新規な透明結晶化ガラスを利用した次世代短波長固体レーザーと光増幅導波路の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555247
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 小松 高行 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (60143822)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 節郎 旭硝子(株), 中央研究所, 特別研究員 ; 紅野 安彦 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (90283035)
• Keywords: 透明結晶化ガラス / 非線形光学結晶 / 波長変換 / 第二高調波発生 / Ba_2TiGe_2O_8結晶 / 単結晶ライン

Research Abstract

本研究は、新規なTeO_2系、Bi_2O_3系、B_2O_3系、GeO_2系透明結晶化ガラスを利用して可視から紫外域にかけての波長を有する次世代短波長固体レーザーと光導波路を開発することを目的としており、得られた結果は次の通りである。
(1)fresnoite型Ba_2TiGe_2O_8結晶(BTG)が生成した透明BTG結晶化ガラス(30BaO.15TiO_2.55GeO_2)の創製に成功し、BTG結晶が優れた非線形光学結晶であることを初めて明らかにした。また、Benitoite型BaTiGe_3O_9結晶が最初に析出し、これを結晶核サイトとしてBTG結晶が生成するという結晶化機構を提案した。
(2)本研究で作製したLaBGeO_5,LiBGeO_4,BTG透明結晶化ガラスの二次光非線形光学定数(d_<33>)をMakerフリンジ法により定量的に評価した。最初に、LaBGeO_5結晶化試料のd_<33>を算出し、結晶化ガラスのd_<33>は単結晶のそれを反映することを確認し、透明結晶化ガラスから非線形光学定数の評価が可能であることを明らかにした。さらに、BTG結晶化ガラスはLiNbO_3単結晶級の二次光非線形性(d_<33>〜22pm/V)を有することを発見した。この値は、今までに報告されているガラスに付与された光非線形性として世界のトップデータである。
(3)BTG以外のfresnoite型結晶、Ba_2TiSi_2O_8(BTS)およびSr_2TiSi_2O_8(STS)が生成した結晶化ガラスを創製し、d_<33>値を評価すると共に、光非線形性発現の起源を解明した。特に、Ba^<2+>やGe<4+>のより大きなイオンの置換により、TiO_5四角錐の自発分極がより大きくなることを明らかにした。
(4)Ba_2TiGe_2O_8結晶が生成した透明な表面結晶化ガラスは光導波路して機能することを確認し、この結晶化ガラスが新規な短波長固体レーザーとして有望であることを提案した。
(5)TeO_2系およぴBi_2O_3系ガラスにYAGレーザーを照射することにより、位置選択的に希土類イオンを含有したあるいは光非線形性を示す単結晶ラインの書き込みに成功し、光集積回路への展開が可能であることを提案した。

Research Products

• [Publications] Y.Takahashi, A.Iwasaki, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu: "Ferroelectric Properties and Second Harmonic Intensities in Stillwellite-Type (La, Ln)BGeO_5 Crystallized Glasses"Japanese Journal of Applied Physics. 41巻6A号. 3771-3777 (2002)
• [Publications] Y.Takahashi, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu: "Optical Second Order Nonlinearity of Transparent Ba_2TiGe_2O_8 Crystallized Glasses"Applied Physics Letters. 81巻・2号. 223-225 (2002)
• [Publications] Y.Takahashi, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu: "Second Order Optical Nonlinearity of LaBGeO_5, LiBGeO_4 and Ba_2TiGe_2O_8 Crystals in Corresponding Crystallized Glasses"Japanese Journal of Applied Physics. 41巻12B号. L1455-L1458 (2002)
• [Publications] Y.Takahashi, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu: "Formation Mechanism of Ferroelastic Ba_2TiGe_2O_8 and Second Order Optical Nonlinearity in Transparent Crystallized Glasses"Journal of Non-Crystalline Solids. 316巻. 320-330 (2003)
• [Publications] H.Tanaka, M.Yamamoto, Y.Takahashi, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu: "Crystalline Phases and Second Harmonic Intensities in Potassium Niobium Silicate Crystallized Glasses"Optical Materials. 22巻. 71-79 (2003)
• [Publications] T.Honma, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu, R.Sato: "Nonlinear Optical Crystal Line Writing in Glass by Yttrium Alunium Garnet Laser Irradiation"Applied Physics Letters. 82巻・6号. 892-894 (2003)