超高速レーザパルス検出のための洗練されたソリューション

January, 16, 2026, Lund--超高速レーザパルスは、100万分の1秒未満の短いもので、基礎研究、技術、医学に革命をもたらした。それにもかかわらず、その非常に短い持続時間のために捉えどころがなく、測定が困難。約10年前、ルンド大学(Lund University)とポルト大学(University of Porto)の研究者たちは超高速レーザのパルス長を測定するツールを導入した。同じチームは、よりコンパクトなセットアップでより広いパラメータ範囲の個別レーザパルスを測定できる画期的な成果を達成した。

「産業や医療で一般的に使われているフェムト秒レーザの現在の標準測定は、パルス長の推定に過ぎない。われわれの方法はより完全な測定を提供し、超高速レーザ技術の可能性を最大限に引き出す手助けができる」と原子物理学のPh.D学生Daniel Diaz Rivasは語る。

フェムト秒パルスの概念は、われわれの多くにとって理解しづらいものである。しかし、眼科手術から産業におけるマイクロプロセッシングまで、様々な日常的アプリケーションで使用されている。極めて短いレーザパルスは、光合成におけるエネルギー輸送や電子の動態など、自然界で最も速いプロセスさえも調査可能である。

利用が増えているにもかかわらず、パルスの形状や持続時間の正確な測定は依然として困難な課題である。電子機器は遅すぎるため、研究者たちは光学的方法を用いるようになった。

現在の方法は限られている
これらの光学技術は通常、スキャンシーケンスで複数の測定を必要とする。そのため、個々のパルスをリアルタイムで捉えるには適していない。いわゆるシングルショットバージョンは、基礎研究でよく使われる非常に短いパルスの特徴付けのために開発されたが、産業や医療用途で一般的な長いパルスには対応が難しい。その制限は、コンパクトな光学装置内でパルスを十分に伸ばすことの複雑さに起因している。

エレガントな解決策
ルンド大学の研究チームは、単純な光学原理を用いて超高速レーザパルスを伸ばすコンパクトな方法を開発した。パルス化されたレーザビームを回折格子に通し、この格子を複数のレンズで撮像することで、レーザビーム全体のパルス長を正確に制御することができる。この方法により、測定法が機能するために不可欠なフェムト秒パルスを10倍以上伸ばすことが可能となり、コンパクトな光学装置内で実現可能になる。

これにより、事前補正光学素子を必要とせずに、シングルショットで完全な特性評価が可能となる。その結果、数フェムト秒から数百秒までのパルス長に対応した多用途な技術が生まれ、科学、産業、医療の分野で幅広い分野をカバーしている。これにより、これまで多くのレーザプラットフォームでは不可能だった個々のパルスをリアルタイムで監視する扉が開かれた。

将来の展望
パルスの特性評価に加え、この光学原理は光パルスの空間的・時間的特性を形成し、光と物質の相互作用を研究する様々な方法を探るためにも利用できる。

「超高速レーザが科学技術の革新を推進し続けるにしたがい、このようなツールは精度と理解の限界を押し広げる鍵となる」と原子物理学の研究者Cord Arnoldはコメントしている。