常温接合を用いた異種材料複合構造レーザーの高効率・高出力化に関する研究

• 研究課題/領域番号: 17K05081
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 光工学・光量子科学
• 研究機関: 中央大学
• 研究代表者: 庄司 一郎 中央大学, 理工学部, 教授 (90272385)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 複合構造レーザー / 常温接合 / ダイヤモンド / マイクロチップレーザー / レーザー / 複合構造

研究成果の概要

レーザー材料と，熱伝導性の極めて大きいダイヤモンドを一体化した複合構造レーザーの高性能化に成功した．接合界面にレーザー光が反射しないコーティング層を挿入した構造を常温接合法を用いて実現した．レーザー材料で発生した熱を効率よくダイヤモンドに逃がすことにより，レーザー材料単独の場合に比べて1.5倍のレーザー出力が得られた．また，接合界面にコーティング層がなく光損失が生じてしまう従来構造に比べ，効率で1.3倍，出力で1.2倍性能が向上した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

高出力レーザーは基礎研究のみならず，産業や医療等幅広い分野でますます必要となっている．本研究で得られた成果は，小型で実用性が高いながらも大きな出力が得られるレーザーを今後実現するうえで意義が大きい．また，レーザー分野に限らず，異種材料の複合化によって新たな機能を発現する材料・デバイスの研究が精力的に行われている．本研究では，材料同士を原子レベルで接合し，かつ，光学特性を制御するためのコーティング層を挿入したデバイスが作製可能であることを初めて実証できた．

