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JP2951358B2 - Up conversion glass - Google Patents

Up conversion glass

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Publication number
JP2951358B2
JP2951358B2 JP9734490A JP9734490A JP2951358B2 JP 2951358 B2 JP2951358 B2 JP 2951358B2 JP 9734490 A JP9734490 A JP 9734490A JP 9734490 A JP9734490 A JP 9734490A JP 2951358 B2 JP2951358 B2 JP 2951358B2
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JP
Japan
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glass
conversion
rare earth
infrared
oxide
Prior art date
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Japanese (ja)
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直弘 曽我
一之 平尾
久良 虎渓
恵子 岡田
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HOOYA KK
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HOOYA KK
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ディスプレイ、赤外線および赤外線レーザ
ーの検出器、あるいはアップコンバージョンレーザ等の
材料として好適なアップコンバージョンガラスに関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an up-conversion glass suitable as a material for a display, a detector for infrared rays and an infrared laser, or an up-conversion laser.

[従来の技術] 照射された赤外光を可視光に変換し、蛍光あるいはレ
ーザー光として発する物質(以下、アップコンバージョ
ン物質という)は、ディスプレイ、赤外線および赤外線
レーザーの検出器、あるいは可視光レーザ等の材料とし
ての利用価値が高いため、種々の研究開発が進められて
きている。
[Prior Art] A substance that converts irradiated infrared light into visible light and emits it as fluorescence or laser light (hereinafter referred to as an up-conversion substance) is a display, a detector of infrared and infrared lasers, a visible light laser, or the like. Because of its high utility value as a material, various research and development have been promoted.

例えば、特許出願公表昭63−503495号公報には、フッ
化カルシウムを主成分とし、活性イオンとしてEr3+をド
ープした結晶が開示されている。
For example, Patent Application Publication No. 63-503495 discloses a crystal containing calcium fluoride as a main component and doped with Er 3+ as an active ion.

また、『エレクトロニクス レターズ(ELECTRONICS
LETTERS)第23巻 第1号』(第32頁〜34頁、1987年1
月)には、Yb3+とEr3+とをドープした、フッ化物ガラス
およびCaF2結晶において、Er3+のアップコンバージョン
による可視光の発光が認められたことが記載されてい
る。
In addition, "Electronic Letters (ELECTRONICS
LETTERS) Vol. 23, No. 1 "(pages 32 to 34, 1987, January 1)
Moon) describes that in a fluoride glass and a CaF 2 crystal doped with Yb 3+ and Er 3+ , visible light emission due to up-conversion of Er 3+ was observed.

これらのアップコンバージョン物質のうち、ガラスを
媒質とするアップコンバージョン物質(以下、アップコ
ンバージョンガラスという)は、CaF2結晶等の結晶を媒
質とするアップコンバージョン物質に比べて、製造が
容易である、コストが低い、ファイバー化が可能で
ある、等の利点を有している。さらに、アップコンバー
ジョンガラスでは、ガラス中の希土類イオンの吸収スペ
クトルがブロードであるために、励起光の波長ゆらぎに
伴う吸収効率の変動が小さいので、温度や電流等の影響
により出力波長が変動しやすい半導体レーザーを励起光
として用いた場合でも、比較的安定した出力が得られる
という利点を有している。
Among these up-conversion materials, up-conversion materials using glass as a medium (hereinafter referred to as up-conversion glasses) are easier to manufacture than up-conversion materials using crystals such as CaF 2 crystals as their medium, However, it has advantages such as low fiber density and the possibility of fiberization. Further, in the up-conversion glass, since the absorption spectrum of rare earth ions in the glass is broad, the fluctuation of the absorption efficiency due to the wavelength fluctuation of the excitation light is small, so that the output wavelength tends to fluctuate due to the influence of temperature, current, and the like. Even when a semiconductor laser is used as the excitation light, there is an advantage that a relatively stable output can be obtained.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、フッ化物ガラスを媒質とする従来のア
ップコンバージョンガラスは、CaF2結晶を媒質とするア
ップコンバージョン物質の赤外光−可視光の変換効率に
匹敵する変換効率を示し、この点からは実用的であると
いえるが、フッ化物ガラスには化学的耐久性や機械的強
度が低いために実用に供しづらいという難点がある。ま
た、フッ化物ガラスにおいては安定にガラスを生成する
ことができる組成領域が極めて狭く、特性を大きく変え
るような組成変動が困難であるという問題点がある。さ
らにフッ化物ガラスには、ガラスを作製するにあたって
の雰囲気の制御や成形等が困難であるという問題点もあ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional up-conversion glass using fluoride glass as a medium has a conversion efficiency comparable to the conversion efficiency between infrared light and visible light of an up-conversion material using CaF 2 crystal as a medium. From this point, it can be said that it is practical, but fluoride glass is difficult to be put to practical use because of its low chemical durability and mechanical strength. Further, in the fluoride glass, there is a problem that the composition region in which the glass can be generated stably is extremely narrow, and it is difficult to change the composition to greatly change the characteristics. Further, the fluoride glass also has a problem that it is difficult to control the atmosphere and form the glass when producing the glass.

