光非線形透明結晶化ガラスの創製とフォトニック結晶及び短波長固体レーザーへの応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01J04156
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 高橋 儀宏 長岡技術科学大学, 大学院・工学研究科・エネルギー・環境工学専攻, 特別研究員(DC2)
• キーワード: ガラス / 非線形光学結晶 / 第二高調波発生 / Fresnoite / 圧電体

研究概要

新規ボレート系非線形光学結晶LiBGeO_4が析出した透明結晶化ガラスを用いて、LiBGeO_4の二次非線形光学定数をMakerフリンジ法により評価した。その結果LiBGeO_4はd_<33>〜1.3pm/Vと見積もられ、β-BaB_2O_4単結晶に匹敵することを初めて見出した。Fresnoite型構造を有するBa_2TiGe_2O_8(BTG)結晶化ガラスの非線形性の再評価および他のfresnoite型結晶Ba_2TiSi_2O_8(BTS)およびSr_2TiSi_2O_8(STS)について透明結晶化ガラスを作製し、fresnoite型結晶の非線形性を体系的に評価した。またそれら結晶構造と非線形性の起源について研究を行った。BTG結晶化ガラスの非線形性についてはd_<33>〜22pm/VというLiNbO_3単結晶のそれに匹敵する非線形性を確認した。これはガラス材料で報告されている二次線形性の中では最大である。この試料は、BTGが配向薄膜状に生成しており、平面導波路として機能することも確認し、新たな波長変換素子や光スイッチなどの光デバイス材料として提案した。またBTSおよびSTS結晶化試料のd_<33>はそれぞれ12pm/Vおよび7.2pm/Vと見積もられた。Fresnoite型結晶の格子定数比c/aはd_<33>と同様にBTG, BTS, STSの順に大きく、これはBaやGeなどより大きなイオンが導入されることでc軸が伸張し、自発分極が増長された結果、非線形性も増大したものと結論付けた。
目的結晶の量論組成を有するガラスは、結晶化することで不純物相が析出しない、密な配向結晶を得ることが可能である。LiBGeO_4やfresnoite型結晶は単結晶育成が極めて困難な結晶である。しかしながら、結晶化を利用することで非線形性が評価できることを初めて実証した。この手法は非線形光学分野の材料探索において非常に有用である。

研究成果

• [文献書誌] Yoshihiro TAKAHASHI et al.: "Ferroelectric Properties and Second Harmonic Intensities of Stillwellite-Type(La, Ln)BGeO_5 Crystallized Glasses"Japanese Journal of Applied Physics(Part 1). Vol.41 No.6A. 3771-3777 (2002)
• [文献書誌] Yoshihiro Takahashi et al.: "Optical second order nonlinearity of transparent Ba_2TiGe_2O_8 crystallized glasses"Applied Physics Letters. Vol.81 No.2. 223-225 (2002)
• [文献書誌] Yoshihiro TAKAHASHI et al.: "Second-Order Optical Nonlinearity of LaBGeO_5, LiBGeO_4 and Ba_2TiGe_2O_8 Crystals in Corresponding Crystallized Glasses"Japanese Journal of Applied Physics(Part 2). Vol.41 No.12B. L1455-L1458 (2002)
• [文献書誌] Y.Takahashi et al.: "Formation mechanism of ferroelastic Ba_2TiGe_2O_8 and second order optical non-linearity in transparent crystallized glasses"Journal of Non-Crystalline Solids. Vol.316. 320-330 (2003)
• [文献書誌] Y.Takahashi et al.: "Second harmonic generation of transparent crystallized glasses with ferroelectric LaBGeO_5"Physics and Chemistry of Glasses. Vol.43C. 217-220 (2002)
• [文献書誌] Y.Takahashi et al.: "Fabrication and optical second order nonlinearity of transparent Ba_2TiGe_2O_8 crystallized glasses"Proceedings of Nonlinear Optics(Optical Society of America), Hawaii. 256-258 (2002)
• [文献書誌] 高橋儀広, 小松高行: "表面結晶化ガラスにおける大きな光非線形性の発現 ガラスからの強弾性体Ba_2TiGe_2O_8の結晶化およびその二次光非線形性"NEW GLASS. Vol.17 No.4. 21-26 (2002)
• [文献書誌] G.S.Murugan, K.B.R.Varma, Y.Takahashi, T.Komatsu: "Nonlinear-optic and ferroelectric behavior of lithium borate-strontium bismuth tantalate glass-ceramic composite"Applied Physics Letters. Vol.78 No.25. 4019-4021 (2002)
• [文献書誌] H.Tanaka, M.Tamamoto, Y.Takahashi, Y.Benino et al.: "Crystalline phases and second harmonic intensities in potassium niobium silicate crystallized glasses"Optical Materials. Vol.22. 71-79 (2003)
• [文献書誌] T.Fujiwara, R.Ogawa, Y.Takahashi, Y.Benino, T.Komatsu: "UV-laser induced photonic periodic structure in tellurite based glass ceramics"Physics and Chemistry of Glasses. Vol.43C. 213-216 (2002)
• [文献書誌] T.Fujiwara, T.Honma, Y.Takahashi, T.Komatsu, R.Satoh: "Laser-Induced Crystallization and Optical Waveguide Patterning with Second-Order Nonlinearity"Reports on 303^<rd> Topical Meeting of The Laser Society of Japan, Laser Processing. No.RTM-02-34. 27-31 (2002)
• [文献書誌] N.Syam Prasad, K.B.R.Varma, Y.Takahashi, Y.Benino et al.: "Evolution and characterization of fluorite-like nano-SrBi_2Nb_2O_9 phase in the SrO-Bi_2O_3-Nb_2O_5-Li_2B_4O_7 glass system"Journal of Solid State Chemistry. (in press).
• [文献書誌] 藤原巧, 本間剛, 高橋儀宏, 紅野安彦, 小松高行, 佐藤隆士: "レーザー誘起ナノ結晶化によるフォトニック・ガラスの創製"光アライアンス. Vol.14 No.4. 12-17 (2003)