18・1・1 超短パルスレーザー技術の現状

初めにレーザーにおける超短パルスの呼称の指す範囲についてである.技術分野や時代によって多少の差異はあるが,広義には,おおむね1ナノ秒(1 ns=10-9秒)以下で,エレクトロニクスで操作できる範囲を超えた時間幅のレーザーパルスを指すと考えられる.すなわち発生方法にモード同期を用いるものが中心で,1960年代中期にフラッシュランプでパルス発振させたルビーレーザー1)やNdドープレーザー2)3)においてモード同期がおこなわれたものが嚆矢といえよう.その後,レーザー励起連続発振色素レーザーのモード同期によるサブピコ秒(1~0.1 ps,1 ps=10-12秒以下)からフェムト秒領域(100 fs以下,1 fs=10-15秒)のパルス発生へと短パルス化が進展し,さらにTi:サファイアなどの波長可変固体レーザー(phononterminated laser)による安定で平均出力が1 W級のフェムト秒レーザーや,Ybドープレーザーによるさらに高平均出力のフェムト秒パルスレーザー,ファイバによる小型フェムト秒パルスレーザー,などが開発されて,モード周期は多様かつ長足の進歩を見せている.また,超短パルス光の概念は発生方式で規定されているわけではなく,特に半導体レーザーでは,緩和が早いことと励起(電流)の高速変調が可能であることから,利得の過渡現象を利用した発生方法などでも十分ピコ秒領域(10-10~10-12秒)の超短パルス光が発生されている.

超短パルス光を発生・利用する立場は,大別して時間領域(超高速性)の特長を求めるか,あるいは光エネルギーが短時間に集中することによる高ピーク光強度を求めるかであろう.そのため,極限的な光源性能の追求,すなわちより短いパルスの発生,より高いピーク強度の光の実現は,この分野の大きな目標となってきた.一方で,性能の進歩によってもたらされた新しい条件での光パルス照射下で見出された新しい機能や現象は,次のステップとして普及・実用化が求められ,光源の信頼性・安定性・寿命の向上,コストの低減も技術開発の重要なポイントであった.

また上記いずれの観点においても,光パルスの時間幅とパルスエネルギー以外の品質を向上させること,たとえは,時間的にも空間的にも可干渉性を向上させトランスフォームリミットに近づけることは,比較的目立たないが重要な技術課題であり,これまでのこの分野の進展にも影響を与えている.一例をあげると,高強度のパルスを効率良く発生するには,パルスの発生段階でもできるだけ大きなパルスエネルギーを得るのが近道であり,この分野の研究開発の歴史において,パルス励起レーザーのモード同期やナノ秒パルスレーザーによる直接の超短パルス発生に関してさまざまな試みがなされた.それらの成果は,この分野に有益な知見をもたらす優れたものも多かったが,しかし,高強度のパルスを発生・利用していく過程で,光パルスの可干渉性や波形,波長などの再現性,信頼性の点で,不十分な面があった.そのため現状では,1パルス当りのエネルギーは小さくても,トランスフォームリミテッドのパルスを得やすい連続発振モード同期レーザーをパルスの発生源として,パルスの抜出しと高倍率の増幅をおこなう方式が主流となっている.

なお,本章では超短パルス光技術のうち,モード同期発振器などの発生段階の解説が中心になるので,パルス増幅については21章「大出力レーザー技術」も参照されたい.

18・1・2 光源の特徴と応用の現状

無料ユーザー登録

続きを読むにはユーザー登録が必要です。
登録することで3000以上ある記事全てを無料でご覧頂けます。
SNS(Facebook, Google+)アカウントが持っているお客様は、右のサイドバーですぐにログインできます。 あるいは、既に登録されている方はユーザー名とパスワードを入力してログインしてください。
*メールアドレスの間違いが増えています。正しいメールアドレスでないとご登録が完了しないのでお気を付けください。

既存ユーザのログイン
   
新規ユーザー登録
*必須項目