2016 年度実施状況報告書

水パルス圧縮による高強度フェムト秒レーザー光の発生

研究課題

研究課題/領域番号	16K13703
研究機関	国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
研究代表者	赤羽温国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所量子生命科学研究部, 主幹研究員(定常) (00370338)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード	分散補償 / 光パラメトリック増幅 / チャープパルス増幅
研究実績の概要	本研究課題では水の群速度分散を用いてパルス圧縮を行う高強度フェムト秒レーザー装置を実現する。光パラメトリック増幅で負チャープの500 nm波長帯増幅光パルスを発生させ、伝搬媒質である水自身の正分散でパルス圧縮を行うことで、照射点に高強度フェムト秒レーザー光を発生させることができる。本研究により従来到底不可能であった水中での高強度フェムト秒レーザー光直接照射が実現し、水中でのフェムト秒レーザーLIBSによる物質検知やフェムト秒レーザー加工による高効率な配管補修、材質改善等が可能になる。本研究ではまず平成28年度に光パラメトリックチャープパルス増幅で発生するアイドラー光の2倍波を発生させて位相計測を行い、分散補償に必要な水槽の長さを決定する予定であり、実験準備として圧縮パルスの分散補償及び位相計測に必要なテーパー型ガラスブロック対の設計及び制作を行った。再設計されたガラスブロック対は高屈折率ガラス（オハラ製S-TIH10）を用いており、光路長は約80mm～130mmと可変域が当初より大きくなっている。レトロリフレクターを用いて同じガラスブロック対を光軸高さを変えて2回透過する構成とすることで装置のコンパクト化も実現できた。しかしながらその後パルス圧縮実験を行う量研所有のレーザー装置の発振器に不具合が見つかり、当初予定していた期間に実験を行うことが困難になった。このため平成28年度中は位相制御用空間光変調器及び位相計測器の整備までで、圧縮パルスの分散補償及び位相計測実験は平成29年度上期に行い、あわせて下期に当初から平成29年度行う予定の水槽透過によるパルス圧縮を行い、位相計測により残留高次分散計測及び補償等を行う予定である。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由本研究に使用するレーザーシステムの装置故障からの復旧に時間がかかり、また所属先での本務のレーザー装置開発に当初想定されたよりはるかに多くの期間拘束されたため、レーザーシステムの整備維持に従事する期間が確保できず、年間を通じてレーザーシステムで連続的に実験に取り組める期間が取れなかったため。
今後の研究の推進方策	昨年度で本務の装置開発は目処が立ったため、本年度は数ヶ月単位で2回本研究課題に取り組む期間を確保して、当初の予定通り水媒質によるパルス圧縮で超短パルス発生を実現する予定である。昨年度に分散補償用テーパー型ガラスブロック対の作成及び位相制御装置の準備は完了しており、実験に使用するレーザーシステムが実験期間に普通に運用できればガラスブロックでのパルス圧縮及び位相計測を1回目で、水槽を作成しての水媒質によるパルス圧縮を2回目で行うことは十分可能だと考えている。
次年度使用額が生じた理由	分散補償用テーパー型ガラスブロック対の設計を見直したため当初の予定よりサイズが小型になり、ガラス材料代及び加工代金が安くなった。またレーザー装置の不具合で位相計測実験が次年度に延期されたため当該実験に必要な消耗品分が不要になった。
次年度使用額の使用計画	次年度使用額は翌年度分助成金と合わせて昨年度行えなかった500nm帯広帯域光の位相計測、水槽作成、及び水媒質によるパルス圧縮実験からの分散補償実験に使用する予定である。