2022/03/30 更新

写真a

キタジマ ショウタロウ
北島 将太朗
KITAJIMA Shotaro
所属
大学院工学研究科 電子工学専攻 量子システム工学 助教
大学院担当
大学院工学研究科
学部担当
工学部 電気電子情報工学科
職名
助教

学位 1

  1. 博士(工学) ( 2019年3月   電気通信大学 ) 

研究キーワード 5

  1. ファイバーレーザー

  2. モード同期レーザー

  3. 固体レーザー

  4. 薄ディスクレーザー

  5. 超短パルスレーザー

研究分野 1

  1. ナノテク・材料 / 光工学、光量子科学

経歴 2

  1. 名古屋大学   大学院工学研究科 電子工学専攻   助教

    2021年10月 - 現在

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    国名:日本国

  2. 大阪大学   レーザー科学研究所   特任助教

    2019年4月 - 2021年9月

学歴 2

  1. 電気通信大学   情報理工学系研究科   基盤理工学専攻

    2014年4月 - 2019年3月

  2. 長野工業高等専門学校   電気電子工学科

    2007年4月 - 2012年3月

所属学協会 2

  1. 日本レーザー学会

    2014年 - 現在

  2. アメリカ光学会

委員歴 1

  1. レーザー学会中部支部   庶務幹事  

    2021年10月 - 現在   

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    団体区分:学協会

受賞 5

  1. 第41回学術講演会年次大会 優秀論文発表賞

    2021年1月   一般社団法人レーザー学会   インククラッドにて寄生発振を抑制した1 J/100 Hz低温冷却Yb:YAGレーザー増幅器

  2. “Outstanding Oral Runner-up Presentation Award”, Advanced Solid-State Lasers (ASSL2018)

    2018年11月   アメリカ光学会   Sub-100 fs Kerr-Lens Mode-Locked Thin-Disk Lasers Based on Ceramic Gain Media

    北島将太朗

  3. “The Best Student Poster Paper Award,” The 7th Advanced Lasers and Photon Sources

    2018年4月   レーザー学会   177 fs Pulses From Kerr-Lens Mode-Locked Yb:Lu2O3 Ceramic Thin Disk Laser

    北島将太朗

  4. “The Best Student Oral Paper Award,” The 4th Advanced Lasers and Photon Sources

    2015年4月   レーザー学会   Kerr-lens mode-locked Yb3+ -doped Lu3Al5O12 ceramic laser

    北島将太朗

  5. 第15回レーザー学会東京支部研究会 ポスター講演 特別賞

    2015年3月   レーザー学会東京支部   高出力Kerrレンズモード同期Yb3+添加Lu3Al5O12セラミックレーザー

    北島将太朗

 

論文 9

  1. Kerr-lens mode-locked Yb:LuAG ceramic thin-disk laser 査読有り

    Kitajima Shotaro, Shirakawa Akira, Yagi Hideki, Yanagitani Takagimi

    OPTICS LETTERS   46 巻 ( 10 ) 頁: 2312 - 2315   2021年5月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Optics Letters  

    A Kerr-lens mode-locked (KLM) thin-disk laser with Yb:LuAG ceramic was demonstrated. Yb:LuAG ceramic is an attractive material for high-power lasers due to its high thermal conductivity and large emission cross section. The highest output power of 17 W with a pulse duration of 130 fs was achieved. Moreover, the pulse duration of 88 fs was also obtained with a high-Q factor cavity. To the best of our knowledge, this is the first demonstration of a KLM thin-disk laser based on Yb:LuAG, including both ceramic and single crystal. The results show the usefulness of ceramic thin disks for high-power ultrashort pulse laser sources.

