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Development of 1um-wavelength-laser-pumped ZnSe mid-infrared wavelength-conversion devices

1um波长激光泵浦ZnSe中红外波长转换器件的研制

基本信息

批准号：
22K04971
负责人：
庄司一郎
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Chuo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04971/
关键词：
中赤外レーザー波長変換常温接合

项目摘要

本研究では高出力な1 um 帯レーザーで励起可能な波長変換デバイスを開発し，従来よりはるかに高効率・高出力な中赤外光発生を実現するために，セレン化亜鉛(ZnSe)プレートを多数枚積層した擬似位相整合構造を，常温接合技術を駆使して作製することを目的としている．本年度はZnSeプレート同士を高品質で接合する条件の最適化を行った．常温接合ではプレート表面を平坦性0.3 um 以下，粗さRa < 1 nm にする必要がある．励起光波長1 um の中赤外波長変換の場合，1次の擬似位相整合条件を満たすZnSeのプレート厚さは20～40 um程度と薄く上記条件を満たす研磨が困難となる．そこで，本研究では3次の擬似位相整合となる厚さ60～120 umのプレートを用いる．ZnSeは高価であるため，まず厚さ106 umのGaAsプレートを多数枚用意し接合条件の検討を行った．これまで，試料はステンレス製の治具上に直接設置していたが，治具表面の平坦性は試料の平坦性に比べ1桁程度悪く，厚さ100 um 程度以下の薄いプレート試料同士を加圧・接合すると，治具表面のうねりに沿って試料表面が変形する．この試料にさらに別のプレートを接合すると，界面に隙間が生じ透過率が低下してしまう．そこで，治具に直接設置する代わりに，レーザーグレードに研磨し平坦性の高いYAG 結晶の上に試料を置き，接合を行った．また，アルゴン原子ビームの照射する際，上下に対向して配置するプレートの間隔を調整し，ビーム強度の最も大きいところに試料表面が来るようにした．その結果，短時間で表面活性化が行えると同時に接合強度も向上した．これらの最適化を踏まえて10枚積層構造を作製したところ，波長10.6 umにおける1接合界面あたりの散乱損失が従来の0.9 %から0.4 %に改善し，高品質化に成功した．

In this paper, we study the possibility of excitation wavelength conversion for high output 1 um band laser, and the realization of high efficiency and high output medium red light emission. We study the possibility of excitation wavelength conversion for high output 1 um band laser, and the realization of excitation wavelength conversion for high output 1 um band laser. This year, we will optimize the conditions for high-quality joining of ZnSe. Normal temperature bonding is required for surface flatness of 0.3 um or less and roughness Ra < 1 nm. When the excitation wavelength is 1 um and the wavelength is changed, the first order quasi-phase integration condition is difficult to polish when the ZnSe thickness is 20~40 um. In this paper, we discuss the junction conditions of GaAs with thickness of 60~120 um and ZnSe with thickness of 106 um. The test sample is directly set on the fixture. The flatness of the fixture surface is higher than that of the test sample. The thickness of the test sample is less than 100 um. The test sample is pressed and bonded. The fixture surface is shaped along the test sample surface. This sample is different from the joint, the interface gap between the transmission rate is low. In this case, the fixture is directly set up, and the grinding, flatness and high YAG crystal are placed on the sample, and the bonding is performed. When the atom is irradiated, the distance between the top and bottom is adjusted, and the maximum intensity of the atom is adjusted. As a result, surface activation in a short time and joint strength in an upward direction. Optimization of 10-layer structure for wavelength 10.6 um and 1-layer bonding interface for 0.9% to 0.4% improvement in scattering loss, high quality success