Creation of the active fiber-type device by glass crystallization for next-generation light control

通过玻璃结晶创建用于下一​​代光控制的有源光纤型装置

• 批准号: 22KJ0290
• 负责人: 中村 拓真
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0290/
• 关键词: 二次非線形光学効果; ポッケルス効果; 光波制御素子; 結晶化ガラス; 光ファイバ

光信号の伝送系である光ファイバがSiO2を主成分とするガラスが主要材料であるのに対し，制御系はニオブ酸リチウムなどの強誘電体単結晶で構築される．両系で大きく性質の異なる材料が使われる最大の理由には，ガラスがその光学的等方性により原理的に光波制御能を持たないことが挙げられる．したがって，現行の光通信技術において，両系の接続は大きな光損失の発生が免れない．本研究課題は，これら課題の解決策として，ガラスの結晶化及びそれに伴う機能性の賦与に着目し，ガラスファイバベースの光波制御素子の開発を目指している．これまでSrO-TiO2-SiO2系の前駆体ガラスファイバの合成及び結晶化には至っていたが，結晶化に伴って形成するボイド，すなわち光散乱中心の存在が大きな課題であった．一方で，適切な熱処理条件を選択することで，結晶化挙動を制御しボイド形成を完全に抑制可能であることを見出した．その結果，伝搬損失を既存材料と同等の値にまで低減させるに至るとともに，電圧駆動による光強度変調機能の実証に成功した．また，電磁場解析に基づき，結晶化したガラスファイバにおける特異な構造を利用した応用方法について検討した．そして，単なる材料の置き換えに留まらない独自の応用が可能と示唆される結果が得られた．

作为光信号传输系统的光纤主要由以SiO2为主要成分的玻璃制成，而控制系统则由铌酸锂等铁电单晶构成。两个系统中使用性能显着不同的材料的主要原因是，玻璃由于其光学各向同性，原则上不具备控制光波的能力。因此，在现有的光通信技术下，两个系统之间的连接不可避免地会导致较大的光损耗。为了解决这些问题，该研究项目旨在开发一种基于玻璃纤维的光波控制元件，重点关注玻璃的结晶以及由此赋予的功能。到目前为止，SrO-TiO2-SiO2 前体玻璃纤维已经合成并结晶，但一个主要问题是结晶过程中形成的空隙或光散射中心的存在。另一方面，我们发现通过选择合适的热处理条件，可以控制结晶行为并完全抑制空洞的形成。结果，我们能够将传播损耗降低到与现有材料相当的值，并成功演示了通过电压驱动的光强度调制功能。此外，基于电磁场分析，我们研究了利用结晶玻璃纤维独特结构的应用方法。我们获得的结果表明，除了简单的材料替代之外，独特的应用也是可能的。

项目成果

光波制御ファイバー素子に向けた光非線形結晶化ガラスの未知なるPockels係数の決定

光波控光纤器件用光学非线性结晶玻璃未知普克尔斯系数的测定

• 发表时间: 2022
• 作者: 中村拓真;高橋儀宏;寺門信明;藤原巧
• 通讯作者: 藤原巧

シリケートガラスの結晶化制御とPockels効果の付与

控制硅酸盐玻璃的结晶并赋予普克尔斯效应

• 发表时间: 2022
• 期刊: 光アライアンス
• 作者: 寺門信明;中村拓真;高橋儀宏;藤原巧
• 通讯作者: 藤原巧

Radially-Polarized Glass-Ceramic Fiber toward Electro-Optic Device

用于电光器件的径向偏振玻璃陶瓷纤维

• DOI: 10.1364/sof.2022.som2h.2
• 发表时间: 2022
• 期刊: Optica Advanced Photonics Congress 2022 Technical Digest Series (Optica Publishing Group, 2022)
• 作者: Takuma Nakamura;Nobuaki Terakado;Yoshihiro Takahashi;Takumi Fujiwara
• 通讯作者: Takumi Fujiwara

光非線形結晶化ガラスにおける未知のPockels係数の決定

光学非线性晶化玻璃中未知普克尔斯系数的测定

• 发表时间: 2022
• 作者: 中村拓真;高橋儀宏;寺門信明;藤原巧
• 通讯作者: 藤原巧

Silicate glass-ceramic fiber with a prominent propagation loss and Pockels response

具有突出传播损耗和泡克尔斯响应的硅酸盐玻璃陶瓷光纤

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuma Nakamura;Takumi Fujiwara;Takamichi Miyazaki;Yoshihiro Takahashi;Nobuaki Terakado;Takuma Nakamura
• 通讯作者: Takuma Nakamura