2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of a molecularly-modulated continuous-wave Raman comb
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18K04982
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
財津 慎一 九州大学, 工学研究院, 准教授 (60423521)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光変調器 / 誘導ラマン散乱 / 四光波混合 / 超高繰り返しレーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、最近実証された「連続発振分子光変調器」を基礎とし、近赤外波長域で70THzを超える帯域に、10THzを超える間隔で発生する「連続発振ラマンコム の実現」に取り組んでいる。この研究目的を達成するために、本年度は以下の2項目の実験を実施した。(1)2波長共振ポンプ-プローブ法による分子変調サイドバンドの観測、(2)連続発振ラマンコム間の位相同期を実証するための非線形信号観測。以下にそれぞれで得られた実績の概要について示す。
(1)共振器内に充填された水素分子に連続ポンプ光を入射することで分子の回転運動を誘起し、続いて連続発振プローブ光を入射することで、分子の運動周期に等しい周波数でサイドバンドを発生させることに成功した。プローブ光は、サイドバンドが発生するしきい値未満にして入射した。共振器内の水素圧力が10.5 atmにおいて、サイドバンド発生しきい値以下の入射パワーであるのにも関わらず、アンチストークス光の信号が得られた。ポンプ光が励起した分子のコヒーレント運動を介して、位相整合四光波混合によって発生したものであると考えられる。
(2) アンチストークス光を含む3本の連続発振ラマンコムを位相整合条件をみたした厚さ10マイクロメートルのBBO結晶に集光し、SHGを発生させた。この時、ラマンコムの光路上にガラスプリズム対を設置し、ラマンコムがガラスプリズムを通過する距離を変化させながらSHG強度を観測した。その結果、ラマンコム間の位相変化に依存してSHG強度が変化することを確認した。この結果は、連続発振ラマンコムが位相同期しており、適切な位相制御によって17.6THzの繰り返し周波数を有する超短パルス光列の発生を示唆している。
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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
当初計画での実施2年度目終了時点での達成目標は、最終目標に至る3STEPにおける、STEP2:低分散高フィネス共振器を用いた分子コヒーレンス励起とサイドバンドの観測、で あった。低分散高フィネス共振器は準備したが、実際にそれを用いて実験をするには至らなかった。しかしながら研究実績の概要に示したように、(1)2波長共振ポンプ-プローブ法による分子変調サイドバンドの観測、(2)連続発振ラマンコム間の位相同期を実証するための非線形信号観測、を達成した。(1)の成果は今後の低分散共振器を用いた実験に直ちに適用可能であり、また、当初計画に記載していた(1)に加えて、(2)の位相同期の原理実証も達成したため、概ね順調時進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、前年度の成果を受けて、以下の研究課題に取り組む。
1. 低分散高フィネス共振器を用いた分子コヒーレンス励起とサイドバンドの観測
現状では、ポンププローブ法による分子光変調過程によって、1次のサイドバンドが観測されているのみである。本研究では、2次以上の高次ラマンサイドバンドを含むラマンコムの発生を目的としている。これを実現するために、共振器ラマン媒質充填圧力とプローブ波長の最適化による、共振器内総分散制御が必要である。これにより分子光変調過程の位相整合条件を満足させ、これまでは観測できなかった2次のラマンサイドバンドを発生させる。令和元年度には既に共振器鏡として、-1fs^2程度の負分散を有した高反射鏡を導入した。これは従来用いていた共振器鏡より、共振器長を半往復する際の位相不整合を小さくし、光波変調効率の向上をもたらすことが可能となる。
2. 分子光変調法による高次ラマンサイドバンドの観測とその高効率化
プローブ光波長における共振器総分散をゼロにすることによって、ラマンサイドバンドの 発生における位相整合条件は満足させることができる。しかしながら、これまでは負分散鏡 の高次分散(偶数次:4 次、6 次・・)のために、高次ラマンサイドバンド間での位相整合 条件が満足されておらず、光波変調効率を制限していた。この問題を解決するために、4 次以上の高次分散を抑制された設計の負分散鏡を共振器鏡として利用する一般的に負分散値が大きい場合は、高次分散を抑制することは困難であるが、上述した提案したゼロ分散に近い負分散鏡では、このような設計が可能であり、この新しい設計の共振器を用いて高次ラマンコム発生を実現する。
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| Causes of Carryover |
令和元年度に導入予定していた共振起用チャンバー新規共および新規共振器鏡を、研究の進行状況を考慮して後ろ倒しし、最終年度に導入する予定である。そのために次年度使用額が生じた。
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Research Products
(2 results)
