Development of ultracompact microcavity far UV-C second harmonic generation device using low birefringence paraelectric materials

采用低双折射顺电材料开发超紧凑微腔远UV-C二次谐波发生装置

基本信息

批准号：
22KJ2129
负责人：
南部誠明
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka 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 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2129/
关键词：
SHG SBO GaN AlN レーザ VCSEL

项目摘要

・波長230 nm近傍の深紫外（DUV）光は，皮膚最表面の角質層で吸収されるため殺菌・消毒を目的として人体への直接照射が可能である。DUV光源の有力な候補として，第二高調波発生（SHG）デバイスが挙げられるが，小型，高効率な波長変換デバイスを実現可能なSHG結晶と位相整合方式の組み合わせがない。そこで我々は，これまで必須であると考えられてきた結晶の強誘電性や複屈折性に頼らない微小共振器型位相整合方式を提案し，低複屈折性常誘電体結晶であるGaNを用いた青色SHGを実証した。この方式は，光損傷耐性の高い任意の非線形光学結晶に適用できるため，デバイス材料の選択肢を大幅に拡大した。本研究では、吸収端波長が130 nmと極めて短く，高い光学非線形性と光損傷耐性を有しながらも，強誘電性や複屈折性を呈しないためSHG結晶として注目されてこなかったSrB4O7（SBO）を用いた微小共振器による波長234 nmの SHGを実証した。本成果は、①人体に無害な殺菌消毒用光源、②産業的に極めて重要な真空紫外（VUV）光源、③垂直共振器型面発光レーザー（VCSEL）と集積した励起光源一体型のDUVおよびVUV光源実現への大きな一歩である。・窒化物半導体であるGaNを用いて上記と同様のSHGデバイスを作製し、SHG実証実験を行った。ここでは、励起レーザのパルス幅に対してデバイス構造を最適化することで、これまで実施できていなかった詳細なSHG特性評価を行った。実測した波長変換効率は理論値と極めて高い精度で一致した。・SBOを用いた真空紫外光発生用SHGデバイスを新たに提案し、作製に成功した。

・波长230nm左右的深紫外线（DUV）光被皮肤最外层的角质层吸收，可直接照射到人体上，达到杀菌消毒的目的。二次谐波发生 (SHG) 器件是 DUV 光源的一个有希望的候选者，但目前还没有 SHG 晶体和相位匹配方法的组合可以创建紧凑、高效的波长转换器件。因此，我们提出了一种不依赖于晶体的铁电性和双折射的微腔型相位匹配方法，并使用具有低双折射的顺电晶体GaN进行了演示。该方法可应用于任何具有高抗光学损伤能力的非线性光学晶体，大大扩展了器件材料的选择范围。在本研究中，我们研究了SrB4O7（SrB4O7），这是一种具有130 nm极短吸收边波长、高光学非线性和抗光学损伤性的晶体，但由于它不表现出铁电性或不具有铁电性，因此作为SHG晶体并没有引起人们的关注。双折射）使用微谐振器在 234 nm 波长处演示了 SHG。该成果包括：（1）对人体无害的灭菌光源，（2）工业上极为重要的真空紫外（VUV）光源，以及（3）DUV和VUV集成激发光与垂直腔表面发射激光器（VCSEL）集成的光源这是实现光源的重要一步。・我们使用氮化物半导体GaN制作了与上述类似的SHG器件，并进行了SHG演示实验。在这里，通过优化激发激光脉冲宽度的器件结构，我们进行了迄今为止无法实现的详细SHG特性评估。测量的波长转换效率与理论值一致，精度极高。・我们提出了一种使用SBO的用于真空紫外光发生的新型SHG装置，并成功制造了它。

项目成果

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DUV coherent light emission from ultracompact microcavity wavelength conversion device

超紧凑微腔波长转换器件的 DUV 相干光发射

DOI：
10.1364/oe.457538
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
3.8
作者：
T. Nambu; T. Yano; S. Umeda; N. Yokoyama; H. Honda; Y. Tanaka; Y. Maegaki; Y. Mori; M. Yoshimura; S. Kobayashi; S. Ichikawa; Y. Fujiwara; R. Ishii; Y. Kawakami; M. Uemukai; T. Tanikawa;R. Katayama
通讯作者：
R. Katayama

SrB4O7微小共振器を用いた深紫外第二高調波発生

使用 SrB4O7 微谐振器产生深紫外二次谐波