固体レーザーの歴史

レーザー（LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）は、1960年のルビーレーザー（固体レーザー）の発振により幕を開け、気体レーザー、半導体レーザー（LD: Laser Diode）、色素レーザーなど新しいレーザー材料・媒質の研究が活発に行われた。高出力化の期待できる固体レーザーはその後、Qスイッチ発振の考案によりマイクロ秒（ms: 10-6 s）～ナノ秒（ns: 10-9 s）のパルス幅でピーク出力メガワット（MW: 106 W）級のジャイアントパルス発生が可能となり、非線形光学の研究が発展した。

更に、モード同期レーザーの開発によりピコ秒（ps: 10-12 s）～フェムト秒（fs: 10-15 s）のパルス生成が可能になり、ピーク出力はギガワット（GW: 109 W）まで進展した。近年では、チャープパルス増幅（CPA: Chirped Pulse Amplification）法の発明により、実験室での実証実験ではTW（1012 W）を越えペタワット（PW: 1015 W）級レーザーまで出現した。

産業用の実用型レーザーの開発は、主に炭酸ガス（CO2）レーザー、希ガスレーザー及びネオジム（Nd）を添加したY3Al5O12結晶（Nd:YAG結晶）固体レーザーを中心に進展してきた。代表的な固体レーザーのNd:YAGレーザーやNdガラスレーザーの励起源には、希ガスフラッシュランプが用いられてきた。1980年代には半導体レーザー（LD）の高出力化、高効率化、長寿命化が進み、LD励起の固体レーザーが発展した。

これまでのレーザー産業応用は、主にバルク型の固体レーザーを中心に進展してきた。近年では、NdやYbなどの希土類元素を添加した光ファイバーを、レーザー利得媒質としたファイバーレーザーが注目を浴びるようになってきた。ファイバーレーザーは小型軽量、高効率、高安定、更には優れた空間モード制御という特長を持ち、様々なレーザー応用において優位である。広範囲なレーザー応用を考慮すると本格的なパルス動作のファイバーレーザーの研究開発を行う必要がある。

しかし、パルスファイバーレーザーはファイバー中の非線形光学効果やダメージの観点から開発が困難である。そこで、エネルギー準位構造から熱発生が少なく高効率で高出力化が期待できるYb添加シリカガラスファイバーが注目されている。