2016 Fiscal Year Annual Research Report
波長変換の任意操作による超広帯域単一周波数波長可変レーザーの開発
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16H02213
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
桂川 眞幸 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (10251711)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 非線形光学 / 位相操作 / 波長変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非線形波長変換過程を人工的に操作することで、超広帯域、特に、100 nm~ 200 nmの真空紫外域全域をカバーする単一周波数波長可変レーザーを実現することを目的としてプロジェクト研究を進めた。
初年度は、“高次誘導ラマン散乱光発生を任意に操作する技術”の基盤を確立する作業を中心に進めた。初期的成果として、1次のストークス・アンチストークス光の発生をほぼ任意に操作できることを実験的に確認することができた。この成果を受けて、これをさらに、±3次まで拡げることを目指して、数値計算実験とも比較しながら、どの程度まで理屈を再現できるのか、また、考慮すべき現実の問題で抜け落ちている点がないか等の検討を進めた。また、そのための位相制御ラマンセルの製作を進めた。
さらに、並行してシステムの各要素技術を確立する作業を進めた。特に、互いに位相同期し、かつ高精度に波長調整が可能な二波長（800 nm, 1.2 um）の高強度連続発振レーザー光源の開発を進めた。1.2 umレーザー光は、800 nm注入同期Ti:sレーザーを励起光として、これに外部共振器で周波数安定化された1.2 um半導体レーザーを組み合わせ、それを種光として光パラメトリック増幅をおこなうことで目標スペックの出力を達成することを試みた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度は、“高次誘導ラマン散乱光発生を任意に操作する技術”の基盤を確立する作業を中心に進めたが、既に、初期的成果として、1次のストークス・アンチストークス光の発生をほぼ任意に操作できることを実験的に確認することができた。現在、この研究成果を学術論文としてまとめる作業を進めている。
また、この成果を受けて、これをさらに、±3次まで拡げることを目指して、数値計算実験とも比較しながら、どの程度まで理屈を再現できるのか、また、考慮すべき現実の問題で抜け落ちている点がないか等の検討を進め、精密な検討結果と言える形で知見を整理することができた。さらに、その知見をもとに、新しい位相制御ラマンセルの製作を開始することができた。
一方で、並行してシステムの各要素技術を確立する作業を進め、特に、互いに位相同期し、かつ高精度に波長調整が可能な二波長（800 nm, 1.2 um）の高強度連続発振レーザー光源の基盤を確立することができた。
以上のように、初年次は、研究計画のほぼすべてを順調に進め、成果を挙げることができたので、「おおむね順調に進んでいる」と自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
4年計画の2年目（平成29年度） は、初年度に実施された数値計算と実験の比較検証結果を踏まえ、数値計算がより精度よく現実の結果を再現できるようモデルの改良作業を進める。
また、これと並行して、「高次誘導ラマン散乱光発生の任意操作に関する理論」をさらに発展させる作業も同時に進める。相対位相操作は、理屈上はあらゆる可能性を含むことができる。この理論研究の狙いは、現行のスキームを、より“実験負荷の低い位相操作”に発展させられる可能性を探索することにある。
2年目の前半は、実験について、引き続き要素技術を確立する作業を進める。特に初年度に実施した詳細な解析結果と改良された数値計算モデルから得られる知見をもとに、“高次誘導ラマン散乱光発生の任意操作”技術をさらに高次の過程に拡張するためのラマンセル（2号機）のデザインおよび製作を本格的に進める。高次誘導ラマン散乱光発生の効率自体を高めるために、システム全体を低温化（~ 100 K）する技術をどのように組み込むかが設計の肝になる。
また、2年目の後半を実施する要素技術確立等の作業のバッファー期間としつつ、全ての作業が順調に進んだ場合には、主目的である、“真空紫外から中赤外の全域をカバーする高強度・広帯域連続波長可変レーザー”を実現する作業に取り組む。媒質であるパラ水素分子の密度、温度、励起レーザーの波長、強度、さらに、どのような相対位相操作を加えるか等が、実験上の重要なパラメーターになる。これまで長年積み上げてきた経験をもとに、徐々に目的の結果へと実験結果を導いていく。また、一定水準の結果に到達した段階で、それらの光源としての特性：平均出力、ビーム品質、周波数純度、波長可変域を系統的に評価する作業を実施する。
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