中国科学院西安光機の高周波大エネルギー超高速シートレーザにおける新たな進展

高周波高エネルギーピコ秒フレークレーザーは周波数変換過程により中赤外低周期フェムト秒レーザーを発生することができ、学界では「第3世代」フェムト秒レーザー技術と呼ばれ、高性能アト秒光源を発生する重要な駆動源である。現在、商業化Yb：YAGシートレーザはいずれもヒートシンク式間接冷却技術ルートを採用しており、そのコアプロセスシート結晶とヒートシンクの結合技術は難度が高く、敷居が高く、長期にわたり我が国のハイエンド超高速レーザ装置の自主化発展を制約している。

この難題に対して、チームは革新的に直接液冷100ミクロン級Yb：YAGフレーク結晶技術経路を採用し、高出力、大エネルギーフレークレーザーヘッド技術のボトルネックを突破し、全チェーン自主コア技術を掌握した。

レーザーヘッド構造設計において、チームは複数のシートを同一のレーザーヘッド内に集積し、冷却液通路数と冷却液流速を増加することによって熱抽出能力を向上させる、光束透過利得媒体を採用し、材料の熱歪みによる光束歪みを低減し、可撓性挟持により材料の熱膨張後に生じる歪みを極めて緩和し、高光束品質出力を安定的に保障する、

チャープパルス増幅（CPA）技術路線に基づいて、チームは自主的に開発した直接液冷Yb：YAGフレークレーザーヘッドを採用し、単一レーザーヘッドリング再生増幅器を構築し、繰り返し周波数1 kHz、平均出力＞200 W、パルスエネルギー＞200 mJのピコ秒レーザー出力を実現し、出力パラメータはドイツTRUMPF社Dira-200製品パラメータと相当する。これは現在、国際的に直接液冷Yb：YAGフレークレーザヘッドを用いてkHz重周波数で実現されている最高エネルギーである。

劉柯陽氏は、「商業化製品に採用されている『間接放熱』はシート結晶を放熱台座に『溶接』することであり、これは『溶接』に対する要求が極めて高い。我々の技術路線は冷却液を結晶表面に直接貼り付けて迅速かつ安定的に流動させ、発生した熱は流動する冷却液に直接持ち去られ、放熱効率を向上させるだけでなく、ビーム品質にも影響を与えず、同時に設備構造をコンパクトに維持し、実現したパラメータ指標は国際同類製品を追う」と紹介した。

この成果は我が国のハイエンド超高速レーザー装備の自主制御可能性に新しい技術経路を提供し、関連国の重大な科学技術インフラの建設に堅固な技術サポートを提供する。

参照先：中国科学院西安光機の高周波大エネルギー超高速シートレーザにおける新たな進展-中国科学院西安光学精密機械研究所【引用期間：2026年7月23日】