2019 Fiscal Year Annual Research Report
High harmonic generation in solids at nanometer scale
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18K19030
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
芦原 聡 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (10302621)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 高次高調波発生 / 超短パルスレーザー / 非線形光学 / 強電場現象 / プラズモニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高次高調波発生(HHG)とは，超短パルスにより強い光電場を物質に印加することよって次数の高い高調波が発生する現象である．この現象は，真空紫外～極紫外域のアト秒パルスを生み出すメカニズムとして，また，固体物質の電子状態・結晶構造を全光学的に計測するツールとして期待される．
本研究では，中赤外フェムト秒パルスとプラズモニクスを活用することで，固体物質におけるナノスケール空間からのHHGを実現すること，HHGを用いて微小物質の電子状態・結晶構造を計測する手法の創出するにあたり基盤となる知見を得ること，を目的とした．
2018年度は，「(A)固体における高次高調波発生の物理機構の理解」および「(B)プラズモン増強場を用いた高次高調波発生」の研究を進めた．(A)については，中赤外フェムト秒パルスを用いてGaSe結晶中に強い光電場を印加し，可視から深紫外域にわたるHHGの観測に成功した．(B)については，固体媒質中に効果的に増強場を作るような金属ナノ構造を設計し，そのような誘電体-金属ハイブリッド素子を電子線リソグラフィーにより作製した．そして，このナノスケール増強場によるHHGに成功した．
2019年度は，(A)に関する理論研究を進め，バンドギャップを大きく超える波長域でのHHGはバンド間分極機構が支配的となること，また，発生機構の違いによって高調波の時間波形が異なることを明らかにした．また，「(C)微小物質における高次高調波発生」へ向けて光学系を構築し，微小領域のHHG観測を可能とした．さらには，将来の駆動源として期待される「(D)中赤外モード同期レーザーの開発」にも取り組み、波長2.4ミクロンで50フェムト秒以下のパルス発生に成功した。
以上の成果は，赤外～紫外にわたる超短パルス・ナノ光源と，固体物質の電子状態・結晶構造の全光学的解析技術の創出に資する点で，重要な意義をもつ．
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