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

• 研究課題/領域番号: 25390123
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 量子ビーム科学
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 川戸 栄 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60313730)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 超短パルスレーザー / モード同期 / 半導体レーザー励起 / 固体レーザー / イッテルビウム / 高密度励起 / 高利得 / 高非線形 / 超短パルス / 非線形 / 高効率 / 高利得化 / 高次分散 / 高効率化

研究成果の概要

幅広い分野で応用が期待されている超短パルスレーザーであるが，効率が低く，大型・複雑・高価という問題がある。そこで，小型化かつ単純化，低価格化が容易な半導体レーザーを励起光源とする超短パルスレーザーの高効率・高出力・広帯域化・短パルス化を行うための要素技術を構築した。
まず，高密度励起を用いた高利得化により，半導体レーザーを励起光源に用いても，量子限界に近い効率を実現できることを明らかにした。さらに，高利得化および高非線形性を用いた超短パルスレーザーの理論を構築することにより，利得帯域を凌駕する発振スペクトルおよび超短パルス出力を，高効率かつ高出力に実現できることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Theoretical Analysis of Dependence of Nonlinear Effects in Mode-Locked Yb:YAG Lasers with a Highly Nonlinear Intra-Cavity Medium (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Yoshida, Hiroaki Okunishi, Keisuke Kyomoto, Kento Kato, Kyosuke Shimabayashi, Shinichi Inayoshi, Motoki Morioka and Sakae Kawato
  • 雑誌名: Applied Sciences 巻: 5 号: 4 ページ: 1431-1439
  • DOI: 10.3390/app5041431
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-efficiency cavity-dumped micro-chip Yb:YAG laser (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Nishio; A. Maruko; M. Inoue; M. Takama; S. Matsubara; H. Okunishi; K. Kato; K. Kyomoto; T. Yoshida; K. Shimabayashi; M. Morioka; S. Inayoshi; S. Yamagata; S. Kawato
  • 雑誌名: Proc. SPIE 9238, Pacific Rim Laser Damage 2014: Optical Materials for High-Power Lasers 巻: 9238 ページ: 92380K-92380K
  • DOI: 10.1117/12.2073668
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thin-rod Yb:YAG regenerative laser amplifier (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Maruko; M. Nishio; S. Matsubara; M. Tanaka; M. Takama; T. Yoshida; K. Kyomoto; H. Okunishi; K. Kato; K. Shimabayashi; M. Morioka; S. Inayoshi; S. Yamagata; S. Kawato
  • 雑誌名: Proc. SPIE 9238, Pacific Rim Laser Damage 2014: Optical Materials for High-Power Lasers 巻: 9238 ページ: 92380L-92380L
  • DOI: 10.1117/12.2073664
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of ultrafast laser oscillators based on thulium-doped ZBLAN fibers (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Nomura, M. Nishio, S. Kawato, T. Fuji
  • 雑誌名: Journal of Selected Topcs in Quantum Electronics 巻: 99
  • 査読あり
• [雑誌論文] High efficiency laser-diode-pumped cavity-dumped ytterbium-doped Y3Al5O12 laser (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Hitotsuya, N. Shimojo, S. Matsubara, M. Inoue, and S. Kawato
  • 雑誌名: International Journal of Latest Research in Science and Technology 巻: 2 ページ: 450-453
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cavity-dumped mode-locked ytterbium-doped Y3Al5O12 laser (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Hitotsuya, M. Takama, M. Inoue, S. Matsubara, Y. Sasatani, N. Shimojo, and S. Kawato
  • 雑誌名: International Journal of Latest Research in Science and Technology 巻: 2 ページ: 434-436
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-emitter laser-diode-pumped cavity-dumped ytterbium-doped Y3Al5O12 laser (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Hitotsuya, M. Takama, M. Inoue, S. Matsubara, Y. Sasatani, N. Shimojo, and S. Kawato
  • 雑誌名: International Journal of Latest Research in Science and Technology 巻: 2 ページ: 442-446
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Picosecond thin-rod Yb:YAG regenerative laser amplifier with the high average power of 20 W (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinichi Matsubara, Motoharu TANAKA, Masaki TAKAMA, Hiroyuki Hitotsuya, Taka Kobayashi, Sakae Kawato
