| 研究概要 |
非線形光学結晶を用いた波長変換技術は,レーザ精密微細加工,特に全固体レーザの応用に重要な技術である.波長変換は,一般に繰り返し照射下で多く用いられるが,繰り返し照射下での高調波発生に関する従来の研究・開発は,実験的・経験的立場がとられており,理論的な研究は1パルス照射または連続照射による定常状態を対象としたものしかみられない.波長変換に不可欠な位相整合は結晶の温度に敏感で,温度変化があると変換効率が低下する.繰り返し照射の非定常状態下では,レーザ吸収の影響があるため結晶の温度変動が生じる.よってこれが波長変換に与える影響を解析するには,1パルス照射や連続照射による定常状態を想定した従来の理論解析では不可能である.
このような研究背景,問題に対し,本研究では,繰り返し照射におけるレーザ吸収による熱の影響を考慮した非定常理論解析を行った.まず第二高調波発生について,レーザ吸収を考慮した高調波発生の支配方程式を導き,熱伝導方程式と連成した解析モデルを構築した.非線形光学結晶には,KDP結晶,KTP結晶を想定した.本年度は,第二高調波発生(SHG)について,入力基本波を集光し,集光効果による入力パルスの高強度化に伴う高効率化と,結晶温度の大きな変化に伴う効率低下に関する理論的解析を行った.その結果,集光レーザの吸収に伴い結晶内部に生じる温度分布や,この影響を受け変動する変換効率などを定量的に明らかにすることができた.また,結晶内に生じる温度分布を考慮した上での最適な集光の度合いを検討した.さらに,ウォークオフを考慮した上で,レーザ吸収を含む複素振幅方程式と熱伝導方程式を連成解析し,結晶内温度分布や変換効率,出力ビームプロファイルの時間変化にウォークオフが及ぼす影響も理論的に解析した.
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