多モードレーザー系におけるカオスの制御とカオス間相互作用

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455040
• Research Institution: SCIENCE UNIVERSITY OF TOKYO IN YAMAGUCHI
• Principal Investigator: 清水 忠雄 山口東京理科大学, 基礎工学部, 教授 (90011668)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷井 一者 千代田学園, 電子工学科, 専任講師 ; 久我 隆弘 東京大学, 綜合文化研究科, 助教授 (60195419) ; 長谷川 太郎 山口東京理科大学, 基礎工学部, 助手 (80289305)
• Keywords: カオス / レーザー / 非線形系 / 多モード

Research Abstract

決定論的カオスおよび多様な不安定性を示すCO_2レーザー発振の測定と数値解析とから、"より複雑なカオス系"の非線形ダイナミックスに内在する秩序構造を明らかにすることが研究の目的である。研究は空間的に重畳するふたつの共振器モードで発振するCO_2レーザーについて行ったが、その結果次のことが明らかになった。
軸モードと軸外モードのレーザー光が互いに相互作用しながらパルス発振するレーザーは、単一モードレーザーに比べてはるかに複雑な散逸系である。さらに共振器内に非線形吸収を示す物質を挿入する。このレーザーの示す不安定発振は"より次元の高いカオスの様相を示した。解析の結果
(1) 我々がこれまでに開発してきた単一モードカオスをよく記述する理論を2モードに拡張した理論で、レーザー管内で2モードが交差飽和を起こしているレーザーの出力の特性をよく再現出来ることがわかった。
(2) 一般にカオスに至る代表的道筋として、周期倍加ルートと間欠性ルートがあることが知られているが、我々の系にはこの両方が内在し、パラメータの値の違いによってそのいずれかが現れることが、まず理論的に明らかにされ、ついでこれを実験的にも確認できた。またこの系は3種類ある間欠性ルートのうちTypeIIのルートをたどることが明らかにされた。
(3) この研究で得られた周期倍加ルートカオスと間欠性ルートカオスとを解析すると後者のフラクタル次元がより高いことが明らかになった。
我々の理論モデルの有効性が実験で確かめられたので、この理論を使って、多様なパルス発振を予測できる。これを利用し新しいタイプの光処理法や光信号発生器を開発する準備を進めている。

Research Products

• [Publications] 谷井一耆 他: "可飽和吸収ガスをキャビティ内にもったCO_2レーザーのレーザーカオス" 物性研究. 68・5. 637-639 (1997)
• [Publications] K.Tanii et al: "Two differant routes tochaos in a two mode CO_2 laser with saturable absorber" Physical Review E. 59・2. 1600-1604 (1999)