JP2008052266A - Diffraction method of high-intensity pulse laser beam, transient diffraction grating element, method of suppressing pre-pulse of high-intensity pulse laser beam, method of compressing chirped pulse laser beam, method of generating phase conjugate beam, and method of generating spectrum phase conjugate beam - Google Patents

Diffraction method of high-intensity pulse laser beam, transient diffraction grating element, method of suppressing pre-pulse of high-intensity pulse laser beam, method of compressing chirped pulse laser beam, method of generating phase conjugate beam, and method of generating spectrum phase conjugate beam Download PDF

Info

Publication number
JP2008052266A
JP2008052266A JP2007192529A JP2007192529A JP2008052266A JP 2008052266 A JP2008052266 A JP 2008052266A JP 2007192529 A JP2007192529 A JP 2007192529A JP 2007192529 A JP2007192529 A JP 2007192529A JP 2008052266 A JP2008052266 A JP 2008052266A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intensity
light
laser light
pulsed laser
diffraction grating
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Withdrawn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
JP2007192529A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashige Omatsu
尾松  孝茂
Kimio Kondo
公伯 近藤
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.)
Chiba University NUC
Osaka University NUC
Original Assignee
Chiba University NUC
Osaka University NUC
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 Chiba University NUC, Osaka University NUC filed Critical Chiba University NUC
Priority to JP2007192529A priority Critical patent/JP2008052266A/en
Publication of JP2008052266A publication Critical patent/JP2008052266A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems that, in most of solid-state nonlinear optical elements having light damage thresholds of 1 GW/cm<SP>2</SP>, the structure as an optical element is broken and its optical function is damaged in such a solid-state optical element, because the energy density reaches in a range of 10 TW/cm<SP>2</SP>to 100 PW/cm<SP>2</SP>when a high-intensity laser beam of TW-class or PW-class having an ultra high peak output of 0.1 TW to 1 PW is condensed to irradiate the solid-state optical element therewith. <P>SOLUTION: The transient diffraction grating element comprises a periodic spatial density distribution of plasma generated by light flux interference wherein the high-intensity pulse laser beam with a plurality of ultra high peak outputs of 0.1 TW to 1 PW are projected so as to cross in a gas, liquid, or solid transparent medium. Utilizing the transient diffraction grating element: (1) the high-intensity pulse laser beam is diffracted; (2) a pre-pulse is removed from the high-intensity pulse laser beam; (3) the high-intensity pulse laser beam is compressed; (4) a phase conjugate beam of the high-intensity pulse laser beam is obtained; and (5) a spectrum phase conjugate beam of a chirped pulse laser beam is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

ピークパワーがTWを超える高強度パルスレーザー光は、その極限的な光強度を用いてプラズマを発生させることで高次高調波発生、レーザー加速、レーザー核融合などへ応用できる。本発明は、これらの利用に供する高強度パルスレーザー光の回折方法、過渡回折格子素子、特には高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法、高強度パルスレーザー光の圧縮方法、位相共役光生成方法およびスペクトル位相共役光の生成方法に関する。 High-intensity pulsed laser light with peak power exceeding TW can be applied to high-order harmonic generation, laser acceleration, laser fusion, etc. by generating plasma using its extreme light intensity. The present invention provides a high-intensity pulsed laser beam diffraction method, a transient diffraction grating element, particularly a high-intensity pulsed laser beam pre-pulse suppression method, a high-intensity pulsed laser beam compression method, a phase conjugate light generation method, The present invention relates to a method for generating spectral phase conjugate light.

高強度パルスレーザー光を通常の固体光学素子により回折させようとしても、ほとんどの非線形光学素子の光損傷閾値は1GW/cm2程度であり、超高ピーク出力0.1TW〜1PWの高強度レーザー光を集光、照射するとエネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2となるので、通常の固体光学素子は損傷してしまい光学素子としての構造が壊れ、光学的機能が損なわれてしまうという問題がある。 Even when trying to diffract high-intensity pulsed laser light with ordinary solid-state optical elements, the optical damage threshold of most nonlinear optical elements is about 1 GW / cm 2 , and high-intensity laser light with an ultra-high peak output of 0.1 TW to 1 PW is used. When condensed and irradiated, the energy density becomes 10TW / cm 2 to 100PW / cm 2 , so the usual solid optical element is damaged, the structure as an optical element is broken, and the optical function is impaired. is there.

高次高調波発生、レーザー加速、レーザー核融合、X線発生などへの利用に供する高強度パルスレーザー光において、高強度パルスレーザー誘起プラズマは、電子、イオン、X線等の高エネルギー粒子を発生する一つの効果的な手法である。それによって発生する粒子はピコ秒からサブピコ秒の時間幅を持つ。この高エネルギー粒子発生過程は高強度レーザーパルスに先行するレーザープレパルスに強く依存する。高強度パルスレーザー光において、プレパルスがメインパルスの10-8程度であっても、10TW級レーザー光をターゲットに集光した場合、そのメインパルスの光強度は簡単に0.1PW/cm2〜102PW/cm2に到達し、プレパルスの光強度はTW/cm2オーダーとなり、プレパルスだけで寄生的なプラズマが生成してしまう。この場合、プレパルスが生成する寄生プラズマがシールドとなりメインパルスがターゲットに効率よく届かず、所望のプラズマが生成しない。 In high-intensity pulsed laser light used for high-order harmonic generation, laser acceleration, laser fusion, X-ray generation, etc., high-intensity pulsed laser-induced plasma generates high-energy particles such as electrons, ions, and X-rays This is one effective technique. The particles generated thereby have a time width from picoseconds to subpicoseconds. This high energy particle generation process strongly depends on the laser prepulse preceding the high intensity laser pulse. Even if the pre-pulse is about 10 -8 of the main pulse in high-intensity pulsed laser light, when the 10TW class laser light is focused on the target, the light intensity of the main pulse is easily 0.1 PW / cm 2 to 10 2 PW / cm 2 is reached, the light intensity of the prepulse is on the order of TW / cm 2, and parasitic plasma is generated only by the prepulse. In this case, the parasitic plasma generated by the pre-pulse serves as a shield, and the main pulse does not reach the target efficiently, and desired plasma is not generated.

したがって、高強度パルスレーザー誘起プラズマにおいて、最も重要なのは、単なる光強度ではなく、ASE(Amplified Spontaneous Emission)などの不要なプレパルスの抑制をはじめとする時間制御である。プレパルスの抑制方法には、ポッケルスセル、増幅用種パルスの整形などいくつか存在し、最近では、薄膜上に生成したプラズマと高強度フェムト秒レーザーとの相互作用を用いたプレパルス制御が知られている(非特許文献1)。また、このプレパルスを抑制する目的で、超高ピーク出力0.1TW〜1PWの高強度レーザー光をガラスやシリコン基板に集光、照射するとエネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になるので、密度の濃いプラズマが生成する。この表皮効果を用いたプラズマミラーが提案されている(非特許文献2)。しかしながら、プラズマミラーでは、分散補償や光波の分岐ができない。 Therefore, in high-intensity pulsed laser-induced plasma, the most important is not just light intensity but time control including suppression of unnecessary prepulses such as ASE (Amplified Spontaneous Emission). There are several prepulse suppression methods, such as Pockels cell and amplification seed pulse shaping. Recently, prepulse control using the interaction between a plasma generated on a thin film and a high-intensity femtosecond laser is known. (Non-Patent Document 1). Also, for the purpose of suppressing this pre-pulse, the energy density becomes 10TW / cm 2 to 100PW / cm 2 when condensing and irradiating high intensity laser light with ultra high peak output 0.1TW ~ 1PW on glass or silicon substrate, A dense plasma is generated. A plasma mirror using the skin effect has been proposed (Non-Patent Document 2). However, the plasma mirror cannot perform dispersion compensation or light wave branching.

また一方、従来、低強度パルスレーザー光において、超短パルスレーザーを用いて光波混合を行うと、過渡的な回折格子を介して現れる出力光パルスは入射光パルスの3次強度相関波形として得られ、入射光パルスに付随するインコヒーレントなプレパルス成分が除去され、バッググランドフリーな出力光パルスを生成できるコヒーレントゲート法が知られている(非特許文献3)。しかしながら、超高ピーク出力0.1TW〜1PW(集光、照射されたときにエネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になる)の高強度パルスレーザー光においては、実現されていない。 On the other hand, conventionally, when light wave mixing is performed using an ultrashort pulse laser in a low-intensity pulsed laser beam, an output light pulse that appears through a transient diffraction grating is obtained as a third-order intensity correlation waveform of the incident light pulse. A coherent gate method is known in which an incoherent prepulse component associated with an incident light pulse is removed and a background-free output light pulse can be generated (Non-patent Document 3). However, ultra-high peak power 0.1TW~1PW in high-intensity pulsed laser light (light collection, the energy density is 10TW / cm 2 ~100PW / cm 2 when irradiated) is not realized.

また更には、近年、近赤外領域のフェムト秒レーザーパルスの2光束干渉により、ガラス表面近傍に回折格子を書き込めることが見出されている(非特許文献4、特許文献1)。光源として中心波長800nm,パルス幅130fsの増幅チタンサファイアレーザーパルスを用い、レーザーパルスをビームスプリッターにより等しい強度の2つのビームに分け、焦点距離150nmのレンズにより試料内部に同じ角度で集光している。時間的にも空間的にも重なったレーザーパルスが、シリカガラス表面に集光され、干渉縞が形成されている。ガラス表面においては、干渉縞の強度分布に対応した周期構造が作製できる。しかしながら、非特許文献4、特許文献1に記載されている発明は、あくまでもガラスに周期的構造を形成するものであり、これら文献の方法で形成された回折格子に超高ピーク出力0.1TW〜1PWの高強度パルスレーザー光を集光すると、エネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2となるので、アブレーションが起こり損傷してしまい光学素子としての構造が壊れ、光学的機能が損なわれてしまう。 Furthermore, in recent years, it has been found that a diffraction grating can be written in the vicinity of the glass surface by two-beam interference of femtosecond laser pulses in the near infrared region (Non-patent Document 4, Patent Document 1). An amplified titanium sapphire laser pulse with a central wavelength of 800 nm and a pulse width of 130 fs is used as a light source, and the laser pulse is divided into two beams of equal intensity by a beam splitter, and focused at the same angle inside the sample by a lens with a focal length of 150 nm. . Laser pulses that overlap in time and space are condensed on the surface of the silica glass to form interference fringes. On the glass surface, a periodic structure corresponding to the intensity distribution of interference fringes can be produced. However, the inventions described in Non-Patent Document 4 and Patent Document 1 merely form a periodic structure in glass, and the diffraction grating formed by the methods of these documents has an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW. When the high-intensity pulsed laser beam is condensed, the energy density becomes 10TW / cm 2 to 100PW / cm 2 , so ablation occurs and damages the structure as an optical element, and the optical function is impaired. .

レーザー光のパルス圧縮の技術は、線形の周波数変化(時間とともに周波数が線形に増加する)を有するレーザーパルスを、異常分散を有する媒質(異常分散媒体)に入射させて圧縮するものである。異常分散媒体においては、パルスの前方部分に位置する周波数の低い部分の伝搬速度は遅くなり、光パルスは圧縮されることになる。異常分散媒体として2枚の平行に配置した一対の回折格子を用いる方法がある。この方法は、E.Treacyによって提案されている(非特許文献5)。しかし、超高ピーク出力0.1TW〜1PW(エネルギー密度10TW/cm2〜100PW/cm2)の高強度パルスレーザー光を固体の回折格子に集光、照射すると、エネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2となるので、アブレーションが起こり損傷してしまう。 The technique of pulse compression of laser light is to compress a laser pulse having a linear frequency change (frequency increases linearly with time) into a medium having anomalous dispersion (an anomalous dispersion medium). In the anomalous dispersion medium, the propagation speed of the low frequency portion located in the front portion of the pulse is slow, and the optical pulse is compressed. There is a method using a pair of diffraction gratings arranged in parallel as an anomalous dispersion medium. This method has been proposed by E. Treacy (Non-Patent Document 5). However, ultra-high peak power 0.1TW~1PW (energy density 10TW / cm 2 ~100PW / cm 2 ) condensing the high-intensity pulsed laser light in the diffraction grating of the solid is irradiated, the energy density of 10TW / cm 2 ~100PW Since / cm 2 , ablation occurs and damage occurs.

位相共役光とは、ある光に対して空間的に同一の波面を持って、逆方向に進行する光のことを言う。また、位相共役光を発生させる素子を位相共役器という。光が伝搬している間に位相擾乱物体によって空間的な波面の歪みを受けても、位相共役光として同一の光路上を戻されると、戻ってきた光は、その空間的な歪みを逆方向に受けるため、歪みが打ち消され、元の波面に戻る。位相共役光は、いろいろな非線形現象によって発生することが知られている。その一つがフォトリフラクティブ効果であり、フォトリフラクティブ効果は、フォトリフラクティブ結晶等のフォトリフラクティブ媒質に光を照射したときに、その媒質中に空間電界が発生し、ポッケルス効果を介して、物質の屈折率が変化する現象である。位相共役光を発生させるためには、大きく分けて、縮退4光波混合、自己励起型、相互励起型と呼ばれる方法がある。しかし、超高ピーク出力0.1TW〜1PWの高強度パルスレーザー光を固体のフォトリフラクティブ結晶等に集光、照射すると、エネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2となるので、アブレーションが起こり損傷してしまう。 Phase conjugate light refers to light that travels in the opposite direction with spatially the same wavefront with respect to certain light. An element that generates phase conjugate light is called a phase conjugater. Even if the phase disturbance object receives a spatial wavefront distortion while the light is propagating, if the light is returned on the same optical path as phase conjugate light, the returned light will reverse the spatial distortion in the opposite direction. Therefore, the distortion is canceled and the original wavefront is restored. It is known that phase conjugate light is generated by various nonlinear phenomena. One of these is the photorefractive effect. When a photorefractive medium such as a photorefractive crystal is irradiated with light, a spatial electric field is generated in the medium, and the refractive index of the substance is generated via the Pockels effect. Is a phenomenon that changes. In order to generate phase conjugate light, there are roughly divided methods called degenerate four-wave mixing, self-excitation type, and mutual excitation type. However, when high-intensity pulsed laser light with an ultra-high peak output of 0.1TW to 1PW is focused and irradiated onto a solid photorefractive crystal, etc., the energy density becomes 10TW / cm 2 to 100PW / cm 2 , resulting in ablation and damage Resulting in.

薄膜プラズマ中での伝播による高強度フェムト秒レーザーのプリパルス制御,Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)Prepulse control of high-intensity femtosecond laser by propagation in thin film plasma, Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan and the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4-6, 2004, Funabashi Japan) Ch. Ziener, J. Appl. Phys. 93, 768 (2003)Ch. Ziener, J. Appl. Phys. 93, 768 (2003) S. C. W. Hyde, et.al., Opt. Lett. 20 (1995) 1131-1133S. C. W. Hyde, et.al., Opt. Lett. 20 (1995) 1131-1133 K. Kawamura, T. Ogawa, N. Sarukura, M. Hirano, H. Hosono: Fabrication of surface relief gratings on transparent dielectric materials by two-beam holography method using infrared femtosecond laser pulses; Appl. Phys. B (Rapid Communication), 71, 119, (2000).K. Kawamura, T. Ogawa, N. Sarukura, M. Hirano, H. Hosono: Fabrication of surface relief gratings on transparent dielectric materials by two-beam holography method using infrared femtosecond laser pulses; Appl. Phys. B (Rapid Communication) , 71, 119, (2000). Optical pulse compression with diffraction gratings, (IEEE,J.QE,vol.QE−5,page454−458,1969)Optical pulse compression with diffraction gratings, (IEEE, J.QE, vol.QE-5, page 454-458, 1969) 特開2003−57422号公報JP 2003-57422 A

そこで、本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、
(1)超高ピーク出力0.1TW〜1PWの高強度パルスレーザー光の回折方法
(2)超高ピーク出力0.1TW〜1PWの高強度パルスレーザー光からプレパルスを除去する方法(高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法)
(3)超高ピーク出力0.1TW〜1PW(集光、照射されたときにエネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になる)の高強度パルスレーザー光を繰り返し入射してもアブレーションの問題がない過渡回折格子素子
(4)チャープパルスレーザー光を圧縮する方法
(5)超高ピーク出力0.1TW〜1PWの高強度パルスレーザー光の位相共役光を得る方法、および
(6)チャープパルスレーザー光のスペクトル位相共役光を得る方法
を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made to solve the above problems,
(1) Diffraction method of high-intensity pulsed laser light with ultra-high peak output 0.1TW to 1PW (2) Method of removing pre-pulse from high-intensity pulsed laser light with ultra-high peak output 0.1TW to 1PW (of high-intensity pulsed laser light Prepulse suppression method)
(3) Ultra high peak output 0.1TW~1PW (condenser, energy density when irradiated is 10TW / cm 2 ~100PW / becomes cm 2) also incident repeated high intensity pulsed laser beam ablation problems (4) Method of compressing chirped pulsed laser light (5) Method of obtaining phase conjugate light of high-intensity pulsed laser light with ultra-high peak output of 0.1TW to 1PW, and (6) Chirped pulsed laser light An object of the present invention is to provide a method for obtaining a spectral phase conjugate light of

