フェムト秒セラミックレーザー
フェムト秒（1000兆分の1秒）レーザーとして現在主流のチタンサファイアレーザーは、電気から光へのエネルギー変換効率が低い、装置が大型化するなどの欠点があり、産業応用が困難です。それを克服するために、半導体レーザーで直接励起できるYb添加材料を用いたフェムト秒レーザーの基礎研究開発を行っています。 　 　レーザー研が企業と共同開発した高透光性セラミック技術により、従来単結晶成長が困難であった色々な固体材料が実現するようになりました。その中でも希土類酸化物材料（RE2O3, RE=Y, Sc, Lu）は、高出力レーザー用材料として最もよく用いられるYAGと比べ1.5倍以上の高い熱伝導率を持ち、Ybを添加すると顕著な広帯域利得をもちます(図1)。このYb:RE2O3セラミックスを中心に、半導体レーザー励起の超短パルスレーザーの研究を行っています。 　図2にレーザー発振器の構成例およびパルス出力の自己相関波形・スペクトルを示します。半導体の可飽和吸収だけでなく、非線形屈折率によるカーレンズモード同期効果により、材料の利得帯域幅を超えてスペクトル幅が広がり、従来のYb系レーザーをパルス幅・出力ともに凌駕する高出力フェムト秒発振器が実現しました。100fs程度以下の短パルス領域でパワー、効率共に他報告を遙かに更新し(図3)、Yb添加固体レーザーの性能を飛躍的に向上しています。 　更に現在、thin-disk構成を用いた更なる高出力化、増幅器開発に取り組んでいます。図4のようにthin-disk構成では300um以下のごく薄い活性材料をヒートシンクに接合して冷却効率を向上し、ビーム品質を保ったまま高出力化を実現できます。問題は薄いために利得が低いことです。そのためにLuAGなど更なる新材料探索にも取り組んでいます。		図1.Yb:RE2O3の誘導放出断面積スペクトル。比較のため従来材料のYb:YAGについても示す。
		図2. 半導体レーザー励起カーレンズモード同期Yb:Sc2O3セラミックレーザー。出力の自己相関波形とスペクトルを左下、右下に示す。
		図3.世界で報告されているモード同期Yb固体レーザーの平均出力(左)および光-光変換効率(右)をパルス幅に対してプロット。
		図4.thin-diskレーザーの構成

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