2021 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。
光源系の改良としては，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，変調前のパルスエネルギー360 μJ，変調後のパルスエネルギー115 μJ，32%の高い変換効率を得ている。また，チャープされた光渦の重ね合わせ実験において，絶対値が等しく符号の異なるトポロジカルチャージを有する光渦パルスの重ね合わせ手法を拡張し，方位方向指数の異なる光渦の重ね合わせによる動径方向に変化する高効率超高速ビーム変調，方位方向指数および動径方向指数の異なる光渦の重ね合わせによる複雑な超高速ビームパターン変調に成功している。
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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
理由
当該年度の目的である，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拡張できたことによる。
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| Strategy for Future Research Activity |
さらに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拡張を行うとともに，この強度パターン変調ビームを用い擬粒子励起を行う。具体的には以下のことを行う。
1．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。
2. 本研究の手法で発生させた強度パターンが超高速で変化するビームを用いて，物質系における擬粒子励起を行い，その位相速度と重ね合わせビームの強度移動速度の関係性により，擬粒子励起のコヒーレントな制御・増強をめざす。
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