高速精密加工の実現へ向けたＧＨｚ光周波数コムの開発

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本研究は高品位な材料加工が可能なフェムト秒レーザー加工における課題「遅い加工速度」を解決すべく、パルスの繰り返し周波数が10 GHzを超え、かつフェムト秒のパルス幅を有するレーザー開発し、その領域における破壊現象の理解を目指している。初年度は繰り返し周波数24GHzのフェムト秒レーザーの開発に成功したが、安定性に課題が残った。次年度は長期安定な繰り返し周波数36GHzのフェムト秒レーザー開発に成功したが、短期安定性に課題が残った。本年度は短期安定性を向上させるためのレーザー開発を行った。我々が昨年度に開発した繰り返し周波数36GHzのカーレンズモード同期レーザーは受動Qスイッチと呼ばれる短期不安定性を有していた。本年度行った解析の結果、このレーザーは共振器内に非点収差と呼ばれるビームの「歪み」を有しており、これが不安定性の要因とわかった。従ってQスイッチ不安定性を抑制するためには非点収差の無い共振器を構成することが必要と考えた。非点収差の無い共振器として実際に共振器構造をいくつか提案した。特にレーザー利得媒質を半球状に加工し、誘電体多層膜を塗布したモノリシック共振器を提案した。本共振器はビーム進行方向に対して軸対象であるため非点収差が生じず、共振器モードと励起モードを一致させやすい。そのためQスイッチ不安定性が生じづらい共振器構造である。一方これまでモノリシック共振器でカーレンズモード同期を実現した例はない。これは共振器の自由度が極端に低く、設計が難しいためである。本研究ではいくつかの設計を検討し、レーザー発振を実現した。しかしフェムト秒レーザーの実現には至っていない。これは共振器内分散を適切に設定できていないことが原因と考えられ、今後の検討課題である。