2022 Fiscal Year Annual Research Report
半導体レーザー励起ジスプロシウム中赤外レーザーの開発
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20K05374
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
上原 日和 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (20725329)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 中赤外 / ASE光源 / ジスプロシウム / 光ファイバーセンサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、小型で安価な半導体レーザー（LD）による励起が可能なジスプロシウム系中赤外光源を開発することである。
令和2年度、ジスプロシウムのLD励起を実現するため、エルビウムとジスプロシウムを共添加したフッ化物ガラス材料を新たに開発し、当該材料から成るダブルクラッド型フッ化物光ファイバーを新たに設計した。このファイバーを利用したLD励起の自然放射増幅（ASE）光源を構築し、波長2.5～3.7 μmに亘る極めて広帯域なASE出力が得られた。すでにこの段階において、本研究課題の目標は達成された。このASE光源はビーム品質に優れており、光ファイバーとの高効率な結合が可能である。また、本光源の波長領域には、多くのガス分子の吸収線が存在しており、ガスセンシングに有用な光源といえる。
上述の経緯から、令和3年度には、開発した光源を利用した赤外式の光ファイバーセンサーの開発を推進した。ジルコニウム系およびインジウム系フッ化物ガラス光ファイバーの側面を研磨することで、インライン型の赤外式フッ化物光ファイバーセンサーを世界で初めて実証した。メタンガス並びにグリセリン溶液の濃度センシングにも成功し、本成果は、センサー分野のトップジャーナルであるSensors and Actuators B: Chemical誌に掲載された。また、開発したセンサーデバイスは社会実装に有望であることから、JST新技術説明会などで研究成果を広く一般に公開した。さらに、原子層堆積法を用いた、フッ化物ファイバーセンサー上へのナノ保護膜の形成技術を確立した。これにより、当該ファイバーセンサーの耐候性が飛躍的に向上し、実用性を高めることに成功した。
令和5年度は、研究を発展させ、波長4 μmの狭線幅DFB-QCLをFe:ZnSe媒質で増幅し、ガスの吸収線よりも一桁以上狭い線幅とワット級出力を両立することに成功した。
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