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2014 年度 実績報告書

トポロジカル変換を用いた縮退四光波混合分光の多次元化

研究課題

研究課題/領域番号 25600105
研究機関北海道大学

研究代表者

戸田 泰則  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00313106)

研究分担者 足立 智  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10221722)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード光物性 / 縮退四光波混合 / 光渦 / トポロジカル変換 / 励起子
研究実績の概要

本研究では、超短パルス光のトポロジカル変換を用いた新しい縮退四光波混合(FWM)分光を構築し、半導体励起子の時空間ダイナミクス(軌道角運動量ダイナミクス)や多体相関に関する新規物性を明らかにすることを目的としている。今年度はトポロジカル変換を用いた(1)励起子空間コヒーレントダイナミクス観測、(2)面発光レーザーの軌道角運動量制御、および(3)励起子相関ダイナミクス観測を行い、以下の知見を得た。
(1)励起に用いるLG光の軌道角運動量が励起子モード緩和の違いをもたらす要因を明らかにした。軌道角運動量は方位方向に制限が加わることにより広がりを示す。したがって励起子のモード緩和は方位方向の散乱や欠陥を反映する。このことを理論計算と実験結果の比較を通して明らかにし、励起子重心運動が散乱や欠陥に対してロバストであることを示した。
(2)(1)で示された励起子重心運動のトポロジカルな性質はデバイス応用上きわめて有効である。昨年度に引き続き、半導体レーザーの発振横モードに対して軌道角運動量制御を試みた。発振しきい値付近において光帰還による横モードの顕著な変化が観測された。その特性は利得変化と対応すること、変調方式による依存性から発振モードの軌道角運動量は方位方向の位相変化にしたがってシフトすることを明らかにした。
(3)異種励起子の同時励起において量子ビート信号が観測されるが、通常、軌道角運動量の異なる重心運動に対して大きな変化は見られない。しかしながらLG光による単一モード励起の場合、散乱等に起因する軌道角運動量の広がり成分に位相の異なるビート信号が検出される場合があり、これがモード変化を引き起こすことを明らかにした。軌道角運動量に広がりを与える散乱成分は空間的に局在しているため、その周囲では多体相関が顕著になる傾向が示された。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Nonlinear coupling between axisymmetrically-polarized ultrashort optical pulses in a uniaxial crystal2014

    • 著者名/発表者名
      Masato Suzuki, Keisaku Yamane, Kazuhiko Oka, Yasunori Toda, and Ryuji Morita
    • 雑誌名

      Opt. Express

      巻: 22 ページ: 16903-16915

    • DOI

      10.1364/OE.22.016903

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Frequency-resolved measurement of the orbital angular momentum spectrum of femtosecond ultra-broadband optical-vortex pulses based on field reconstruction2014

    • 著者名/発表者名
      Keisaku Yamane, Zhili Yang, Yasunori Toda, and Ryuji Morita
    • 雑誌名

      New J. Phys.

      巻: 16 ページ: 053020

    • DOI

      10.1088/1367-2630/16/5/053020

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 軸対称偏光パルスを用いたGaN励起子微細構造の四光波混合分光2015

    • 著者名/発表者名
      重松恭平,森本祥平,鈴木雅人,山根啓作,森田隆二,戸田泰則
    • 学会等名
      日本物理学会第70回年次大会
    • 発表場所
      早稲田大学
    • 年月日
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [学会発表] Spatiotemporal coherent spectroscopy using singular optical puses2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Toda, and K. Shigematsu
    • 学会等名
      19th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • 発表場所
      Hiroshima University
    • 年月日
      2015-03-05 – 2015-03-06
    • 招待講演
  • [学会発表] 空間変調光帰還による面発光レーザーの高次横モード制御2014

    • 著者名/発表者名
      西坂拓馬,重松恭平,由利洋樹,山根啓作,森田隆二,淡路祥成,戸田泰則
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] 多重横モード面発光レーザーにおける特異点ダイナミクス2014

    • 著者名/発表者名
      由利洋樹,重松恭平,西坂拓馬,山根啓作,森田隆二,淡路祥成,戸田泰則
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] Spatiotemporal coherence of GaN excitons excited by an optical vortex w ith multiple orbital angular momentum2014

    • 著者名/発表者名
      Kyohhei Shigematsu; Keisaku Yamane; Ryuji Morita; Yasunori Toda
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO2014)
    • 発表場所
      San Jose Convention Center (USA)
    • 年月日
      2014-06-08 – 2014-06-13
  • [学会発表] Spatiotemporal decoherence of excitons excited by an optical vortex with multiple orbital angular momentum2014

    • 著者名/発表者名
      K. Shigematsu, K. Yamane, R. Morita, and Y. Toda
    • 学会等名
      Optical manipulation and its satellite topics (OMC'14)
    • 発表場所
      Pacifico Yokohama (Kanagawa)
    • 年月日
      2014-04-22 – 2014-04-24
  • [図書] Laser Spectroscopy Using Topological Light Beams2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Toda and R. Morita
    • 総ページ数
      35
    • 出版者
      Springer Series in Progress in Nanophotonics 3
  • [備考] 物性研究電子版(講義ノート)光のトポロジーを使った物性探索(第59回物性若手夏の学校

    • URL

      http://www.bussei-kenkyu.jp/archives/section/02000

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公開日: 2016-06-01  

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