    DOI: 10.1364/OL.423865

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

  2. 10 J operation of a conductive-cooled Yb:YAG active-mirror amplifier and prospects for 100 Hz operation 査読有り

    Ogino Jumpei, Tokita Shigeki, Kitajima Shotaro, Yoshida Hidetsugu, Li Zhaoyang, Motokoshi Shinji, Morio Noboru, Tsubakimoto Koji, Fujioka Kana, Kodama Ryosuke, Kawanaka Junji

    OPTICS LETTERS   46 巻 ( 3 ) 頁: 621 - 624   2021年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Optics Letters  

    We report, to the best of our knowledge, the highest power conductive-cooled active-mirror amplifier (CcAMA) using Yb:YAG with a pulse energy of 10 J. By using four liquid-nitrogen circulating cooled laser heads, we achieved a repetition rate, pulse energy, and average power of 33.3 Hz, 9.3 J, and 310 W, respectively. The problem of wavefront distortion, which is difficult to solve with a large-aperture active-mirror laser, is suppressed by using reinforcing materials with the same thermal expansion coefficient. We have confirmed that the wavefront distortion is small (0.15λ P-V per head) at 100 Hz operation, which paves the way for 100 Hz operation with the CcAMA concept.

    DOI: 10.1364/OL.414926

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

  3. Toward 10J, 100Hz active-mirror amplifier

    Ogino J., Tokita S., Kitajima S., Yoshida H., Li Z., Motokoshi S., Morio N., Tsubakimoto K., Fujioka K., Kodama R., Kawanaka J.

    Optics InfoBase Conference Papers     2020年10月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Optics InfoBase Conference Papers  

    We have developed a conductive-cooled Yb:YAG active-mirror amplifier with an diameter of 50 mm and a liquid-nitrogen circulation system. The high thermal capability that enables 10 J, 50 Hz laser amplification was demonstrated successfully.

    Scopus

  4. Sub-100 fs pulses generation from Kerr-lens mode-locked Yb: Lu2O3 ceramic thin-disk laser 査読有り

    Shotaro Kitajima, Akira Shirakawa, Hideki Yagi, Takagimi Yanagiani

    Optics Letters   43 巻 ( 21 ) 頁: 5451 - 5454   2018年10月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1364/OL.43.005451

    PubMed

  5. Kerr-lens mode-locked Yb:Lu2O3 ceramic thin-disk laser 査読有り

    Shotaro Kitajima, Akira Shirakawa, Hideki Yagi, Takagimi Yanagitani

    Optics InfoBase Conference Papers   2018 巻   2018年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:OSA - The Optical Society  

    The first Kerr-lens mode-locked Yb:Lu2O3 ceramic thin-disk laser was demonstrated. The shortest pulse duration was 177 fs with 3.2 W output power. The output power of 17 W with 588 fs pulses was also demonstrated.

    DOI: 10.1364/CLEO_SI.2018.SF2N.5

    Scopus

  6. Yb<sup>3+</sup>-doped CaF<sub>2</sub>-LaF<sub>3</sub> ceramics laser. 査読有り

    Kitajima S, Yamakado K, Shirakawa A, Ueda KI, Ezura Y, Ishizawa H

    Optics letters   42 巻 ( 9 ) 頁: 1724 - 1727   2017年5月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1364/OL.42.001724

    Web of Science

    PubMed

    その他リンク: http://orcid.org/0000-0002-7082-6145

  7. CW performance and temperature observation of Yb: Lu2O3 ceramic thin-disk laser 査読有り

    Shotaro Kitajima, Hiroaki Nakao, Akira Shirakawa, Hideki Yagi, Takagimi Yanagitani

    Optics InfoBase Conference Papers   2017 巻   2017年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:OSA - The Optical Society  

    CW Yb: Lu2O3 ceramic thin-disk laser with the maximum output power of 174 W was demonstrated. Slope efficiency was 54%. Disk temperature during lasing was observed and maximum temperature was 84.1 °C under 5.5 kW/cm2 pumping.

