ytisnenGHSdezilamon)sf( ytisneni noI itarudesupGHSdezamrondesserpmoC )0-2000-100010.8)J( ygrene esuPWm( rewop egerevA01000101t l ti l 0 l 0.80.60.40.210002000delay time [fs]GDD[103 fs2]パルス幅は860 fsと見積もられ、スペクトルから換算されるフーリエ限界パルス幅の99 fs[図5(b)]よりも長く、チャープしている事がわかる。より短いパルスを得るために、反射型の回折格子を用いて外部圧縮を試みたところ、図5(c)に示すようにパルス幅の可変性が得られ、補償分散量を-21000fs2としたとき最短パルス幅107 fsが得られた[図5(d)]。ピーク光強度は数kW程度と見積もられる。 本研究成果は波長2µm帯で初となる全正常分散モード同期レーザー動作である3)。得られているパルスエネルギーは約1 nJと未だ低いが、これは使用しているファイバーの分散量が小さすぎるためである。数値計算により分散量を最適化すれば同構成のレーザーより10 nJ以上の出力を得られることが分かった。また現在は偏波保持型Tm添加ダブルクラッドTm:ZBLANファイバーを用いた全正常分散型のMamyshev発振器の開発に取り組んでいる。Mamyshev発振器が実現できれば100 nJ以上のパルスエネルギーを有したフェムト秒パルスの共振器からの直接発生が見込まれる。ピーク光強度100 kW以上が期待され、そのような光源は増幅器なしでポリマー材やシリコン材料のレーザー加工に利用可能と考えられる。 でも十分であり、より高いパルスエネルギーを有していることが求められる。Q スイッチレーザーはモード同期レーザーに比べて遥かに高いパルスエネルギーを得ることを可能とするが、共振器長の長いファイバーレーザーでは得られるパルス幅は数十 nsに制限されてきた。本研究では音響光変調器(AOM)の一次回折光を利用して、共振器中の寄生発振を抑制し、より高い利得のもと非線形光学効果も利用することによって、パルス幅数ナノ秒の Q スイッチ Tm ファイバーレーザーの開発を行った。 160150140130120110100-23-22-21-20-19-18-17-16(a)(c)860 fs x 1.41３．ナノ秒高エネルギーファイバーレーザーの開発 加工対象物や加工内容によっては、パルス幅はナノ秒0.60.40.20-1000-500500delay time [fs](d)107 fs x 1.41600480360240120図７.平均出力とパルスエネルギーの繰り返し周波数依存性 10Repetition frequency of AOM (kHz)12010080604020図6. 波長可変ナノ秒Qスイッチレーザー概略 開発したレーザー装置概要を図 6 に示す。共振器はファブリーペロー型であり、利得ファイバーは偏波保持型ダブルクラッドTm添加シリカファイバー(コア径10 μm,クラッド径130 μm) が用いられ、波長 793 nm マルチモード LD によって偏波保持励起コンバイナーを通して励起されている。励起コンバイナーの片短面には APC コネクタを取り付けたPMファイバーを融着しフレネル反射による寄生発振を抑制している。APC からの出射光を非球面レンズでコリメートし音響光学変調器(AOM)を用いてAOMがON時に1次回折光がファイバーへ再結合され、Qスイッチレーザー動作に必要な変調を与えている。利得ファイバーのもう一方の端面は垂直にクリーブされ、フレネル反射による約3.6%反射の取り出しポートとして使用されている。このとき出力にはわずかなら残存励起光が含1000図5. (a)共振器からの直接出力の自己相関波形。(b) スペクトルから換算されるフーリエ限界パルス。(c)分散補償量と圧縮パルス幅。(d)圧縮後の最短パルス幅 まれているためダイクロイックミラーによって分離している。 ここでAOMの1 次回折光を用いる利点について説明すると、(i) 0次回折光を利用する場合と比較し、AOMで回折されなかった透過成分がファイバーに再結合されないため、損失変調深さを大きくでき、より強く寄生発振を抑制可能である。よって多くの非飽和利得、すなわち短パルス性と高エネルギー性を得ることを可能としている。(ii) AOM は偏光依存の回折効率と周波数シフトを与えるため、軸を偏波ファイバーの軸と合わせることによって直線偏光の縦モードフリー出力が得られる。(iii)増幅自然放出光(ASE)が発生した場合でもASEは図中左側のAOM側に抜けるため、パルスの出力から分離できる。 励起出力を4W と固定しAOMの繰り返し周波数を1kHz-100kHと変化させたときに得られたパルスエネルギーと平均出力、パルス幅とピーク光強度の関係をそれぞれ 図 7、 図8に示す。平均出力は 20 kHz 以上では約 500 mW で一定となり、20 kHz 以下から緩やかに減少し、3 kHzあたりから減少が大きくなっている。これはTmの上− 339 −
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