また、前記エレクトロニクス レターズには、Yb3+
Er3+とをドープしたケイ酸塩ガラスおよびリン酸塩ガラ
スにおける赤外光−可視光の変換効率の測定結果が記載
されているが、これらのガラスにおける赤外光−可視光
の変換効率は、フッ化物ガラスを媒質とするアップコン
バージョンガラスの100000分の1〜10000分の1程度で
あり、アップコンバージョン現象が起きていると言える
ものではない。
In addition, Yb 3+
The measurement results of the conversion efficiency of infrared-visible light in silicate glass and phosphate glass doped with Er 3+ are described, but the conversion efficiency of infrared-visible light in these glasses is However, it is about 1 / 100,000 to 1/10000 of up-conversion glass using fluoride glass as a medium, and it cannot be said that an up-conversion phenomenon has occurred.

したがって本発明の目的は、実用的な赤外光−可視光
の変換効率を有するアップコンバージョンガラスであっ
て、化学的耐久性および機械的強度に優れ、作製および
成形が容易なアップコンバージョンガラスを提供するこ
とにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an up-conversion glass having practical infrared-visible light conversion efficiency, which has excellent chemical durability and mechanical strength, and is easy to produce and mold. Is to do.

[課題を解決するための手段] 本発明は、上記目的を達成するためになされたもので
あり、本発明のアップコンバージョンガラスは、重金属
酸化物および希土類元素酸化物を含有する酸化物ガラス
からなり、この酸化物ガラスの格子振動の最大エネルギ
ーが1000cm-1以下であることを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems The present invention has been made to achieve the above object, and the upconversion glass of the present invention is composed of an oxide glass containing a heavy metal oxide and a rare earth element oxide. The maximum energy of lattice vibration of the oxide glass is 1000 cm -1 or less.

以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明のアップコンバージョンガラスは、上述のよう
に酸化物ガラスからなり、この酸化物ガラスは重金属酸
化物を含有している。
The upconversion glass of the present invention is made of an oxide glass as described above, and this oxide glass contains a heavy metal oxide.

重金属酸化物としては、PbO、CdO、Bi2O3、Ga2O3、Te
O2、Sb2O3、As2O3、GeO2等が挙げられ、本発明のアップ
コンバージョンガラスは、これらの重金属酸化物の少な
くとも1種を含有する。重金属酸化物の含有量は、20〜
85モル%であることが好ましい。20モル%未満では、実
質的に格子振動の最大エネルギーを1000cm-1以下にする
ことが困難になり、85モル%を超えると、ガラスの形成
が困難になる。特に好ましい重金属酸化物の含有量は、
25〜82モル%である。
PbO, CdO, Bi 2 O 3 , Ga 2 O 3 , Te
O 2 , Sb 2 O 3 , As 2 O 3 , GeO 2 and the like are mentioned, and the up-conversion glass of the present invention contains at least one of these heavy metal oxides. The content of heavy metal oxides is from 20 to
Preferably it is 85 mol%. If it is less than 20 mol%, it becomes difficult to substantially reduce the maximum energy of lattice vibration to 1000 cm -1 or less, and if it exceeds 85 mol%, it becomes difficult to form glass. Particularly preferred heavy metal oxide content is
25-82 mol%.

また本発明のアップコンバージョンガラスは、希土類
元素酸化物も含有している。そして、この希土類元素酸
化物を構成する希土類元素が、ガラス中でアップコンバ
ージョン現象を起こすためのイオン(アップコンバージ
ョン活性イオン)となる。
The up-conversion glass of the present invention also contains a rare earth element oxide. Then, the rare earth element constituting the rare earth element oxide becomes an ion (upconversion active ion) for causing an upconversion phenomenon in the glass.

希土類元素としては、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Tb、
Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luが挙げられ、希土類元素酸化物
は、これらの希土類元素の酸化物であればよい。希土類
元素酸化物の含有量は、0.1〜30モル%であることが好
ましい。0.1モル%未満では、赤外光−可視光の変換効
率が低いために実用的でなく、30モル%を超えるとガラ
スの成形が困難になる。特に好ましい希土類元素酸化物
の含有量は、1〜20モル%である。
As rare earth elements, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Tb,
Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu may be mentioned, and the rare earth element oxide may be any oxide of these rare earth elements. The content of the rare earth oxide is preferably 0.1 to 30 mol%. If it is less than 0.1 mol%, the conversion efficiency between infrared light and visible light is low and it is not practical. If it exceeds 30 mol%, molding of glass becomes difficult. A particularly preferred content of the rare earth element oxide is 1 to 20 mol%.

