ISSN 0914-9805

レーザー・クロス

2001,Jul.

160

No.

CONTENTS
マイクロチップ固体レーザーの開発研究
CLEOに参加して『光と蔭』暑い夏の日が巡ってくる
新理事長・前理事長あいさつ『光と蔭』
大阪大学自由電子レーザー研究施設に贈る
平成12年度事業報告
（抜粋）

【写真】
「マイクロチップレーザー試験用Nd：YAG
レーザー材料」 パルス化のためCr：YAG
過飽和吸収材料を１つのパッケージにしたマイクロチップ固体レーザーの開発研究
レーザービーム伝送チーム■半導体レーザーのパワー応用と課題
固体レーザーは、小型、安定、高品質、保守の容易性など多研究員

本越伸二

く加工等で利用されているns程度の短パルス化は極めて難しい。

くの特徴が挙げられている。フラッシュランプ励起から半導体レーザー（LD）励起に置き換わり、熱負荷の低減、長寿命が可■マイクロチップ固体レーザーの可能性と課題能となり、産業分野への応用範囲が更に広がってきている。しマイクロチップ固体レーザーは、固体レーザーの高ビーム品

かし、高出力領域においては、やはり熱的な問題は避けられ質、短パルスの特徴を活かすとともに、LD並みの小型化、アず、高ビーム品質化の研究が重要視されている。

ラインメントフリーを実現する装置である。表紙の写真はその一方で、LDの高出力化、アレイ化技術の発展に伴い、Nd：YAGレーザー媒質と、過飽和吸収材料としてCr：YAG材LDによる直接パワー応用が可能になってきた。固体レーザー料をひとつのパッケージにしたものである。結晶全体のサイズよりも小型化が可能で、エネルギー効率も約２倍向上し、理想は２㎜φ×５㎜である。図１に示すように、最終的にはLDの的にはアラインメントフリーとなる。既に、一部加工用としてヒートシンクと一体型され、LDとほとんど変わらないサイズ市場に現れ、今後更に実用化が進むものと考えられる。しかしとなる。マイクロチップレーザーでは、励起源であるLDがマながら、高出力LDはマルチモードであり、またLDアレイではルチモードであっても、低コヒーレンシーのアレイであっても異なった点光源の重ね合わせとなり、コヒーレンスを維持する関係なく、マイクロチップで制限された高品質モードで発振すことは困難である。そのため、微細な加工には不向きである。

る。また、図１にも示したように、励起LDがCWであっても（LDアレイのコヒーレンスを向上する研究も現在進められてい過飽和吸収材料等を用いてQスイッチパルスが得られる。

る）
また、LD自身のパルス動作は寿命を短くするとともに、広マイクロチップレーザーの課題は出力の安定性にある。小型次ページへつづく

財団法人レーザー技術総合研究所ニュース5マイクロチップ固体レーザーの開発研究（前ページよりつづく）

エネルギーの励起強度依存性を示す。白丸はCW発振の場合、化・アラインメントフリーを目指すためにできるだけ光学部品

黒丸は初期透過率90％のCr：YAG過飽和吸収材料を挿入したを減らしている。このため、出力パルスは励起LD強度や共振パルス発振の場合である。CW の場合、発振しきい値は約器構成に依存し、それらのわずかな変動は出力パルスに現れ500mW、スロープ効率64％が得られた。パルス発振では、発る。しかしながら、これらの欠点は、言い換えれば、レーザー振しきい値約950mW、スロープ効率48％であった。それぞれパルスの特性を任意に調整できることも示唆している。そのたの発振しきい値が高いのは、出力ミラーとのカップリングが不め、現在は共振器構成や励起強度に対する出力エネルギー、パ十分で、共振器内部の損失が大きいためである。パルス発振のルス幅、繰り返し周波数、ビームパターン等の依存性、安定性

場合、励起強度に伴ってパルス幅、繰り返し周波数は変化すについて評価を進めている。

る。パルス幅の変化は比較的少なく26〜34nsであるのに対して、繰り返し周波数は1.5〜9.0kHzまで変化した。このことか
ら、励起強度に依存する出力の変化は繰り返し周波数の変化で■発振出力の励起LDパワー依存性
図２には、0.95wt％のNd：YAGレーザー結晶に対する出力あり、パルスのピーク出力は大きく変わらないことが判る。同様に、共振器長、NdおよびCrのドーパント量、出力鏡の条件を変えて評価を進めている。

