今回開発に成功したのは、波長405ナノメートル（1ナノメートルは1メートルの10億分の1）の青紫色領域で、3ピコ秒（1ピコ秒は1秒の1兆分の1）の超短時間幅、100ワットの超高出力ピーク出力、1ギガヘルツの繰り返し周波数を持つ、光パルスを発生できる半導体レーザーです。新開発・独自構造の窒化ガリウム（GaN）系モード同期型半導体レーザー※3と光半導体増幅器※4を高度に制御することで、従来の青紫色パルス半導体レーザー出力の世界最高値の100倍以上にもなる100ワット超のピーク出力を実現しています。
これまでも、固体レーザー※5や波長変換素子を組み合わせた高機能・高価な先端科学研究用途の超高出力・超短パルスレーザー装置は存在しましたが、光源装置自体が大型で、レーザーの安定動作のために専門技術者による操作が必要でした。今回開発した半導体素子の組合せによる半導体レーザーシステムは、将来、こうした装置を大幅に小型化できる技術で、用途の大幅な拡大が期待できます。
今回開発した超高出力・超短パルス半導体レーザー光源では、高強度レーザー光のもとでのみ生じる2光子吸収※6と呼ばれる非線形現象を利用することが可能で、レーザー光をレンズで集光した際、レンズの焦点付近でのみ、レンズの焦点スポット径よりも小さな領域で化学変化や熱的な変化を起こすことができます。この性質を応用することで、無機・有機物質のナノメートルオーダーの3次元微細加工や、次世代大容量光ディスク記録など、幅広い分野への応用の可能性が広がるものと期待できます。
ソニーでは、本技術の次世代大容量光ディスク用途への原理検証として、プラスチック材料の内部に、3マイクロメートル毎に直径300ナノメートル程度の空孔をあけ、これをレーザー光で読み取る実験に成功しています。
今回の研究成果は、材料・デバイスの基礎に立脚して産学連携共同研究プログラムを推進する東北大学の超短パルスレーザー基盤技術とソニーの半導体レーザー素子基盤技術との融合で得られたものです。今後は、さらなる高出力化や多機能化など基盤技術の育成を進めるとともに、システムの小型化・安定化など実用化技術の開発を進めます。
なお、今回の研究成果は、米国の学術論文誌Applied Physics Lettersに掲載されました。（Appl. Phys. Lett. volume 97, issue 2, page 021101 (2010); doi:10.1063/1.3462942 (3 pages), Online Publication Date: 12 July 2010 )
