スペクトル利得回折格子を用いた時間反転位相共役波

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これまで位相共役鏡はナノ秒からCW領域の狭帯域(むしろ縦シングルモードに近い)レーザーを想定し、研究が行われてきた。したがって、一般に効率よく位相共役波を発生させることができる、いわゆる、位相共役鏡の波長帯域幅は狭く(<1nm)、超短パルスレーザーのような広帯域レーザーでは極端な反射率の低下やスペクトル狭窄に伴うパルスブロードニングが起こる。言い換えると、反射波のスペクトルの時間発展を全く保証しない既存の位相共役鏡は、超短パルス領域における多彩な波形制御に全く無力であった。本年度は、近赤外域で大きなフォトリフラクティブ非線形光学効果を示すRhイオンドープBaTiO_3結晶とその外部に配置したループ共振器からなる広帯域位相共役鏡を新規に考案した。反射率にして40%、利得帯域幅にして10nmを超えるこの広帯域位相共役鏡は、超短パルス光にも十分対応できる。開発した位相共役鏡の実用性を実証するため、半導体レーザー励起Nd:YVO_4レーザー増幅器と組み合わせて、回折限界に近い高いビーム品質を持つ小型高出力超短パルスレーザーシステムを開発した。システムの繰り返し周波数は100MHz、平均出力は7.5Wに達する。出力パルスのビーム品質はほぼ回折限界である。出力ピコ秒パルス光をレンズで集光すれば、1TW/cm^2を超える強光子場が実現できる。さらに、スペクトル幅が広いフェムト秒パルスに対する位相共役鏡の応答を測定した。パルス幅80fsのチタンサファイアレーザー(800nm)をプローブ光として用いて位相共役波反射率を測定したところ反射率は20%を超えた。この値はフェムト秒領域においてこれまで報告されている位相共役波反射率として最高値である。位相共役波のスペクトル幅(〜6nm)はプローブ光とほぼ同じであり、位相共役鏡の利得帯域がフェムト秒パルスのスペクトル幅と比べても十分広いことを実証できた。今後、さらなる高効率化を目指し研究を行う。