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モード同期(レーザー)

1965
最新の光学研究所に設置されたモード同期レーザーシステム。

(画像はイメージです)

モード同期は、ピコ秒(10⁻¹²秒)からフェムト秒(10⁻¹⁵秒)オーダーの極めて短いレーザーパルスを生成する技術です。この技術は、レーザー共振器内の多数の縦モードを一定の位相関係で振動させることによって機能します。これにより、モードが建設的に干渉し、共振器内を循環する単一の強力な超短パルスが生成されます。

一般的なレーザー共振器は、それぞれ特定の共振周波数に対応する複数の縦モードをサポートします。通常の自由発振レーザーでは、これらのモードはランダムな位相で独立して振動します。モード同期は、これらのモードの位相を同期させます。モードが同位相になると、時間と空間のある一点で建設的に干渉し、強力で短いパルスを形成します。それ以外のすべての時間では、モードは破壊的に干渉し、強度はほぼゼロになります。その結果、レーザー共振器内を循環する超短パルス列が生成され、往復ごとに1つのパルスが出力カプラから放出されます。

モードロックパルスの持続時間は、利得媒体のスペクトル帯域幅に反比例します。利得帯域幅が広いほど、より多くの縦モードをサポートし、それらをロックしてより短いパルスを作成できます。これは、 フーリエ uncertainty principle: [latex]\Delta t \Delta u \ge K[/latex], where [latex]\Delta t[/latex] is the pulse duration, [latex]\Delta u[/latex] is the spectral bandwidth, and K is a constant near unity. Techniques for achieving mode-locking can be active (using an external modulator like an acousto-optic modulator) or passive (using a saturable absorber, a material whose absorption decreases at high light intensity). Passive mode-locking, particularly Kerr-lens mode-locking, has produced the shortest pulses to date, reaching the attosecond ([latex]10^{-18}[/latex] s) regime.

UNESCO Nomenclature: 2210
光学

タイプ

技術

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • レーザーの発明
  • レーザー縦モードの理解
  • 高速光変調器および非線形光学材料の開発
  • 波の重ね合わせのフーリエ解析

アプリケーション

  • フェムトケミストリー
  • 多光子顕微鏡
  • 計測用光周波数コム
  • テラヘルツ波発生
  • 超高速 分光法
  • レーザー眼科手術(フェムト秒レーザーレーシック)

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • attosecond pulse generation for imaging electron dynamics
  • tabletop particle accelerators using laser-plasma interactions
  • coherent control of quantum systems for computing
  • ultra-precise optical clocks for testing fundamental physics
  • terabit-per-second optical data transmission
  • non-thermal ablation of biological tissue with minimal collateral damage
  • direct writing of 3d waveguides inside glass
  • laser-based fusion energy research (inertial confinement fusion)
  • generation of extreme 紫外線 (euv) light for next-gen lithography
  • four-dimensional (3d space + time) microscopy of live biological processes
関連: モード同期、超短パルス、フェムト秒、ピコ秒、レーザー、縦モード、位相同期、 フーリエ変換可飽和吸収体、カーレンズ・モデルロッキング。

歴史的背景

モード同期(レーザー)

1961
1962
1963
1965
1970
1970
1974-11-15
1960-05-16
1962
1963
1964
1968
1970
1970
1975

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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