    DOI: 10.1364/ASSL.2017.JM5A.32

    Scopus

  8. Kerr-lens mode-locked Yb<sup>3+</sup>-doped Lu<sub>3</sub>Al<sub>5</sub>O<sub>12</sub> ceramic laser. 査読有り

    Kitajima S, Nakao H, Shirakawa A, Yagi H, Yanagitani T

    Optics letters   41 巻 ( 19 ) 頁: 4570 - 4573   2016年10月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1364/OL.41.004570

    Web of Science

    PubMed

    その他リンク: http://orcid.org/0000-0002-7082-6145

  9. Highly Efficient Yb3+-doped CaF2-LaF3 Ceramic Laser 査読有り

    Shotaro Kitajima, Yuki Higashi, Hiroaki Nakao, Akira Shirakawa, Ken-ichi Uedal, Yoshinobu Ezura, Hitoshi Ishizawa

    2016 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS (CLEO)     2016年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:IEEE  

    We prepared transparent Yb:CaF2-LaF3 ceramics with different combinations of doping concentrations of Yb3+ and La3+ and obtained CW laser operation with maximum output of 3.97 W. The maximum slope efficiency was as high as 73.1%.

    Web of Science

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MISC 1

  1. 固体レーザーの基礎(3)高出力固体レーザー及び最新動向

    北島 将太朗  

    プラズマ・核融合学会誌 = Journal of plasma and fusion research97 巻 ( 7 ) 頁: 388 - 395   2021年7月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:プラズマ・核融合学会編集委員会  

    CiNii Books

講演・口頭発表等 22

  1. 超短パルスファイバレーザーにおけるスペクトルピークの生成

    西澤 典彦、北島 将太朗、榊原 陽一

    第69回応用物理学会春季学術講演会  2022年3月24日 

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    開催年月日: 2022年3月

    会議種別:口頭発表(一般)  

  2. 低温伝導冷却アクティブミラー増幅器の新規構造

    黒岩 尭彦、北島 将太朗、時田 茂樹、金井 恒人、荻野 純平、河仲 準二

    第69回応用物理学会春季学術講演会  2022年3月25日 

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    開催年月日: 2022年3月

    会議種別:口頭発表(一般)  

  3. LCOS-SLMによるスペクトルフィルタを用いた スペクトルピークの生成と制御

    古畑 早紀子、北島 将太朗、西澤 典彦

    第69回応用物理学会春季学術講演会  2022年3月24日 

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    開催年月日: 2022年3月

    会議種別:口頭発表(一般)  

  4. タングステン酸塩利得媒質を用いた Thin-disk レーザー

    北島 将太朗、時田 茂樹、河仲 準二

    レーザー学会学術講演会第42回年次大会  2022年1月14日 

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    開催年月日: 2022年1月

    会議種別:口頭発表(一般)  

  5. 革新的パワーレーザーの開発 -伝導冷却アクディブミラーレーザー 招待有り

    荻野 純平、時田 茂樹、北島 将太朗、本越 伸二、森尾 登、椿本 孝治、吉田 英次、藤岡 加奈、植田 憲一、兒玉 了祐、河仲 準二

    レーザー学会学術講演会第42回年次大会  2022年1月14日 

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    開催年月日: 2022年1月

    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  6. はんだの粘塑性を考慮した低温冷却型アクティブミラー増幅器の熱構造解析

    黒岩 尭彦、北島 将太朗、荻野 純平、時田 茂樹、河仲 準二

    レーザー学会学術講演会第42回年次大会  2022年1月14日 

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    開催年月日: 2022年1月

    会議種別:口頭発表(一般)  

  7. 1 J/ 100 Hz cryogenically-cooled Yb:YAG laser amplifier with ink-cladding for the suppression of parasitic lasing 招待有り 国際会議

    CLEO2021  2021年5月13日 

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    開催年月日: 2021年5月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  8. 1 J/100 Hz ns laser pulses generation from cryogenically-cooled Yb:YAG rod amplifier with ink-cladding 国際会議

    Shotaro Kitajima, Jumpei Ogino, Shigeki Tokita, Li Zhaoyang, Shinji Motokoshi, Noboru Morio, Koji Tsubakimoto, Hidetsugu Yoshida, Kana Fujioka, Ken-ichi Ueda, Ryosuke Kodama, Junji Kawanaka

