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2019 年度 実績報告書

アト秒科学を身近にする光電場任意波形発生器の実現

研究課題

研究課題/領域番号 18H01898
研究機関徳島大学

研究代表者

吉井 一倫  徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 特任准教授 (90582627)

研究分担者 洪 鋒雷  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (10260217)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード超短パルスレーザー
研究実績の概要

光の極限制御技術[M. Katsuragawa and K. Yoshii, PRA, 95, 033846 (2017)]を駆使し,約400アト秒(as = 10^-18 s)の パルス幅,約4 フェムト秒(fs = 10^-15 s)の繰り返し時間を有す,任意の光電場波形を形成できる「光電場の任意波形発生器(Optical function generator: OFG)」の開発を目指し研究を行った.
本研究の意義は,本手法が伝統的なパルス圧縮法が持つ弱点を克服できる点にある.まず,空間的に光を分散させる必要が無く,空間モードを高品質に保つことができる.次に,ガラスや結晶などの無垢の透明媒質のみを用いるため適用帯域が非常に広く,同時に高いダメージ閾値を有する.これらの特徴は,このパルス圧縮法が非常にシンプルかつ堅牢であり,発生するアト秒パルスの高出力化が可能であることを約束する.アト秒時間領域の非線形現象を容易に発現できると予想される.
今年度の実施計画に基づき結果以下に示す研究実績を挙げた.波長1064 nmの注入同期型Q-swiched Nd:YAGレーザー(Surelite-I, Amplitude社)から出力されるナノ秒パルス光を導入し,これを基本波光源として準備を整えた.また,光周波数標準(ヨウ素安定化Nd:YAGレーザー)に安定化されたErファイバー光周波数コムに注入同期用シードレーザーをロックする.これによりフリーランニングと比較し数千倍の周波数安定度向上と長期的なCEP制御を行った.
これらに関わる成果を国際雑誌6本,国際会議3件,国内学会10件で報告した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本年度は上記の目標実現のため,以下の研究計画を予定していた.
1.光電場の任意波形発生器の光源部構築.2.光電場の任意波形発生器の周波数高安定化と光周波数コムの整備.3.広帯域離散スペクトル用SPIDER装置の開発とパルス幅計測.
その結果,以下のような達成状況にある.1.基本波光源として,波長1064 nmのナノ秒パルス光を出力する注入同期型Q-swiched Nd:YAGレーザーを導入した.2.光周波数標準(ヨウ素安定化Nd:YAGレーザー)に安定化されたErファイバー光周波数コムを開発した.同時に波長1064 nmの狭線幅半導体レーザーを光源としたヨウ素安定化レーザーを開発し,これを注入同期のシード光としている.これによりフリーランニングと比較し数千倍の周波数安定度向上を行った.また,周波数安定化レーザーと位相同期可能な高速制御型の光周波数コムを開発し,その高機能化を行った.3.以前の研究で代表者らが開発した広帯域離散スペクトル用SPIDER装置を本研究の波長域に合うように設計の変更を行った.
H31年4月より代表者の所属が横浜国立大学から徳島大学へ変わり,それに伴い本実験を遂行する主要な場所も徳島大学ポストLEDフォトニクス研究所へと移動した.そのため,本年度の当初は装置の移動や実験室自体の立ち上げに費やした.当初の計画よりも周波数安定化レーザーと光周波数コムに経費がかかり,Nd:YAGレーザーの基本波から第5次高調波までを発生させる波長変換ユニットの調達が遅れていた.一方で基本波光を用いて振幅・位相制御装置やパルス幅測定装置の設計・組み立てを進めた.具体的には,合成石英とフッ化カルシウムプリズムをそれぞれ高精度移動ステージに取り付け一体化させた位相制御装置を作成した.

今後の研究の推進方策

上記のように,今年度中の研究はやや予定より遅れている.
新らしい研究室の立ち上げもほぼ完了し今後は本研究課題を当初の予定通り進められる.最終年度であるR2年度は,これまでの遅れを取り戻し,アト秒パルス列発生を早々に実現させたい.その後,相互作用実験として真空中での電子線の操作や気体原子分子からの高次高調波をデモンストレーションする.
また,得られた成果の国際学会や国際誌への報告を行っていく.

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Iodine-stabilized laser at telecom wavelength using dual-pitch periodically poled lithium niobate waveguide2020

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Kohei、Okubo Sho、Wada Masato、Kashiwagi Ken、Yoshii Kazumichi、Inaba Hajime、Hong Feng-Lei
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 28 ページ: 2166~2166

    • DOI

      10.1364/OE.381961

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of 19.8 MHz repetition rate optical frequency combs for dual-comb spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Kousuke、Yamada Yuko、Kato Hideki、Yoshii Kazumichi、Okubo Sho、Inaba Hajime、Hong Feng-Lei
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 028002~028002

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab6b73

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Absolute frequency and hyperfine structure of 127I2 transitions at 5315??nm by precision spectroscopy using a narrow-linewidth diode laser2020

    • 著者名/発表者名
      Sakagami Haruki、Yoshii Kazumichi、Kobayashi Takumi、Hong Feng-Lei
    • 雑誌名

      Journal of the Optical Society of America B

      巻: 37 ページ: 1027~1027

    • DOI

      10.1364/JOSAB.385779

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical Frequency Metrology Study on Nonlinear Processes in a Waveguide Device for Ultrabroadband Comb Generation2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshii Kazumichi、Nomura Junia、Taguchi Kaho、Hisai Yusuke、Hong Feng-Lei
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 11 ページ: 054031-1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.11.054031

