JP2003066501A - Laser modulation device and laser modulation method - Google Patents

Laser modulation device and laser modulation method

Info

Publication number
JP2003066501A
JP2003066501A JP2001259787A JP2001259787A JP2003066501A JP 2003066501 A JP2003066501 A JP 2003066501A JP 2001259787 A JP2001259787 A JP 2001259787A JP 2001259787 A JP2001259787 A JP 2001259787A JP 2003066501 A JP2003066501 A JP 2003066501A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wavelength
laser
pulse laser
solid hydrogen
femtosecond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001259787A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kozo Shirata
耕藏 白田
Hon Shon Nguyen
ホン ション グエン
Le Kien Pham
レ キエン ファム
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Corp filed Critical Japan Science and Technology Corp
Priority to JP2001259787A priority Critical patent/JP2003066501A/en
Publication of JP2003066501A publication Critical patent/JP2003066501A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain single pulse laser light of subfemto-second (10<-16> sec) order with a simple device constitution. SOLUTION: Nanosecond pulse laser light 2 of 1st wavelength is made incident on solid hydrogen 1 and nanosecond pulse laser light 3 of 2nd wavelength is made incident on the solid hydrogen 1 at a prescribed angle θ from the laser light 2 to generate quantum coherence and nanosecond pulse laser light 4 of 3rd wavelength is made incident on an area in which the quantum coherence is generated at a prescribed angle α from the laser light 3, so that femto-second pulse laser light 4 of the 3rd wavelength is modulated to single subfemto-second pulse laser light 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、単一のサブフェム
ト秒パルスレーザ光を得るためのレーザ変調装置及びレ
ーザ変調方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser modulation device and a laser modulation method for obtaining a single sub-femtosecond pulsed laser beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、例えば、チタン−サファイヤレー
ザにおいて、いわゆるモードロッキングの技術を用いる
ことにより、パルス幅(時間)が10フェムト秒(10
×10−15秒)程度のパルスレーザが実現されてお
り、さらに、実験例としては、4フェムト秒程度のパル
スレーザも報告されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in a titanium-sapphire laser, a pulse width (time) is 10 femtoseconds (10) by using a so-called mode-locking technique.
A pulse laser of about 10-15 seconds) has been realized, and a pulse laser of about 4 femtoseconds has been reported as an experimental example.

【0003】現在、さらにパルス幅の短い、例えば、サ
ブフェムト秒(10−16秒)オーダのパルスレーザの
実現が望まれており、種々の提案がなされている。
At present, it is desired to realize a pulse laser having a shorter pulse width, for example, on the order of sub-femtosecond (10-16 seconds), and various proposals have been made.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
なフェムト秒パルスレーザよりもさらにパルス幅の短い
サブフェムト秒レーザを実現するためには、このような
極短パルスがフーリエ変換されたものに相当する広帯域
のサイドバンドシリーズを得る必要がある。
By the way, in order to realize a sub-femtosecond laser having a pulse width shorter than that of the femtosecond pulse laser as described above, such an ultrashort pulse should be Fourier-transformed. It is necessary to obtain a corresponding wideband sideband series.

【0005】本願発明の発明者らは、すでに、固体水素
において、互いに異なる所定波長のナノ秒パルスレーザ
を同軸上に入射させて、高次サイドバンドを発生させ、
広帯域のサイドバンドシリーズを得ることができること
を提案している。
The inventors of the present invention have already generated high-order sidebands by injecting nanosecond pulse lasers of different predetermined wavelengths coaxially in solid hydrogen.
It is proposed that a wideband sideband series can be obtained.

【0006】しかしながら、このようにして得られる広
帯域サイドバンドシリーズを用いてサブフェムト秒レー
ザ光を得た場合、このサブフェムト秒レーザ光は、8フ
ェムト秒間隔のパルス列となって出射されるため、単一
のパルスの取り出しが困難であり、パルスレーザとして
実用化することには問題がある。
However, when sub-femtosecond laser light is obtained using the wide band sideband series obtained in this way, this sub-femtosecond laser light is emitted as a pulse train at intervals of 8 femtoseconds. It is difficult to extract a single pulse, and there is a problem in putting it into practical use as a pulse laser.

【0007】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、簡単な装置構成によって、単一
のサブフェムト秒パルスレーザ光を得ることができるレ
ーザ変調装置及びレーザ変調方法を提供しようとするも
のである。
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above situation, and a laser modulator and a laser modulation method capable of obtaining a single sub-femtosecond pulsed laser beam with a simple device configuration. Is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係るレーザ変調装置は、固体水素と、この
固体水素に対して第1の波長のナノ秒パルスレーザを入
射させる手段と、固体水素に対して第2の波長のナノ秒
パルスレーザを第1の波長のナノ秒パルスレーザに対し
て所定の角度をなして入射させ量子コヒーレンスを生成
する手段と、量子コヒーレンスが生成された領域に第3
の波長のフェムト秒パルスレーザを第2の波長のナノ秒
パルスレーザに対して所定の角度をなして入射させる手
段とを備え、第3の波長のフェムト秒パルスレーザを単
一のサブフェムト秒パルスレーザ光に変調することを特
徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a laser modulator according to the present invention comprises solid hydrogen and means for injecting a nanosecond pulse laser of a first wavelength into the solid hydrogen. , A means for generating a quantum coherence by injecting a nanosecond pulsed laser of a second wavelength with respect to solid hydrogen at a predetermined angle with respect to a nanosecond pulsed laser of a first wavelength, and quantum coherence is generated. Third in the area
Means for injecting the femtosecond pulse laser of the second wavelength into the nanosecond pulse laser of the second wavelength at a predetermined angle, and the femtosecond pulse laser of the third wavelength into a single sub-femtosecond pulse. It is characterized in that it is modulated into laser light.

