1998 Fiscal Year Annual Research Report
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10044175
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| Research Category |
Grant-in-Aid for international Scientific Research
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| Section | Joint Research . |
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
大塚 建樹 東海大学, 工学部, 教授 (60266369)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
GLORIEUX Pie リール大学, 物理学科, 教授
MANDEL Paul ブリュッセル自由大学, 非線形光学理論部門, 教授
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| Keywords | 半導体レーザー励起 / LNPレーザー / 多重遷移発振 / 熱レンズ / 高密度励起 / オージェ効果 / ∧型遷移 / 反位相パルセーション |
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| Research Abstract |
1.多重遷移移動時単一モード発振と反位相ダイナミクス
半導体レーザー励起LNPレーザーは、高Nd濃度性を反映し、励起光の吸収長が100μm以下と極めて短く、反転分布は励起端面付近に強く局在する。その結果として、非励起領域での共鳴再吸収が発振特性に強く関与する。我々は、LD励起LNPレーザーをを作製し、^4F_<3/2>→^4I_<11/2>の遷移線を形成する波長1048、1055および1060nmでの単一モード同時発振を見出した。また、特異な入出力特性と関連したマッカンバーの緩和振動周波数のスケール側からのずれ、および反位相雑音スペクトルを観測した。
共同研究により多重遷移発振のレート方程式を導き、定常状態、線形安定性解析およびシュミレーションにより、実験的に観測されたすべての現象が良好に再現された。
2.LD励起LNPレーザーにおける熱レンズおよび高密度励起効果
LD励起マイクロチップレーザーでは、励起光により結晶中に形成される屈折率の2乗分布(熱レンズ)により安定な共振器条件が達成される。今回、我々は、熱レンズの焦点距離の励起密度依存性を表す理論式を導出し、それによって決る安定な共振器条件および共振器内発振スポットサイズを理論的に評価した。また、励起密度の増加に伴い、単一モード発振のための励起パワー領域が大幅に増加することが実験により見出された。LNPにおいては、高Nd濃度性により、近接励起原子間の相互作用(励起状態吸収によるオージェ再結合効果)が発現する。共同研究で構築した、オージェ効果を取り入れた理論解析の結果、第一発振モードにより掘られた空間的ホールバーニングパターンの平坦化が生じ、隣接縦モードの固有電界強度との重量積分(実行利得)が減少し、単一モード発振領域の拡大が起こることが導かれた。
3.A型多重遷移発振に伴う反位相パルセーション
1.で述べた多重遷移同時発振は、共通のレーザー上準位からシュタルク分裂した異なるエネルギー準位への遷移により起こる。我々は、このA型遷移に伴う緩和振動を基本とする不安定性を実験的に見出した。この自励振動は、個々の遷移線での発振出力に顕れ、総合出力では打ち消されるという反位相ダイナミクスを呈する。共同研究により(1)2つの遷移線モードが形成する空間的ホールバーニングパターンの空間的差周波グレーティングによる発振光散乱、(2)発振モードの差周波数で共振器内で振動するテラヘルツビート波により形成される下準位原子間のコヒーレンズを考慮したレート方程式を導出し、その安定性解析・数値計算により観測された反位相パルセーションを説明した。
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[Publications] Kenju Otsuka: "Atomic interference in a microchip laser operating on a ∧ transition" Europhysics Letters. 45・3. 307-313 (1999)
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[Publications] Kenju Otsuka: "Locking of relaxation oscillation frequencies and chaos in a free-running two-mode Nd:YVO_4 laser" Japanese Journal of Applied Physics. 37・12. 1523-1526 (1998)
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[Publications] 大塚 建樹: "半導体レーザー励起LiNdP_4O_<12>レーザーとその応用" レーザー研究. 26・12. 855-860 (1998)
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[Publications] Kenju Otsuka: "KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS,DORDRECIIT" NONLINEAR DYNAMICS IN OPTICAL COMPLEX SYSTEMS, 300 (1999)
