高出力フェムト秒Yb^<3+>:Y_2O_3セラミックレーザーの研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14340120
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 植田 憲一 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 教授 (10103938)
• 研究分担者: 柳谷 高公 神島化学工業, 宅間工場・セラミックス部, 課長(研究職) ; 白川 晃 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 助手 (00313429) ; 武者 満 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 助手 (40303028)
• キーワード: 固体レーザー / レーザー用セラミックス / 透光性セラミックス / 超短パルスレーザー

研究概要

Yb^<3+>:Y_2O_3セラミックスの吸収・発光スペクトル、熱伝導率、非線形屈折率の測定を行い、.物理特性・光学特性を評価した。極低温の吸収スペクトル測定により976.5nmの0-0遷移の吸収線がメインの吸収線と磁気双極子遷移と思われる弱い吸収線とに分離した。Y_2O_3の結晶構造により許容・禁制の二通りのサイトへYb^<3+>が置換配置されることを確認した。熱伝導率は無添加Y_2O_3セラミックスでは17W/kmを示し、YAGの1.4倍以上の大きな値を示した。Yb^<3+>添加により低下するが、実用的な使用濃度(1at%程度)ではほとんど間題はないと考えられる。Z掃引法により非線形屈折率測定を行い、n_2=(5.79±1.45)×10^<-13>esuを得た。これはYAGの2倍以上の大きな値であり、Kerrレンズモード同期を行う上で有利である。またYAGは単結晶とセラミックスで差がないことを確認した。
Yb^<3+>:Y_2O_3セラミックスのCWレーザー発振実験を行った。波長940mm、出力3Wのブロードストライプレーザーダイオード(LD)を励起光源にした端面励起構成により、1.077μmで0.47Wの出力を得た。スペクトル幅2mm広帯域発振を観測し、超短パルスレーザー材料としての有用性を認識した。モード同期発振に向けて現在実験を進めている。
またNd^<3+>:Lu_2O_3、Yb^<3+>:Sc_2O_3、Nd^<3+>:YGdO_3などの新しいホストセラミックスの吸収・発光スペクトル、熱伝導率、非線形屈折率の測定を行い、レーザー発振にも成功している。Yb^<3+>:Sc_2O_3、Yb^<3+>:Lu_2O_3はYb^<3+>:Y_2O_3と同様に広帯域な蛍光スペクトルを有し、超短パルス発生媒質として有望である。これらも併せて試料作製の最適化及びレーザー発振実験を進めている。

研究成果

• [文献書誌] J.Lu, K.Ueda, H.Yagi, T.Yanagitani, Y.Akiyama, A.A.Kaminskii: "Doped and Undoped Yttrium Aluminum Garnet (Y_3Al_5O_<12>)Nanocrystalline Ceramics? a New Generation of Solid State Laser and Optical Materials"Journal of Alloys and Compounds. 341. 220-225 (2002)
• [文献書誌] J.Lu, J.Lu, T.Murai, K.Takaichi, T.Uematsu, J.Xu, Ken-ichi Ueda, H.Yagi, T.Yanagitani, A.A.Kaminskii: "6-W diode-pumped continuous-wave 1319-nm Nd : YAG ceramic laser"Optics Letters. 27・13. 1120-1122 (2002)
• [文献書誌] J.Lu, J.Lu, A.Shirakawa, Ken-ichi Ueda, H.Yagi, T.Yanagitani, V.Gabler, H.J.Eichler, A.A.Kaminskii: "New highly efficient 1.3 um CW generation in the 4F_<3/2>-4I_<13/2> channel of the nanocrystalline Nd^<3+> : Y_3A_<15>O_<12> ceramic laser under diode pumping"Phys. Stat. Sol.. 189. R11-R13 (2002)
• [文献書誌] J.Lu, K.Takaichi, T.Uematsu, A.Shirakawa, M.Musha, K.Ueda, H.Yagi, T.Yanagitani, A.Kaminskii: "Promising ceramic laser material : highly transparent Nd^<3d> : Lu_2O_3 ceramic"Appl. Phys. Lett.. 81・23. 4324-4326 (2002)
• [文献書誌] J.Lu, K.Takaichi, T.Uematsu, A.Shirakawa, M.Musha, K.Ueda, H.Yagi, T.Yanagitani, A.Kaminskii: "Yb^<3+> : Y_2O_3 ceramics -a novel solid-state laser materials"Jpn. J. Appl. Phys. 41・2-12A. L1373-L1375 (2002)
• [文献書誌] J.Lu, K.Takaichi, T.Uematsu, A.Shirakawa, M.Musha, K.Ueda: "Nd^<3+> YGDO_3 ceramic laser"Laser Physics. (accepted). (2003)