2019 Fiscal Year Annual Research Report
光波とミリ波を周波数接続するバウンダリーフォトニクスの技術開発
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18H01906
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
縄田 耕二 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (90586405)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 非線形光学 / バックワード光パラメトリック発振 / 周期分極反転素子 / ミラーレス発振 / 波長可変 / カスケード / 光注入 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、これまで近赤外領域でしか報告の無かったバックワード・光パラメトリック発振をテラヘルツ波領域で実証し、効率的な発振条件の探求を目的とする。
本年度はバックワード・テラヘルツ波パラメトリック発振の高効率化を目指し、2つの手法（１：高強度励起と２：光注入法）に取り組んだ。
１：一般的に高強度励起によって変換効率の向上に伴い出力は増大する、一方で、バックコンバージョンなどの他の非線形光学現象によって出力が飽和することも良く知られている。しかし、実験的にバックワード・テラヘルツ波パラメトリック発振において励起強度を増加させたところ、テラヘルツ波出力の飽和が見られなかった。さらに、アイドラー光が高次の発振現象を誘起するカスケード波長変換も確認された。これはテラヘルツ波とアイドラー光の再結合が逆向きに伝搬する特殊な位相整合条件によってバックコンバージョンが抑制された結果であると考えられる。この成果はカスケードプロセスによる高効率波長変換の可能性を示している。
２：バックワード・テラヘルツ波パラメトリック発振は斜周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶に励起光を入射するだけで起きる画期的な方法である、一方で、他の非線形光学現象が同時に誘起されるため、選択的に利得集中させる光学的手法の導入が高効率化の方針である。そこで、光注入法に利用によって誘導ポラリトン散乱を選択的に起こす光学系を設計し、実験を行った。その結果、パラメトリック利得をバックワード・テラヘルツ波パラメトリック発振に集中させることができ、発振閾値が1/2以下に減少することを明らかにした。発振閾値の低下によってテラヘルツ波出力向上が期待される。
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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
バックワード・テラヘルツ波パラメトリック発振で高次カスケード波長変換が起きることを確認し、実験的に3次のカスケード波長変換を実証した。また、光注入法の導入により、発振閾値の低下を得られた。これらの成果はバックワード・テラヘルツ波パラメトリック発振の高効率化に向けた新たな知見であり、高出力化の指針が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
高効率波長変換の指針が得られたことによって高出力バックワード・テラヘルツ波パラメトリック発振が期待できる。一方で、広帯域かつシームレスな周波数可変性もバックワード・テラヘルツ波パラメトリック発振の特筆すべき特長であり、実証するための結晶設計を行っている。具体的には円形の周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶を利用することで、バックワード・テラヘルツ波パラメトリック発振の持つ性能を明らかにし、サブテラヘルツ周波数領域を網羅する類例のない光学デバイスを目指す。
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