なお、本発明のアップコンバージョンガラスにおいて
は、上述した重金属酸化物および希土類元素酸化物以外
の成分として、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O等のアル
カリ金属酸化物、MgO、CaO、SrO、BaO等のアルカリ土類
金属酸化物、その他SiO2、Al2O3、P2O5、ZnO、WO3、MoO
3等ガラス成分として通常用いられる成分を含有させる
ことができる。
In the upconversion glass of the present invention, as components other than the above-mentioned heavy metal oxide and rare earth element oxide, alkali metal oxides such as Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, Rb 2 O, Cs 2 O, etc. Substances, alkaline earth metal oxides such as MgO, CaO, SrO, BaO, etc., SiO 2 , Al 2 O 3 , P 2 O 5 , ZnO, WO 3 , MoO
Components commonly used as glass components such as 3 can be contained.

また、本発明のアップコンバージョンガラスの格子振
動の最大エネルギーは、1000cm-1以下に限定される。格
子振動の最大エネルギーを1000cm-1以下に限定する理由
は、以下のとおりである。
Further, the maximum energy of the lattice vibration of the up-conversion glass of the present invention is limited to 1000 cm −1 or less. The reason for limiting the maximum energy of lattice vibration to 1000 cm -1 or less is as follows.

酸化物ガラスからなるアップコンバージョンガラスに
おいては、多フォノン緩和に関与するフォノンエネルギ
ーが小さいほど、赤外光−可視光の変換により発せられ
る発光の強度が増大する。この多フォノン緩和に関与す
るフォノンエネルギーは、例えばEu3+を含有するアップ
コンバージョンガラスにおいては、ガラスの励起スペク
トルを5D07F2遷移による発光(612nm)をモニターし
ながら測定したときに出現する電子遷移(7F05D2
移)ピークとこの電子遷移ピークの高エネルギー側に出
現するフォノンサイドバンドのピークとのエネルギー差
に相当する。なお、Eu以外の希土類元素を含有する酸化
物ガラスからなるアップコンバージョンガラスにおいて
も、電子遷移ピークとフォノンサイドバンドのピークと
のエネルギー差が、多フォノン緩和に関与するフォノン
エネルギーに相当する。
In an up-conversion glass made of an oxide glass, as the phonon energy involved in multi-phonon relaxation is smaller, the intensity of light emitted by the conversion between infrared light and visible light increases. The phonon energy involved in this multi-phonon relaxation is, for example, in an up-conversion glass containing Eu 3+ , when the excitation spectrum of the glass is measured while monitoring the emission (612 nm) due to the 5 D 07 F 2 transition. corresponding to an energy difference between the peak of the emerging electronic transitions (7 F 05 D 2 transition) peak and phonon sidebands appear in the higher energy side of the electron transition peak. Note that also in an up-conversion glass made of an oxide glass containing a rare earth element other than Eu, the energy difference between the electron transition peak and the peak of the phonon side band corresponds to the phonon energy involved in multiphonon relaxation.

これら電子遷移ピークとフォノンサイドバンドのピー
クとは、通常の分光蛍光光度計を用いて測定することが
できるが、希土類元素としてEu以外の希土類元素を含有
するガラスにおいては、フォノンサイドバンドが出現す
るエネルギー位置に希土類イオンの電子遷移があり、フ
ォノンサイドバンドが電子遷移に基づくバンドによって
隠されるため、フォノンサイドバンドを特定することが
困難である。また、ガラスのフォノンエネルギーは含有
される希土類元素の種類に依らないので、Eu以外の希土
類元素を含有するガラスにおけるフォノンエネルギー
は、このガラス中の希土類元素のみをEuに置換したガラ
スにおけるフォノンエネルギーと同等となるが、希土類
元素以外の組成が全く同じであるガラスを複数個作製す
ることは、これらのガラスを同時に作製する以外は必ず
しも容易なことではない。このため、希土類元素として
Eu以外の希土類元素を含有するガラスにおいては、多フ
ォノン緩和に関与するフォノンエネルギーを正確に測定
することが困難である。
These electron transition peaks and phonon sideband peaks can be measured using a normal spectrofluorometer, but in glasses containing rare earth elements other than Eu as rare earth elements, phonon sidebands appear. Since there is an electron transition of a rare earth ion at the energy position and the phonon sideband is hidden by the band based on the electron transition, it is difficult to specify the phonon sideband. In addition, the phonon energy of glass does not depend on the type of rare earth element contained therein, so the phonon energy of glass containing a rare earth element other than Eu is the same as the phonon energy of glass obtained by replacing only the rare earth element in this glass with Eu. It is not easy to produce a plurality of glasses having the same composition except for the rare earth elements, except for the simultaneous production of these glasses. Therefore, as a rare earth element
In glasses containing rare earth elements other than Eu, it is difficult to accurately measure the phonon energy involved in multiphonon relaxation.

