光学的線形・非線形傾斜機能型ガラスセラミックスの創製と評価

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光を最大限に利用でき、かつ光の制御を可能にする新しい光学的傾斜機能材料、あるいは光エネルギーを電気エネルギーに効率よく変換できる従来にないタイプの光電的傾斜機能材料の開発は今後ますます重要になる。我々は、第二高調波発生を示す光学的に非線形な透明なテルライト系ガラスセラミックス(母体ガラスの組成:15K_2O-15Nb_2O_5-70TeO_2)を発見し、しかも、非線形性の発現は母体ガラスのアルカリ金属イオンの種類に大きく依存することを見出した。すなわち、アルカリ金属イオンの分布を傾斜化することにより、これまで全く発想されることのなかった光学的に線形・非線形な透明な傾斜機能型ガラスセラミックスの創製ができることになる。本研究で得られた成果は次の通りである。1)xNa_2O-(15-x)K_2O-15Nb_2O_5-70TeO_2系の透明ガラスセラミックスの作製を試み、x=0〜8の組成範囲で透明なガラスセラミックスを得た。格子定数の測定から、生成する結晶相においてNa^+とK^+はお互いに全率固溶することが明らかになり、アルカリ金属イオンの組成分布を傾斜化することが可能であることを示した。また、透明ガラスセラミックスの誘電率、熱膨張係数などの物性がNa_2O/K_2O比によって連続的に変化することを明らかにした。2)アルカリ金属イオンが異なる2種類のガラスを高温で接合した後、2段階熱処理することにより透明かつ接合界面近傍でアルカリ金属イオンが傾斜したガラスセラミックスを作製した。3)ガラスセラミックスから発生する第二高調波の強度の測定装置を組立てた。Na_2O/K_2O比と共に第二高調波の強度が急激に小さくなり、特に、x=8の試料では第二高調波の発生は確認できなかった。本研究は、透明な傾斜型ガラスセラミックスの創製が可能であることを初めて実証すると共に、デバイス等への応用が大いに期待できる新規な光機能傾斜型材料であることを明らかにした。