非線形光学を用いた波長変換中赤外光源の開発とその分光応用

非线性光学波长转换中红外光源的研制及其光谱应用

• 批准号: 02F00067
• 负责人: 伊藤 弘昌
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02F00067/
• 关键词: 中赤外光; 非線形光学デバイス; 周期分極反転; 光パラメトリック発振器; 光パラメトリック増幅; 光注入; 差周波発生

本研究では,非線形光波長変換を用いた波長可変で狭スペクトルの中赤外光発生に取り組んでおり,昨年度までに,差周波発生(DFG)用の2波長励起光源として周期分極反転LiNbO_3 (PPLN)結晶を用いた光パラメトリック発振器(OPO)とそのスペクトル制御,および中赤外光発生DFGのための結晶材料に対する基礎検討を行った.本年度は,まず高速な波長同調を実現するために電界同調に対する検討を進め,新たに中央部に電界印加用のセグメントを設けた特殊なPPLNを設計・作製し,OPO動作特性を検討した.PPLNへの印加電圧0〜5kVを用いた電界同調により,シグナル波に対して1.93-1.91μm,アイドラー波に対して2.38-2.40μmの波長可変性を得た.これにより,AgGaS_2(AGS)を用いたDFGから波長94-10.5μmの中赤外光を得ることに成功した.実用的な中赤外光源を実現するには,さらに発生効率を高め,高出力を得ることが重要となるが,DFGを用いた方式ではその実現が難しい.そこで,新しい方式として,OPOによって中赤外光を直接発生させることを検討した.このため,新しい非線形光学材料としてZhGeP_2(ZGP)に着目した.この中赤外領域のZGP-OPOには狭スペクトルの長波長(2μm以上)励起光源が必要となる.そこで,まず波長1.06μmのNd:YAGレーザー光を励起光源としてKTP-OPO(タイプII位相整合)を縮退点付近で発振させ,狭スペクトルの2μm帯光源を得た.さらに,この光源を用いてZGF-OPOを,広い波長領域6-9μmで発振させることに成功した.このZGP-OPOでは,波長8μm付近で10%程度の非常に高い変換効率が得られており,ピーク出力で数百kW以上の高出力を実現した.これは,これまでOPOとDFGを組み合わせた中赤外光発生の実験をはるかに上回る特性である.なお,さらに変換効率を高めるためには,ZGP-OPOの共振器内にAGSなどのDFG結晶を挿入すればよいと考えられ,これにより,バックコンバージョン効果を抑制できるとともに,シグナル光子からさらにアイドラー光子(中赤外域)を発生させることができ,20%以上の変換効率も実現できることを明らかにした.

