豊橋技科大ら,集積可能なQスイッチレーザーを開発

豊橋技術科学大学,自然科学研究機構分子科学研究所,米アイオワ州立大学の研究者らのグループは,共同で磁場と光の相互作用である磁気光学効果を発現する膜を用いた,集積化可能なQスイッチレーザーの開発に世界で初めて成功した(ニュースリリース)。

高出力,高繰り返し,高安定な小型レーザーは,日々の製造プロセスを,よりシンプルで,低コスト,スピーディーなものに変えうると期待されている。その応用はレーザー加工にとどまらず,自動車エンジンの点火プラグや,宇宙開発用スラスターシステムでの利用など多岐に渡る。

しかし,これまで,レーザーが出るタイミングや,繰り返し回数などが,制御可能で集積化可能な固体レーザー向けのQスイッチ素子は無く,開発が切望されていた。

制御可能なQスイッチ素子は,電気光学素子や音響光学素子が広く知られていたが,光学素子の付属が必要であったり,分厚い結晶を用いる必要があったりと,原理的にmm以下の小型化が不可能だった。更にどちらも複雑かつ大型の制御電源が必須であった。

研究グループは,迷路状の磁気ドメインをもつ厚さ190㎛の透明磁性材料を用いて,初めて,膜のQスイッチの開発に成功した。磁気ドメインとは,磁石のN極とS極が膜の面の中に,ランダムに点在することによって生じるもので,磁気のまだら模様と言い表すことができる。

実験では,高速磁気パルスを透明磁石材料に印加し,パルス幅45ナノ秒,ピーク値約20ワットの,Qスイッチレーザーの取得に成功した。これは世界で初めての,集積化可能な磁石材料を使った初めてのQスイッチレーザーの結果報告となるものだという。

さらに,磁性体の強みを活かし,小型永久磁石を透明磁石材料の近くに設置することで,レーザーパルス発生に必要な電流を,7分の1にまで低減できることを実験によって示し,チップに収まる程度の小型の制御回路で,同機能が実現できることも示した。

この成果は,小型高出力レーザーの発展に大きく寄与することが期待されるものだとしている。

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