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ランダム光学媒質中で非線形光学効果が発生する機構を実験的、理論的に解明し、この系においてより高い非線形光学効果を作り出す条件を調べた。特に高い非線形光学応答のオリジンが光が拡散伝播することによって生じる媒質との長い相互作用長にあることに着目し実験を進め、具体的には以下の結果を得た。
(1)ランダム系でのレーザー動作
ランダム媒質中でのレーザー動作の幾何学的配置の依存性を(a)励起光のビームサイズと(b)平均自由行程を系統的に変化させ調べた。この結果、ランダム媒質中でレーザー動作が起こっている有効な空間モードに関する情報が得られた。この、空間モードの大きさは平均自由行程の数倍程度の大きさであることが分かった。
(2)非線形発光スペクトル
ランダム媒質中からの発光スペクトルを励起強度の関数として観測し、反射型実験配置ではスペクトルが長波長側に、透過実験配置では短波長側にシフトすることが分かった。これらの実験結果は、(a)励起過程での吸収飽和と(b)発光過程での再吸収を考えるとうまく説明できる。拡散方程式とレート方程式を組み合わせ解析をした。この結果からランダム系におけるレーザー動作にも吸収飽和が重要な役割を果たしていることが分かった。
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