コニカルミラー光共振器を利用した薄ディスク太陽光励起固体レーザー

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18560812
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 遠藤 雅守 東海大学, 理学部, 助教授 (60317758)
• Keywords: 光共振器 / コニカルミラー / 太陽光励起レーザー / Nd / Cr : GSGG

Research Abstract

本研究は,太陽光励起固体レーザーに薄ディスク型媒質と本研究で提案する独自のConical-toroidal反射鏡型光共振器を組み合わせ,簡素で合理的な構造を持ちつつ高効率,高ビーム品質の発振を可能にするシステムを提案,実証し,宇宙における太陽エネルギー利用を推進するものである.本年度はこの共振器が理論的に成立するのみでなく,大型化が容易で高ビーム品質,かつアライメントに対する安定性も高いことを数値シミュレーションにより実証した.シミュレーションはFresnel-Kirchhoffの回折積分とFox-Li型繰り返し伝搬の手法をベースにしながら,提案した光共振器の特異なビーム伝搬経路をモデル化するため「ラジアル自由空間伝搬モード」「ラジアル導波路伝搬モード」の数値計算が可能な計算機コードを新たに開発した.開発したコードを用い,直径20cm,厚さ2.5mmのディスク型媒質(ND/Cr : GSGG)を太陽光で照射した場合のレーザー出力,効率,ビーム品質等を計算したところ,太陽光強度3,000SUMの入力においてレーザー出力7900W,光-光変換効率6%,スロープ効率10%,ビーム品質M2=1.8という結果を得た.ミスアライメントに対する感度は実用化されている正枝不安定型光共振器と比べ遜色ないものであった.提案した光共振器の原理的優位性は示せたので,小型の試験装置によるレーザー発振を目的とした設計作業を行った.レーザー媒質は直径9mm,厚さ1mmのディスク状とし,それに合わせて光共振器の仕様を決定,ミラー曲率などのパラメータ最適化をシミュレーションにより実施した.計算結果を基に図面を作成し,diamond turningにて反射鏡を作成した.