2023 Fiscal Year Annual Research Report
Ultrafast time- and frequency-resolved imaging based on FT spectroscopy
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22K19015
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
板倉 隆二 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 量子応用光学研究部, 上席研究員 (80334241)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 時間・周波数分解イメージング / フーリエ変換分光 / マルチスケールダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究実績は以下の３点にまとめられる。
i) 水中にチタン・サファイアレーザーを集光することによってできるレーザーフィラメントに対して、レーザーフィラメントの進行方向と直交した方向からプローブパルスを照射しフィラメントのシャドーグラフを測定した。これはフーリエ変換（FT）分光イメージングを行う予備実験として、チタン・サファイアレーザーの基本波、２倍波、３倍波の３色でフィラメントのシャドーを測定したものである。近赤外の基本波はフィラメントがチャネリングした光跡を映すことができるが、紫外の２倍波、３倍波の場合は、集光点の高密度プラズマのみが映り、フィラメント中のキャリア密度を反映したイメージが撮影できることがわかった。この測定は、離散的な３つの波長に限定しているが、広帯域パルスによるFT分光イメージングにより、詳細な時空間分布が明らかになると期待できる。
ii) 観測するレーザービームのポインティングのふらつきを克服するため、観測点の像を検出器（CCDカメラ）に像転送する拡大光学系を構築した。観測点から出射されたビームをマイケルソン干渉計に通した後、２枚のレンズを用いてCCDカメラに像転送を行った。
iii) マイケルソン干渉計は光路長をある程度取らざるを得ないこと、また、ビームスプリッターで分離した２つのビームが異なる空間を伝搬することが干渉計の安定性に影響を与える。この問題を解決する手法として複屈折率を持つ材料を用いて、同一光路上で、直交する２つの直線偏光の間に遅延を付ける TWINS 法と呼ばれる方法を導入した。この方法では、遅延を付けた２つのパルスが同じ光路を通るため遅延時間の精度やビームポインティングの安定性がマイケルソン干渉計に比べ優れ、また、短い光路で干渉計を組めることから像転送の光路長も大幅に短くすることが可能なことから装置の小型化が可能となる。
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