ところで、多フォノン緩和に関与するフォノンエネル
ギーの値は、ガラスのラマン散乱スペクトルから求めら
れる格子振動エネルギーの値からも求めることができる
[『フィジカル レビュー(Physical Review)B16巻』
(第10頁、1977年)参照]。この場合でも、上述した多
フォノン緩和に関与するフォノンエネルギーの場合と同
様に、格子振動の最大エネルギーが小さいほど、赤外光
−可視光の変換により発せられる発光の強度が増大す
る。そして、酸化物ガラスからなるアップコンバージョ
ンガラスにおいては、ガラスの格子振動の最大エネルギ
ーが1000cm-1を超えると、アップコンバージョン現象が
発現しないか、発現しても非常に弱いものとなる。
By the way, the value of the phonon energy involved in the multiphonon relaxation can also be obtained from the value of the lattice vibration energy obtained from the Raman scattering spectrum of glass [Physical Review B16]
(Page 10, 1977). Also in this case, as in the case of the phonon energy involved in the multi-phonon relaxation described above, as the maximum energy of the lattice vibration is smaller, the intensity of the light emitted by the conversion between infrared light and visible light increases. In an up-conversion glass made of an oxide glass, if the maximum energy of the lattice vibration of the glass exceeds 1000 cm −1 , the up-conversion phenomenon does not appear or becomes very weak even if it appears.

したがって、本発明のアップコンバージョンガラスに
おいては、ガラスの格子振動の最大エネルギーは1000cm
-1以下に限定される。ガラスの格子振動の最大エネルギ
ーが1000cm-1以下である場合には、赤外光により励起さ
れた希土類イオンの励起準位からの無輻射遷移によるエ
ネルギー損失が小さくなり、アップコンバージョン現象
が顕著に発現する。
Therefore, in the up-conversion glass of the present invention, the maximum energy of the lattice vibration of the glass is 1000 cm
Limited to -1 or less. When the maximum energy of lattice vibration of glass is 1000 cm -1 or less, the energy loss due to non-radiative transition from the excitation level of rare earth ions excited by infrared light becomes small, and the up conversion phenomenon appears remarkably I do.

なお、本明細書におけるラマン散乱スペクトルから求
められるガラスの格子振動の最大エネルギーは、10×25
×4mmの大きさのサンプルを6面研磨し、研磨後のサン
プルの一面に入射角45゜で波長514.5nm、出力60mWのレ
ーザー光を照射したときの散乱光をラマン分光光度計で
検出したときのラマン散乱スペクトルにおいて最も高波
数側に存在する散乱バンドのピーク位置に対応する波数
として求めた。
The maximum energy of the lattice vibration of the glass determined from the Raman scattering spectrum in this specification is 10 × 25
When a sample with a size of × 4 mm is polished on six surfaces, and one surface of the polished sample is irradiated with a laser beam having an incident angle of 45 ° and a wavelength of 514.5 nm and an output of 60 mW, and the scattered light is detected by a Raman spectrophotometer. Was obtained as a wave number corresponding to the peak position of the scattering band present on the highest wave number side in the Raman scattering spectrum.

重金属酸化物と希土類元素酸化物とを必須成分とし、
ガラスの格子振動の最大エネルギーが1000cm-1以下であ
る本発明のアップコンバージョンガラスは、重金属酸化
物の出発原料として、含有させようとする重金属の酸化
物、炭酸塩、硝酸塩等を、また希土類元素酸化物の出発
原料として、含有させようとする希土類の酸化物、炭酸
塩、硝酸塩を用いることができる。その他必要に応じ
て、任意成分であるアルカリ金属酸化物、アルカリ土類
金属酸化物等の出発原料となる酸化物、炭酸塩、硝酸塩
等の通常のガラス原料を用いることができる。そして、
これらの出発原料を最終的に得られるガラスの組成が所
望の組成となるように調合した混合物から、通常の溶融
法による酸化物ガラスの作製と同様にして得ることがで
きる。
Heavy metal oxide and rare earth element oxide as essential components,
The upconversion glass of the present invention in which the maximum energy of the lattice vibration of the glass is 1000 cm -1 or less, as a starting material of the heavy metal oxide, an oxide of a heavy metal to be contained, a carbonate, a nitrate, and the like, and a rare earth element. Rare earth oxides, carbonates, and nitrates to be contained can be used as starting materials for the oxides. In addition, if necessary, ordinary glass materials such as oxides, carbonates, nitrates and the like as starting materials such as alkali metal oxides and alkaline earth metal oxides which are optional components can be used. And
These starting materials can be obtained from a mixture prepared so that the composition of the finally obtained glass becomes a desired composition in the same manner as in the production of an oxide glass by a usual melting method.

したがって、本発明のアップコンバージョンガラス
は、フッ化物ガラスを媒質とするアップコンバージョン
ガラスを得る場合に生じる雰囲気の制御や成形等が困難
であるという問題点を生じることなく、フッ化物ガラス
を媒質とするアップコンバージョンガラスより化学的耐
久性および機械的強度に優れた種々の形状のアップコン
バージョンガラスを得ることができる。また、ガラスを
生成することができる組成領域が広いため、組成を変え
ることにより、種々の特性を有するアップコンバージョ
ンガラスを得ることができる。
Therefore, the up-conversion glass of the present invention uses a fluoride glass as a medium without causing a problem that it is difficult to control or mold an atmosphere generated when obtaining an up-conversion glass using a fluoride glass as a medium. It is possible to obtain upconversion glasses of various shapes having better chemical durability and mechanical strength than the upconversion glass. Further, since the composition region in which glass can be produced is wide, up-conversion glass having various characteristics can be obtained by changing the composition.

