2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of mid-infrared high-power ultrashort pulse lasers and its application to soft-matter micro-processing
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21H01845
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
時田 茂樹 京都大学, 化学研究所, 教授 (20456825)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | レーザー / 中赤外 / レーザー加工 / カルコゲナイド / 微細加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体レーザー技術の進展により、小型・高効率かつ信頼性の高い高出力レーザー光源が産業・医療・科学などの分野で実用に供されるようになった。レーザー光源への要求は益々高度化・多様化しており、高出力化、短パルス化、高効率化、新波長帯開発など、様々な研究開発が行われている。本研究の目的は、中赤外域における新波長帯レーザーの開拓とその応用実証である。
独自に開発した中赤外ファイバーレーザー（波長2.8μm）、および、中赤外超短パルスレーザー（波長4～5μm）の技術を発展させ、波長4～5μmの中赤外フェムト秒パルスを発生できる高出力・高効率・コンパクトなレーザー光源の実現、ならびに、この光源を用いた樹脂などの軟材料の微細加工の実証を目的として目的として実験研究を実施している。
本研究により高出力・高効率・コンパクトなFe:ZnSeレーザーの基礎技術が確立すれば、4～5μm帯のレーザー光源の実用化が急速に進むことが期待される。産業、IoTを含む通信、医療、ヘルスケアなどの分野に、中赤外レーザーの多くの潜在的需要があると言われている。中でもセンシング用途では、分光計測、生体イメージング、物質特性分析、爆発物検知、顕微鏡分析、非破壊検査など、多様な用途がある。また、中赤外フェムト秒パルスの高強度化により、将来的に高次高調波によるコヒーレントXUV～軟X線光源への応用も可能になる。
令和4年度は、本研究で開発する高ピーク出力中赤外フェムト秒レーザー増幅システムの種光源を発生させるための光パラメトリック増幅器の開発に取り組み、波長4μmにおいてマイクロジュール級の出力を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
高出力・高効率・コンパクトな中赤外フェムト秒レーザー光源の技術を確立するため、レーザーシステムの開発および応用実証を目指し、次の手順で段階的に研究を進めている。中赤外ファイバーレーザー（波長2.8μm）を励起光源として用いた4～5μm帯の中赤外レーザー光源として、①フェムト秒パルスレーザー発振器（モード同期Fe:ZeSeレーザー発振器）、②ギガワット高出力フェムト秒パルスレーザーシステム （Fe:ZeSeレーザー増幅器）を開発することで、高出力・高効率・コンパクトな中赤外レーザー光源技術の確立を目指している。また、その光源を用いた③透明樹脂および生体組織のレーザー微細加工を実証することで、中赤外超短パルスレーザーの応用可能性を示すことを目指している。上記の研究計画のうち、昨年度に引き続き①を実施したが、モード同期発振を得ることができていない。そこで、光パラメトリック増幅に基づく別方式にてフェムト秒中赤外パルスを発生させるべく研究計画を変更した。①と並行して②の開発を進めているが、①に予想以上の時間を要したため、②の進捗が遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
未完了の研究項目②の実施を迅速に進めながら、③の準備を並行して実施しすることで、当初計画の通り研究期間終了までに③までを実施する予定である。
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