2022, Feb.
No.

398

CONTENTS
小型・高効率320 nm CW-UVファイバレーザーの開発
LSSE2021(Laser Solution for Space and the Earth)
国際会議参加報告
大道博行特別研究員が優秀講演賞を受賞

ISSN 0914-9805【表紙図】320nm-UV光の出射ビーム像

小型・高効率320 nm CW-UV ファイバレーザーの開発
千葉工業大学教授（レーザー総研共同研究員）
2016年よりスタートしたNEDO「高輝度・高効率次世代レーザー技術開発」プロジェクトが2021年3月で終藤本

靖

するとともに、今後の展開について紹介したい。

●高冷却ハウジングによる高出力化了した。我々千葉工業大学は、レーザー総研、（株）金

一般的なファイバレーザーは数mから10 m程度の門 光 波 と と も に 小 型・高 効 率320 nm 連 続 波 紫 外ファイバを用いるため、コイル状に巻く構成を採るが、（CW-UV）ファイバレーザーの開発を進めてきた。こ（株）住田光学ガラスの開発したPr添加耐候性ダブルク

れまでの固体レーザーを使った紫外光発生は、非線形ラッドフッ化物ファイバは10 cmのファイバ長で励起結晶を用い、近赤外光の3倍および4倍高調波の発生に光の90%以上を効率よく吸収する特性を持つため、10より得られる。つまり、近赤外光から紫外光を得るたcm強の直線状態で利用が可能で、コンパクトな装置設めには、少なくとも波長変換を2回必要とする。しか計ができる。しかし、短いファイバ長で励起光を吸収しながら、我々のCW-UVレーザーは青色半導体レーすることは、その短いファイバに熱が集中することをザー（LD）励起可視光ファイバレーザーを用い、たっ意味している。この問題を解決するために、ファイバた1回の波長変換で紫外光を得る新しい光源であり、を固定するハウジングの最適設計を行った。ファイバ装置構成が簡単になり、精度・安定性が向上するととに蓄積された熱はファイバ側面よりハウジングへ伝導もに高効率化が期待できる。装置の詳細については、冷却し、ハウジングはペルチェ素子により温度制御し既に本誌No.359、No.384で紹介されているので参照頂た。熱伝導係数が高くかつファイバにストレスが生じきたい。本稿では小型・高効率320 nm CW-UVファイにくいように、ハウジングとともにファイバ両端のバレーザー装置の技術的ブレークスルーについて紹介

フェルールの材料と形状を最適化した1)。その結果を公益財団法人レーザー技術総合研究所

レーザー･クロス

次ページへつづく小型・高効率320 nm CW-UVファイバレーザーの開発= 37.65°）が置かれた。マッチングレンズによる焦点位置の調整、ピエゾアクチュエータによる共振器長の調整により、励起LDパワー 4.8 Wに対し、UV（318 nm）出力0.52 Wが得られた。BBO結晶は大きな複屈折を持つため、波長変換後のUV光のビーム品質低下が見られたが、外部共振器および波長変換結晶の最適化を行うことによりビーム品質M2を1.2以下にすることに成功した（表紙図）。
本開発におけるもう一つのブレークスルーは装置の簡素化にある。図2に示すように、本装置には基本波【図1】基本波レーザーの入出力特性共振器の出射ミラーを持たない。これは、波長変換結晶が位相共役ミラーとして作用することで、フッ化物

図1に示す。図は励起LDパワーに対する基本波（波長ファイバから出射した基本波が自動的にファイバに戻638 nm）レーザーの出力を示している。従来構造では2る共振構造を形成するためと理解される。このことは、W以上の励起LDパワーで基本波出力が飽和し、0.4 W

小さなファイバコアに基本波を戻すアライメントが不程度しか得られなかったのに対し、最適化された構造要になり、装置の簡素化、高効率化、そして高安定性

では励起LDパワー 5 W以上でも基本波出力は飽和せを可能にした3)。

ず1 Wが得られている。ハウジング最適化によりフッ●UV-0.1Wプロトタイプ機と今後の展望

化物ファイバの放熱効率が向上し、温度上昇による出上述の技術的ブレークスルーを元に、図3に示すよ力飽和が抑制されたことが分かる。更に、フッ化物

うなUV出力0.1 Wタイプの試作器を完成し性能評価をファイバへの励起LDの結合効率を改善することによ行っている。表3にその仕様を示す。また東京大学柏II

り、最大2.0 W、スロープ効率36.2%の基本波出力を達キャンパス内に設置し、TACMIコンソーシアム4)を通成した2)。また開発当初の水冷ハウジングが、空冷構してユーザー利用が可能になっている。

