３は一般にガラスの成分としては、他の成分に比べて使用頻度が少ない。また、一般のガラス原料と比較して希少価値の高い物質でもあることから、ガラス原料としては高額であり、経済的な面からは使用したくない成分である。本発明のガラスは上記の特性とガラスとしての安定性を兼ね備えているので、Ｌｕ２Ｏ３成分を実質的に含有しないことが好ましい。
【００６９】
Ｆ成分は屈折率を低下させる成分であり、サファイアとのマッチングの観点からは実質的に含有しないことが好ましい。
【００７０】
ＨｆＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、ＭｎＯ２等の成分は、ガラスの安定性、耐酸性、溶融性等が低下するので実質的に含有しないことが好ましい。
【００７１】
V、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ等の着色成分は実質的に含有しないことが好ましい。
【００７２】
なお、本明細書において実質的に含有しないとは、不純物として混入される場合を除き、人為的に含有させないことを意味する。
【発明の効果】
【００７３】
本発明によれば、光学活性成分であるＹｂを多量に含有することができ、なおかつ、サファイアと近似した平均線膨張係数（１００〜３００℃おいて５０〜８５×１０−７／℃）と屈折率（１．７０〜１．９０）を有し、放熱板としてのサファイア単結晶との接合が良好であり、その接合界面でのレーザー光の反射もきわめて少ない、レーザー媒質として高出力が期待できる新規材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
次に本発明にかかるガラスの実施組成例（単位：質量％）を、屈折率（ｎｄ）および１００〜３００℃の平均線膨張係数（α）とともに表１〜３に示した。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
これらの表において、屈折率（ｎｄ）は溶融ガラスをキャストし、Ｔｇ付近の温度で３時間保持し、その後２５℃／時の速度で１０時間降温したのち、アニール炉内にて室温になるまで自然降温して得られたガラスについて、示差自動屈折計を用いて測定した。また、平均線膨張係数（α）は各実施例のガラスを長さ２０．０（＋0．０、−１．０）ｍｍ、直径４．７（±０．１）ｍｍの棒状試料に加工し、（株）リガク製  ＴＡＳ２００−ＴＭＡ縦型熱膨張計を用いて、試料に９８ｍＮの力を加え、毎分４℃で上昇するように加熱し、１００〜３００℃の温度範囲において測定した。
【実施例】
【００７５】
本発明の実施例のガラスは、いずれも硝酸塩、炭酸塩および酸化物の原料を用いて秤量・混合し、これを白金るつぼを用い、約１１００〜１５００℃、約２〜５時間で溶解脱泡し、攪拌均質化した後、金型に鋳込み、徐冷することにより得た。
【００７６】
【表１】
2005350322.tif 000002
【００７７】
【表２】
2005350322.tif 000003
【００７８】
【表３】
2005350322.tif 000004
【００７９】
表１〜３に見られるように、本発明の実施例のガラスはいずれも、１００〜３００℃における平均線膨張係数が５０〜８５×１０−７／℃の範囲にあり、屈折率（ｎｄ）が１．７０〜１．９０の範囲であった。かつ、これらのガラスは、サファイアとの接合が良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
上述のとおり、本発明に得られる新規材料は光学活性成分であるＹｂを多量に含有することができ、なおかつ、サファイアと近似した平均線膨張係数と屈折率を有し、放熱板としてのサファイア単結晶との接合が良好であり、その接合界面でのレーザー光の反射の問題も無いレーザー媒質として高出力が期待できるガラスである。したがって、高出力、短パルス、高繰り返し化が要求される高出力固体レーザーとして好適である。
【００８１】
本発明のガラス単体で固体レーザー媒質として使用することも可能であるが、本発明のガラスはサファイアとマッチングされているので、単結晶のレーザー媒質に単結晶を放熱板として接合するという従来技術のように、本発明のガラスにサファイアの単結晶を放熱板として接合することにより、良好な耐熱性を有する固体レーザーとして使用することができる。
【００８２】
また、サファイアの単結晶に限らず、本発明のガラスとマッチングしており、熱伝導率が少なくとも本発明のガラスより良い材料であれば、本発明のガラスに放熱板として接合し、固体レーザーとして使用することができる。
【００８３】
本発明のガラスと放熱板の接合はオプティカルコンタクト等の直接接合でも良いし、サファイアとマッチングされた何らかの接着用材料を介在させるものでも良い。
【００８４】
