Novel nonlinear spectroscopy using quasi-continuous-wave coherent light source

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21849
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Naka Nobuko 京都大学, 理学研究科, 准教授 (10292830)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 非線形光学 / 半導体分光

Outline of Final Research Achievements

The aim of this project is to develop a novel nonlinear spectroscopy method using a quasi-continuous-wave coherent light source. We obtained two-photon and three-photon sum-frequency generation spectra with a much higher signal-to-noise ratio relative to that obtained by conventional methods. We clarified that the novel method is applicable to the exciton-polariton system in an oxide semiconductor and the two-dimensional exciton system in an atomically-thin semiconductor.

Free Research Field

光物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

非線形分光には尖頭値の大きな超短パルス光を用いるのが常識であり、そのような励起光は広いエネルギー分布を持つことから、マイクロ～ナノ電子ボルトという超高精度測定が必要となる半導体の精密分光に適用されることはこれまでなかった。本研究により、広帯域和周波分光の原理が検証され、従来手法に比して格段のスペクトル精度の向上と光学禁制状態の可視化が実証された。今後は、さらに周波数の異なる領域や２色化によるポンプ-プローブ実験への応用も考えられ、汎用光源による広帯域和周波分光は、光励起状態の理解における新たなブレークスルーとして期待される