半導体可飽和吸収ミラー

半導体可飽和吸収ミラー（SESAM ）は、モード同期レーザーで使用される可飽和吸収体の一種である。

半導体飽和吸収体は、1974年にはすでにレーザーのモード同期に使用されていました。当時、p型ゲルマニウムがCO₂レーザー_のモード同期に使用され、約500ピコ秒のパルスが生成されました。現代のSESAMは、半導体分布ブラッグ反射器（DBR）上に成長させたIII-V族半導体の単一量子井戸（SQW）または多重量子井戸です。これらは当初、高速飽和吸収体としてKLMを使用するTi:サファイアレーザーの始動機構として、共鳴パルスモード同期（RPM）方式で使用されました。RPMは、結合共振器モード同期技術の一つです。パルス短縮に非共鳴カー型位相非線形性を使用するAPMレーザーとは異なり、RPMは半導体の共鳴バンド充填効果によってもたらされる振幅非線形性を使用します。SESAMは、この構造の本質的な単純さから、すぐに共振器内飽和吸収体デバイスへと発展しました。それ以来、SESAMの使用により、超高速固体レーザーのパルス幅、平均出力、パルスエネルギー、繰り返し周波数が数桁向上した。平均出力60W、繰り返し周波数最大160GHzが得られた。SESAMアシストKLMを用いることで、Ti:サファイア発振器から直接6フェムト秒以下のパルスが得られた。 

ウルスラ・ケラーは、半導体飽和吸収ミラー（SESAM）を発明し、実証しました。これは、1992年に初の受動モード同期ダイオード励起固体レーザーを実証したものです。「それ以来、チューリッヒ工科大学の彼女のグループは、詳細な理論モデルと世界をリードする実験結果の両方で、超高速固体レーザーの最前線を定義し、押し進め続けてきました。パルス幅、エネルギー、繰り返し周波数などの主要な特性において、桁違いの改善を実証しています。彼女はまた、この技術の産業移転を先導するのに貢献しました。今日、ほとんどの超短レーザーはSESAMモード同期に基づいており、光通信、精密測定、顕微鏡、眼科、マイクロマシニングなど、重要な産業用途があります。」^{[ 1 ]}

SESAMが他の飽和吸収体技術に比べて持つ大きな利点は、吸収体パラメータを広範囲の値で容易に制御できることです。たとえば、飽和フルエンスは上部反射体の反射率を変化させることで制御でき、変調深度と回復時間は吸収体層の低温成長条件を変更することで調整できます。この設計の自由度により、SESAMの応用範囲は、自己始動と動作安定性を確保するために比較的高い変調深度が必要なファイバーレーザーのモード同期にまで拡大しました。1 μmと1.5 μmで動作するファイバーレーザーが実証されています。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}