研究者らが初の可視波長フェムト秒ファイバーレーザーを実証

2023 年 7 月 6 日

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研究者たちは、電磁スペクトルの可視範囲でフェムト秒パルスを生成できる最初のファイバーレーザーを開発しました。 超短の明るい可視波長パルスを生成するファイバーレーザーは、材料加工などの他の分野だけでなく、さまざまな生物医学用途にも役立つ可能性があります。

可視フェムト秒パルスは通常、複雑で本質的に非効率なセットアップを使用して取得されます。 ファイバーレーザーは、堅牢性/信頼性、設置面積の小ささ、効率、低コスト、高輝度により非常に有望な代替手段ですが、フェムト秒（10～15秒）の持続時間を持つ可視パルスを生成することはこれまで不可能でした。 ）そのようなレーザーで直接範囲を設定します。

「可視スペクトルで動作するフェムト秒ファイバーレーザーの実証は、信頼性が高く効率的でコンパクトな新しいクラスの超高速レーザーへの道を切り開くものです」とカナダのラヴァル大学の研究チームリーダー、レアル・ヴァレ氏は述べた。

研究者らは Optics Letters で、ランタニドをドープしたフッ化物ファイバーをベースにした新しいレーザーについて説明しています。 635 nm で赤色光を放射するこのレーザーは、持続時間 168 fs、ピーク出力 0.73 kW、繰り返し率 137 MHz の圧縮パルスを実現します。 市販の青色レーザー ダイオードをエネルギーの光源またはポンプ ソースとして使用することにより、全体の設計が堅牢でコンパクトでコスト効率が高くなります。

「近い将来、より高いエネルギーと出力が達成できれば、多くの用途がこのタイプのレーザーから恩恵を受ける可能性がある」と、このプロジェクトに携わった博士課程の学生、マリー・ピア・ロード氏は語った。 「潜在的な用途には、生体組織の高精度、高品質のアブレーションや二光子励起顕微鏡が含まれます。フェムト秒レーザーパルスは、材料加工中のコールドアブレーションも可能にし、このプロセスは（長いパルスよりも）はるかにきれいなカットを行うことができます。熱効果は生じません。」

ファイバーレーザーでは、希土類元素がドープされた光ファイバーがレーザー発振媒体として機能します。 ファイバーレーザーは最もシンプルで堅牢かつ信頼性の高い高輝度レーザーシステムの一つですが、シリカファイバーの使用により近赤外スペクトル領域に限定される傾向があります。 Vallée のグループは、シリカの代わりにフッ化物から作られたファイバーを使用して、これらのレーザー源のスペクトル範囲を拡大することに取り組んできました。

「以前は中赤外ファイバーレーザーの開発に注力していましたが、最近では可視ファイバーレーザーにも関心が集まっています」とロード氏は語った。 「このようなレーザーにはコンパクトで効率的なポンプ光源がなかったため、長い間その開発が妨げられてきましたが、最近の青色スペクトルで動作する半導体ベースのレーザー光源の出現により、効率的な可視ファイバーレーザーの開発に重要な技術が提供されました。」

可視波長を連続的に放射するファイバーレーザーを実証した後、研究者らはその進歩を超高速パルス光源にも拡張したいと考えました。 フッ化物ファイバーの製造プロセスの改良のおかげで、効率的な可視ファイバーレーザーの開発に不可欠な特性を備えたランタニドドープファイバーを得ることが可能になりました。

Vallée のチームが開発した新しいパルス ファイバー レーザーは、ランタニドをドープしたフッ化物ファイバーと市販の青色ダイオード ポンプ レーザーを組み合わせたものです。 パルス出力を生成して維持するために、研究者らはファイバー内の光の偏光を注意深く管理する方法を見つけ出す必要もありました。