フェムト秒ファイバレーザ誘起マイクロプラズマの研究

飞秒光纤激光诱导微等离子体研究

基本信息

批准号：
16040213
负责人：
水波徹
金额：
$ 3.39万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

レーザ誘起プラズマは、微小な領域のみにプラズマを生成できることから、マイクロプラズマの研究に最適と考えられる。特にフェムト秒光パルスを発生するレーザは、高いピークパワーを持っており、レンズで集光すると高い強度の光が微小領域で得られる。従来フェムト秒光パルス光源としてはチタンサファイヤレーザが用いられてきた。しかし励起にアルゴンレーザや高出力の半導体レーザを必要とし大型で高価である。一方、光通信技術の発展に伴い、エルビウムドープファイバ増幅器が開発され、光通信用中継増幅器として盛んに用いられている。エルビウムドープファイバは数十nmの広い増幅波長帯域を持つため、超短パルスの発振器としても適しており、エルビウムドープファイバレーザに受動モード同期を行うと、100フェムト秒(fs)前後の超短パルスの発振をさせることができる。本研究では、エルビウムドープ光ファイバレーザで発生した超短パルス光を変調器により切り出して増幅し、高出力のフェムト秒光パルスを得、これを固体などに照射してマイクロプラズマを生成する。今年度はフェムト秒ファイバレーザシステムの改善を行い、マイクロプラズマ発生を実証することができた。受動モード同期8の字型Erドープファイバレーザにより発生させたフェムト秒光パルスの時間幅は昨年度の127fsから115fsに短縮された。また光変調器の偏光特性を解明し、効率の良い変調法を明らかにした。光変調器により切り出された超短光パルスの増幅をエルビウムドープ光ファイバ増幅器で行った。その出力をアモルファス炭素薄膜に照射し、直径10-15μmのマイクロプラズマの発生が得られた。今後の課題としてマイクロプラズマのより安定な発生、発光分光法などによる測定や、アブレーション過程の観察、フェムト秒パルスの非線形光学効果の検討などが挙げられる。

激光诱导等离子体被认为是微等离子体研究的理想选择，因为它只能在很小的区域内产生等离子体。特别是产生飞秒光脉冲的激光器具有很高的峰值功率，当用透镜聚焦时，可以在微小区域获得高强度的光。以往，作为飞秒光脉冲光源，使用钛蓝宝石激光器。但其需要氩激光器或高功率半导体激光器进行激发，且体积大、价格昂贵。另一方面，随着光通信技术的发展，掺铒光纤放大器得到了发展，并广泛用作光通信的中继放大器。由于掺铒光纤具有数十纳米的宽放大波长带，因此适合作为超短脉冲的振荡器，当被动锁模应用于掺铒光纤激光器时，可产生约100飞秒（fs）的超短脉冲。可以产生振荡。在这项研究中，使用调制器切割掺铒光纤激光器产生的超短脉冲并放大以获得高功率飞秒光脉冲，然后将其照射到固体物体上以产生微等离子体。今年，我们改进了飞秒光纤激光系统，并能够演示微等离子体的产生。被动锁模8字型掺铒光纤激光器产生的飞秒光脉冲时间宽度由去年的127fs缩短至115fs。我们还阐明了光调制器的偏振特性，并揭示了一种有效的调制方法。使用掺铒光纤放大器对光调制器切出的超短光脉冲进行放大。当输出照射到无定形碳薄膜上时，产生直径为10-15μm的微等离子体。未来的挑战包括更稳定地产生微等离子体、使用发射光谱进行测量、观察烧蚀过程以及研究飞秒脉冲的非线性光学效应。