2013 Fiscal Year Research-status Report
高密度励起による高利得化及びと高非線形材料を用いた超短パルスレーザーの研究
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25390123
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
川戸 栄 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60313730)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 半導体レーザー励起 / 固体レーザー / 高効率化 / イッテルビウム |
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| Research Abstract |
1) レーザーの高効率化及び高出力化理論の構築 まず，連続波レーザーの高出力化に伴う熱光学歪補償技術を確立するため，レーザー発振時の熱光学歪の測定技術を開発した。また，高出力化に伴うスロープ効率の低下を抑制するため，高密度励起による結合効率の向上，熱光学歪の最適補償によるモードマッチング効率の向上などの手法を開発した。発振閾値の低減に関しては，励起光のモード体積の低減，熱複屈折損失の補償，冷却効率の向上による準4準位レーザー損失の低減手法を開発した。次に，上記で確立した補償技術を高繰り返しパルスレーザーに導入し，高密度励起による高繰り返しレーザーの安定化，高効率化及び高出力化を行う理論を開発した。最後に，上記の理論を元にして，高利得化及び高非線形性を用いたレーザー内部の線形波動伝搬の理論を構築した。時間及び空間併せて4次元の波動伝搬を，レーザー内部の空間モード制限により時間＋空間1次元(縦モード)と空間2次元(横モード)に分離し，高非線形性に伴う光学歪を補償し，高出力化，高効率化，広帯域化及び短パルス化する理論を構築した。2) 小型化・単純化可能な高効率連続波レーザーの高出力化 上記の理論を元に半導体レーザー励起連続波レーザーを開発し，実験結果を理論と設計に相互に反映させることにより，効率77%，出力1.27 Wの出力特性を実現した。これらの成果により，高出力化によるスロープ効率の低下，発振閾値の上昇の抑制するための基本的な理論の構築に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
まず，理論の構築に関しては，連続波から超短パルスレーザーを含む基本となる理論の構築に成功している。付随した成果として，レーザー発振時の光学歪の測定手法も開発することに成功している。また，実験に関しては，効率77%，出力1.27Wの特性を得ており，目標の効率をほぼ実現している。出力に関しては目標にはまだ達していないが，励起光源の改善により高出力化は容易であると考えられる。よって，おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度：前年度に加えて，新たに下記のテーマについて研究を行う。
3) 高繰り返し・高効率パルスレーザーの高出力化 前年度の成果を元に高繰り返しパルスレーザーの開発を行い，実験と理論・設計へのフィードバックにより，高利得化による安定化，高効率化及び高出力化の要素技術を確立する。まず，高繰り返し化(100 kHz)に伴うパルス出力の不安定性を高利得化により解決する。次に，高出力化に伴う損失を補償し，高効率化，高出力化を実現する。
次年度：これまでに加え，下記テーマの研究を行う。
4) 超短パルスレーザーの高効率化，高出力化，広帯域化及び短パルス化 これまでの成果を元に超短パルスレーザーの開発を行い，実験と理論・設計へのフィードバックを重ね，高利得化と高非線形性による高効率化，高出力化，広帯域化及び超短パルス化の各要素技術を明らかにするとともに，小型化及び単純化が可能となる超短パルスレーザー開発手法を確立する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
必要としていた光学素子の納入が間に合わなかったためである。
費用は少額であり、すぐに使う予定である。
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[Presentation] ストイキオメトリックYb3Al5O12レーザー2013
Author(s)
木村大介, 下條直哉, 松原伸一, 丸小淳幸, 西尾正敏, 吉田武志, 奥西弘旭, 加唐賢人, 京元敬介, 川戸栄
Organizer
Japan Photonics Network of Student 2013
Place of Presentation
福井大学
Year and Date
20130920-20130921
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[Presentation] LD励起Yb:YAGレーザーの高効率化2013
Author(s)
下條直哉,加唐賢人,木村大介,丸子淳幸,西尾正敏,奥西弘旭,京元敬介,吉田武志,川戸栄
Organizer
レーザー学会「固体・半導体レーザー」 電子情報通信学会レーザ・量子エレクトロニクス研究会技術報告
Place of Presentation
金沢大学
Year and Date
20130517-20130517
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[Presentation] Multimode Laser-Diode Pumped Continuous-Wave Stoichiometric Yb3Al5O12 Laser2013
Author(s)
D. Kimura, S. Matsubara, K. Otani, T. Ueda, M. Inoue, N. Shimojo, Y. Ssatani, A. Maruko, D. Mizuno, M. Nishio, and S. Kawato
Organizer
The European Conference on Lasers and Electro-Optics
Place of Presentation
Munich, Germany
Year and Date
20130512-20130516
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