中赤外光パラメトリック発振器から記録的な8W出力を達成

October, 23, 2024, Washington--ISLの研究チームは、2.06µmで励起された高出力の中赤外線 (中赤外) カドミウム シリコン ジリン (CSP) 光パラメトリック発振器 (OPO) から、前例のない合計出力電力が 8W を超えることを実証した。また、CSP結晶は、2µmから中IR帯域への周波数ダウンコンバージョンにおいて、一般的に使用されるリン化ゲルマニウムゲルマニウム(ZGP)よりも優れていることも示した。この高出力の中赤外出力は、赤外線分光法、レーザ手術、リモートセンシング、防衛通信に役立つ可能性がある。

フランス・セントルイス研究所(ISL)のMarcin Piotrowskiが主導するこの研究は、2024年10月20～24日まで大阪で開催されるOptica Laser Congress and Exhibitionで発表される。

「防衛分野では、このスペクトル帯域でのレーザ出力スケーリングは、赤外線対抗手段にとって重要である。これは、赤外線探知ミサイルの脅威の増大から航空機やその他のプラットフォームを保護する。レーザビームは大気中を長距離移動する必要があるため、優れたビーム品質で高出力を提供できる効率的な光源が重要になる」とPiotrowskiは話している。

CSP結晶は、OPOの周波数変換においてZGPの有望な代替品として浮上している。しかし、1µmを大幅に超えるポンプ波長でのパラメトリック変換のためのCSPを検討した研究はほとんどない。

新しい研究では、研究チームは、2つのフラットミラーで形成されたOPO共振器内の直径1mmのスポットにポンプレーザを集束させた。CSPサンプルの長さは9mm、アパチャ4×4㎜^2。また、比較のために同サイズのZGPサンプルを使用した。

2つの材料の変換しきい値は著しく異なるが、CSPは高いポンプ出力に対してより優れた変換効率を示した。ZGPの吸収特性により、熱影響がより大きくなる。また、CSPは熱負荷が低く、ビームの劣化が少ないのに対し、ZGPは残留吸収が高いため、高出力でのビーム品質の低下を示すことも発見した。

これらの初期の実験結果は、CSP結晶が2µmから中赤外範囲への周波数ダウンコンバージョンで広く使用されているZGPを上回る可能性があることを示唆している。

「われわれは、中赤外域でのOPO発光のためのCSPなどの非線形結晶の研究を継続することを楽しみにしている」(Piotrowski)。「特に、CSP材料の品質と成熟度が許す限り、われわれの研究グループで積極的に研究されている技術、つまりFIREキャビティなどのモノリシック非平面空洞と組み合わせる。これは、良好なビーム品質を維持しながらパワースケーリングに特に適している。さらに、コンパクトで堅牢な2µmファイバレーザが、これらのOPOキャビティの将来のポンプ源として計画されている。」