非線形吸収を利用した高出力レーザー用パワーリミッティングガラスの開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750739
• 研究機関: 三重大学
• 研究代表者: 橋本 忠範 三重大学, 工学部, 助手 (10271016)
• キーワード: 非線形吸収 / パワーリミッティング / ガラス

研究概要

次世代の高度情報化社会を支える光情報材料として期待されている非線形光学材料に関する研究を行った。非線形屈折ならびに非線形吸収は光Kerr効果や二光子吸収に基づく超高速光スイッチ、光ソリトンならびにパワーリミッターなどへの応用が期待される。YAGレーザーと共によく使われる波長変換用単結晶は非常に高価であるが、光学系の中で高強度の光照射に最も弱い箇所の一つであり、このような素子を保護したいというニーズがある。パワーリミッターは高強度の入射光を瞬間的に遮断するブレーカーのように働き、素子を保護することができる。
本研究では、入射光強度に依存する吸収特性、すなわち非線形吸収を利用した高出力レーザー用パワーリミッティングガラスの開発を行った。パワーリッミッティングガラスとして有望視されている鉛含有ガラスを中心にパワーリミッター特性ならびにレーザー耐久性を調べることでガラス組成の最適化を行うと共に、パワーリミッティングに最適な光学配置の設計を行った。非線形光学特性の評価には非線形屈折と非線形吸収を符号を含め評価できるZ-scan法を用いて、二光子吸収係数βを測定し、そのパワーリミッティング特性について調査した結果、以下に示す結論を得た。
PbO含有量の増大に伴い、E_gは狭くなりβは増大した。このことからPb6s→Pb6p遷移がこのガラスの二光子吸収過程を支配していると考えられた。また、ガラス系の違いによりガラス中の鉛の共有性に違いが見られた。また、ガラス系の違いによりガラス中の鉛の共有性に違いが見られた。さらに、共有性の高いPbO_4ユニット内のPb6s→Pb6p遷移がβの増大に大きく寄与していると考えられた。
ガラスのβとレーザー耐久性の関係は、反比例の関係にあることから、一枚のガラスでは大きなβと高いレーザー耐久性を同時に実現することは困難であることがわかった。
大きなβを持つガラスの前に、高いレーザー耐久性を持つガラスを配置することにより、また、重ね合わせるガラスの厚さを厚くするほど、さらにβに傾斜を持たせるほどパワーリミッテイング特性が向上する効果が増大することが予測されたが、このことは現在調査中である。

研究成果

• [文献書誌] H.Nasu,T.Iwano,T.Hashimoto and K.Kamiya: "The influence of matrix on the quantum size effect of CdSe microcrystals-doped thin films"J.Mater.Sci.. 35・12. 3097-3103 (2000)
• [文献書誌] H.Nasu,Y.Suzuki,H.Ohta,Y.Yamamoto,Y.Iio,T.Hashimoto,K.Kamiya,A.Narasaki,K.Tanaka and K.Hirao: "Second-harmonic generation from thermally poled mixed alkali silicate glasses containing various alkaline-earth oxides"Jpn.J.Appl.Phys,Part 1. 39.12A. 6530-6534 (2000)
• [文献書誌] Y.Yamamoto,H.Nasu,T.Hashimoto and K.Kamiya: "Second harmonic generation from thermally poled CdS microcrystals containing glasses"J.Non-Cryst.Solids. (印刷中).