2015 Fiscal Year Annual Research Report
高フォトリフラクティブ損傷耐性CsLiB6O10の開発と高出力紫外光源応用
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26286064
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
吉村 政志 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60314382)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 勇介 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90252618)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 非線形光学結晶 / 紫外レーザー / フォトリフラクティブ損傷 / 結晶成長 / 波長変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．単結晶育成用坩堝に新型攪拌翼を導入し、対流条件下（上昇流及び下降流）で液中深さ40mmまでの温度分布が均一温度となる条件を求めた。この条件下で低速条件を維持しながら、骸晶やマクロ欠陥の無い良好な大型無添加CLBO結晶の作製に成功した。レーザー散乱によって結晶内部の品質評価を行ったところ、光路散乱が極めて少ない高品質な結晶であることが明らかになった。その結果、これまで難しかった大型でかつ高均質なCLBO結晶の育成技術が確立できた。
２．フォトリフラクティブ損傷の緩和効果に着目し、CLBO素子を移動ステージに搭載し、ビーム入射垂直面内を水平に往復移動させながら損傷耐性を調べた。移動速度10μm/sec、移動距離45.6μmとし、ビーム直径22.8μmの条件で集光点紫外光パワー密度約75MW/cm2にて実験を行った。素子を移動した場合、いずれの結晶も劣化が始まるまでの時間が延び、素子の寿命としては従来品質で5.1倍（実質倍率1.7倍）、高品質結晶で6.3倍（実質倍率2.1倍）となることが分かった。高品質結晶の方がより損傷回復（抑制効果）が見込めることが明らかになった。
３．CLBO結晶は従来、波長300nm以下の深紫外波長変換での用途が主なものであった。本研究では、基本波光源として挟スペクトル幅のピコ秒パルス赤外レーザー（38.6ps, 100kHz, 69W）を用いた355nm光発生を検討した。高ピーク強度であるため、平行ビーム光の状態で高効率の波長変換が可能となっている。パルス繰り返し周波数100kHzの場合に、平均出力20.1W、変換効率68.9%の高出力・高効率な355nm光の発生に成功した。比較に用いたLBOの出力は最大で17.0Wであった。そのため、ピコ秒光源に対しては、LBO よりもCLBOが波長変換素子として優れていることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新型攪拌翼を用いた高品質バルク単結晶の成長が、添加物を検討する際の前提条件であるため、大型と高品質を両立させた無添加CLBO結晶の作製に取り組んだ。最終年度に、添加物の検討を集中的に行う予定である。一方、CLBO素子を一定速度で動かすことでフォトリフラクティブ損傷の発生を遅らせ、素子寿命を伸ばせることと、結晶品質の良好なものほどその効果が顕著となる新しい知見を得ることができた。また、新しい試みとして355nm紫外光の発生にも取り組み、既存のLBOを凌駕する高出力紫外光の発生に成功しており、新しい展開でも成果が出ているため表記の達成度とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．攪拌育成法を用いて、化学量論組成の結晶融液に対して酸化アルミニウムを添加し、高品質（低散乱密度）なCLBO結晶の作製に取り組む。これまで蓄積してきたフォトリフラクティブ損傷耐性のデータベースを用い、アルミニウム添加CLBOの優位性を比較検証する。また、結晶内部の損傷耐性分布、不純物の偏析なども測定し、添加物結晶の実用性評価も行う。
２．一軸移動ステージによるフォトリフラクティブ損傷の発生を抑制した昨年度の結果を踏まえ、本手法・技術の高度化、発展を促す実験を継続して進める。また、損傷の緩和現象を積極的に促す新しい要素技術の開発を進め、１の添加物結晶の効果と組み合わせて、高出力紫外光を発生できるアルミニウム添加CLBO素子の実現を目指す。
３．昨年度のピコ秒パルスを用いた355nm光発生では、CLBOが適していることが明らかになったため、最終年度ではさらに高出力・高効率な波長変換の実現を目指し、基本波光源の増強、結晶長やビーム断面積の最適化を進め、LBOとの優位性をより明らかにする。また、現在266nm光を用いたフォトリフラクティブ損傷耐性評価光学系に対し、355nmを用いた損傷耐性評価光学系を新たに構築し、LBOとCLBOを比較しながら損傷耐性を明らかにする。
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