2020 Fiscal Year Annual Research Report
Ultrafast beam pattern modulation using the superposition of chirped ultrashort optical vortex pulses and its application
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20H02645
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
森田 隆二 北海道大学, 工学研究院, 教授 (30222350)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸田 泰則 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00313106)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光渦 / 超短光パルス / チャープ / 超高速ビーム制御 / 擬粒子励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，光の持つ位相・偏光の空間的特異性・非一様性に着目し，申請者らが現在までに独自に開発したモノサイクル域光パルス発生・制御技術，超短光パルスコヒーレント合成技術，光のスピン軌道相互作用変換・制御技術を用いることにより， THzの速さでビームパターンが変化する光格子（光渦ペア）を発生させること，さらに，物質系において，発生光渦ペアによる擬粒子励起を行い，その伝播過程を利用してコヒーレントな制御・増強を行うことである。
既に申請者らは，THz回転周波数の超高速回転光格子（光渦ペア）発生に成功しているが，物質系における擬粒子励起などの応用を考えると，十分な光出力とはいえない。そこで，まず，THz回転周波数の超高速回転リング状光格子（光渦ペア）の高強度化をめざし，当該年度は以下を行った。
光源の高強度化として，Ybファイバーレーザー発振器（中心波長1030 nm, 繰り返し周波数 40 MHz, 平均パワー ～25 mW）からのフェムト秒パルスをチャープ・ファイバー・ブラッグ・グレーティングにより～500 ps にストレッチした後，前置増幅，主増幅のファイバー増幅器による増幅を行った。主増幅のファイバー増幅器コア径を15 μmとすることにより，ファイバー内部の非線型効果を抑えて高効率増幅を実現し，繰り返し周波数200 kHz, パルス幅～200 fs, 平均出力 1.2 W（パルス圧縮後）の高出力パルスを得ている。
また，光渦の重ね合わせ光学系としては，光損失が少なく安定でロバストなコヒーレントビーム合成光学系として，サニャック型干渉計光路を用い，超高速回転リング状光格子の高効率発生を実現した。
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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
当該年度の目的である，レーザー光源の高強度化および高効率光渦重ね合わせ光学系を実現できたことによる。
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| Strategy for Future Research Activity |
超高速かつ自在にビーム強度パターンを変化させる手法の確立をめざし，以下のことを行う。
1．様々な方位方向指数の異なる光渦を重ね合わせ，回転リング状光格子の自在性を高める。
2．動径方向指数の異なる光渦を重ね合わせ，動径方向外側・内側に高速で移動するビームパターンも生成を行う。
3．1，2の組み合わせにより，超高速で強度パターンを自在に変化させる手法を確立する。
4．光渦ペアのコリニアな重ね合わせだけではなく，ノンコリニアな重ね合わせも行い，直線方向の強度変化自由度も加え，自在性を高める。
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