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成果報告書詳細
管理番号20180000000240
タイトル平成27年度ー平成29年度成果報告書 コファンド事業 フランスBpifranceとの国際研究開発・実証事業 ライダー用可視・紫外レーザ光源の研究開発
公開日2018/6/2
報告書年度2015 - 2017
委託先名株式会社オキサイド
プロジェクト番号P14005
部署名IoT推進部
和文要約(1)ライダー向け可視レーザ用小型・低コスト波長変換モジュールの研究開発
(1)-1 小型・高効率波長変換素子の開発
集光条件および素子長をパラメータに条件最適化を行い、現状の約1/5のサイズで最適解を見出し、研磨工程、素子化切断工程が簡略化され、1素子あたりの原価を従来よりも低減できる解を見出した。
(1)-2 低コスト波長変換モジュールの開発
低コストモジュールの開発において、コリメート・集光一体型モジュールの設計および専用のYAG溶接ステージを設計・作製することにより、製造工程の低コスト化を実現した。試作したモジュールは従来と比較して、サイズ約1/3の約50ccと小型化で、且つその変換効率は目標の50%以上を達成した。試作品に対する共同研究先である仏Keopsys社からのフィードバックを盛り込み、温度制御ボード搭載型のモジュール設計・試作を実施し、試作品を完成させた。また、当該モジュールおよびKeopsys社製ファイバレーザを複数台作製し、それらの互換性を検証し、いずれも所定の特性が出ることを確認した。最終的に目標値である従来比サイズ1/3、コスト1/4を達成した。
(2)ライダー向け紫外レーザ用波長変換モジュールの研究開発
(2)-1 紫外レーザ用高効率波長変換材料の開発
LBGO結晶、およびLBO結晶について実用化開発を実施した。LBGO結晶については、小型結晶(φ18mm)の安定製造条件を見出すために、小型育成装置の製造条件を検討し、基板取得数歩留まりの高い条件を見出した。より高い性能を実現するための大型化開発においては、大型育成装置に対して育成条件(温度勾配、育成速度等)の最適化を実施し、φ30mm程度の結晶育成に成功した。LBO結晶については、製造原料の低不純物条件の製法を選定し、深紫外域において他社比20ー30%程度高い透過率を実現した。さらに、高品質を維持した製造の大型化、高速化条件を検討し、従来比20%以上の速度においても同一品質での製造条件を見出した。
(2)-2 紫外レーザ用波長変換素子の開発
355nm発生用素子として、モノリシックPP-Mg:SLT素子、PP-LBGO素子、LBO素子に対して設計検討、試作を実施した。集光条件および素子長を水準として検討した結果、モノリシックPP-Mg:SLT素子による低出力ー100mW、PP-LBGO素子による中出力のー200mWの最適解を見いだした。266nm発生用素子として、PP-LBGO素子とBBO素子に対して、最適解の設計検討を実施し、BBO素子による出力ー200mWの最適解を見出した。
(2)-3 紫外レーザ用波長変換モジュールの開発
前記(2)-2の設計結果に基づき、355nm ー100mW、355nm 200mW, 266nm 200mWの3種の波長変換モジュールの試作を行った。それぞれのサイズは140cc、205cc、220ccで、(1)-2で試作した532nmモジュールとフロント/リアパネルに互換性のある構造をとり、いずれも設計通りの出力およびビーム品質を得られることを確認した。

また、上記の研究成果に対して、関連講演を国内5件、海外4件を実施し、事業期間中試作品の参考展示活動を国内7件、国外10件実施し、国外に関しては、パートナー企業であるKeopsys社とともにそれぞれでプロモーション活動を実施した。
英文要約Title: Co-funding project/International research and development project between BPIfrance and NEDO/ Visible and ultraviolet pulsed fiber laser development for LIDAR system (FY2015-FY2017)

1. Research and development of frequency convertor for small size and low cost green laser for LIDAR system
1-1 Research and development of frequency conversion device of small and high conversion efficiency.
We tested several different condition of focusing and device length, we found their optimum parameters with 1/5 of the former device size. As a result, we could simplify the device fabrication process and achieve cost down.
1-2 Research and development of low cost frequency convertor
We designed frequency convertor for SHG with smaller size and low cost. We realized the convertor with approximately 50cc, which is one-third of the size comparing to the conventional one. All of the combination achieved more than 50% of conversion efficiency which is our target performance. Based on Keopsys and their final customer’s request, we finalize the convertor design with TEC circuit board integration. We finally achieved the convertor with one-third of its size and one-fourth of its cost comparing to the former design.
2. Research and development of frequency convertor for UV laser for LIDAR system
2-1 Research and development of frequency conversion material with high conversion efficiency for UV laser
We focused on development of LBGO and LBO crystal. For LBGO, we found stable crystal growth condition with 18 mm in diameter with effective shape to take devices. To realize much better performance of LBGO device, we challenged to grow larger diameter and we succeeded 30 mm in diameter with larger crystal growth furnace. For LBO, we tried to grow from low contamination in row material for high purities. We achieved more than 20 to 30% high transparency at high peak power deep UV. We also achieved 20% faster growth rate condition with keeping the same quality.
2-2 Research and development of frequency conversion device for UV laser
For 355 nm generation, we tested monolithic PP-Mg:SLT, PP-LBGO and LBO devices. By optimizing focusing condition and device length, we succeeded to find the condition of ー100 mW by monolithic PP-Mg:SLT and 200 mW by PP-LBGO. For 266 nm generation, we tested PP-LBGO and BBO and found optimum condition by BBO for 200 mW generation.
2-3 Research and development of frequency convertor for UV laser
Based on the bench top test, we designed and fabricated 3 different types of modules; 355 nm ー100 mW by monolithic PP-Mg:SLT、355 nm 200 mW by PP-Mg:SLT+PP-LBGO, and 266 nm 200 mW by PP-Mg:SLT+BBO. Their sizes were 140cc, 205cc, and 220cc, respectively. We designed them the compatible design for all 532/355/266nm convertors. We confirmed that all of them were obtained expected output power and almost circular beam shape.
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