【0009】また、本発明に係るレーザ変調方法は、固
体水素に対して第1の波長のナノ秒パルスレーザを入射
させるとともに、この固体水素に対して第2の波長のナ
ノ秒パルスレーザを第1の波長のナノ秒パルスレーザに
対して所定の角度をなして入射させて量子コヒーレンス
を生成し、量子コヒーレンスが生成された領域に第3の
波長のフェムト秒パルスレーザを第2の波長のナノ秒パ
ルスレーザに対して所定の角度をなして入射させること
により、第3の波長のフェムト秒パルスレーザを単一の
サブフェムト秒パルスレーザ光に変調することを特徴と
するものである。
In the laser modulation method according to the present invention, a nanosecond pulse laser having a first wavelength is incident on solid hydrogen, and a nanosecond pulse laser having a second wavelength is irradiated on the solid hydrogen. A nanosecond pulse laser of a first wavelength is made incident at a predetermined angle to generate quantum coherence, and a femtosecond pulse laser of a third wavelength is used to generate a quantum coherence in the region where the quantum coherence is generated. It is characterized in that the femtosecond pulse laser of the third wavelength is modulated into a single sub-femtosecond pulse laser beam by making the second pulse laser incident at a predetermined angle.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0011】〔レーザ変調装置の構成〕本発明に係るレ
ーザ変調装置は、図1に示すように、固体水素1と、こ
の固体水素1に対して第1の波長のナノ秒(ns)パル
スレーザ2を入射させる手段と、固体水素1に対して第
1の波長よりも長波長の第2の波長のナノ秒パルスレー
ザ3を第1の波長のナノ秒パルスレーザ2に対して所定
の角度θをなして入射させて量子コヒーレンスを生成す
る手段と、この量子コヒーレンスが生成された領域に第
3の波長のフェムト秒(fs)パルスレーザ4を第2の
波長のナノ秒パルスレーザ3に対して所定の角度αをな
して入射させる手段とを備えている。
[Structure of Laser Modulator] As shown in FIG. 1, a laser modulator according to the present invention comprises a solid hydrogen 1 and a nanosecond (ns) pulse laser having a first wavelength with respect to the solid hydrogen 1. 2 means for injecting 2 and a nanosecond pulse laser 3 having a second wavelength longer than the first wavelength with respect to the solid hydrogen 1 and a predetermined angle θ with respect to the nanosecond pulse laser 2 having the first wavelength. Means for generating quantum coherence by injecting the laser light and a femtosecond (fs) pulse laser 4 having a third wavelength in the region where the quantum coherence is generated, with respect to a nanosecond pulse laser 3 having a second wavelength. Means for making the light incident at a predetermined angle α.

【0012】そして、このレーザ変調装置においては、
第3の波長のフェムト秒パルスレーザ4は、単一のサブ
フェムト秒パルスレーザ光5に変調される。
In this laser modulator,
The femtosecond pulse laser 4 of the third wavelength is modulated into a single sub-femtosecond pulse laser beam 5.

【0013】第1及び第2の波長のナノ秒パルスレーザ
2,3の出力は、それぞれミリジュール(mJ)オーダ
である。また、第3の波長のフェムト秒パルスレーザ4
の出力は、ナノジュール(nJ)オーダである。
The outputs of the nanosecond pulse lasers 2 and 3 of the first and second wavelengths are on the order of millijoules (mJ). In addition, the femtosecond pulse laser 4 of the third wavelength
Output is on the order of nanojoules (nJ).

【0014】また、本発明に係るレーザ変調方法は、本
発明に係るレーザ変調装置において実施できる方法であ
って、固体水素1に対して第1の波長のナノ秒パルスレ
ーザ2を入射させるとともに、この固体水素1に対して
第1の波長よりも長波長の第2の波長のナノ秒パルスレ
ーザ3を第1の波長のナノ秒パルスレーザ2に対して所
定の角度をなして入射させて量子コヒーレンスを生成
し、量子コヒーレンスが生成された領域に第3の波長の
フェムト秒パルスレーザ4を第2の波長のナノ秒パルス
レーザ3に対して所定の角度をなして入射させることに
より、第3の波長のフェムト秒パルスレーザ4を単一の
サブフェムト秒パルスレーザ光5に変調するものであ
る。
Further, the laser modulation method according to the present invention is a method which can be implemented in the laser modulation apparatus according to the present invention, in which the nanosecond pulse laser 2 of the first wavelength is made incident on the solid hydrogen 1, and The nanosecond pulse laser 3 having a second wavelength, which is longer than the first wavelength, is incident on the solid hydrogen 1 at a predetermined angle with respect to the nanosecond pulse laser 2 having the first wavelength to generate a quantum. The coherence is generated, and the femtosecond pulse laser 4 having the third wavelength is incident on the region where the quantum coherence is generated, at a predetermined angle with respect to the nanosecond pulse laser 3 having the second wavelength. The femtosecond pulse laser beam 4 having the wavelength is modulated into a single sub-femtosecond pulse laser beam 5.

【0015】変調されたサブフェムト秒パルスレーザ光
5は、固体水素1から、第3の波長のフェムト秒パルス
レーザ4の入射方向の延長線上に出射され、第1及び第
2の波長のナノ秒パルスレーザ2,3の固体水素1から
の出射方向とは異なる方向に出射されるので、これら第
1及び第2の波長のナノ秒パルスレーザ2,3はの分離
が容易にできる。
The modulated sub-femtosecond pulse laser light 5 is emitted from the solid hydrogen 1 on the extension line of the incident direction of the femtosecond pulse laser 4 of the third wavelength, and the nanoseconds of the first and second wavelengths are emitted. Since the pulse lasers 2 and 3 are emitted in a direction different from the emission direction from the solid hydrogen 1, the nanosecond pulse lasers 2 and 3 having the first and second wavelengths can be easily separated.

