包絡波近似を超えた非線形光学現象

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11450022
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 山下 幹雄 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10240631)
• 研究分担者: 大谷 守正 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90001320) ; 森田 隆二 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30222350)
• キーワード: モノサイクル光パルス / 自己位相変調 / 誘起位相変調 / 超広帯域コヒーレント光波 / 位相補償 / 空間位相変調器 / 包絡波近似フリー / 緩発展波法

研究概要

光パルス幅がキャリア中心周波数の逆数近くなってくると、従来まで光科学の領域で広範囲に用いられている包絡波近似(SVEA)の妥当性があやしくなってくる。しかしながら、この包絡波近似が破られるときの定量的基準、物理量間の関係式は、これまでに明らかにされていない。さらに、具体的にどのような現象が異なってくるか実験的に明示された例はない。そこで、本研究の目的は、数サイクル以下の極限光パルスを発生させ、その位相シフト干渉を含む線形伝播、自己位相変調非線形伝播、誘起位相変調非線形伝播現象に的を絞り、上記を実験・理論の両面から明確にすることである。本年度は、具体的に以下のことを行った。
●1.昨年に引き続き、Ar充填シングルモードキャピラリーファイバー中のフェムト秒誘起位相変調(IPM)の実験を行い、IPM特有のスペクトル変調振動構造を初めて観測した。さらにその2パルス間遅延時間依存性を測定し、その現象がある一定の遅延時間域のみあらわれる実験結果を、SVEAフリー2パルス非線形伝播理論解析により、一定条件下の2パルスチャープ干渉として説明できることを見いだした。
●2.昨年に引き続き、Ar充填シングルモードキャピラリーファイバー中のフェムト秒自己位相変調(SPM)による超広帯域パルスの独自な空間位相変調器のみによるチャープ補償実験を行った。その結果、4.1 fs(1.78サイクル)という世界最短(4.0 fs)レベルのモノサイクル台光パルス発生に成功した。
●3.SVEAフリーな"緩発展波法"および"フーリエ直接法"により、数サイクル光パルス、5.0 fs光サイクルおよびモノサイクル(2.67 fs)光パルスのシングルモード石英ファイバー中のSPM、IPM非線形伝播理論解析をスペクトル・チャープ補償パルス・ラマン有限応答・コア分散・高調波・後退波・遅延時間依存性の効果に注目して行った。その結果、フタ山スペクトル構造の起因は奇数次位相分散によるものであること、4次高調波が発生すること、5.0 fs入射パルスに対して510 asアト秒パルス発生が可能であること、および遅延時間依存性が実験結果と一致することを見いだした。

研究成果

• [文献書誌] N.Karasaws, S.Nakamura et al.: "Comparison between theory and experiment of nonlinear propagation for a-few-cycle and ultrabroad band optical pulses in a fused-silica fiber"IEEE J.Quantum Electron.. (in press). (2001)
• [文献書誌] L.Xu, N.Nakagawa et al.: "A prism-pair-formed pulse shaper compresses optical pulses to the 6-fs regime"Ultrafast Phenomena. XII. 68-70 (2000)
• [文献書誌] S.Nakamura, L.Li et al.: "Extremely flexible and accurate chirp-compensation for 75-MHz bandwidth - generation of a few-optical-cycle transform-limited pulses -"Ultrafast Phenomena. XII. 56-58 (2000)
• [文献書誌] Y.Yamaoka, R.Morita, et al.: "Femtosecond time-resolved third-order nonlinear response of 4-(N, N-diethylamino)- β-nitrostyrene solutions in the nonresonant region -experimental evidence of group-velocity dispersion effect -"Opt.Rev.. 7. 489-494 (2000)
• [文献書誌] H.Murakami, R.Morita et al.: "Determination of third-order optical nonlinearity dispersion for 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] L.Xu, L.Li, N.Nakagawa 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] L.Xu, N.Nakagawa 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] Y.Yamaoka, R.Morita et al.: "Numerical analysis of femtosecond time-resolved degenerate four-wave mixing signal including group-velocity dispersion effect"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. 1170-1171 (2000)
• [文献書誌] N.Karasawa, S.Nakamura et al.: "Comparison between theory and experiment of nonlinear propagation for 4.5-cycle optical pulses in a fused-silica fiber"Nonlinear Optics. 24. 133-138 (2000)
• [文献書誌] 山下幹雄,松本賢一郎 et al.: "空間位相変調のモノサイクル光パルス発生への応用"レーザー研究. 28. 492-499 (2000)
• [文献書誌] 山下幹雄,田幸敏治,金原粲 ら編著: "応用物理学ハンドブック"丸善書店(印刷中).