マイクロチップ
レンズ レーザーデバイス

今後、いくつかの応用を踏まえて、短パルス化、高出力化、半導体レーザーおよび出力可変性等の特徴を活かした開発および応用研究を進レーザー出力めていく予定である。

700
CW
Pulse

600
500400半導体レーザー

発振レーザー
レーザー
媒 質

過飽和
吸収材料

3002001000

入力側コーティング
半導体レーザー：透過コート
発振レーザー ：反射コート

出力側コーティング
発振レーザー：反射コート【図１】マイクロチップ固体レーザー装置概念図

0200400600800 1000 1200 1400 1600

LD power [mW]【図２】「マイクロチップ固体レーザー出力の励起LDパワー依存性」
CWおよびパルス発振で、それぞれ64％、48％のスロープ効率を示している。

NEWS

CLEOに参加して理論・シミュレーショングループ■のべ２万人が参加

研究員

佐伯拓

■多岐にわたった会議の内容

５月６日から11日まで、アメリカで開催されたCLEOに参加

CLEO の会議の内容は、固体レーザー、ファイバーレーした。本会議は隔年で東海岸と西海岸の交互で行われるが、今ザー、波形・パターン計測、特殊位相分布を持つレーザービー

年は東海岸側のバルチモアで行われた。今回は、全体で約２万ムの発生と制御、フォトリフラクティブ結晶、高調波、テラ人が参加とのことであった。本研究所からは、本越研究員が、Hz電磁場発生、OPA、OPOを含む非線形光学、パルス幅が数

阪大からは吉田英次、藤本靖氏が参加し、行動を共にした。

フェムト秒の極超短パルス光の発生、超短パルスレーザーを用いたナノ構造の製作、医療、宇宙応用など多岐にわたった。

2

出力110Ｗ、光〜光変換効率86％のYbファイバーレーザーの報告があった。フォトニックファイバーでは、穴あき構造に起因する白色光発生、１ミクロン波長での異常分散が話題の中心で、伝播モードの数値解析等に関する報告が数多くあった。アメリカのリバモア研からは、10秒間だけのバースト発振ではあるが、600Ｊ×20Hzで平均出力10kwのフラッシュランプ励起ディスク型Nd：glassレーザーが報告された。ヨーロッパでは、ベッセル・ボルテックスビームをイオン・電子加速に用いる動きが急激に広がっているが、本会議でも関係する多くの発表があり、特にイスラエルの研究グループからベッセル・ボルテックスビームのプラズマ中の伝播に関する報告があった。医療分野では、フェムト秒レーザーを利用した皮膚の切断面の観【写真】会場付近の街なみ

察や、皮膚の下にナノサイズの球状カプセルを注射し、皮膚の■ベッセル・ボルテックスビームの応用など上からYAGレーザーを照射し、誘電共鳴加熱により、必要な紙面の都合上、会議内容については筆者が特に印象に残ったものについて述べる。高出力固体レーザーでは、イギリス、ド時だけカプセルを溶かして薬を体内にしみこませる研究成果が報告された。

イツ、フランス、アメリカの研究グループのYb、Cr、Nd等を添加した結晶レーザー、日本の電通大、分子研からは大型セラ■会議を終えてミックYAG のレーザー発振、三菱電機から1.2kWＣＷ発振で会議の感想は、多岐にわたり世界最先端の研究成果が発表さ電気−光変換効率26％のロッド型Nd：YAGレーザー、高出力れているということであった。本人にとっては大変感慨深く有ファイバーレーザーでは、イギリスの研究グループからＣＷで次ページへつづく

