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本研究では、媒質が散乱と非線形性をあわせて持っている系を対象に、ランダム光学媒質中での非線形光学現象を実験的・理論的に研究した。
「1」2光束を用いた空間相関ポンプープローブ法
「空間時間相関ポンプープローブ法」を新しく理論的に解析した。この結果、媒質の時間応答や空間応答を示す信号項の他に、2本のレーザービームがランダム光学媒質の中で揺らぎの効果を媒介して結合する「パラメトリックカップリング効果」が起こることが明らかになった。
「2」ランダム媒質中での誘導放出と誘導吸収
上記「1」の方法を新しく応用し、誘導放出の敷居値よりもわずかに弱い2つのビームを用い、ランダム媒質からの蛍光のスペクトル幅をモニターすることで、ランダムレーザーの利得領域の大きさを測定した。この結果、ランダムレーザーの敷居値における利得領域の大きさに関して、平均自由行程や吸収長などさまざまなパラメーターを変化させた実験において、利得領域の大きさが誘導放出断面積と吸収断面積によって統一的に表されることが実験的に見つかった。また、コンピュターシュミュレーションとランダムレーザーのモデル化によってこれらの実験的発見を理論的に説明することができた。
「3」コヒーレントなカップリング効果を利用したメモリー効果の観測
上記「1」の方法で、「パラメトリックカップリング効果」を利用して波動がランダム媒質中でどのように波面の情報を保持しているかを示すメモリー効果を調べた。非線形ランダム光学媒質としてLiNoO_3の微粒子を用いたより詳細な実験を行い、「パラメトリックカップリング効果」を明確な形で実証することが出来た。
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