[実施例] 以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は
これらの実施例に限定されるものではない。
[Examples] Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1 重金属酸化物の出発原料としてTeO2を、また希土類元
素酸化物の出発原料としてEr2O3を用い、任意成分の出
発原料としてNa2CO3を用いて、これらの出発原料を最終
的に得られるガラスの組成が表−1に示す組成となるよ
うに調合して得た混合物を、900℃で60分間、大気中で
加熱してガラス融液とし、得られたガラス融液を鉄板上
に流し出し、固化した後約30℃/hの速さで除冷して、酸
化物のアップコンバージョンガラスを得た。
Example 1 These starting materials were finalized using TeO 2 as a starting material for heavy metal oxides, Er 2 O 3 as a starting material for rare earth oxides, and Na 2 CO 3 as a starting material for optional components. The mixture obtained by blending so that the composition of the resulting glass is as shown in Table 1 is heated at 900 ° C. for 60 minutes in the air to form a glass melt. After pouring onto an iron plate, solidifying, and then cooled at a rate of about 30 ° C./h, an oxide up-conversion glass was obtained.

このようにして得られたアップコンバージョンガラス
から10×25×4mmの大きさのサンプルを切り出し、この
サンプルを6面研磨した後に、サンプルの一面に入射角
45゜で波長514.5nm、出力60mWのレーザー光を照射し
て、このときの散乱光を日本分光工業(株)製NR−1000
型のラマン分光光度計で検出したラマン散乱スペクトル
から、前述の方法によりガラスの格子振動の最大エネル
ギー(以下、格子振動の最大エネルギーという)を求め
たところ、第1図に示すように、680cm-1であることが
測定された。なお、第1図中で1300nm付近にあるピーク
(ピーク部分は図示せず)は、Er3+の蛍光によるもので
ある。
A sample having a size of 10 × 25 × 4 mm was cut out from the thus obtained up-conversion glass, and after polishing this sample on six sides, an incident angle was applied to one side of the sample.
A laser beam with a wavelength of 514.5 nm and an output of 60 mW is irradiated at 45 °, and the scattered light at this time is NR-1000 manufactured by JASCO Corporation.
Raman scattering spectra detected by the type Raman spectrophotometer, the maximum energy of the lattice vibration of the glass by the method described above (hereinafter, referred to as the maximum energy of the lattice vibration) was sought, as shown in FIG. 1, 680 cm - It was determined to be 1 . The peak near 1300 nm (the peak portion is not shown) in FIG. 1 is due to the fluorescence of Er 3+ .

また、格子振動の最大エネルギーを測定するために用
いた、上記6面研磨したサンプルを用い、このサンプル
に、励起光として波長800nmの赤外半導体レーザーを照
射したときの蛍光スペクトルを測定したところ、第2図
にこのときの蛍光スペクトルを示すように、550nmの波
長位置にピークを有する、赤外光−可視光変換に起因す
る蛍光が確認された。なお、このときの蛍光スペクトル
の測定は、第3図に示すように、励起光源(赤外半導体
レーザー)1からのレーザー光をチョッパー2によりパ
ルス化した光をミラー3によりサンプル4に入射させ、
サンプル4からの可視光(蛍光)をレンズ5により集光
して分光器[ジョバン−イボン(Jobin−Yvon)社製R32
0モノクロメーター]6に入射させて分光し、分光器6
により分光された光を液体窒素で冷却したホトマル(浜
松ホトニクス(株)製R2228)7で検知した結果を、ロ
ックインアンプ(EG & G社製5208)8により増幅した
後レコーダー9で記録することにより行った。なお、ロ
ックインアンプ8は、信号光と参照光の位相を整合する
ためにチョッパー2とも接続してある。
Further, using the sample polished on the above-mentioned six surfaces, which was used for measuring the maximum energy of the lattice vibration, and when the fluorescence spectrum of the sample was irradiated with an infrared semiconductor laser having a wavelength of 800 nm as excitation light, As shown in FIG. 2, the fluorescence spectrum at this time was confirmed to have fluorescence attributable to infrared-visible light conversion, having a peak at a wavelength of 550 nm. In this case, as shown in FIG. 3, the fluorescence spectrum was measured by irradiating a laser beam from an excitation light source (infrared semiconductor laser) 1 with a pulse from a chopper 2 to a sample 4 by a mirror 3,
Visible light (fluorescence) from the sample 4 is condensed by the lens 5 and the spectrometer [R32 manufactured by Jobin-Yvon] is used.
[0 monochromator] 6 for spectroscopy.
The result of detection by the photomultiplier (Hamamatsu Photonics Co., Ltd. R2228) 7 of the light separated by the liquid nitrogen cooled by liquid nitrogen is amplified by a lock-in amplifier (EG & G 5208) 8 and then recorded by the recorder 9. Was performed. Note that the lock-in amplifier 8 is also connected to the chopper 2 to match the phases of the signal light and the reference light.