『光と蔭』

……61

梅雨が明けるとまた日本の暑い夏がやってくる。暑さで比べれば中国の三大火炉と言われる南京、武漢、重慶がその筆頭であろう。

昔噺で恐縮だが1985年夏８月、私は世界銀行の中国科学技術支援事業の一環として、南京工学院に夏期講義に赴いた。酷暑の大学と宿舎を連日連夜往復し、全中国から集まった若いレーザー関係者と暑い８月をともに過ごした。
大学の人たちは友好そのもので客座教授の称号を贈られたり、水の代わりに西瓜ばかり食べて、日々講義に精励した記憶がある。ズボンのベルトが塩で真っ白になったくらい南京は暑い。
その上、もう一つ暑苦しいのは夜テレビを見ると日本軍の残虐行為を写したという画面が延々と放映されることであった。
今年も８月15日、終戦記念日がやってくる。小泉総理の靖国神社参拝の意向にジャーナリズムは例によって大騒ぎである。1945年からもう56年経ったのに同じことをやっている。よっぽど強く洗脳された世代なのだと妙に納得している。
最近のギャラップ調査によると、アメリカ人が最も信頼し、尊敬するパブリックセクターは「軍隊」だとする回答が90％以上あるという。現在のアメリカでは議会でも大統領でも教会でもなく、軍隊への信頼が一番とされている。５月28日のメモリアルデーは戦死者、負傷将兵、OB将兵に感謝する日である。日本と違って、参戦した戦争がなんであろうと従軍し、一身を戦に捧げた人たちへの絶対的な尊敬の念が定着しているのだ。世界最大の軍事大国という故であろうか。それとも自国への誇りと自信の現れであろうか。
ところで中国もご同様軍隊重視である。w小平も江沢民も軍事委員会を手放さない。これは自主独立の意志表明であり中国の矜持を示している。
ところでわが国は上のカテゴリーには入らないようだ。
「牛後となるも鶏口となるなかれ」が強くインプットされている。「日本国民は、平和を愛する諸国民の公正と信義に信頼して、われらの安全と生存を保持しようと決意した。」
この憲法前文はどうみても日本語として達意の文章とは言い難い。英文なら分かると言うべきか。
【（財）
レーザー技術総合研究所 研究所長】
3

（前ページよりつづく）の食事をして、おそるおそるながら暗い夜道を歩いて帰ったこと意義であったと思われる。しかし、発表されている成果は多くもあった。同行した人の話では、バルチモアの治安は前回参加しが２〜３年前に得られてものである。したがって、われわれはたときよりも悪化しているとのことである。物価は少し日本よりそれらの先を予測して研究計画を立てなければならない。

も高いかなという気がした。今年は異常気象のためか少し暑かっ

バルチモアは、港町であり海産物が有名である。晩には海産物たが、天候にも恵まれ有意義な会議参加であったと感じた。

INFORMATION

新理事長・前理事長あいさつ
新任あいさつ

新理事長

森詳介

退任あいさつ前理事長

宮本一

６月20日に開催された評議

このたび、森 新理事長へ員会において理事に選任さバトンを譲ることと相なりまれ、引き続き開催された理事した。振り返ってみますと、会において、（財）
レーザー技

私が就任した平成９年は、術総合研究所の理事長を仰せ

ちょうど財団設立10周年の記

つかりまして光栄に存じます

念事業を行った年でございまとともに、その責務を痛感しす。その事業のひとつとしている次第でございます。て、パワーレーザーの技術開

当研究所は、1987年10月、発動向を調査するためアメリレーザーとその応用に関するカに調査団を派遣しました。

研究開発を行う全国的・国際的機関として、産業界および学会私は団長として参加したわけですが、エネルギー資源が豊富であならびに、当時の科学技術庁・文部省・通商産業省の協力によりながらレーザー核融合技術等、次世代を担うエネルギー技術のり設立されました。

開発を着実に進めているアメリカの姿勢が印象的でありました。

レーザー技術は既に、通信、情報処理、光化学、ウラン濃

当研究所もレーザー技術の研究開発を着実に進めてきてお縮、医学、航空・宇宙等の広範な分野で実用化が進んでおり、り、これまでに、レーザーを用いて雷を誘導する「誘雷」
を、世界皆様もご存じの通りCD、DVD 、プリンター、講演のポインで初めて実証に成功するなど、数々の成果をあげてきました。

ター等、日常生活にまで深く浸透しております。しかしなが近年は産業界の皆様に当研究所の技術を活かしていただくことら、レーザー技術はまだまだその応用範囲は広く、たいへん重を念頭において、極短パルスレーザーを用いた加工や計測等を要な最先端技術であり一層の発展が期待されております。

