2次非線形フォトニック結晶を用いたフェムト秒光パルスの波長変換

使用二阶非线性光子晶体进行飞秒光脉冲的波长转换

• 批准号: 14750026
• 负责人: 芦原 聡
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 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-14750026/
• 关键词: 超短光パルス; 波長変換; 擬似位相整合; 非線形フォトニック結晶; カスケード非線形効果; パルス圧縮

背景と目的:近年の超短光パルスの短パルス化・高エネルギー化は、基礎・応用問わず諸分野に大きな波及効果をもたらした。現在ではその波長変換・波形制御という高機能化が光源技術に求められている。現在の波長変換技術は、「薄い結晶を用いてバンド幅を保つ」という単純なもので未熟と言わざるをえない。本研究では、2次非線形フォトニック結晶構造を用いて第2高調波発生(Second harmonic generation:SHG)の群速度一致を実現する新しいスキームを提案し、それに基づいてフェムト秒SHGとカスケード非線形パルス圧縮を実現することを目的とした。成果:群速度一致条件を利用し、カスケード非線形効果によるフェムト秒光パルス圧縮を行った。まず、周期分極反転ニオブ酸リチウム素子におけるタイプI擬似位相整合を用いて通信波長で群速度整合SHGを実現した。この配置でのカスケード非線形効果を利用することで、パルス幅110fsの基本波入射から、ともに35fsに圧縮された基本波・第2高調波の発生に成功した。これは、擬似位相整合素子を利用したパルス圧縮としては世界初である。次に、非線形感受率の対角成分を用いた群速度一致法を実現するため、ニオブ酸リチウム2次元擬似位相整合素子の設計と作製を行った。1560nmを基本波とする条件に合わせ周期8.9μmの傾斜周期分極反転パターンを設計し、電子線リソグラフィーと電圧印加法により素子作製を行った。この素子を用いてフェムト秒SHG実験を行い、50%という高い変換効率や約100fsのSHパルス発生に成功した。次にこの2次元擬似位相整合による群速度整合法を用いた光ソリトン生成に関する理論研究を行った。そして従来の方法では現実的に不可能であった断熱的ソリトン生成法が、本手法では約20mmのデバイス長で実現できることを明らかにした。

Background: In recent years, the development of ultra-short-term optical fiber, high-quality optical fiber Now, the wavelength of the light source is changed, the waveform is controlled, and the high functionality of the light source technology is required. Now the wavelength conversion technology is different,"thin crystal, use, change, amplitude, protection,""pure,""immature,""unripe,""unripe," unripe,"un In this study, we propose a new method for realizing the group velocity uniformity of the Second harmonic generation (SHG) using the second order nonlinear crystal structure. Results: The group velocity consistent condition is utilized, and non-linear effects are obtained. In addition, the periodic polarization of the optical fiber is reflected by the pseudo-phase integration of the optical fiber. This configuration allows for the generation of fundamental waves with amplitude of 110fs and compression of fundamental waves with amplitude of 35fs. The use of pseudo-phase integrators in the early stages of the world The design and manufacture of two-dimensional analog phase integrators are carried out by using the group velocity consistent method. 1560nm fundamental wave conditions combined with 8.9μm tilt period polarization design, electronic line polarization and voltage addition This element was successfully generated with a conversion efficiency of approximately 100fs. A theoretical study on the application of two-dimensional quasi-phase integration to optical fiber generation This method is about 20mm in length.

项目成果

芦原聡, 志村努, 黒田和男, Nan Ei Yu, 栗村直, 北村健二, Myoungsik Cha, 平等拓範: "周期分極反転MgO : LiNbO3素子における群速度整合型フェムト秒カスケード非線形効果"第63回応用物理学会学術講演会. 26p-B-11 (2002)

Satoshi Ashihara、Tsutomu Shimura、Kazuo Kuroda、Nan Ei Yu、Nao Kurimura、Kenji Kitamura、Myoungsik Cha、Takunori Hobara：“周期性极化MgO：LiNbO3元素中群速度匹配的飞秒级联非线性效应”第63届应用物理学术会议学术会议26p。 -B-11 (2002)

芦原聡, 志村努, 黒田和男: "(解説)2次非線形光学効果による光ソリトン圧縮"オプトロニクス. 267・3. 119-123 (2004)

Satoshi Ashihara、Tsutomu Shimura、Kazuo Kuroda：“（解释）二阶非线性光学效应的光学孤子压缩” Optronics 267・3（2004）。

S.Ashihara, J.Nishina, T.Shimura, K.Kuroda: "Temporal soliton compression in beta-barium borate"OSA Topical Meeting "Nonlinear Guided Waves and Their Applications 2002". NLMA4-1 (2002)

S.Ashihara、J.Nishina、T.Shimura、K.Kuroda：“β-硼酸钡中的时间孤子压缩”OSA 专题会议“非线性导波及其应用 2002”。

S.Ashihara, T.Shimura, K.Kuroda: "Group-velocity matched second harmonic generation in tilted quasi phase matching gratings"Journal of Optical Society of America B. (in press). (2003)

S.Ashihara、T.Shimura、K.Kuroda：“倾斜准相位匹配光栅中的群速度匹配二次谐波生成”美国光学学会杂志 B.（出版中）。

池田学, 芦原聡, 志村努, 黒田和男: "周期分極反転LiNbO3を用いた広帯域中赤外フェムト秒パルスの発生(II)"第50回応用物理学会学術講演会. March 30. 30p-YQ-2 (2003)

Manabu Ikeda、Satoshi Ashihara、Tsutomu Shimura、Kazuo Kuroda：“使用周期性极化 LiNbO3 (II) 生成宽带中红外飞秒脉冲”，日本应用物理学会第 50 届年会，3 月 30 日。30p-YQ-2（2003 年）。 ）