通信用レーザーの記録的な出力により、新しいパルス形状が明らかになる -Optica誌に掲載
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IMRAの研究者たちは、新しいパルス形状を発見し、それによって、通信用の超短パルスエルビウムファイバーレーザーのパルスエネルギーを一桁向上させることに成功しました[1]。この新しいピークパワーは、通信用レーザーを強磁場領域（レーザーの電界が、原子が電子を保持する際に発生する電界に匹敵する領域）に到達させるのに十分な値である。
通信用ファイバーや窒化ケイ素チップのような光導波路は、その中で光を誘導・制御するもので、ミラーやレンズなどの複雑な配列を、実用的なデバイスに組み立てることができる立体物に変えてくれる。しかし、導波路を高輝度で使用するには注意が必要です。強烈な光は一時的に材料の屈折率を変化させ、パルスの質を劣化させてしまうからです。そこで研究者たちは、パルスのブレークアップを起こさずにパルスエネルギーを増大させるために、増幅するパルスを調整し、高パルスエネルギーできれいに予測可能な形でパルスが発生するようにした。研究チームは、チャープファイバーブラッググレーティングパルスストレッチャーの温度プロファイルを制御し、パルスの異なる色がファイバーの異なる場所で反射するようにした。ある部分を加熱すると、そこで映る色がわずかに遅れるため、後でレーザーの中で色が再構成されたときに、パルスの形状が変化するのです。その結果、ヤコビ形のパルスが特に有効であることがわかった。数学関数にちなんで名付けられた新しいヤコビパルスは、テールが短く、曲率が一定している。この一貫性は、パルスが導波管内で受ける非線形の修正にまで及び、導波管を出た後のパルス圧縮を容易にしている。シェーピングにより、レーザーのエネルギーを10倍の数百nJにまで高め、温度を調整するだけで、図のように荒れたパルスをきれいな超短パルスに変換することができた。
左：ヤコビ（実線）とガウシアン（破線）のパルス形状の比較、中：実験（実線）と理論（破線）の圧縮100nJヤコビパルス、右：対応する圧縮100nJヤコビパルスのスペクトル。
従来のガウシアンなどの形状は、尾が長くてエネルギーを浪費したり、山が尖っていて非線形性にムラがあったりします。ヤコビパルスは、ほぼすべての導波路設計に対応し、周波数コムにも対応しています。導波管を用いたレーザーや周波数コムのエネルギー限界が高まる可能性があることから、強磁場技術が主流となり、電子制御、半導体物理、バイオテクノロジーなどの分野で多くの新しい応用が期待されています。
参考文献
1] K. F. Lee et al., Surpassing soliton compression limits in anomalous dispersion high power erbium fiber comb, Optica, Vol.8, Issue 6, pp.846-853 (2021)
