ファイバーアンプを用いた重力波干渉計用高出力・高安定光源の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14047211
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 武者 満 電気通信大学, 助手 (40303028)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 植田 憲一 レーザー新世代研究センター, 教授 (10103938)
• Keywords: 重力波 / 安定化光源 / ファイバ増幅器 / Ybファイバ / モード抑圧

Research Abstract

重力波検出光干渉計に必要な超高安定・高出力な光源を開発している。従来の出力10W級の注入同期固体レーザーは高出力化すると熱レンズ・熱複屈折等の影響で安定度やビーム品質が悪化するので、冷却効率が高くかつ出力ビームの空間が高いファイバ増幅器を用いたfiber-MOPA(master oscillator power amplifier)。ファイバ増幅器はファイバ内での非線形効果(SBS等)の問題をもつので長さを短くするために高い量子効率をもつYb添加ファイバを2重クラッド端面励起方式で強励起することによりファイバ長を短くし、かつコア径を大きくしてコア内電界強度を下げることによりSBSの発生を抑圧した。波長1064nmのモノリシック型LD励起Nd:YAG(出力500mW)を主レーザーとして作成したファイバ増幅器で出力を増幅させた。ファイバ増幅器は出力15W、波長975nmのファイバ結合LDで後方励起している。その結果ファイバ長4m時に励起パワー10.5W時に出力6.4Wが得られ(光-光変換効率62%)、この結果を基にシミュレーションした結果ファイバ長10mで7.6W出力が期待される。ファイバのコア径11μmはマルチモード条件なので出力ビームのM^2値は2.6であったので、ファイバを曲げることによりファイバの高次伝播モードに損失を与え出力光の品質向上を行った。曲率半径25cmで曲げたの時M^2=1.1が得られたが、失われた高次モードの利得が基本モードに変換したため出力減少は見られなかった。相対強度雑音は160kHz以上では主レーザーの相対強度雑音と一致したが、100kHz以下では20dB以上の悪化が見られた。この原因は励起用光の周波数ゆらぎが強度雑音に変化した事、そして音響・振動雑音と考えられるので、今後励起用光源の安定化や外乱抑圧が必要とされる