本発明は、
[1]2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、高強度ポンプパルスレーザー光の自己回折光を発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光の回折方法。
[2]前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記自己回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする[1]記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。
[3]2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、該過渡回折格子に高強度プローブパルスレーザー光を入射し、高強度プローブパルスレーザー光の回折光を発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光の回折方法。
[4]前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記高強度プローブパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする[3]記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。
[5]気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。
[5−1]前記希ガスもしくは窒素ガスは、真空チャンバー中で噴射されていることを特徴とする[5]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[5−2]前記希ガスはネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、またはキセノン(Xe)ガスであることを特徴とする[5]または[5−1]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[5−3]前記液体は、流れている液体であることを特徴とする[5]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[6]2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉を起こして固体透明媒質をアブレーションさせ、該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、高強度ポンプパルスレーザー光の自己回折光を発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光の回折方法。
[7]前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記自己回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする[6]記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。
[8]2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉を起こして固体透明媒質をアブレーションさせ、該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、該過渡回折格子に高強度プローブパルスレーザー光を入射し、高強度プローブパルスレーザー光の回折光を発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光の回折方法。
[9]前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記高強度プローブパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする[8]記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。
[10]固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする[6]〜[9]のいずれかに記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。
[11]2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなること特徴とする過渡回折格子素子。
[12]気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする[11]記載の過渡回折格子素子。
[12−1]前記希ガスもしくは窒素ガスは、真空チャンバー中で噴射されていることを特徴とする[12]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[12−2]前記希ガスはネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、またはキセノン(Xe)ガスであることを特徴とする[12]または[12−1]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[12−3]前記液体は、流れている液体であることを特徴とする[12]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[13]2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなること特徴とする過渡回折格子素子。
[14]固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする[13]記載の過渡回折格子素子。
[15]前記2つの高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする[11]、[12]、[12−1]、[12−2]、[12−3]、[13]、[14]のいずれかに記載の過渡回折格子素子。
[16]高強度ポンプパルスレーザー光とプレパルスを伴う高強度プローブパルスレーザー光とを、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて光波混合を行い、プレパルスフリーな高強度パルスレーザー光を回折光として発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[16−1]回折光が出現する方向は、前記高強度ポンプパルスレーザー光、前記高強度プローブパルスレーザー光および回折光の波数ベクトルをそれぞれk、k、kとするとき、位相整合条件k〜k+(k−k)を満たすように調整されることを特徴とする[16]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。なお、式中の「〜」はニアリーイコールの意である。
[17]気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする[16]または[16−1]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[17−1]前記希ガスもしくは窒素ガスは、真空チャンバー中で噴射されていることを特徴とする[17]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[17−2]前記希ガスはネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、またはキセノン(Xe)ガスであることを特徴とする[17]または[17−1]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[17−3]前記液体は、流れている液体であることを特徴とする[17]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[18]高強度ポンプパルスレーザー光とプレパルスを伴う高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて光波混合を行い、プレパルスフリーな高強度パルスレーザー光を回折光として発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[18−1]回折光が出現する方向は、前記高強度ポンプパルスレーザー光、前記高強度プローブパルスレーザー光および回折光の波数ベクトルをそれぞれk、k、kとするとき、位相整合条件k〜k+(k−k)を満たすように調整されることを特徴とする[18]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。なお、式中の「〜」はニアリーイコールの意である。
[19]固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする[18]記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[20]前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記高強度プローブパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする[16]、[16−1]、[17]、[17−1]、[17−2]、[17−3]、[18]、[18−1]、[19]のいずれかに記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。
[21]高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を一対対向して配置するように形成させること、該過渡回折格子対の第一の過渡回折格子にチャープパルスレーザー光を入射し、該過渡回折格子からの回折光である高強度パルスレーザー光を、第二の過渡回折格子に入射させて第二の過渡回折格子からパルス圧縮された高強度パルスレーザー光を回折させることからなることを特徴とするチャープパルスレーザー光の圧縮方法。
[21−1]前記回折光が出現する方向は、前記高強度ポンプパルスレーザー光、前記高強度プローブパルスレーザー光および回折光の波数ベクトルをそれぞれk、k、kとするとき、位相整合条件k〜k+(k−k)を満たすように調整されることを特徴とする[21]記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。
[22]気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする[21]または[21−1]記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。
[22−1]前記希ガスもしくは窒素ガスは、真空チャンバー中で噴射されていることを特徴とする[22]記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。
[22−2]前記希ガスはネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、またはキセノン(Xe)ガスであることを特徴とする[22]または[22−1]記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。
[22−3]前記液体は、流れている液体であることを特徴とする[22]記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。
[23]高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を一対対向して配置するように形成させること、該過渡回折格子対の第一の過渡回折格子にチャープパルスレーザー光を入射し、該過渡回折格子からの回折光である高強度パルスレーザー光を、第二の過渡回折格子に入射させて第二の過渡回折格子からパルス圧縮された高強度パルスレーザー光を回折させることからなることを特徴とするチャープパルスレーザー光の圧縮方法。
[23−1]前記回折光が出現する方向は、前記高強度ポンプパルスレーザー光、前記高強度プローブパルスレーザー光および回折光の波数ベクトルをそれぞれk、k、kとするとき、位相整合条件k〜k+(k−k)を満たすように調整されることを特徴とする[23]記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。
[24]固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする[23]または[23−1]記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。
[25]前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記高強度プローブパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする[21]、[21−1]、[22]、[22−1]、[22−2]、[22−3]、[23]、[23−1]、[24]のいずれかに記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。
[26]高強度前進ポンプパルスレーザー光と高強度後進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより4光波混合を行い、前記3つのレーザー光の光波干渉によって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用い前記高強度プローブパルスレーザー光に対する位相共役光を発生させることを特徴とする位相共役光の生成方法。
[26−1]前記位相共役光が出現する方向は、高強度プローブパルスレーザー光、高強度前進ポンプパルスレーザー光、高強度後進ポンプパルスレーザー光および位相共役光の波数ベクトルをそれぞれk、kfp、kbp、kとするとき、位相整合条件k=kfp+kbp−kを満たすように調整されることを特徴とする[26]いずれかに記載の位相共役光の生成方法。
[27]気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする[26]または[26−1]記載の位相共役光の生成方法。
[27−1]前記希ガスもしくは窒素ガスは、真空チャンバー中で噴射されていることを特徴とする[27]記載の位相共役光の生成方法。
[27−2]前記希ガスはネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、またはキセノン(Xe)ガスであることを特徴とする[27]または[27−1]記載の位相共役光の生成方法。
[27−3]前記液体は、流れている液体であることを特徴とする[27]記載の位相共役光の生成方法。
[28]高強度前進ポンプパルスレーザー光と高強度後進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより4光波混合を行い、前記3つのレーザー光の光波干渉によって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用い前記高強度プローブパルスレーザー光に対する位相共役光を発生させることを特徴とする位相共役光の生成方法。
[29]固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする[28]記載の位相共役光の生成方法。
[30]前記高強度前進ポンプパルスレーザー光と前記高強度後進ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記高強度プローブパルスレーザー光は、極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする[26]、[26−1]、[27]、[27−1]、[27−2]、[27−3]、[28]、[29]のいずれかに記載の位相共役光の生成方法。
[31]正のチャープパルスレーザー光とフーリエ限界パルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で、対向するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を形成させ、該過渡回折格子より負のチャープパルスレーザー光を発生させることを特徴とするスペクトル位相共役光の生成方法。
[31−1]負のチャープパルスレーザー光が出現する方向は、フーリエ限界パルス、正のチャープパルスおよび負のチャープパルスの波数ベクトルをそれぞれkFT、kPCP、kNCPとするとき、位相整合条件kNCP=kFT+(−kFT−kPCP)を満たすように調整されることを特徴とする[31]記載のスペクトル位相共役光の生成方法。
[32]気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする[31]または[31−1]記載のスペクトル位相共役光の生成方法。
[32−1]前記希ガスもしくは窒素ガスは、真空チャンバー中で噴射されていることを特徴とする[32]記載のスペクトル位相共役光の生成方法。
[32−2]前記希ガスはネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、またはキセノン(Xe)ガスであることを特徴とする[32]または[32−1]記載のスペクトル位相共役光の生成方法。
[32−3]前記液体は、流れている液体であることを特徴とする[32]記載のスペクトル位相共役光の生成方法。
[33]正のチャープパルスレーザー光とフーリエ限界パルスレーザー光を、固体透明媒質中で、対向するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を形成させ、該過渡回折格子より負のチャープパルスレーザー光を発生させることを特徴とするスペクトル位相共役光の生成方法。
[33−1]負のチャープパルスレーザー光が出現する方向は、フーリエ限界パルス、正のチャープパルスおよび負のチャープパルスの波数ベクトルをそれぞれkFT、kPCP、kNCPとするとき、位相整合条件kNCP=kFT+(−kFT−kPCP)を満たすように調整されることを特徴とする[33]記載のスペクトル位相共役光の生成方法。
[34]固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする[33]または[33−1]記載のスペクトル位相共役光の生成方法。
に関する。
The present invention
[1] Using the periodic spatial density distribution of plasma generated by light beam interference by irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in gas or liquid as a transient diffraction grating, A method for diffracting high-intensity pulsed laser light, wherein self-diffracted light of intensity-pumped pulsed laser light is expressed.
[2] The high-intensity pump pulsed laser light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the self-diffracted light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds. In addition, the method for diffracting high-intensity pulsed laser light according to [1], which has an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW.
[3] Using the periodic spatial density distribution of plasma generated by light beam interference by irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in a gas or a liquid, as a transient diffraction grating, A diffraction method for high-intensity pulsed laser light, wherein high-intensity probe pulsed laser light is incident on a transient diffraction grating and diffracted light of the high-intensity probe pulsed laser light is expressed.
[4] The high-intensity pump pulsed laser light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the high-intensity probe pulsed laser light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and ultra high peak output 0.1TW to 1PW, and the diffracted light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and ultra high peak output 0.1TW to 1PW [3] Of high-intensity pulsed laser light.
[5] The diffraction method of high-intensity pulsed laser light according to any one of [1] to [4], wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol.
[5-1] The prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to [5], wherein the rare gas or nitrogen gas is injected in a vacuum chamber.
[5-2] [5] or [5-1], wherein the rare gas is neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, or xenon (Xe) gas Prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light.
[5-3] The prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to [5], wherein the liquid is a flowing liquid.
[6] Periodic space of plasma generated in the vicinity of the crossing position by irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in the solid transparent medium, causing light beam interference to ablate the solid transparent medium A method of diffracting high-intensity pulsed laser light, wherein self-diffracted light of high-intensity pump pulsed laser light is expressed using the density distribution as a transient diffraction grating.
[7] The high-intensity pump pulsed laser light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the self-diffracted light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds. In addition, the method for diffracting high-intensity pulsed laser light according to [6], which has an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW.
[8] Periodic space of plasma generated in the vicinity of the crossing position by irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in the solid transparent medium, causing light beam interference to ablate the solid transparent medium A method of diffracting high-intensity pulsed laser light, wherein the density distribution is used as a transient diffraction grating, and high-intensity probe pulsed laser light is incident on the transient diffraction grating to express diffracted light from the high-intensity probe pulsed laser light. .
[9] The high-intensity pump pulsed laser light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the high-intensity probe pulsed laser light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and ultrahigh peak output 0.1TW to 1PW, and the diffracted light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and ultrahigh peak output 0.1TW to 1PW [8] Of high-intensity pulsed laser light.
[10] The high-intensity pulsed laser light diffraction method according to any one of [6] to [9], wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.
[11] A transient diffraction grating comprising a periodic spatial density distribution of plasma generated by light beam interference by irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in gas or liquid element.
[12] The transient diffraction grating element according to [11], wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol.
[12-1] The prepulse suppression method of high-intensity pulsed laser light according to [12], wherein the rare gas or nitrogen gas is injected in a vacuum chamber.
[12-2] [12] or [12-1], wherein the rare gas is neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, or xenon (Xe) gas Prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light.
[12-3] The prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to [12], wherein the liquid is a flowing liquid.
[13] Periodic space of plasma generated near the crossing position by ablating the solid transparent medium due to light beam interference caused by irradiation with two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in the solid transparent medium A transient diffraction grating element comprising a density distribution.
[14] The transient diffraction grating element according to [13], wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.
[15] The two high-intensity pump pulsed laser beams have an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW [11], [12], [12 -1], [12-2], [12-3], [13], [14] The transient diffraction grating element according to any one of [14].
[16] Periodic spatial density distribution of plasma generated by light beam interference by irradiating high-intensity pump pulsed laser light and high-intensity probe pulsed laser light with a prepulse so as to cross in gas or liquid A prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light, characterized in that light wave mixing is performed using a diffractive grating as a transient diffraction grating, and prepulse-free high-intensity pulsed laser light is expressed as diffracted light.
[16-1] The direction in which the diffracted light appears is phase matching when the wave number vectors of the high-intensity pump pulse laser light, the high-intensity probe pulse laser light, and the diffracted light are k 2 , k 1 , and k d , respectively. conditions k d ~k 2 + (k 2 -k 1) , characterized in that it is adjusted to meet the 16] prepulse inhibition method of the high-intensity pulsed laser light according. In the formula, “˜” means “nearly equal”.
[17] The prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to [16] or [16-1], wherein the gas is a rare gas or nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol.
[17-1] The prepulse suppression method of high-intensity pulsed laser light according to [17], wherein the rare gas or nitrogen gas is injected in a vacuum chamber.
[17-2] [17] or [17-1], wherein the rare gas is neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, or xenon (Xe) gas Prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light.
[17-3] The prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to [17], wherein the liquid is a flowing liquid.
[18] Irradiation of high-intensity pump pulsed laser light and high-intensity probe pulsed laser light accompanied by a pre-pulse so as to cross in the solid transparent medium causes light beam interference, and the solid transparent medium is ablated and the crossing position Pre-pulse suppression of high-intensity pulsed laser light, characterized in that pre-pulse-free high-intensity pulsed laser light is expressed as diffracted light by using the periodic spatial density distribution of plasma generated nearby as a transient diffraction grating Method.
[18-1] The direction in which the diffracted light appears is phase matching when the wave number vectors of the high-intensity pump pulse laser light, the high-intensity probe pulse laser light, and the diffracted light are k 2 , k 1 , and k d , respectively. conditions k d ~k 2 + (k 2 -k 1) , characterized in that it is adjusted to meet the 18] prepulse inhibition method of the high-intensity pulsed laser light according. In the formula, “˜” means “nearly equal”.
[19] The prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to [18], wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.
[20] The high-intensity pump pulse laser beam has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the high-intensity probe pulse laser beam has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and ultrahigh peak output 0.1TW to 1PW, and the diffracted light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and ultrahigh peak output 0.1TW to 1PW [16], [16-1], [17], [17-1], [17-2], [17-3], [18], [18-1], [19] High intensity pulse in any one of [19] Laser pulse prepulse suppression method.
[21] Transient composed of periodic spatial density distribution of plasma generated by light beam interference by irradiating high intensity pump pulse laser light and high intensity probe pulse laser light so as to cross in gas or liquid A pair of diffraction gratings are formed so as to face each other, a chirped pulse laser beam is incident on the first transient diffraction grating of the pair of transient diffraction gratings, and a high-intensity pulse laser that is diffracted light from the transient diffraction grating A method of compressing a chirped pulse laser beam, comprising: making light incident on a second transient diffraction grating and diffracting a high-intensity pulsed laser beam pulse-compressed from the second transient diffraction grating.
[21-1] direction in which the diffracted light appears, the high-intensity pump pulsed laser beam, the high intensity probe pulse laser light and the wave vector of the diffracted light, respectively k 2, when the k 1, k d, the phase The chirped pulse laser compression method according to [21], wherein the chirped pulse laser light compression method is adjusted so as to satisfy the matching conditions k d to k 2 + (k 2 −k 1 ).
[22] The chirped pulse laser compression method according to [21] or [21-1], wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol.
[22-1] The chirped pulse laser beam compression method according to [22], wherein the rare gas or nitrogen gas is injected in a vacuum chamber.
[22-2] [22] or [22-1], wherein the rare gas is neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, or xenon (Xe) gas Compression method of chirp pulse laser light.
[22-3] The chirped pulse laser compression method according to [22], wherein the liquid is a flowing liquid.
[23] Irradiation of high-intensity pump pulsed laser light and high-intensity probe pulsed laser light so as to cross in the solid transparent medium causes light beam interference, and the solid transparent medium is ablated and generated near the crossing position. A transient diffraction grating having a periodic spatial density distribution of the plasma is formed so as to be opposed to each other, and a chirped pulse laser beam is incident on the first transient diffraction grating of the transient diffraction grating pair, The high-intensity pulsed laser light, which is diffracted light from the grating, is incident on the second transient diffraction grating, and the high-intensity pulsed laser light pulse-compressed from the second transient diffraction grating is diffracted. A method of compressing chirped pulse laser light.
[23-1] direction in which the diffracted light appears, the high-intensity pump pulsed laser beam, the high intensity probe pulse laser light and the wave vector of the diffracted light, respectively k 2, when the k 1, k d, the phase The chirped pulse laser compression method according to [23], wherein the chirped pulse laser light compression method is adjusted so as to satisfy matching conditions k d to k 2 + (k 2 −k 1 ).
[24] The chirped pulse laser compression method according to [23] or [23-1], wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.
[25] The high-intensity pump pulse laser beam has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the high-intensity probe pulse laser beam has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and ultrahigh peak output 0.1TW to 1PW, and the diffracted light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and ultrahigh peak output 0.1TW to 1PW [21], [21-1], [22], [22-1], [22-2], [22-3], [23], [23-1], [24] Light compression method.
[26] Four-wave mixing is performed by irradiating a high-intensity forward pump pulse laser beam, a high-intensity backward pump pulse laser beam, and a high-intensity probe pulse laser beam so as to cross in a gas or a liquid. A method for generating phase conjugate light, wherein phase conjugate light for the high-intensity probe pulse laser beam is generated using a periodic spatial density distribution of plasma generated by light wave interference of two laser beams as a transient diffraction grating.
[26-1] the direction in which the phase conjugate light appears, the high intensity probe pulse laser beam, high intensity forward pump pulsed laser beam, high intensity backward pump pulsed laser beam and k 1 the wave vector of the phase conjugate light, respectively, k fp, k bp, when the k d, the phase matching condition k d = k fp + k bp -k 1 be adjusted to meet the characterized [26] a method of generating a phase conjugate light according to any one .
[27] The method for generating phase conjugate light according to [26] or [26-1], wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol.
[27-1] The method for generating phase conjugate light according to [27], wherein the rare gas or nitrogen gas is injected in a vacuum chamber.
[27-2] [27] or [27-1], wherein the rare gas is neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, or xenon (Xe) gas Of generating phase conjugate light.
[27-3] The method for generating phase conjugate light according to [27], wherein the liquid is a flowing liquid.
[28] Four-wave mixing is performed by irradiating a high-intensity forward pump pulse laser beam, a high-intensity backward pump pulse laser beam, and a high-intensity probe pulse laser beam so as to cross in a solid transparent medium. Phase conjugate light is generated for the high-intensity probe pulsed laser beam by using a periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position by ablation of the solid transparent medium by light wave interference of laser light as a transient diffraction grating. A method of generating phase conjugate light.
[29] The method for generating phase conjugate light according to [28], wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.
[30] The high-intensity forward pump pulse laser beam and the high-intensity backward pump pulse laser beam have an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW. The light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW [26], [26-1], [27], [27-1], The method for generating phase conjugate light according to any one of [27-2], [27-3], [28], and [29].
[31] Transient diffraction consisting of a periodic spatial density distribution of plasma generated by light beam interference by irradiating a positive chirped pulsed laser beam and a Fourier-limited pulsed laser beam oppositely in a gas or liquid A method of generating spectral phase conjugate light, comprising forming a grating and generating negative chirped pulse laser light from the transient diffraction grating.
[31-1] The direction in which the negative chirped pulse laser beam appears is the phase matching condition when the wave number vectors of the Fourier limit pulse, the positive chirp pulse, and the negative chirp pulse are k FT , k PCP , and k NCP , respectively. The method for generating spectral phase conjugate light according to [31], wherein k NCP = k FT + (− k FT −k PCP ) is adjusted.
[32] The method for generating spectral phase conjugate light according to [31] or [31-1], wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol.
[32-1] The method for generating spectral phase conjugate light according to [32], wherein the rare gas or nitrogen gas is injected in a vacuum chamber.
[32-2] [32] or [32-1], wherein the rare gas is neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, or xenon (Xe) gas Method for generating spectral phase conjugate light.
[32-3] The method of generating spectral phase conjugate light according to [32], wherein the liquid is a flowing liquid.
[33] A positive chirped pulse laser beam and a Fourier-limited pulsed laser beam are irradiated in the solid transparent medium so as to oppose each other, so that light beam interference occurs and the solid transparent medium is ablated and generated near the crossing position. A method of generating spectral phase conjugate light, wherein a transient diffraction grating composed of a periodic spatial density distribution of plasma is formed, and negative chirped pulse laser light is generated from the transient diffraction grating.
[33-1] The direction in which the negative chirped pulse laser beam appears is the phase matching condition when the wave number vectors of the Fourier limit pulse, the positive chirp pulse, and the negative chirp pulse are k FT , k PCP , and k NCP , respectively. The method for generating spectral phase conjugate light according to [33], wherein the method is adjusted so as to satisfy k NCP = k FT + (− k FT −k PCP ).
[34] The method for generating spectral phase conjugate light according to [33] or [33-1], wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.
About.

