| Project/Area Number |
22K14618
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
|
|---|
| Keywords | 高出力レーザー / 超短パルスレーザー / 薄ディスクレーザー / 固体レーザー / 半導体直接励起固体レーザー / モード同期レーザー / 低熱抵抗接合法 / レーザー |
|---|
| Outline of Research at the Start |
薄ディスクレーザーはその優れた徐熱性能と低非線形性から、現在最も高い出力の超短パルスレーザーを実現できる方式として、様々な応用に用いられている。本研究ではこの薄ディスクレーザー媒質の作製プロセスに焦点を当て、これまでを凌駕する極小の熱抵抗を実現することで、薄ディスクレーザーの更なる励起密度向上とパワースケーリングを目指す。
具体的には(a)高熱伝導・極薄型利得媒質、(b) 超低熱抵抗接合法、(c) 合成ダイヤモンド製ヒートシンクの3点の技術を開発・採用することで、モジュール全体で0.1 K/cm2Wの熱抵抗、15 kW/cm2の励起密度耐性を目指す。
|
| Outline of Final Research Achievements |
This research focused on the fabrication process of a thin-disk laser medium capable of achieving high output power, and aimed at further pumping density improvement and power scaling by achieving an extremely low thermal resistance surpassing the previous one.
By developing a bonding equipment, constructing a thermal resistance measurement system and optimising the bonding conditions, we obtained an overall thermal resistance of 0.163 Kcm2/W and a bonding layer thermal resistance of 0.009 Kcm2/W in experiments using a mock-up gain medium. In actual high-power laser oscillation experiments using the actual gain medium, a maximum average output power of 138 W, a slope efficiency of 62% and an effective thermal resistance of 0.198 K/cm2W were obtained in continuous-wave oscillation experiments. These values are of the same or higher quality than discs manufactured by overseas companies, and higher output power is expected in the future.
|
| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
薄ディスクレーザーは理論的にはビーム径を拡大することで無限のパワースケーリングが可能である。しかし実際には熱に起因する波面歪みによってビーム径の拡大は制限されてしまう。熱歪みを抑えるためにはより低い熱抵抗での利得媒質の接合が必要である。
本研究は薄ディスクレーザーの更なる高出力化を目指し、低熱抵抗の接合法を接合装置の開発から行った。その結果接合層の熱抵抗はほぼ無視できる程度にまで減少できることを実証し、更に実際にレーザー発振実験を行いその有効性を検証した。この技術を適用することで、超短パルスレーザーの更なる高出力化を実現でき、広く社会に貢献することができると期待される。
|
