Development of ultracompact microcavity far UV-C second harmonic generation device using low birefringence paraelectric materials

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・波長230 nm近傍の深紫外（DUV）光は，皮膚最表面の角質層で吸収されるため殺菌・消毒を目的として人体への直接照射が可能である。DUV光源の有力な候補として，第二高調波発生（SHG）デバイスが挙げられるが，小型，高効率な波長変換デバイスを実現可能なSHG結晶と位相整合方式の組み合わせがない。そこで我々は，これまで必須であると考えられてきた結晶の強誘電性や複屈折性に頼らない微小共振器型位相整合方式を提案し，低複屈折性常誘電体結晶であるGaNを用いた青色SHGを実証した。この方式は，光損傷耐性の高い任意の非線形光学結晶に適用できるため，デバイス材料の選択肢を大幅に拡大した。本研究では、吸収端波長が130 nmと極めて短く，高い光学非線形性と光損傷耐性を有しながらも，強誘電性や複屈折性を呈しないためSHG結晶として注目されてこなかったSrB4O7（SBO）を用いた微小共振器による波長234 nmの SHGを実証した。本成果は、①人体に無害な殺菌消毒用光源、②産業的に極めて重要な真空紫外（VUV）光源、③垂直共振器型面発光レーザー（VCSEL）と集積した励起光源一体型のDUVおよびVUV光源実現への大きな一歩である。・窒化物半導体であるGaNを用いて上記と同様のSHGデバイスを作製し、SHG実証実験を行った。ここでは、励起レーザのパルス幅に対してデバイス構造を最適化することで、これまで実施できていなかった詳細なSHG特性評価を行った。実測した波長変換効率は理論値と極めて高い精度で一致した。・SBOを用いた真空紫外光発生用SHGデバイスを新たに提案し、作製に成功した。