フェムト秒ポラリトンのソリトン的伝搬

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本研究の目的は,個体中で光がポラリトンとして伝搬し,かつ非線形定数も波長に依存するような場合のパルス伝搬を記述する方法を確立させ,実際の非線形物質についてフェムト秒領域のポラリトン伝搬特性を理論・実験の両面で調べることにあった。以下,本年度の研究実績をまとめる。(1)非線形感受率として3次の非線形性のみを考慮した周波数領域のパルス伝搬方程式を立て,伝搬を数値計算した。本研究ではフーリエ成分の伝搬方程式を基礎にして周波数領域で伝搬を考えた。物質パラメーターの良く知られたCuClを例にとり,ポラリトン分散を線形分散として与え,励起子共鳴および励起子分子2光子共鳴による3次の非線形感受率を考慮してフェムト秒領域のポラリトン伝搬を数値計算で調べた。その結果,ポラリトン分散を打ち消すような2光子非線形分散が得られることがわかった。これによって,数10ミクロンの距離ならばフェムト秒ポラリトンは波形を崩さずに伝搬することが予想された。(2)試料としてCuClを用いて伝搬特性を実験で検証した。モードロックチタンサファイアレーザーより得られる200fsのパルスを10μmの厚さのCuClに入射し,パルスの透過波形を電場相互相関法で測定した。強度が弱い時は,透過波形はポラリトン分散のため2ピコ秒くらいに広がってしまう。強度を上げていくと,励起子分子の2光子共鳴による非線形分散がポラリトン分散を打ち消すようになり,透過パルスのパルス幅は狭くなりかつ群速度も速くなる。この結果は(1)の数値計算の結果と良く一致しており,本研究で発見されたポラリトンのソリトン的伝搬をデモンストレーションすることができた。