研究成果

• [雑誌論文] 常温接合による複合構造レーザおよび波長変換デバイスの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 庄司一郎
  • 雑誌名: 光アライアンス 巻: 31 ページ: 34-39
  • NAID: 40022196519
• [雑誌論文] Evaluation of eight nonlinear crystals for phase-matched Terahertz second-order difference-frequency generation at room temperature (2020)
  • 著者名/発表者名: Cyril Bernerd, Patricia Segonds, Jerome Debray, Jean-Francois Roux, Emilie Herault, Jean-Louis Coutaz, Ichiro Shoji, hiroaki Minamide, Hiromasa Ito, Dominique Lupinski, Kevin Zawilski, Peter Schunemann, Xinyuan Zhang, Jiyang Wang, Zhanggui Hu, and Benoit Boulanger
  • 雑誌名: Optical Materials Express 巻: 10 号: 2 ページ: 561-576
  • DOI: 10.1364/ome.383548
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-power and highly efficient composite laser with an anti-reflection coated layer between a laser crystal and a diamond heat spreader fabricated by room-temperature bonding (2017)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa Hiromasa、Yamaguchi Kohki、Katsumata Tomo、Shoji Ichiro
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 号: 19 ページ: 22797-22797
  • DOI: 10.1364/oe.25.022797
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Fabrication of a quasi-phase-matching stack of multiple GaAs plates with lower scattering loss at the bonded interfaces by use of room-temperature bonding (2020)
  • 著者名/発表者名: Rika Tanimoto, Yuki Takahashi, and Ichiro Shoj
  • 学会等名: 9th EPS-QEOD Europhoton Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 常温接合を用いた GaAs プレート多数枚積層擬似位相整合中赤外波長変換デバイスの高品質化II (2020)
  • 著者名/発表者名: 高橋 勇輝、谷本 里香、庄司 一郎
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Fabrication of Quasi-phase-matching Stacked Large-aperture GaAs Plates Using the Room-temperature-bonding Technique for Mid-IR high-power Wavelength Conversion (2020)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Shoji
  • 学会等名: High-brightness Sources and Light-driven Interactions Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 定比組成LiNbO3 及びLiTaO3の屈折率温度依存性精密測定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩本 祐輝、加賀美 侑希、鈴木 奏哉、庄司 一郎、古川 保典
  • 学会等名: レーザー学会第41回年次大会
• [学会発表] 紫外波長変換材料LaBGeO5の2次非線形光学定数精密測定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平山 尚哉, 田中 亮一, 山野辺 真輝, 庄司 一郎
  • 学会等名: レーザー学会第41回年次大会
• [学会発表] 常温接合を用いた GaAs プレート多数枚積層擬似位相整合中赤外波長変換デバイスの高品質化III (2020)
  • 著者名/発表者名: 高橋 勇輝, 谷本 里香, 庄司 一郎
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 紫外波長変換材料LaBGeO5の非線形光学定数精密測定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中 亮一, 平山 尚哉, 山野辺 真輝, 庄司 一郎
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Fabrication of Quasi-phase-matching Stacked Large-aperture GaAs Plates Using the Room-temperature-bonding Technique for Mid-IR high-power Wavelength Conversion (2020)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Shoji
  • 学会等名: Mid-Infrared Coherent Sources conference 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 常温接合を用いたGaAsプレート多数枚積層擬似位相整合中赤外波長変換デバイスの高品質化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 谷本 里香，高橋 勇輝，庄司 一郎
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 常温接合を用いた固体レーザおよび波長変換デバイスの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 庄司 一郎
  • 学会等名: 日本学術振興会接合界面創成技術第191委員会第25回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Large-aperture quasi-phase-matching stacks of multiple GaAs plates fabricated with the room-temperature bonding for high-power wavelength conversion in mid-IR region (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Shoji
  • 学会等名: The 27th International Conference on Advanced Laser Technologies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 定比組成LiNbO3 及びLiTaO3の屈折率温度依存性精密測定Ⅳ (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩本 祐輝，川島 潤也，庄司 一郎，古川 保典
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Development of Composite Lasers and Stacked Wavelength-Conversion Devices by use of the Room-Temperature-Bonding Technique (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Shoji
  • 学会等名: International Summit on Optics, Photonics, and Laser Technologies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quasi-phase-matched GaAs stacks for midinfrared wavelength conversion fabricated with the room-temperature bonding (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Shoji
  • 学会等名: The 8th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Investigation of i-layer quality of diamond pin diode-type electron emitters using electroluminescence and cathodoluminescence measurements (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Honbu, T. Makino, H. Kato, M. Ogura, H. Okushi, S. Yamasaki, K. Ichikawa, T. Teraji, S. Koizumi, S. Ohmagari , D. Takeuchi, I. Shoji
  • 学会等名: Hasselt Diamond Workshop 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of a quasi-phasematching stack of 53 GaAs plates for high-power mid-infrared wavelength conversion by use of room-temperature bonding (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Takase, Hiroki Atarashi, Tsubasa Kaga, Ichiro Shoji
  • 学会等名: Photonics West 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Direct Measurements of Temperature-Dependent Refractive Indices of Stoichiometric LiNbO3 and LiTaO3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Junya Kawashima, Ryutaro Ohno, Ichiro Shoji, and Yasunori Furukawa
