| Project/Area Number |
21J13586
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
相川 脩 東京理科大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | 固体レーザー / 中赤外レーザー / レーザー増幅器 / 中赤外 / カルコゲナイド / 遷移金属イオン添加 / Cr:CdSe / クロムイオン / 遷移金属イオン / カルコゲン化物 / 鉄イオン添加材料 / II-VI族半導体 / パルスレーザー / クロムイオン添加材料 |
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| Outline of Research at the Start |
これまで中赤外光を出力するためには、近赤外レーザーに非線形波長変換手法を用いた光源が主流であったが、本研究は固体レーザー材料である遷移金属イオン添加カルコゲン化物を用いることにより、直接中赤外光を出力できるパルスレーザーを実現する。本研究では、同材料の光学特性評価を行い、その後、波長2-7μmで連続発振可能な中赤外レーザー開発に挑戦する。本研究の実現は分光計測、医療、高エネルギー物理など多彩な分野への応用も期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度の研究において、当初計画していたFe:CdTe結晶の各物理パラメータの評価およびレーザー発振器の開発にあたって、励起光源として使用していたCr:CdSeレーザーの励起エネルギーが、Fe:CdTe結晶の発光およびレーザー発振に必要なエネルギーよりも小さいことが判明した。そのため、計画を変更して増幅器を構築し、Cr:CdSeレーザーの励起エネルギーを増大させる方針に変更した。当該年度においては、Cr:CdSeを用いたシングルパス増幅器の特性評価を世界で初めて試験した。その結果、波長可変領域 2.27-2.98 μmを達成し、波長 2.40 μmにおいて最大出力エネルギー 2.63 mJおよび最大抽出効率 70.3%を得た。また増幅後も高品質なビームであるTEM00を達成した。特性評価の過程で、Cr:CdSe増幅器の励起光源として用いたTm:YAGレーザーの偏光方向によるパラメータの変化も同時に調査したが、依存性は見られず、偏光方向が時間変化によって変わる励起光源を用いた場合でも増幅器として使用できることがわかった。増幅器に用いた光学ミラーの反射率および、用いたCr:CdSe結晶の最適化により、さらに高い出力エネルギーおよび抽出効率が得られることが明らかになった。以上の結果をまとめ、2022年12月に国際誌Sensors and Materialsにて報告した。また2023年3月に開催された日本学術振興会が主催する国際会議HOPE meetingにても発表を行った。その模様がNHK茨城のニュースとしても取り上げられた(https://www3.nhk.or.jp/lnews/mito/20230228/1070020177.html)。増幅器による励起エネルギーの増大が達成されたため、再度Fe:CdTe結晶を用いた吸収・蛍光スペクトル・ダメージ閾値などの各物理パラメータの評価および日本では初めてとなるレーザー発振器の開発も来年度以降実施予定である。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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