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波長変換技術
-レーザー光発生の新展開-


 レーザーの応用は分光、微細加工、医療などの分野へと広がり、それとともにレーザーの波長域拡大や性能の改善が求められ、その応用領域は紫外域からテラヘルツ(THz)領域に至っています。非線形光学現象などを用いた波長変換によって、従来のレーザーでは得られ難い波長の光を発生することができるようになり、光源としての諸性能の改善が図られ、用途に応じたレーザーの開発に期待が寄せられます。
 本書では、主に結晶(LNやLTなどの強誘電体結晶、ホウ酸系結晶など)などによる固体レーザーや、希土類ドープファイバーレーザー、半導体レーザーなどを基本波として、非線形光学効果などを用いた波長変換技術について解説しまとめました。また、紫外・可視・赤外・テラヘルツの各波長域におけるレーザー光発生の開発例、非線形光学効果に基づく波長変換に影響を与える研究例についても紹介しています。

    □体裁 A4判 339ページ
    □価格 本体72,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2016年5月

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章 目 次

第1章 波長変換技術によるレーザー波長域の拡大
第2章 紫外光
第3章 可視光
第4章 赤外線
第5章 テラヘルツ波

詳 細 目 次

 
第1章 波長変換技術によるレーザー波長域の拡大 1
 1.1 概論 1
  1.1.1 レーザーの分類 1
  1.1.2 各種レーザー 2
   (1) 固体レーザー 2
   (2) ファイバーレーザー 4
   (3) 半導体レーザー 5
   (4) 気体レーザー、液体レーザー 6
 1.2 波長変換技術の概要 6
  1.2.1 非線形光学効果による波長変換技術(レーザー光の波長域拡大技術) 7
   (1) 非線形光学結晶による波長変換 7
   (2) 誘導ラマン散乱(SRS)による波長変換 8
   (3) 非線形媒質による高次高調波コヒーレント広帯域短波長光 8
   (4) フィラメンテーションを用いた四光波混合等による波長変換 9
  1.2.2 テラヘルツ波発生における波長変換技術 9
  1.2.3 位相整合による変換効率の向上 10
   (1) 位相整合の概要 10
   (2) 複屈折位相整合法(BPM:Birefringence Phase Matching) 10
   (3) 擬似位相整合法(QPM:Quasi Phase Matching) 11
  1.2.4 非線形光学材料の概要 14
 1.3 波長変換レーザーシステムとその概要 16
  1.3.1 波長変換レーザーシステムの基本構成 16
  1.3.2 波長変換方式の種類と変換システム例 17
   (1) 光高調波、異なる周波数の和・差周波 17
   (2) その他の変換方式について   19
  1.3.3 波長変換レーザーシステムにおける励起用基本波レーザー光源 20
 1.4 波長域・変換効率 21
  1.4.1 波長域とその定義 21
  1.4.2 変換効率 22
 第1章 引用文献 24
 
第2章 紫外光 25
 2.1 概論 25
 2.2 強誘電体結晶を用いた波長変換 26
  2.2.1 KTiOPO4(KTP) 27
  2.2.2 LiNbO3(LN)、LiTaO3(LT)  27
 2.3 ホウ酸系結晶を用いた波長変換 27
  2.3.1 β-BaB2O4(BBO)を用いた第4高調波発生(FHG)による深紫外(DUV)光 28
  2.3.2 LiB3O5(LBO) 30
  2.3.3 CsB3O5(CBO) 30
  2.3.4 CsLiB6O10(CLBO) 30
  2.3.5 BiB3O6(BIBO) 34
  2.3.6 KBe2BO3F2(KBBF) 36
 2.4 擬似位相整合(QPM)を用いた波長変換 38
  2.4.1 PPMgLN 39
  2.4.2 MgO:S-LiTaO3(SLT)によるPPMgSLT 42
  2.4.3 水晶(常誘電体) 43
 2.5 高次高調波発生(HHG:High-order Harmonic Generation) 45
  2.5.1 近赤外超短パルスレーザー 46
   (1) 高出力赤外パルスエネルギー〜10mJ励起による水の窓領域でのHHG 46
   (2) 搬送波位相(CEP:carrier envelope phase)安定化パルスによる水の窓領域でのHHG 48
  2.5.2 レーザープラズマ 52
  2.5.3 高次高調波シード型自由電子レーザー 53
  2.5.4 コヒーレント位相整合真空紫外(VUV)光 56
  2.5.5 高次高調波を用いた孤立アト秒パルス 58
   (1) 孤立アト秒パルス 58
   (2) ダブルオプティカルゲート法を用いた高次高調波発生とアト秒パルス発生   62
 2.6 フィラメンテーションを用いた深紫外〜極紫外(DUV〜XUV)光 69
  2.6.1 フィラメンテーションを用いた深紫外(DUV)光 69
  2.6.2 フィラメンテーションを用いた真空紫外〜極紫外(VUV〜XUV)光 72
 2.7 半導体露光用EUV光源 75
 第2章 引用文献 79
 