はじめとした応用研究にも力を入れて取り組んでおります。

わが国では平成７年に科学技術基本法が制定され、第１期・また、同調査団では、アメリカにおけるレーザー技術の研究第２期と続く科学技術基本計画によって第１期では17兆円、開発が、産・官・学が仕組みとしてうまくかみ合っており、支第２期では24兆円が投入され、新産業の創出につながる産業える技術も裾野が広く数多くのベンチャー企業が生まれている技術の強化、強い国際競争力の確保等を目指した取り組みが強状況を見てきました。現在の日本の状況を考えてみますと、国力になされております。その中で、光関連分野、特にレーザー立大学等が独立行政法人化の方向にあり、今まで基礎的な研究技術は今後大きな発展が期待される分野のひとつであります。

を担ってきたこれらの機関が持つ技術をうまく活かしていくこ

当研究所では、研究成果をいち早く産業界に結びつけ産業技とが求められています。今後は、この財団の重要な役割のひと術の強化を図るとともに、学術の進展・科学技術の発展、レーつである「基礎的な研究成果を産業界に橋渡しする」
ことが益々ザーとその関連産業の振興によりわが国の科学技術強化に貢献重要になってくるものと思われます。

したいと念願しており、当研究所が保有する技術・装置等の広これまでの皆様のご支援・ご協力に改めて厚くお礼申し上げま

報、産業界等からの技術相談に対応するためWebページ上でのすとともに、今後も引き続き、ご支援・ご協力を賜りますようお相談受付を行うなど、中小企業やベンチャー企業等に対する支願いいたしまして、退任のあいさつとさせていただきます。

援活動も行っております。
今後も、さらに産業技術の発展に寄与するレーザー技術の開

掲載記事の内容に関するお問い合わせは、編集者代表

発に向けて邁進する所存でございますので、皆様方には、なお藤田雅之（TEL&FAX:(06)6879-8732,E-mail:mfujita＠

一層のご支援・ご協力を賜りますようお願い申し上げます。

ile.osaka-u.ac.jp）
までお願いいたします。

Laser Cross No.160 2001,Jul.
発行／財団法人レーザー技術総合研究所 編集者代表／藤田雅之 〒 550-0004 大阪市西区靱本町1-8-4 大阪科学技術センタービル 3F TEL(06)6443-6311 FAX(06)6443-6313
この機関誌は、競輪の補助金を受けて製作しました。

4平成12年度事業報告書（抜粋）概況

当研究所は、レーザーおよびその関連産業の振興を図り、わが国の学術の進展と科学技術の発展に貢献することを責務とし、レーザーとその応用に関する研究開発、調査、情報の収集・提供、人材の養成等の事業を鋭意推進すべく活動してきており、平成12年度においても関係各位の協力を得て概ね計画どおり活動することができた。
［今年度の主な成果］
研究開発の面では、白色光ライダーならびにレーザー誘雷プロジェクト研究において、明確な研究目標と年次計画の下で積極的な研究推進を行った。白色光ライダープロジェクト研究では、最先端のフェムト秒高強度レーザーシステムを用い、白色光を屋外大気中へ送出し計測を行った。レーザー誘雷プロジェクト研究では、高出力ガラスレーザーで大気中に高密度プラズマチャンネルを生成した。
チーム研究では、レーザービーム伝送研究チーム、レーザー環境応用計測研究チーム、レーザープロセス研究チーム、レーザーバイオ科学研究チーム、理論・シミュレーショングループで、これまでの研究をさらに発展させるとともに、位相共役光の発生と波面制御、太陽光励起レーザーシステム、OPCPA（周波数チャープパルスの光パラメトリック増幅）、高効率γ線発生とそれによる核変換技術など、多分野の研究を実施した。高効率γ線発生とそれによる核変換技術は、国家プロジェクトを目指し先導的研究を実施している。
公募研究では、新エネルギー・産業技術総合開発機構の地域新生コンソーシアム研究開発事業で「IT用微細加工におけるドライプロセス化技術開発」、地球環境保全技術開発事業で「サイリスター駆動パルス放電によるディーゼル自動車用小型排気処理装置」の２テーマが採択された。
新しい分野の活動として、ホームページの充実を図り、企業との連携を目指し、最先端のフェムト秒高強度レーザー等レーザーシステムを用い、技術相談を積極的に実施した。
普及啓蒙活動等の面では、成果報告会、先端技術講演会、先端技術施設見学会等を実施し、レーザー技術の普及に努めた。また、（財）
大阪科学技術センター内に設置された光科学研究に関する利用ニーズ調査委員会に参画し、レーザー関連技術の関係機関と協力し、関西地域における光量子科学分野で実施すべき共同研究テーマや研究体制等の具体的なあり方について調査、検討を行った。
１．役員会等の開催

