超高速広角レーザースキャナーに向けた新電気光学結晶の研究

本研究では、レーザー加工にも用いられる光スキャナを革新的に高性能化するための結晶材料を開発する。近年、KTa1-xNbxO3 (KTN)という酸化物の結晶において印加した電界によって屈折率が変化する現象(電気光学効果)を利用し、従来の機械式スキャナよりも圧倒的に高速にスキャニング(偏向、光線の向きを変えること)ができる新型の光偏光器が開発された。しかし高速性の一方では、偏向の角度は10度程度以下であり、これがこの光偏光器の用途を限定していた。偏向角度といった特性は、もちろんデバイスの設計によって改善していくものである。しかしその設計理論では、材料であるKTNで実現できる最大の屈折率変化量Δnによってこの特性が限定されることが分かっている。この研究では、この光偏光器の偏向角度の一桁改善のため、KTNのΔnを一桁改善することを目的としている。KTNのΔnを改善するためには分極の増大が必要であり、これは誘電特性を改善することと言い換えることができる。KTNは温度の変化とともに誘電率が大きく変化するが、同様に高い電界を印加したときにも誘電率が大きく変化する。この変化を網羅的に測定するため、前年度までに試料蓄積電荷計測系を立ち上げた。当該年度は、この誘電率変化特性がKTN結晶のリチウムの添加量の違いによってどのように変化すかを検討することとし、このような結晶試料の準備から始めた。誘電特性検討のための試料においては、結晶に含まれる不純物ともに、結晶と電極との界面の状態を最大限に管理することが必要である。目的とする組成では、結晶成長が不安定となって大型高品質の単結晶を得るのが一般的なKTN結晶よりも難しく、想定よりも時間がかかったものの、最終的には目的の結晶を得ることには成功した。予定よりも遅れが発生したが、現在、得られた結晶の誘電特性の測定を進めている。

本研究では、レーザー加工にも用いられる光スキャナを革新的に高性能化するための結晶材料を開発する。近年、KTa1-xNbxO3 (KTN)という酸化物の結晶において印加した電界によって屈折率が変化する現象(電気光学効果)を利用し、従来の機械式スキャナよりも圧倒的に高速にスキャニング(偏向、光線の向きを変えること)ができる新型の光偏光器が開発された。しかし高速性の一方では、偏向の角度は10度程度以下であり、これがこの光偏光器の用途を限定していた。偏向角度といった特性は、もちろんデバイスの設計によって改善していくものである。しかしその設計理論では、材料であるKTNで実現できる最大の屈折率変化量Δnによってこの特性が限定されることが分かっている。この研究では、この光偏光器の偏向角度の一桁改善のため、KTNのΔnを一桁改善することを目的としている。KTNのΔnを改善するためには分極の増大が必要であり、これは誘電特性を改善することと言い換えることができる。KTNは温度の変化とともに誘電率が大きく変化するが、同様に高い電界を印加したときにも誘電率が大きく変化する。この変化を網羅的に測定するため、前年度までに試料蓄積電荷計測系を立ち上げた。当該年度は、この誘電率変化特性がKTN結晶のリチウムの添加量の違いによってどのように変化すかを検討することとし、このような結晶試料の準備から始めた。誘電特性検討のための試料においては、結晶に含まれる不純物ともに、結晶と電極との界面の状態を最大限に管理することが必要である。目的とする組成では、結晶成長が不安定となって大型高品質の単結晶を得るのが一般的なKTN結晶よりも難しく、想定よりも時間がかかったものの、最終的には目的の結晶を得ることには成功した。予定よりも遅れが発生したが、現在、得られた結晶の誘電特性の測定を進めている。