第3章 可視光 85
 3.1 概論 85
 3.2 緑色光 85
  3.2.1 緑色半導体レーザー 88
  3.2.2 Pr3+ドープ・耐水型フッ化物ファイバーを用いた高出力緑色ファイバーレーザー 89
  3.2.3 MgLN、LNを用いた緑色SHGレーザー 90
   (1) 波長変換素子としてLNを用いた緑色レーザーモジュール 90
   (2) 平面導波路PP-MgLNを用いた緑色光 91
  3.2.4 MgSLTによるQPM-SHGを用いた緑色光 93
   (1) PPMgSLTによる高出力CW SHG緑色レーザー 93
   (2) Ybファイバーレーザー励起によるPPMgSLTを用いた緑色SHGレーザー 94
   (3) レーザー結晶とQPM素子の一体化モジュールによる緑色光 95
  3.2.5 LBOを用いた緑色レーザー 97
   (1) LBO結晶を用いた内部共振器SHGによる緑色レーザー 97
   (2) Ybファイバーレーザー励起、内部共振型LBO・SHGによる緑色レーザー 99
   (3) FOPA型ファイバーレーザー励起、2連LBOによる高出力緑色レーザー 100
  3.2.6 KTPをSHG用非線形光学材料として用いた緑色光 101
   (1) Ybファイバーレーザー励起による緑色SHGレーザー 102
   (2) LD励起によるマイクロチップを用いた緑色SHGレーザー 102
  3.2.7 水晶QPM-SHGを用いた緑色光 103
  3.2.8 Self-Frequency Doublingによる緑色光 103
  3.2.9 強誘電体フッ化物単結晶を用いたQPMデバイスによるSHG緑色光 104
 3.3 青色・紫色光 105
  3.3.1 リッジ導波路PPMgLNを使用したQPM-SHGによる紫色光 106
  3.3.2 オフカットLNを用いた導波路SHGによる青色光 107
  3.3.3 LD直接波長変換型レーザーによる青色光(波長488nm) 108
  3.3.4 ツイン水晶のQPMによる青色光 110
 3.4 黄色光 111
  3.4.1 Nd:YVO4/YVO4混合結晶セルフラマンレーザー方式によるSHG黄色レーザー 111
  3.4.2 近赤外レーザーのSFGによる黄色光 112
   (1) 2台のNd:YAGレーザー光のSFGによる波長589nm光 113
   (2) 2台のファイバーレーザー光のSFGによる589nm黄色光 115
   (3) 2台のNd:YAGレーザーとZn:PPLNを用いたSFGによる589nm黄色光 116
  3.4.3 近赤外レーザーのSHGによる黄色光 117
   (1) ファイバーラマンレーザーと内部共振器にLBOを用いた高出力SHG黄色レーザー 117
   (2) ファイバーラマンレーザーを用いたシングルパスSHGによる黄色光 120
 3.5 可視域でのマルチ・カラーレーザー 121
  3.5.1 希土類ドープされたフッ化物材料によるマルチカラーレーザー 122
   (1) 青色光励起を用いたPr3+ドープ・フッ化物ファイバーによるマルチカラーレーザー 122
    (a) LD励起によるPr3+ドープファイバー(ZBLAN)レーザー 122
    (b) 青色LD励起、Pr3+ドープ・耐水型フッ化物ファイバーによるマルチカラーレーザー 124
   (2) マルチカラーアップコンバージョンファイバーレーザーによる可視光発生 125
  3.5.2 セルフラマンレーザーを用いた緑色〜黄色領域でのCWマルチカラーレーザー 128
  3.5.3 PPSLTにおけるカスケード波長変換によるマルチカラー(赤緑青)レーザー 131
  3.5.4 QPM-SHGによる青色・緑色等の可視光レーザー 133
   (1) 導波路型PPMgLN青色・緑色SHGレーザー 133
   (2) LD励起・内部共振器型青色・緑色SHGレーザー 133
   (3) 光通信用LD光のLNを用いた和周波発生(SFG)による可視域レーザー 136
   (4) 赤外面発光レーザーレーのSHGによるR・G・Bレーザー 138
  3.5.5 白色レーザー及び白色光 140
   (1) Prドープフッ化物ファイバーを用いた白色レーザー   140
   (2) 近紫外LDモジュールとSMS蛍光体を用いた白色光源 141
   (3) YAG単結晶蛍光体によるSolid-state lightening(SSL) 143
   (4) 4色レーザーの組み合わせ白色光照明の妥当性検証 144
   (5) モノリシック白色レーザー 146
 第3章 引用文献 148
 
