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フォトニクス：スケーラブルな高輝度単一モード連続波フォトニック結晶レーザー
Nature 618, 7966 doi: 10.1038/s41586-023-06059-8
大型のガスレーザーや固体レーザーに匹敵する（さらには取って代わる）高出力で高ビーム品質の大面積単一モード半導体レーザーを実現することは、フォトニクスやレーザー物理学の究極の目標の1つである。しかし、従来の高出力半導体レーザーは、多モード発振が生じるので必然的にビーム品質が低いという問題を抱えており、さらには、連続波（CW）動作の下で熱的な悪影響によって発振が不安定化する。今回我々は、大面積フォトニック結晶面発光レーザーを開発することによって、こうした課題を克服した。このレーザーは、フォトニック結晶内部におけるエルミート結合と非エルミート結合が制御されており、CW条件下でもこれらの結合を維持するための格子定数の空間分布が事前に導入されている。この材料中での1万波長以上に相当する3 mmという大きな共振直径を持つフォトニック結晶面発光レーザーにおいて、完全単一モードの発振による50 Wを超えるCW出力と、0.05°という極めて狭いビーム広がりが達成された。出力とビーム品質の両方を含む性能指標である輝度は、1 GW cm−2 sr−1に達し、これは既存の大型レーザーに匹敵する。今回の研究は、1 kWクラスの単一モード半導体レーザーの出現への重要なマイルストーンであり、そうしたレーザーは、近い将来、より大型の従来型レーザーを置き換えると予想される。
