High harmonic spectroscopy and ultrafast control of material using the polarization gating

高次谐波光谱和使用偏振选通的材料超快控制

基本信息

批准号：
22K03484
负责人：
内田健人
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03484/
关键词：
高次高調波発生極端非線形光学超高速現象

项目摘要

本研究は非線形光学応答の一種である高次高調波発生に利用して固体における非平衡電子状態を計測する新たな超高速分光法を確立することを目的としている。特に、偏光ゲート法を利用して通常の測定では測定困難なスペクトル情報を簡便に取り出せる高次高調波分光システムの構築を目指している。当初の計画では、2022年度は中赤外光の偏光ゲート法用の光学系をマイケルソン干渉計を用いて構築することが目標であった。実際にマイケルソン干渉計を用いた中赤外光のダブルパルス化や電場波形計測系の構築等、計画に沿った研究を進め偏光制御用素子の導入前の段階まで到達した。加えて偏光ゲート光学系の検討をしていく中で、同様の実験光学素子を用いて高調波発生自体を干渉計内部で行うことで、高調波の時間波形が高い精度と信号雑音比で計測可能であるという新たな着想に至たった。この手法は、従来の強度スペクトル情報に加えて位相情報を得ることで実時間上での非平衡電子状態ダイナミクスをより詳細に観測することが可能になり、偏光ゲート法に組み合わせることでより強力な手法となりうる。実際に、高調波干渉光学系を構築し、150アト秒以下の時間分解能で高調波発生の位相情報を取り出せることを確認した。また、薄膜半導体試料における高調波の観測に高次高調波干渉計を適用することで、試料中の励起子が中赤外光電場下で示すエネルギー構造変化を反映した特徴的な高調波実時間波形の観測に成功した。

本研究的目的是建立一种新的超快光谱方法，利用高次谐波产生（一种非线性光学响应）来测量固体中的非平衡电子态。特别是，我们的目标是构建一个高阶谐波光谱系统，该系统使用偏振门方法轻松提取使用常规测量难以测量的光谱信息。原计划是在2022年利用迈克尔逊干涉仪构建中红外光偏振门法光学系统。事实上，我们已经按照计划进行了研究，包括使用迈克尔逊干涉仪进行双脉冲中红外光以及构建电场波形测量系统，已经达到了引入偏振控制元件之前的阶段。此外，在研究偏振门光学系统时，我们能够通过使用类似的实验光学元件在干涉仪内部执行谐波生成，以高精度和信噪比测量谐波时间波形。这是可能的。该方法除了获得常规的强度谱信息外，还可以通过获取相位信息来更详细地实时观察非平衡电子态动力学，并且当与偏振门方法结合时，它可以成为一种更强大的方法。我们实际构建了谐波干涉光学系统，并确认可以以 150 阿秒或更小的时间分辨率提取谐波产生的相位信息。此外，通过应用高次谐波干涉仪对薄膜半导体样品中的谐波进行观察，我们发现了一种实时反映样品中激子在中红外光电作用下所表现出的能量结构变化的特征谐波。我们成功地观察到了波形。