前記接着用材料としては、透明であり、サファイアと平均線膨張係数、屈折率が近似している材料を用いると良い。例えば屈折率（ｎｄ）が １．７０を超え〜１．８２、１００〜３００℃における熱膨張係数（α）が ５０〜８０×１０−７／℃、ガラス転移点（Ｔｇ）が６００℃以下のガラスであると接着用材料として好適である。
【００８５】
前記物性を有する接着用ガラスの組成の例を以下に示すと、
質量％で、
ＳｉＯ２                  ５．０％を超え〜１５．０％、および
Ｂ２Ｏ３                    １０．０％を超え〜３０．０％未満、および
Ａｌ２Ｏ３                  ４．０％を超え〜１０．０％、および
ＺｎＯ                    １０．０を超え〜４０．０％未満、および
ＴｉＯ２                    ０〜５．０％、および／または
Ｎｂ２Ｏ５                  ０〜２０．０％、および／または
Ｔａ２Ｏ５                  ０〜８．０％未満、および／または
Ｂｉ２Ｏ３                  ０〜１０．０％、および／または
ＷＯ３                    ０〜１０．０%、および／または
ＺｒＯ２                    ０〜３．０%未満、および／または
Ｌａ２Ｏ３                  ５〜３０．０％未満、および／または
ＭｇＯ                    ０〜５．０％未満、および／または
ＣａＯ                    ０〜５．０％未満、および／または
ＢａＯ                    ０〜５．０％未満、および／または
Ｌｉ２Ｏ              ０〜３．５％未満、および／または
Ｎａ２Ｏ              ０〜３．５％未満、および／または
Ｋ２Ｏ                    ０〜３．５％未満、および／または
Ｓｂ２Ｏ３            ０〜１．０％
の各成分を含有するガラスである。
【００８６】
同様にｍｏｌ％で表記すると、
ＳｉＯ２              ８．０〜３０．０％、および
Ｂ２Ｏ３              １５．０〜５０．０％、および
Ａｌ２Ｏ３            １．０％〜１０．０未満、および
ＺｎＯ                １３．０〜５０．０％、および
ＴｉＯ２              ０〜７．０％、および／または
Ｎｂ２Ｏ５            ０〜８．０％、および／または
Ｔａ２Ｏ５            ０〜３．０％、および／または
Ｂｉ２Ｏ３            ０〜３．０％、および／または
ＷＯ３                ０〜５．０％、および／または
ＺｒＯ２              ０〜３．０％、および／または
Ｌａ２Ｏ３            １．５〜１０．０％、および／または
ＭｇＯ                ０〜５．０％、および／または
ＣａＯ                ０〜５．０％、および／または
ＢａＯ                ０〜５．０％、および／または
Ｌｉ２Ｏ              ０〜１２．０％、および／または
Ｎａ２Ｏ              ０〜６．０％、および／または
Ｋ２Ｏ                ０〜４．０％、および／または
Ｓｂ２Ｏ３            ０〜１．０％
の各成分を含有するガラスである。
【００８７】
接着用材料としてガラスを用いる場合、ガラスを薄板状、粉砕して溶媒に分散させたスラリー状、あるいはその他の接着に適した状態にして本発明のガラスとサファイアの間に介在させ熱処理することによって、本発明のガラスとサファイアの界面での光の反射によるロスが少なく、耐熱性に優れた固体レーザーを作製することができる。
【００８８】
以下表４〜６に接着用材料の組成例を示す。表４〜６中の屈折率（ｎｄ）、平均線膨張係数（α）は表１〜３の実施例における屈折率、平均線膨張係数の測定方法と同様の方法で行った。
また、ガラス転移点（Ｔｇ）は前記平均線膨張係数の測定方法と同様の試料、装置、昇温条件で測定した。
【００８９】
【表４】
2005350322.tif 000005
【００９０】
【表５】
2005350322.tif 000006
【００９１】
【表６】
2005350322.tif 000007
【００９２】
表４〜６に見られるように、接着用材料の組成例のガラスはいずれも、１００〜３００℃の平均線膨張係数が５０〜８０×１０−７／℃の範囲にあり、屈折率（ｎｄ）は１．７０より大きく１．８２以下の範囲にあった。かつ、これらのガラスは、いずれも６００℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を示した。またレーザーガラスが失透しない温度でサファイアと接着することができ、また接着用ガラス自身も失透することがなく、接着用ガラスとして良好な特性を示した。