レーザー核融合のキーパーツを開発

大型高出力レーザーのキーパーツ「ガラス製ファラデー素子」が レーザー核融合の実現可能性を加速させる

2025-3-26●工学系レーザー科学研究所教授余語覚文

発表概要

日本電気硝子株式会社（本社：滋賀県⼤津市 社⻑：岸本暁）、大阪大学レーザー科学研究所（以下、阪大レーザー研）、核融合科学研究所、京都大学は大型高出力レーザーのキーパーツとなる「ガラス製ファラデー素子」を開発しました。このパーツを用いた光アイソレーターにより、大型高出力レーザーの課題である反射戻り光を抑制できます。高出力レーザーは、レーザー核融合や宇宙デブリの除去、重粒子線によるがん治療など精密工学や先端レーザー制御が求められるさまざまな分野への応用が期待されています。

左：大型高出力レーザー装置「SENJU (Super Energetic Joint Unit)」（図面提供：大阪大学レーザー科学研究所）
右：開発したガラス製ファラデー素子110×110mm
阪大レーザー研で開発中の大型高出力レーザー装置「SENJU」はビーム径約Φ90mmと大径であることが特長です。そのビームを制御するためのキーパーツとして、大型化が可能なガラス製ファラデー素子が有望視されています。

ガラス製ファラデー素子の特長

ガラス製ファラデー素子は、光アイソレーターに使用される光学素子であり、磁場を利用して光の偏光面を回転させる特殊なパーツです。レーザーの反射光を制御する機器「光アイソレーター」のキーパーツとして使用されます。今回共同開発したガラス製ファラデー素子は以下の特長を持ち、テルビウム・ガリウム・ガーネット（TGG）などの従来素材を凌駕します。
・大型化が可能
超大径のビーム(Φ90mm)を制御できるほどのサイズ（110✕110mm）を実現。
・高出力（ハイパワー）耐性がある
TGGに比べ吸光係数が低く、レーザーの出力を上げても品質が落ちない。

光アイソレーターとガラス製ファラデー素子の模式図

共同開発の背景

高出力レーザーの反射戻り光は、レーザー機器の破損リスクやノイズ問題を引き起こすため、装置の実現に向けた大きな課題となっていました。日本電気硝子は、小型の高出力（ハイパワー）レーザー対応光アイソレーターの開発経験を活かし、大型高出力レーザーの要件に応えるガラス製ファラデー素子を開発。京都大学と核融合科学研究所がガラスの評価を行い、阪大レーザー研が「SENJU」の光アイソレーターとして実装を進めています。 詳細を読む

レーザー核融合とエネルギーの未来

レーザー核融合は、安定したエネルギー供給とカーボンニュートラルの実現を目指す次世代エネルギーとして注目されています。日本のエネルギー自給率が約13%（2021年度時点）※と極めて低い中、レーザー核融合はエネルギー安全保障に大きな可能性を提供します。
※出典：経済産業省資源エネルギー庁 広報パンフレット「日本のエネルギー2023」