さらに、得られたアップコンバージョンガラスの室温
での赤外光−可視光変換に起因する蛍光の強度(以下、
赤外光−可視光変換蛍光強度という)、化学的耐久性お
よび破壊靭性を以下の要領で測定した。これらの測定結
果を表−1に示す。
Furthermore, the intensity of fluorescence (hereinafter, referred to as “fluorescence”) due to infrared-visible light conversion at room temperature of the obtained up-conversion glass
Infrared light-visible light converted fluorescence intensity), chemical durability and fracture toughness were measured in the following manner. Table 1 shows the measurement results.

・赤外光−可視光変換蛍光強度 得られたアップコンバージョンガラスから10×25×4m
mの大きさのサンプルを切り出し、このサンプルを6面
研磨した後に、第3図に示す装置を用いて、サンプルの
一面に励起光として波長800nmの赤外半導体レーザーを
照射したときの蛍光スペクトルを測定した。
・ Infrared light-visible light conversion fluorescence intensity 10 × 25 × 4m from the obtained up-conversion glass
A sample having a size of m was cut out, and after polishing this sample on six surfaces, the fluorescence spectrum obtained when an infrared semiconductor laser having a wavelength of 800 nm was irradiated as excitation light on one surface of the sample using the apparatus shown in FIG. It was measured.

・化学的耐久性 日本光学硝子工業会規格JOGIS−1975の光学ガラスの
化学的耐久性の測定方法(粉末法)に基づいて、耐水性
Dw(単位はwt%)を測定した。
・ Chemical durability Water resistance based on the chemical durability measurement method (powder method) of optical glass specified in Japan Optical Glass Industrial Association standard JOGIS-1975
Dw (unit: wt%) was measured.

・破壊靭性 破壊靭性[KIC(単位はMPam1/2)]は、得られたアッ
プコンバージョンガラスから5×5×30mmの大きさのサ
ンプルを切り出してその長方形の一面を研磨し、研磨面
に一定の大きさのクラックを発生させ三点折り曲げテス
トにより抗折強度を求め、クラックの形状で強度を規格
化した。
・ Fracture toughness The fracture toughness [K IC (unit: MPam 1/2 )] is obtained by cutting a sample of 5 × 5 × 30 mm from the obtained up-conversion glass, polishing one surface of the rectangle, and polishing the surface. Cracks of a certain size were generated and the bending strength was determined by a three-point bending test, and the strength was normalized by the shape of the cracks.

実施例2〜7 重金属酸化物の出発原料としてGa2O3、PbO、Bi2O3、G
eO2およびTeO2を、また希土類元素酸化物の出発原料と
してEr2O3を用い、その他必要に応じて、任意成分の出
発原料としてNa2CO3、SrCO3、WO3およびLi2CO3を用い
て、これらの出発原料を最終的に得られるガラスの組成
が表−1に示す組成となるように調合して得た混合物
を、1100〜1200℃で30〜60分間、大気中で加熱してガラ
ス融液とし、得られたガラス融液を鉄板上に流し出し、
固化した後約30℃/hの速さで除冷して、酸化物のアップ
コンバージョンガラスを得た。
Examples 2 to 7 As starting materials for heavy metal oxides, Ga 2 O 3 , PbO, Bi 2 O 3 , G
eO 2 and TeO 2 , and Er 2 O 3 as a starting material for a rare earth element oxide, and as necessary, Na 2 CO 3 , SrCO 3 , WO 3 and Li 2 CO 3 as a starting material for optional components A mixture obtained by mixing these starting materials so that the composition of the glass finally obtained has the composition shown in Table 1 is heated at 1100 to 1200 ° C. for 30 to 60 minutes in the air. Into a glass melt, and pour the obtained glass melt onto an iron plate,
After solidification, the solid was cooled at a rate of about 30 ° C./h to obtain an oxide up-conversion glass.

このようにして得られた各アップコンバージョンガラ
スにおける格子振動の最大エネルギー、赤外光−可視光
変換蛍光強度、化学的耐久性および破壊靭性を実施例1
と同様にして測定した結果を表−1に示す。
The maximum energy of lattice vibration, infrared-visible light converted fluorescence intensity, chemical durability and fracture toughness of each of the thus obtained up-conversion glasses were measured in Example 1.
Table 1 shows the measurement results in the same manner as in Example 1.

