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強力なアト秒パルスを作り出す光シンセサイザーを実現

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April, 21, 2020, 和光--理化学研究所(理研)光量子工学研究センターアト秒科学研究チームのシュエ・ビン特別研究員、緑川克美センター長、高橋栄治専任研究員らの国際共同研究グループは、高強度かつ任意の光電場を作り出せる「光シンセサイザーの開発に成功した。

研究成果は、ギガワット(GW)を超えるピーク出力を持つ軟X線アト秒レーザー(as)の開発につながると期待できる。

国際共同研究グループは、波長の異なる3色のフェムト秒(fs)レーザパルスを時空間で精密に制御・合成することで、アト秒レーザを極めて強く発生できる光シンセサイザーを開発した。この光シンセサイザーは、2.6テラワットのピーク出力を持ち、近赤外域において1オクターブを超える波長帯域(800~2020nm)をカバーできる。さらに、光シンセサイザーの電場形状を精密に制御し、励起レーザとして用いることで、光子エネルギー65エレクトロンボルト(eV)においてピーク出力が1 GWを超えるアト秒レーザを安定して発生することにも成功した。

研究では、3色の波長の異なるフェムト秒レーザパルスを時空間で精密に制御・合成することで、アト秒レーザーを極めて強く発生できる高強度・光シンセサイザーを実現した。

レーザ光の電場の形を自在に制御できることは、電場に支配される現象、例えばアト秒レーザ発生に新たな進展を生み出すことにつながる。光シンセサイザーにより特殊な励起レーザー電場形状を作り出しアト秒レーザ発生を行うと、これまでのような正弦的な励起レーザ電場を使用する場合より、アト秒レーザの波長を3倍短波長化できることが計算機シミュレーションにより示されている。この成果により、極端紫外域で制限されてきたアト秒レーザを軟X線域においても極めて強いピーク出力で安定に発生することが可能となる。また、高強度光科学の研究対象であるレーザ粒子加速や強いレーザ電場が支配する物理現象を、高強度・光シンセサイザーにより精密に制御することができるようになると期待できる。

研究成果は、オンライン科学雑誌『Science Advances』に掲載された。

(詳細は、https://www.riken.jp)