    The 10th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS2021)  2021年4月 

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    開催年月日: 2021年4月

    会議種別:ポスター発表  

  9. 177 fs Pulses From Kerr-Lens Mode-Locked Yb:Lu2O3 Ceramic Thin Disk Laser 国際会議

    北島将太朗

    The 7th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS)  2018年4月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

  10. Yb:CaF2単結晶Thin-diskレーザーの開発

    小林 祐樹, 北島 将太朗, 白川 晃

    一般社団法人レーザー学会第40回年次講演会  2020年1月20日 

  11. Yb3+-doped CaF2-LaF3 Ceramic Laser 国際会議

    北島将太朗

    The 11th Laser Ceramics Symposium (LCS)  2015年12月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  12. Sub-100 fs Kerr-lens mode-locked Yb3+ -doped Lu3Al5O12 ceramic laser 国際会議

    北島将太朗

    The 12th Laser Ceramics Symposium (LCS)  2016年12月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  13. Sub-100 fs Kerr-lens mode-locked Yb3+ -doped Lu3Al5O12 ceramic laser 国際会議

    北島将太朗

    EUROPHOTON  2016年8月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  14. Sub-100 fs Kerr-Lens Mode-Locked Thin-Disk Lasers Based on Ceramic Gain Media 国際会議

    北島将太朗

    ASSL  2018年11月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  15. Mode-locked Yb3+-doped CaF2-LaF3 Ceramic Laser 国際会議

    北島将太朗

    CLEO/EUROPE-EQEC 2017  2017年6月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  16. Kerr-Lens Mode-Locked Yb:Lu2O3 Ceramic Thin-Disk Laser 国際会議

    北島将太朗

    CLEO  2018年5月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  17. Kerr-lens mode-locked Yb3+ -doped Lu3Al5O12 ceramic laser 国際会議

    北島将太朗

    CLEO/EUROPE-EQEC 2015  2015年6月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  18. Kerr-lens mode-locked Yb3+ -doped Lu3Al5O12 ceramic laser 国際会議

    北島将太朗

    The 4th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS)  2015年4月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  19. Highly efficient Yb3+-doped CaF2-LaF3 Ceramic Laser 国際会議

    北島将太朗

    CLEO  2016年6月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

  20. High Power Ultrashort Pulse Laser Based On Yb-doped Ceramic Materials 国際会議

    北島将太朗

    Glass and Optical Materials Division (GOMD) Meeting  2018年5月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

  21. CW Performance and Temperature Observation of Yb:Lu2O3 Ceramic Laser 国際会議

    北島将太朗

    Advanced Solid State Laser (ASSL)  2017年10月 

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    記述言語:英語   会議種別:ポスター発表  

  22. CW and Mode-Locked High Power Yb:Lu2O3 Ceramic Laser 招待有り 国際会議

    北島将太朗

    The 13th Laser ceramics Symposium  2017年12月 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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共同研究・競争的資金等の研究課題 1

  1. 微細加工のための高出力・高繰り返し 超短パルス光源開発

    奨励研究助成(若手研究者枠)  

科研費 2

  1. 空間波長分布により利得狭窄を抑制した高出力超短パルスレーザーの開発

    研究課題/研究課題番号:20K15192  2020年4月 - 2022年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究  若手研究

    北島 将太朗

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4030000円 ( 直接経費:3100000円 、 間接経費:930000円 )