【0016】これらレーザ変調装置及び方法において、
第1及び第2の波長としては、例えば、それぞれ355
nm(YAGレーザの3倍波)及び416nm(チタン
−サファイヤレーザの2倍波)を使用することができ、
この場合においては、角度θは、0.29度、角度α
は、1.65度とすることが望ましいが、後述するよう
に、固体水素の特性から、角度θについては、広い許容
範囲がある。
In these laser modulation devices and methods,
The first and second wavelengths are, for example, 355 each.
nm (3rd harmonic of YAG laser) and 416 nm (2nd harmonic of titanium-sapphire laser) can be used,
In this case, the angle θ is 0.29 degrees and the angle α is
Is preferably 1.65 degrees, but there is a wide allowable range for the angle θ from the characteristics of solid hydrogen, as will be described later.

【0017】また、第1及び第2の波長としては、例え
ば、それぞれ738nm(チタン−サファイヤレーザ)
及び1064nm(YAGレーザ)を使用することがで
き、この場合においては、角度θは、1.14度、角度
αは、2.57度とすることが望ましいが、この場合に
おいても、角度θについては、広い許容範囲がある。
The first and second wavelengths are, for example, 738 nm (titanium-sapphire laser), respectively.
And 1064 nm (YAG laser) can be used, and in this case, it is desirable that the angle θ is 1.14 degrees and the angle α is 2.57 degrees. Has a wide tolerance.

【0018】第3の波長としては、例えば、800nm
(チタン−サファイヤレーザ)を使用することができ
る。この第3の波長のフェムト秒レーザ光としては、パ
ルス幅が10フェムト秒程度の従来より実用化されてい
るフェムト秒レーザによって得られるものを使用でき
る。
The third wavelength is, for example, 800 nm
(Titanium-sapphire laser) can be used. As the femtosecond laser light having the third wavelength, a femtosecond laser beam having a pulse width of about 10 femtoseconds, which has been practically used, can be used.

【0019】〔固体水素〕固体水素は、水素分子から成
る低温分子性結晶である。固体水素の密度は、1000
気圧の水素気体に相当する。この固体水素の際立った特
徴は、水素分子間の相互作用が弱く、分子間の結合エネ
ルギーがH2分子の回転や振動のエネルギよりもずっと
小さいことである。このため、水素分子は、固体水素中
においても、自由空間中のように、回転、振動の自由度
をもつ。
[Solid Hydrogen] Solid hydrogen is a low temperature molecular crystal composed of hydrogen molecules. The density of solid hydrogen is 1000
Equivalent to hydrogen gas at atmospheric pressure. The outstanding feature of this solid hydrogen is that the interaction between hydrogen molecules is weak and the binding energy between molecules is much smaller than the energy of rotation and vibration of H2 molecule. Therefore, the hydrogen molecule has the degree of freedom of rotation and vibration even in solid hydrogen as in free space.

【0020】水素分子は、凝縮相であっても自由空間と
ほとんど同じ振動、回転周波数をもつが、固体中では、
振動、回転ともに特有の振る舞いを示す。まず、固体水
素の基底状態であるが、これはすべての分子がν=0、
J=0の振動、回転状態にある状態である。ν=0、J
=0の状態は、核スピンも含めて縮退がないので、基底
状態は単一の状態であり、その波動関数は、各基底状態
分子の波動関数の直積で表される。一方、振動の第1励
起状態では、隣り合う分子間での振動励起のホッピング
相互作用があるので、その固有状態はブロッホ状態で表
され、バイブロンと呼ばれる励起子バンドを形成する。
The hydrogen molecule has almost the same vibration and rotation frequency as in free space even in the condensed phase, but in the solid state,
Both vibration and rotation show unique behavior. First, it is the ground state of solid hydrogen, which is ν = 0 for all molecules,
It is in a state of vibration and rotation of J = 0. ν = 0, J
Since the state of = 0 does not degenerate including the nuclear spin, the ground state is a single state, and its wave function is represented by the direct product of the wave functions of each ground state molecule. On the other hand, in the first excited state of vibration, since there is hopping interaction of vibrational excitation between adjacent molecules, its eigenstate is represented by the Bloch state and forms an exciton band called vibron.

【0021】単一状態である基底状態は、いわばk=0
のブロッホ状態と見なせるので、固体水素における振動
励起を伴う光学遷移(選択則Δk=0)ではk=0のバ
イブロンのみを考えればよい。
The ground state which is a single state is, so to speak, k = 0.
Since it can be regarded as the Bloch state of, the vibrons of k = 0 need only be considered in the optical transition (selection rule Δk = 0) accompanied by vibrational excitation in solid hydrogen.

【0022】つまり、光との相互作用を考えると、固体
水素は、自由水素分子の重心が結晶の格子点に固定され
た系とモデル化でき、固体の高密度性とともに孤立系の
よく定義された量子性をも兼ね備える物質系ととらえる
ことができる。また、バイブロンの位相緩和は、不純物
であるオルソ水素濃度を0.1%以下にし、かつ、温度
を6K(−267°C)以下にすることにより、スペク
トル線幅に換算して3MHz(FWHM)以下となり、
気相の原子、分子の位相緩和と同程度か、ドップラー幅
を考慮すれば、むしろ、それよりも小さくなる。このた
め、光変調過程で不可欠とされている位相整合条件が自
動的に満たされることになり、バイブロン遷移は、量子
コヒーレンスを用いた光学応答の制御の作業遷移として
きわめて優れたものとなる。
In other words, considering the interaction with light, solid hydrogen can be modeled as a system in which the center of gravity of free hydrogen molecules is fixed at the lattice point of the crystal, and the solid density is well defined as well as the isolated system. It can be regarded as a material system that also has quantum qualities. The phase relaxation of vibron is 3 MHz (FWHM) converted into a spectrum line width by setting the concentration of ortho hydrogen, which is an impurity, to 0.1% or less and the temperature to 6 K (-267 ° C) or less. Below,
It is as small as the phase relaxation of atoms and molecules in the gas phase, or rather smaller when the Doppler width is taken into consideration. Therefore, the phase matching condition, which is indispensable in the optical modulation process, is automatically satisfied, and the vibron transition is extremely excellent as a work transition for controlling the optical response using quantum coherence.

