希土類テルライト系ガラスでの屈折率分布パターニングの新手法開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450269
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 小松 高行 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (60143822)
• 研究分担者: 紅野 安彦 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (90283035)
• キーワード: YAGレーザー照射 / 非線形光学結晶ライン / 第二高調波顕微鏡 / β-BaB_2O_4 / 単結晶ライン / ガラス基板

研究概要

本研究は、通常のNd : YAGレーザー(波長:1064nm)をテルライト系(TeO_2)およびビスマス系(Bi_2O_3)ガラス等に照射し、位置選択的に光機能性を有する屈折率分布および希土類結晶ドット、ラインを作製し、屈折率分布パターニングのメカニズムを解明すると共に、極めて高度な屈折率分布パターニングの形成技術を確立することである。得られた成果は以下の通りである。
(1)10Sm_2O_3-35Bi_2O_3-55B_2O_3ガラスにYAGレーザー照射を行うことにより、第二高調波発生を示す結晶ラインをガラス表面に書き込むことに成功した。第二高調波顕微鏡を開発し、結晶ラインが極めて均一な結晶であることを明らかにした。結晶相は、X線回折からBi_<0.7>Sm_<0.3>BO_3であることを明らかにした。
(2)書き込んだ結晶ラインの束から明瞭なメーカーフリンジパターンが観察され、結晶ラインでの分極方向は試料表面に対して平行であることを明らかにした。偏光顕微鏡写真では結晶ラインは極めて均一であることから、作製された結晶ラインは単結晶であることを提案した。また、結晶ラインは光導波路として機能することを示した。
(3)Sm_2O_3-BaO-2B_O_3系ガラスへのYAGレーザー照射により、光非線形性を示し、かつ結晶構造の明確なβ-BaB_2O_4結晶ラインの形成に成功した。結晶ラインは深さ20μmのガラス内部に形成し、結晶方位はレーザー照射方向に対して(110)配向していることを明らかにした。すなわち、結晶ラインの成長方向(スキャン方向)はc-軸であり、結晶構造から分極方向はライン面内にあることが明らかになった。これは、Bi_2O_3-Sm_2O_3-B_2O_3系での結晶ラインで提案された分極方向と一致している。さらに、Y-カットβ-BaB_2O_4単結晶と同じ第二高調波発生パターンを示すことから、YAGレーザー照射で作製された結晶ラインは単結晶ラインであることを解明した。本手法は新たな単結晶作製手法であることが明らかになり、単結晶光集積回路等への応用が期待できる。

研究成果

• [文献書誌] T.Honma, Y.Benino, T.Fujiwara, R.Sato, T.Komatsu: "Optical Nonlinear Crystalline Dot and Line Patterning in Samarium Bismuth Borate Glasses by YAG Laser Irradiation"Journal of the Ceramic Society of Japan. 110巻・5号. 398-402 (2002)
• [文献書誌] T.Honma, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu, R.Sato: "Nonlinear Optical Crystal Line Writing by Yttrium Alunium Garnet Laser Irradiation"Applied Physics Letters. 82巻・6号. 892-894 (2003)
• [文献書誌] T.Tamagawa, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu: "Thermal Poling to Transparent TeO_2-basedd Nanocrystallized Glasses And Enhanced Second Harmonic Generation"Optical Communications. 217巻・1-6号. 387-394 (2003)
• [文献書誌] H.Tanaka, T.Honma, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu: "YAG Laser-Induced β-BaB_2O_4 Crystalline Dot Formation in Sm_2O_3-BaO-B_2O_3 Glasses"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 64巻(印刷中). (2003)