ほとんどの固体非線形光学素子の光損傷閾値は1GW/cm2程度であり、超高ピーク出力0.1TW〜1PWのTW級、PW級の高強度レーザー光が集光、照射されたときにエネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2にもなるので、固体光学素子では光学素子としての構造が壊れ、光学的機能が損なわれてしまう。それに対し、本発明によると必要なときに新しい(バージンニューな)過渡回折格子を生成できるので、TW級、PW級の高強度レーザー光に対応することができ、具体的には、
(1)超高ピーク出力0.1TW〜1PWの高強度パルスレーザー光を回折することができる。
(2)超高ピーク出力0.1TW〜1PWの高強度パルスレーザー光からプレパルスを除去することができる。
(3)過渡回折格子素子は、超高ピーク出力0.1TW〜1PW(集光、照射されたときにエネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になる)の高強度パルスレーザー光を繰り返し入射しても、必要なときに新しい(バージンニューな)状態にでき、アブレーションの問題がない。
(4)チャープパルスレーザー光を圧縮できる。
(5)超高ピーク出力0.1TW〜1PWの高強度パルスレーザー光の位相共役光を得ることができる。
(6)チャープパルスレーザー光のスペクトル位相共役光を得ることができる。
Most solid nonlinear optical elements have an optical damage threshold of about 1 GW / cm 2 , and the energy density is high when high-intensity laser beams of TW class and PW class with ultra-high peak output of 0.1 TW to 1 PW are condensed and irradiated. also becomes a 10TW / cm 2 ~100PW / cm 2 , broken structure as an optical element in the solid optical element, optical function is impaired. On the other hand, according to the present invention, a new (virgin new) transient diffraction grating can be generated when necessary, so that it can cope with high-intensity laser beams of TW class and PW class, specifically,
(1) It can diffract high-intensity pulsed laser light with an ultra-high peak output of 0.1 TW to 1 PW.
(2) Prepulses can be removed from high-intensity pulsed laser light with an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW.
(3) transient grating element, ultra high peak power 0.1TW~1PW repeated high-intensity pulsed laser light (light collection, the energy density is 10TW / cm 2 ~100PW / cm 2 when irradiated) incident Even so, it can be in a new (virgin new) state when needed and there is no ablation problem.
(4) The chirped pulse laser beam can be compressed.
(5) It is possible to obtain phase conjugate light of high-intensity pulsed laser light having an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW.
(6) Spectral phase conjugate light of chirped pulse laser light can be obtained.

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法は、2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、高強度ポンプパルスレーザー光の自己回折光を発現させることを特徴とすることを特徴とする。
また、本第1発明における気体中もしくは液体中の代わりに固体透明媒質を使用する高強度パルスレーザー光の回折方法は、2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉を起こして固体透明媒質をアブレーションさせ、該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、高強度ポンプパルスレーザー光の自己回折光を発現させることを特徴とする。
The diffraction method of the high-intensity pulsed laser light according to the first aspect of the present invention is the periodicity of plasma generated by light beam interference caused by irradiating two high-intensity pump pulsed laser lights so as to cross in gas or liquid. Using the spatial density distribution as a transient diffraction grating, self-diffracted light of high-intensity pump pulsed laser light is expressed.
Further, in the first invention, the high-intensity pulsed laser beam diffraction method using a solid transparent medium instead of in gas or liquid crosses two high-intensity pump pulsed laser beams in the solid transparent medium. Irradiation causes light beam interference to ablate the solid transparent medium, and the self-diffracted light of high-intensity pump pulsed laser light is generated using the periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position as a transient diffraction grating It is characterized by making it.

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法について、図1に基づいて説明する。
気体もしくは液体1中で、2つの高強度ポンプパルスレーザー光2、3を交叉させると、この2つのレーザー光の交差領域に周期的な干渉縞が形成される。この干渉縞の交互に隣接している明・暗所の明所では、気体もしくは液体が光励起されてプラズマが生じ、プラズマの周期的空間密度分布が発生し、干渉縞模様の過渡回折格子4が生成される。過渡回折格子が生成されると、前方配置縮退四光波混合が起こるので、自己回折光5が現れる。ここで、気体もしくは液体に入射する前の両光線のなす角をθとし、おのおのの光線の波動ベクトルをそれぞれk、kとすると、この2つの光線の交差領域でできる干渉縞模様のプラズマ過渡回折格子のベクトルqと過渡回折格子4のピッチ(間隔)dは、おのおの以下の式で与えられる。
q=±(k−k
d=λ/2sin(θ/2)
λ:屈折率nの気体中もしくは液体中での波長(λ/n)
θ:sinθ=n・sinθを満足する
気体中もしくは液体中への入射前で交差角度θを充分に小さくすると、
d≒λ/θ
と近似され、θを変えることにより過渡回折格子のピッチ(間隔)dを変えることができる。
A method for diffracting high-intensity pulsed laser light according to the first invention will be described with reference to FIG.
When two high-intensity pump pulsed laser beams 2 and 3 are crossed in the gas or liquid 1, periodic interference fringes are formed in the intersecting region of the two laser beams. In the bright and dark places where the interference fringes are alternately adjacent, gas or liquid is photoexcited to generate plasma, and a periodic spatial density distribution of the plasma is generated. Generated. When the transient diffraction grating is generated, the forward arrangement degenerate four-wave mixing occurs, so that the self-diffracted light 5 appears. Here, if the angle between both rays before entering the gas or liquid is θ 0, and the wave vectors of each ray are k a and k b , respectively, the interference fringe pattern formed in the intersecting region of these two rays The vector q of the plasma transient diffraction grating and the pitch (interval) d of the transient diffraction grating 4 are given by the following equations, respectively.
q = ± (k a -k b )
d = λ p / 2sin (θ / 2)
λ p : wavelength in gas or liquid with refractive index n (λ 0 / n)
θ: sin θ 0 = n · sin θ If the crossing angle θ 0 is sufficiently small before being incident on a gas or liquid that satisfies the condition:
d≈λ 0 / θ 0
The pitch (interval) d of the transient diffraction grating can be changed by changing θ 0 .

該プラズマ過渡回折格子のコントラストは、干渉する2つのレーザー光の強度の積で決まり、2つのレーザー光が同時に気体中もしくは液体中に到達した時に、コントラストの高いプラズマ過渡回折格子は生じる。また、プラズマ過渡回折格子と高強度ポンプパルスレーザー光がブラッグ条件を満たす場合、自己回折光が所定の方向へ出現する。
[ブラッグ条件]
nλ=2dsinθ
n:正の整数
λ:波長
d:格子の間隔
θ:視射角(90°−入射角)
The contrast of the plasma transient diffraction grating is determined by the product of the intensities of the two interfering laser beams, and a high-contrast plasma transient diffraction grating is produced when the two laser beams reach the gas or liquid simultaneously. In addition, when the plasma transient diffraction grating and the high-intensity pump pulse laser light satisfy the Bragg condition, self-diffracted light appears in a predetermined direction.
[Bragg condition]
nλ = 2dsinθ
n: positive integer λ: wavelength d: grating interval θ: viewing angle (90 ° -incident angle)

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法において、高強度ポンプパルスレーザー光2(波数ベクトルk)、高強度ポンプパルスレーザー光3(波数ベクトルk)および自己回折光5(波数ベクトルk)の位相整合条件は、次の通りであり、自己回折光が出現する方向は、この位相整合条件を満たすように調整される。なお、式中の「〜」はニアリーイコールの意である。
In the method of diffracting high intensity pulse laser light of the first invention, high intensity pump pulse laser light 2 (wave vector k 2 ), high intensity pump pulse laser light 3 (wave vector k 1 ), and self-diffracted light 5 (wave vector) The phase matching condition of k d ) is as follows, and the direction in which self-diffracted light appears is adjusted to satisfy this phase matching condition. In the formula, “˜” means “nearly equal”.

また、2つの高強度ポンプパルスレーザー光により生成した過渡回折格子にブラッグ条件を満たすように高強度プローブパルスレーザー光を照射すると、該高強度プローブパルスレーザー光は、過渡回折格子により回折する。 Further, when the high-intensity probe pulse laser light is irradiated so as to satisfy the Bragg condition on the transient diffraction gratings generated by the two high-intensity pump pulse laser lights, the high-intensity probe pulse laser light is diffracted by the transient diffraction grating.

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法において、高強度ポンプパルスレーザー光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒、高強度プローブパルスレーザー光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒である。また、本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法において、高強度ポンプパルスレーザー光の自己回折光、高強度プローブパルスレーザー光の回折光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒である。 In the diffraction method of the high-intensity pulse laser beam of the first invention, the pulse width of the high-intensity pump pulse laser beam is preferably 1 femtosecond to 100 picoseconds, for example, 100 femtosecond, high-intensity probe pulse laser beam. Is preferably 1 femtosecond to 100 picoseconds, for example, 100 femtoseconds. In the method of diffracting high-intensity pulse laser light of the first invention, the pulse width of the self-diffracted light of the high-intensity pump pulse laser light and the diffracted light of the high-intensity probe pulse laser light is 1 femtosecond to 100 picoseconds. Some are preferred, for example 100 femtoseconds.

高強度ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光の波長λは、特に限定されないが、800nm帯もしくは1μm帯であることが好ましく、例えば800nmである。交叉させる2つの高強度ポンプパルスレーザー光の各波長は、同じでなければならない。 The wavelength λ 0 of the high-intensity pump pulse laser beam and the high-intensity probe pulse laser beam is not particularly limited, but is preferably in the 800 nm band or 1 μm band, for example, 800 nm. Each wavelength of the two high-intensity pump pulse laser beams to be crossed must be the same.

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法において、高強度ポンプパルスレーザー光、高強度プローブパルスレーザー光、高強度ポンプパルスレーザー光の自己回折光および高強度プローブパルスレーザー光の回折光の超高ピーク出力は、0.1TW〜1PWが好ましい。これらの高強度ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光は、集光、照射されたときには、エネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になる。集光手段は、誘電体多層膜ミラーを用いることが好ましい。回折効率は光強度に強く依存し、1PW/cm2を超えると数10%を超える高い回折効率が得られる。理想的な場合、回折光のパルス幅は入射した光のパルス幅1/√3となる。 In the diffraction method of the high-intensity pulse laser light of the first invention, the high-intensity pump pulse laser light, the high-intensity probe pulse laser light, the self-diffracted light of the high-intensity pump pulse laser light, and the diffracted light of the high-intensity probe pulse laser light The ultra-high peak output is preferably 0.1 TW to 1 PW. When these high-intensity pump pulse laser light and high-intensity probe pulse laser light are condensed and irradiated, the energy density becomes 10 TW / cm 2 to 100 PW / cm 2 . The condensing means is preferably a dielectric multilayer mirror. The diffraction efficiency strongly depends on the light intensity, and when it exceeds 1 PW / cm 2 , a high diffraction efficiency exceeding several 10% can be obtained. In an ideal case, the pulse width of the diffracted light is 1 / √3 of the incident light.

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法において、交叉させる2つの高強度ポンプパルスレーザー光の光強度比は、過渡回折格子のコントラストの点で1:1000〜1:1であることが好ましい。 In the method for diffracting high-intensity pulsed laser light according to the first aspect of the present invention, the light intensity ratio of the two high-intensity pump pulsed laser beams to be crossed is 1: 1000 to 1: 1 in terms of contrast of the transient diffraction grating. preferable.

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法において、2つの高強度ポンプパルスレーザー光は、単パルスであるが、プラズマ再結合時間より繰り返し周期が長ければ(繰り返し周波数がkHz程度ならば)繰り返しパルスでもよい。繰り返しパルスの場合、気体、液体は流れていることが好ましい。 In the diffraction method of the high-intensity pulse laser beam of the first invention, the two high-intensity pump pulse laser beams are single pulses, but if the repetition period is longer than the plasma recombination time (if the repetition frequency is about kHz) It may be a repetitive pulse. In the case of a repetitive pulse, it is preferable that the gas and liquid flow.

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法において、高強度ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光の光源は、フェムト秒レーザーであるチタンサファイアレーザー、Ybドープレーザー、Ndドープレーザーが好ましい。 In the high intensity pulse laser light diffraction method of the first invention, the light source of the high intensity pump pulse laser light and the high intensity probe pulse laser light is preferably a femtosecond laser titanium sapphire laser, Yb doped laser, or Nd doped laser. .

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法において、2つの交叉させる高強度ポンプパルスレーザー光の時間差は、1フェムト秒〜100ピコ秒であり、時間差がない場合が最も回折効率が高い。 In the method for diffracting high-intensity pulsed laser light according to the first aspect of the present invention, the time difference between two intersecting high-intensity pump pulsed laser beams is 1 femtosecond to 100 picoseconds, and the diffraction efficiency is highest when there is no time difference.

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法において、気体は希ガスまたは窒素ガスであることが好ましく、液体は水またはエタノールであることが好ましい。
希ガスとして、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが例示される。これら希ガスの中では、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが好ましく、またこれらと同様に窒素(N)ガスも好ましい。希ガスあるいは窒素ガスは、真空中で噴射していることが望ましく、具体的には真空チャンバー内にガスジェット噴射していることが望ましい。なお、過渡回折格子であるプラズマの密度は、希ガスあるいは窒素ガスの濃度により制御することができる。
In the high intensity pulsed laser beam diffraction method of the first invention, the gas is preferably a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is preferably water or ethanol.
Examples of the rare gas include helium (He) gas, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas. Among these rare gases, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas are preferable, and similarly, nitrogen (N) gas is also preferable. The rare gas or the nitrogen gas is desirably ejected in a vacuum, and specifically, it is desirably ejected by a gas jet into the vacuum chamber. Note that the density of plasma which is a transient diffraction grating can be controlled by the concentration of a rare gas or nitrogen gas.

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法について、気体中もしくは液体中の代わりに固体透明媒質を使用する高強度パルスレーザー光の回折方法を説明する。
この高強度パルスレーザー光の回折方法は、2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉を起こし、その干渉縞の明部位置の固体透明媒質をアブレーションさせ、該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、高強度ポンプパルスレーザー光を自己回折することを特徴とする。なお、アブレーションに伴い、固体透明媒質にレリーフ型回折格子も形成される。
固体透明媒質において2つの高強度ポンプパルスレーザー光を交叉させる位置は、固体透明媒質の表層部あるいは内部である。特に、アブレーションの観点で固体透明媒質の表層部が好ましい。
Regarding the diffraction method of the high-intensity pulsed laser beam according to the first invention, a diffraction method of the high-intensity pulsed laser beam using a solid transparent medium instead of in gas or liquid will be described.
This high-intensity pulsed laser beam diffraction method causes light beam interference by irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross each other in the solid transparent medium, and the solid transparent medium at the bright part of the interference fringes. The high-intensity pump pulsed laser beam is self-diffracted using a periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position as a transient diffraction grating. Note that, along with the ablation, a relief type diffraction grating is also formed in the solid transparent medium.
The position where the two high-intensity pump pulsed laser beams intersect in the solid transparent medium is the surface layer portion or the inside of the solid transparent medium. In particular, the surface layer portion of a solid transparent medium is preferable from the viewpoint of ablation.

固体透明媒質は、透明な固体であればよく、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることが好ましい。 The solid transparent medium may be a transparent solid, and is preferably ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.

また、2つの高強度ポンプパルスレーザー光により生成した過渡回折格子にブラッグ条件を満たすように高強度プローブパルスレーザー光を照射すると、該高強度プローブパルスレーザー光は、過渡回折格子により回折する。 Further, when the high-intensity probe pulse laser light is irradiated so as to satisfy the Bragg condition on the transient diffraction gratings generated by the two high-intensity pump pulse laser lights, the high-intensity probe pulse laser light is diffracted by the transient diffraction grating.

過渡回折格子であるプラズマ密度の秩序が維持される時間はナノ秒オーダーであり、高強度レーザーのパルス制御に要する時間(レーザーパルス幅程度)に対して十分長い。交叉させる2つの高強度ポンプパルスレーザー光が繰り返しパルスの場合、過渡回折格子であるプラズマ密度の秩序は定常的に維持される。その場合、ワンパルス毎に固体透明媒質の照射される位置を変える必要があり、ワンパルス毎に固体透明媒質を電動ステージで動かすことが好ましい。 The time during which the order of the plasma density, which is a transient diffraction grating, is maintained is on the order of nanoseconds, and is sufficiently longer than the time required for pulse control of a high-intensity laser (about the laser pulse width). When the two high-intensity pump pulse laser beams to be crossed are repetitive pulses, the order of plasma density, which is a transient diffraction grating, is constantly maintained. In that case, it is necessary to change the irradiation position of the solid transparent medium for each one pulse, and it is preferable to move the solid transparent medium on the electric stage for each one pulse.

本第2発明の過渡回折格子素子は、2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなること特徴とする。
また、本第2発明における気体中もしくは液体中の代わりに固体透明媒質を使用する過渡回折格子素子は、2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなること特徴とする。
The transient diffraction grating element according to the second aspect of the present invention is based on the periodic spatial density distribution of plasma generated by light beam interference by irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in gas or liquid. It is characterized by.
Moreover, the transient diffraction grating element using a solid transparent medium instead of in gas or liquid in the second aspect of the present invention irradiates two high-intensity pump pulse laser beams so as to cross each other in the solid transparent medium. It is characterized by comprising a periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position by ablation of the solid transparent medium due to light beam interference.

