2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of Ho:LuLiF laser pumped by Tm:fiber laser
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22K04978
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
青木 誠 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波伝搬研究センター, 主任研究員 (40744652)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 固体レーザ / パルスレーザ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当初の研究計画に従い、Hoレーザ用のレーザ動作シミュレータの開発とそれを用いたHoレーザの動作シミュレーションを実施した。また、Ho:LLF結晶の調達は、時間がかかることが想定されたため、シミュレータの開発と並行して既存のHo:YLFを用いてレーザ発振実験を行いシミュレータの検証及び高度化を進めた。
端面励起用のTmファイバーレーザは、最大パワー100W（CW、ランダム偏光）の製品を2台用いることとして、それをHoレーザ発振器とHoレーザ増幅器の励起に1台ずつ用いる構成とした。レーザ共振器は、将来的にコヒーレントドップラーライダーの光送信機として使用することを念頭に、空間的ホールバーニングの抑制と長いパルス幅を実現するために共振器長3.0mのリング共振器を採用した。a軸カットのHo:YLFレーザロッド（Hoドープ率5%、長さ40mm）を用いたレーザ発振実験では、33mJ・600HzのQスイッチレーザ出力が得られた。この結果はシミュレーションの結果とよく一致しており、開発したHoレーザ用のレーザ動作シミュレータの妥当性が確認できた。
また、100Wの端面励起を行う場合、レーザロッドからの排熱が非常に重要な問題となる。加えて、シミュレーションによって、既存のレーザロッドより長い結晶を使った方が励起光の吸収効率が高まり、レーザ出力を向上させることができることが明らかになった。そのため、高排熱効率かつ自由度が高い伝導冷却型のレーザ励起モジュールの検討及び試作を行った。新規励起モジュールには、小型化と自由度の高さ（バネ特性の可変性）の観点から皿ばねを用いたレーザロッド保持機構を採用した。現在では、調達したHo:LLF結晶を新規励起モジュールに組み込んだレーザヘッド開発に着手している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
Hoレーザ用のレーザ動作シミュレータの開発は予定通りに進捗した。既存のHo:YLFを用いたレーザ発振実験との比較により、その妥当性の検証及び高度化を行った。加えて、シミュレーション結果を基にHo:LLF結晶の調達を進めて2022年度内に予定通り調達を行った。
レーザ励起モジュールの試作が遅延したため（2023年5月納品予定）、Ho:LLF結晶を用いたレーザ実験自体は2022年度内に実施できなかったが、既存のHo:YLFを用いてレーザの設計や実験方法を確立できたため、準備が整い次第、すぐに実験を行うことが可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度には、高繰り返し周波数のHo:LLFレーザの発振波長を、複数台のシードレーザを用いて、任意の波長に多波長制御する手法を確立する。また、レーザの高出力化を実施して、15W（50mJ・300Hz）以上の平均出力を達成することを目標としている。
まず、2023年度早々にHo:LLF結晶を新規励起モジュールに組み込んだレーザヘッド開発を完了して、Ho:LLFレーザ発振実験を実施する予定である。現在までの達成度は、「3: やや遅れている」となっているが、その遅れを取り戻すために、高繰り返し周波数のHoレーザへの光注入同期と高出力化に関しては、既存のHo:YLFレーザを用いて、当初の研究計画から前倒しして予備実験を進めている。そのため、2023年度は当初の計画通りの内容を実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
Ho:LLFレーザ発振実験の結果が出た後に、その結果を考慮して追加のレーザロッドを購入する予定だったため、物品費の一部に未使用金が生じた。2023年度に追加のレーザロッドを購入して執行する予定である。また、本研究課題の成果発表として国内学会に参加用旅費として計上したが、オンラインによる開催だったため旅費を執行することが出来ず繰り越すこととした。
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