2次非線形フォトニック結晶を用いたフェムト秒光パルスの波長変換

使用二阶非线性光子晶体进行飞秒光脉冲的波长转换

基本信息

批准号：
14750026
负责人：
芦原聡
金额：
$ 2.3万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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

背景と目的:近年の超短光パルスの短パルス化・高エネルギー化は、基礎・応用問わず諸分野に大きな波及効果をもたらした。現在ではその波長変換・波形制御という高機能化が光源技術に求められている。現在の波長変換技術は、「薄い結晶を用いてバンド幅を保つ」という単純なもので未熟と言わざるをえない。本研究では、2次非線形フォトニック結晶構造を用いて第2高調波発生(Second harmonic generation:SHG)の群速度一致を実現する新しいスキームを提案し、それに基づいてフェムト秒SHGとカスケード非線形パルス圧縮を実現することを目的とした。成果:群速度一致条件を利用し、カスケード非線形効果によるフェムト秒光パルス圧縮を行った。まず、周期分極反転ニオブ酸リチウム素子におけるタイプI擬似位相整合を用いて通信波長で群速度整合SHGを実現した。この配置でのカスケード非線形効果を利用することで、パルス幅110fsの基本波入射から、ともに35fsに圧縮された基本波・第2高調波の発生に成功した。これは、擬似位相整合素子を利用したパルス圧縮としては世界初である。次に、非線形感受率の対角成分を用いた群速度一致法を実現するため、ニオブ酸リチウム2次元擬似位相整合素子の設計と作製を行った。1560nmを基本波とする条件に合わせ周期8.9μmの傾斜周期分極反転パターンを設計し、電子線リソグラフィーと電圧印加法により素子作製を行った。この素子を用いてフェムト秒SHG実験を行い、50%という高い変換効率や約100fsのSHパルス発生に成功した。次にこの2次元擬似位相整合による群速度整合法を用いた光ソリトン生成に関する理論研究を行った。そして従来の方法では現実的に不可能であった断熱的ソリトン生成法が、本手法では約20mmのデバイス長で実現できることを明らかにした。

背景与目的：近年来，超短光脉冲的缩短和高能量在基础和应用各个领域产生了巨大的连锁反应。目前，要求光源技术具有波长转换、波形控制等先进功能。目前的波长转换技术只是“用薄晶体维持带宽”，不得不说还很不成熟。在本研究中，我们提出了一种利用二阶非线性光子晶体结构实现二次谐波产生（SHG）群速度匹配的新方案，并在此基础上，我们提出了一种实现二次谐波产生群速度匹配的新方案（SHG），并基于该方案，我们开发了飞秒SHG和级联非线性脉冲压缩，目的就是实现这一目标。结果：我们使用群速度匹配条件，利用级联非线性效应压缩飞秒光脉冲。首先，我们在周期性极化铌酸锂器件中使用 I 型准相位匹配实现了通信波长下的群速度匹配 SHG。通过利用这种布置中的级联非线性效应，我们成功地从脉冲宽度为 110 fs 的基波输入中生成了压缩至 35 fs 的基波和二次谐波。这是世界上第一个使用准相位匹配元件的脉冲压缩。接下来，为了实现利用非线性磁化率对角分量的群速度匹配方法，我们设计并制作了铌酸锂二维准相位匹配元件。基于1560 nm基波设计了周期为8.9 μm的梯度周期性极化反转图案，并采用电子束光刻和电压施加方法制作了器件。利用该器件，我们进行了飞秒SHG实验，成功产生了50%的高转换效率和约100 fs的SH脉冲。接下来，我们利用这种二维准相位匹配群速度匹配方法对光孤子产生进行了理论研究。他们还证明，使用约 20 毫米的器件长度，可以通过该方法实现传统方法实际上不可能实现的绝热孤子生成。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

芦原聡, 志村努, 黒田和男, Nan Ei Yu, 栗村直, 北村健二, Myoungsik Cha, 平等拓範: "周期分極反転MgO : LiNbO3素子における群速度整合型フェムト秒カスケード非線形効果"第63回応用物理学会学術講演会. 26p-B-11 (2002)

Satoshi Ashihara、Tsutomu Shimura、Kazuo Kuroda、Nan Ei Yu、Nao Kurimura、Kenji Kitamura、Myoungsik Cha、Takunori Hobara：“周期性极化MgO：LiNbO3元素中群速度匹配的飞秒级联非线性效应”第63届应用物理学术会议学术会议26p。 -B-11 (2002)