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

2003 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 / 光非線形性結晶ライン / 屈折率分布ライン / 曲線状結晶ライン / サマリウム含有ガラス / 偏光マイクロラマン散乱スペクトル

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士類結晶ドット、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)Sm_2O_3-BaO-TeO_2系ガラスにNd:YAGレーザー照射を行い、Sm_2Te_6O_<15>結晶から成る結晶ドットおよび結晶ラインを書き込み、それらの生成挙動と形態を明らかにした。特に、結晶ドットはコーン状をしており、表面から内部に向かって成長していることを見出した。また、結晶ドットのサイズはレーザー照射時間tに対してt^<1/3>に従って大きくなることから、構成成分の拡散支配によって結晶ドットが成長していることが明らかになった。
(2)Sm_2O_3-BaO-B_2O_3系ガラスにナノ秒(〜100ns)パルスのNd:YAGレーザーを照射することにより、ガラス内部(100-1000μm)に屈折率変化(ライン状)を誘起することに成功した。屈折率分布領域のライン幅は1-13μmであり、レーザー照射エネルギーと焦点位置により自在に変化させることができた。
(3)Sm_2O_3-Bi_2O_3-B_2O_3系ガラスにNd:YAGレーザー照射を行い、スキャン方向を変化させることにより、曲線状の結晶ラインの書き込みに成功した。結晶ラインを0゜から90゜まで曲げることが可能であり、また連続的に変化した円状の結晶ラインも作製できた。偏光光学顕微鏡及び偏光マイクロラマン散乱スペクトルから、結晶を曲げても、結晶成長方向は常に一定であることがわかった。ただし、曲がった部分では100μm程度にわたって結晶方位は徐々に変化していることを見出した。レーザー照射によるガラスでの曲がった結晶ラインの書き込みは本研究が初めてであり、波長可変型光導波路の作製に大きな道が開かれた。
(4)Sm_2O_3-Bi_2O_3-B_2O_3系ガラスから通常の熱処理およびYAGレーザー照射によって生成する光非線形性を示すBiBO_3およびSm_xBi_<1-x>lBO_3結晶の結晶構造および相変化挙動をX線回折および高温ラマン散乱スペクトルから明らかにした。特に、BiBO_3結晶に希土類イオンが固溶することにより結晶構造が安定化されることを見出した。
(5)K_2O-Sm_2O_3-P_2O_5系ガラスおよびSm_2O_3-MoO_3-B_2O_3系ガラスにYAGレーザーを照射することに光非線形性を示すKSm(PO_3)_4およびSm_2(MoO_4)_3結晶ラインの書き込みに成功した。これらの結果より、Nd:YAGレーザー照射による光機能性結晶ラインの書き込みは様々なガラス系に適用できることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] K.Narita, Y.Fujimoto, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu: "Vickers Nanoindentation Hardness and Deformation Energy of Transparent Erbium Tellurite Nanocrystallized Glasses"Journal of Non-Crystalline Solids. 316巻. 407-412 (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_2-O_3-BaO-B_2O_3 Glasses"Journal of Physics and Chemistry of Solids. 64巻. 1179-1184 (2003)
• [文献書誌] S.Kawasaki, T.Honda, Y.Benino, T.Fujiwara, R.Sato, T.Komatsu: "Writing of Crystalline Dots and Lines by YAG Laser Irradiation and Their Morphologies in Samarium Tellurite Glasses"Journal of Non-Crystalline Solids. 325巻. 61-69 (2003)
• [文献書誌] T.Honma, Y.Benino, T.Fujiwara, R.Sato, T.Komatsu: "Technique for Writing of Nonlinear Optical Lines in Glass"Applied Physics Letters. 83巻・14号. 2796-2798 (2003)
• [文献書誌] K.Narita, Y.Takahashi, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu, T.Harada, Y.Hirotsu: "Prominent Nanocrystallization of 15K_2O.25Nb_2O_5.50GeO_2 Glass"Journal of the American Ceramic Society. 87巻・1号. 113-118 (2004)
• [文献書誌] R.Ihara, T.Honma, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu: "Second-Order Optical Nonlinearities of Metastable BiBO_3 Phases in Crystallized Glasses"Optical Materials. (印刷中). (2004)