高出力光渦レーザーの 開発とその応用 千葉大学融合科学研究科, JST-PRESTO 尾松孝茂 アウトライン 研究背景 超解像顕微分光 光渦レーザー 多重光渦 光渦の応用 結論 研究背景 周波数 波面 偏光 物理パラメーター 波形 コヒーレンス 光渦 軌道角運動量 強度 微粒子回転 高出力高強度光渦の発生 光渦の応用 光渦 z z らせん波面 位相特異点 ⇒ 軌道角運動量 散乱力 位相特異点 角運動量 Intensity Phase l=0 l=1 l = -1 超解像顕微鏡 Up-conversion Fluorescence Depletion or STED (>4GW/cm2) 蛍光を抑制 光渦 599nm 超解像顕微鏡 通常の顕微鏡 T. Watanabe,Y. Iketaki,,, T. Omatsu, et.al., Opt. Express 11 No.24 (2003) 3271-3276. ~100nmの空間分解能達成 90W ピコ秒レーザーシステム 位相共役レーザーシステム パワー増幅器 Master laser VCL (f=150mm) Nd:YVO4 HCL Nd 1at.% (f=750mm) PC-MOPA Output Output 135W CW Diode Pumping 93W CW Diode Pumping K. Nawata, T. Omatsu, et.al., Optics Express 15 (2007) 9127 出力特性 PRF 1MHz Input power 30W 80 80 60 40 20 0 60 ηopt~50% 40 20 0 0 50 100 Pump power of Booster Amplifier(W) 0.8 Intensity (a.u.) 92W 100 Extraction efficiency (%) Booster output power (W) 100 1 自己相関波形 0.6 0.4 0.2 0 -20 -10 0 10 Time (ps) Master laser Output 20 6.2ps 8.7ps 側面励起バナデート増幅器 Nd:YVO4 -長い相互作用長 -高いレーザー利得(>1,000) 103 Gain 102 101 1000 ダイオード Stimulated emission Lasing wavelength 10 20 LD Power(W) 熱光学効果 Nd ドープレーザー増幅器 H 4G 9/2 ~100oC 4F 5/2 4F 3/2 ダイオード 808nm スラブ増幅器 4I 4I 13/2 4I 励起ダイオード 等価的な熱レンズ効果 15/2 11/2 4I 鏡像 9/2 指数関数的熱分布 共振器設計 L1 E.M. L2 VCL1 (f=50mm) (f=50mm) Focusing optics y g2 VCL2 Nd:YVO4 x O.C. (R=85%) unstable L1 < L2 TEM00 TEMmn 10° g1 unstable z Laser Diode 共振器安定性ダイヤグラム グイ位相 HG10 + i HG01 = LG01 = + i 0 π L1 垂直 L2 2π fCL VCL VCL f CL Output coupler 0 水平 VCL TL VCL π 光渦レーザー 位相板挿入型 ドーナツビーム励起型 J.-F. Bisson et.al. Laser Phys. Lett. 2, (2005) 327 Oron et.al. APL 74 (2001) 1373. LG(???) M1 (HR) M2 (R=85%) CL1 CL2 (f=50mm) (f=50mm) Nd:YVO4 L1 Pump Diode (50W@808nm) CLD LG L2 M. Okida,, T. Omatsu, Opt. Express, 15, (2007) 7616 M. Okida, T. Omatsu et.al. Applied Physics B (in press) 光渦レーザーの出力特性 50W pump 20 6 Output power [W] Output power [W] LG HG10 Mixed mode 8 4 2 00 Unstable 10 20 30 40 50 Pump power [W] 1.3μm レーザー 60 Vortex 15 Multimode TEM 00 10 5 0 0 10 20 30 40 50 Pump power[W] 1.06μm レーザー 60 高出力1.3μm 光渦レーザー CL CL Nd:YVO4 HR Diode Near field Far field OC 軸対称偏光モードレーザー QWP M1 (HR) CL1 CL2 (f=50mm) (f=50mm) Nd:YVO4 CLD Pump Diode (50W@808nm) フォトニック結晶ミラー Telescope J. Hamazaki ,, T. Omatsu, Opt. Express 16 (2008) 16762 軸対称偏光モード出力 光渦の応用実験光学系 Polystylene 1.59 800nm Water Nd:YAG CW 1064nm 1.5W f=50 f=300 f=700 f=300 IRIS HWP SLM f=300 PC Cell Light OL(100x) ND N.A 0.80 PBS Stage BS HWP CW Green laser 75mW Tracer (540-570nm) φ 175nm IR-cut CCD monitor 流れの速度ベクトル 光渦 ガウスビーム 結論 光渦レーザー 18W @ 1.06μm, 8W @ 1.3μm 空間変調器を用いた光渦発生 複素振幅変調法の提案 流れの可視化 マイクロケミカルリアクター ドラッグデリバリー ＋ ー ＋ ー ＋ ー ー ー ＋ ー ＋ ＋ 光渦を用いたマイクロ流路概念図 連絡先・問合せ先 千葉大学 産学連携・知的財産機構 特任教授 井上里志 TEL 043-290-3567 FAX 043-290-3519 e-mail [email protected]
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