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical technology for arbitrarily manipulating amplitudes and phases of coaxially propagating highly discrete spectra2019

    • 著者名/発表者名
      Zhang C.、Yoshii K.、Tregubov D.、Ohae C.、Zheng J.、Suzuki M.、Minoshima K.、Katsuragawa M.
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 100 ページ: 053836-1-10

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.100.053836

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-resolution spectroscopy and laser frequency stabilization using a narrow-linewidth planar-waveguide external cavity diode laser at 1063??nm2019

    • 著者名/発表者名
      Yoshii Kazumichi、Sakagami Haruki、Yamamoto Hiroki、Okubo Sho、Inaba Hajime、Hong Feng-Lei
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 45 ページ: 129~129

    • DOI

      10.1364/OL.45.000129

    • 査読あり
  • [学会発表] デュアルコムファイバレーザーの高コヒーレントな非線形波長変換2020

    • 著者名/発表者名
      中嶋善晶,秦祐也,楠美友悟,吉井一倫,美濃島薫
    • 学会等名
      第40回 レーザー学会学術講演会,B06-21p-III-02
  • [学会発表] 2mヨウ素セルを用いたヨウ素安定化Nd:YAGレーザー2020

    • 著者名/発表者名
      池田幸平, 坂上春稀, 加藤令偉, 郷治侑真, 吉井一倫,洪鋒雷
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会,19aK23-3
  • [学会発表] 導波路型デュアルピッチPPLNによる光周波数コムの広帯域化と可視化2020

    • 著者名/発表者名
      郷治侑真, 加藤英毅, 池田孝介, 池田幸平, 吉井一倫,大久保章, 柏木謙, 稲場肇, 洪鋒雷
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会,19aK23-6
  • [学会発表] Narrow-linewidth and highly stable optical frequency comb realized with a simple servo control system in a mode-locked Er:fiber laser2019

    • 著者名/発表者名
      Kazumichi Yoshii, Yu Asahina, Yuko Yamada, Yusuke Hisai, Sho Okubo, Masato Wada, Hajime Inaba, Takemi Hasegawa, Yoshinori Yamamoto, and Feng-Lei Hong
    • 学会等名
      CLEO: 2019, SW3G.8
    • 国際学会
  • [学会発表] An iodine-stabilized laser at the telecom wavelength using a dual-pitch PPLN waveguide2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Ikeda, Chaoyun Chen, Kazumichi Yoshii, Sho Okubo, Ken Kashiwagi, Hajime Inaba, Feng-Lei Hong
    • 学会等名
      CLEO: 2019, SW3G.1
    • 国際学会
  • [学会発表] An iodine-stabilized laser using a 1542-nm light source2019

    • 著者名/発表者名
      Kohei Ikeda, Chaoyun Chen, Kazumichi Yoshii, Sho Okubo, Ken Kashiwagi, Masato Wada, Hajime Inaba, Feng-Lei Hong
    • 学会等名
      CLEO-EU: 2019, ED-P.24
    • 国際学会
  • [学会発表] コンパクトレーザーを用いたヨウ素分子超微細構造の計測2019

    • 著者名/発表者名
      Chaoyun Chen,野邑寿仁亜,坂上春稀,吉井一倫,小林拓実,洪鋒雷
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会,11aK14-3
  • [学会発表] 導波路型PPLNを用いた通信波長帯のヨウ素安定化レーザー2019

    • 著者名/発表者名
      池田幸平, Chaoyun Chen, 吉井一倫, 大久保章, 柏木謙, 和田雅人, 稲場肇, 洪鋒雷
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会,11aK14-2
  • [学会発表] デュアルコムファイバレーザーの導波路型PPLNによる波長域拡大2019

    • 著者名/発表者名
      中嶋善晶,秦祐也, 楠美友悟, 吉井一倫, 美濃島薫
    • 学会等名
      第80回 応用物理学会秋季学術講演会,19p-E205-19
  • [学会発表] 光周波数計測による導波路型デバイス中の非線形光学過程の解明2019

    • 著者名/発表者名
      吉井一倫,野邑寿仁亜,田口佳穂,久井裕介,洪鋒雷
    • 学会等名
      第80回 応用物理学会秋季学術講演会,20a-E205-12
  • [学会発表] デュアルコム分光のための近赤外光周波数コムの可視化2019

    • 著者名/発表者名
      加藤英毅,池田孝介,佐藤航己,郷治侑真,大久保章,稲場肇,吉井一倫,洪鋒雷
    • 学会等名
      日本光学会 Optics & Photonics Japan 2019,3pE3
  • [学会発表] 導波路型デュアルピッチPPLNによる光周波数コムの広帯域化2019

    • 著者名/発表者名
      郷治侑真,池田幸平,吉井一倫,大久保章,柏木謙,稲場肇,洪鋒雷
    • 学会等名
      日本光学会 Optics & Photonics Japan 2019,3pE4
  • [学会発表] レーザー分光の位相変調における残留振幅変調の抑制2019

    • 著者名/発表者名
      加藤令偉,坂上春稀,吉井一倫,洪鋒雷
    • 学会等名
      日本光学会 Optics & Photonics Japan 2019,3pE7

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公開日: 2021-01-27  

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