ガラス中の希土類イオンの多段階励起過程の予測と設計

アップコンバージョンは、希土類イオンの励起準位における多段階多光子吸収による波長変換過程として注目を集め、短波長レーザーへの応用が期待されている。これまでに報告されてきたアップコンバージョン過程の研究例の多くは、励起波長として単一の波長を想定しているが、二種の異なる波長の励起光を用いることにより、単一波長の場合よりも遥かに高い発光効率を得られる可能性がある。本研究では、希土類イオンをドープしたZBLANフッ化物ガラスにおいて、ガラス中の希土類イオンの多段階励起過程について、特に二波長励起に注目して、レート方程式と発光測定により検討を行った。レート方程式による検討の結果、二波長励起過程を用いることにより、プラセオジウム、ネオジウム、エルビウムにおいて、それぞれ488nm 、586nm、549nmにおいて、高い発光効率を得ることができることを予測した。また、ツリウムに関して詳細に検討した結果、一般に知られている650nm単一波長励起の場合よりも685nmと630nmの二波長を用いることで約4倍の発光効率が得られ、パルス光励起における照射タイミングの制御により、さらに4桁程度の発光効率の向上が可能であることを示した。ツリウムの場合について実際に測定を行った結果、照射タイミングの変化によって、450nm発光帯と480nm発光帯の発光強度が変化し、発光強度の最適化において照射タイミングのコントロールが極めて重要であることを示した。

アップコンバージョンは、希土類イオンの励起準位における多段階多光子吸収による波長変換過程として注目を集め、短波長レーザーへの応用が期待されている。これまでに報告されてきたアップコンバージョン過程の研究例の多くは、励起波長として単一の波長を想定しているが、二種の異なる波長の励起光を用いることにより、単一波長の場合よりも遥かに高い発光効率を得られる可能性がある。本研究では、希土類イオンをドープしたZBLANフッ化物ガラスにおいて、ガラス中の希土類イオンの多段階励起過程について、特に二波長励起に注目して、レート方程式と発光測定により検討を行った。レート方程式による検討の結果、二波長励起過程を用いることにより、プラセオジウム、ネオジウム、エルビウムにおいて、それぞれ488nm 、586nm、549nmにおいて、高い発光効率を得ることができることを予測した。また、ツリウムに関して詳細に検討した結果、一般に知られている650nm単一波長励起の場合よりも685nmと630nmの二波長を用いることで約4倍の発光効率が得られ、パルス光励起における照射タイミングの制御により、さらに4桁程度の発光効率の向上が可能であることを示した。ツリウムの場合について実際に測定を行った結果、照射タイミングの変化によって、450nm発光帯と480nm発光帯の発光強度が変化し、発光強度の最適化において照射タイミングのコントロールが極めて重要であることを示した。