University of Tokushima

フェムト(10-15)秒とは・・・

1s

秒

10-3

ミリ

10-6

マイクロ

10-9

ナノ

10-12

ピコ

10-15

フェムト

時間

スパコン １命令 トランジスタ動作限界心臓の鼓動

♥分子の運 動

電子の散乱

光の周期

光の進む

距離

30万km 300km 300m 30cm 0.3mm 0.3µm

人の身長ウィルス地球を7 .5周

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連続光とフェムト秒パルス光

〜 〜

時間、空間

超短パルス光

60fs

12ns (87MHz)

(18µm)

(3.6m)

連続光

時間、空間

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フェムト秒レーザーとは？　時間軸

 フェムト＝10-15、千兆分の1

 超短パルスレーザーの一種

一瞬のみ光るパルスレーザーのこと：時間的局在

 どれくらい一瞬か？

光波が数サイクルしか振動しない究極の光も可能

時間

(by courtesy of Dr. Minoshima, AIST)�

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フェムト秒レーザーとは？　空間軸

 空間的にも局在

 単位”1メートル”は、光速度で定義されている

”1秒の299792458分の1の時間に光が真空中を伝わる行程の長さ”

「憎くなく　二人寄れば　いつもハッピー」

精密な時間を扱うことは、精密な空間を扱うこと

(by courtesy of Dr. Minoshima, AIST)�

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フェムト秒レーザーとは？　周波数軸 どのように発生するか。”フーリエ変換”

 「たくさんの波」を「そろえて」重ねる

 たくさんの波＝＞いろいろな周波数（色）

 そろえて＝＞位相を同期

そろえて重ねる

ばらばらに重ねる

超短パルス

ランダムな波。太陽光、電球など

(by courtesy of Dr. Minoshima, AIST)�

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フェムト秒レーザーとは？　強度 ピーク強度が高い：光のエネルギーが局在

 非線形光学効果が効率的に使える 光の強度によって照射される物質の特性が変わる現象

 多様な応用 波長変換、広帯域光発生

 超高速シャッター

連続光 フェムト秒パルス

高い

低い

(by courtesy of Dr. Minoshima, AIST)�

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フェムト秒のストップウォッチ①

血液t2

t

血液

フェムト秒

パルス光 t1

t血糖：低

血糖：高

L

〜光学的血糖測定への応用〜

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フェムト秒のストップウォッチ②

散乱光

非散乱光（直進光）

非散乱光（コヒーレンス有）

散乱光（コヒーレンス無）

入力パルス 出力パルス

散乱体

微粒子

時間的に分離（フェムト秒〜ピコ秒）

〜生体散乱光の除去〜

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フェムト秒のストップウォッチ③

測定距離 L�

��

〜距離計測への応用〜

€

L =cΔt2

(c:光速=3*108m/s)�

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波長を変換する①

線形効果 非線形効果

音さわる

レ(freq. = f)

強く叩く！

レ

(f)

レ

(2f)

生体組織

CW光

ωω 超短

パルス光

SHG光ω

ω

2ωωω

ω

ω

2ω

光生体組織

〜短波長変換（第2高調波発生光：SHG光）〜

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・光スイッチ素子

・非線形光学結晶

フェムト秒パルス光

波長800n m、パルス幅60fs

遠赤外超短パルス光（THzパルス光）

波長300µ m、パルス幅0. 3ps

ミリ波

マイクロ波

サブミリ波

10GHz

100GHz

1THz

10THz

100THz

1PHz

10PHz

100PHz

1GHz

紫外線

X線

可視光

赤外光

電波

光波

周波数

3cm

3mm

300µm

30µm

3µm

300nm

30nm

3nm

30cm

波長

波長を変換する②〜長波長変換　（テラヘルツ波）〜

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安井研究室のフェムト秒レーザー①〜フェムト秒チタン・サファイア再生増幅器〜

（中心波長800nm,  ﾊﾟﾙｽ幅150fs,  繰返周波数1kHz,  平均出力1W）

極めて高いピークパワー THzカラーCT

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安井研究室のフェムト秒レーザー②〜モード同期クロム・フォルステライトレーザー〜

（中心波長1250nm,  ﾊﾟﾙｽ幅90fs,  繰り返し周波数73MHz,  平均ﾊﾟﾜｰ200mW）

良好な生体透過性 生体コラーゲン顕微鏡

従来の視野領域�(600∝m*600∝m)�

ヒト頬皮膚�

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安井研究室のフェムト秒レーザー③〜モード同期エルビウム添加ファイバーレーザー（手作り）〜

（中心波長1550nm,  ﾊﾟﾙｽ幅40fs,  繰り返し周波数56MHz,  平均ﾊﾟﾜｰ100mW）

小型・安定・廉価 車載用THzレーダー

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安井研究室のフェムト秒レーザー④〜モード同期エルビウム添加ファイバーレーザー〜

（中心波長1550nm,  ﾊﾟﾙｽ幅100fs,  繰り返し周波数100MHz,  平均ﾊﾟﾜｰ200mW）

小型・安定 THz周波数標準