別紙42 (課程博士(手U文))
平成 31年1月Ⅱ日

電気・電子情蝦工学専攻

学籍番号第 123287 号

指導教員

Lim pan套 Boey
内田裕久

氏名森本凌平

中村雄一

論文内容の要旨(博士)
博士学位論文名

磁性ガーネッ団莫を用いた磁気光学Qスィッチレーザーの開発(Development ofmagneto‑optical Q・switched laser using magnetic garnet 行lms)(要旨 1,200字程度)
近年,飛躍的に進歩・発展している情報通信技術において,膨大な情報を記録する次世代の大容量光メモリが注目を集めている。特に,磁性体を用いた磁気ホログラムメモリは体積的に情報を記録するため大容量であり,書き換え可能,長期保存可能という特徴を有している。しかし,現在の磁気ホログラムメモリの記録には,メートル級サイズのナノ秒あるいはサブナノ秒パルスレーザーが使用されており,システムが大型化する課題がある。上記課題を解決するため,小型で高いビークパワ一を有するQスイッチレーザーに着目し,その中でも,磁性ガーネット膜の磁気光学効果を用いたQスイッチレーザーの開発を行った。 Qスイッチとは,レーザー共振器内に光変調器を挿入し,共振器のQ値を高速変調することで,レーザー媒質中に蓄積したエネルギーを短時間で放出し,ハイパワ一の光パノレスを得る手法および素子である。
本研究では,はじめに,波長1064ナノメートルにおけるファラデー回転角が47度であり透過率が58%の厚さ0.19ミリメートルの単結晶磁性ガーネット膜を長さ130ミリメートルのレーザー共振器内に挿入した。この磁性ガーネッ団莫は,無磁場の条件下で,迷路状の磁区をもつものを使用した。この磁区が消失するのに十分な磁界を発生可能なへルムホルツコイルを作製し,磁性ガーネッ団莫を挟むように光共振器の光路上に配置した。共振器レーザーが連続発振した状態で,このコイルを用いてパノレス磁場を磁性ガーネット膜に印加したところ,波長1064ナノメートルにおける,パノレス幅45ナノ秒,ピークパワ‑30ワットの光パノレスを確認した。これは,磁性ガーネツト膜を用いた世界で最初の実験例となった。さらに,永久磁石を用いて磁性ガーネッ団莫にバイアス磁界を加えて同様の実験を行ったところ,光パルスの発生に必要なパルス磁界を小さくなり,消費電力が下がった。これは,他のQスイッチ素子には無い特長であり,磁性ガーネッ団莫使ったQスィッチの利点が示されたと考えられる。
次に, Qスイッチレーザーには,光パルスのピークパワ一が共振器長に反比例するという特徴があることから,共振器長を短縮し,高出力化を行った。誘電体多層膜を使った出力鏡を磁性ガーネット膜上に直接形成すると共に,治具を用いてる茲性ガーネッ団莫をレーザー結晶に押し付けることで共振器長を短縮した。この結果,本研究で使用した磁性ガーネット膜およびレーザー結晶で実現可能な最小共振器長である4.19ミリメートルのQスイッチレーザーを実現した。この大きさは,先行研究で報告されていた共振器長の約10分の1である。得られた光パルスのパルス幅は28ナノ秒で,ビークパワ一は2フキロワットであり,最初の実験と比較して3桁の高出力化が実証された。
以上の結果より,磁気光学Qスイッチレーザーの原理実証,及び高出力化が示された。得られたパルス幅とビークパワ一から,磁気ホログラムメモリの記録用レーザーに応用できると考えられる。他にも,これまで大型のハイパワー・レーザーが用いられていたデバイス・システムの小型化に寄与すると芳えられる。

別紙41 (課程博士(英文))Date of submission (January Ⅱth,2019)
Depar[ment ofElectrical and Electronic

Studen11D Number

D123287

Lim pang BoeySupervisors

Information Engineering

RyoheiMorimoto

Pplicant's name

Hirona今a uchida
YuichiNakamura

Abstract (Doctor)
Title ofThesis

Development ofmagneto‑optical Q・switched laser using magnetic garnet films

Approx.800 、Nords
H010graphic memory is a prolnising data・storage, characterized by fast transfer rates and high recording
densities.1n particular, magnetic h010grams provide rewritability and long・term stability, but a meter・scaled
Iaser is required for recording. To be compatible with typical optical disk systems, sma11 and high・PO、Ner
Pulsed lasers are required. To overcome this issue, compact Q・S、vitched lasers using 仙e magneto‑optical effectOfmagnetic gamet films 、Nas developed.
Q・switch is a technique or device to obtain high・PO、Ner and short optical output by modulating a Q・factor
Of a laser cavity. A laser cavity,、vhich was Bo mm in length and contained a lasing crystal,、vas constructed
for demonstrating the magneto‑optical Q‑switched laser. A O.19 mm thick sin81e crysta11ine magnetic gamet
Sandwiched by a smaⅡ Coil、vas used as the magneto‑optical Q・switch. The smaⅡ Coil was connected to a pulse
Current generator. The garnet has a Faraday rotation angle of 47 degrees and a transmissivity of 58% at a、Navelength of l064 nm. As a Nsult, a Q・switched pulse with a fUⅡ Width at halfmaximum (F、NHM) of45 ns
and peak power of 30 、N at a wavelength of l064 nm was observed. This is the 、vorld's first report of
Q・S、Nitched laser using magnetic materialto the best of our kno、vledge.1n addition, a permanent magnet 、vas
Placed into the cavity and provided bias field to the magnetic garnet 負lm, and il contributed to the reduction of
the driving voltage and current. such a reduction of po、Ner consumption using bias technique has never been
repoHed 、Nith other actively contr011ed Q・switches.
The output po、ver of the Q・switched laser is inversely prop0此ional to the cavity length, therefore, theCavity length of the magneto‑optical Q・switched laser was changed graduaⅡy, and the change of pulse widthand peak po、Ner were measured. As a result, the dependency of the output characteristics on the cavity lengthagreed weⅡ With a theoretical behavior. To achieve the shortest cavity length using the magnetic garnet film
and the lasing material, which 、vaS 4.19 mm, an output coupler 、vas fabricated on the magnetic garnet 行lm as adielectric mirror and the magnetic garnet 、¥as contacted to the lasing material by a jig. The fabricated cavity
Iength 、vas ten times sma11er than a previous sma11est active Q・switched laser. The F＼ 'HM and the peak power
Obtained 、¥ere 28 ns and 27 k圦,', respectively. Therefore, the output power 、vas three orders increased 介om the丘rst my experiment.
The developed magneto‑optical Q・switched laser is currently the sma11est Q・switched laser. This can be
Utilized to the magnetic h010graphic memory system in the future, and it is expected that the miniaturization ofexisting laser devices and new mobile laser application can be realized using magneto‑optical Q・switchedIaser.