図2に、各励起パルス幅（デューティ比はいずれも2%）におけるレーザ入出力特性と時間波形を示す。パルス幅が キーワード：中赤外レーザ，ファイバレーザ，レーザ精密加工 図2 Er:Lu2O3レーザの入出力特性 固体レーザ技術の進展により、小型・高効率かつ信頼性の高い高出力レーザ光源が産業・医療・科学などの分野で実用に供されるようになった。レーザ光源への要求は益々高度化・多様化しており、高出力化、短パルス化、高効率化、新波長帯開発など、様々な研究開発が行われている。本研究では挑戦的な課題の一つである中赤外域における長波長帯レーザ開発に注目した。長波長レーザの実用化が難しい背景として、適切な固体レーザ媒質がないこと、石英等の一般的な光学ガラスの赤外吸収端を超える波長であることが挙げられる。しかし、中赤外レーザ産業界からの中赤外レーザのニーズは大きく、有用性が認識されている。例えば、可視～近赤外波長域の光を吸収しないガラスや樹脂などの透明材料の加工に、波長2.5～5 μm中赤外レーザ有用であると考えられている。 本研究では、中赤外レーザ光を直接発生でき、将来的に更なる高出力化が可能な新規固体レーザ技術の確立を目指し、Er:Lu2O3レーザおよびFe:ZnSeレーザの基礎研究を行った。 ２．Er:Lu2O3レーザ 2・1 概要 中赤外域の高ピーク出力パルスレーザを実現するため、2.8 μm帯で利得が得られるEr添加固体材料をレーザ媒質として用いる。Er添加固体レーザ材料の候補として、Er添加フッ化物ガラス1)とEr添加セスキ酸化物結晶2)が挙げられる。フッ化物ガラスは、近紫外から中赤外域にまたがる幅広い透過波長域を有し、希土類イオン添加時の発光効率が優れているため、レーザホスト材料として高い潜在能力を秘めている。しかし、耐湿性、耐熱性、機械強度が著しく低いため実用性に乏しい。そこで本研究ではEr添加セスキ酸化物結晶に着目した。Er添加セスキ酸化物結晶は、比較的低いフォノンエネルギーを有するため、2.8 μm帯での発光効率が高い。また、高い熱伝導率を有するため、高平均出力動作が期待できる。ここでは、Er添加Lu2O3セラミックスを用いた高出力連続波レーザ3)ならびにQスイッチパルスレーザ4)の実験結果を報告する。 2・2 実験装置 実験装置の概略図を図1に示す。11 at.%-Er添加Lu2O3透明セラミック結晶（長さ8 mm）を2枚の平面ミラーを用いた長さ約12 mmの共振器内に導入し、中心波長976 nmの半導体レーザを結晶中に集光することで励起した。１．研究の目的と背景 大阪大学 レーザ科学研究所 （平成29年度 一般研究開発助成 AF-2017232） 講師 時田 茂樹 出力ミラーは波長2.9 μmで反射率97.5%のものを用い、2.5～3.1 μmのみを透過するバンドパスフィルターを通った後、出力パワーと時間波形をそれぞれパワーメーターとInAs検出器で測定した。発振特性についてより詳細に検討するため、分光器を用いて時間分解スペクトルを測定した。 2・3 実験結果 長くなるに従って、発振効率が高く、閾値が低くなっている。励起パルス幅20 msにおいて、15%のスロープ効率と約2 Wの閾値を有し、約10 W励起で1.2Wのピーク出力を達成した。また、時間波形を見ると、いずれのパルス幅においても、1ms以内の立上がり時間で発振し、約2.5 msまでにかけて出力に顕著な揺らぎが確認された。図3に、10 msパルス励起における時間分解スペクトルを示す。励起パワーは図2中の時間波形と同じ7 Wである。波形に図１ Er:Lu2O3レーザの概略図 − 385 −透明材料加工のための高出力中赤外レーザの開発
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