非線形光学結晶のナノサイズ析出による透明結晶化ガラスの電気光学的機能発現

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750663
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 紅野 安彦 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (90283035)
• キーワード: 結晶化ガラス / 非線形光学結晶 / 第2高調波顕微鏡 / 結晶化パターニング / 光導波路形成 / 電気光学効果

研究概要

本研究は、光非線形性結晶化ガラス材料の探索と機能発現機構の解明を目指し、ガラスを熱処理あるいはレーザー照射局所加熱で得られる結晶化ガラスを対象に電気光学効果の確認と第2高調波顕微鏡(SHGM)下での非線形光学機能の評価を試みることを目的として以下の実験を行った。
1.電気光学機能を有する透明結晶化ガラス
研究初年度に引き続き、結晶化ガラスの組成および熱処理条件を再検討による透明性の向上を試みたが、結晶化ガラスにおいて測定に十分な透明性を維持したままで電気光学効果を見出すには至らなかった。また、プリズムカプラを用いた表面結晶層への光波導入に関しても結合が困難であることが明らかとなり、レーザー集光照射による光導波路型結晶化パターニングの実現を先行させる必要があると判断した。
2.非線形光学結晶パターン形成とSHGM観察
SHGMによる種々の結晶化ガラスの観察の結果、(1)BTG結晶化ガラスにおいて析出相の方位をSHGの偏光特性から特定した、(2)SiO_2:Ge薄膜の熱処理で得られる結晶化ガラスからのSHGは、析出するクリストバライト相近傍の残留応力の存在と関係することを明らかにした、(3)(Bi,Ln)BO_3系結晶化ガラスに析出する2相のうち非線形性の高いSHG活性相を特定した、(4)YAGレーザー照射によるβ-BBO相ラインパターニングにおける方位をSHGの偏光特性から特定した。
3.SHGMによる非線形光学定数の定量
z-cut石英を標準試料とし、非線形光学定数が既知であるニオブ酸リチウム(LN)単結晶試料のSHGM像の解析から、非線形光学定数の定量およびマッピングに関する一定の手法を確立し、BTG表面結晶化ガラスにおいて、析出結晶のd_33およびd_31が評価可能となった。これは、従来法のMakerフリンジ法による評価と比較しうるものであり、微細結晶での光学物性評価の可能性を見出した。

研究成果

• [文献書誌] T.Honma, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu, R.Sato: "Nonlinear optical crystal-line writing in glass by yttrium aluminum garnet laser irradiation"Appl.Phys.Lett.. 82(6). 892-894 (2003)
• [文献書誌] S.Kawasaki, T.Honma, Y.Benino, T.Fujiwara, R.Sato, T.Komatsu: "Writing of crystal-dots and lines by YAG laser irradiation and their morphologies in samarium tellurite glasses"J.Non-Cryst.Solids. 325. 61-69 (2003)
• [文献書誌] T.Honma, Y.Benino, T.Fujiwara, T.Komatsu, R.Sato: "Technique for writing of nonlinear iotical single-crystal lines in glass"Appl.Phys.Lett.. 83(14). 2796-2798 (2003)
• [文献書誌] T.Fujiwara, T.Sawada, T.Honma, Y.Benino, T.Komatsu, M.Takahashi, T.Yoko, J.Nishii: "Origin of intrinsic second-harmonic generation in crystallized GeO2-SiO2 glass films"Jpn.J.Appl.Phys.. 42(12). 7326-7330 (2003)
• [文献書誌] Y.Benino, Y.Takahashi, T.Fujiwara, T.Komatsu: "Second order optical nonlinearity of transparent glass-ceramic materials induced by alternating field"J.Non-Cryst.Solids. (to be published).