image: Researchers working with the MO Q-switched laser. Left: PhD candidate Ryohei Morimoto. Right: Assistant Professor Taichi Goto. view more
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高出力，高繰り返し，高安定な小型レーザーは，日々の製造プロセスを，よりシンプルで，低コスト，スピーディーなものに変えうると期待されている。ドイツでは，製造現場のデジタル化（高度情報化）がもたらす製造業の変革をインダストリー4.0と名付けられ，全工程の制御自動化が一つのキーポイントとなってきており，レーザー加工はこれに大きく寄与しうる。小型高出力レーザーの適用先は，これにとどまらず，自動車エンジンの点火プラグや，宇宙開発用スラスターシステムでの利用など多岐に渡る。
しかし，これまで，レーザーが出るタイミングや，繰り返し回数などが，制御可能で集積化可能な固体レーザー向けのQスイッチ素子は無く，開発が切望されていた。制御可能なQスイッチ素子は，電気光学素子や音響光学素子が広く知られていたが，光学素子の付属が必要であったり，分厚い結晶を用いる必要があったりと，原理的にmm以下の小型化が不可能であった。更にどちらも複雑かつ大型の制御電源が必須であり，小型レーザー本体のコンセプトにそぐわないものであった。
豊橋技術科学大学電気・電子情報工学系の後藤太一助教，分子科学研究所，アイオワ州立大学の研究者らのグループは、迷路状の磁気ドメインをもつ厚さ190マイクロメートル（マイクロは１００万分の１）の透明磁性材料を用いて，初めて，膜のQスイッチの開発に成功した。磁気ドメインとは，磁石のN極とS極が膜の面の中に，ランダムに点在することによって生じるもので，磁気のまだら模様と言い表すことができる。実験では，高速磁気パルスを，透明磁石材料に印加し，パルス幅45ナノ秒（ナノは１０億分の１），ピーク値約20ワットの，Qスイッチレーザーの取得に成功した。世界で初めての，集積化可能な磁石材料を使った初めてのQスイッチレーザーの結果報告となる。
さらに，磁性体の強みを活かし，小型永久磁石を，透明磁石材料の近くに設置することで，レーザーパルス発生に必要な電流を，7分の１にまで，低減できることを実験によって示し，チップに収まる程度の小型の制御回路で，同機能が実現できることも示した。本成果は小型高出力レーザーの発展に大きく寄与することが期待される。
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ファンディングエージェンシー：
- 日本学術振興会 科研費 26706009, 26600043, 26220902, 25820124, 15H02240
- 国立研究開発法人 科学技術振興機構 さきがけ
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Optics Express