2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of transparent fluoride ceramics that realizes short pulse lasers in the blue-green, green, orange, and red regions
| Project/Area Number |
21K04926
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
藤岡 加奈 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (00762395)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
椿本 孝治 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (90270579)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 透明セラミックス / 可視域レーザー材料 / プラセオジム / アルカリ土類金属フッ化物 / 濃度消光 / クラスター抑制 / フッ素欠陥 / イオン拡散 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
青色半導体レーザー励起の可視域レーザー材料として有望なPr３価イオン（Pr3+）添加アルカリ土類金属フッ化物（Pr:CaF2およびPr:SrF2）の透明セラミックス化を目指して、以下の研究成果が得られた。
【バッファーイオン濃度の最適化（クラスター・消光の抑制）】原料粉体を液相で一括合成した。CaF2、SrF2中でのPr3+のクラスター化・消光を抑制するための希土類バッファーイオンとしては、Y3+、Gd3+に比べてフッ化物合成時に副生成物を生成しないLa3+が適していることを明らかにした。
【Pr及びLa添加濃度の最適化】Pr3+の濃度については、CaF2、SrF2いずれの母材においても1 at.%以上で濃度消光が起こることを明らかにした。また、La3+バッファーイオンの添加濃度の最適値は、製作したセラミックスの蛍光強度と蛍光寿命の測定結果から、Pr3+の約５倍であることを明らかにした。
【セラミックス透明化手法の確立】市販のフッ化物を混合した原料粉体（CaF3-PrF3-LaF3、およびSrF2-PrF3-LaF3）を用いた場合、粉体の結晶性が高くかつ粒子径が大きいため、焼結時の粒界反応が低下してイオン拡散が不十分となり、光散乱の原因となる組成（屈折率）の不均一が生じた。これに対して液相で一括合成した原料粉体の場合は、それぞれのイオンは均一に分布していることをEPMA元素マッピング解析により確認した。一方で、フッ素欠陥に起因すると推測される黒色化が発生したため、粉体合成時にフッ化カリウムを過剰に添加することで黒色化を抑制した。さらに、残留するカリウムの除去には粉体の仮焼きが有効であることも明らかにした。これらの手法によってPr0.02La0.05Sr0.94F2.07セラミックス（厚さ2.9mm）で470nmから650nmの波長域における直線透過率が約85%に到達した。
|
