2ビーム半導体レーザ端面励起法による固体レーザの高次横モード発振の制御と高出力化

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2ビーム励起によるマイクロチップ固体レーザの高次横モードの高出力化に向けて,申請時に掲げた下記実施計画ついての研究成果を述べる.実施計画1:「2ビーム励起法」の有効性を検証する前段階として,先ず,単一LD励起における,励起ビームの集光条件と所望高次モードを保持できる励起パワー領域(即ち,dynamic range ; DR)の関係を追求した,1mm厚a-cut,Nd:GdVO_4結晶を内蔵した共振器長5mmの半共焦点マイクロチップレーザについて,開口数(NA)=0.1,0.25,及び0.28の対物レンズによる半導体レーザ(LD)励起を行った.軸ずれ励起条件を変え,Hermite-Gauss HG(1,0)の選択励起を実施した結果,NA=0.28の長作動距離対物レンズによる励起(励起スポットサイズ,w_p=15μm)において,使用LDの最大出力パワー(800mW)まで安定なHG(1,0)モード発振が実現された.小さいNAレンズでは,W_pの増加により発振ビーム径との整合条件が破綻し,HG(0,0)など,他の横モードとの競合が生ずることが確認された.また,横モードの次数の増加とともに,励起ターゲットスポット径が減少するため,モード整合が破綻し,DRの著しい低下が生じた.実施計画2:上記実験結果を踏まえ,「2ビーム励起」実験を行った.対を成すターゲットスポットの2ビーム励起により,モード整合の破綻を補い,高次Ince-Gauss(IG)モード選択発振のDR拡大が確認された.実施計画3:上記の2つの実験で用いたレーザ共振器において,光学的に等方的なc-cut,Nd:GdVO_4結晶を用い,直交偏光IGモードペアの選択励起と横モード同期に基づく偏光ベクトルレーザ発振とその応用研究を実施し,以下の成果が得られた.(1)ベクトルレーザを自己混合レーザ速度計測に適用し,直線偏光レーザと比較実験を行い,被測定物からのランダムな偏光状態を有するドップラーシフト散乱帰還光とレーザ光との干渉効果とビート波での自己混合変調効果の増強を定量的に検討し,20dBの信号強度の増加を検証した[次ページのJJAP論文].(2)発振モード偏光の励起光偏光依存性に起因する,ベクトルレーザの偏光制御及び強度雑音の偏光依存性を見出し,理論的に検証した,-15dBの強度雑音の減少が確認され,低雑音直線偏光出力が得られた.[次ページのOptics Letter論文].(3)実施計画1でのHG(1,0)のモード整合励起条件を2ビーム励起に適用し,円筒対称ベクトルレーザ発振を実現した.[次ページのOptics Letter論文]