  • 学会等名: Advanced Photonics 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Accurate measurements of second-order nonlinear-optical coefficients of a UV-generating wavelength-conversion material: LaBGeO5 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Shoji, Shinta Kawasaki, and Yusuke Honda
  • 学会等名: Advanced Photonics 2018
  • 国際学会
• [学会発表] ホウ素濃度の異なるp型基板上に作製したダイヤモンドp-i-nダイオードからの電子放出の比較 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本部達也，牧野俊晴，加藤宙光，小倉政彦，大串秀世，山崎 聡，竹内大輔，庄司一郎
  • 学会等名: 第32回ダイヤモンドシンポジウム
• [学会発表] ホウ素濃度の異なるp型基板上に作製したダイヤモンドp-i-nダイオードからの電子放出の比較 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本部 達也、牧野 俊晴、加藤 宙光、小倉 政彦、大串 秀世、山崎 聡、竹内 大輔、庄司 一郎
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] デュアルコム分光による位相屈折率の精密測定法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 王 月、浅原 彰文、庄司 一郎、野竹 孝志、南出 泰亜、美濃島 薫
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 定比組成LiNbO3 及びLiTaO3の屈折率温度依存性精密測定3 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川島 潤也、大野 竜太郎、岩本 祐輝、庄司 一郎、古川 保典
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 常温接合を用いたGaAsプレート多数枚積層擬似位相整合中赤外波長変換デバイスの開発3 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高瀬 大幹、加賀 翼、新 裕貴、庄司 一郎
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Room-temperature-bonded Nd:YAG/diamond Composite Laser with an Anti-reflection Coating Layer at the Bonded Interface for High-power and Highly Efficient Oscillation (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomo Katsumata, Hiromasa Ichikawa and Ichiro Shoji
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO/Europe) 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Multiple GaAs Plate-stacked Quasi-phase-matching Mid-infrared Wavelength-conversion Devices by Use of Room-temperature Bonding (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Atarashi, Terumitsu Kubota, and Ichiro Shoji
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO/Europe) 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Rapid Evaluation Method of Anisotropy by Dual Comb Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Kondo, Akifumi Asahara, Yue Wang, Ichiro Shoji, and Kaoru Minoshima
  • 学会等名: 24th Congress of the International Commission for Optics
  • 国際学会
• [学会発表] Precise Birefringence Measurement Of Anisotropic Materials By Dual-Comb Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Kondo, Akifumi Asahara, Yue Wang, Ichiro Shoji, Kaoru Minoshima
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Direct Bonding Of A Laser Crystal And Copper By Use Of The Room-temperature Bonding (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Matsui, Shin Katsumata, and Ichiro Shoji
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Accurate Measurements Of Electro-optic Coefficients Of MgO-doped And Undoped Congruent And Stoichiometric LiNbO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Akiyama, Syota Nakano, and Ichiro Shoji
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Accurate measurements of second-order nonlinear-optical coefficients of LaBGeO5 (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinta Kawasaki, Yusuke Honda, Ichiro Shoji
  • 学会等名: 24th Congress of the International Commission for Optics
  • 国際学会
• [学会発表] Room-Temperature-Bonding Technique for Developing New Laser and Wavelength-Conversion Devices (2017)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Shoji
  • 学会等名: The 25th International Conference on Advanced Laser Technologies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Wavelength-conversion Characteristics of Quasi-phase-matching Stack of GaAs Plates Fabricated with the Room-temperature-bonding Technique (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Atarashi, Hiroki Takase, Ichiro Shoji
  • 学会等名: Advanced Solid-State Lasers 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of Walk-off Compensating BBO Devices with Multiple Thin Plates Using Room-Temperature Bonding (2017)
  • 著者名/発表者名: Takatomo Shimada, Kazuaki Nagashima, Shuhei Koyama, Ichiro Shoji
  • 学会等名: Advanced Solid-State Lasers 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Room-Temperature Bonding of Laser and Nonlinear-Optical Crystals for High-Performance Lasers and Wavelength-Conversion Devices (2017)
  • 著者名/発表者名: Ichiro Shoji
  • 学会等名: The 7th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 波長変換材料LaBGeO5の2次非線形光学定数精密測定II (2017)
  • 著者名/発表者名: 河崎進太，本多勇介，庄司一郎
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 常温接合を用いたレーザー結晶と金属ホルダとの原子レベル接合 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井鵬樹，若松将吾，庄司一郎
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 常温接合を用いたウォークオフ補償構造BBO波長変換デバイスの作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 永嶋一瑛, 島田学朋, 小山修平, 庄司一郎
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 常温接合を用いたGaAsプレート多数枚積層擬似位相整合中赤外波長変換デバイスの開発II (2017)
  • 著者名/発表者名: 髙瀬大幹，新裕貴，窪田輝充，庄司一郎
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 定比組成LiNbO3 及びLiTaO3の屈折率温度依存性精密測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川島潤也，加藤大樹，庄司一郎，古川保典
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] デュアルコム分光による光学材料の群屈折率および分散特性の精密計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤健一, 浅原彰文, 王月, 庄司一郎, 美濃島薫
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 光学材料の群屈折率および分散高速測定のためのデュアルコム分光法の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤健一、浅原彰文、王月、庄司一郎、美濃島薫
  • 学会等名: Optics & Photonics Japan (OPJ) 2017
• [学会発表] 定比組成LiNbO3 及びLiTaO3の屈折率温度依存性精密測定II (2017)
  • 著者名/発表者名: 川島潤也，大野竜太郎，庄司一郎，古川保典
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会