2015 Fiscal Year Annual Research Report
光渦励起パラメトリックレーザーに立脚するトポロジカル非線形光学
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15H03571
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
尾松 孝茂 千葉大学, 融合科学研究科(研究院), 教授 (30241938)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | レーザー / 非線形光学 / 光渦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
円筒座標系の周期的境界条件に由来する量子数(トポロジカルチャージ)は光渦の軌道角運動量を決定する基本パラメーターである。本研究は、光渦励起パラメトリック発振器(光渦パラメトリックレーザーと呼ぶ）においてトポロジカルチャージ分配則で決まる光の軌道角運動量の本質を解明する。また、フォノンポラリトンへトポロジカルチャージを分配することで波面変調技術が確立されていない中赤外～テラヘルツ波帯の波長域において光渦を自在に発生する。
平成27年度はナノ秒グリーンレーザーを1次光渦に変換して非線形光学結晶LiB3O5(LBO)結晶からなる光渦パラメトリックレーザーを励起し、発振したシグナル光、アイドラー光がともに非整数光渦(トポロジカルチャージ~0.5)になることを実証した。また、光渦パラメトリックレーザーの共振器を安定共振器にすること、シグナル光だけを発振させる単共振型共振器にすることで、ガウスモードと1次ラゲールガウスモード間の「デコヒーレンス」を誘導し、0.7um～1.9umのオクターブを超える波長可変範囲を持つ光渦パラメトリックレーザーの開発に成功した。発振した光渦のパルスエネルギーは波長可変範囲全域で0.2mJを超えた。
さらに、非線形光学結晶KTiOPO4(KTP)結晶を用いた光渦パラメトリックレーザーとZnGeP2結晶による差周波光発生によって2-12um帯で波長可変な中赤外光渦発生にも成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成27年度はナノ秒グリーンレーザーを1次光渦に変換してLiB3O5(LBO)結晶からなる光渦パラメトリックレーザーを励起し、発振したシグナル光、アイドラー光がともに非整数光渦(トポロジカルチャージ~0.5)になることを実証した。また、光渦パラメトリックレーザーの共振器を安定共振器にすること、シグナル光だけを発振させる単共振型にすることで、ラゲールガウスモード間の「デコヒーレンス」を誘導し、0.7um～1.9umのオクターブにも及ぶ波長可変域を持つ光渦パラメトリックレーザーの開発に成功した。発振した光渦パルスエネルギーは波長可変範囲全域で0.2mJを超えた。
さらに、KTiOPO4(KTP)結晶を用いた光渦パラメトリックレーザーとZnGeP2結晶による差周波光発生によって2-12um帯で波長可変な中赤外光渦発生にも成功した。
当初の目的である中赤外光渦発生はすでに達成した。今後はより長波長における遠赤外～テラヘルツ波帯の光渦発生を目指す。
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| Strategy for Future Research Activity |
シグナル光波長が励起光波長に近づいたテラへルツ・パラメトリック発振では、アイドラー光に相当するテラへルツ波はボーズ準粒子である物質中のフォノンポラリトンを介して発生する。
差周波光発生の過程では、エネルギー保存則、運動量保存則(位相整合)、トポロジカルチャージ(軌道角運動量)保存則を満足する必要があるが、フォノンポラリトンは周波数と波数の分散関係がライトラインから大きくずれる(物質中での伝播速度が光とは大きく異なる)。光渦に変換したQスイッチNd:YAGレーザーを励起光に、LiNbO3結晶を非線形光学結晶に用いた光渦テラヘルツ・パラメトリックレーザーを開発する。この際、テラヘルツ波のトポロジカルチャージは傾斜集光法を用いて計測し、フォノンポラリトンへのトポロジカルチャージ分配則を明らかにする。
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