オープンラボ 2009 説明資料 10枚 5秒
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- さみ そや
- 5 years ago
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1 Envelope キャリアエンベロープ位相制御レーザー増幅システムと高次非線形現象の制御 キャリアエンベロープ位相制御 (Carrier-envelope phase: CEP) φ For a transorm-limited pulse E (t ) = A (t )cos( ω t -φ) t ω : Central requency A (t ): Envelope in time domain Electric ield φ :CE-phase 一般に CEPは発振器パルス列では固定されていない φ - Δφ Δφ E (t) φ : CEP Δφ φ + Δφ T = 1 / rep t CEP を制御することで光電場波形を再現 あるいは制御可能となる CEP は数サイクルの高次非線形現象において重要な役割を果たす
2 高次高調波発生とアト秒パルスの発生 Potential Energy (a.u.) ω 集光強度 :1 14 W/cm / r 多光子イオン化 トンネルイオン化 Eective potential E X (a ) イオン化される電子と親イオンとの再結合による高次高調波発生 (2n+1)ω CEP による高調波発生の制御 A. Baltuška et al., Nature 421, 611 (23). φ= π/2 φ = time time 報告されている最短光パルスは 8 アト秒 E. Goulielmakis, et al., Single-cycle nonlinear optics, Science 32, 1614 (28). ( 水素原子の束縛電子の古典的運動周期 :15as) P.B. Corkum, PRL 71, 1994(1993).
3 キャリアエンベロープオフセット (CEO) 位相安定化発振器 φ - Δφ E(t) φ :CEP φ + Δφ Τ = 1 / rep Ti:Sapphire Oscillator t -8 ceo = rep ( Δφ /2π) Frequency (MHz) Stability o CEO (in-loop) 35nm FWHM MSF V re Intensity(dBm) ceo = rep /8 ceo rep rep - ceo DM BBO V CEO APD CEO detector Slit Sel-reerencing method* PBS Pol Angle o an total relector was controlled to stabilize ceo. G S φ (rad 2 /Hz) RMS Frequency (Hz) Phase error (rad) RMS
4 自己参照 ー 2 干渉計による CEO 測定 Time domain φ Δφ E() t Δφ: CE oset φ : CEP φ + Δφ I( ) Frequency domain Δφ ceo= 2π rep ceo = rep Δφ/2π t T = 1 rep rep = n + F, n rep ceo Laser pulse (train) MSF SPM broadening 1 SHG Intererence (beat signal) 2 1A comb: 2Second harmonic F = n rep + = n + 2 SH rep ceo ceo = SH F ceo D. J. Jones et al., Science, 288, 635 (2) H. R. Telle et al., Appl. Phys. B69, 327 (1999)
5 増幅パルスの CEP 安定性の評価 ( 自己参照型スペクトル干渉 ) I sel SI (ω) = I F (ω)+i SH (ω) + 2(I F (ω) I SH (ω)).5 cos ( φ cep τω + φ const ) 2ω Hollow Fiber (SPM) 3μm SHG intererence ω ω 5 s BBO Pol Spectrometer Sel-reerencing SI broad spectrum 2ω λ Exposure time: 21 msec Intensity (arb. units) Intensity (arb. units) Normalized Intensity (arb. units) W a v e l e n g t h ( n m ) ID : 15 μm, length : 72cm, 2-3 atm Kr HF output 2ω ω W a v e l e n g t h ( n m ) Sel-reerencing SI W a v e l e n g t h ( n m ) * M. Kakehata et al., Opt. Lett. 26, 1436 (21).
6 Intensity (arb. units) Time (sec) With stabilized seed pulse sec integrated 相対的 CEP 変化の様子 Wavelength (nm) amp =762 Hz, 21msec or one trace (16 shots in one trace). Integrated spectrum 2 sec (953 traces,1524 shots) 2 sec Slow drit reduces the visibility o the ringe. Possible reasons or the drit Drit o the -to-2 intererometer, Beam pointing drit M. Kakehata et al., Opt. Express 12, 27 (24).
7 パルス圧縮 高調波発生実験 ホローファイバーとチャープミラーによる圧縮 内径 5μm 長さ約 1.2m Ar 1.6 気圧 Intensity (arb. units) Normalized Intensity (arb. units) s s s TL 6.5s Wavelength (nm) 7.4 s FWHM Time (s) 3 s,.9mj 7.4 s,.25mj Phase (rad) Intensity (arb. unit) 媒質 :Ar 7.4s の基本波 Absorption edge o Al ilter 41st +45micron used silica Chirp ree 23rd Wavelength (nm) CEP は非安定の状態での結果 数サイクル化程度の短パルス化により 異なる CEP の値で発生するスペクトル形状が異なるようになった それらが重なりなだらかになったものと考えている 8125
8 計画と展望 計画 高調波パルス波形計測 時間分解計測への応用 サンプル VUV~ 軟 X 線 電子 分光器 原子 分子 近赤外 ( 基本波 ) 電子 イオンの計測 パルスの組み合わせと位相 遅延制御 ( ポンプ光 プローブ光 ) 展望 アト秒パルスを用いた高時間分解計測 現象の制御内殻励起後の緩和過程原子分子の電子状態 ( 水素原子の束縛電子の古典的運動周期 :15as) 光電場波形の高機能制御
9 光電場波形制御 = CEP 制御 + 相対位相制御 Phase(rad/π) Spectrum CEP stabilized pulse Angular requency (rad/s) Phase control (Pulse envelope, CE-phase) Phase(rad/π) ΔCEP ΔCEP Angular requency (rad/s) CEP stabilized laser time CM SFL3 SLM With CE-phase stabilized pulses, pulse shaper works not only as a pulse envelope controller* but also as a CE-phase shiter**. SFL3 Programmable Broadband CM Electric ield (arb. units) Electric ield controlled (envelope shape, chirp, CEP controlled) pulse T im e ( s ) *A. M. Weiner et al., Opt. Lett. 15, pp (199) ** M. Kakehata et al., J. Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 182, 22 (26)..
10 文献 1. シングルショット CEP 計測方法の開発 増幅システムの検討 M. Kakehata et al.,opt. Lett. 26, 1436 (21). M. Kakehata et al.,appl. Phys. B74, S43(22). 2. CEP 安定化チャープパルス増幅システムグレーティングをパルスストレッチャーに用いたシステムの実証 M. Kakehata et al., Opt. Express 12, 27 (24). 高宮ら 電気学会論文誌 C, 125, 742 (25). 3. 光電場波形制御増幅システム 波形整形器による CEP シフター動作の実証 波形整形器と CEP 安定化システムの組み合わせによる CEP と相対位相の制御 M. Kakehata et al., Ultraast Phenomena XIV, p88 (25). 西嶋ら 電気学会論文誌 C125,1686 (25). M. Kakehata et al., J. Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 182, 22 (26).
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