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可視・近赤外領域での世界最短光パルスの発生・計測に成功
【ＩＴ】発信：2003/04/18(金) 14:13:19
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北海道大学大学院工学研究科量子物理工学専攻の山下幹雄・教授らは、１オクターブを超える周波数帯の光波の制御と極短時間の光パルス波形の計測を実現するとともに、観測データを自動的にフィードバックすることで極限短光パルスが得られるフォトニックシステムを世界で初めて開発した。フェムト秒レベルの超短時間域の物理現象および制御の研究で応用が見込めるほか、一般の技術者でも使えるシステムのため、汎用性の高さが期待されるという。
光パルスを利用した計測技術は、時間域の顕微鏡や時系列に変化する高速ダイナミクスの制御を実現する唯一の技術として考えられている。このため超短時間域の自然科学現象を観察・制御できる技術として９０年代から世界各国で開発が進められ、これまでに複数の報告もあるが、技術的な問題や計測法に推測が含まれるなどの指摘が相次ぎ、未だに実現されていない。
山下教授らはまず、極限短光パルスを発生させるため、１オクターブを超える幅広い周波数をもつ光波の位相を揃えるとともに、光パルスを光電場が１サイクル振動する時間のみ光強度をもつように制御できる技術を開発した。さらに、計算機制御ができる液晶を用いた位相補償装置（ＳＬＭ）と、超短時間の光パルス波形を高感度で素早く測定できる装置（変型ＳＰＩＤＥＲ）とを一体化し、測定した光パルス波形のデータをＳＬＭに自動的にフィードバックすることで超短パルスを発生・計測できるフォトニクスシステムを完成させた。
このシステムでは５００〜１９１０ナノメートルの波長で、１．５６光サイクルの単一サイクル台をもつ世界最短光パルスの発生を実現している。実験では３．４フェムト秒で光パルスの発生に成功し、計測データも自動的にフィードバックされて最適化されるため、様々な分野の研究者の研究に利用可能。これまで未知な超短時間域の量子現象の解明や制御、超高速超密度光通信、光による遺伝子解析などへの応用も期待できるという。
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