薄型活性物質を用いた固体レーザーの高出力化に関する研究

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重力波検出にはスペクトル精度がmHzでしかも出力がkWに及ぶ連続発振のレーザー光が必要となる。半導体レーザー励起方法の固体レーザーでは熱発生も少なくスペクトル特性の良い出力kWの光を得ることができる可能性があり、しかも長寿命である。二次元アレー構造を有する半導体レーザーは面型発光源として上記固体レーザー励起用として、極めて好都合である。今年度は面発光型半導体レーザーを光源とした薄型活性媒質を用いたアクティブミラー型多段固体レーザによるkW級レーザーを最終的に建設することを念頭においた、小型アクティブミラー型レーザー型製作しその利得、出力、その他のレーザーパラメーターを測定し、kW級のレーザー建設のための基礎データーを得ることを目的とした。この結果以下の成果が得られた。(1)kW級レーザーシステムの設計連続発振時における最大のパワーを規制する要因である耐レーザー損傷しきい値を100GW/cm^2と仮定した結果、必要レーザービーム断面積は10cm^2となった。従って直径200mmφのアクティブミラー10台を用いた単一モード発振、出力1kWレーザー装置の設計を行った。(2)小型アクティブミラー型レーザの製作大面積の二次元半導体レーザーは現在の所極めて高値であり、また納期も長時間を要するため、ここでは入手可能な発光面積100mmxl.5mm,連続出力20Wのものを用い実際のアクティブミラー型レーザーの一部を模擬する方法をとった。レーザー寸法は12mmx5mmの長方形で、厚み1mmとした。レーザー媒質には、YAG,YVO_4,CNGGを用いた効率、熱発生について比較検討の結果、レーザー材料としては熱伝導性の最も良好なYAGが最適であることがわかった。