造でも十分となり、より装置の小型化・高効率化が可

今後UV-0.1 Wタイプファイバレーザー装置の製品化能になった。

を進め、光計測応用、加工用途に2021年度内に販売を●波長変換結晶による位相共役ミラー開始する。また、0.5 Wタイプの試作機の開発を進め、低強度のCW光を高効率に波長変換するために、外0.1 W/0.5 Wのシリーズ化を図る。特に0.5 Wタイプに部共振器を構成し強度の増加を図った。図2にCW-UV

ついては、既存のUVレーザーにはない出力のため、ファイバレーザー装置の基本構成を示す。外部共振器

新しい加工用途向けに提案していく。さらに、多波長は4枚のミラーによりボウタイ型に配置され、共振器発振が可能なPr添加フッ化物ガラスの特徴を活かし、内部の共焦点位置にBBO結晶（Type-I: 位相整合角θm

さまざまな波長のCW-UV光源の開発を進める。特に【図2】CW-UVファイバレーザー装置の構成図【図3】0.1 WタイプUVファイバレーザー装置2

【表1】UV-0.1 Wタイプ製品化仕様
項 目
発振波長
定格出力
ビーム品質M2
横モード偏光比
出力安定度
レーザークラス
冷却方式
サイズ

仕 様
318 nm
0.1 W<1.2
TEM00＞100 : 1<5.0 (RMS%/8h)
クラス3B
空冷
223×360×106 mm3

謝辞
備 考

本研究はNEDO「高輝度・効率次世代レーザー技術開発」プロジェクトの委託を受けて行われた。また、このプロジェクトのフッ化物ファイバ開発を共に進めていただいた（株）住田光学ガラスの山嵜様、石井様、渡＠25℃

部様に深く感謝を申し上げます。
参考文献

レーザーヘッド1) 特開2021-22654「ファイバーレーザー装置」

520 nmを基本波に選択することで、波長変換1回で2602) 藤本靖他、レーザー研究、47 (2019) 213.

nmに変換する深紫外連続波のレーザー装置は今後の大

3) 特開2021-12980「レーザー装置およびレーザー発振きなターゲットとなるだろう。このようなUVファイバ方法」

レーザー装置を国内外の市場に出していくことで、日

4）高効率レーザープロセッシング推進コンソーシアム

本国産の技術が世界に発信されていくと期待される。

（http://www.utripl.u-tokyo.ac.jp/tacmi/）

REPORT

LSSE2021 (Laser Solution for Space and the Earth)
国際会議参加報告
特別研究員

大道博行

標記国際会議はOPIC国際会議の中の一つであり、菱重工業より、後方散乱光の測定による大気中の乱気宇宙と地球の課題解決に向けたレーザー技術に関する流の測定法および野外実証実験の報告があった。乱気国際会議である。会議の中身はインフラ、宇宙、宇宙流によるレーザー光波面の乱れの測定を基に高出力デブリ除去など宇宙分野、植物工場など農業分野、環レーザー光の伝搬補償を図る計画である。また、ス境、原子力など多様である。また技術の中身もリモーペースデブリの除去に関する報告など、宇宙や地球のトセンシング、ハイパワーレーザー利用、照明、分光、課題にレーザー技術を用いて取り組んでいる発表が続加工などさまざまである。現在焦眉の課題である持続いた。

可能社会への転換に向けたレーザーを用いたソルー

3日目にはレーザー打音やレーザーを用いた音波計ションを指向するユニークな会議である。初日午後に測等の応用に関する研究発表が、原子力機構や京都大始まったセッションでは、コロナウイルスの感染に関からあった。午後はシンガポールやオランダからレーする発表が理研の村上氏からあった。ウイルスは会話

ザーの農業分野への応用に関する報告があった。の中で飛散する飛沫に含まれ、感染源になっているこ

会議最終日には昨年不慮の事故で亡くなったレーとが知られているが、この飛沫の速度とサイズをレーザー総研主任研究員の島田義則氏の追悼セッションがザー技術で同時測定しようとするものである。この他、開催された。島田氏が切り開いたレーザー打音検査に理研林崎氏から種々のコロナウイルス測定法の紹介、関連した講演が6件、関連したハイパワーレーザー利Kaltech Corpの染井氏から光触媒をウイルスに対する用の講演が1件だった。プログラムの一部を図1に示す。