第4章 赤外線 154
 4.1 概論 154
 4.2 近赤外光 156
  4.2.1 黄色光発生用の1178〜1180nm近赤外光ファイバーレーザー 156
   (1) ファイバーラマンレーザーによる1178〜1179nm光 156
    (a) 1179nmYbドープシリカファイバーレーザー 156
    (b) 1178nmファイバーラマン増幅器 158
   (2) フォトニックバンドギャップファイバーによる1180nmファイバー増幅及びレーザー 159
    (a) ハイブリッド構造ダブルクラッドPBGFレーザー 160
    (b) エアクラッドYb-PBGFレーザー 162
  4.2.2 狭線幅・高速掃引型可変波長レーザー 165
   (1) 概要および各種の方式 165
    (a) Macroscopic external cavity lasers 166
    (b) Fiber ring lasers 167
    (c) Short cavity MEMS-tunable lasers 167
   (2) フーリエ領域モード同期(FDML)高速波長走査型ファイバーレーザー 168
   (3) 分散チューニングによる高速波長走査型ファイバーレーザー 173
   (4) コム構造分散ファイバーを用いた超短ソリトンパルスの帯域圧縮された
      高速波長走査型ファイバーレーザー
176
  4.2.3 強誘電体結晶を用いたOPO/OPG(Optical Parametric Generation)による赤外光 179
   (1) LD側面励起を用いたNd:YVO4による高出力1.5μmPPSLT-OPG 179
   (2) 大開口PPMgLNを用いたOPOによる高出力パルス 181
   (3) 大開口RbドープPPKTPを用いたOPOによる赤外光 183
  4.2.4 近赤外域のセラミックレーザー 184
   (1) LD励起モード同期セラミックレーザー 185
    (a) Yb3+:Lu2O3、Y2O3を用いたカーレンズモード同期セラミックレーザー 185
    (b) CWおよびモード同期Yb:Y2O3セラミックThin-Diskレーザー 186
   (2) 高効率セラミックレーザー 187
   (3) 高出力セラミックレーザー 189
    (a) Nd:YAGセラミックスを用いた高出力ヒートキャパシティレーザー 189
    (b) CCEPSコンセプトに基づく高出力Nd:YAGセラミックレーザー 191
    (c) ThinZagコンセプトに基づく高出力Nd:YAGセラミックレーザー 193
  4.2.5 近赤外域の超短パルスレーザー 194
   (1) 数サイクル〜サブ2サイクル超短パルスレーザー 194
    (a) OPAシステムベースの数サイクルパルス 195
    (b) CEP安定化・数サイクル〜サブ2サイクルパルス 199
    (c) フィラメンテーションによる数サイクルパルス 204
   (2) Yb系結晶を用いた小型超短パルスレーザー 209
   (3) 可飽和吸収体にカーボンナノチューブ(CNT)を用いた近赤外超短パルス 210
    (a) 2cm長のEr/Ybドープファイバーを用いた高繰り返し周波数モード同期レーザー 212
    (b) SWNT/ポリマーを可飽和吸収体として用いた波長1.5μm帯フェムト秒ソリトン
       ファイバーレーザー
212
  4.2.6 スーパーコンティニウム光(近赤外域および中赤外域への拡張) 215
   (1) 通信用SMF、Tmドープファイバー(TDF)、ZBLANファイバーを用いたNIR〜MIR領域SC光 217
   (2) フッ化物ガラスのフィラメンテーションによる5オクターブにわたるSC光 221
   (3) テルライト光ファイバーによるSC発生 223
   (4) カルコゲナイド光ファイバーによるSC光 225
    (a) テーパー化As2S3ファイバーにおけるSC光 226
    (b) ステップインデックス型のAs2S3シリカ導波路におけるSC光 228
   (5) CW励起・高出力・高スペクトル密度SC光 229
   (6) ラマン・ソリトンパルスを励起光に用いた正常分散HNLFによるSC光 231
 4.3 中赤外光 233
  4.3.1 化合物半導体によるOPO及びOPGを用いた中赤外光 234
   (1) ZGPを用いたOPOによる中赤外光 235
   (2) CPSを用いたOPGによる中赤外光 242
   (3) GaAsを用いたOPOによる中赤外光 243
  4.3.2 QPMデバイスにおけるOPOを用いた中赤外光 245
   (1) PPLTにおけるOPOを用いた中赤外光 245
    (a) 異なる共振器を用いたOPOによる中赤外光 245
    (b) RISTRA共振器を用いたOPOによる中赤外光 246
   (2) PPLNを用いたOPOによる中赤外光 247
    (a) PPLNを用いた縮退型OPOによる中赤外光 248
    (b) APPLNを用いたOPCPAシステムによる中赤外超短パルス 250
  4.3.3 DFGその他の方法による中赤外光   253
    (1) PPLNリッジ導波路による高効率DFGによる中赤外光 253
    (2) APPLNを用いた断熱型DFGによる広帯域中赤外光 257
    (3) OP-GaASを用いたファイバーベース中赤外広帯域波長可変DFGレーザー 262
    (4) フィラメンテーションによるサブサイクル超短パルス中赤外光 263
 第3章 引用文献 265
 
