フォトニック結晶レーザの短パルス・高ピーク出力化

光子晶体激光器的短脉冲、高峰值输出

基本信息

批准号：
19J20134
负责人：
森田遼平
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J20134/
关键词：
フォトニック結晶フォトニック結晶レーザー半導体レーザー短パルスレーザー Qスイッチング短パルスレーザ半導体レーザフォトニック結晶レーザ可飽和吸収効果

フォトニック結晶フォトニック結晶レーザー半導体レーザー短パルスレーザー Qスイッチング短パルスレーザ半導体レーザフォトニック結晶レーザ可飽和吸収効果

项目摘要

２次元フォトニック結晶のバンド端における共振効果をレーザー共振器として用いたフォトニック結晶レーザーは、半導体レーザーの小型・高効率な特長をそのままに、高い出力と高いビーム品質の両立を実現できる面発光型半導体レーザーである。このレーザーの出力を時間幅ピコ秒オーダーの短時間に集約して出射する短パルス・高ピーク出力動作が可能となれば、半導体レーザー素子単体で、長距離の測定が可能な光測距や、金属材料などのレーザー微細加工など多岐にわたる技術へ応用が可能となり、装置の大幅な単純化や小型化に貢献できると期待される。本研究では、フォトニック結晶レーザーにおいて、上記応用を見据え、パルス幅数十ピコ秒、ピーク出力100Ｗ級の短パルス・高ピーク出力動作の実現を目的とした。昨年度は、フォトニック結晶の格子点構造、および、２次元可飽和吸収領域分布について検討し、ピーク出力70Ｗの高ピーク出力・短パルス動作を実現した。本年度は、更なるピーク出力向上を目指し、デバイス構造の最適化を進めた。その際に、フォトニック結晶共振器内のバンド端周波数の分布によって、過渡応答特性が大きく変化することを見出し、その安定化のために、大域的なバンド端周波数分布を導入したフォトニック結晶共振器構造を提案した。さらに、この構造によって、共振器損失が短パルス発振時に減少することでQスイッチング効果が増強され、ピーク出力が向上することを明らかとした。そして、具体的な構造設計を行い、素子の作製を行ったところ、ビーム拡がり角0.15度程度の高ビーム品質、かつ、パルス幅30ピコ秒程度・ピーク出力200Ｗ級の短パルス・高ピーク出力動作の実証に成功した。半導体レーザー素子単体で得られるピーク出力としては、先行研究の十倍以上の大きな値であり、当初の目標を大幅に超える値を達成した。

使用二维光子晶体作为激光谐振的光子晶体激光器是一种表面发射的半导体激光器，可以达到高输出和远光灯质量，同时仍然保留半导体激光器的小型且高效的特征。如果可以执行短脉冲和高峰值输出操作，这可以在短时间内巩固该激光器的输出并发出它，则可以将其应用于广泛的技术，例如光度测量，这些测量可以使用半元素单独使用的半径元素来测量长距离距离，并构成了庞大的微型化合物，从而贡献了庞大的工具，并贡献了一定的工具，并贡献了构成巨大的工具。在这项研究中，以实现短脉冲和高峰值输出操作，其脉冲宽度为几十秒钟，峰值输出为100W类，其目的是上述应用。去年，我们检查了光子晶体的晶格点结构以及二维可饱和吸收区的分布，以70W的峰值输出达到高峰值输出和短脉冲操作。今年，我们一直在努力优化设备结构，以进一步提高峰值功率。目前，我们发现瞬态响应特性由于光子晶体谐振器内的带端频率的分布而发生了巨大变化，并且为了稳定，我们提出了一个光子晶体谐振器结构，其中引入了全局带端频率分布。此外，已经揭示了该结构在短脉冲振荡期间减少了谐振器损耗，从而增强了Q开关效果并改善了峰值输出。在进行混凝土结构设计并制造设备后，成功证明远光质量的远光质量约为0.15度，短脉冲和高峰值输出操作，脉冲宽度约为30 picseconds且峰值输出为200W。仅半导体激光器设备获得的峰值输出比以前的研究大十倍以上，该值实现了显着超过原始目标的值。