超短パルスレーザ発振器で350W平均パワー

November, 21, 2019, Zurich--記録的に高い平均出力350Wサブピコ秒薄型ディスクレーザ発振器の実証でETH-ZurichのUrsula Kellerのグループは､新たなベンチマークを設定し､さらなる強力なレーザへ挑戦する｡
　超高速レーザ光源は､高強度場アト秒時間分解能実験から､材料のマイクロメートル精密加工まで､拡大が続く基礎科学研究や産業アプリケーションの中心にある｡さらに限界に挑むために､繰り返しレート数100MHz､平均出力数100Wが必要とされている｡そのようなハイパワーレーザの実現に､特別に注目される方式は､多段増幅システムに依存するのではなく､レーサ発振器からの出力拡大により直接生み出すことである｡多段増幅システムアプローチは､非常に複雑である､それに対してレーザ発振器から直接出力を生み出すアプローチはロバストであり､潜在的にコスト効果が優れたデバイスになる｡Optics Expressに発表された論文によると､量子エレクトロニクス研究所(Institute of Quantum Electronics)､Ursula Kellerグループは今回､｢出力拡大｣アプローチを新たな水準に押し上げた｡研究グループは､簡素な共振器と高繰り返しレートをこのタイプのレーザで記録的に高い平均パワーを統合する光源として発表している｡
　ETHチームは､いわゆる薄型ディスクレーザ発振器に取り組んでいる｡ここでは利得媒体､発振につながる量子プロセスが起こる材料が､ディスク形状になっており､一般に数100µm厚である｡この形状は､比較的大きな表面積となり､冷却に役立つ｡しかし､熱効果は､大きなボトルネックのまま残っていた｡2012年以来､記録的な出力は275Wで止まっていた｡
　これまで､Kellerグループが開発した薄型ディスクレーザ技術におけるいくつかの進歩をまとめて､Ph.D学生､Francesco Saltarelli､シニア研究者､Christopher Phillipsらは､思い切った措置をとり､平均パワー350Wを実現した｡わずか940fsのパルス幅､39mJのエネルギー､繰り返しレート8.88-MHz｡科学と産業の両方に直近のアプリケーションがある｡
　この研究の重要な点は､弊害がある熱効果を加えることなく､利得媒体を通したポンプビームの複数パスを可能にする方法を見いだし､したがって関連するコンポーネントへの応力を減らしたことである｡熱による影響を制御できることで､275-Wレベルを確実に超え､新たなベンチマークを刻む道が開かれた｡ここで開発したアプローチは､さらに可能性があり､500Wを超える出力が現実的であるように見える｡さらなる改善で､キロワットレベルが見えてくるかも知れないと研究チームは考えている｡