  • 雑誌名: Laser Physicls Letters 巻: 10 ページ: 55810-55810
  • 査読あり
• [学会発表] Efficiency improvement of ultra-short pulse lasers (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakae Kawato
  • 学会等名: EMN Meeting on Ultrafast 2016
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 2016-10-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrashort pulse and broadband generation directly from mode-locked laser within highly nonlinear medium (2015)
  • 著者名/発表者名: Sakae Kawato, A. Maruko, T. Yoshida, S. Inayoshi, H. Okunishi, K. Kyomoto, K. Kato, M. Morioka, K. Shimabayashi, H. Kadoya, K. Hayashi, T. Sato, S. Takashima
  • 学会等名: EMN Meeting on Ultrafast Research 2015
  • 発表場所: Las Vegas, Nevada, United States
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Higher order dispersion effects for ultrashort pulse generation directly from a mode-locked laser with an intra- cavity highly nonlinear medium (2015)
  • 著者名/発表者名: S.Inayoshi, A. Maruko, T. Yoshida, K. Kyomoto, K. Kato, H. Okunishi, K. Shimabayashi, M. Morioka, H. Kadoya, K. Hayashi, T. Sato, S. Takashima, and S. Kawato
  • 学会等名: Frontiers in Optics 2015
  • 発表場所: San Jose, California, United States
  • 年月日: 2015-10-18
  • 国際学会
• [学会発表] Theoretical analysis for ultrashort pulse mode-locked Yb:YAG lasers with an intra-cavity highly nonlinear medium (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Yoshida, Akiyuki Maruko, Keisuke Kyomoto, Masatoshi Nishio, Kento Kato, Hiroaki okunishi, Kyosuke Shimabayashi, Motoki Morioka, Shinichi Inayoshi, Sayumi Yamagata, and Sakae Kawato
  • 学会等名: Advanced Solid-State Lasers
  • 発表場所: 上海
  • 年月日: 2014-11-16
• [学会発表] Influences of high intensity pumping for laser threshold intensity (2014)
  • 著者名/発表者名: K Kato, M. Nishio ,H. Okunishi , A. Maruko, K. Kyomoto, T. Yoshida, S Inayoshi, M Morioka, S Yamagata K Shimabayashi, D Mizuno and Sakae Kawato
  • 学会等名: Advanced Solid-State Lasers
  • 発表場所: 上海
  • 年月日: 2014-11-16
• [学会発表] Mode-Locked Thulium-Doped ZBLAN Fiber Laser Oscillators at 2 μm (2014)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Nomura, Masatoshi Nishio, Sakae Kawato, and Takao Fuji
  • 学会等名: Advanced Solid-State Lasers
  • 発表場所: 上海
  • 年月日: 2014-11-16
• [学会発表] Theoretical analysis for ultrashort pulse mode-locked Yb:YAG lasers with an intra-cavity highly nolinear medium (2014)
  • 著者名/発表者名: Akiyuki Maruko, Takeshi Yoshida, Masatoshi Nishio, Keisuke Kyomoto, Kento Kato, Hiroaki Okunishi, Sakae Kawato
  • 学会等名: Europhoton
  • 発表場所: Neuchatel
  • 年月日: 2014-08-28
• [学会発表] Z型レーザー共振器における収差及び利得媒質の熱光学歪効果の影響に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 京元 敬介, 西尾 正敏, 丸小 淳幸, 奥西 弘旭, 加唐 賢人, 吉田 武志, 松原 伸一, 川戸 栄
  • 学会等名: レーザー研シンポジウム 2014
  • 発表場所: 大阪大学
• [学会発表] 半導体レーザー励起固体レーザーの高効率化に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 嶋林 恭輔，下条 直哉，西尾 正敏，丸小 淳幸，奥西 弘旭，加唐 賢人，京元 敬介，吉田 武志，川戸 栄
  • 学会等名: レーザー研シンポジウム 2014
  • 発表場所: 大阪大学
• [学会発表] レーザー発振時における利得媒質の熱光学歪効果の測定法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加唐 賢人, 京元 敬介, 西尾 正敏, 丸小 敦幸, 奥西 弘旭, 吉田 武志, 川戸 栄††
  • 学会等名: レーザー研シンポジウム 2014
  • 発表場所: 大阪大学
• [学会発表] V型レーザー共振器における収差及び利得媒質の熱光学歪効果の影響に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥西 弘旭，西尾 正敏，丸小 淳幸，加唐 賢人，京元 敬介，吉田 武志，川戸 栄
  • 学会等名: レーザー研シンポジウム 2014
  • 発表場所: 大阪大学
• [学会発表] モード同期レーザーの非線形材料を用いた短パルス出力化に関する理論的解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉田 武志, 西尾 正敏, 丸小 淳幸, 奥西 弘旭, 加唐 賢人, 京元 敬介, 川戸 栄, 實野孝久
  • 学会等名: レーザー研シンポジウム 2014
  • 発表場所: 大阪大学
• [学会発表] Regenerative spectral and pulse shaping of thin-rod Yb:YAG amplifier (2014)
  • 著者名/発表者名: Akiyuki MARUKO, Masatoshi NISHIO, Shinichi MATSUBARA, Motoharu TANAKA, Masaki TAKAMA and S Kawato