本第2発明の過渡回折格子素子について、図1に基づいて説明する。
本第2発明の過渡回折格子素子は、気体もしくは液体1中で、高強度ポンプパルスレーザー光2と高強度ポンプパルスレーザー光3を交差させ、この2つの光の交差領域に周期的な干渉縞を形成させることにより生成する。この干渉縞の交互に隣接している明・暗所の明所では、気体もしくは液体が光励起されて高密度のプラズマが生じ、暗所では低密度のプラズマが生じあるいはプラズマが生じず、その結果プラズマの周期的空間密度分布が発生しており、このプラズマの周期的空間密度分布自体が過渡回折格子素子4である。
ここで、気体もしくは液体に入射する前の両光線のなす角をθとし、おのおのの光線の波動ベクトルをそれぞれk、kとすると、この2つの光線の交差領域でできる干渉縞模様のプラズマ過渡回折格子のベクトルqと過渡回折格子4のピッチ(間隔)dは、おのおの以下の式で与えられる。
q=±(k−k
d=λ/2sin(θ/2)
λ:屈折率nの気体中もしくは液体中での波長(λ/n)
θ:sinθ=n・sinθを満足する
気体中もしくは液体中への入射前で交差角度θを充分に小さくすると、
d≒λ/θ
と近似され、θを変えることにより過渡回折格子のピッチ(間隔)dを変えることができる。
The transient diffraction grating element of the second invention will be described with reference to FIG.
The transient diffraction grating element according to the second aspect of the invention crosses a high-intensity pump pulse laser beam 2 and a high-intensity pump pulse laser beam 3 in a gas or liquid 1 and periodically interferes with the intersecting region of the two lights. It is produced by forming. In the bright and dark places where the interference fringes are alternately adjacent, the gas or liquid is photoexcited to generate high-density plasma, and in the dark place low-density plasma or no plasma is generated. A periodic spatial density distribution of the plasma is generated, and the periodic spatial density distribution of the plasma itself is the transient diffraction grating element 4.
Here, if the angle between both rays before entering the gas or liquid is θ 0, and the wave vectors of each ray are k a and k b , respectively, the interference fringe pattern formed in the intersecting region of these two rays The vector q of the plasma transient diffraction grating and the pitch (interval) d of the transient diffraction grating 4 are given by the following equations, respectively.
q = ± (k a -k b )
d = λ p / 2sin (θ / 2)
λ p : wavelength in gas or liquid with refractive index n (λ 0 / n)
θ: sin θ 0 = n · sin θ If the crossing angle θ 0 is sufficiently small before being incident on a gas or liquid that satisfies the condition:
d≈λ 0 / θ 0
The pitch (interval) d of the transient diffraction grating can be changed by changing θ 0 .

本第2発明において、図1の高強度ポンプパルスレーザー光2(波数ベクトルk)、高強度ポンプパルスレーザー光3(波数ベクトルk)および自己回折光5(波数ベクトルk)の位相整合条件は、次の通りであり、自己回折光が出現する方向は、この位相整合条件を満たすように調整される。なお、式中の「〜」はニアリーイコールの意である。
In the second invention, the phase matching of the high-intensity pump pulse laser beam 2 (wave vector k 2 ), the high-intensity pump pulse laser beam 3 (wave vector k 1 ) and the self-diffracted beam 5 (wave vector k d ) in FIG. The conditions are as follows, and the direction in which the self-diffracted light appears is adjusted to satisfy this phase matching condition. In the formula, “˜” means “nearly equal”.

本第2発明において、高強度ポンプパルスレーザー光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒である。 In the second invention, the pulse width of the high-intensity pump pulse laser light is preferably 1 femtosecond to 100 picoseconds, for example, 100 femtoseconds.

本第2発明において、高強度ポンプパルスレーザー光の波長λは、特に限定されないが、800nm帯もしくは1μm帯であることが好ましく、例えば800nmである。2つの高強度ポンプパルスレーザー光の各波長は、同じでなければならない。 In the second invention, the wavelength λ 0 of the high-intensity pump pulse laser light is not particularly limited, but is preferably in the 800 nm band or 1 μm band, for example, 800 nm. Each wavelength of the two high intensity pump pulsed laser beams must be the same.

本第2発明において、高強度ポンプパルスレーザー光の超高ピーク出力は、0.1TW〜1PWが好ましい。この高強度ポンプパルスレーザー光は、集光、照射されたときには、エネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になる。集光手段は、誘電体多層膜ミラーを用いることが好ましい。回折効率は光強度に強く依存し、1PW/cm2を超えると数10%を超える高い回折効率が得られる。理想的な場合、回折光のパルス幅は入射した光のパルス幅1/√3となる。 In the second invention, the ultra-high peak output of the high-intensity pump pulse laser light is preferably 0.1 TW to 1 PW. When the high-intensity pump pulse laser beam is condensed and irradiated, the energy density becomes 10 TW / cm 2 to 100 PW / cm 2 . The condensing means is preferably a dielectric multilayer mirror. The diffraction efficiency strongly depends on the light intensity, and when it exceeds 1 PW / cm 2 , a high diffraction efficiency exceeding several 10% can be obtained. In an ideal case, the pulse width of the diffracted light is 1 / √3 of the incident light.

本第2発明において、交叉させる2つの高強度ポンプパルスレーザー光の光強度比は、過渡回折格子のコントラストの点で1:1000〜1:1であることが好ましい。 In the second invention, the light intensity ratio of the two high-intensity pump pulse laser beams to be crossed is preferably 1: 1000 to 1: 1 in terms of contrast of the transient diffraction grating.

本第2発明において、高強度ポンプパルスレーザー光は、単パルスであるが、プラズマ再結合時間より繰り返し周期が長ければ(繰り返し周波数がkHz程度ならば)繰り返しパルスでもよい。 In the second invention, the high-intensity pump pulse laser beam is a single pulse, but may be a repetitive pulse as long as the repetition period is longer than the plasma recombination time (if the repetition frequency is about kHz).

本第2発明において、高強度ポンプパルスレーザー光の光源は、フェムト秒レーザーであるチタンサファイアレーザー、Ybドープレーザー、Ndドープレーザーが好ましい。 In the second invention, the light source of the high-intensity pump pulse laser light is preferably a titanium sapphire laser, a Yb-doped laser, or an Nd-doped laser that is a femtosecond laser.

本第2発明において、交叉させる2つの高強度ポンプパルスレーザー光の時間差は、1フェムト秒〜100ピコ秒であり、時間差がない場合が最も回折効率が高い。 In the second invention, the time difference between the two high-intensity pump pulse laser beams to be crossed is 1 femtosecond to 100 picoseconds, and the diffraction efficiency is highest when there is no time difference.

本第2発明の過渡回折格子素子において、気体は希ガスまたは窒素ガスであることが好ましく、液体は水またはエタノールであることがより好ましい。希ガスとして、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが例示される。これら希ガスの中では、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが好ましく、またこれらと同様に窒素(N)ガスも好ましい。希ガスあるいは窒素ガスは、真空中で噴射していることが望ましく、具体的には真空チャンバー内にガスジェット噴射していることが望ましい。なお、過渡回折格子であるプラズマの密度は、希ガスあるいは窒素ガスの濃度により制御することができる。 In the transient diffraction grating element of the second invention, the gas is preferably a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is more preferably water or ethanol. Examples of the rare gas include helium (He) gas, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas. Among these rare gases, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas are preferable, and similarly, nitrogen (N) gas is also preferable. The rare gas or the nitrogen gas is desirably ejected in a vacuum, and specifically, it is desirably ejected by a gas jet into the vacuum chamber. Note that the density of plasma which is a transient diffraction grating can be controlled by the concentration of a rare gas or nitrogen gas.

本第2発明の過渡回折格子素子について、気体中もしくは液体中の代わりに固体透明媒質を使用する過渡回折格子素子を説明する。
この過渡回折格子素子は、2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉を起こし、その干渉縞の明部位置の固体透明媒質をアブレーションさせ、該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、高強度ポンプパルスレーザー光を自己回折することを特徴とする。なお、アブレーションに伴い、固体透明媒質にレリーフ型回折格子も形成される。
Regarding the transient diffraction grating element of the second invention, a transient diffraction grating element that uses a solid transparent medium instead of in gas or liquid will be described.
This transient diffraction grating element causes light beam interference by irradiating two high-intensity pump pulse laser beams so as to cross each other in the solid transparent medium, and ablate the solid transparent medium in the bright part of the interference fringe. Using the periodic spatial density distribution of plasma generated in the vicinity of the crossing position as a transient diffraction grating, high-intensity pump pulsed laser light is self-diffracted. Note that, along with the ablation, a relief type diffraction grating is also formed in the solid transparent medium.

固体透明媒質は、透明な固体であればよく、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることが好ましい。 The solid transparent medium may be a transparent solid, and is preferably ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.

過渡回折格子であるプラズマ密度の秩序が維持される時間はナノ秒オーダーであり、高強度レーザーのパルス制御に要する時間(レーザーパルス幅程度)に対して十分長い。高強度ポンプパルスレーザー光が繰り返しパルスの場合、過渡回折格子であるプラズマ密度の秩序は定常的に維持される。 The time during which the order of the plasma density, which is a transient diffraction grating, is maintained is on the order of nanoseconds, and is sufficiently longer than the time required for pulse control of a high-intensity laser (about the laser pulse width). When the high-intensity pump pulse laser beam is a repetitive pulse, the order of plasma density, which is a transient diffraction grating, is constantly maintained.

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法は、高強度ポンプパルスレーザー光とプレパルスを伴う高強度プローブパルスレーザー光とを、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて光波混合を行い、プレパルスフリーな高強度パルスレーザー光を回折光として発現させることを特徴とする。
また、本第3発明における気体もしくは液体の代わりに固体透明媒質を使用する高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法は、高強度ポンプパルスレーザー光とプレパルスを伴う高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて光波混合を行い、プレパルスフリーな高強度パルスレーザー光を回折光として発現させることを特徴とする。
The prepulse suppressing method of the high intensity pulsed laser beam according to the third aspect of the invention is a method of irradiating a high intensity pump pulsed laser beam and a high intensity probe pulsed laser beam accompanied with a prepulse so as to cross in a gas or a liquid. Light wave mixing is performed using a periodic spatial density distribution of plasma generated by interference as a transient diffraction grating, and prepulse-free high-intensity pulsed laser light is expressed as diffracted light.
Further, the prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light using a solid transparent medium instead of gas or liquid in the third aspect of the present invention is obtained by combining high-intensity pump pulsed laser light and high-intensity probe pulsed laser light with prepulses into solid Light wave mixing is performed by using the periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position as a result of light beam interference caused by irradiation to cross in the transparent medium and ablating the solid transparent medium as a transient diffraction grating, Pre-pulse-free high-intensity pulsed laser light is expressed as diffracted light.

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法および本第2発明の過渡回折格子素子について、図2に基づいて説明する。
気体もしくは液体11中で、高強度ポンプパルスレーザー光12とプレパルスを伴う高強度プローブパルスレーザー光13を交差させると、この2つのレーザー光の交差領域に周期的な干渉縞が形成される。この干渉縞の交互に隣接している明・暗所の明所では、気体もしくは液体11が光励起されてプラズマが生じ、プラズマの周期的空間密度分布が発生し、干渉縞模様の過渡回折格子14が生成される。過渡回折格子14が生成されると、前方配置縮退四光波混合が起こるので、自己回折光15が現れる。ここで、気体もしくは液体11に入射する前の両光線のなす角をθとし、おのおのの光線の波動ベクトルをそれぞれk、kとすると、この2つの光線の交差領域でできる干渉縞模様のプラズマ過渡回折格子のベクトルqと過渡回折格子14のピッチ(間隔)dは、おのおの以下の式で与えられる。
q=±(k−k
d=λ/2sin(θ/2)
λ:屈折率nの気体もしくは液体中の波長(λ/n)
θ:sinθ=n・sinθを満足する
希ガスへの入射前で交差角度θを充分に小さくすると、
d≒λ/θ
と近似され、θを変えることにより過渡回折格子14のピッチ(間隔)dを変えることができる。
The prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to the third invention and the transient diffraction grating element according to the second invention will be described with reference to FIG.
When the high-intensity pump pulsed laser beam 12 and the high-intensity probe pulsed laser beam 13 with a prepulse are crossed in the gas or liquid 11, periodic interference fringes are formed in the intersecting region of the two laser beams. In the bright and dark places where the interference fringes are alternately adjacent to each other, the gas or liquid 11 is photoexcited to generate plasma, and a periodic spatial density distribution of the plasma is generated. Is generated. When the transient diffraction grating 14 is generated, forward arrangement degenerate four-wave mixing occurs, so that self-diffracted light 15 appears. Here, assuming that the angle formed by both light rays before entering the gas or liquid 11 is θ 0 and the wave vectors of the respective light rays are k a and k b , respectively, an interference fringe pattern formed in the intersection region of the two light rays. The vector q of the plasma transient diffraction grating and the pitch (interval) d of the transient diffraction grating 14 are given by the following equations, respectively.
q = ± (k a -k b )
d = λ p / 2sin (θ / 2)
λ p : wavelength in gas or liquid with refractive index n (λ 0 / n)
θ: sin θ 0 = n · sin θ before the incidence to the rare gas that satisfies the condition θ 0
d≈λ 0 / θ 0
It is approximated as can vary the pitch (spacing) d of the transient grating 14 by varying the theta 0.

該プラズマ過渡回折格子14のコントラストは、干渉する2つのレーザー光の強度の積で決まる。また、2つのレーザー光が同時にターゲットガスに到達した時のみ該プラズマ過渡回折格子14は生じる。したがって、例えば、プレパルス13bを伴う高強度プローブパルスレーザー13光の主パルス13aと、プレパルス12bを伴う高強度ポンプパルスレーザー光12の主パルス12aとを同期させて交差させる場合、交差地点においてプレパルス単独ではコントラストの高いプラズマ過渡回折格子14は生成せず、プレパルスはそのまま通過する。そして、次に交差地点に達する高強度プローブパルスレーザー光13の主パルス光13aと高強度ポンプパルスレーザー光12の主パルス光12aによって、コントラストの高いプラズマ過渡回折格子14が生成し、プラズマ過渡回折格子14と高強度プローブパルス光13がブラッグ条件を満たす場合、プレパルスが抑制された自己回折光15(15aは主パルスであり、15bはプレパルス12bの存在していた位置を表す)が現れる。この自己回折光15の回折効率は入射する主パルス光強度の2乗とポンプパルス強度の積で与えられるため、プレパルスの無い(コントラストの高い)高強度プローブパルスレーザー光が所定の方向への自己回折光15として出現する。
[ブラッグ条件]
nλ=2dsinθ
n:正の整数
λ:波長
d:格子の間隔
θ:視射角(90°−入射角)
The contrast of the plasma transient diffraction grating 14 is determined by the product of the intensities of two interfering laser beams. Further, the plasma transient diffraction grating 14 is generated only when two laser beams reach the target gas at the same time. Therefore, for example, when the main pulse 13a of the high-intensity probe pulse laser 13 light with the prepulse 13b and the main pulse 12a of the high-intensity pump pulse laser light 12 with the prepulse 12b are crossed in synchronization, the prepulse alone is at the crossing point. Then, the high-contrast plasma transient diffraction grating 14 is not generated, and the prepulse passes as it is. The high-contrast plasma transient diffraction grating 14 is generated by the main pulse light 13a of the high-intensity probe pulsed laser light 13 and the main pulse light 12a of the high-intensity pump pulsed laser light 12 that reach the intersection next, and plasma transient diffraction is generated. When the grating 14 and the high-intensity probe pulsed light 13 satisfy the Bragg condition, self-diffracted light 15 (15a is the main pulse and 15b represents the position where the prepulse 12b was present) in which the prepulse is suppressed appears. Since the diffraction efficiency of the self-diffracted light 15 is given by the product of the square of the incident main pulse light intensity and the pump pulse intensity, the high-intensity probe pulse laser light without a pre-pulse (high contrast) is self-directed in a predetermined direction. Appears as diffracted light 15.
[Bragg condition]
nλ = 2dsinθ
n: positive integer λ: wavelength d: grating interval θ: viewing angle (90 ° -incident angle)

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法において、高強度ポンプパルスレーザー光12(波数ベクトルk)、高強度プローブパルスレーザー光13(波数ベクトルk)および自己回折光15(波数ベクトルk)の位相整合条件は、次の通りであり、自己回折光が出現する方向は、この位相整合条件を満たすように調整される。なお、式中の「〜」はニアリーイコールの意である。
In the prepulse suppression method of the high intensity pulse laser beam of the third invention, the high intensity pump pulse laser beam 12 (wave number vector k 2 ), the high intensity probe pulse laser beam 13 (wave number vector k 1 ), and the self-diffracted beam 15 (wave number). The phase matching condition of the vector k d ) is as follows, and the direction in which self-diffracted light appears is adjusted to satisfy this phase matching condition. In the formula, “˜” means “nearly equal”.

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法において、高強度ポンプパルスレーザー光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒、高強度プローブパルスレーザー光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒である。また、本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法において、プレパルスフリーな高強度パルスレーザー光である回折光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒である。 In the prepulse suppression method of the high intensity pulse laser beam of the third invention, the pulse width of the high intensity pump pulse laser beam is preferably 1 femtosecond to 100 picosecond, for example, 100 femtosecond, high intensity probe pulse laser. The pulse width of light is preferably 1 femtosecond to 100 picoseconds, for example, 100 femtoseconds. In the prepulse suppression method for high intensity pulsed laser light according to the third invention, the pulse width of diffracted light that is prepulse-free high intensity pulsed laser light is preferably 1 femtosecond to 100 picoseconds, for example 100 Femtosecond.

高強度ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光の波長λは、特に限定されないが、800nm帯もしくは1μm帯であることが好ましく、例えば800nmである。高強度ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光の各波長は、同じでなければならない。 The wavelength λ 0 of the high-intensity pump pulse laser beam and the high-intensity probe pulse laser beam is not particularly limited, but is preferably in the 800 nm band or 1 μm band, for example, 800 nm. Each wavelength of the high intensity pump pulse laser light and the high intensity probe pulse laser light must be the same.

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法において、高強度ポンプパルスレーザー光、高強度プローブパルスレーザー光およびプレパルスフリーな高強度パルスレーザー光である回折光の超高ピーク出力は、0.1TW〜1PWが好ましい。これらの高強度ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光は、集光、照射されたときには、エネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になる。集光手段は、誘電体多層膜ミラーを用いることが好ましい。回折効率は光強度に強く依存し、1PW/cm2を超えると数10%を超える高い回折効率が得られる。理想的な場合、回折光のパルス幅は入射した光のパルス幅1/√3となる。 In the prepulse suppression method of the high intensity pulse laser light of the third invention, the ultrahigh peak output of the diffracted light which is the high intensity pump pulse laser light, the high intensity probe pulse laser light and the prepulse free high intensity pulse laser light is 0.1 TW-1PW is preferred. When these high-intensity pump pulse laser light and high-intensity probe pulse laser light are condensed and irradiated, the energy density becomes 10 TW / cm 2 to 100 PW / cm 2 . The condensing means is preferably a dielectric multilayer mirror. The diffraction efficiency strongly depends on the light intensity, and when it exceeds 1 PW / cm 2 , a high diffraction efficiency exceeding several 10% can be obtained. In an ideal case, the pulse width of the diffracted light is 1 / √3 of the incident light.

