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光電場の振動は、1周期で1-2フェムト秒(fs)程度であり、それよりもはるかに短い光パルスを参照光として使わなければ、その振動を実時間で直接的に測定することは不可能に思える。ところが、最近、本研究の申請者は、従来まったく無関係と考えられていた周波数分解光ゲート法と電気光学サンプリング法という2つの光パルス計測手法を組み合わせることで、計測対象の振動周期よりもはるかに長い参照光パルスを使って、電場の振動を実時間で測定できることを見出した。この手法を応用すれば、自己参照によってどんなに短い波長の光電場の振動も観測することが可能である。本研究では、光電場を自己参照によって実験的に測定することを目的とする。
中心波長3μmの超短光パルスを計測対象の光電場として、実験を行った。スペクトルは、2から5μmまで広がっており、１オクターブ以上のスペクトルである。その赤外パルスのビームを２つのリトロリフレクタによって、空間的に２つに分離し、遅延時間を制御できるようにしてから、厚さ30μmのセレン化ガリウムにおいて、２つのビームが重なるように集光した。２つのパルスの遅延時間が合ったときに、二倍波の信号が中央に発生する。その二倍波の信号をスペクトル分解することで、周波数分解光ゲート法でパルスの包絡線を決定し、入射ビームに沿って発生する二倍波と、２つのビームの四光波混合によって発生する光との干渉を測定することで、電気光学サンプリングの信号を得た。これらの情報より、20fs程度の光パルスについて、自己参照によって、光電場の再現をすることができた。自己参照によって、光電場の計測を行ったはじめての実験である。
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