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開発No.2421

世界最高クラスの出力を持つ小型サブナノ秒パルス深紫外レーザー装置を開発

高出力レーザーの小型集積化技術により、創薬やがん治療など幅広い分野での技術革新に貢献
サブナノ秒パルス深紫外レーザー装置外観

サブナノ秒パルス深紫外レーザー装置外観

 

　三菱電機株式会社は、国立研究開発法人理化学研究所（以下、理化学研究所）、自然科学研究機構分子科学研究所（以下、分子科学研究所）と共同で、強力な短パルス※1で世界最高クラス※2の出力である235ミリジュールを実現した、サブナノ秒パルス深紫外レーザー装置の開発に成功しました。

　本装置は小型で可搬性を有しているため、現在は分子科学研究所内の理化学研究所スペースに移設しており、加速器の研究開発に活用されます。

　新材料や新薬の開発、粒子線がん治療などに使用される加速器は、電子や原子などに強い電界を加えることにより粒子の動きを加速させる装置で、粒子が人体や物体の深部まで到達するという特性を活用しています。しかし、加速器は大型の装置が必要となることから、この小型化を実現するためのレーザー加速技術の研究が世界各国で行われています。一方で、レーザー加速には高出力のレーザー装置が必要となるため、レーザー加速が実現した場合でもレーザー装置自体が大きくなり、結果的に加速器全体としては大型化してしまうという課題がありました。

　また、レーザー加工やセンシングなどの分野で幅広く活用されているレーザー装置は、装置の大きさやコストが導入にあたっての課題となっています。さらに、核融合の分野でもレーザー技術に注目が集まっていますが、レーザー核融合プラントの建設コストの大半がレーザーになるとの試算もあり、小型化・低コスト化が求められています。

　このように、高出力レーザーの小型化・低コスト化は、加速器の小型化やレーザー加工の高度化、核融合応用において重要な技術課題です。

　当社は今回、短パルスのマイクロチップレーザーを採用し、ビーム径を最適化することで、サブナノ秒パルス深紫外レーザー装置において世界最高クラスの出力である235ミリジュールを実現しました。また、理化学研究所および分子科学研究所との連携により開発した分布面冷却（Distributed Face Cooling）の技術を使用した高排熱チップを採用することで、従来、低温冷却が必要だった高出力レーザーの常温での動作を可能とし、装置のサイズを小型化しました。今後もレーザー加速技術の開発とレーザー装置の小型化をさらに推進し、幅広い分野での技術革新に貢献していきます。

  • ※1

    非常に短い時間にエネルギーを放出する電磁波や光のパルスのことで、パルスの時間は、通常1ナノ秒（10億分の1秒）以下。短パルス化により同じエネルギーでもピーク出力を高めることが可能で、レーザー加工などで有用

  • ※2

    2024年11月26日時点、当社調べ。サブナノ秒パルス深紫外波長レーザーとして

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