Tm添加媒質を用いた波長2μm帯超短パルスレーザーの開発

采用Tm掺杂介质的2μm波长超短脉冲激光器的研制

基本信息

批准号：
21J11719
负责人：
鈴木杏奈
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、波長2 μm帯Tmレーザーの従来の限界を超えた短パルス化を目指し、広帯域な利得スペクトルをもつ新規Tm添加混晶sesquioxide結晶の開発とその結晶を用いたレーザー特性評価を行った。ドイツLeibniz-Institute for crystal growthに滞在し、チョクラルスキー法によるTm添加YScO3結晶の育成を行い、長さ5 cm、直径2 cm程のレーザー結晶の育成に成功した。育成した結晶の吸収・蛍光スペクトル、蛍光寿命の温度依存性を測定し、不均一広がりによる広帯域かつ平坦な吸収・誘導放出断面積スペクトルを確認した。その後、育成したサンプルを用いて0.8 μm帯レーザーダイオード励起による連続発振レーザー実験を行い、中心波長2.1 μmでのレーザー発振に成功した。本材料を用いたレーザーの報告はこれが初めてであり、かつ得られた最大スロープ効率51%は現在主流となっているTm添加混晶sesquioxideセラミックのレーザーよりも高い効率が得られた。次に、日本において本結晶を用いてモード同期による超短パルス発振を試みた。ソフトアパーチャーカーレンズモード同期により、平均出力126 mWにおいて7光サイクル（49 fs）の超短パルス発振に成功した。これは現在までに報告されているTm添加混晶sesquioxideを用いたモード同期レーザーの中で最短パルス幅となる。本成果は学術論文および国内・国際学会にて発表した。

在这项研究中，我们开发了一种具有宽带增益谱的新型掺铥混合倍半氧化物晶体，并使用该晶体评估了激光特性，旨在将2μm波段的铥激光器脉冲缩短到超出常规极限。在德国莱布尼茨晶体生长研究所期间，他采用直拉法生长掺铥钇氧化钇晶体，并成功生长出长度为5厘米、直径为2厘米的激光晶体。测量了生长晶体的吸收和荧光光谱以及荧光寿命的温度依赖性，并确认了由于不均匀分布而产生的宽带且平坦的吸收和受激发射截面积光谱。随后，我们利用0.8μm波段激光二极管激发生长的样品进行了连续波激光实验，并成功实现了中心波长为2.1μm的激光振荡。这是使用该材料的激光器的首次报道，获得的最大斜率效率为51%，高于目前主流的掺铥混晶三氧化物陶瓷激光器。接下来，我们在日本尝试使用该晶体通过锁模进行超短脉冲振荡。使用软孔径克尔透镜锁模，我们成功振荡了 7 个光周期 (49 fs) 的超短脉冲，平均输出为 126 mW。这是迄今为止报道的使用 Tm 掺杂混合晶体三氧化物的锁模激光器中最短的脉冲宽度。这些成果在学术论文以及国内和国际会议上发表。

项目成果

期刊论文数量（35）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Growth, spectroscopy, and laser operation of Tm3+:YScO3 mixed sesquioxide crystal

Tm3 :YScO3 混合三氧化物晶体的生长、光谱和激光操作

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Anna Suzuki;Sascha Kalusniak;Hiroki Tanaka;Mario Bruetzam;Steffen Ganshow;Masaki Tokurakawa;Christian Kraenkel
通讯作者：
Christian Kraenkel

Sub-9 Optical-cycle Kerr-lens Mode-locked Combined Gain Media Laser Based on Tm-doped Sesquioxide

基于Tm掺杂倍半氧化物的Sub-9光周期克尔透镜锁模组合增益介质激光器

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Anna Suzuki; Christian Kraenkel; Masaki Tokurakawa
通讯作者：
Masaki Tokurakawa

Laser Operation of Czochralski-grown Tm3+-doped Mixed Sesquioxides at 2.1 μm

2.1 μm 直拉法生长的 Tm3+ 掺杂混合倍半氧化物的激光操作

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Anna Suzuki;Sascha Kalusniak;Hiroki Tanaka;Steffen Ganshow;Masaki Tokurakawa;Christian Kraenkel
通讯作者：
Christian Kraenkel

Spectroscopy and continuous wave laser operation of Tm3+-doped YScO3 mixed sesquioxide crystal

Tm3 掺杂 YScO3 混合倍半氧化物晶体的光谱学和连续波激光操作

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Anna Suzuki;Sascha Kalusniak;Hiroki Tanaka;Mario Bruetzam;Steffen Ganshow;Masaki Tokurakawa;Christian Kraenkel
通讯作者：
Christian Kraenkel

Tm 添加YScO3 結晶の分光及びレーザー特性

Tm掺杂YScO3晶体的光谱和激光特性