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法において、高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光の光強度比は、過渡回折格子のコントラストの点で1:1000〜1:1であることが好ましい。 In the prepulse suppression method of the high intensity pulse laser light of the third invention, the light intensity ratio between the high intensity pump pulse laser light and the high intensity probe pulse laser light is 1: 1000 to 1: 1 in terms of the contrast of the transient diffraction grating. It is preferable that

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法において、高強度ポンプパルスレーザー光、高強度プローブパルスレーザー光は、単パルスであるが、プラズマ再結合時間より繰り返し周期が長ければ(繰り返し周波数がkHz程度ならば)繰り返しパルスでもよい。繰り返しパルスの場合、気体、液体は流れていることが好ましい。 In the prepulse suppression method of the high intensity pulse laser light of the third invention, the high intensity pump pulse laser light and the high intensity probe pulse laser light are single pulses, but if the repetition period is longer than the plasma recombination time (repetition frequency). If it is about kHz, it may be a repetitive pulse. In the case of a repetitive pulse, it is preferable that the gas and liquid flow.

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法において、高強度パルスレーザー光の光源は、フェムト秒レーザーであるチタンサファイアレーザー、Ybドープレーザー、Ndドープレーザーが好ましい。 In the high-intensity pulsed laser light prepulse suppression method of the third invention, the light source of the high-intensity pulsed laser light is preferably a femtosecond laser such as a titanium sapphire laser, a Yb-doped laser, or an Nd-doped laser.

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法において、高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光の時間差は、1フェムト秒〜100ピコ秒であり、時間差がない場合が最も回折効率が高い。 In the prepulse suppression method of the high-intensity pulsed laser beam according to the third invention, the time difference between the high-intensity pump pulsed laser beam and the high-intensity probe pulsed laser beam is 1 femtosecond to 100 picoseconds. High efficiency.

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法において、気体は希ガスまたは窒素ガスであることが好ましく、液体は水またはエタノールであることがより好ましい。希ガスとして、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが例示される。これら希ガスの中では、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが好ましく、またこれらと同様に窒素(N)ガスも好ましい。希ガスあるいは窒素ガスは、真空中で噴射していることが望ましく、具体的には真空チャンバー内にガスジェット噴射していることが望ましい。なお、過渡回折格子であるプラズマの密度は、希ガスあるいは窒素ガスの濃度により制御することができる。また、液体は、流れている液体であることが好ましい。 In the prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to the third invention, the gas is preferably a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is more preferably water or ethanol. Examples of the rare gas include helium (He) gas, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas. Among these rare gases, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas are preferable, and similarly, nitrogen (N) gas is also preferable. The rare gas or the nitrogen gas is desirably ejected in a vacuum, and specifically, it is desirably ejected by a gas jet into the vacuum chamber. Note that the density of plasma which is a transient diffraction grating can be controlled by the concentration of a rare gas or nitrogen gas. The liquid is preferably a flowing liquid.

本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法について、気体もしくは液体の代わりに固体透明媒質を使用する高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法を説明する。
この高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法は、高強度ポンプパルスレーザー光とプレパルスを伴う高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて光波混合を行い、プレパルスフリーな高強度パルスレーザー光を回折光として発現させることを特徴とすることを特徴とする。なお、アブレーションに伴い、固体透明媒質にレリーフ型回折格子も形成される。
The prepulse suppressing method for high intensity pulsed laser light according to the third aspect of the invention will be described with reference to a method for suppressing high intensity pulsed laser light using a solid transparent medium instead of gas or liquid.
This pre-pulse suppression method for high-intensity pulsed laser light is produced by irradiating high-intensity pump pulsed laser light and high-intensity probe pulsed laser light with prepulses so as to cross in a solid transparent medium. It is characterized by light wave mixing using the periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position after ablation of a transparent medium as a transient diffraction grating, and pre-pulse-free high-intensity pulsed laser light is expressed as diffracted light. It is characterized by doing. Note that, along with the ablation, a relief type diffraction grating is also formed in the solid transparent medium.

固体透明媒質は、透明な固体であればよく、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることが好ましい。 The solid transparent medium may be a transparent solid, and is preferably ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.

また、過渡回折格子であるプラズマ密度の秩序が維持される時間はナノ秒オーダーであり、高強度レーザーのパルス制御に要する時間(レーザーパルス幅程度)に対して十分長い。高強度ポンプパルスレーザー光、高強度プローブパルスレーザー光が繰り返しパルスの場合、過渡回折格子であるプラズマ密度の秩序は定常的に維持される。 In addition, the time during which the order of the plasma density, which is a transient diffraction grating, is maintained is on the order of nanoseconds, and is sufficiently longer than the time required for pulse control of a high intensity laser (about the laser pulse width). When the high-intensity pump pulse laser beam and the high-intensity probe pulse laser beam are repetitive pulses, the order of the plasma density, which is a transient diffraction grating, is constantly maintained.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法は、高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を一対対向して配置するように形成させること、該過渡回折格子対の第一の過渡回折格子にチャープパルスレーザー光を入射し、該過渡回折格子からの回折光である高強度パルスレーザー光を、第二の過渡回折格子に入射させて第二の過渡回折格子からパルス圧縮された高強度パルスレーザー光を回折させることからなることを特徴とする。
また、本第4発明における気体もしくは液体の代わりに固体透明媒質を使用するチャープパルスレーザー光の圧縮方法は、高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を一対対向して配置するように形成させること、該過渡回折格子対の第一の過渡回折格子にチャープパルスレーザー光を入射し、該過渡回折格子からの回折光である高強度パルスレーザー光を、第二の過渡回折格子に入射させて第二の過渡回折格子からパルス圧縮された高強度パルスレーザー光を回折させることからなることを特徴とする。
The chirped pulse laser light compression method according to the fourth aspect of the present invention is generated by light beam interference by irradiating high intensity pump pulse laser light and high intensity probe pulse laser light so as to cross in gas or liquid. A transient diffraction grating having a periodic spatial density distribution of the plasma is formed so as to be opposed to each other, and a chirped pulse laser beam is incident on the first transient diffraction grating of the transient diffraction grating pair, The high-intensity pulsed laser light, which is diffracted light from the grating, is incident on the second transient diffraction grating, and the high-intensity pulsed laser light pulse-compressed from the second transient diffraction grating is diffracted. To do.
The chirped pulse laser light compression method using a solid transparent medium instead of gas or liquid in the fourth aspect of the invention crosses high intensity pump pulse laser light and high intensity probe pulse laser light in a solid transparent medium. In such a manner, a pair of transient diffraction gratings composed of a periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position by ablating the solid transparent medium due to light beam interference caused by irradiation is formed so as to face each other. The chirped pulse laser beam is incident on the first transient diffraction grating of the transient diffraction grating pair, and the high-intensity pulsed laser beam, which is the diffracted light from the transient diffraction grating, is incident on the second transient diffraction grating. It comprises diffracting high-intensity pulsed laser light that has been pulse-compressed from two transient diffraction gratings.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法について、図3に基づいて説明する。
光の周波数が時間的に上昇(アップチャープ)あるいは下降(ダウンチャープ)することをチャーピングといい、パルス圧縮においては、アップチャープされたパルス(アップチャープパルス)に対しては異常分散型(周波数の高いほうが遅延時間が短い)の圧縮回路が、また、ダウンチャープされたパルス(ダウンチャープパルス)に対しては正常分散型の圧縮回路が必要になる。
A method for compressing chirped pulse laser light according to the fourth aspect of the present invention will be described with reference to FIG.
Raising the frequency of light in time (up chirp) or descending (down chirp) is called chirping. In pulse compression, an anomalous dispersion type (frequency) is used for up-chirped pulses (up-chirp pulses). A compression circuit having a higher delay time is shorter), and a normally distributed compression circuit is required for a down-chirped pulse (down-chirp pulse).

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法は、高強度ポンプパルスレーザー光32aと高強度プローブパルスレーザー光33aを気体もしくは液体31a中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる第一の過渡回折格子34aと、同様に、高強度ポンプパルスレーザー光32bと高強度プローブパルスレーザー光33bを気体もしくは液体31a中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる第二の過渡回折格子34bとを対向して配置する一対の過渡回折格子(34(34aと34bを合わせたもの))を形成させること、第一の過渡回折格子に波長が広帯域化し、かつ時間的にパルスが伸びたアップチャープパルスレーザー光35を入射し、該過渡回折格子34aからの回折光36を、第二の過渡回折格子に入射させて第二の過渡回折格子34bからパルス圧縮された高強度パルスレーザー光37を回折させることからなる。このパルス圧縮は、該プラズマ過渡回折格子対34にアップチャープパルスレーザー光35が入射されると、該過渡回折格子対34により負の群速度分散となる角度分散(ダウンチャープ)を生じさせること(パルスの前方部分に位置する周波数の低い部分の伝搬速度は遅くなる)により実現される。 The chirp pulse laser light compression method according to the fourth aspect of the invention is generated by light beam interference by irradiating the high intensity pump pulse laser light 32a and the high intensity probe pulse laser light 33a so as to cross in the gas or liquid 31a. Similarly, the high-intensity pump pulse laser beam 32b and the high-intensity probe pulse laser beam 33b are irradiated so as to cross in the gas or liquid 31a. Thus, a pair of transient diffraction gratings (34 (a combination of 34a and 34b)) in which the second transient diffraction grating 34b composed of the periodic spatial density distribution of the plasma generated by the light beam interference is arranged to face each other is provided. The first transient diffraction grating has a broader wavelength range, and the pulse extends in time. A high-intensity pulsed laser beam 37 that is incident on the second transient diffraction grating 34b and incident on the second transient diffraction grating 34b. Is diffracted. In this pulse compression, when the up-chirped pulse laser beam 35 is incident on the plasma transient diffraction grating pair 34, the transient diffraction grating pair 34 causes an angular dispersion (down chirp) to be a negative group velocity dispersion ( The propagation speed of the low-frequency part located in the front part of the pulse is reduced).

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、高強度ポンプパルスレーザー光32a(波数ベクトルk)、高強度プローブパルスレーザー光33a(波数ベクトルk)および回折光34a(波数ベクトルk)の位相整合条件は、次の通りであり、自己回折光が出現する方向は、この位相整合条件を満たすように調整される。高強度ポンプパルスレーザー光32b(波数ベクトルk)、高強度プローブパルスレーザー光33b(波数ベクトルk)および回折光34b(波数ベクトルk)の位相整合条件も同様である。なお、式中の「〜」はニアリーイコールの意である。
In the chirped pulse laser light compression method of the fourth invention, the high-intensity pump pulse laser light 32a (wave number vector k 2 ), the high-intensity probe pulse laser light 33a (wave number vector k 1 ), and the diffracted light 34a (wave number vector k d). ) Is as follows, and the direction in which self-diffracted light appears is adjusted to satisfy this phase matching condition. The phase matching conditions for the high-intensity pump pulse laser beam 32b (wave vector k 2 ), the high-intensity probe pulse laser beam 33b (wave vector k 1 ), and the diffracted beam 34b (wave vector k d ) are the same. In the formula, “˜” means “nearly equal”.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、高強度ポンプパルスレーザー光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒、高強度プローブパルスレーザー光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒である。また、本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、回折光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒である。 In the chirp pulse laser light compression method of the fourth invention, the pulse width of the high-intensity pump pulse laser light is preferably 1 femtosecond to 100 picoseconds, for example, 100 femtoseconds, The pulse width is preferably 1 femtosecond to 100 picoseconds, for example, 100 femtoseconds. In the chirped pulse laser compression method of the fourth aspect of the present invention, the pulse width of the diffracted light is preferably 1 femtosecond to 100 picoseconds, for example, 100 femtoseconds.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、高強度ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光の波長λは、特に限定されないが、800nm帯もしくは1μm帯であることが好ましく、例えば800nmである。高強度ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光の各波長は、同じでなければならない。 In the chirp pulse laser light compression method of the fourth invention, the wavelength λ 0 of the high-intensity pump pulse laser light and the high-intensity probe pulse laser light is not particularly limited, but is preferably in the 800 nm band or 1 μm band. 800 nm. Each wavelength of the high intensity pump pulse laser light and the high intensity probe pulse laser light must be the same.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、高強度ポンプパルスレーザー光、高強度プローブパルスレーザー光および回折光の超高ピーク出力0.1TW〜1PWが好ましい。これらの高強度ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光は、集光、照射されたときには、エネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になる。集光手段は、誘電体多層膜ミラーを用いることが好ましい。回折効率は光強度に強く依存し、1PW/cm2を超えると数10%を超える高い回折効率が得られる。理想的な場合、回折光のパルス幅は入射した光のパルス幅1/√3となる。 In the chirped pulse laser light compression method of the fourth aspect of the present invention, high-intensity pump pulsed laser light, high-intensity probe pulsed laser light, and ultrahigh peak powers of diffracted light of 0.1 TW to 1 PW are preferable. When these high-intensity pump pulse laser light and high-intensity probe pulse laser light are condensed and irradiated, the energy density becomes 10 TW / cm 2 to 100 PW / cm 2 . The condensing means is preferably a dielectric multilayer mirror. The diffraction efficiency strongly depends on the light intensity, and when it exceeds 1 PW / cm 2 , a high diffraction efficiency exceeding several 10% can be obtained. In an ideal case, the pulse width of the diffracted light is 1 / √3 of the incident light.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光の光強度比は、グレーティングのコントラストの点で1:1000〜1:1であることが好ましい。 In the chirp pulse laser light compression method of the fourth invention, the light intensity ratio between the high-intensity pump pulse laser light and the high-intensity probe pulse laser light is 1: 1000 to 1: 1 in terms of the contrast of the grating. preferable.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、高強度ポンプパルスレーザー光、高強度プローブパルスレーザー光は、単パルスであるが、プラズマ再結合時間より繰り返し周期が長ければ(繰り返し周波数がkHz程度ならば)繰り返しパルスでもよい。繰り返しパルスの場合、気体、液体は流れていることが好ましい。 In the chirp pulse laser light compression method of the fourth invention, the high-intensity pump pulse laser light and the high-intensity probe pulse laser light are single pulses, but if the repetition period is longer than the plasma recombination time (repetition frequency is kHz). It can be a repetitive pulse. In the case of a repetitive pulse, it is preferable that the gas and liquid flow.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、高強度パルスレーザー光の光源は、フェムト秒レーザーであるチタンサファイアレーザー、Ybドープレーザー、Ndドープレーザーが好ましい。 In the chirped pulse laser light compression method of the fourth invention, the light source of the high-intensity pulsed laser light is preferably a femtosecond laser titanium sapphire laser, Yb-doped laser, or Nd-doped laser.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光の時間差は、数フェムト秒以下であることが好ましく、時間差がない場合が最も良い。 In the chirp pulse laser light compression method of the fourth aspect of the invention, the time difference between the high-intensity pump pulse laser light and the high-intensity probe pulse laser light is preferably several femtoseconds or less, and is best when there is no time difference.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、気体は希ガスまたは窒素ガスであることが好ましく、液体は水またはエタノールであることがより好ましい。希ガスとして、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが例示される。これら希ガスの中では、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが好ましく、またこれらと同様に窒素(N)ガスも好ましい。希ガスあるいは窒素ガスは、真空中で噴射していることが望ましく、具体的には真空チャンバー内にガスジェット噴射していることが望ましい。なお、過渡回折格子であるプラズマの密度は、希ガスあるいは窒素ガスの濃度により制御することができる。また、液体は、流れている液体であることが好ましい。 In the chirped pulse laser compression method of the fourth invention, the gas is preferably a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is more preferably water or ethanol. Examples of the rare gas include helium (He) gas, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas. Among these rare gases, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas are preferable, and similarly, nitrogen (N) gas is also preferable. The rare gas or the nitrogen gas is desirably ejected in a vacuum, and specifically, it is desirably ejected by a gas jet into the vacuum chamber. Note that the density of plasma which is a transient diffraction grating can be controlled by the concentration of a rare gas or nitrogen gas. The liquid is preferably a flowing liquid.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法について、気体もしくは液体の代わりに固体透明媒質を使用するチャープパルスレーザー光の圧縮方法を説明する。
この高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法は、高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を一対対向して配置するように形成させること、該過渡回折格子対の第一の過渡回折格子にチャープパルスレーザー光を入射し、該過渡回折格子からの回折光である高強度パルスレーザー光を、第二の過渡回折格子に入射させて第二の過渡回折格子からパルス圧縮された高強度パルスレーザー光を回折させることからなることを特徴とする。なお、アブレーションに伴い、固体透明媒質にレリーフ型回折格子も形成される。
Regarding the compression method of the chirped pulse laser light according to the fourth aspect of the present invention, a method for compressing the chirped pulse laser light using a solid transparent medium instead of gas or liquid will be described.
This pre-pulse suppression method for high-intensity pulsed laser light involves irradiation of high-intensity pump pulsed laser light and high-intensity probe pulsed laser light so that they intersect in the solid transparent medium, causing light beam interference and A pair of transient diffraction gratings composed of a periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position after ablation are arranged opposite to each other, and a chirp pulse is applied to the first transient diffraction grating of the transient diffraction grating pair A laser beam is incident, a high-intensity pulsed laser beam that is diffracted from the transient diffraction grating is incident on the second transient diffraction grating, and a high-intensity pulsed laser beam pulse-compressed from the second transient diffraction grating is generated. It is characterized by comprising diffracting. Note that, along with the ablation, a relief type diffraction grating is also formed in the solid transparent medium.

固体透明媒質は、透明な固体であればよく、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることが好ましい。 The solid transparent medium may be a transparent solid, and is preferably ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、チャープパルスレーザー光は、全ての周波数成分の位相が揃っているほどに広帯域化し、かつ時間的にパルスを伸ばしたものであり、そのパルス幅は、サブピコ秒〜1000ピコ秒である。 In the chirped pulse laser light compression method of the fourth aspect of the invention, the chirped pulsed laser light has a broader band so that the phases of all frequency components are aligned, and the pulse is extended in time. Is from subpicoseconds to 1000 picoseconds.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、第一の過渡回折格子と第二の過渡回折格子との距離は、特に限定されないが、1cm〜100cmである。第二の過渡回折格子は、第一の過渡回折格子からの回折レーザー光の光路上に配置する。 In the chirped pulse laser light compression method of the fourth aspect of the invention, the distance between the first transient diffraction grating and the second transient diffraction grating is not particularly limited, but is 1 cm to 100 cm. The second transient diffraction grating is disposed on the optical path of the diffracted laser light from the first transient diffraction grating.