【0023】したがって、上述したように、第1及び第
2の波長のナノ秒パルスレーザがなす角度θについて、
広い許容範囲が得られる。
Therefore, as described above, with respect to the angle θ formed by the nanosecond pulse lasers of the first and second wavelengths,
Wide tolerance range is obtained.

【0024】〔量子コヒーレンス〕準安定な準位1及び
準位2と、これら準位1及び準位2に対して電気双極子
許容である準位3とからなるラマン型(Λ型)3準位系
において、いわゆる「暗共鳴(Dark Resonanoe)」が成
立することにより準位1及び準位2間に生成される量子
コヒーレンスは、遠共鳴系についても拡張して考えるこ
とができる。この遠共鳴系では、図1中に示すように、
基底準位と準安定準位とは、定式化の便宜上、a、bと
表記することとする。
[Quantum Coherence] Three Raman-type (Λ-type) three quasi-states consisting of metastable levels 1 and 2 and level 3 which is an electric dipole permissible with respect to these levels 1 and 2. The quantum coherence generated between level 1 and level 2 due to the formation of so-called "dark resonance" in the level system can be considered as an extension of the far resonance system. In this far resonance system, as shown in FIG.
The ground level and the metastable level are referred to as a and b for convenience of formulation.

【0025】共鳴系では自然放出などの緩和現象を経由
する量子干渉効果を通してマイナスのコヒーレンス(暗
状態)を準備できるが、非常に大きな離調をもつ遠共鳴
系では、光吸収で消失していく明状態は存在しないの
で、コヒーレンスの符号の制御には別種の方法が必要と
なる。つまり、この遠共鳴系では、2光子遷移の離調を
ACシュタルク・シフトを含めて正味でマイナスになる
ように選び、レーザ場を断熱的に作用させれば、マイナ
スのコヒーレンス(暗状態)が生成できる。
In the resonance system, a negative coherence (dark state) can be prepared through the quantum interference effect via a relaxation phenomenon such as spontaneous emission, but in the far resonance system having a very large detuning, it disappears by optical absorption. Since there is no bright state, a different method is needed to control the sign of coherence. In other words, in this far-resonance system, if the detuning of the two-photon transition is selected to be a net negative value including the AC Stark shift, and the laser field is adiabatically operated, a negative coherence (dark state) is obtained. Can be generated.

【0026】〔高効率かつ任意のサイドバンド発生〕遠
共鳴系で量子コヒーレンスが生成された状態では、この
コヒーレンスと入射するレーザ光とのビーティング過程
は、プラス−マイナス両側の多重サイドバンド発生とな
る。
[Highly Efficient and Arbitrary Sideband Generation] In the state where quantum coherence is generated in the far resonance system, the beating process between this coherence and the incident laser light results in the generation of multiple sidebands on plus and minus sides. .

【0027】また、プラス−マイナスの各サイドバンド
ヘの変換効率は、25%乃至30%にも達し、この効率
は、入射させるパルスレーザの強度にはよらない。
Further, the conversion efficiency of plus-minus side bands reaches 25% to 30%, and this efficiency does not depend on the intensity of the pulse laser to be incident.

【0028】すなわち、固体水素に生成したバイプロン
の大きなコヒーレンスを用いれば、伝統的な位相整合の
枠組みを超えて、任意のどのような光をも高効率で変調
できることになる。
That is, by using the large coherence of the bipron generated in solid hydrogen, any arbitrary light can be highly efficiently modulated beyond the traditional phase matching framework.

【0029】〔広帯域サイドバンドとサブフェムト秒パ
ルスの発生〕上述したように、遠共鳴系において、大き
なコヒーレンスとレーザ光とのビート過程は、必然的に
高次サイドバンドの発生過程となる。そして、各サイド
バンド間に適当な位相関係があれば、広帯域のサイドバ
ンドシリーズは、時間領域では、超短光パルス列として
振る舞うことになる。遠共鳴系でのサイドバンドシリー
ズの広がりを考えれば、超短パルスは、サブフェムト秒
領域にもなりうる。
[Generation of Wideband Sideband and Sub-Femtosecond Pulse] As described above, in the far resonance system, the large coherence and the beat process with the laser beam are inevitably the generation process of the higher-order sideband. If there is a proper phase relationship between the sidebands, the wideband sideband series behaves as an ultrashort optical pulse train in the time domain. Considering the spread of the sideband series in the far resonance system, the ultrashort pulse can also be in the sub-femtosecond region.

【0030】すなわち、上述のように、コヒーレンスを
マイナスの符号で準備することにより、パルス列の中で
の圧縮が起こり、高強度のサプフェムト秒の光パルスを
発生させることができる。大きなコヒーレンスを生成す
るには、本質的に多くの光子数が必要であり、そのた
め、入射パルスレーザとしては、ナノ秒領域のものが前
提となる。このことは、時間スケールでいうとナノ秒か
らサブフェムト秒へという巨大なダイナミツクレンジで
のパルス変調であることを意味している。
That is, as described above, by preparing the coherence with a negative sign, compression occurs in the pulse train, and a high intensity subfemtosecond optical pulse can be generated. In order to generate a large coherence, a large number of photons are essentially required, so that an incident pulsed laser is in the nanosecond range. This means pulse modulation in a huge dynamic range from nanosecond to sub-femtosecond on the time scale.