This study で は, nonlinear optical wavelength variations in を with い た wavelength can be - で narrow ス ペ ク ト ル red outside light 発 in の に group take り ん で お り, yesterday's annual ま で に, differential frequency 発 raw (DFG) using の wound up 2 wavelength light source と し て cycle polarization reverse planning LiNbO_3 (PPLN) crystallization を い た light パ ラ メ ト リ ッ ク 発 oscillator (OPO) と そ の ス ペ ク ト ル suppression, お よ び red outside light 発 in DFG の た め の crystalline materials に す seaborne る base line beg を 検 っ た. This year は ま ず な high-speed wavelength homology を be presently す る た め に electricity industry homology に す seaborne る 検 for を into め, new た に に electricity industry Inca with central department の セ グ メ ン ト を set け た special な PPLN を し the design, cropping systems, OPO action features を beg し 検 た. PPLN へ の Inca electricity 圧 0 ~ 5 kv を use い た electricity industry homology に よ り, シ グ ナ ル wave に polices 1.93 1.91 mu m, し て ア イ ド ラ ー wave に し seaborne て 2.38 to 2.40 mu m の wavelength variations can be を た. こ れ に よ り, AgGaS_2 (AGS) を い た DFG か ら wavelength red outside light in 94 to 10.5 mu m の を must る こ と に successful し た. Be with red outside light source in な を be presently す る に は, さ ら に 発 を high め working rate, higher strength を have る こ と が important と な る が, DFG を with い た way で は そ の be presently が difficult し い. そ こ で, new し い way と し て, OPO に よ っ て red outside light を 発 directly in さ せ る こ と を beg し 検 た. こ の た め, new し い と nonlinear optical materials し て ZhGeP_2 (ZPG needed) に mesh し た. こ の red outside the domain の ZPG needed - OPO に は narrow ス ペ ク ト ル の long wavelength (more than 2 microns) wound up light が necessary と な る. そ こ で, ま ず wavelength of 1.06 microns の Nd: YAG レ ー ザ ー を excitation light up the light source と し て KTP - OPO (タ イ プ II phase integration) を retreat Point paying nearly で 発 vibration さ せ, narrow ス ペ ク ト ル の 2 microns 帯 light を た. さ ら に, こ の light を with い て ZGF - OPO を, hiroo い wavelength area 6-9 microns で 発 vibration さ せ る こ と に successful し た. こ の ZPG needed - OPO で は, wavelength degree of 8 microns pay nearly 10% で の に い very high - in sharper rate が ら need to れ て お り, ピ ー ク output で force higher than that of more than hundreds of kW の を be presently し た. こ れ は, こ れ ま で OPO と DFG を group み close わ せ red outside light 発 in た の be 験 を は る か に last る features で あ る. な お, さ ら に - in sharper rate high を め る た め に は, ZPG needed - OPO の resonator in に AGS な ど の DFG crystallization を scions into す れ ば よ い と exam え ら れ, こ れ に よ り, バ ッ ク コ ン バ ー ジ ョ ン unseen fruit を inhibit で き る と と も に, シ グ ナ ル photon か ら さ ら に ア イ ド ラ ー photons (in red) outland を 発 raw さ せ る こ と が で き, more than 20% の - in sharper rate も be presently で き る こ と を Ming ら か に し た.

项目成果

S.Haidar: "Temperature tuning of 5 - 12 μm by difference frequency mixing of OPO outputs in a AgGaS_2 crystal"Journal of Physics D. 36・9. 1071-1074 (2003)

S. Haidar：“通过 AgGaS_2 晶体中 OPO 输出的差频混合实现 5 - 12 μm 的温度调节”《物理学杂志》D. 36・9 (2003)。

S.Haidar: "Design of a Polarization retarder suitable for nonlinear optical systems"Optics and Laser Technology. 34・7. 585-587 (2002)

S.Haidar：“适用于非线性光学系统的偏振延迟器的设计”光学和激光技术34・7（2002）。

S.Haidar: "Seed-source tuning of a broadband noncollinear optical parametric generator based on periodically poled LiNbO_3"Optical Engineering. 42・1. 143-147 (2003)

S.Haidar：“基于周期性极化LiNbO_3的宽带非共线光学参量发生器的种子源调谐”光学工程42・1（2003）。

S.Haidar: "Electro-optic tuning of a periodically poled LiNbO_3 optical parametric oscillator and mixing its output waves to generate mid-IR tunable from 9.4 - 10.5 μm"Optics Communications. 229・1-6. 325-330 (2004)

S.Haidar：“周期性极化 LiNbO_3 光学参量振荡器的电光调谐并混合其输出波以生成 9.4 - 10.5 μm 范围内的中红外可调”229・1-330 (2004)。

S.Haidar: "Nd : YAG pumped periodically poled LiNbO_3 optical parametric generator seeded with the narrowband output of a 532 nm pumped optical parametric generator"Applied Optics. 41・27. 5656-5659 (2002)

S.Haidar：“Nd：YAG 泵浦周期性极化 LiNbO_3 光学参量发生器，具有 532 nm 泵浦光学参量发生器的窄带输出”应用光学 41・27（2002 年）。