本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法において、チャープパルスレーザー光は、第一の過渡回折格子面に回折条件「sinγ+sin(γ−θ)=λ/dg=2πc/ωdg ここで、γ:チャープパルスレーザー光の第一の過渡回折格子への入射角、θ:第一の回折格子からの回折角、λ:チャープパルスレーザー光の中心波長、dg:過渡回折格子の溝間隔である」を満足するように入射することが望ましい。 In the chirped pulse laser beam compression method of the fourth aspect of the invention, the chirped pulsed laser beam has a diffraction condition “sinγ + sin (γ−θ) = λ / d g = 2πc / ωd g on the first transient diffraction grating surface, γ: angle of incidence of chirped pulse laser beam on first transient diffraction grating, θ: angle of diffraction from first diffraction grating, λ: center wavelength of chirped pulse laser beam, d g : groove interval of transient diffraction grating It is desirable to enter so as to satisfy “some”.

圧縮前にサブピコ秒〜1000ピコ秒であったチャープレーザー光のパルス幅は、圧縮後には数フェムト秒レベルとなる。 The pulse width of the chirp laser light, which was sub-picosecond to 1000 picoseconds before compression, becomes a level of several femtoseconds after compression.

本第5発明の位相共役光の生成方法は、高強度前進ポンプパルスレーザー光と高強度後進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより4光波混合を行い、前記3つのレーザー光の光波干渉によって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用い前記高強度プローブパルスレーザー光に対する位相共役光を発生させることを特徴とする。
また、本第5発明における気体もしくは液体の代わりに固体透明媒質を使用する位相共役光の生成方法は、高強度前進ポンプパルスレーザー光と高強度後進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより4光波混合を行い、前記3つのレーザー光の光波干渉によって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用い前記高強度プローブパルスレーザー光に対する位相共役光を発生させることを特徴とする。
In the method for generating phase conjugate light according to the fifth aspect of the invention, high intensity forward pump pulse laser light, high intensity backward pump pulse laser light, and high intensity probe pulse laser light are irradiated so as to cross in gas or liquid. The four-wave mixing is performed to generate phase conjugate light for the high-intensity probe pulsed laser beam using the periodic spatial density distribution of the plasma generated by the light wave interference of the three laser beams as a transient diffraction grating. To do.
Further, the method of generating phase conjugate light using a solid transparent medium in place of gas or liquid in the fifth invention includes a high intensity forward pump pulse laser light, a high intensity backward pump pulse laser light, and a high intensity probe pulse laser light. Are mixed so as to cross in a solid transparent medium, and four-wave mixing is performed, and the periodic spatial density of plasma generated in the vicinity of the crossing position is ablated by the solid transparent medium due to light wave interference of the three laser beams. The distribution is used as a transient diffraction grating to generate phase conjugate light for the high-intensity probe pulse laser beam.

本第5発明の位相共役光の生成方法について、図4に基づいて説明する。本第4発明の位相共役光の生成方法は、高強度プローブパルスレーザー光42と、高強度前進ポンプパルスレーザー光43と、高強度後進ポンプパルスレーザー光44とを、気体もしくは液体41中で交叉するように照射することにより、後方配置縮退四光波混合を行い、3つの光波の干渉によって、透過型、反射型、2k型の3種類のプラズマ過渡回折格子45が形成され、その結果として位相共役光46が発生する。高強度前進ポンプパルスレーザー光43と、高強度後進ポンプパルスレーザー光44とは、対向するように照射されることが望ましい。なお、空間的に共役な波面を位相共役波と呼ぶ。 A method for generating phase conjugate light according to the fifth aspect of the invention will be described with reference to FIG. The method for generating phase conjugate light according to the fourth aspect of the present invention involves crossing high intensity probe pulse laser light 42, high intensity forward pump pulse laser light 43, and high intensity backward pump pulse laser light 44 in gas or liquid 41. Irradiating in such a manner that backward degenerate four-wave mixing is performed, and three types of plasma transient diffraction gratings 45 of transmission type, reflection type, and 2k type are formed by interference of three light waves, and as a result, phase conjugate Light 46 is generated. The high-intensity forward pump pulse laser beam 43 and the high-intensity backward pump pulse laser beam 44 are preferably irradiated so as to face each other. A spatially conjugate wavefront is called a phase conjugate wave.

本第5発明の位相共役光の生成方法において、高強度プローブパルスレーザー光42(波数ベクトルk)、高強度前進ポンプパルスレーザー光43(波数ベクトルkfp)、高強度後進ポンプパルスレーザー光44(波数ベクトルkbp)および位相共役光46(波数ベクトルk)の位相整合条件は、次の通りであり、位相共役光が出現する方向は、この位相整合条件を満たすように調整される。
In the method for generating phase conjugate light according to the fifth aspect of the present invention, high intensity probe pulse laser light 42 (wave number vector k 1 ), high intensity forward pump pulse laser light 43 (wave number vector k fp ), high intensity backward pump pulse laser light 44. The phase matching conditions of (wave number vector k bp ) and phase conjugate light 46 (wave number vector k d ) are as follows, and the direction in which phase conjugate light appears is adjusted to satisfy this phase matching condition.

本第5発明の位相共役光の生成方法において、高強度前進ポンプパルスレーザー光および高強度後進ポンプパルスレーザー光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒、高強度プローブパルスレーザー光のパルス幅は、1フェムト秒〜100ピコ秒であることが好ましく、例えば100フェムト秒である。 In the method for generating phase conjugate light according to the fifth aspect of the present invention, the pulse widths of the high intensity forward pump pulse laser light and the high intensity backward pump pulse laser light are preferably 1 femtosecond to 100 picoseconds, for example, 100 femtoseconds. The pulse width of the high-intensity probe pulse laser light is preferably 1 femtosecond to 100 picoseconds, for example, 100 femtoseconds.

高強度前進ポンプパルスレーザー光、高強度後進ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光の波長λは、特に限定されないが、800nm帯もしくは1μm帯であることが好ましく、例えば800nmである。 The wavelength λ 0 of the high-intensity forward pump pulse laser light, the high-intensity backward pump pulse laser light, and the high-intensity probe pulse laser light is not particularly limited, but is preferably in the 800 nm band or 1 μm band, for example, 800 nm.

本第5発明の位相共役光の生成方法において、高強度前進ポンプパルスレーザー光、高強度後進ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光の超高ピーク出力は、0.1TW〜1PWが好ましい。これらの高強度前進ポンプパルスレーザー光、高強度後進ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光は、集光、照射されたときには、エネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になる。集光手段は、誘電体多層膜ミラーを用いることが好ましい。回折効率は光強度に強く依存し、1PW/cm2を超えると数10%を超える高い回折効率が得られる。理想的な場合、回折光のパルス幅は入射した光のパルス幅1/√3となる。 In the method for generating phase conjugate light according to the fifth aspect of the invention, the ultrahigh peak outputs of the high intensity forward pump pulse laser light, the high intensity backward pump pulse laser light, and the high intensity probe pulse laser light are preferably 0.1 TW to 1 PW. When these high-intensity forward pump pulse laser light, high-intensity backward pump pulse laser light, and high-intensity probe pulse laser light are condensed and irradiated, the energy density becomes 10 TW / cm 2 to 100 PW / cm 2 . The condensing means is preferably a dielectric multilayer mirror. The diffraction efficiency strongly depends on the light intensity, and when it exceeds 1 PW / cm 2 , a high diffraction efficiency exceeding several 10% can be obtained. In an ideal case, the pulse width of the diffracted light is 1 / √3 of the incident light.

本第5発明の位相共役光の生成方法において、高強度前進ポンプパルスレーザー光、高強度後進ポンプパルスレーザー光の光強度比は、過渡回折格子のコントラストの点で1:1000〜1:1であることが好ましく、より好ましくは1:100〜1:1である。また、高強度前進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光の光強度比は、過渡回折格子のコントラストの点で1:1000〜1:1であることが好ましく、より好ましくは1:100〜1:1である。さらには、高強度後進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光の光強度比は、過渡回折格子のコントラストの点で1:1000〜1:1であることが好ましく、より好ましくは1:100〜1:1である。 In the method for generating phase conjugate light according to the fifth aspect of the invention, the light intensity ratio of the high intensity forward pump pulse laser light and the high intensity backward pump pulse laser light is 1: 1000 to 1: 1 in terms of contrast of the transient diffraction grating. It is preferable that the ratio is 1: 100 to 1: 1. The light intensity ratio between the high-intensity forward pump pulse laser beam and the high-intensity probe pulse laser beam is preferably 1: 1000 to 1: 1 in terms of contrast of the transient diffraction grating, more preferably 1: 100 to 1: 1. Further, the light intensity ratio between the high intensity backward pump pulsed laser beam and the high intensity probe pulsed laser beam is preferably 1: 1000 to 1: 1 in terms of contrast of the transient diffraction grating, more preferably 1: 100. ~ 1: 1.

本第5発明の位相共役光の生成方法において、高強度前進ポンプパルスレーザー光、高強度後進ポンプパルスレーザー光および高強度プローブパルスレーザー光は、単パルスであるが、プラズマ再結合時間より繰り返し周期が長ければ(繰り返し周波数がkHz程度ならば)繰り返しパルスでもよい。繰り返しパルスの場合、気体、液体は流れていることが好ましい。 In the method for generating phase conjugate light according to the fifth aspect of the present invention, the high intensity forward pump pulse laser light, the high intensity backward pump pulse laser light, and the high intensity probe pulse laser light are single pulses, but have a repetition period from the plasma recombination time. May be a repetitive pulse (if the repetitive frequency is about kHz). In the case of a repetitive pulse, it is preferable that the gas and liquid flow.

本第5発明の位相共役光の生成方法において、高強度パルスレーザー光の光源は、フェムト秒レーザーであるチタンサファイアレーザー、Ybドープレーザー、Ndドープレーザーが好ましい。 In the method for generating phase conjugate light according to the fifth aspect of the invention, the light source of the high-intensity pulsed laser light is preferably a femtosecond laser, a titanium sapphire laser, a Yb-doped laser, or an Nd-doped laser.

本第5発明の位相共役光の生成方法において、高強度前進ポンプパルスレーザー光、高強度後進ポンプパルスレーザー光の時間差は、パルス幅程度であり、時間差がない場合が最も望ましく回折効率が高い。またまた、高強度前進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光の時間差は、パルス幅程度であり、時間差がない場合が最も回折効率が高い。高強度後進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光の時間差は、プラズマ再結合時間より短い必要があり、時間差がない場合が最も回折効率が高い。 In the method for generating phase conjugate light according to the fifth aspect of the present invention, the time difference between the high intensity forward pump pulse laser light and the high intensity backward pump pulse laser light is about the pulse width, and when there is no time difference, the diffraction efficiency is most desirable. Further, the time difference between the high intensity forward pump pulse laser beam and the high intensity probe pulse laser beam is about the pulse width, and the diffraction efficiency is highest when there is no time difference. The time difference between the high intensity backward pump pulse laser beam and the high intensity probe pulse laser beam needs to be shorter than the plasma recombination time, and the diffraction efficiency is highest when there is no time difference.

本第5発明の位相共役光の生成方法において、気体は希ガスまたは窒素ガスであることが好ましく、液体は水またはエタノールであることがより好ましい。希ガスとして、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが例示される。これら希ガスの中では、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが好ましく、またこれらと同様に窒素(N)ガスも好ましい。希ガスあるいは窒素ガスは、真空中で噴射していることが望ましく、具体的には真空チャンバー内にガスジェット噴射していることが望ましい。なお、過渡回折格子であるプラズマの密度は、希ガスあるいは窒素ガスの濃度により制御することができる。また、液体は、流れている液体であることが好ましい。 In the method for generating phase conjugate light according to the fifth aspect of the invention, the gas is preferably a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is more preferably water or ethanol. Examples of the rare gas include helium (He) gas, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas. Among these rare gases, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas are preferable, and similarly, nitrogen (N) gas is also preferable. The rare gas or the nitrogen gas is desirably ejected in a vacuum, and specifically, it is desirably ejected by a gas jet into the vacuum chamber. Note that the density of plasma which is a transient diffraction grating can be controlled by the concentration of a rare gas or nitrogen gas. The liquid is preferably a flowing liquid.

本第5発明の位相共役光の生成方法について、気体もしくは液体の代わりに固体透明媒質を使用する位相共役光の生成方法を説明する。
この位相共役光の生成方法は、高強度前進ポンプパルスレーザー光と高強度後進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより4光波混合を行い、前記3つのレーザー光の光波干渉によって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用い前記高強度プローブパルスレーザー光に対する位相共役光を発生させることを特徴とする。なお、アブレーションに伴い、固体透明媒質にレリーフ型回折格子も形成される。
Regarding the method for generating phase conjugate light according to the fifth invention, a method for generating phase conjugate light using a solid transparent medium instead of gas or liquid will be described.
This phase conjugate light is generated by four-wave mixing by irradiating high intensity forward pump pulse laser light, high intensity backward pump pulse laser light and high intensity probe pulse laser light so as to cross in a solid transparent medium. Phase conjugate light with respect to the high-intensity probe pulse laser beam using a periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position by ablation of the solid transparent medium due to light wave interference of the three laser beams as a transient diffraction grating Is generated. Note that, along with the ablation, a relief type diffraction grating is also formed in the solid transparent medium.

固体透明媒質は、透明な固体であればよく、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることが好ましい。 The solid transparent medium may be a transparent solid, and is preferably ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.

また、プラズマ密度の秩序が維持される時間はナノ秒オーダーであり、高強度レーザーのパルス制御に要する時間(レーザーパルス幅程度)に対して十分長い。 The time for maintaining the order of the plasma density is on the order of nanoseconds, which is sufficiently longer than the time required for pulse control of the high intensity laser (about the laser pulse width).

本第6発明のスペクトル位相共役光の生成方法は、正のチャープパルスレーザー光とフーリエ限界パルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で、対向するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を形成させ、該過渡回折格子より負のチャープパルスレーザー光を発生させることを特徴とする。
また、本第6発明における気体もしくは液体の代わりに固体透明媒質を使用するスペクトル位相共役光の生成方法は、正のチャープパルスレーザー光とフーリエ限界パルスレーザー光を、固体透明媒質中で、対向するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を形成させ、該過渡回折格子より負のチャープパルスレーザー光を発生させることを特徴とする。
The method for generating spectral phase conjugate light according to the sixth aspect of the present invention is generated by causing light beam interference by irradiating positive chirped pulse laser light and Fourier limit pulse laser light in gas or liquid so as to face each other. A transient diffraction grating composed of a periodic spatial density distribution of plasma is formed, and negative chirp pulse laser light is generated from the transient diffraction grating.
In addition, in the sixth aspect of the invention, the method for generating spectral phase conjugate light using a solid transparent medium instead of gas or liquid makes positive chirp pulse laser light and Fourier limit pulse laser light face each other in the solid transparent medium. In this way, a light beam interference occurs and the solid transparent medium is ablated to form a transient diffraction grating composed of a periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position, and a negative chirp pulse is generated from the transient diffraction grating. It is characterized by generating laser light.

本第6発明のスペクトル位相共役光の生成方法について、図5に基づいて説明する。
本発明のスペクトル位相共役光の生成方法は、気体もしくは液体51中で、正のチャープパルスレーザー光52(光の周波数が時間的に上昇している光パルス)とフーリエ限界パルス光53とを対向させるように交差させ、周期的な干渉縞を形成させると、この干渉縞の交互に交差している明・暗所の明所では、媒体が光励起されてプラズマが生じ、空間的に正の方向ほど回折格子幅が広い過渡回折格子であるチャーププラズマ回折格子54(屈折率格子)が生成される。つまり、形成されるプラズマ回折格子54の格子間隔は空間的にチャープされている。これをチャーププラズマ回折格子54と呼ぶ。このチャーププラズマ過渡回折格子54をプラズマ再結合時間より短い時間でフーリエ限界パルス53を用いて読み出せば、書き込みに用いたチャープパルスレーザー光と時間的に逆向きのチャープを持つパルスレーザー光(スペクトル位相共役光)55、つまり、このチャーププラズマ回折格子54による回折光として、フーリエ限界パルス光53の移動方向にスペクトル位相共役光55(負のチャープパルス光(光の周波数が時間的に下降している光パルス))が発生する。なお、スペクトル位相共役光は、スペクトル領域での共役な光波を意味する。
A method for generating spectral phase conjugate light according to the sixth aspect of the invention will be described with reference to FIG.
In the method for generating spectral phase conjugate light according to the present invention, a positive chirped pulsed laser beam 52 (an optical pulse whose frequency is increasing with time) and a Fourier-limited pulsed beam 53 are opposed to each other in a gas or liquid 51. When a periodic interference fringe is formed, the medium is photoexcited in the bright and dark places where the interference fringes alternately intersect, generating plasma, and in a spatially positive direction A chirped plasma diffraction grating 54 (refractive index grating), which is a transient diffraction grating having a wider diffraction grating width, is generated. That is, the lattice spacing of the formed plasma diffraction grating 54 is spatially chirped. This is called a chirp plasma diffraction grating 54. If this chirped plasma transient diffraction grating 54 is read using a Fourier-limited pulse 53 in a time shorter than the plasma recombination time, a pulsed laser beam (spectrum) having a chirp opposite in time to the chirped pulse laser beam used for writing. As phase diffracted light 55, that is, diffracted light by the chirped plasma diffraction grating 54, spectral phase conjugate light 55 (negative chirped pulse light (the frequency of the light decreases with time) in the moving direction of the Fourier-limited pulsed light 53. Light pulse)) is generated. The spectral phase conjugate light means a conjugate light wave in the spectral region.

本第6発明のスペクトル位相共役光の生成方法において、フーリエ限界パルス53(波数ベクトルkFT)、正のチャープパルスレーザー光52(波数ベクトルkPCP)および負のチャープパルスレーザー光55(波数ベクトルkNCP)の位相整合条件は、次の通りであり、負のチャープパルスレーザー光つまりスペクトル位相共役光が出現する方向は、この位相整合条件を満たすように調整される。
In the method for generating spectral phase conjugate light according to the sixth aspect of the present invention, Fourier-limited pulse 53 (wave vector k FT ), positive chirp pulse laser beam 52 (wave vector k PCP ), and negative chirp pulse laser beam 55 (wave vector k The phase matching condition of NCP ) is as follows, and the direction in which the negative chirped pulse laser beam, that is, the spectral phase conjugate light appears, is adjusted to satisfy this phase matching condition.

