高強度レーザーによる量子干渉効果を利用した非反転分布希ガス真空紫外レーザー

利用高强度激光量子干涉效应的非倒布居稀有气体真空紫外激光器

基本信息

批准号：
11750045
负责人：
窪寺昌一
金额：
$ 1.41万
依托单位：
University of Miyazaki
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、小型放電励起装置を用いて希ガス原子(Kr)を励起し、レーザー発振を実現することに世界で初めて成功した。放電プラズマの制御と光共振器の品質向上が小型の放電励起装置ではこれまで報告がなかった真空紫外レーザーを実現した大きな要因であると考えている。量子干渉効果を利用するための希ガスに放電エネルギーを加えて希ガスの励起状態を生成した。昨年までの研究ではパルス無声放電励起方式を用いていたが、電流密度、入力パワー密度を桁違いに増加させるためにはこの方法では限界があることがわかった。そこで従来放電レーザーに用いられている紫外光予備電離を用いる容量移行型放電方式に変更した。この放電励起方式では無声放電の場合と大きく異なり、高気圧(10気圧程度)の希ガスで安定なグロー放電を実現することは非常に困難であった。しかしながら、放電励起回路の最適化、放電電極形状の最適化、さらにはガス中の不純物を抑制するための真空排気技術の向上により、クリプトン10気圧まで安定なグロー放電を達成することに成功した。このときの入力電力は20MW/cc程度であり、レーザー発振がすでに実現している電子ビーム励起方式のそれと比べて同程度の値を達成することができた。ここまでの研究結果をもとに放電励起装置に光共振器を構成した。予想される発振波長148nm付近で反射率が85%という国内で得られる最も品質の高い共振器鏡を用いて、真空紫外光の発光スペクトルを測定したところ、自然放出光のスペクトル幅が13nm程度あったものが、レーザー発振に伴いスペクトル幅は測定器の検出限界の0.4nmまで狭帯域化された。このことで世界で初めての放電励起希ガスエキシマレーザーの実現が裏付けられた。また出力エネルギーは0.15mJであり、小信号利得係数は1.1%/cmと見積もられた。

在这项研究中，我们在世界上首次成功地利用小型放电激发装置激发稀有气体原子（Kr）并实现激光振荡。我们认为控制放电等离子体和提高光学谐振腔的质量是实现真空紫外激光器的主要因素，这在小型放电激发装置中尚未见报道。通过向稀有气体施加放电能量以利用量子干涉效应来产生稀有气体的激发态。直到去年的研究都使用了脉冲无声放电激励方法，但发现该方法在将电流密度和输入功率密度提高一个数量级方面存在局限性。因此，我们改为使用传统放电激光器中使用的紫外光预电离的电容转移型放电方法。这种放电激发方式与无声放电有显着不同，在高压（约10个大气压）下用稀有气体实现稳定的辉光放电极其困难。然而，通过优化放电激励电路、优化放电电极形状以及改进真空排气技术以抑制气体中的杂质，我们成功地实现了低至10个大气压的氪的稳定辉光放电。此时的输入功率约为20MW/cc，与已经实现激光振荡的电子束激发方式相当。基于迄今为止的研究成果，在放电激励装置中构建了光学谐振器。当我们使用日本最高质量的谐振镜测量真空紫外光的发射光谱时，该反射镜在预期振荡波长 148 nm 附近的反射率为 85%，我们发现自发发射光的光谱宽度约为 13然而，随着激光振荡，光谱宽度缩小至0.4 nm，这是测量仪器的检测极限。这证实了世界上第一台放电激发稀有气体准分子激光器的实现。输出能量为0.15mJ，小信号增益系数估计为1.1%/cm。