異方性多結晶レーザーセラミックスの創製：ナノ組織化と配向制御

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01611
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 古瀬 裕章 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 独立研究者 (50506946)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 達 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, グループリーダー (50267407) ; 森田 孝治 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, グループリーダー (20354186) ; 金 炳男 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, NIMS特別研究員 (50254149)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 透光性セラミックス / レーザ / 配向組織 / パルス通電焼結 / 微結晶粒

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、複屈折を有する非立方晶系材料に対して、「結晶粒の微細化」と「配向制御」の両立により粒界散乱を抑制してレーザー品質の透明多結晶セラミックスを作製し、高出力を得ることである。2023年度は、セラミックスの光散乱が波長に依存することに着目して、長波長領域で発振可能な材料開発に取り組んだ。その結果、透過率向上の効果は得られた。また、2022年度に実施した配向成形体の焼結を行い、光学品質に与える影響について調査した。　また、S-FAPセラミックスでは初めてのレーザー発振を実証することができ、論文にまとめた。これまでに得られた成果について、4件の国際会議で招待講演を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

様々な希土類添加材料で透明焼結体を作製することができた。さらに、S-FAPにおいて、レーザー発振の実証に成功した。

Strategy for Future Research Activity

基本的に、微結晶粒と磁場配向は相反関係にあることから、最適な初期粉体寸法を見出す必要がある。また、分散条件が焼結体の光学品質に与える影響を詳細に調査する必要がある。系統的に条件を変えた材料作製をすることで、微結晶粒と磁場配向を両立する条件を探索する。

Research Products

• [Journal Article] Strontium fluorapatite (S-FAP) nano-grained laser ceramics (2024)
  • Author(s): Furuse Hiroaki、Mochizuki Yuki、Kato Daichi、Morita Koji、Kim Byung-Nam、Suzuki Tohru S.
  • Journal Title: Scripta Materialia Volume: 241 Pages: 115881～115881
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2023.115881
• [Presentation] Laser optical elements fabricated by pulsed electric current sintering (PECS) (2024)
  • Author(s): FURUSE, Hiroaki
  • Organizer: The 48th International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites (ICACC 2024)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Fabrication of transparent Ce3+ and Er3+ doped fluorapatite (FAP) ceramics. (2023)
  • Author(s): Abu Yousuf, 望月友輝, 加藤大地, 平井慈人, 大野智也, MORITA, Koji, SUZUKI, Tohru, KIM, Byung-Nam, FURUSE, Hiroaki
  • Organizer: Optics & Photonics International Congress, ALPS2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Non-cubic fluorapatite laser ceramics by controlling crystal grains (2023)
  • Author(s): FURUSE, Hiroaki, MORITA, Koji, KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru
  • Organizer: The 9th Tiny Integrated Laser and Laser Ignition Conference 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Fabrication of transparent fluorapatite laser ceramics by spark plasma sintering (2023)
  • Author(s): FURUSE, Hiroaki, MORITA, Koji, SUZUKI, Tohru, KIM, Byung-Nam
  • Organizer: The International Conference on Sintering 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 希土類(Er,Tm)添加S-FAP透光性セラミックスの作製 (2023)
  • Author(s): 望月友輝, ユスフアブ, 平井慈人, 大野智也, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男, 古瀬 裕章
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Effects of sintering temperature on optical properties of Ce-doped fluorapatite ceramics (2023)
  • Author(s): アブユスフ, 望月友輝, 平井慈人, 大野智也, MORITA, Koji, KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru, FURUSE, Hiroaki
  • Organizer: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Development of non-cubic fluorapatite laser ceramics (2023)
  • Author(s): FURUSE, Hiroaki, MORITA, Koji, KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru
  • Organizer: Materials Science ＆Technology （MS＆T23）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Fluorescence and Optical Properties of Er and Ce Doped Fluorapatite (FAP) Transparent Ceramics (2023)
  • Author(s): ユスフ アブ, 望月 友輝, 平井慈人, 大野智也, MORITA, Koji, KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru, FURUSE, Hiroaki
  • Organizer: Optica Laser Congress and Exhibition, Advanced Solid State Lasers (ASSL)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fabrication of non-cubic fluorapatite laser ceramics with fine microstructure (2023)
  • Author(s): FURUSE, Hiroaki, MORITA, Koji, KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru
  • Organizer: The 15th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (PACRIM15) & The 13th Int'l Conference of High-Performance Ceramics (CICC-13)
  • Int'l Joint Research / Invited