本第6発明のスペクトル位相共役光の生成方法において、フーリエ限界パルスは、第3発明の高強度パルスレーザー光の圧縮方法により生成されたものであることが好ましく、そのパルス幅は1フェムト秒〜100ピコ秒、例えば100フェムト秒であり、超高ピーク出力は0.1TW〜1PW(エネルギー密度10TW/cm2〜100PW/cm2)である。このフーリエ限界パルスは、集光、照射されたときには、エネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になる。 In the method for generating spectral phase conjugate light according to the sixth aspect of the present invention, the Fourier limit pulse is preferably generated by the method for compressing high-intensity pulsed laser light according to the third aspect, and the pulse width is 1 femtosecond to It is 100 picoseconds, for example, 100 femtoseconds, and the ultrahigh peak output is 0.1 TW to 1 PW (energy density 10 TW / cm 2 to 100 PW / cm 2 ). When the Fourier limit pulse is condensed and irradiated, the energy density becomes 10 TW / cm 2 to 100 PW / cm 2 .

本第6発明のスペクトル位相共役光の生成方法において、正のチャープパルスレーザー光は、全ての周波数成分の位相が揃っているほどに広帯域化し、かつ時間的にパルスを伸ばしたものであり、そのパルス幅はサブピコ秒〜1000ピコ秒、例えば10ピコ秒であり、超高ピーク出力は0.1TW〜1PWである。このフーリエ限界パルスは、集光、照射されたときには、エネルギー密度が10TW/cm2〜100PW/cm2になる。集光手段は、誘電体多層膜ミラーを用いることが好ましい。回折効率は光強度に強く依存し、1PW/cm2を超えると数10%を超える高い回折効率が得られる。理想的な場合、回折光のパルス幅は入射した光のパルス幅1/√3となる。 In the method for generating spectral phase conjugate light according to the sixth aspect of the present invention, the positive chirped pulse laser beam is broadened so that the phases of all frequency components are aligned, and the pulse is extended in time. The pulse width is from subpicoseconds to 1000 picoseconds, for example, 10 picoseconds, and the ultrahigh peak output is from 0.1 TW to 1 PW. When the Fourier limit pulse is condensed and irradiated, the energy density becomes 10 TW / cm 2 to 100 PW / cm 2 . The condensing means is preferably a dielectric multilayer mirror. The diffraction efficiency strongly depends on the light intensity, and when it exceeds 1 PW / cm 2 , a high diffraction efficiency exceeding several 10% can be obtained. In an ideal case, the pulse width of the diffracted light is 1 / √3 of the incident light.

本第6発明のスペクトル位相共役光の生成方法において、フーリエ限界パルス、チャープパルスレーザー光は、単パルスであるが、プラズマ再結合時間より繰り返し周期が長ければ(繰り返し周波数がkHz程度ならば)繰り返しパルスでもよい。繰り返しパルスの場合、気体、液体は流れていることが好ましい。 In the method for generating spectral phase conjugate light according to the sixth aspect of the invention, the Fourier-limited pulse and the chirped pulse laser light are single pulses, but are repeated if the repetition period is longer than the plasma recombination time (if the repetition frequency is about kHz). A pulse may be used. In the case of a repetitive pulse, it is preferable that the gas and liquid flow.

本第6発明のスペクトル位相共役光の生成方法において、気体は希ガスまたは窒素ガスであることが好ましく、液体は水またはエタノールであることがより好ましい。希ガスとして、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが例示される。これら希ガスの中では、ネオン(Ne)ガス、アルゴン(Ar)ガス、クリプトン(Kr)ガス、キセノン(Xe)ガスが好ましく、またこれらと同様に窒素(N)ガスも好ましい。希ガスあるいは窒素ガスは、真空中で噴射していることが望ましく、具体的には真空チャンバー内にガスジェット噴射していることが望ましい。なお、過渡回折格子であるプラズマの密度は、希ガスあるいは窒素ガスの濃度により制御することができる。また、液体は、流れている液体であることが好ましい。 In the method for generating spectral phase conjugate light according to the sixth invention, the gas is preferably a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is more preferably water or ethanol. Examples of the rare gas include helium (He) gas, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas. Among these rare gases, neon (Ne) gas, argon (Ar) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe) gas are preferable, and similarly, nitrogen (N) gas is also preferable. The rare gas or the nitrogen gas is desirably ejected in a vacuum, and specifically, it is desirably ejected by a gas jet into the vacuum chamber. Note that the density of plasma which is a transient diffraction grating can be controlled by the concentration of a rare gas or nitrogen gas. The liquid is preferably a flowing liquid.

本第6発明のスペクトル位相共役光の生成方法について、気体もしくは液体の代わりに固体透明媒質を使用するスペクトル位相共役光の生成方法を説明する。
このスペクトル位相共役光の生成方法は、正のチャープパルスレーザー光とフーリエ限界パルスレーザー光を、固体透明媒質中で、対向するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を形成させ、該過渡回折格子より負のチャープパルスレーザー光を発生させることを特徴とする。なお、アブレーションに伴い、固体透明媒質にレリーフ型回折格子も形成される。
Regarding the method for generating spectral phase conjugate light according to the sixth aspect of the invention, a method for generating spectral phase conjugate light using a solid transparent medium instead of gas or liquid will be described.
This spectral phase conjugate light is generated by irradiating positive chirped pulsed laser light and Fourier-limited pulsed laser light in a solid transparent medium so as to oppose each other, causing light beam interference and ablating the solid transparent medium. A transient diffraction grating composed of a periodic spatial density distribution of plasma generated in the vicinity of the crossing position is formed, and negative chirped pulse laser light is generated from the transient diffraction grating. Note that, along with the ablation, a relief type diffraction grating is also formed in the solid transparent medium.

固体透明媒質は、透明な固体であればよく、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることが好ましい。 The solid transparent medium may be a transparent solid, and is preferably ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.

本発明の高強度パルスレーザー光の回折方法、高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法、過渡回折格子素子、チャープパルスレーザー光の圧縮方法、位相共役光の生成方法、およびスペクトル位相共役光の生成方法についての実施形態について、これらの基本となる過渡回折格子の形成を、本発明の高強度パルスレーザー光の回折方法によって確認した。図6は、高強度パルスレーザー光の回折方法の概念図である。 High intensity pulse laser light diffraction method, high intensity pulse laser light prepulse suppression method, transient diffraction grating element, chirp pulse laser light compression method, phase conjugate light generation method, and spectral phase conjugate light generation method of the present invention As for the embodiment, the formation of these basic transient diffraction gratings was confirmed by the diffraction method of the high-intensity pulsed laser beam of the present invention. FIG. 6 is a conceptual diagram of a diffraction method of high-intensity pulsed laser light.

図6に示すように、2つの高強度ポンプパルスレーザー光(61,62)と高強度プローブパルスレーザー光63とをレンズ64により集光して、2つの高強度ポンプパルスレーザー光(61’,62’)、高強度プローブパルスレーザー光63’とし、厚さ1μmの石英ガラス65中で交叉するように照射した(交叉部65a)。高強度ポンプパルスレーザー光の光源は、Nd:YAGレーザー(波長:1064nm、繰り返し周波数:10Hz、パルス幅:15ps)であった。
石英ガラス65中で2つの高強度ポンプパルスレーザー光は光束干渉を起こして、その干渉縞の明部位置の石英ガラス65がアブレーションし、石英ガラス65の表面付近にプラズマの周期的空間密度分布が生成した。図7は、石英ガラス65がアブレーションし、その石英ガラス65の表面付近にプラズマの周期的空間密度分布66が生じている状態を示す概念図である。
このプラズマの周期的空間密度分布66が過渡回折格子66である。アブレーションに伴い、石英ガラスにレリーフ型回折格子67も形成された。図8に、石英ガラスに形成されたレリーフ型回折格子67の写真を示す。なお、この写真は、時間遅れ0秒のものである。
As shown in FIG. 6, two high-intensity pump pulse laser beams (61, 62) and a high-intensity probe pulse laser beam 63 are condensed by a lens 64, and two high-intensity pump pulse laser beams (61 ′, 61) are collected. 62 ′), high-intensity probe pulsed laser light 63 ′ was irradiated so as to cross in quartz glass 65 having a thickness of 1 μm (crossing portion 65a). The light source of the high-intensity pump pulse laser beam was an Nd: YAG laser (wavelength: 1064 nm, repetition frequency: 10 Hz, pulse width: 15 ps).
Two high-intensity pump pulsed laser beams in the quartz glass 65 cause light beam interference, and the quartz glass 65 in the bright part of the interference fringes is ablated, and a periodic spatial density distribution of plasma is present near the surface of the quartz glass 65. Generated. FIG. 7 is a conceptual diagram showing a state in which the quartz glass 65 is ablated and a periodic spatial density distribution 66 of plasma is generated in the vicinity of the surface of the quartz glass 65.
The periodic spatial density distribution 66 of this plasma is the transient diffraction grating 66. With the ablation, a relief type diffraction grating 67 was also formed in the quartz glass. FIG. 8 shows a photograph of the relief type diffraction grating 67 formed on the quartz glass. Note that this photograph has a time delay of 0 seconds.

形成された過渡回折格子66とレリーフ型回折格子67により、高強度ポンプパルスレーザー光は自己回折し、図9下段列の回折光68が観測され、また、高強度プローブパルスレーザー光は回折し、図9上段列の回折光69が観測された。なお、この写真は、時間遅れ0秒のものである。 The high-intensity pump pulse laser beam is self-diffracted by the formed transient diffraction grating 66 and the relief-type diffraction grating 67, and the diffracted light 68 in the lower row in FIG. 9 is observed, and the high-intensity probe pulse laser light is diffracted, The diffracted light 69 in the upper row in FIG. 9 was observed. Note that this photograph has a time delay of 0 seconds.

過渡回折格子66に、高強度プローブパルスレーザー光63(63’)を図10に示す時間遅れをもって入射したときの回折効率を計測した(図10)。図10では、時間遅れが0秒、つまり、2つの高強度ポンプパルスレーザー光61(61’),62(62’)と同時に高強度プローブパルスレーザー光63(63’)を照射したときの回折効率を1としている。図10から、時間遅れが大きくなるにつれ回折効率は小さくなることが分かった。時間遅れが約10psで、充分な時間遅れを与えた場合の回折効率とほぼ同様な回折効率となっていることと、一般的にプラズマの再結合時間は大体10psであることとから、プラズマの周期的空間密度分布66が生成して、過渡回折格子66が形成されたことが確認できた。 The diffraction efficiency when the high-intensity probe pulsed laser beam 63 (63 ') was incident on the transient diffraction grating 66 with a time delay shown in FIG. 10 was measured (FIG. 10). In FIG. 10, the time delay is 0 second, that is, the diffraction when the high-intensity probe pulse laser beam 63 (63 ′) is irradiated simultaneously with the two high-intensity pump pulse laser beams 61 (61 ′) and 62 (62 ′). Efficiency is 1. FIG. 10 indicates that the diffraction efficiency decreases as the time delay increases. Since the time delay is about 10 ps, the diffraction efficiency is almost the same as the diffraction efficiency when a sufficient time delay is given, and the plasma recombination time is generally about 10 ps. It was confirmed that the periodic spatial density distribution 66 was generated and the transient diffraction grating 66 was formed.

また、高強度プローブパルスレーザー光63(63’)を十分な時間遅れを与えて照射した場合(ポンプ-プローブ法における読み出し(Reading))と、時間遅れ0秒の場合(ポンプ-プローブ法における書き込み(Writing))との場合の、高強度ポンプパルスレーザー光のエネルギー強度密度による回折効率の変化を確認した(図11)。Readingの場合は、高強度プローブパルスレーザー光を十分な時間遅れを与えて照射しているので、石英ガラス65のレリーフ型回折格子67のみによる回折となり、回折効率は低い値となっている。それに対し、Writingの場合は、高強度ポンプパルスレーザー光61’,62’のエネルギー強度密度が1J/cm2以上で回折効率が高い値となっていることが分かる。これは、高強度ポンプパルスレーザー光61’,62’のエネルギー強度密度1J/cm2を閾値として、それ以上の強い高強度ポンプパルスレーザー光61',62’により、石英ガラス65のアブレーションが起こっており、プラズマの周期的空間密度分布66、つまり過渡回折格子66が形成されていることを示す。 In addition, when the high intensity probe pulsed laser beam 63 (63 ′) is irradiated with a sufficient time delay (reading in the pump-probe method), and when the time delay is 0 second (writing in the pump-probe method). (Writing)), the change in diffraction efficiency due to the energy intensity density of the high-intensity pump pulsed laser beam was confirmed (FIG. 11). In the case of Reading, since the high-intensity probe pulse laser beam is irradiated with a sufficient time delay, diffraction is performed only by the relief type diffraction grating 67 of the quartz glass 65, and the diffraction efficiency is low. On the other hand, in the case of Writing, it can be seen that the energy intensity density of the high-intensity pump pulsed laser beams 61 ′ and 62 ′ is 1 J / cm 2 or more and the diffraction efficiency is high. This is because the quartz glass 65 is ablated by the high-intensity pump pulsed laser beams 61 ′ and 62 ′ that are higher than the energy intensity density 1 J / cm 2 of the high-intensity pumped pulsed laser beams 61 ′ and 62 ′ as a threshold. This shows that the periodic spatial density distribution 66 of the plasma, that is, the transient diffraction grating 66 is formed.

本発明の高強度パルスレーザー光の回折方法、過渡回折格子素子、高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法、高強度パルスレーザー光の圧縮方法、位相共役光生成方法およびスペクトル位相共役光生成方法は、高次高調波発生、超短パルス高繰り返しレーザーを用いた微細加工、X線(EUV)発生用レーザー技術、コヒーレントX線(X線レーザー)の励起技術、核融合レーザー技術、高エネルギー物理実験等の種々の分野に多岐にわたって応用できる。 The diffraction method of the high-intensity pulsed laser beam of the present invention, the transient diffraction grating element, the prepulse suppression method of the high-intensity pulsed laser beam, the compression method of the high-intensity pulsed laser beam, the phase conjugate light generation method and the spectral phase conjugate light generation method are High-order harmonic generation, microfabrication using ultrashort pulse high repetition laser, X-ray (EUV) generation laser technology, coherent X-ray (X-ray laser) excitation technology, fusion laser technology, high energy physics experiment, etc. It can be applied in various fields.

本第1発明の高強度パルスレーザー光の回折方法の概念図(本第2発明の過渡回折格子素子を含む)である。It is a conceptual diagram (including the transient diffraction grating element of this 2nd invention) of the diffraction method of the high intensity | strength pulse laser beam of this 1st invention. 本第3発明の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法の概念図である。It is a conceptual diagram of the prepulse suppression method of the high intensity | strength pulse laser beam of this 3rd invention. 本第4発明のチャープパルスレーザー光の圧縮方法の概念図である。It is a conceptual diagram of the compression method of the chirp pulse laser beam of this 4th invention. 本第5発明の位相共役光の生成方法の概念図である。It is a conceptual diagram of the production | generation method of the phase conjugate light of this 5th invention. 本第6発明のスペクトル位相共役光の生成方法の概念図である。It is a conceptual diagram of the production | generation method of the spectrum phase conjugate light of this 6th invention. 高強度パルスレーザー光の回折方法の概念図である。It is a conceptual diagram of the diffraction method of a high intensity | strength pulse laser beam. 石英ガラスがアブレーションし、プラズマの周期的空間密度分布が生じている状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which quartz glass ablates and the periodic spatial density distribution of the plasma has arisen. 石英ガラスの写真である。It is a photograph of quartz glass. 石英ガラスに形成されたレリーフ型回折格子の写真である。It is a photograph of the relief type diffraction grating formed in quartz glass. 高強度プローブパルスレーザー光の時間遅れを変化させたときの回折効率を示す。The diffraction efficiency when the time delay of the high-intensity probe pulse laser beam is changed is shown. 高強度ポンプパルスレーザー光のエネルギー強度密度による回折効率の変化を示す。The change of the diffraction efficiency by the energy intensity density of a high intensity | strength pump pulse laser beam is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 気体もしくは液体
2 高強度ポンプパルスレーザー光
3 高強度ポンプパルスレーザー光
4 プラズマの周期的空間密度分布または過渡回折格子
5 高強度ポンプパルスレーザー光の回折光
11 気体もしくは液体
12 高強度ポンプパルスレーザー光
12a 高強度ポンプパルスレーザー光の主パルス
12b 高強度ポンプパルスレーザー光のプレパルス
13 高強度プローブパルスレーザー光
13a 高強度プローブパルスレーザー光の主パルス
13b 高強度プローブパルスレーザー光のプレパルス
14 過渡回折格子素子
15 自己回折光(プレパルスが抑制された高強度パルスレーザー光)
15a 自己回折光の主パルス
31a、31b 気体もしくは液体
32a、32b 高強度ポンプパルスレーザー光
33a、33b 高強度プローブパルスレーザー光
34a 第一の過渡回折格子素子
34b 第二の過渡回折格子素子
35 チャープパルスレーザー光
36 第一の回折光
37 第二の回折光(パルス圧縮された高強度パルスレーザー光)
41 気体もしくは液体
42 高強度プローブパルスレーザー光
43 高強度前進ポンプパルスレーザー光
44 高強度後進ポンプパルスレーザー光
45 過渡回折格子素子
51 気体もしくは液体
52 正のチャープパルスレーザー光
53 フーリエ限界パルス
54 過渡回折格子素子
55 スペクトル位相共役光
61 高強度ポンプパルスレーザー光
61’ レンズにより集光された高強度ポンプパルスレーザー光
61a 高強度ポンプパルスレーザー光の回折光
61” 高強度ポンプパルスレーザー光
62 高強度ポンプパルスレーザー光
62’ レンズにより集光された高強度ポンプパルスレーザー光
62a 高強度ポンプパルスレーザー光の回折光
62” 高強度ポンプパルスレーザー光
63 高強度プローブパルスレーザー光
63’ レンズにより集光された高強度プローブパルスレーザー光
63a 高強度プローブパルスレーザー光の回折光
63” 高強度プローブパルスレーザー光
64 レンズ
65 石英ガラス
65a 交叉部
66 プラズマの周期的空間密度分布または過渡回折格子
67 レリーフ型回折格子
1 Gas or liquid 2 High intensity pump pulse laser light 3 High intensity pump pulse laser light 4 Periodic spatial density distribution of plasma or transient diffraction grating 5 Diffracted light of high intensity pump pulse laser light 11 Gas or liquid 12 High intensity pump pulse laser Light 12a Main pulse 12b of high intensity pump pulse laser light Prepulse 13 of high intensity pump pulse laser light High intensity probe pulse laser light 13a Main pulse 13b of high intensity probe pulse laser light Prepulse 14 of high intensity probe pulse laser light Transient diffraction grating Element 15 Self-diffracted light (high-intensity pulsed laser light with suppressed prepulse)
15a Main pulses 31a, 31b of self-diffracted light Gas or liquid 32a, 32b High-intensity pump pulse laser light 33a, 33b High-intensity probe pulse laser light 34a First transient diffraction grating element 34b Second transient diffraction grating element 35 Chirp pulse Laser light 36 First diffracted light 37 Second diffracted light (pulse-compressed high-intensity pulsed laser light)
41 Gas or liquid 42 High-intensity probe pulse laser beam 43 High-intensity forward pump pulse laser beam 44 High-intensity backward pump pulse laser beam 45 Transient diffraction grating element 51 Gas or liquid 52 Positive chirped pulse laser beam 53 Fourier limit pulse 54 Transient diffraction Lattice element 55 Spectral phase conjugate light 61 High-intensity pump pulsed laser light 61 ′ High-intensity pump pulsed laser light 61a condensed by the lens High-intensity pump pulsed laser light diffracted light 61 ”High-intensity pump pulsed laser light 62 High-intensity pump High intensity pump pulse laser light 62a focused by pulse laser light 62 'lens Diffracted light 62 "of high intensity pump pulse laser light High intensity pump pulse laser light 63 High intensity probe pulse laser light 63' Condensed by lens High Degrees probe pulse laser beam 63a high intensity diffracted light 63 of the probe pulse laser beam "high intensity probe pulse laser beam 64 lens 65 quartz glass 65a intersection 66 plasma periodic spatial density distribution or transient grating 67 relief type diffraction grating