比較例1 出発原料としてZrF4、BaF2、LaF3、AlF3、NaFおよびE
rF3を用い、これらの出発原料を最終的に得られるガラ
スの組成が表−1に示す組成となるように調合して得た
混合物を、875℃で60分間、アルゴン雰囲気中で加熱し
てガラス融液とし、得られたガラス融液をルツボ内で約
30℃/hの速さで冷却して、フッ化物のアップコンバージ
ョンガラスを得た。
Comparative Example 1 ZrF 4 , BaF 2 , LaF 3 , AlF 3 , NaF and E as starting materials
using rF 3, the composition of the glass obtained these starting materials finally are mixtures obtained by blended to achieve the composition shown in Table 1, 60 minutes at 875 ° C., and heated in an argon atmosphere A glass melt is obtained, and the obtained glass melt is
By cooling at a rate of 30 ° C./h, a fluoride up-conversion glass was obtained.

このようにして得られたアップコンバージョンガラス
における格子振動の最大エネルギー、赤外光−可視光変
換蛍光強度、化学的耐久性および破壊靭性を実施例1〜
7と同様にして測定した結果を表−1に示す。
The maximum energy of the lattice vibration, the infrared-visible light converted fluorescence intensity, the chemical durability and the fracture toughness of the thus obtained up-conversion glass were measured in Examples 1 to 4.
Table 1 shows the measurement results in the same manner as in Example 7.

比較例2 出発原料としてP2O5、Al2O3、K2CO3、MgCO3、BaCO3
よびEr2O3を用い、これらの出発原料を最終的に得られ
るガラスの組成が表−1に示す組成となるように調合し
て得た混合物を、1200℃で60分間、大気中で加熱してガ
ラス融液とし、得られたガラス融液を鉄板上に流し出
し、固化した後約30℃/hの速さで徐冷して、リン酸塩ガ
ラスを得た。
Comparative Example 2 P 2 O 5 , Al 2 O 3 , K 2 CO 3 , MgCO 3 , BaCO 3 and Er 2 O 3 were used as starting materials. The mixture obtained by mixing so as to have the composition shown in FIG. 1 was heated at 1200 ° C. for 60 minutes in the air to form a glass melt, and the obtained glass melt was poured out onto an iron plate and solidified. The mixture was gradually cooled at a rate of 30 ° C./h to obtain a phosphate glass.

このようにして得られたリン酸塩ガラスにおける格子
振動の最大エネルギー、赤外光−可視光変換蛍光強度、
化学的耐久性および破壊靭性を実施例1〜7と同様にし
て測定した結果を表−1に示す。
Maximum energy of lattice vibration in the phosphate glass thus obtained, infrared-visible light converted fluorescence intensity,
Table 1 shows the results of measuring the chemical durability and fracture toughness in the same manner as in Examples 1 to 7.

表−1から明らかなように、実施例1〜7の各アップ
コンバージョンガラスの格子振動の最大エネルギーは、
いずれも1000cm-1以下で、室温での赤外光−可視光変換
蛍光強度は、比較例1のフッ化物のアップコンバージョ
ンガラスの室温での赤外光−可視光変換蛍光強度に匹敵
するものであり、実用的な赤外光−可視光の変換効率を
有していることが確認された。
As is clear from Table 1, the maximum energy of the lattice vibration of each of the up-conversion glasses of Examples 1 to 7 is:
In each case, the fluorescence intensity of infrared-visible light conversion at room temperature is 1000 cm -1 or less, which is comparable to that of the fluoride up-conversion glass of Comparative Example 1 at room temperature. It was confirmed that it had a practical conversion efficiency between infrared light and visible light.

また、実施例1〜7の各アップコンバージョンガラス
のDwの値は0.02〜0.11wt%で、比較例1のフッ化物のア
ップコンバージョンガラスのDwの値(0.24wt%)に比べ
て大幅に小さく、化学的耐久性に優れていることがわか
る。
In addition, the Dw value of each of the up-conversion glasses of Examples 1 to 7 was 0.02 to 0.11 wt%, which was significantly smaller than the Dw value (0.24 wt%) of the fluoride up-conversion glass of Comparative Example 1. It turns out that it is excellent in chemical durability.

さらに、実施例1〜7の各アップコンバージョンガラ
スのKICの値は0.5〜0.7MPam1/2で、比較例1のフッ化物
のアップコンバージョンガラスのKICの値(0.5MPa
m1/2)以上であり、破壊靭性に優れていることがわか
る。また、このことより機械的強度に優れていることが
わかる。
Further, K IC value of K value of IC is 0.5~0.7MPam 1/2, upconversion glass of fluoride of Comparative Example 1 of the up-conversion glasses of Examples 1 to 7 (0.5 MPa
m 1/2 ) or more, indicating that the steel has excellent fracture toughness. Further, it can be seen from this that the mechanical strength is excellent.

比較例2のリン酸塩ガラスは、化学的耐久性および破
壊靭性の点で、実施例1〜7および比較例1の各アップ
コンバージョンガラスより優れてはいるものの、赤外光
−可視光変換蛍光強度が5×10-8とほとんどなく、実質
的にアップコンバージョンガラスとなっていなかった。
The phosphate glass of Comparative Example 2 is superior to each of the up-conversion glasses of Examples 1 to 7 and Comparative Example 1 in terms of chemical durability and fracture toughness, but is converted from infrared light to visible light. The strength was hardly 5 × 10 −8, and it was not substantially an up-conversion glass.