2）
論文発表

1）
理事会
第28回理事会（平成12年６月30日 関電会館）
第29回理事会（平成13年３月28日 関電会館）
2）
評議員会
第26回
（平成12年６月30日 関電会館）
第27回（平成13年３月28日 関電会館）
3）
総務企画委員会
第14回総務企画委員会（平成12年６月22日 大阪科学技術センター）
第15回総務企画委員会（平成13年３月14日 大阪科学技術センター）
4）
その他（研究所内外委員会）
・環境保全技術の調査検討委員会（主催：レーザー技術総合研究所）
・フェムト秒加工研究会（主催：レーザー技術総合研究所）
・AVLIS 技術の体系化研究ワーキング（主催：レーザー技術総合研究所）
・光科学研究に関する利用ニーズ調査委員会（主催：大阪科学技術センター ）２．賛助会員状況
平成12年度末会員数

77社

217口

３．特許等出願件数（平成11年度末 総出願件数43件、成立件数13件）
平成12年度出願件数

新規５件

４．学会および論文発表
1）
学会発表

73件 （国内） 52件（国外） 21件

35件 （国内） ８件（国外） 27件

Ⅰ

研究開発および調査事業

研究開発の推進と成果の拡充を図るため、研究部門では下記の事業活動を実施した。

１．研究調査事業【プロジェクト研究】
平成11年度より白色光ライダー研究とレーザー誘雷研究をプロジェクト研究と位置づけ、研究を開始した。
①白色光ライダーの研究
フェムト秒高強度レーザーを白色光に変換し、大気中に送出して地球温暖化や環境汚染の原因となる複数種のガスを同時計測できる白色光ライダーの基礎研究を進めた。平成12年度は、希ガス中で発生させた白色光を屋外大気中へ送出し、大気からの散乱光を多波長で同時計測し、エアロゾルの粒径分布に関する情報を得ることが出来た。
②レーザー誘雷技術の高性能化の研究
レーザー誘雷の放電誘導確率の向上を目指すために、強電離、弱電離プラズマを組み合わせたハイブリッド方式による放電誘導の実験を平成11年度から進めており、放電をガイドするために必要なプラズマ密度等を明らかにしてきた。平成12年度は長尺プラ
ズマチャンネルを生成するために、高出力4倍高調波ガラスレーザーシステムを立ち上げ、ビームパターンを改善するためにソフトアパーチャーの挿入やブリルアン散乱を用いた位相共役鏡の技術を用いることにより、基本波で出力150Jを達成した。これを用いて大気中にプラズマチャンネルを生成し、放電をガイドするために必要な密度が得られていることを確認した。並行して、雷前駆放電から放出されるUHF波を利用した自動照射システムの構築について検討した。
i平成12年度事業報告書【レーザービーム伝送研究チーム】
高エネルギーのレーザー光を長距離伝送し、そのエネルギーを遠隔地で利用する技術について研究を行っている。
伝送中のレーザー光の波面歪みを補償するため、位相共役光の発生とその加工技術への応用を目指して基盤技術の確立に努めた。
①位相共役光の発生②位相共役光のレーザー加工への応用③レーザーの宇宙応用【レーザー環境応用計測研究チーム】
レーザーによる計測・分析法の高感度化に向けた基礎技術開発と、それをもとにした環境計測、不純物分析、非破壊検査、同位体分離等への応用研究を進めた。
①レーザー計測・分析技術の高感度化研究②レーザーによる同位体分離の研究③超短パルスレーザーによる微量成分検出法の研究④OPCPAの基礎研究【レーザープロセス研究チーム】
レーザープラズマや超短パルスレーザーなど、レーザーエネルギーの新しい応用分野を開拓するため、以下の研究を実施した。また、自由電子レーザーならびにレーザー光と電子ビームの相互作用研究を中心として光・量子ビーム技術の基盤確立を目指している。
①レーザーアブレーションの研究②コンプトン散乱を利用したγ線発生の研究③自由電子レーザーの応用研究【レーザーバイオ科学研究チーム】
ポルフィリンを含む超分子系および光励起に対して顕著な反応を示す光応答性タンパク質の光励起状態の挙動について以下のような非常に興味深い重要な結果が得られた。
①ZnP（ポルフィリン）
類およびZnP-A（電子受容体）
直接結合系のS2状態からの超高速緩和過程と電子移動反応②光活性タンパク質PYP（Photoactive Yellow Protein ）の反応初期過程のダイナミクスとメカニズム③視物質ロドプシン（Rh）の新しい反応機構④フラビンタンパク質における超高速蛍光消光反応の機構【理論・シミュレーショングループ】
固体レーザーの高性能化を目指した熱効果解析研究を行い、実験に対する指針を与えた。フェムト秒レーザーアブレーションのシミュレーションコードを開発し、実験との比較を行った。レーザー除染の実用化研究の全体のまとめを行った。また、シミュレーションコード販売のための戦略の検討を行った。
①レーザーの高性能化に関する研究②レーザーと物質の相互作用に関する研究③シミュレーションコードの商品化の検討

