| 研究課題/領域番号 |
25390102
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 分子科学研究所 |
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研究代表者 |
石月 秀貴 分子科学研究所, 分子制御レーザー開発研究センター, 助教 (90390674)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 擬似位相整合 / 周期分極反転 / 波長変換 / ニオブ酸リチウム / タンタル酸リチウム / 超短パルス / 軸傾斜構造 |
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| 研究概要 |
本研究は、実用的な超大口径の擬似位相整合（Quasi Phase Matching, QPM）波長変換デバイスの実現と、その超短パルス発生への適用を目的として、分極反転周期に変化を持たせたチャープ構造を備えた複数の軸傾斜構造を積層した「積層式軸傾斜構造QPMデバイス」を新たに提案し、その評価を行うことを目的とする。研究初年度である平成25年度は、以下に示すように、構造形成条件探索および材料結晶の特性評価を実施した。
（１）過去の検討により、結晶Z軸を基板に対して傾斜させた結晶材料への周期分極反転構造形成の知見はあったものの、チャープ構造も兼ね備えた構造を実現可能であるかは未確認であった。まず5mm厚未傾斜基板を用い、中心周期～30ミクロンで周期変化量～±10％のチャープ構造形成を試み、良好な結果を得られることを確認した。
（２）引き続きチャープ構造を備えた軸傾斜構造形成を試みる直前に、従来より用いてきたMg添加ニオブ酸リチウム結晶の均一性に問題があることが新たに明らかとなった。このため当初の研究計画を一部変更し、この問題の確認及び回避法の検討を他に優先して行った。その結果、結晶育成軸を従来と変更することで回避できることを確認した。
（３）上記の（１）（２）と並行して、（軸傾斜構造を持たない）通常の大口径QPMデバイスおよびチャープ型大口径QPMデバイスを複数の共同研究先に提供し、その特性評価を行った。
初年度の結果を元に、次年度以降では、チャープ構造を備えた軸傾斜構造形成および実際のデバイス作製と、積層構造化の検討を行う予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初の計画では、初年度においてチャープ構造を備えた軸傾斜構造デバイスを作製し、光学実験による評価を行う予定であった。しかし主として用いるMg添加ニオブ酸リチウム結晶の均一性に問題があり、これが波長変換光のビーム品質を大きく劣化させることが明らかとなった。これはデバイスの実用時に大きな問題となるため、当初の研究計画を一部変更して、その確認及び回避法の検討を優先して行ったことから、研究計画が若干遅延する結果となった。
問題の確認後に、この解決法として単純な結晶品質改善を期待・検討したが、結晶材料育成条件の短期の改善は容易ではなかった。このため次善の策として、従来とは異なる育成軸で成長した結晶を用いることでこの問題を回避することとした。
この回避法において、同一結晶であっても育成軸が異なる場合は、材料特性の微妙な違いや均一性の問題、さらに周期分極反転特性などに違いが生じる可能性がある。このため諸特性を評価し、大きな差異が無いことを確認した。
当初の計画にはなかった上記の検討を行ったため計画が若干遅延しているものの、チャープ構造形成や軸傾斜構造形成などの要素技術検討は既に行っているため、この遅れを取り戻すことは可能であると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度に実現できなかった内容も含め、次年度以降ではチャープ構造を備えた軸傾斜構造デバイスの作製とその光学実験による評価、および積層構造化の検討を行う予定である。
（Ａ）デバイスサイズとしては、口径10mm x 10mm 以上を目標とする。基板厚は取扱容易さなどを考慮して単独厚1～2mm、軸傾斜角は45～65゜を目標とする。
（Ｂ）積層化においてはデバイス開口面での低損失化を目指すため、できる限り接着剤等を用いない接合手法を検討する。
（Ｃ）作製する各デバイスの評価にあたっては、保有するするナノ秒およびピコ秒パルス光源、および新規導入するフェムト秒光源を用いたOPO 等により、入出力特性やスペクトル特性の開口面内分布、および耐久性等の評価を行う。
（Ｄ）以上の作製および評価結果を元に、最終的に超短パルス発生に最適化した大口径・高効率・広帯域特性を備えたデバイスを作製し、フェムト秒光源を用いた中赤外光発生実験により評価する。また、可能なら他グループとの共同研究に供することで大出力動作時の特性評価を行う。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
主として用いるMg添加ニオブ酸リチウム結晶の均一性に問題があり、これが波長変換光のビーム品質を大きく劣化させることが明らかとなった。これはデバイスの実用時に大きな問題となるため、当初の研究計画を一部変更して、その確認及び回避法の検討を優先して行ったことから、平成25年度の研究計画が遅延し、当初の研究計画で予定していた結晶購入に関する予算を次年度以降で使用することとした。
この結晶均一性に関する問題に関しては、既に状況の確認及び回避法の検討が既に終了している。平成25年度で予定していた結晶購入を、平成26年度に繰り下げて行う予定であり、そのほかに大きな研究計画の修正は予定していない。
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