TUT､ランダムレーザを利用してローコストレーザを開発

October, 22, 2018, Tampere--国際研究チームは､安価なレーザ光源に道を開く新しいランダムレーザ設計を実証した｡研究チームは､世界で初めて､外部電圧を印可することでレーザの出力ビームの方向を制御することができた｡タンペレ工科大学(TUT)が調整役となったプロジェクトの結果は､Nature Communicationsに発表された｡
　従来のレーザは､利得媒体と光学キャビティで構成されている｡利得媒体は､自然発生的に光を放出し､さらにそれを誘導放出で増幅する｡最も単純なキャビティには､一般に対向する2つのミラーがあり､利得媒体を封入している｡それにより､放出光は強制的に、ミラーの間で前後に往復させられる｡利得媒体を通じたそのようなフィードバックは､キャビティの共振周波数で自続発振となる｡その一部がレーザ出力ビームとして抽出される｡そのような設計は極めて有用で多様性があるが､コンポーネントの精密アライメントが必要になる､作製が比較的高価になる｡
　ランダムレーザは､利得と散乱センタを持つランダム媒体で構成されており､多くのランダムパスに沿って循環散乱光が、キャビティレスレーザ発振をサポートする十分なフィードバックを供給する。とは言え、不規則な特性のために、ランダムレーザの光放出が不特定方向になりがちで、ビームプロファイルがスパイキーな横方向になる｡出力がそのように低品質であるため､ランダムレーザの利用は､所望の場所に光を供給できなければならない多くの重要アプリケーションでは制限されている｡
　フィンランド､タンペレ工科大学､イタリアの”Roma Tre”大学､サザンプトン大学(UK)､ケース・ウェスタン・リザーブ大学(米国)の研究チームは､ランダムレーザの新しい設計を実証した｡この設計では､光誘導ソリトン導波路が発振特性を改善しレーザ出力を､良好なプロファイルで､特定の方向にガイドする｡そのようなレーザは､トランジスタのような挙動を示す｡これは､ソリトンがシステムを動作させる､最も注目すべきは､外部電圧によって光発振の方向がコントロールできるからである｡
　ランダムレーザの制約を克服するために研究チームは、ネマティック液晶オールオプティカル導波路とランダムレーザ発振とを組み合わせた｡液晶は､利得を得るために色素分子をドープしており､2つの異なる役割を果たす｡弱い非共振連続波レーザビームに対する非線形的な応答に依存することで､ネマティコンとして知られる光誘起ソリトン導波路が誘起される｡色素分子が､それに共鳴するパルスレーザで励起されると､散乱特性は､ランダムレーザ発振に十分なフィードバックとなる｡研究チームは､そのようなネマティコンアシストランダムレーザが一般的な特性を持つことを実証した､レーザ発振のための励起エネルギー閾値､自然放出バックグラウンドから出る狭いスペクトルピークである｡さらに､ソリトン導波路は生成された光を集め､それを滑らかな空間構造で出力に導く｡
　｢こうした基本的な特性以外に新種のランダムレーザには、従来のレーザに対するいくつかの利点がある｡例えば､近赤外ネマティコンはレーザ発振の閾値を下げることがわかった｡言い換えると､ソリトンをON/OFFすることでシステムを発振させ､トランジスタのような動作をさせられる｡ここでは､弱い信号(ネマティコン)が強い信号(レーザ出力)を制御する｣と実験責任者､Sreekanth Perumbilavil, PhD学生は説明している｡
　｢利得媒体そのものに働きかけることで､外部電圧でネマティコンを制御し､レーザ放出の出力方向を操作することができた｡これは､電圧でルーティングする初のランダムレーザである｣とGaetano Assanto客員教授はコメントしている｡
(詳細は､http://www.tut.fi/en/)