超短光パルスシンセシスのための非線形増幅素子固体色素を用いた高機能光空間変調器

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650037
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 尾松 孝茂 千葉大学, 工学部, 助教授 (30241938)
• キーワード: 位相共役鏡 / 非線形光学 / 光空間変調器 / 超短パルスレーザー / 固体色素

研究概要

レーザー媒質の飽和増幅を介して有効な利得回折格子を誘起するのに必要な時間はレーザー活性種の誘導放出断面積に反比例する。
レーザー色素の誘導放出断面積は代表的な固体レーザー結晶であるNd:YAGの1000倍近く大きいため、ピコ秒パルスで効率良く二光波混合、位相共役波発生が可能である。本研究では、ローダミン6G色素をPMMAポリマーに添加した固体レーザー色素を用いた前方型縮退四光波混合配置によって自己回折光(前方型位相共役波)発生を行った。励起光にはモードロックQスイッチNd:YAGレーザーの第二高調波(パルス幅<20ps)を用いて、ポリマーを側面励起した。四光波混合には、光パラメトリック発生器によって発生させた577nmのピコ秒パルスレーザー(パルス幅<15ps)を用いた。
側面励起法を用いるとポリマー全域を均質に励起できるため、400倍の小信号利得が確認できた。結果として、ポリマーに入射した信号光の2倍以上のエネルギーを持つ非常に強い自己回折光を発生させることに成功した。この時の励起フルエンスは20mJ/cm2、入射信号光のフルエンスは〜0.1mJ/cm2であった。結合波方程式を用いて理論解析し、回折効率がほぼ妥当な数値であることを確認した。
さらに、飽和増幅効果による位相共役波発生の超短パルス光に対する可能性を探るため、利得帯域幅が広い有機固体レーザー素子(ポリマーにローダミンなどの有機レーザー色素を添加し、固体化した素子)が示す飽和増幅効果による位相共役波発生を行った。
前方型縮退四光波混合の場合と同じく、ピコ秒パルスを用いて縮退四光波混合(図4)を行い、入射エネルギーの2倍を超える高い反射率を観測した。この位相共役鏡反射率は,ピコ秒領域で観測された反射率としては世界最高値である。
この時、発生したピコ秒パルスの時間応答性から、位相共役鏡がパルス圧縮効果を併せ持つことがわかった。パルス幅20psのプローブパルスを入射した場合、発生した位相共役波の最短パルスは<10psであった。
この位相共役鏡の基本コンセプトは、利得帯域の広いチタンサファイアをはじめとするレーザー素子へ応用できるので、可視から近赤外の波長帯で所望の位相共役鏡を構築できる。

研究成果

• [文献書誌] T.Omatsu, T.Imaizumi, M.Amano, Y.Ojima, K.Watanabe, M.Goto: "Multi-watt diffraction limited pico-second pulses from a diode-pumped Nd:YVO_4 amplifier with a photorefractive phase conjugate mirror"J.Opt.A : Pure Appl.Opt.. 5. S467-S470 (2003)
• [文献書誌] T.Hirose, T.Omatsu, R.Kato, K.Hoshino, K.Harada, T.Watanabe, M.Fujii: "Azo-benzene polymer thin-film laser amplifier with grating couplers based on light-induced relief hologram"Optics Communications. 228. 279-283 (2003)
• [文献書誌] T.Imaizumi, M.Goto, Y.Ojima, T.Omatsu: "Characterization of pico-second phase conjugate Nd:YVO_4 laser system"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2004)
• [文献書誌] K.Abe, M.Amano, T.Omatsu: "Efficient phase conjugation by pico-second four-wave-mixing in solid-dye amplifier"Optics Express. (in press). (2004)