なお、実施例1〜7の各アップコンバージョンガラス
における赤外光−可視光変換蛍光強度は、外部環境温度
の変動に伴う変化が小さく、換言すれば温度依存性が低
く、温度依存性が高いフッ化物ガラスを媒質とするアッ
プコンバージョンガラスに比べて、発光強度の安定した
赤外光−可視光変換蛍光を得られることが確認された。
In addition, the infrared-visible light conversion fluorescence intensity in each of the up-conversion glasses of Examples 1 to 7 has a small change due to the fluctuation of the external environment temperature, in other words, a low temperature dependency and a high temperature dependency. It was confirmed that infrared-to-visible light converted fluorescence with stable emission intensity could be obtained as compared with an up-conversion glass using a fluoride glass as a medium.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明のアップコンバージョン
ガラスは、実用的な赤外光−可視光の変換効率を有し、
化学的耐久性および機械的強度に優れ、作製および成形
が容易であり、かつその赤外光−可視光変換蛍光強度の
温度依存性が低いアップコンバージョンガラスである。
[Effects of the Invention] As described above, the up-conversion glass of the present invention has a practical infrared-visible light conversion efficiency,
It is an up-conversion glass that has excellent chemical durability and mechanical strength, is easy to manufacture and mold, and has low temperature dependence of its infrared-visible light conversion fluorescence intensity.

したがって本発明によれば、室温下でもディスプレ
イ、赤外線および赤外線レーザーの検出器、あるいはア
ップコンバージョンレーザ等の材料として実用に耐え得
るアップコンバージョンガラスを、特性を適宜選択しつ
つ容易に得ることが可能となる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to easily obtain an up-conversion glass that can withstand practical use as a material for a display, a detector of an infrared ray and an infrared laser, or an up-conversion laser even at room temperature while appropriately selecting characteristics. Become.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は実施例1で得られた本発明のアップコンバージ
ョンガラスの格子振動エネルギーを求めるためのラマン
散乱スペクトル図であり、第2図は実施例1で得られた
本発明のアップコンバージョンガラスの蛍光スペクトル
図であり、第3図は第2図に示した蛍光スペクトル図を
得る際に用いた装置を示す該略図である。 4……サンプル(アップコンバージョンガラス)
FIG. 1 is a Raman scattering spectrum diagram for obtaining the lattice vibration energy of the up-conversion glass of the present invention obtained in Example 1, and FIG. 2 is a diagram of the up-conversion glass of the present invention obtained in Example 1. FIG. 3 is a fluorescence spectrum diagram, and FIG. 3 is a schematic diagram showing an apparatus used in obtaining the fluorescence spectrum diagram shown in FIG. 4. Sample (up-conversion glass)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 虎渓 久良 東京都新宿区中落合2丁目7番5号 ホ ーヤ株式会社内 (72)発明者 岡田 恵子 東京都新宿区中落合2丁目7番5号 ホ ーヤ株式会社内 (56)参考文献 S.Tanabe et al.,J ournal of Non−Crys talline Solids,Jun e 1990,Vol.122,No.1,p. 59−65,79−82 平尾一之ほか,日本セラミックス協会 1990年年会講演予稿集,日本セラミッ クス協会,1990年5月23日,p.287 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C03C 3/00 - 3/32 C03C 4/12 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Torkei Kura 2-7-5 Nakaochiai, Shinjuku-ku, Tokyo Inside Soya Co., Ltd. (72) Keiko Okada 2-7.5-7 Nakaochiai, Shinjuku-ku, Tokyo No. Hoya Corporation (56) References Tanabe et al. , Journal of Non-Crys talline Solids, June 1990, Vol. 122, no. 1, p. 59-65, 79-82 Kazuyuki Hirao et al., Proceedings of the Ceramic Society of Japan 1990 Annual Meeting, Japan Ceramics Association, May 23, 1990, p. 287 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C03C 3/00-3/32 C03C 4/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】重金属酸化物および希土類元素酸化物を含
有する酸化物ガラスからなり、この酸化物ガラスの格子
振動の最大エネルギーが1000cm-1以下であることを特徴
とするアップコンバージョンガラス。
1. An up-conversion glass comprising an oxide glass containing a heavy metal oxide and a rare earth element oxide, wherein the maximum energy of lattice vibration of the oxide glass is 1000 cm -1 or less.
【請求項2】重金属酸化物を20〜85モル%、希土類元素
酸化物を0.1〜30モル%含有する、請求項(1)記載の
アップコンバージョンガラス。
2. The up-conversion glass according to claim 1, which contains 20 to 85 mol% of a heavy metal oxide and 0.1 to 30 mol% of a rare earth element oxide.
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