2014 Fiscal Year Annual Research Report
プラセオジムドープ固体レーザーによる可視・深紫外域高輝度コヒーレント光源の一新
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26286065
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
神成 文彦 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (40204804)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 可視域全固体レーザー / 可視域受動Qスイッチレーザー / 可視域モード同期レーザー / プラセオジムレーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラセオジム(Pr）3価イオンドープフッ化物レーザーの高性能化を（１）高出力化，（２）Qスイッチパルス動作，（３）モード同期，（４）共振器内2倍波パルス動作，の各項目について実験研究を行った。以下，その成果と意義を記する。
（１）出力3.5Wの波長450nm InGaN半導体レーザーを用い，共振器内に配置した2個のPr:YLF結晶を2台の半導体レーザーで励起するレーザーを開発し，熱的負荷を抑制した状態で出力2.9 W，スロープ効率45%を実現した。これはこれまで報告された最高の出力である。（２）（１）の共振器に申請者等が見出したCr:YAG過飽和吸収体を挿入することで受動Qスイッチ動作を実現し，パルス幅117 ns, 繰り返し周波数305 kHzで平均パワー1.35 Wを実現した。光音響変調器を用いた能動Ｑスイッチでは，パルス幅29 ns，繰り返し周波数5 kHzで平均パワー1.0 Wを実現した。これらの結果は，レート方程式を用いることで理論的に再現できた。（３）半導体過飽和吸収体鏡を用い，半導体レーザー励起Pr:YLFレーザーでははじめてのCWモード同期レーザーを実現した。パルス幅計測については次年度に行う予定である。（４）Cr:YLFを用いたQスイッチにおいて，LBO非線形結晶を用いた2倍高調波発生を行い，パルス幅 51 ns，繰り返し周波数51 kHzで平均出力47 mWの波長320nm紫外パルスレーザーを実現した。共振器内2倍波発生で紫外光を発生できるのは可視域レーザーの利点である，
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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
波長639nmにおいてPr:YLFレーザーのCW,パルス出力の高出力化，2倍波発生，さらにモード同期の実現については予定通りの進捗と成果を得ることができた。当初の予定通りに進まなかったのは，波長522nmにおけるレーザー特性の改善である。また，マイクロチップレーザーの作製も，レーザー設計に時間がかかってしまい，結晶作製を依頼するまでには至らなかった。
波長522nm動作の遅延は，CW発振および音響光学素子によるパルス動作については予定通り得られたものの，この波長における過飽和吸収体の飽和強度が予想以上に高く，スイッチングが実現できていないことにある。共振器内スポット径をより小さくするなど共振器設計を工夫しする必要がある。また，Cr:YAGに代わる過飽和吸収体として単層グラフェン薄膜も期待したが，基礎特性から計測してレーザ―共振器設計にフィードバックさせる必要があることがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，さらなるレーザーの高出力化と緑波長で赤色同様の高機能高出力動作を達成するために，励起用半導体レーザーの多重化を進める。ファイバコンバイナーあるいは空間的な多重化を行う。この高出力励起光源をファイバーレーザーに応用すべく，ダブルクラッド型ファイバレーザーについてもメーカと共同で開発に着手する。一方，このファイバレーザーは長さ的には4cmで済むため，バルクPr:ZBLAN導波路レーザーの開発を重点的に進める。フェムト秒レーザー書き込みとレーザー発振の基盤技術は出来上がったので，分布帰還鏡用の回折格子書き込みと合わせて実験を進める。
一方，Cr:YAG, グラフェンを波長522nmでの過飽和吸収体として使用可能かを見極め，緑色でのパルスレーザー動作と2倍高調波発生を進める。
3年目の研究テーマとして予定している可視域周波数コム構築のため，フェムト秒パルス動作可能なモード同期を実現する。Pr:YLFを用いる場合には利得帯域の広い波長618nmでの動作が必要となるため，共振器設計を行って進める。
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