【0031】遠共鳴系のコヒーレンスは、どのような光
パルスとも相互作用し、効率よくサイドバンドを発生で
きる。つまり、ナノ秒パルスレーザを用いて準備したコ
ヒーレンスとフェムト秒パルスレーザとのビーティング
を行えば、フェムト秒パルスレーザからサプフェムト秒
パルスレーザヘの変調が行われる。
The coherence of the far resonance system interacts with any optical pulse and can efficiently generate sidebands. That is, if the coherence prepared by using the nanosecond pulse laser and the femtosecond pulse laser are beaten, the modulation from the femtosecond pulse laser to the sub femtosecond pulse laser is performed.

【0032】〔実験装置の構成及び固体水素の作成法〕
上述のようなレーザ変調装置を構成する実験装置として
は、図2に示すように、固体水素1を支持する基板とな
るサファイヤ基板6を収納した第1の真空容器7を用い
る。この第1の真空容器7は、断熱材からなる外壁部8
と、この外壁部8内の液体窒素(liqN2)シールド壁
9と、この液体窒素シールド壁9内の液体ヘリウム(li
qHe)シールド壁10との3重構造となされ、図示しな
い真空ポンプによって内部を真空に保たれている。
[Structure of Experimental Device and Method of Creating Solid Hydrogen]
As the experimental apparatus that constitutes the above laser modulator, as shown in FIG. 2, a first vacuum container 7 that contains a sapphire substrate 6 that serves as a substrate that supports the solid hydrogen 1 is used. The first vacuum container 7 has an outer wall portion 8 made of a heat insulating material.
Liquid nitrogen (liqN2) shield wall 9 in the outer wall portion 8 and liquid helium (liq) in the liquid nitrogen shield wall 9
qHe) It has a triple structure with the shield wall 10, and the inside is kept vacuum by a vacuum pump (not shown).

【0033】液体窒素シールド壁9は、図示しない液体
窒素タンクに強く熱接触されることにより、77K(約
−196°C)に保たれている。また、液体ヘリウムシ
ールド壁10は、液体ヘリウムタンク11に強く熱接触
されることにより、4K(約−269°C)に保たれて
いる。
The liquid nitrogen shield wall 9 is kept at 77K (about -196 ° C) by being strongly in thermal contact with a liquid nitrogen tank (not shown). The liquid helium shield wall 10 is kept at 4K (about -269 ° C) by being strongly in thermal contact with the liquid helium tank 11.

【0034】そして、サファイヤ基板6は、厚さが10
0μm程度の平板状に形成され、液体ヘリウムタンク1
1に連結された極低温槽12に対し、銅板12aを介し
て、支持されている。銅板12aは、厚さが、例えば5
mm程度の平板であり、極低温槽12に対して、ネジ止
め等によって固定されている。この銅板12aとサファ
イヤ基板6とは、インジウム層12cを挟み込んで重ね
られた状態で、このインジウム層12cによって接合さ
れている。そして、銅板12aには、サファイヤ基板6
を透過して固体水素1に入射される第1及び第2の波長
のナノ秒パルスレーザ2,3及び第3の波長のフェムト
秒パルスレーザ4が通過するための透孔12bが設けら
れている。
The sapphire substrate 6 has a thickness of 10
Liquid helium tank 1 formed in a flat plate shape of about 0 μm
The cryogenic tank 12 connected to No. 1 is supported via the copper plate 12a. The copper plate 12a has a thickness of, for example, 5
It is a flat plate of about mm, and is fixed to the cryogenic bath 12 by screwing or the like. The copper plate 12a and the sapphire substrate 6 are joined by the indium layer 12c in a state of being stacked with the indium layer 12c interposed therebetween. The sapphire substrate 6 is attached to the copper plate 12a.
A through hole 12b is provided for passing the nanosecond pulse lasers 2 and 3 having the first and second wavelengths and the femtosecond pulse laser 4 having the third wavelength, which are transmitted through and are incident on the solid hydrogen 1. .

【0035】極低温槽12は、中空構造となされてお
り、液体ヘリウムタンク11からの液体ヘリウムが、一
端側より内部に少量ずつ供給される。そして、この極低
温槽12は、図示しないポンプによって、他端側より内
部の液体ヘリウムが吸い出されることによって、1.5
K程度まで冷却される。そして、サファイヤ基板6も、
この極低温槽12と同程度の1.5K程度まで冷却され
る。
The cryogenic tank 12 has a hollow structure, and liquid helium from the liquid helium tank 11 is supplied to the inside little by little from one end side. Then, the cryogenic tank 12 sucks the internal liquid helium from the other end side by a pump (not shown), so that 1.5
It is cooled to about K. And the sapphire substrate 6 also
It is cooled to about 1.5 K, which is the same level as the cryogenic tank 12.

【0036】固体水素の作成法としては、まず、液体ノ
ーマル水素を、融点(常圧で13.8K)よりごくわず
かに高い温度で、酸化鉄触媒を用いて、99.9%以上
の純度のパラ水素(P−H2)に変換しておく。そし
て、このパラ水素を、第1の真空容器7内のノズル13
を介して、1.5K程度まで冷却されたサファイヤ基板
6の表面に吹き付ける。すると、このサファイヤ基板6
の表面上においては、気相成長法によって、固体水素1
が形成される。この固体水素1は、成長に応じて厚くな
ってゆくので、100μm程度の所定の厚さに達したと
ころで、パラ水素の供給を止めればよい。このようにし
て、サファイヤ基板6の表面上に支持された薄い板状の
固体水素1が形成される。
As a method for producing solid hydrogen, first, liquid normal hydrogen having a purity of 99.9% or more is used at a temperature slightly higher than the melting point (at atmospheric pressure, 13.8 K) using an iron oxide catalyst. It is converted to para hydrogen (P-H2). Then, this parahydrogen is supplied to the nozzle 13 in the first vacuum container 7.
Through the surface of the sapphire substrate 6 cooled to about 1.5K. Then, this sapphire substrate 6
On the surface of the, solid hydrogen 1
Is formed. Since the solid hydrogen 1 becomes thicker as it grows, the supply of parahydrogen may be stopped when the solid hydrogen 1 reaches a predetermined thickness of about 100 μm. Thus, the thin plate-shaped solid hydrogen 1 supported on the surface of the sapphire substrate 6 is formed.

