フォトニック結晶面発光レーザー(PCSEL: Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser)は、次世代の光技術として非常に注目されていますね。特に「高出力」という点において、従来のレーザー技術の限界を打ち破るポテンシャルを秘めています。
PCSELがなぜ高出力化に強いのか、その仕組みと現在の到達点について簡潔に解説します。
1. なぜPCSELは高出力に強いのか?
従来のレーザー(VCSELや端面発光型)は、出力を上げようとして発光面積を広げると、光の位相がバラバラになり(高次モードの発生)、ビーム品質が急激に劣化するという課題がありました。
PCSELは、フォトニック結晶による独自の回折効果を利用することで、この問題を解決しています。
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大面積での単一モード動作: フォトニック結晶の格子内で光が二次元的に共振し、広い面積全体で位相が完璧に揃います。
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狭い拡がり角: 出力ビームは非常に鋭く(1度以下)、レンズによる集光なしでも遠くまで届きます。
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熱特性の良さ: 面で発光するため熱分散が良く、高出力運用に適しています。
2. 現在の出力性能と進化
京都大学の野田進教授らのグループを中心に、PCSELの出力特性は劇的な進化を遂げています。
| 項目 | 特徴・現在の到達点 |
| 連続出力(CW) | すでに50W級の動作が実証されており、さらに100W、1kWへと向かっています。 |
| ビーム品質 | 大面積(直径数mm以上)でも、理論限界に近い**高品位なビーム($M^2 \approx 1$)**を維持。 |
| 高輝度化 | 従来のVCSELと比較して、面積あたりの輝度が圧倒的に高いのが強みです。 |
3. 高出力PCSELが変える未来
高出力かつ高品質なビームを「チップ一つ」で実現できるため、これまで大型のガスレーザーやファイバーレーザーが必要だった分野への応用が期待されています。
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レーザー加工: 金属の切断や溶接が、よりコンパクトな装置で可能になります。
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車載LiDAR: 数百メートル先の物体を高精度に検知する、自動運転のキーデバイスになります。
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光ワイヤレス給電: 離れた場所にあるデバイスへ、ピンポイントでエネルギーを輸送します。
Point: PCSELは、単に「明るい」だけでなく、「遠くまで、一点に、高エネルギーを集中させられる」のが最大の武器です。
PCSELの構造(二重孔構造など)や、特定の用途(LiDAR向けなど)について、さらに詳しく知りたい部分はありますか?
出典:Google Gemini
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