様式３R1108

透明セラミックスの真空紫外反射率評価
Vacuum ultraviolet reflectance evaluation of transparent ceramics
金高 祐仁a, 田中 伸彦a, 吉村 真史b, 太田 俊明bYuji Kintakaa, Nobuhiko Tanakaa, Masashi Yoshimurab, Toshiaki Ohtabaa

株式会社村田製作所, b 立命館大学 SR センター
Murata Manufacturing Co. Ltd., bThe SR Center, Ritsumeikan University

La2Zr2O7 透明セラミックスは負の異常分散性が大きな材料である。その起源については不明であったが、屈折率の波長分散に関する理論式を用いた数値シミュレーションによると、真空紫外域における材料の光吸収が弱い場合に負の異常分散性が大きくなることが示唆された。La2Zr2O7 の真空紫外反射率測定を行ったところ、通常の分散特性を有する他材料よりも 20～30eV における反射率が弱かった。これは同領域における光吸収が弱いことを意味しており、数値シミュレーションの予測と整合していた。
La2Zr2O7 transparent ceramics has large negative abnormal dispersion though the origin has not been
known. Numerical simulations based on an equation of dispersion of refractive index suggested that a weakintensity of absorption in vacuum ultraviolet region would cause the large negative abnormal dispersion. The
measurements of vacuum ultraviolet reflectance revealed that the reflectance around 20–30 eV of La2Zr2O7
was weaker than that of normal dispersion materials, that was consistent with the numerical simulations.
Keywords: lanthanum zirconate, abnormal dispersion, vacuum ultraviolet reflectance
背景と研究目的： 透明セラミックスは高い透過率と熱的・機械的・化学的安定性などを兼ね備えた透明材料としてHIDランプ用の発光管などとして実用化されており、特に近年ではNd:Y3Al5O12（Nd:YAG）を中心に高出力セラミックレーザーとしての研究が盛んになっている[1]。当社ではBa(Sn,Zr,Mg,Ta)O3[2]を世界初のセラミックレンズ用材料として実用化した後、新しいレンズ用透明セラミック
ス 材 料 と し て LaAlO3-Sr(Al,Ta)O3[3] やLa2Zr2O7 を開発してきた。
レンズ用材料として屈折率およびその波長分散特性は非常に重要であり、種々の特性値を有したレンズ材料を組み合わせて色収差補正を行う。材料の分散特性を表す指標のうち、異常分散性という指標がある。式(1)で与えられる部分分散比（Pg,F）を式(2)で与えられるアッベ数（νd）に対してプロットした場合、多くの材料は線形のクラスター状に並ぶが、このクラスターから大きく外れる材料を異常分散性が大きいという。

Pg , F =ng − nF
n F − nC

(1)

νd =

nd − 1,n F − nC(2)

ここで ng 、nF 、nC 、nd はそれぞれ g 線（ 435.85nm ）、 F 線 （ 486.13nm ）、 C 線（656.27nm）、d 線（587.56nm）における屈折率である。
図 1 に各種透明セラミックス材料と光学ガラス材料の Pg,F vs νd 図を示すが、これよりLa2Zr2O7 は異常分散性が大きいことが分かる。
基準線（K7 ガラスと F2 ガラスを結んだ線）
よりも Pg,F が小さいため、負の異常分散性が大きいと言われる。異常分散性が大きい材料
は高度な色収差補正が可能であることから、高倍率望遠レンズや顕微鏡レンズなどへの応用に有利である。しかしながら La2Zr2O7 にて異常分散性が大きい理由については明らかになっていなかった。そこで、屈折率の波長分散に関する理論式を用いた数値シミュレーションを行った結果、真空紫外域における材料の光吸収が弱い場合に負の異常分散性が大きくなることが示唆された。真空紫外域は材料の基礎吸収よりも高エネルギー側であるために吸収を実測することはできず、通常は反射率が測定される。そこで本研究は La2Zr2O7 の様式３吸収が弱いことに起因するものと考えられる。
紫外～真空紫外領域での光吸収は材料のバンド間遷移によるものであり、電子構造に依存する。La2Zr2O7 のどのような電子構造が真空紫外領域での光吸収を弱くしているのかについては第一原理計算を用いた理論的研究が必要である。

真空紫外反射率を測定し、それを通常の分散特性を有する透明セラミックス材料と比較することで数値シミュレーションによる予測を検証することにした。
optical glasses
standard line
LZO
LAO-SAT
BZMT

0.62
0.600.50LZO
LAO-SAT
BZMT

0.58
0.400.56
0.54
0.5280706050403020

Abbe Number νd
図 1 各種材料の Pg,F vs nd 図
LZO ： La2Zr2O7 、 LAO-SAT ：LaAlO3-Sr(Al,Ta)O3、BZMT：Ba(Zr,Mg,Ta)O3

実験： La(OH)3粉末とZrO2粉末を所定の比率で秤量し、湿式ボールミルにて混合したのちに乾燥して1300℃、3hにて仮焼を行った。
得られた仮焼粉に焼結助剤であるSiO2粉末と有機系分散剤を加えて湿式ボールミルにて粉砕し、鋳込み成形を行った。成形体を500℃にて脱脂したのち0.6GPaで冷間等方加圧（CIP）を行い、酸素ガスフロー中（酸素濃度98%以上）、1675℃、100h焼成を行って焼結体を得た。
焼結体は両端面鏡面研磨を行って厚さ0.6mmの板状に仕上げた。
立命館大学SRセンター BL-1にて真空紫外反射率測定を行った。測定は4～50eVで0.1eV間隔で行い、入射角はおよそ2°、到達真空度は3～4×10-6Paであった。比較のために0.5LaAlO3-0.5Sr(Al,Ta)O3およびBa(Zr0.25Mg0.5Ta0.5)O3についても同様の測定を行った。
結果、および、考察： 図 2 に各種材料の真空紫外反射率測定結果を示す。La2Zr2O7 は他の 2 つの材料よりも 20～30eVにおける反射率が低くなっていた。反射率が低いことは同じエネルギー域における吸収も低いことを意味しており、数値シミュレーションによる予測と一致するものであった。すなわち、
La2Zr2O7 において負の異常分散性が大きいのは真空紫外域（高エネルギー域）における光ReflectancePartial relative dispersion Pg,F0.640.300.200.100.000

図2102030405060Energy (eV)
各種材料の真空紫外反射率

文 献[1] H. Yagi and T. Yanagitani, The 2nd Laser
Ceramic Symposium, Extended Abstracts,462-463(2006).
[2] N. Tanaka, Y. Kintaka, S. Kuretake, A. Ando,and Y. Sakabe, The 12th US-Japan Seminar onDielectric & Piezoelectric Ceramics, ExtendedAbstracts, 235-238(2005).
[3] Y. Kintaka, S. Kuretake, T. Hayashi, N.
Tanaka, A. Ando, and H. Takagi, J. Am. Ceram.
Soc., 94, 4399-4403(2011).
論文・学会等発表（予定）[1] Y. Kintaka, T. Hayashi, A. Honda, M.
Yoshimura, S. Kuretake, N. Tanaka, A. Ando, andH. Takagi, “Abnormal Partial Dispersion inPyrochlore Lanthanum Zirconate TransparentCeramics”, J. Am. Ceram. Soc.（投稿中）