集積化されたチタン:サファイアレーザーとアンプリファイアの開発

Core Concepts

チタン:サファイアレーザーの小型化、低コスト化、スケーラビリティを実現する集積光プラットフォームの開発

Abstract

本研究では、チタン:サファイア(Ti:sapphire)レーザーの小型化、低コスト化、スケーラビリティを実現するためのチタン:サファイア-オン-絶縁体(Ti:SaOI)集積光プラットフォームを開発しています。
まず、低損失の共振器を作製することで、超低しきい値(サブミリワット)のTi:サファイアレーザーを実現しました。次に、Ti:SaOIウェーブガイドにおける光閉じ込めの飛躍的な向上により、1マイクロメートル以下の波長域で動作する固体(非半導体)光アンプリファイアを実現しました。ピコ秒パルスを1.0キロワットのピーク出力まで歪みなく増幅することに成功しました。
さらに、低コストな市販の緑色レーザーダイオードで励起可能な集積Ti:サファイアレーザーも実現しました。これにより、大規模なTi:サファイアレーザーアレイシステムなど、新しいTi:サファイアレーザーの応用が期待できます。実際に、本研究で開発したTi:SaOIレーザーアレイを用いて、シリコンカーバイド人工原子を用いたcavity量子電磁気学実験の光制御に成功しました。
本研究は、Ti:サファイアテクノロジーの大幅な小型化、低コスト化、スケーラビリティを実現し、サブマイクロメートル波長域の固体広帯域増幅を可能にする重要な一歩となります。

Stats

Ti:サファイアレーザーの小型化により、コストを3桁低減できる。
Ti:SaOIウェーブガイドにより、1マイクロメートル以下の波長域で1.0キロワットのピーク出力を持つ歪みのない固体光アンプリファイアを実現した。

Quotes

「本研究は、Ti:サファイアテクノロジーの大幅な小型化、低コスト化、スケーラビリティを実現し、サブマイクロメートル波長域の固体広帯域増幅を可能にする重要な一歩となります。」
「これにより、大規模なTi:サファイアレーザーアレイシステムなど、新しいTi:サファイアレーザーの応用が期待できます。」

Key Insights Distilled From

Titanium:sapphire-on-insulator integrated lasers and amplifiers - Nature

by Josh... at www.nature.com 06-26-2024

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07457-2

Deeper Inquiries

Ti:SaOIプラットフォームを用いて、どのような新しい光デバイスや光システムの開発が期待できるでしょうか

Ti:SaOIプラットフォームを用いることで、新しい光デバイスや光システムの開発が期待されます。例えば、Ti:SaOIを活用した超低閾値レーザーや高効率光増幅器の実現が可能です。さらに、小型化と低コスト化によって、Ti:sapphire技術を用いた光周波数コムや二光子顕微鏡、実験的な量子光学などの応用分野において、より広範囲にわたる利用が期待されます。

Ti:サファイアレーザーの小型化と低コスト化によって、どのような研究分野や応用分野への波及効果が考えられますか

Ti:サファイアレーザーの小型化と低コスト化による波及効果は多岐にわたります。例えば、研究分野では、小型化されたTi:sapphireレーザーを用いた実験が容易になり、研究の幅が広がることが期待されます。また、医療分野では、コンパクトでコスト効率の良いTi:sapphireレーザーを用いた医療機器の開発が進み、診断や治療の精度向上が見込まれます。さらに、産業分野では、低コストで大規模なTi:sapphireレーザーアレイシステムの実現により、産業用途での利用が拡大する可能性があります。

Ti:SaOIプラットフォームの技術的な課題や限界はどのようなものがあり、今後の改善点は何でしょうか

Ti:SaOIプラットフォームの技術的な課題や限界には、例えば光損失の増加や光学素子の耐久性の問題が挙げられます。また、現在のTi:SaOI技術では、特定の波長範囲における性能が優れているものの、他の波長範囲においては課題が残されています。今後の改善点としては、光損失の低減や波長範囲の拡大、さらなる高効率化などが挙げられます。これにより、Ti:SaOIプラットフォームのさらなる発展と応用範囲の拡大が期待されます。