Claims (34)

2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、高強度ポンプパルスレーザー光の自己回折光を発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光の回折方法。 A high-intensity pump pulse using the periodic spatial density distribution of plasma generated as a result of light beam interference by irradiating two high-intensity pump pulse laser beams so as to cross in gas or liquid as a transient diffraction grating A method for diffracting high-intensity pulsed laser light, wherein self-diffracted light of laser light is expressed. 前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記自己回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする請求項1記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。 The high-intensity pump pulsed laser light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the self-diffracted light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh pulse width. 2. The method of diffracting high-intensity pulsed laser light according to claim 1, wherein the peak output is 0.1 TW to 1 PW. 2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、該過渡回折格子に高強度プローブパルスレーザー光を入射し、高強度プローブパルスレーザー光の回折光を発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光の回折方法。 Using the periodic spatial density distribution of plasma generated as a result of light beam interference by irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in gas or liquid, the transient diffraction grating A method of diffracting high-intensity pulsed laser light, wherein high-intensity probe pulsed laser light is incident on the surface to cause diffracted light of the high-intensity probe pulsed laser light to appear. 前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記高強度プローブパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする請求項3記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。 The high-intensity pump pulsed laser light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the high-intensity probe pulsed laser light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds. 4. The high intensity according to claim 3, wherein the ultra high peak output is 0.1 TW to 1 PW, and the diffracted light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultra high peak output of 0.1 TW to 1 PW. Pulse laser beam diffraction method. 気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。 The method for diffracting high-intensity pulsed laser light according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol. 2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉を起こして固体透明媒質をアブレーションさせ、該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、高強度ポンプパルスレーザー光の自己回折光を発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光の回折方法。 By irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in the solid transparent medium, the solid transparent medium is ablated by causing light beam interference, and the periodic spatial density distribution of the plasma generated near the crossing position is obtained. A method for diffracting high-intensity pulsed laser light, characterized by using self-diffracted light of high-intensity pump pulsed laser light as a transient diffraction grating. 前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記自己回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする請求項6記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。 The high-intensity pump pulsed laser light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the self-diffracted light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh pulse width. 7. The method of diffracting high-intensity pulsed laser light according to claim 6, wherein the peak output is 0.1 TW to 1 PW. 2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉を起こして固体透明媒質をアブレーションさせ、該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて、該過渡回折格子に高強度プローブパルスレーザー光を入射し、高強度プローブパルスレーザー光の回折光を発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光の回折方法。 By irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in the solid transparent medium, the solid transparent medium is ablated by causing light beam interference, and the periodic spatial density distribution of the plasma generated near the crossing position is obtained. A method for diffracting high-intensity pulsed laser light, characterized by being used as a transient diffraction grating, wherein high-intensity probe pulsed laser light is incident on the transient diffraction grating and diffracted light of the high-intensity probe pulsed laser light is expressed. 前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記高強度プローブパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする請求項8記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。 The high-intensity pump pulsed laser light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the high-intensity probe pulsed laser light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds. 9. The high intensity according to claim 8, wherein the ultra high peak output is 0.1 TW to 1 PW, and the diffracted light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultra high peak output of 0.1 TW to 1 PW. Pulse laser beam diffraction method. 固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれか1項記載の高強度パルスレーザー光の回折方法。 The method for diffracting high-intensity pulsed laser light according to any one of claims 6 to 9, wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic. 2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなること特徴とする過渡回折格子素子。 A transient diffraction grating element comprising a periodic spatial density distribution of plasma generated by light beam interference by irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so as to cross in gas or liquid. 気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする請求項11記載の過渡回折格子素子。 The transient diffraction grating element according to claim 11, wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol. 2つの高強度ポンプパルスレーザー光を、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなること特徴とする過渡回折格子素子。 From the periodic spatial density distribution of the plasma generated near the crossover position by ablating the solid transparent medium by irradiating two high-intensity pump pulsed laser beams so that they cross each other in the solid transparent medium. A transient diffraction grating element characterized by comprising: 固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする請求項13記載の過渡回折格子素子。 14. The transient diffraction grating element according to claim 13, wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic. 前記2つの高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする請求項11〜請求項14のいずれか1項記載の過渡回折格子素子。 15. The two high-intensity pump pulsed laser beams have an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, respectively. Transient diffraction grating element. 高強度ポンプパルスレーザー光とプレパルスを伴う高強度プローブパルスレーザー光とを、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて光波混合を行い、プレパルスフリーな高強度パルスレーザー光を回折光として発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。 Transient diffraction of the periodic spatial density distribution of plasma generated by light flux interference by irradiating high-intensity pump pulse laser light and high-intensity probe pulse laser light with prepulses in a gas or liquid. A prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light, characterized in that light pulse mixing is performed as a grating and prepulse-free high-intensity pulsed laser light is expressed as diffracted light. 気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする請求項16記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。 The prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to claim 16, wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol. 高強度ポンプパルスレーザー光とプレパルスを伴う高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用いて光波混合を行い、プレパルスフリーな高強度パルスレーザー光を回折光として発現させることを特徴とする高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。 High-intensity pump pulsed laser light and high-intensity probe pulsed laser light with pre-pulse are irradiated so as to cross in the solid transparent medium, and light flux interference occurs, and the solid transparent medium is ablated and generated near the crossing position. A method for suppressing pre-pulse of high-intensity pulsed laser light, characterized in that light wave mixing is performed using the periodic spatial density distribution of the plasma as a transient diffraction grating, and pre-pulse-free high-intensity pulsed laser light is expressed as diffracted light. 固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする請求項18記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。 19. The prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to claim 18, wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic. 前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記高強度プローブパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする請求項16〜請求項19のいずれか1項記載の高強度パルスレーザー光のプレパルス抑制方法。 The high-intensity pump pulsed laser light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the high-intensity probe pulsed laser light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds. The ultra-high peak output is 0.1 TW to 1 PW, and the diffracted light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultra-high peak output of 0.1 TW to 1 PW. The prepulse suppression method for high-intensity pulsed laser light according to any one of the above. 高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を一対対向して配置するように形成させること、該過渡回折格子対の第一の過渡回折格子にチャープパルスレーザー光を入射し、該過渡回折格子からの回折光である高強度パルスレーザー光を、第二の過渡回折格子に入射させて第二の過渡回折格子からパルス圧縮された高強度パルスレーザー光を回折させることからなることを特徴とするチャープパルスレーザー光の圧縮方法。 A transient diffraction grating consisting of a periodic spatial density distribution of plasma generated by light beam interference by irradiating high-intensity pump pulsed laser light and high-intensity probe pulsed laser light so as to cross in gas or liquid. Forming a pair of oppositely arranged, the chirped pulse laser light is incident on the first transient diffraction grating of the transient diffraction grating pair, and the high-intensity pulsed laser light which is the diffracted light from the transient diffraction grating, A method of compressing chirped pulsed laser light, comprising: diffracting high-intensity pulsed laser light that is incident on a second transient diffraction grating and pulse-compressed from the second transient diffraction grating. 気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする請求項21記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。 The method of claim 21, wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol. 高強度ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を一対対向して配置するように形成させること、該過渡回折格子対の第一の過渡回折格子にチャープパルスレーザー光を入射し、該過渡回折格子からの回折光である高強度パルスレーザー光を、第二の過渡回折格子に入射させて第二の過渡回折格子からパルス圧縮された高強度パルスレーザー光を回折させることからなることを特徴とするチャープパルスレーザー光の圧縮方法。 High-intensity pump pulsed laser light and high-intensity probe pulsed laser light are irradiated so as to cross in the solid transparent medium, and light flux interference occurs, causing the solid transparent medium to ablate and generate plasma near the crossover position. Forming a pair of transient diffraction gratings having a periodic spatial density distribution so as to be opposed to each other; injecting a chirped pulse laser beam into the first transient diffraction grating of the transient diffraction grating pair; A chirped pulse comprising diffracting high-intensity pulsed laser light, which is diffracted light, incident on a second transient diffraction grating and diffracting pulse-compressed high-intensity pulsed laser light from the second transient diffraction grating Laser light compression method. 固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする請求項23記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。 24. The method of compressing a chirped pulse laser beam according to claim 23, wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic. 前記高強度ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記高強度プローブパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記回折光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする請求項21〜請求項24のいずれか1項記載のチャープパルスレーザー光の圧縮方法。 The high-intensity pump pulsed laser light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the high-intensity probe pulsed laser light has an ultrashort pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds. The ultrahigh peak output is 0.1 TW to 1 PW, and the diffracted light has an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW. The chirped pulse laser light compression method according to any one of the above. 高強度前進ポンプパルスレーザー光と高強度後進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、気体中もしくは液体中で交叉するように照射することにより4光波混合を行い、前記3つのレーザー光の光波干渉によって生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用い前記高強度プローブパルスレーザー光に対する位相共役光を発生させることを特徴とする位相共役光の生成方法。 Four-wave mixing is performed by irradiating a high-intensity forward pump pulse laser beam, a high-intensity backward pump pulse laser beam, and a high-intensity probe pulse laser beam so as to cross in a gas or a liquid. A phase conjugate light generation method for generating phase conjugate light with respect to the high-intensity probe pulsed laser light using a periodic spatial density distribution of plasma generated by the light wave interference of as a transient diffraction grating. 気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする請求項26記載の位相共役光の生成方法。 27. The method of generating phase conjugate light according to claim 26, wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol. 高強度前進ポンプパルスレーザー光と高強度後進ポンプパルスレーザー光と高強度プローブパルスレーザー光とを、固体透明媒質中で交叉するように照射することにより4光波混合を行い、前記3つのレーザー光の光波干渉によって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布を過渡回折格子として用い前記高強度プローブパルスレーザー光に対する位相共役光を発生させることを特徴とする位相共役光の生成方法。 Four-wave mixing is performed by irradiating a high-intensity forward pump pulse laser beam, a high-intensity backward pump pulse laser beam, and a high-intensity probe pulse laser beam so as to cross in a solid transparent medium. A phase conjugate light is generated with respect to the high-intensity probe pulsed laser beam by using a periodic spatial density distribution of plasma generated near the crossing position by ablation of a transparent solid medium by light wave interference as a transient diffraction grating. A method for generating conjugate light. 固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする請求項28記載の位相共役光の生成方法。 29. The method of generating phase conjugate light according to claim 28, wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic. 前記高強度前進ポンプパルスレーザー光と前記高強度後進ポンプパルスレーザー光は極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであり、前記高強度プローブパルスレーザー光は、極短パルス幅1フェムト秒〜100ピコ秒かつ超高ピーク出力0.1TW〜1PWであることを特徴とする請求項26〜請求項29のいずれか1項記載の位相共役光の生成方法。 The high-intensity forward pump pulse laser light and the high-intensity backward pump pulse laser light have an extremely short pulse width of 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output of 0.1 TW to 1 PW, and the high-intensity probe pulse laser light is 30. The method of generating phase conjugate light according to any one of claims 26 to 29, wherein an ultrashort pulse width is 1 femtosecond to 100 picoseconds and an ultrahigh peak output is 0.1 TW to 1 PW. 正のチャープパルスレーザー光とフーリエ限界パルスレーザー光を、気体中もしくは液体中で、対向するように照射することにより光束干渉が起こって生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を形成させ、該過渡回折格子より負のチャープパルスレーザー光を発生させることを特徴とするスペクトル位相共役光の生成方法。 Transient diffraction grating consisting of periodic spatial density distribution of plasma generated by light beam interference by irradiating positive chirped pulsed laser beam and Fourier-limited pulsed laser beam in gas or liquid so as to face each other And generating a negative chirp pulse laser beam from the transient diffraction grating. 気体が、希ガスまたは窒素ガスであり、液体が水またはエタノールであることを特徴とする請求項31記載のスペクトル位相共役光の生成方法。 32. The method of generating spectral phase conjugate light according to claim 31, wherein the gas is a rare gas or a nitrogen gas, and the liquid is water or ethanol. 正のチャープパルスレーザー光とフーリエ限界パルスレーザー光を、固体透明媒質中で、対向するように照射することにより光束干渉が起こって固体透明媒質がアブレーションして該交叉位置付近に生成したプラズマの周期的空間密度分布からなる過渡回折格子を形成させ、該過渡回折格子より負のチャープパルスレーザー光を発生させることを特徴とするスペクトル位相共役光の生成方法。 The period of the plasma generated near the crossing position by ablating the solid transparent medium due to the light beam interference caused by irradiating the positive chirped pulsed laser beam and the Fourier-limited pulsed laser beam in the solid transparent medium so as to face each other A method for generating spectral phase conjugate light, comprising forming a transient diffraction grating having a spatial density distribution and generating a negative chirped pulse laser beam from the transient diffraction grating. 固体透明媒質が、氷、ガラス、石英、BK7、サファイアまたは透明プラスチックであることを特徴とする請求項33記載のスペクトル位相共役光の生成方法。 34. The method of generating spectral phase conjugate light according to claim 33, wherein the solid transparent medium is ice, glass, quartz, BK7, sapphire, or transparent plastic.
JP2007192529A 2006-07-24 2007-07-24 Diffraction method of high-intensity pulse laser beam, transient diffraction grating element, method of suppressing pre-pulse of high-intensity pulse laser beam, method of compressing chirped pulse laser beam, method of generating phase conjugate beam, and method of generating spectrum phase conjugate beam Withdrawn JP2008052266A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007192529A JP2008052266A (en) 2006-07-24 2007-07-24 Diffraction method of high-intensity pulse laser beam, transient diffraction grating element, method of suppressing pre-pulse of high-intensity pulse laser beam, method of compressing chirped pulse laser beam, method of generating phase conjugate beam, and method of generating spectrum phase conjugate beam

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006200897 2006-07-24
JP2007192529A JP2008052266A (en) 2006-07-24 2007-07-24 Diffraction method of high-intensity pulse laser beam, transient diffraction grating element, method of suppressing pre-pulse of high-intensity pulse laser beam, method of compressing chirped pulse laser beam, method of generating phase conjugate beam, and method of generating spectrum phase conjugate beam

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008052266A true JP2008052266A (en) 2008-03-06

Family

ID=39236321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007192529A Withdrawn JP2008052266A (en) 2006-07-24 2007-07-24 Diffraction method of high-intensity pulse laser beam, transient diffraction grating element, method of suppressing pre-pulse of high-intensity pulse laser beam, method of compressing chirped pulse laser beam, method of generating phase conjugate beam, and method of generating spectrum phase conjugate beam

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008052266A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007250879A (en) * 2006-03-16 2007-09-27 Hamamatsu Photonics Kk Pulse compressor and laser generator
JP2013125139A (en) * 2011-12-14 2013-06-24 Univ Of Electro-Communications Diffraction method and diffraction optical element apparatus of laser beam
CN110609372A (en) * 2019-09-20 2019-12-24 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 Debugging method for parallelism of grating surfaces of compressor of ultrashort pulse laser system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007250879A (en) * 2006-03-16 2007-09-27 Hamamatsu Photonics Kk Pulse compressor and laser generator
JP2013125139A (en) * 2011-12-14 2013-06-24 Univ Of Electro-Communications Diffraction method and diffraction optical element apparatus of laser beam
CN110609372A (en) * 2019-09-20 2019-12-24 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 Debugging method for parallelism of grating surfaces of compressor of ultrashort pulse laser system
CN110609372B (en) * 2019-09-20 2021-05-18 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 Debugging method for parallelism of grating surfaces of compressor of ultrashort pulse laser system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mourou Nobel Lecture: Extreme light physics and application
Rivas et al. Next generation driver for attosecond and laser-plasma physics
Stafe et al. Pulsed laser ablation of solids
Mourou et al. Optics in the relativistic regime
Eden High-order harmonic generation and other intense optical field–matter interactions: review of recent experimental and theoretical advances
Spielmann et al. Near-keV coherent X-ray generation with sub-10-fs lasers
Senfftleben et al. Highly non-linear ionization of atoms induced by intense high-harmonic pulses
Orfanos et al. Non-linear processes in the extreme ultraviolet
US20110007772A1 (en) Phase-matched Generation of Coherent Soft and Hard X-rays Using IR Lasers
WO2005089131A2 (en) Lpp euv light source
Ganeev Generation of high-order harmonics of high-power lasers in plasmas produced under irradiation of solid target surfaces by a prepulse
Svanberg et al. X-Ray Lasers 1996: Proceedings of the Fifth International Conference on X-Ray Lasers held in Lund, Sweden, 10-14 June, 1996
Salieres et al. Generation of ultrashort coherent XUV pulses by harmonic conversion of intense laser pulses in gases: towards attosecond pulses
JP2008052266A (en) Diffraction method of high-intensity pulse laser beam, transient diffraction grating element, method of suppressing pre-pulse of high-intensity pulse laser beam, method of compressing chirped pulse laser beam, method of generating phase conjugate beam, and method of generating spectrum phase conjugate beam
Yamakawa et al. Generation of a high-energy picosecond laser pulse with a high-contrast ratio by chirped-pulse amplification
Hutchinson Terawatt lasers
Borisov et al. Rewriting the rules governing high intensity interactions of light with matter
Meyerhofer High intensity lasers for gamma-gamma colliders
Szatmári et al. 3.3 Femtosecond excimer lasers and their applications: 3 Gas lasers
Rockwood Development of a Pettawatt Class Ti: Sapphire Laser for the Excitation of Extreme Radiation Sources
Kishimoto et al. Recent progress on x-ray laser source development and application activities at JAEA
Rocca et al. Tabletop lasers in the extreme ultraviolet
Kerrigan Enhanced Ablation by Femtosecond and Nanoseond Pulses
Wang Advancing the capability of high energy Yb: YAG lasers: multilayer coatings, pulse shaping and post compression
Kawachi et al. Source Development and Novel Applications of Laser-Driven Plasma X-ray Lasers in JAEA

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20101005