励起子共鳴領域におけるフェムト秒パルスの異常伝搬

飞秒脉冲在激子共振区的反常传播

基本信息

批准号：
14654056
负责人：
江馬一弘
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Sophia University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

物質中での光パルスの伝搬は、波数kとエネルギーωの分散関係がわかっていれば、基本的に理解できる。しかし、共鳴領域におけるフェムト秒パルスの伝搬では、パルスが単純に群速度で伝搬するという描像は成り立たなくなる。半導体・絶縁体での励起子共鳴領域では光パルスは励起子ポラリトンとなって物質内を伝搬するが、ポラリトン以外にも奇妙な伝搬波形が2種類観測されている。それは、ポラリトンパルスの前にそれよりも速く伝搬する比較的大きなピークと真空中の光速よりも速く伝搬しているように見える小さなピークの2つである。この2つのピークはこれまでの研究で、プリカーサーとsuperluminal伝搬パルスであることが判明した。以下に具体的な研究成果を述べる。(1)透過波形の時間分解スペクトル波形を測定し、二つのピークのスペクトル成分を調べた。この結果より、速く伝搬する成分のうち大きな方のピークは低周波数成分から構成されており、20世紀の始めに理論的に研究されていたプリカーサーであることが判明した。(2)入射パルスのエネルギー、強度、パルス波形、および試料の温度、厚さなども変化させた系統的な実験を行い、入射パルス依存性、試料依存性を調べた。プリカーサーは線形伝搬現象であるため、強度に対して線形に増大することが確認された。また、パルスのスペクトル形状の裾に非常に敏感で、裾の形と分散曲線の関係でプリカーサーが見えるかどうかが決定されることが判明した。(3)真空中の光速よりも速く伝搬するsuperluminal伝搬のスペクトル幅依存性および入射強度依存性を詳細に調べた。その結果、スペクトル幅が狭ければ群速度で伝搬し、強度を上げると励起子の高密度効果が伝搬に影響を与えることがわかった。

只要波浪数k和能量ω之间的分散关系是已知的，就可以基本上理解材料中光脉冲的传播。但是，当在共振区域中传播飞秒脉冲时，脉冲在组速度下的脉冲图像不再有效。在半导体和绝缘子的激子共振区域中，光脉冲变成激子极化子并通过材料传播，但是除了极化子外，已经观察到了两个奇怪的传播波形。它们是两个相对较大的峰，比极化脉冲更快，并且一个小峰似乎比真空中的光速更快。先前的研究表明，这两个峰是前体和静脉传播脉冲。具体的研究结果将在下面解释。（1）测量了传输波形的时间分辨光谱波形，并检查了两个峰的光谱成分。该结果表明，更快的繁殖成分的较大峰是由低频组成的，并且是在20世纪初对理论上研究的前体。（2）我们进行了一个系统的实验，其中还改变了入射脉冲的能量，强度，脉冲波形以及样品的温度和厚度，并研究了入射脉冲和样品依赖性的依赖性。由于前体是一种线性传播现象，因此已确认它相对于强度线性增加。还发现，脉冲的光谱形状的头对尾巴非常敏感，并且尾巴形和分散曲线之间的关系决定了前体是否可见。（3）详细研究了静光传播的频谱宽度依赖性和入射强度依赖性，该静光传播的传播速度比真空中的光速快于光速。结果，发现如果频谱宽度狭窄，则在组速度下传播，并且如果强度增加，则激子的高密度效应会影响传播。