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2022 Fiscal Year Research-status Report

Development of innovative solar-driven optical amplification systems

Research Project

Project/Area Number 21K19031
Research InstitutionTeikyo University of Science & Technology

Principal Investigator

石井 あゆみ  帝京科学大学, 生命環境学部, 准教授 (70406833)

Project Period (FY) 2021-07-09 – 2024-03-31
Keywords光増幅 / 太陽光 / 希土類 / 励起エネルギー移動 / ペロブスカイト
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、光ファイバ通信やレーザー発振時に不可欠な光増幅を、レーザーのようなハイパワー励起ではなく、太陽光励起により実現する革新的な光増幅システムの創出を目的とし、色素(ドナー)からの高効率エネルギー移動を利用した微弱な光で希土類イオンの反転分布形成を促す新しい光増幅手法の確立を目指す。
一般に光増幅には、希土類イオンを光ファイバのコアであるシリカ等に添加し増幅媒体とした光ファイバ増幅器が用いられている。各種の光通信波長帯を増幅するため、エルビウムイオン(Er3+)などが利用されているが、反転分布形成には半導体レーザーを用いた光励起が必要となる。本研究では、光吸収能の非常に高いペロブスカイト系化合物や有機分子などの色素と希土類イオンを融合し、それらの間で生じる励起エネルギー移動を利用することで、太陽光よりも微弱な光による希土類イオンの反転分布状態の形成と光増幅を実現する革新的な手法を構築する。
2022年度はペロブスカイト結晶をエネルギードナーとした光増幅系の構築と自然放射増幅光の発現を目指し研究を行った。希土類イオンのエネルギードナーとして、高い光吸収能を持つハロゲン化鉛ペロブスカイト化合物(以下、PB)を用いた。PBの基本構造は、熱安定性の高いABX3(A = Cs+; B = Pb2+ or Sn2+; X = Cl- or Br-)とし、その格子内あるいは層間に希土類イオン(Er3+, Pr3+, Nd3+, Tm3+, Yb3+)を配列させた。2021年度までに、PBの強い光吸収とPB-希土類イオン間で生じるquantum-cutting機構を利用することで、太陽光レベルの光照射により近赤外発光を100%以上の効率で促すことに成功している。2022年度はこれらの材料を高分子材料に分散させたフィルムを構築し、レーザー照射による自然放射増幅光の検出に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

二年目において、光増幅系の基本となる構造は確立でき、自然放射増幅光の発現にも成功した。現在のところ、研究課題はおおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

今後は、これまで得られた結晶構造を最適化し、太陽光下で希土類イオンの励起状態および反転分布状態の更なる超高効率形成を促す。最終的には、希土類イオンを含むペロブスカイトあるいは錯体からなる結晶をコア、石英ガラスをクラッド(シェル)とした簡易的な光ファイバ構造を構築し、太陽光照射下における光増幅能を評価する。

Causes of Carryover

所属機関の変更があり、物品・装置等の導入を次年度に繰り越したため。2023年度には、本研究の遂行に必要なソーラーシュミレータ等を導入する。

  • Research Products

    (4 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Up-converting near-infrared light detection in lead halide perovskite with core/shell lanthanide nanoparticles2023

    • Author(s)
      A. Ishii, T. Miyasaka
    • Journal Title

      Adv. Photon. Res.

      Volume: 4 Pages: 2200222

    • DOI

      10.1002/adpr.202200222

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Lanthanide-Sensitized Optoelectronic Functions of Lead Halide Perovskites2022

    • Author(s)
      A. Ishii
    • Organizer
      The 8th Asian Conference on Coordination Chemistry (ACCC8)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 有機-無機ハイブリッド材料が生み出す新奇光機能2022

    • Author(s)
      石井あゆみ
    • Organizer
      セラミックス協会第35回秋季シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 希土類-ペロブスカイトハイブリッド薄膜の量子切断型近赤外発光2022

    • Author(s)
      石井あゆみ
    • Organizer
      第33回配位化合物の光化学討論会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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