フィルターとして用いた装置の紹介があった。この他、セッションを始めるにあたって座長のQSTの長谷川

各種紫外線をロボットに搭載してウイルス除去を試み氏より、島田氏はレーザーの野外利用のパイオニアでた例などが紹介された。

あるとの紹介があった。図2にその時のビューグラフ

2日目には、理研から高出力レーザーの大気中伝搬を示す。

を扱った理論、および水蒸気中のレーザー伝搬の実験

JR西日本より、新幹線トンネルの打音検査をレー研究の報告があった。後者は理研、三菱重工、レーザーザー打音法に置き換える目的で行ったプロジェクトの総研によるプロジェクトの一環として実施されてい報告があった。2008年の2号機から、防音、トンネルる。午後のセッションでは同じプロジェクトの中の三中の通路に測定装置を4両編成に組み上げた2019年の73

号機までの進捗が失敗とその克服の過程として詳細により、SIPをベースに産業展開を図る新しい動きの紹報告された。島田氏はこの中で主導的な役割を果たし介があった。トラックに装置を搭載して現場適用を目た一人であると紹介された。次にレーザー総研の倉橋指している。以上のように島田氏が主導して開発して研究員が島田氏と共同で行った各種レーザー打音関連

きたレーザー打音に関連する技術はインフラの点検技術の開発状況を報告した。理研の加瀬氏は島田氏と等、持続可能社会に向けた技術として発展しつつある。

ともに行った国のプロジェクト（SIP）での思い出を中

最後のセッションでは近大の岡本氏からボルトの締心に話をした。島田氏の課題に誠実に向かい合い、広め具合のテストにレーザー打音方式を用いる研究、東く協力しあうという姿勢が感じられるお話だった。

大の藤井氏から電力機器の絶縁耐性評価にレーザー誘午後は（公財）若狭湾エネルギー研センターの山田氏

起ブレークダウン分光を用いる研究の紹介があった。

より福島第一で高温にさらされたコンクリート診断へ

以上のように会議の中で宇宙、地球の課題に注目しの適用を目指したレーザー超音波診断技術の開発状況てレーザー技術の適用を図りつつ、そしてそれに留まの報告があった。研究の立ち上げにあたって島田氏のらず新しいレーザー技術を生み出してゆくというたい指導・助力をいただいている。次に筆者から福島第一へん貴重な情報を提供していただいた。最後にLSSEの廃炉に関する国プロの課題として行っている高出力

戎崎代表から、新しい課題を取り込みつつ来年も開催レーザー照射材料から発生、飛散する微粒子の特性評するとのまとめの話があった。戎崎氏、藤井氏、西村

価に関する報告を行った。近大の三上氏は体内インプ氏、長谷川氏、和田氏等、会議開催をオーガナイズさラントのネジの締め具合の検査法を目指したレーザーれた関係者に深く感謝する次第である。次回のLSSE打音検査法の報告を行った。レーザー打音技術の広いは2022年4月18〜22日、リモート、現地開催（横浜パシ適用性を示した報告である。次に量研関西の長谷川氏フィコ）のハイブリッド方式で開催される予定である。

【図1】LSSE島田氏追悼セッションのプログラムの一部【図2】島田氏の功績を紹介するビューグラフ

NEWS

大道博行特別研究員が優秀講演賞を受賞
2021年3月17日、WEB開催された原子力学会春の年会において、当研究所大道博行特別研究員が原子力学会バックエンド部会優秀講演賞を受賞されました。バックエンド部
会とは、その技術発展がますます重要視される原子力の廃棄物処理・処分や廃炉技術など、いわゆるバックエンド領域に関連したさまざまな分野の専門研究の発展に貢献することを目的に設立された組織です。大道先生は、日本原子力研究開発機構にて同機構レーザー共同研究所所長を務められたのち現在当研究所にてご活躍されています。対象となったのは昨年秋の大会でのご講演で、廃炉に伴うレーザー加工時の微粒子発生、飛散に関する研究報告です（概要については本誌 No.383,2020 Feb.をご参照下さい）。栄えある受賞を心よりお祝いいたしますとともに、今後もより一層のご活躍をお祈りいたします。
Laser Cross No.398 2022, Feb.

http://www.ilt.or.jp

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