| 研究課題/領域番号 |
22K14618
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
北島 将太朗 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (80850544)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 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 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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。
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| 研究成果の概要 |
本研究では高い出力を実現できる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、更なる励起密度向上とパワースケーリングを目指した。
接合装置の開発、熱抵抗測定系の構築、そして接合条件の最適化を行うことで、模擬利得媒質を用いた実験で全体の熱抵抗0.163 Kcm2/W、接合層の熱抵抗0.009 Kcm2/Wという値を得た。また実際の利得媒質を用いて実際に高出力レーザー発振実験を行い、連続波発振実験にて最大平均出力138 W、 スロープ効率 62%、実効的熱抵抗0.198 K/cm2Wを得た。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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