高融点金属原子の自動電離準位を用いた真空紫外域における非線形光学

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12440112
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 中嶋 隆 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教授 (50281639)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松尾 由賀利 理化学研究所, 先任研究員 (50231593) ; 作花 哲夫 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助教授 (10196206)
• Keywords: 自動電離準位 / 波長変換 / 真空紫外光 / 四波混合 / レーザーアブレーション / 自己反転吸収

Research Abstract

本年度は、理論に関しては、効率よく真空紫外光を発生させる新スキームの提案、光パルスの伝播ダイナミクス、そして発生した短波長光の応用という3つの小テーマについて研究を進めた。ここでは、スペースの関係上、最も重要な成果である1番目の小テーマについて述べる。
非線形波長変換(ここでは四波混合)を用いた場合に変換効率を妨げる大きな問題のひとつに、媒質による発生光の再吸収が挙げられる。つまり、せっかく波長変換によって真空紫外光を発生させても、その光を媒質から取り出す前に媒質によって再吸収されてしまえば意味がない。この宿命的問題を回避するため、本研究のキーワードでもある自動電離準位をうまく利用した、以下のようなスキームを考案した。自動電離準位は内部にコヒーレンスを持つため、量子干渉効果によって吸収極小が存在する。発生した真空紫外光の波長が、ちょうどこの吸収極小と一致するように入射レーザー波長を調節すれば、再吸収を防ぐことができるのである。このアイディアにより、理論的には3桁ほど変換効率を向上させることが可能であることがわかった。
実験については、3つの大きな成果が得られた。1つ目は、レーザーアブレーションプラズマの発光線から、対応する下位準位・上位準位の空間密度を自己反転吸収を用いて分光学的に決定する手法を考案し、レーザー誘起アルミニウムプラズマへの適用に成功したことである。2つ目は、連続発振狭帯域色素レーザー光をパルス色素レーザーで増幅し、狭帯域パルス色素レーザーシステムを新たに開発したことである。このレーザー開発により、アブレーションによって生成した放出種の並進速度が、時間によってどのように変化するかを光学的に検出することが初めて可能になった。そして、観測の結果、アブレーションパルス後、数マイクロ秒たった時間領域では、ガス雰囲気中で野レーザーアブレーションによって発生した衝撃波が、放出種の並進速度の脈動(パルセーション)となって観測された。

Research Products

• [Publications] Takashi Nakajima: "Propagation of phase-controlled lasers in a two-level medium"Physical Review A. 64. 434041-434066 (2001)
• [Publications] Takashi Nakajima, P.Lambropoulos: "Electron spin-polarization in single,two- and three-photon ionization of Xenon"Europhysics Letters. 57. 25-31 (2002)
• [Publications] Takashi Nakajima: "Efficient sum-frequency mixing through transparency induced by autoionization"Optics Letters. 27. 116-118 (2002)
• [Publications] Takashi Nakajima: "Influence of ac Stark shifts on the propagation of phase-controlled lesers in a two-level medium"Journal of the Optical Society of America B. 19. 261-267 (2002)
• [Publications] T.Sakka, K.Takatani, Y.H.Ogata, M.Mabuchi: "Laser ablation at the solid-liquid interface: Transient absorption of continuous spectral emission by ablated aluminum atoms"Journal of Physics D. 35. 65-73 (2002)
• [Publications] K.Saito, K.Takatani, T.Sakka, Y.H.Ogata: "Observation of the light emitting region produced by pulsed laser irradiation to a solid-liquid interface"Applied Surface Science. (未定). (2002)
• [Publications] T.Sakka, K.Saito, Y.H.Ogata: "Emission spectra of the species ablated from a solid target submerged in liquid: Vibrational temperature of C_2 molecules in water-confined geometry"Applied Surface Science. (未定). (2002)
• [Publications] T.Mogi, Y.Fukuyama, T.Kobayashi, I.Tanihata, K.Uehara, Y.Matsuo: "Translational motion of SiO^+ produced by laser ablation"Applied Surface Science. (未定). (2002)
• [Publications] M.Kurata-Nishimura, F.Tokanai, Y.Matsuo, T.Kobayashi, J.Kawai, H.Kumagai, K.Midorikawa, I.Tanihata, Y.Hayashizaki: "Simultaneous atomization and ionization of large organic molecules using femtosecond laser ablation"Applied Surface Science. (未定). (2002)