2020 Fiscal Year Annual Research Report
位相の自在な操作を組込むことによる非線形光学過程の新しい可能性の開拓
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20H01837
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
大饗 千彰 電気通信大学, 量子科学研究センター, 助教 (80787664)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 非線形光学過程の自在操作 / 真空紫外レーザー分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非線形光学過程はその過程に関係する光の位相関係に強く依存する。位相整合においては光の伝搬に伴って各位置における光生成がコヒーレントに積算されることで巨視的な光生成が達成される。このような伝搬に伴う積算効果とは別に、光の位相関係を任意に操作することで、それぞれの位置における非線形光学過程自身の進行方向を自在に操作することができる。本研究の目的は、このような自在な操作によって拓かれる非線形光学過程の新たな可能性を追求することにある。
本研究ではパラ水素分子による高次の４光波混合過程を自在に操作することで、未踏のレーザー技術である、100-200 nmの真空紫外全域で波長可変な単一周波数レーザーを実現する。当初の研究計画では、①非線形光学過程の自在操作技術の確立、②真空紫外レーザー生成の要素技術の開発、③真空紫外・波長可変・単一周波数レーザーの生成、の３ステップで行う計画であった。
初年度（2020年度）は、4光波混合過程による-2から+3次までの光生成について、特定次数の選択生成、光スペクトルの広帯域化など多様な形態の非線形光学過程の操作を実現した。当初の計画である、①の非線形光学過程の自在操作技術の確立は十分に達成できたといえる。
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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
2019年度までの研究において、光生成の効率が低く高次光がほとんど生成されない単純な状況では非線形光学過程の自在な操作が可能であることを示した。2020年度（初年度）は、より高効率な光生成が可能な条件下において、多様な非線形光学過程の操作が可能であることを実証した。
具体的には以下に記述することを行った。まず、非線形光学過程による光生成の高効率化を行った。光生成の高効率化は非線形光学過程に用いる非線形媒質を低温化（液体窒素温度、77 K）することで達成できる。このような低温環境下に光位相関係を自在に操作可能な機構を組み込んだ実験系を構築した。さらに、構築した実験系を用いて非線形媒質中の6か所で自在に光の位相関係を制御することで、特定次数の選択生成、光スペクトルの広帯域化など多様な形態の非線形光学過程の操作を実現した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、より高い効率で特定次数の選択生成が可能であることを示しつつ、②の真空紫外レーザー生成の要素技術の開発を進める。
今までの実験系では光位相の操作位置については固定していたが、光位相の操作位置も自在に制御することで、より高い選択生成の効率を達成できる。このような位相操作位置を自在に操作可能な新たな実験系を構築する。
また、真空紫外レーザー生成の要素技術として、真空紫外レーザー生成の起点となるレーザー（波長210 nm）の生成、4光波混合過程によって生成される光に光周波数標準精度を付与するシステムの構築を行っていく。
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