【0037】そして、第1の真空容器7には、第1及び
第2の波長のナノ秒パルスレーザ2,3及び第3の波長
のフェムト秒パルスレーザ4が第1の真空容器7内に入
射されるための入射孔14が設けられている。また、第
1の真空容器7には、サファイヤ基板6を挟んで入射孔
14と反対側となる位置に、固体水素1を経て変調され
たサブフェムト秒レーザ光5が出射されるための出射孔
15が設けられている。
Then, the nanosecond pulse lasers 2 and 3 having the first and second wavelengths and the femtosecond pulse laser 4 having the third wavelength are incident on the first vacuum vessel 7 into the first vacuum vessel 7. An entrance hole 14 is provided for this purpose. Further, the first vacuum container 7 has an emission hole for emitting the sub-femtosecond laser beam 5 modulated through the solid hydrogen 1 at a position opposite to the incident hole 14 with the sapphire substrate 6 interposed therebetween. 15 are provided.

【0038】入射孔14は、図3に示すように、厚さが
5mm程度の第1の石英板16によって閉蓋されてい
る。この第1の石英板16には、第3の波長のフェムト
秒パルスレーザ4が通過するための小孔17が形成され
ている。そして、この第1の石英板16には、厚さが1
00μm程度の第2の石英板18が重ねられて接合され
ており、第1の真空容器7内の密封状態が維持されてい
る。
As shown in FIG. 3, the entrance hole 14 is closed by a first quartz plate 16 having a thickness of about 5 mm. The first quartz plate 16 has a small hole 17 through which the femtosecond pulse laser 4 of the third wavelength passes. The thickness of the first quartz plate 16 is 1
A second quartz plate 18 having a size of about 00 μm is overlapped and bonded, and the sealed state in the first vacuum container 7 is maintained.

【0039】この入射孔14においては、第1及び第2
の波長のナノ秒パルスレーザ2,3は、第2及び第1の
石英板18,16を順次透過して第1の真空容器7内に
入射され、第3の波長のフェムト秒パルスレーザ4は、
第2の石英板18のみを透過して第1の真空容器7内に
入射されることとなる。
In this incident hole 14, the first and second
The nanosecond pulse lasers 2 and 3 of the wavelength are sequentially transmitted through the second and first quartz plates 18 and 16 and are incident into the first vacuum container 7, and the femtosecond pulse laser 4 of the third wavelength is ,
The light is transmitted through only the second quartz plate 18 and is incident on the inside of the first vacuum container 7.

【0040】そして、出射孔15には、実験空間をなす
第2の真空容器19が接続されている。この第2の真空
容器19内は、出射孔15を介して、第1の真空容器7
内とつながっており、第1の真空容器7内と同様に真空
に保たれている。
A second vacuum container 19 forming an experimental space is connected to the emission hole 15. The inside of the second vacuum container 19 is connected to the first vacuum container 7 via the emission hole 15.
It is connected to the inside, and is maintained in a vacuum like the inside of the first vacuum container 7.

【0041】第1の真空容器7内に入射された第1及び
第2の波長のナノ秒パルスレーザ2,3及び第3の波長
のフェムト秒パルスレーザ4は、銅板12aの透孔12
b内を通過して、サファイヤ基板6の光入射面(固体水
素1が形成されていない面)側よりこのサファイヤ基板
6を透過して、固体水素1に入射される。そして、この
固体水素1において変調された単一のサブフェムト秒パ
ルスレーザ光5は、出射孔15を経て、第2の真空容器
19内の実験空間20に出射される。固体水素1から実
験空間20に亘っては、真空の空間となっており、単一
のサブフェムト秒パルスレーザ光5は、その状態に変化
を受けずに実験空間20に至る。この実験空間20にお
いて、単一のサブフェムト秒パルスレーザ光5を用いる
種々の実験を行うことができる。
The nanosecond pulse lasers 2 and 3 having the first and second wavelengths and the femtosecond pulse laser 4 having the third wavelength, which have entered the first vacuum container 7, are provided with through holes 12 in the copper plate 12a.
After passing through the inside of b, the light is incident on the solid hydrogen 1 through the sapphire substrate 6 from the light incident surface side (the surface on which the solid hydrogen 1 is not formed) of the sapphire substrate 6. Then, the single sub-femtosecond pulsed laser light 5 modulated in the solid hydrogen 1 is emitted to the experimental space 20 in the second vacuum container 19 via the emission hole 15. The solid hydrogen 1 to the experimental space 20 is a vacuum space, and the single sub-femtosecond pulsed laser light 5 reaches the experimental space 20 without changing its state. Various experiments using the single sub-femtosecond pulsed laser light 5 can be performed in this experimental space 20.