4）「レーザーによる原子力施設の表面除染技術の実用化に関する研究」（基盤研究）
5）「レーザー誘雷研究における強、弱電離プラズマを用いた放電誘導効果の向上に関する研究」（奨励研究）
6）「時間分解ホールバーニング分光法を用いた蛋白質構造ダイナミクスの研究」（奨励研究）

３．公募研究新エネルギー・産業技術総合開発機構による平成12年度公募研究が採択され、下記の研究を実施した。
1）「IT用微細加工におけるドライプロセス化技術開発」（地域新生コンソーシアム研究開発事業）
2）「サイリスター駆動パルス放電によるディーゼル自動車用小型排気処理装置」（地球環境保全技術開発事業）

４．各種委員会、研究会活動
研究開発活動を効率的、発展的に推進するため、また研究事業の対外的情報発信の場として、次のような委員会、研究会を開催し、関連各界の意見、情報を取り入れながら研究活動および調査事業の拡大を図った。
・環境保全技術の調査検討委員会
・フェムト秒加工研究会
・AVLIS（Atomic Vaper Laser Isotope Separation ）技術の体系化研究ワーキング・光科学研究に関する利用ニーズ調査委員会（大阪科学技術センター内設置）

５．技術相談ホームページに技術相談窓口を開設し、企業の技術開発・改良に対する技術支援、光学製品の品質評価・試験等、企業からの技術的な相談・要望に積極的に取り組んでいる。平成12年度は、フェムト秒高強度レーザーシステムを活用し、IT部品などの超微細加工の質と生産性を飛躍的に向上させる新しい産業技術の探求を行うなど、かなり実用化に近いテーマで研究開発を実施した。

Ⅱ

普及啓蒙活動事業

１．情報発信および人材交流1）
第13回研究成果報告会
７月４日（大阪）、18日（東京）
2）
先端技術施設見学会
９月13日、14日
ファナック㈱、山梨リニア実験線（（財）鉄道総合技術研究所）
3）
先端技術講演会
３月12日「有機エレクトロルミネッセンス（EL）素子の現状」
大阪大学大学院 教授 城田靖彦
4）
広報紙「レーザークロス」の発行（日本自転車振興会補助事業）
5）
レーザーエキスポ2000への出展
４月19日、20日（パシフィコ横浜）
6）
国際交流

２．補助金研究
文部省による平成12年度科学研究費補助金により、下記の研究を実施した。
1）「レーザー誘雷の実用化に関する研究」（基盤研究）
2）「極短パルス偏光レーザーを用いたクラスター核融合の研究」（基盤研究）
3）「宇宙デブリ除去を目的とした多点標的への同時レーザー集光技術の基礎研究」（基盤研究）

ii

Ⅲ

その他の事業

１．IFE（慣性核融合）フォーラムの活動
２．㈱自由電子レーザ研究所運営への参画
３．その他
・平成12年７月 「ILT 2000年報」（1999〜2000）