High Power Urtrashort Pulse Laser Based On Yb-doped Ceramic Materials

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本研究では新材料・薄ディスク型レーザー媒質・Kerrレンズモード同期という3つの要素技術の組み合わせにて、幅広い応用に利用可能な従来の出力特性を上回る超短パルスレーザーを実現することを目的とした。まず本研究では薄ディスク状レーザー媒質試料の作製から行った。本研究ではYb:Lu2O3セラミック, Yb:LuAGセラミックの2種類を用いた。各試料に研磨、コーティングの加工を施し、本研究室にてヒートシンクへの接合を行った。CWレーザー発振実験においてはそれぞれの材料にて170W以上のレーザー発振に成功し、更に5.5 kW/cm2以上の励起密度耐力を確認した。Yb:LuAGセラミック薄ディスクを用いたKerrレンズモード同期レーザー発振実験では平均出力17W、パルス幅130 fsの出力を得た。これはYb:LuAGセラミックに限らずセラミックレーザー全体でも初めての薄ディスクカーレンズモード同期の実証であり、このパルス幅帯としては全ての媒質を含めても世界で2番目の高出力である。また短パルス動作においては88 fsを実現しており、このときスペクトル幅は媒質の持つ利得幅の2.5倍にまで広がっていた。これはレーザー媒質の優れた特性を活かすための適切な共振器設計が行われていることを示す。Yb:Lu2O3セラミックにおいても同様の実験を行い、パルス幅98 fs, 3.7Wの出力を得た。また最短パルス幅86 fsを得た。これらの結果は申請段階での研究計画において１年目に行うとした実験を概ね全て達成したと言える。具体的な目標として掲げた「10 W以上、100 fs以下」という出力は得られなかったものの、それぞれを独立には得られており、また17 W, 130 fsという結果を得られたことからも今後光学素子の変更を行うことで早期に達成可能だと考えている。