  • 学会等名: Optics and Photonics International Congress 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] High efficiency cavity dumped micro-chip Yb:YAG laser (2014)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi NISHIO, Naoya SHIMOJO, Akiyuki MARUKO, Daisuke KIMURA, Hiroaki OKUNISHI, Keisuke KYOMOTO, Kento KATO, Takeshi YOSHIDA, and Sakae KAWATO
  • 学会等名: Optics and Photonics International Congress 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 高密度LD励起Yb:YAGレーザの高効率発振 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西尾正敏・下條直哉・丸小淳幸・木村大介・奥西弘旭・加唐賢人・京元敬介・吉田武志・嶋林恭輔・川戸 栄
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 福井大学
• [学会発表] 共振器内部に非線形媒質を挿入したモード同期レーザの超短パルス化および広帯域化に関する非線形波動伝播解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 丸小淳幸・木村大介・下條直哉・西尾正敏・奥西弘旭・加唐賢人・京元敬介・吉田武志・嶋林恭輔・川戸 栄
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 福井大学
• [学会発表] High efficiency laser-diode-pumped continuous-wave Yb:YAG laser at room temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Nishio, N. Shimojo, S.Maruko, H. Okunishi, K. Kato, K. Kyomoto, T. Yoshida, and S. Kawato
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics 2014
  • 発表場所: San Jose, USA
• [学会発表] Ultrafast 2 micro-meter Laser Oscillators Based on Thulium-Doped ZBLAN Fibers (2014)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Nomura, Masatoshi Nishio, Sakae Kawato, and Takao Fuji
  • 学会等名: International Conference on Ultrafast Phenomena 2014
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター
• [学会発表] Development of femtosecond thulium-doped ZBLAN fiber laser oscillators (2014)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Nomura, Masatoshi Nishio , Sakae Kawato, and Takao Fuji
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics 2014
  • 発表場所: San Jose, USA
• [学会発表] High efficiency Multi-mode laser-diode-pumped cavity-dumped Ytterbium-doped Yttrium Alminium Garnet laser (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Shimojo, S. Matsubara, M. Inoue, D. Kimura, Y. Sasatani, A. Maruko, D. Mizuno, M. Nishio,and and S. Kawato
  • 学会等名: The European Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 発表場所: Munich, Germany
• [学会発表] Continuous-wave Yb3Al5O12 laser pumped by a single-mode laser-diode (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Shimojo, Y. Kondo, D. Kimura, M. Inoue, S. Matsubara, A. Maruko, D. Mizuno, M. Nishio, and S. Kawato
  • 学会等名: Advanced Solid-State Lasers
  • 発表場所: Paris, France
• [学会発表] Multimode Laser-Diode Pumped Continuous-Wave Stoichiometric Yb3Al5O12 Laser (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Kimura, S. Matsubara, K. Otani, T. Ueda, M. Inoue, N. Shimojo, Y. Ssatani, A. Maruko, D. Mizuno, M. Nishio, and S. Kawato
  • 学会等名: The European Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 発表場所: Munich, Germany
• [学会発表] LD励起Yb:YAGレーザーの高効率化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 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
  • 発表場所: 金沢大学
• [学会発表] 高効率レーザーダイオード励起Yb:YAGキャビティダンプレーザーの研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 下條直哉, 松原伸一, 木村大介 , 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
  • 学会等名: Japan Photonics Network of Student 2013
  • 発表場所: 福井大学
• [学会発表] ストイキオメトリックYb3Al5O12レーザー (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: Japan Photonics Network of Student 2013
  • 発表場所: 福井大学
• [学会発表] High Efficiency Cavity-Dumped Mode-Locked Yb:YAG Laser (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Shimojo, M. Takama, M. Inoue, S. Matsubara, D. Kimura, A. Maruko, D. Mizuno, M. Nishio, and S. Kawato
  • 学会等名: レーザー研シンポジウム 2013
  • 発表場所: 大阪大学
• [備考]
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Sakae_Kawato
• [備考]
  • URL: https://u-fukui.academia.edu/SKawato