Wk( rewop kaeP)sn( noitarud esup 図10. スペクトルの繰り返し周波数依存 l) i ytisnetndezilamroN1021011001Repetition frequency of AOM (kHz)1kHz4kHz30kHz20002100220023001001010110010-1 5．まとめ 謝 辞 参考文献 図8. パルス幅とピーク光強度の繰り返し周波数依存性 準位寿命が～300 μsと短いことから誘導放出以外でのエネルギー消費が増加するためと考えられる。また同様の理由で繰り返し周波数を低下させていくと 3 kHz まではパルスエネルギーは上昇し、1 kHz の時に最大パルスエネルギー約 105 μJ、パルス幅 ~3 ns が得られた。このパルスはサブパルス構造を有しており(図9)、光強度はエネルギーをパルス幅で割った値とは大きく異なり、約 7.5 kW と図9. サブパルス構造を有した時間波形 見積もられた。このパルス幅は今までに報告されているQスイッチTmファイバーレーザーと比べて一桁小さな値となっている。パルス幅の繰り返し周波数依存性を見てみると、繰り返し周波数2 kHzから急激な短パルス化が進んでいることがわかる。またこのときのスペクトルを調べると、ピーク光強度の増加とともに広帯域光発生が起こっていることが分かった(図10)。これと類似の報告が1µm帯Ybレーザーでされており4)、共振器中での後方ブリルアン散乱による非線形フィードバックが発生することによって短パルス化が進んだと推定される。先行研究と異なる点として、本研究では波長は2 µm帯であり、特殊は非線形ファイバーを利用せず、AOMによって繰り返し周波数を制御した状態で短パルス化を果たしている。現状の問題点として急激な短パルス化の後にピーク強度、パルス幅の揺らぎが非常に大きくなることがあげられる。これは利得が非線形光学効果の発生する閾値付近となってしまっていることが原因と考えられ、励起出力増加させることにより安定化が可能と考えられる。現在ファイバー端面の破壊により励起高強度が制限されているが、出力鏡としてFiber Bragg Gratingを採用し、端面にはエンドキャップ処理を施すことによって解決可能と考えられる。また現在回折格子によって波長を制御し、サブパルス構造の少ない短パルス発振や波長可変特性も得られているが、論文化を進めているため本稿ではその詳細は省略させていただく。本レーザーのピーク光強度はポリマー材料のレーザー加工や高非線形光ファイバーを利用した超広帯域光発生に用いるのに十分な値と考えられる。 4．加工実験 現在開発したナノ秒レーザーを光源としたその場観察可能な加工システムを構築中である(図11)。加工集光径は約100 μmとしており、最大輝度は~1MW/cm2, フルーエンス~10 mJ/cm2が見込まれ、加工用のポリマー材やシリコン材を準備している。 図11. 製作中のその場観測可能な加工系 波長2 µm帯ナノ秒/フェムト秒光パルスを用いたレーザー加工を行うため、高エネルギー発振器を開発した。フェムト秒領域では~100fs ～1nJ出力を達成し、現在これを100 nJまで向上させることを進めている。ナノ秒領域では100 µJ 以上のパルスエネルギーとパルス幅～3 nsを達成した。現在これらの光源を使用したレーザー加工を行うため、その場観察可能な加工光学系を製作中である。 本研究は公益財団法人天田財団の一般研究開発助成のご支援を受けて実施しました。ここに謝意を表します。 像転送用レンズLED照明加工材バンドパスフィルターCCDパルス光源10010-110-218001900Wavelength (nm)1) S. Karsten, S. Lamrini, P. Koopmann, and P. Fuhrberg. InTechOpen. InTech, 01 Feb. 2010. Web. 2) T. Ehrenreich et al.,SPIE Photonics West 2010 7580, Session 16:Late-Breaking News January, (2010) Express, 27 19530-19535 (2019) 3) M. Tokurakawa, H. Sagara, and H. Tünnermann, Opt 4) S. V. Chernikov, Y. Zhu, J. R. Taylor, and V. P. Gapontsev, Opt. Lett. 22, 298-300 (1997) − 340 −
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