極小の熱抵抗で実現する高密度励起薄ディスクレーザー

热阻极低的高密度激发薄盘激光器

基本信息

批准号：
22K14618
负责人：
北島将太朗
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

薄ディスクレーザーはその優れた徐熱性能と低非線形性から，現在最も高い出力の超短パルスレーザーを実現できる方式として様々な応用に用いられている．本研究ではこの薄ディスクレーザー媒質の作製プロセスに焦点を当て，これまでを凌駕する極小の熱抵抗を実現することで，薄ディスクレーザーの更なる励起密度向上とパワースケーリングを目指す．具体的には(a)高熱伝導・極薄型利得媒質，(b) 超低熱抵抗接合法，(c) 合成ダイヤモンド製ヒートシンクの3点の技術を開発・採用することで，モジュール全体で0.1 K/cm2Wの熱抵抗，15 kW/cm2の励起密度耐性を目指す．2022年度は接合装置の開発，熱抵抗測定系の構築，模擬利得媒質を用いた接合試験に取り組んだ．まず本研究の基礎となる薄ディスクレーザーとヒートシンクの接合装置を開発した．装置は手動での圧力印可部，圧力計測，ヒーター及び温度調整，紫外線照射からなり，圧力及び温度条件の最適化を行える．低熱抵抗接合法の開発は，パラメータの異なる複数の接合法を用いた試料を作製し，実際に熱抵抗を測定することで接合のパラメータを最適化するという流れで行う．熱抵抗の測定にはレーザーを熱源として用いた定常熱流法を採用した．試料の表面に既知の出力のレーザーを照射し，黒い塗料にて表面で吸収させ，その温度をサーマルカメラにて測定することで系全体の熱抵抗を測定できる．実際に開発した接合装置を用いて，サファイア製の模擬利得媒質を用いた接合試験を行い，熱抵抗の評価を行った．その結果として，全体の熱抵抗0.163 Kcm2/W，接合層の熱抵抗0.009 Kcm2/Wという値を得た．模擬ではなく実際の利得媒質にて同程度の接合熱抵抗を実現できると仮定するとその時の全体熱抵抗は0.084 Kcm2/Wとなり，当初の目標を達成できる見込みである．

由于其出色的缓慢加热性能且非线性低，因此将薄磁盘激光器用于多种应用中，作为一种可以实现最高输出超短脉冲激光器的方法。这项研究着重于这种薄磁盘激光介质的制造过程，旨在通过实现超过前几年的最小热电阻来进一步提高薄磁盘激光器的激发密度和功率缩放。具体而言，通过开发和采用三种技术：（a）高温电导率和超薄增益培养基，（b）超低热电阻连接连接，以及（c）合成钻石散热器，我们旨在实现0.1 K/cm2W的热阻力和模块跨模块的15 kW/cm2的激发密度抗性。在2022财年，我们致力于开发粘结设备，使用模拟增益介质构建热阻力测量系统和键合测试。首先，我们为薄盘激光和散热器开发了粘结装置，这是这项研究的基础。该设备由手动压力施加的截面，压力测量，加热器和温度调节以及紫外线照射组成，以优化压力和温度条件。低热电阻连接的发展涉及使用具有不同参数的多种键合方法制造样品，并通过实际测量热电阻来优化键合参数。采用了稳态热流量方法，在该方法中，将激光用作测量热电阻的热源。样品表面用具有已知输出的激光照射，被黑色油漆吸收，并使用热摄像头测量样品的温度，以测量整个系统的热电阻。使用实际的关节装置，我们使用蓝宝石制造的模拟增益介质进行了键合测试，并评估了热电阻。结果，总体热电阻为0.163 kcm2/w，连接层的热电阻为0.009 kcm2/w。假设可以使用实际的增益介质而不是模拟介质来实现类似的连接热电阻，那么当时的总体热电阻将为0.084 kcm2/w，预计将实现原始目标。