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ビジョン
高出力レーザーシステムが大型化する要因には、素子破壊を回避するために光学素子が大きくなってしまうこと、増幅器を通過する度に歪んでしまうレーザー波面を修正するための空間フィルターが必要になることなどが挙げられます。本研究の取り組みの１つとして、オゾンガスを媒質としたレーザー波面クリーナー素子に置き換え、システム全体として1/2以下の小型化を目指します。２つめの取り組みとして、レーザー加工や表面処理を行う際に回避できない課題とされている、加工対象物からの飛散物（デブリ）が集光レンズへ付着し、メンテナンスや交換を必要となってしまう問題を、根本的に解決する集光光学システムを開発します。
最終用途例
強み
光学素子の高耐力化は強く望まれていますが、技術は旧来のまま、耐力はほぼ横ばいの状況です。製品化を目指すガス素子を利用した波面クリーナー、加工機ヘッドでは、固体光学素子よりけた違いに強く、壊れたとしても繰り返し再生可能であるという特徴を生かしており、唯一無二のシステムとなります。
テクノロジー
原理的にレーザー耐力が高く、損傷の修復が可能な気体素子は以前から望まれていました。しかし、どんな気体でも空気との屈折率差は10^-4程度にしかならないために、蜃気楼などの地球サイズの大きさでない限り光学素子にはならないというのが常識でした。ところが最近になって我々は、高濃度のオゾン含む気体に紫外レーザーで瞬時に熱分布を与えることで、大振幅の粗密波を励起する手法を見出しました。１気圧の気体中に、2気圧とほぼ真空に近い低圧力から成る周期構造が生成されるので、気体でも固体光学素子と同様の機能を持たせることができます。（特許番号5936110）
気体には境界がないので光波面の精度を維持できないだろう、と思われるかもしれません。我々は、ガス流路の開発やガス流速の制御により、開放空間にも関わらず、制御されるレーザー波面がλ/10以上の高い波面精度となることを実証しています。さらに、曲面形状の粗密波をガス中に励起することで、フレネルレンズのような集光光学素子も実証しており、M^2=1.1というほぼ理想に近い集光特性が実現できることも示しています。（特開2021-105693）
共同研究仮説
産業用レーザー加工機、高出力レーザーを開発する企業様に対して、本事業で開発する波面クリーナー、集光加工機ヘッド試験機のデモを行い、試験機としてのプレ導入や、ご要望に応じたカスタマイズを行います。性能を実機レベルで評価して頂き、一連のシステムとして稼働できるまでを共同研究で進めていくことを希望します。
より高繰り返しレーザーへの対応や、よりフレキシビリティを持った光学素子の開発のためには、オゾン層厚みの低減が有効ですが、これは同時にオゾンの高濃度化が必要です。オゾンの生成ノウハウをお持ちの企業様と連携し、実際に試験利用を行いながらこのガス光学素子の適用範囲を広げていくことに取り組みたいと思います。
研究設備
イベント動画
研究者
■経歴
2016年4月～2019年3月 日本学術振興会 特別研究員（DC1）
2020年3月 電気通信大学大学院情報理工学研究科 博士（工学）取得
2019年10月～2020年5月 電気通信大学レーザー新世代研究センター
産学官連携研究員
2020年6月～現在 電気通信大学レーザー新世代研究センター 特任助教
■受賞
2016年9月 学生優秀発表賞, 日本物理学会領域2
2017年5月 優秀論文発表賞, レーザー学会
2020年3月 第10回日本学術振興会育志賞 等
■関連論文・雑誌
1. Y.Michine et.al, COMMUNICATIONS PHYSICS 3, 24 (2020)
2. オゾンガスを利用した次世代レーザーシステムの開発, OZONEWS IN JAPAN, 118
3. 壊れない夢のオプティックス, OPTRONICS 40
4. パルスレーザ加工のための新しいガス光学システム, レーザ加工学会誌29
■Web
https://www.uec.ac.jp/research/information/opal-ring/0007721.html“
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