サイクル域光パルスにより誘起される巨大加速度現象に関する研究

• 研究課題/領域番号: 12875010
• 研究種目: 萌芽的研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 森田 隆二 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30222350)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2001
• 研究課題ステータス: 完了 (2001年度)
• 配分額: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円); 2001年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2000年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
• キーワード: 超広帯域コヒーレント光波 / サイクル域光パルス / 自己位相変調 / 位相補償 / 空間位相変調器 / ラマン応答 / スペクトル干渉 / 振動状態選択励起 / 位相補賞 / 包絡波近似フリー / 巨大加速度 / 3次非線形光学特性

研究概要

本年度は、サイクル域光パルスに関する以下の成果を得た。
1.石英ファイバー中の12fs(4.5サイクル)光パルスの非線形伝播に関して、すべての次数の分散、遅延ラマン応答を含む非線形応答を取り込んだ時間領域有限差分(FDTD)法による計算を行い、別に行った実験結果をよく再現する結果を得た。この結果から、12fsのような時間領域では、石英ファイバーの遅延応答ラマン効果を考慮することが重要であることを見いだした。
2.アルゴンガス充填ファイバー中に、チタニウムサファイアレーザー増幅器からのフェムト秒光パルス(基本波,中心波長780nm)を伝播させ、自己位相変調効果を効率的に生じさせることにより超広帯域コヒーレント光波発生を発生する。この光波を、回折格子、凹面鏡、空間位相変調器によって構成される4f-非線形チャープ補償光学系により位相補償した。この空間位相変調器のみによる位相補償により、従来用いられてきたフリンジ分解自己相関法より正確な周波数分解光ゲート装置を用いた測定では世界最短パルス幅5.0fs、サイクル数2.2サイクルの極短光パルスの発生に成功した。
3.上記周波数分解光ゲート装置よりもより広帯域光パルスを測定可能な電場再構築スペクトル干渉装置を作製し、世界最短パルス幅5.0fs、サイクル数2.2サイクルの極短光パルスの発生に成功した。また、この方法により、1オクターブを超える超広帯域パルスの電場振幅・位相の測定にも成功している。
4.高エネルギー領域の振動状態を効率よくコヒーレントに選択励起する手法として、その振動状態周波数とパルス列繰り返し周波数、ならびに光周波数差とを同時に一致させた2色フェムト秒パルス列励起法の提案を行い、この手法に我々が行っている波長多重波形整形技術が有用であることを示した。

研究成果

• [文献書誌] S.Nakamura et al.: "Finite-difference time-domain calculation with all parameters of Sellmeier's fitting equation and nonlinear effects including Raman response for 12-fs laser pulse propagation in a silica fiber"IEEE Photonics Technol.Lett.. (in press). (2002)
• [文献書誌] N.Karasawa et al.: "Optical pulse compression to 5.0 fs by use of only a spatial light modulator for phase compensation"J.Opt.Soc.Am.B. 18. 1742-17469 (2001)
• [文献書誌] N.Karasawa et al.: "Chracteristics of the oscillatory spectrum due to only induced-phase modulation in an argon-filled hollow waveguide accompanied with intense self-phase modulation"Opt.Commun.. 197. 475-480 (2001)
• [文献書誌] R.Morita et al.: "Femtosecond-time-resolved highly selective molecular-vibration excitation using a novel vibrationally synchronized pumping technique with frequency difference resonance"Opt.Commun.. 197. 73-81 (2001)
• [文献書誌] L.Li et al.: "Amplitude and phase characterization of 5.0 fs optical pulses using spectral phase interferometry for direct electric-field reconstruction"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. L684-L687 (2001)
• [文献書誌] N.Karasawa et al.: "Comparison between theory and experiment of nonlinear propagation for a-few-cycle and ultrabroadband optical pulses in a fused-silica fiber"IEEE J.Quantum Electron. 37. 398-404 (2001)
• [文献書誌] N.Karasawa, S.Nakamura, R.Morita et al.: "Comparison between theory and experiment of nonlinear propagation for 4.5-cycle optical pulses in a fused-silica fiber"Nonlinear Opt.. 24. 133-138 (2000)
• [文献書誌] L.Xu, N.Karasawa, R.Morita et al.: "Programmable chirp compensation for 6-fs pulse generation with a prism-pair-formed pulse shaper"IEEE J.Quantum Electron.. 36. 893-899 (2000)
• [文献書誌] L.Xu, L.Li, N.Karasawa, R.Morita et al.: "Application of a spatial light modulator for programmable optical pulse compression to the sub-6-fs regime"IEEE Photonics Technol.Lett.. 12. 1540-1542 (2000)
• [文献書誌] H.Murakami, R.Morita, et al.: "Determination of third-order optical nonlinearity dispersion of 1-methyl-1′-octadecyl-2,2′-cyanine perchlorate Langmuir-Blodgett films using electroabsorption spectroscopy"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 5838-5841 (2000)
• [文献書誌] Y.Yamaoka, R.Morita, et al.: "Femtosecond time-resolved third-order nonlinear response of 4-(N, N-dimethylamino)-β-nitrostyrene solutions in the nonresonant region-experimental evidence of groupvelocity dispersion effect-"Opt.Rev.. 7. 489-494 (2000)