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超短パルスレーザーの分散とは？課題と対策・製品を解説
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光学設計・開発における超短パルスレーザーの分散とは？
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・外部トリガーオプションあり。
・ユーザーフレンドリーなソフト標準装備。
レーザー波面センサー HASO4 FIRST
【特長】
・世界で初めて製品化されたモードロックチタンサファイアレーザー
・広波長帯域700～1080nmを実現
・独自の再生モードロッキング技術により広波長帯域700～1080nmのみならず、パルス幅30fs以下から60ps以上での安定動作が可能
・励起レーザーにモデルMillennia eV (LD励起固体レーザー) を使用した全固体超短パルスレーザーシステム
超短パルスチタンサファイア発振器 Tsunamiシリーズ
共振器内蔵型OPOシステム
【特徴】
■半導体レーザー励起Nd:YLFレーザーに、OPO結晶を非線形出力ミラーとして利用
■高出力発振が可能
励起レーザー一体型Ti:Sapphireレーザーシステム
【特徴】
■励起レーザーとTi:Sapphireレーザーを一体化
■高出力・高繰り返しで広帯域な領域が発振可能
一体型チューナブルレーザー：OPO / チ タンサファイアレーザー
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光学設計・開発における超短パルスレーザーの分散
光学設計・開発における超短パルスレーザーの分散とは？
超短パルスレーザーは、極めて短い時間幅（フェムト秒～ピコ秒オーダー）のレーザーパルスを指します。このパルス光は、その高いピークパワーと時間分解能から、微細加工、計測、非線形光学など、幅広い分野で革新的な応用を可能にします。光学設計・開発における「分散」とは、光が媒質中を伝播する際に、波長によって伝播速度が異なる現象を指します。超短パルスレーザーにおいては、この分散がパルス幅の広がりを引き起こし、本来の性能を損なう主要因となります。そのため、光学設計段階での分散制御は、超短パルスレーザーシステムの性能を最大限に引き出す上で極めて重要です。
課題
パルス幅の広がりによる時間分解能の低下
光学系を通過する際に生じる分散により、レーザーパルスの各波長成分の到達時間がずれ、パルス幅が広がる。これにより、精密な時間計測や高速現象の観測が困難になる。
非線形効果の制御困難化
分散によるパルス幅の広がりは、レーザー光のピークパワーを低下させる。これにより、材料加工や光通信で利用される非線形光学効果の発生や制御が難しくなる。
設計自由度の制限と最適化の複雑化
分散特性を考慮した光学設計は、使用するレンズやミラーの材質、形状、配置などに制約が生じ、設計の自由度を低下させる。また、分散補償を含めた最適化計算が複雑化する。
広帯域光源の性能劣化
超短パルスレーザーは広帯域なスペクトルを持つことが多いが、分散により各波長成分が異なる影響を受け、光源本来の特性が損なわれる可能性がある。
対策
分散補償光学素子の導入
回折格子、プリズム、チャープミラーなどの分散補償機能を持つ光学素子を適切に配置し、パルス幅の広がりを相殺する。
低分散材料の選定と最適配置
ガラスや結晶などの光学材料の分散特性を詳細に評価し、低分散な材料を選定する。また、レンズの曲率や配置を最適化し、系全体の分散を最小限に抑える。
数値シミュレーションによる事前評価
光学設計ソフトウェアを用いた詳細な分散解析シミュレーションを実施し、設計段階で分散の影響を予測・評価する。これにより、試作回数を削減し、開発効率を向上させる。
アクティブ分散制御システムの構築
温度変化や振動などによる分散変動をリアルタイムで検知し、自動的に補償するフィードバック制御システムを導入する。
対策に役立つ製品例
広帯域反射鏡
特定の波長範囲で均一な反射率と低分散特性を持つコーティング技術により、パルス光の広がりを抑制し、レーザーシステムの効率を高める。
分散制御レンズ
特殊な形状設計や低分散材料の使用により、レンズ単体で分散を低減または補償する機能を持つ。
回折光学素子
回折現象を利用して光を分散させることで、パルス幅の広がりを補償する機能を持つ。
光学設計・解析ソフトウェア
高精度な分散解析機能を備え、光学系の設計段階で分散の影響を詳細にシミュレーションし、最適化を支援する。