    高出力な超短パルスレーザーは微細精密加工などの産業分野をはじめ幅広い応用があるが、利得狭窄という現象により高い出力と短いパルス幅の両立はこれまで困難とされてきた。本研究ではこの利得狭窄を補償し、フェムト秒 (10-15秒)のパルス幅と高い出力を併せ持った超短パルスレーザーを開発することを目的とする。具体的には共振器中に回折格子を組み込んだ新規コンセプトの利得狭窄抑制レーザー増幅器を提案する。本研究ではまず利得媒質モジュールと励起光学系の開発を行い、次にそれらを用いた増幅器を構築することで本コンセプトの原理実証を行う。
    高出力な超短パルスレーザーは微細精密加工などの産業分野をはじめ幅広い応用があるが、利得狭窄という現象により高い出力と短いパルス幅の両立はこれまで困難とされてきた。本研究ではこの利得狭窄を補償し、フェムト秒 (10-15秒)のパルス幅と高い出力を併せ持った超短パルスレーザーを開発することを目的とする。具体的には共振器中に回折格子を組み込んだ新規コンセプトの利得狭窄抑制レーザー増幅器を提案する。これによりレーザー光は共振器中で波長成分ごとに分割され、励起レーザーの空間強度変調と組み合わせることで、スペクトルの狭帯域化を抑制する。本研究ではまず利得媒質モジュールと励起光学系の開発を行い、次にそれらを用いた増幅器を構築することで本コンセプトの原理実証を行う。
    本年度は主に薄ディスクレーザーの励起モジュールの構築と、薄ディスクの製造、また利得媒質の励起下の温度分布などの計算を行った。まず励起モジュールの構築では、放物面鏡とプリズムミラーを用いた励起光学系を構築し、アライメントのズレなくファイバー結合型半導体レーザーの出射光をディスク上に集光することに成功した。次に薄ディスクの製造では、業者と連携し、Yb添加のタングステート系材料にて厚さ300umの研磨とコートを行った。温度分布の計算では、熱流体FEM計算を用いた詳細な温度分布の計算を行い、低熱伝導率材料でありながら、概ね200W程度の励起に耐えられることを確認した。
    以上の工程により、次年度からの薄ディスクレーザーを用いたレーザー発振及び増幅実験の準備が整った。
    以上のように難関だと思われた薄ディスクレーザーの励起光学系や利得モジュールの製造に成功し、次年度からの発振器及び増幅器の構築に遅延なく進めるため。
    薄ディスクレーザーにて発振器及び増幅器の構築をし、当初の目的である空間波長分散を用いた利得狭窄の補償に取り組む

  2. Yb添加セラミック新材料を用いた薄ディスク超短パルスレーザーの研究

    研究課題/研究課題番号:18J10670  2018年4月 - 2020年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    北島 将太朗

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    本研究では新材料・薄ディスク型レーザー媒質・Kerrレンズモード同期という3つの要素技術の組み合わせにて、幅広い応用に利用可能な従来の出力特性を上回る超短パルスレーザーを実現することを目的とした。
    まず本研究では薄ディスク状レーザー媒質試料の作製から行った。本研究ではYb:Lu2O3セラミック, Yb:LuAGセラミックの2種類を用いた。各試料に研磨、コーティングの加工を施し、本研究室にてヒートシンクへの接合を行った。CWレーザー発振実験においてはそれぞれの材料にて170W以上のレーザー発振に成功し、更に5.5 kW/cm2以上の励起密度耐力を確認した。
    Yb:LuAGセラミック薄ディスクを用いたKerrレンズモード同期レーザー発振実験では平均出力17W、パルス幅130 fsの出力を得た。これはYb:LuAGセラミックに限らずセラミックレーザー全体でも初めての薄ディスクカーレンズモード同期の実証であり、このパルス幅帯としては全ての媒質を含めても世界で2番目の高出力である。また短パルス動作においては88 fsを実現しており、このときスペクトル幅は媒質の持つ利得幅の2.5倍にまで広がっていた。これはレーザー媒質の優れた特性を活かすための適切な共振器設計が行われていることを示す。Yb:Lu2O3セラミックにおいても同様の実験を行い、パルス幅98 fs, 3.7Wの出力を得た。また最短パルス幅86 fsを得た。
    これらの結果は申請段階での研究計画において1年目に行うとした実験を概ね全て達成したと言える。具体的な目標として掲げた「10 W以上、100 fs以下」という出力は得られなかったものの、それぞれを独立には得られており、また17 W, 130 fsという結果を得られたことからも今後光学素子の変更を行うことで早期に達成可能だと考えている。

 

担当経験のある科目 (本学) 2

  1. 量子力学および演習

    2021

  2. 電気電子情報工学実験第2

    2021