光電場波形計測法の開発と新しい非線形光学の開拓

• 研究課題/領域番号: 17H02801
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 光工学・光量子科学
• 研究機関: 豊田工業大学 (2019); 分子科学研究所 (2017-2018)
• 研究代表者: 藤 貴夫 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20313207)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2018年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2017年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
• キーワード: 非線形光学 / 超短光パルス

研究成果の概要

本研究では、光電場の周期よりも長いパルスを用いても、光電場の振動する様子を計測できる技術を確立し、その技術を使って光電場振動に敏感な非線形光学の研究を進めた。独自に開発した光電場波形計測法を用いて、赤外光から可視光へ波長変換するような非線形光学過程を調べた。そして、その波長変換の効率が、光電場の位相によって大きく変化する様子を観測した。また、その現象を、様々な次数の高調波同士の干渉によって説明できることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

数フェムト秒の周期で振動する超短光パルスの光電場を直接的に計測することは、その周期よりもはるかに短いアト秒パルスによってしかできないものと信じられてきたが、本研究では、光電場の周期よりも長いパルスを用いても、光電場の振動する様子を計測できる技術を確立した。この技術によって、以前よりもはるかに簡便に光電場波形に敏感な非線形現象を解明できることを実際に示した。今後、この技術は、光を使った超高速情報処理などの進展に役立つと考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] ウィーン工科大学(オーストリア)
• [雑誌論文] サブサイクル中赤外光パルスの発生と固体物理学への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤貴夫
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 54 ページ: 693-704
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-harmonic generation in solids driven by subcycle midinfrared pulses from two-color filamentation (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideto Shirai, Fumitoshi Kumaki, Yutaka Nomura, and Takao Fuji
  • 雑誌名: Opt. Lett. 巻: 43 号: 9 ページ: 2094-2097
  • DOI: 10.1364/ol.43.002094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Referenced Measurement of Light Waves (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideto Shirai, Yutaka Nomura, and Takao Fuji
  • 雑誌名: Laser Photonics Review 巻: 11 号: 4 ページ: 1770043-1770043
  • DOI: 10.1002/lpor.201770043
  • 査読あり
• [学会発表] フィラメンテーション法によるサブサイクル中赤外光パルス発生とその応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤貴夫
  • 学会等名: 一般社団法人レーザー学会 学術講演会 第40回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] High-harmonic generation in solids driven by sub-cycle mid-infrared pulses (2019)
  • 著者名/発表者名: Takao Fuji
  • 学会等名: International workshop on theory for attosecond quantum dynamics(IWTAQD)21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-harmonic generation in solids driven by sub-cycle mid-infrared pulses from laser filamentation (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideto Shirai, Fumitoshi Kumaki, Yutaka Nomura, and Takao Fuji
  • 学会等名: XXI International Conference on Ultrafast Phenomena
  • 国際学会
• [学会発表] High-harmonic generation from crystalline silicon driven by sub-cycle mid-infrared pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideto Shirai, Fumitoshi Kumaki, Yutaka Nomura, and Takao Fuji
  • 学会等名: CLEO:QELS Fundamental Science
  • 国際学会
• [学会発表] Complete waveform characterization of mid-infrared ultrashort pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Takao Fuji
  • 学会等名: 2nd URSI Atlantic Radio Science Meeting (AT-RASC)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High harmonic generation in Si driven by sub-cycle mid-infrared source based on twocolor laser filamentation (2018)
  • 著者名/発表者名: Takao Fuji
  • 学会等名: COFIL2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] サブサイクル中赤外パルスを用いたSi薄膜からの高次高調波発生 (2018)
  • 著者名/発表者名: 熊木文俊、白井英登、野村雄高、藤貴夫
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第38回年次大会
• [学会発表] Self-Referenced Light Wave Measurement Of Few-Cycle Mid-Infrared Pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: Takao Fuji, Hideto Shirai, and Yutaka Nomura
  • 学会等名: CLEO Pacific Rim Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-Referenced Waveform Measurement of Ultrashort Mid-Infrared Pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: Takao Fuji, Hideto Shirai, and Yutaka Nomura
  • 学会等名: ALT'17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-harmonic generation driven by single-cycle mid-infrared pulses in solids (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideto Shirai, Fumitoshi Kumaki, Yutaka Nomura, and Takao Fuji
  • 学会等名: Ultrafast Optics XI
  • 国際学会
• [学会発表] サブサイクル中赤外パルスによる固体からの高次高調波発生 (2017)
  • 著者名/発表者名: 熊木文俊、白井英登、野村雄高、藤貴夫
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [備考] 豊田工業大学レーザ科学研究室
  • URL: https://www.toyota-ti.ac.jp/Lab/Denshi/laser/index.html