第5章 テラヘルツ波発生 276
 5.1 概論 276
 5.2 単一周波数THz波発生 277
  5.2.1 無機非線形光学結晶を用いた差周波テラヘルツ光源 277
   (1) 単一縦モード高出力THz光パラメトリック光源 277
   (2) 周期分極反転による面発光テラヘルツ波発生 281
   (3) 室温CW・mWテラヘルツ波光源 283
   (4) GaPを用いた広帯域波長可変テラヘルツ波 284
  5.2.2 有機非線形光学結晶を用いた差周波テラヘルツ光源 287
   (1) DAST結晶を用いた差周波THz波発生 288
   (2) BNA結晶を用いた差周波THz波発生 289
  5.2.3 チェレンコフ型位相整合を用いたTHz波発生 290
   (1) チェレンコフ型位相整合 290
   (2) チェレンコフ型位相整合方式による差周波光混合THz波発生 291
   (3) DAST結晶を用いたチェレンコフ型位相整合方式によるTHz波発生 294
  5.2.4 フォトミキサーによるCW・THz波発生 295
   (1) UTC-PDを用いたフォトミキサーによるTHz波発生 296
   (2) ナノギャップ電極構造・LT-GaAs・フォトミキサーによるTHz波発生 297
   (3) ErAs:InGaAsプラズモニックフォトミキサーによるTHz波 301
   (4) 共振器型LT-GaAsフォトミキサーによるmWレベル出力サブTHz波 302
   (5) InAs/GaAS量子ドットフォトミキサーによるCW動作THz波発生 303
 5.3 THz超短パルス 305
  5.3.1 光伝導アンテナを用いた超短パルスTHz波 306
   (1) 大面積光伝導スイッチによる高強度THz波 306
   (2) FeドープInGaAsを用いた光伝導アンテナによるTHz波発生 309
   (3) 横方向フォトデンバー効果を用いた光伝導エミッターによるTHz波発生 312
   (4) プラズモニック光伝導エミッターによる高出力THz波 314
   (5) ErAs:In(Al)GaAs大開口光伝導エミッターによるTHz強電場 317
  5.3.2 非線形光学材料を用いた超短パルスTHz波 319
   (1) GaSeを用いたDFGによる波長可変高強度パルスTHz波 319
   (2) パルス面傾斜励起(TPFP)による位相整合を用いた超短パルスTHz波 321
   (3) TPFPによるサブmJTHzパルス 323
   (4) TPFPによる1MV/cmレベルのTHz電界 325
  5.3.3 レーザー励起プラズマを用いた超短パルスTHz波 327
   (1) 2色励起レーザープラズマ生成によるTHz超短パルス 327
   (2) 2色励起に基づくレーザーフィラメンテーションによるTHz波 330
   (3) アルゴンクラスターにおけるレーザープラズマによるTHzパルス 332
 第5章 引用文献 334

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