光非線形透明結晶化ガラスの創製とフォトニック結晶及び短波長固体レーザーへの応用

光学非线性透明微晶玻璃的制备及其在光子晶体和短波长固体激光器中的应用

基本信息

批准号：
01J04156
负责人：
高橋儀宏
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J04156/
关键词：
ガラス非線形光学結晶第二高調波発生 Fresnoite 圧電体

项目摘要

新規ボレート系非線形光学結晶LiBGeO_4が析出した透明結晶化ガラスを用いて、LiBGeO_4の二次非線形光学定数をMakerフリンジ法により評価した。その結果LiBGeO_4はd_<33>〜1.3pm/Vと見積もられ、β-BaB_2O_4単結晶に匹敵することを初めて見出した。Fresnoite型構造を有するBa_2TiGe_2O_8(BTG)結晶化ガラスの非線形性の再評価および他のfresnoite型結晶Ba_2TiSi_2O_8(BTS)およびSr_2TiSi_2O_8(STS)について透明結晶化ガラスを作製し、fresnoite型結晶の非線形性を体系的に評価した。またそれら結晶構造と非線形性の起源について研究を行った。BTG結晶化ガラスの非線形性についてはd_<33>〜22pm/VというLiNbO_3単結晶のそれに匹敵する非線形性を確認した。これはガラス材料で報告されている二次線形性の中では最大である。この試料は、BTGが配向薄膜状に生成しており、平面導波路として機能することも確認し、新たな波長変換素子や光スイッチなどの光デバイス材料として提案した。またBTSおよびSTS結晶化試料のd_<33>はそれぞれ12pm/Vおよび7.2pm/Vと見積もられた。Fresnoite型結晶の格子定数比c/aはd_<33>と同様にBTG, BTS, STSの順に大きく、これはBaやGeなどより大きなイオンが導入されることでc軸が伸張し、自発分極が増長された結果、非線形性も増大したものと結論付けた。目的結晶の量論組成を有するガラスは、結晶化することで不純物相が析出しない、密な配向結晶を得ることが可能である。LiBGeO_4やfresnoite型結晶は単結晶育成が極めて困難な結晶である。しかしながら、結晶化を利用することで非線形性が評価できることを初めて実証した。この手法は非線形光学分野の材料探索において非常に有用である。

采用析出新型硼酸盐基非线性光学晶体LiBGeO_4的透明微晶玻璃，采用Maker条纹法评价了LiBGeO_4的二阶非线性光学常数。结果表明，LiBGeO_4的d_<33>～1.3pm/V，首次发现与β-BaB_2O_4单晶相当。重新评估了具有弗雷斯诺石结构的Ba_2TiGe_2O_8（BTG）微晶玻璃的非线性，并制备了其他弗雷斯诺石晶体Ba_2TiSi_2O_8（BTS）和Sr_2TiSi_2O_8（STS）的透明玻璃陶瓷，并系统地研究了所评估的弗雷斯诺石晶体的非线性。我们还研究了这些晶体结构和非线性的起源。 BTG微晶玻璃的非线性度为d_<33>～22pm/V，与LiNbO_3单晶的非线性度相当。这是玻璃材料报道的最高二次线性度。在该样品中，BTG以取向薄膜的形式形成，并确认其具有平面波导的功能，并被提议作为新型波长转换元件和光开关等光学器件的材料。此外，BTS和STS结晶样品的d_ 33 估计分别为12pm/V和7.2pm/V。与d_<33>类似，弗雷斯诺石型晶体的晶格常数比c/a按BTG、BTS和STS的顺序增加，这是由于引入较大离子如Ba 和 Ge 导致自发极化，得出的结论是，由于的增加，非线性也增加。当具有所需晶体的化学计量组成的玻璃结晶时，可以获得其中不析出杂质相的致密取向的晶体。 LiBGeO_4和镁锰矿型晶体极难生长为单晶。然而，我们首次证明可以使用结晶来评估非线性。该方法对于寻找非线性光学领域的材料非常有用。