【0042】〔変調の過程〕本発明に係るレーザ変調装
置においては、上述のように、フェムト秒パルスレーザ
光からサプフェムト秒パルスレーザ光ヘの変調が行われ
るが、この変調は、図4に示すように、量子コヒーレン
スが生成された固体水素中におけるフェムト秒パルスレ
ーザ光の進行に伴って行われる。すなわち、ここに示し
た例(第1及び第2の波長を、それぞれ355nm及び
416nm、角度θを、0.29度とした場合)では、
100μm進行したところで、パルス幅が0.3フェム
ト秒となっているので、固体水素の厚さを100μmに
しておけば、良好な単一のサブフェムト秒パルスレーザ
光が得られることとなる。
[Modulation Process] In the laser modulator according to the present invention, as described above, the femtosecond pulse laser light is modulated to the sub femtosecond pulse laser light. This modulation is shown in FIG. As described above, the quantum coherence is performed with the progress of the femtosecond pulsed laser light in the solid hydrogen in which the quantum coherence is generated. That is, in the example shown here (when the first and second wavelengths are 355 nm and 416 nm, respectively, and the angle θ is 0.29 degrees),
Since the pulse width becomes 0.3 femtoseconds after proceeding 100 μm, if the thickness of the solid hydrogen is 100 μm, a good single sub-femtosecond pulsed laser beam can be obtained.

【0043】〔変調効率〕本発明に係るレーザ変調装置
における変調効率は、第1及び第2の波長を、それぞれ
355nm及び416nm、角度θを、0.29度とし
た場合において、図5に示すように、フェムト秒パルス
レーザの固体水素内の進行距離100μmにおいて、1
00%を超えて、110%程度となっている。
[Modulation Efficiency] The modulation efficiency of the laser modulator according to the present invention is shown in FIG. 5 when the first and second wavelengths are 355 nm and 416 nm, respectively, and the angle θ is 0.29 degrees. Thus, at a travel distance of 100 μm in solid hydrogen of a femtosecond pulse laser, 1
It exceeds 110% and reaches 110%.

【0044】[0044]

【発明の効果】上述のように、本発明に係るレーザ変調
装置及びレーザ変調方法においては、固体水素に対して
第1の波長のナノ秒パルスレーザを入射させるととも
に、該固体水素に対して第1の波長よりも長波長の第2
の波長のナノ秒パルスレーザを第1の波長のナノ秒パル
スレーザに対して所定の角度をなして入射させ、量子コ
ヒーレンスを生成し、この量子コヒーレンスが生成され
た領域に第3の波長のフェムト秒パルスレーザを第2の
波長のナノ秒パルスレーザに対して所定の角度をなして
入射させることにより、該第3の波長のフェムト秒パル
スレーザを単一のサブフェムト秒パルスレーザ光に変調
することができる。
As described above, in the laser modulation apparatus and the laser modulation method according to the present invention, the nanosecond pulsed laser of the first wavelength is made incident on the solid hydrogen, and the solid hydrogen is irradiated at the first time. Second wavelength longer than 1 wavelength
A nanosecond pulsed laser having a wavelength of 1 μm is incident on the nanosecond pulsed laser having a first wavelength at a predetermined angle to generate quantum coherence. The femtosecond pulse laser of the third wavelength is modulated into a single sub-femtosecond pulse laser beam by making the second pulse laser enter the nanosecond pulse laser of the second wavelength at a predetermined angle. be able to.

【0045】すなわち、本発明は、簡単な装置構成によ
って、単一のサブフェムト秒パルスレーザ光を得ること
ができるレーザ変調装置及びレーザ変調方法を提供する
ことができるものである。
That is, the present invention can provide a laser modulation device and a laser modulation method that can obtain a single sub-femtosecond pulsed laser beam with a simple device configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るレーザ変調装置の構成を示す平面
図である。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a laser modulator according to the present invention.

【図2】上記レーザ変調装置を構成する実験装置の構成
を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of an experimental device that constitutes the laser modulator.

【図3】上記実験装置の要部の構成を示す縦断面図であ
る。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a configuration of a main part of the experimental apparatus.

【図4】上記レーザ変調装置においてレーザ光が変調さ
れる過程を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a process in which laser light is modulated in the laser modulator.

【図5】上記レーザ変調装置における変調効率を示すグ
ラフである。
FIG. 5 is a graph showing modulation efficiency in the laser modulation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固体水素、2 第1の波長のナノ秒パルスレーザ、
3 第2の波長のナノ秒パルスレーザ、4 第3の波長
のフェムト秒パルスレーザ、5 サブフェムト秒パルス
レーザ光
1 solid hydrogen, 2 first wavelength nanosecond pulsed laser,
3 Second-wavelength nanosecond pulse laser, 4th-wavelength femtosecond pulse laser, 5 Sub-femtosecond pulse laser light

フロントページの続き (72)発明者 ファム レ キエン 東京都調布市調布ヶ丘3−73−1NOBU 調布ヶ丘303 Fターム(参考) 2K002 AB33 BA02 CA02 DA01 GA04 HA23 4E068 CA03 CD05 5F072 HH07 KK11 QQ07 SS08 Continued front page    (72) Inventor Pham Lekien             3-73-1, Chofugaoka, Chofu-shi, Tokyo NOBU             Chofugaoka 303 F-term (reference) 2K002 AB33 BA02 CA02 DA01 GA04                       HA23                 4E068 CA03 CD05                 5F072 HH07 KK11 QQ07 SS08

