2014年4月14日
野田進 工学研究科教授（工学研究科光?電子理工学教育研究センター長）と浜松ホトニクス株式会社らのグループは、次世代型半導体レーザー光源とも言うべき、フォトニック結晶レーザー素子の開発を進め、狭放射角（3度以内）を維持したまま、光出力1.5ワットというワット級の室温連続動作に世界で初めて成功しました。さらに、このレーザーを用いたレンズフリーでの直接照射による燃焼デモンストレーションなど、高輝度?高出力動作の有用性を実証しました。このような高ビーム品質かつワット級動作の実現は、ものづくり日本を支える光製造への応用に向けた重要な礎となる成果であるとともに、波長変換、光励起、バイオ、分析などの幅広い分野へも応用の裾野が広がる成果と言えます。
本研究成果は、英国の学術誌「Nature Photonics」誌の電子版に4月14日（日本時間）に出版され、誌上では5月号に掲載されます。
研究者からのコメント
左から野田教授、廣瀬和義 浜松ホトニクス株式会社中央研究所材料センター材料研究室員
今回のフォトニック结晶レーザーのワット级光出力の実现は、直接レーザー加工をはじめとした光製造分野応用への础となる研究成果であると考えられます。今后、本研究结果を基にしたさらなる高出力化により、物质改质、溶接応用、3次元光造形などが可能となり、究极的には、车体用の金属加工などの広范なものづくり现场への応用展开が可能になると考えられます。
フォトニック結晶レーザーには、光製造分野以外にも、ディスプレイに用いられる波長変換用基本波光源、バイオ?医療?分析分野に用いられる高解像度レー ザー顕微鏡等の多くの応用が考えられます。同時に、狭放射ビームを活かしたレンズフリーの応用可能性も現れ、省コスト、高安定化につながります。フォトニック結晶レーザーはさまざまな分野への波及効果をもたらすと考えられ、半導体レーザーそのものにも大きな革命をもたらすことが期待されます。
概要
半导体レーザーは、これまで、波长域の拡大や高速化といった、波长轴、时间轴での性能向上により、特に情报通信?光记忆分野において広く使われ、社会に大きく贡献してきました。今后の光技术は、情报通信や光记忆のみならず、製造技术（ものづくり）、医疗技术?生命科学への展开が期待されますが、このような応用においては、従来の半导体レーザーでは十分になされていないパワー（光出力）を轴とした研究开発が肝要です。特に、材料加工（3次元加工含む）を含むレーザーを用いた製造技术、すなわち光製造の需要は极めて大きいと言えます。
1999年に、野田教授のグループは、フォトニック结晶と呼ばれる人工的な光ナノ构造を用いることで、ビーム品质の劣化を最小限に抑え、半导体レーザーの高出力化が可能になりうるという基本概念を提案するとともに、その基本実証に成功し、新たな可能性?机能性を次々と実现してきました。この间、多くの公司との产学连携研究により、高出力で高ビーム品质、単一スペクトル、高机能性を同时に実现する、「フォトニック结晶レーザー」の具现化と実用化に向けた取り组みを积极的に进めてきました。
その中でも、本学と浜松ホトニクスは、2007年度より実用化を见据えたフォトニック结晶レーザーの连携开発に取り组んで来ました。 その结果として、光出力200尘奥（0.2奥）のフォトニック结晶レーザーの実用化が间もなく始まることを発表しました。
今回、デバイス构造および作製のさらなる高度化を推进することにより、ワット级の光出力をもつフォトニック结晶レーザーの実现に、世界に先駆けて成功しました。本研究成果では、光出力が1.5奥（颁奥（2））で、ビーム広がり角が3度以内という优れたレーザー特性を达成し、レンズフリーによる集光なしの直接照射により纸の燃焼のデモンストレーションが出来るまでの高密度动作に成功しました。
図：フォトニック结晶レーザーの技术応用
フォトニック结晶レーザーの応用は、光製造以外においても波长変换、光励起、バイオ?分析など、さまざまな分野への波及効果が考えられます。
详しい研究内容について
ワット級高出力フォトニック結晶レーザーを世界に先駆けて実現 －世界初、面発光型レーザーにより高ビーム品質でワット級の高出力化を達成－
书誌情报
[DOI]
Kazuyoshi Hirose, Yong Liang, Yoshitaka Kurosaka, Akiyoshi Watanabe, Takahiro Sugiyama and Susumu Noda
"Watt-class high-power, high-beam-quality photonic-crystal lasers"
Nature Photonics Published online 13 April 2014
掲载情报
- 朝日新聞（5月1日 23面）、京都新聞（4月15日 31面）、中日新聞（4月15日東海版 11面）、日刊工業新聞（4月15日 21面）、日本経済新聞（4月22日 14面）および科学新聞（4月25日 4面）に掲載されました。