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体水素と、 上記固体水素に対して第1の波長のナノ秒パルスレーザ
を入射させる手段と、 上記固体水素に対して上記第1の波長よりも長波長の第
2の波長のナノ秒パルスレーザを上記第1の波長のナノ
秒パルスレーザに対して所定の角度をなして入射させ、
量子コヒーレンスを生成する手段と、 上記量子コヒーレンスが生成された領域に第3の波長の
フェムト秒パルスレーザを上記第2の波長のナノ秒パル
スレーザに対して所定の角度をなして入射させる手段と
を備え、 上記第3の波長のフェムト秒パルスレーザを単一のサブ
フェムト秒パルスレーザ光に変調することを特徴とする
レーザ変調装置。
1. Solid hydrogen, means for injecting a nanosecond pulsed laser of a first wavelength to the solid hydrogen, and a second wavelength of a wavelength longer than the first wavelength of the solid hydrogen. The nanosecond pulsed laser of the present invention is incident on the nanosecond pulsed laser of the first wavelength at a predetermined angle,
Means for generating quantum coherence, and means for making a femtosecond pulse laser of a third wavelength incident on the region where the quantum coherence is generated at a predetermined angle with respect to the nanosecond pulse laser of the second wavelength. A laser modulation device comprising: a femtosecond pulse laser beam of the third wavelength, which is modulated into a single sub-femtosecond pulse laser beam.
【請求項2】 固体水素に対して第1の波長のナノ秒パ
ルスレーザを入射させるとともに、該固体水素に対して
第1の波長よりも長波長の第2の波長のナノ秒パルスレ
ーザを第1の波長のナノ秒パルスレーザに対して所定の
角度をなして入射させ、量子コヒーレンスを生成し、 上記量子コヒーレンスが生成された領域に第3の波長の
フェムト秒パルスレーザを上記第2の波長のナノ秒パル
スレーザに対して所定の角度をなして入射させることに
より、該第3の波長のフェムト秒パルスレーザを単一の
サブフェムト秒パルスレーザ光に変調することを特徴と
するレーザ変調方法。
2. A nanosecond pulsed laser of a first wavelength is made incident on solid hydrogen, and a nanosecond pulsed laser of a second wavelength longer than the first wavelength is made incident on the solid hydrogen. A nanosecond pulsed laser having a wavelength of 1 is made incident at a predetermined angle to generate quantum coherence, and a femtosecond pulsed laser having a third wavelength is applied to the region where the quantum coherence is generated. A laser modulation method characterized in that the femtosecond pulse laser of the third wavelength is modulated into a single sub-femtosecond pulse laser beam by making the nanosecond pulse laser incident at a predetermined angle. .
JP2001259787A 2001-08-29 2001-08-29 Laser modulation device and laser modulation method Withdrawn JP2003066501A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001259787A JP2003066501A (en) 2001-08-29 2001-08-29 Laser modulation device and laser modulation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001259787A JP2003066501A (en) 2001-08-29 2001-08-29 Laser modulation device and laser modulation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003066501A true JP2003066501A (en) 2003-03-05

Family

ID=19087107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001259787A Withdrawn JP2003066501A (en) 2001-08-29 2001-08-29 Laser modulation device and laser modulation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003066501A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006251247A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method and device for generating ultrashort pulse laser
CN111168232A (en) * 2020-02-07 2020-05-19 吉林大学 Method for preparing nanometer precision by femtosecond laser

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006251247A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Method and device for generating ultrashort pulse laser
JP4696297B2 (en) * 2005-03-09 2011-06-08 独立行政法人産業技術総合研究所 Ultrashort pulse laser generation method and apparatus
CN111168232A (en) * 2020-02-07 2020-05-19 吉林大学 Method for preparing nanometer precision by femtosecond laser
CN111168232B (en) * 2020-02-07 2021-04-20 吉林大学 Method for preparing nanometer precision by femtosecond laser
WO2021155826A1 (en) * 2020-02-07 2021-08-12 吉林大学 Method and device using femtosecond laser to prepare nano-precision structure
US11914165B2 (en) 2020-02-07 2024-02-27 Jilin University Method and device using femtosecond laser to prepare nano-precision structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Abramczyk Introduction to laser spectroscopy
Halim et al. Passive mode locking of a Nd: KGW laser with hot-band diode pumping
EP3223069B1 (en) Method and apparatus for generating thz radiation
Tang et al. Optical parametric oscillators
Simon Ultrashort light pulses
JP2003015175A (en) Solid-state light source apparatus
Nowak et al. CO 2 laser drives extreme ultraviolet nano-lithography—second life of mature laser technology
Ahmad et al. Ternary MoWSe2 alloy saturable absorber for passively Q-switched Yb-, Er-and Tm-doped fiber laser
Hao et al. Low-dimensional saturable absorbers for ultrafast photonics in solid-state bulk lasers: status and prospects
Xu et al. Watt-level passively Q-switched mode-locked YVO4/Nd: YVO4 laser operating at 1.06 µm using graphene as a saturable absorber
Zinth et al. The long journey to the laser and its rapid development after 1960
Agnesi et al. Tunable femtosecond laser based on the Nd3+: BaLaGa 3O 7 disordered crystal
Schmidt et al. Noncollinear parametric amplification in the near-infrared based on type-II phase matching
Chang et al. Efficient and compact Q-switched green laser using graphene oxide as saturable absorber
Misoguti et al. Nonlinear wave-mixing processes in the extreme ultraviolet
JP2003066501A (en) Laser modulation device and laser modulation method
Wang et al. Simultaneous dual-wavelength eye-safe KTP OPO intracavity pumped by a Nd: GYSGG laser
Na et al. 15 mJ single-frequency Ho: YAG laser resonantly pumped by a 1.9 µm laser diode
CN107394575A (en) The frequency doubling device of laser
Lin et al. Review on the recent progress of laser frontiers in China
JP2003107544A (en) Device and method for wavelength conversion
Mužík et al. 2.6 W diode-pumped actively mode-locked Tm: YLF laser
Andreev et al. Frequency doubling and mixing of the radiation of carbon monoxide lasers in nonlinear ZnGeP 2 and GaSe crystals
Wei et al. Broadband third-harmonic generation with a composite KD* P crystal
Soboń et al. Fiber-based laser frequency combs

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20031031

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20040129

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20040210

A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20081104