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光学・フォトニクス：分散を操作したマルチパス光パラメトリック増幅
Nature 647, 8088 doi: 10.1038/s41586-025-09665-w
100 fs未満の極短レーザーパルスの増幅は、増幅帯域幅、効率、利得のトレードオフに起因して根本的な課題をもたらす。従来の方法は、前処理や後処理の段階を伴う複雑な光学装置設定に依存している。光パラメトリック増幅では、帯域幅を犠牲にして、非線形媒質の長さともに増大する高い光学利得が得られるが、極めて短く本質的に広帯域である超短パルスの増幅には、広い利得–帯域幅や高いシングルパス利得と同時に強い非線形相互作用も必要となるため、有効性には限界がある。今回我々は、分散を操作した誘電体ミラーを活用してレーザーを非線形利得結晶内に繰り返し集光させる、新たなマルチパス光パラメトリック増幅系を提示する。このコーティングは、マルチパスの各段階の後の群遅延を同時に補償し、アイドラー波を抑制して、ひいては逆変換を抑制した。この手法は、空間的なビーム品質を完全に保持しながらシングルパス増幅と比較して1500倍の高い利得、最高81％の光子変換効率（系の変換効率52％）、増幅されたパルスのフーリエ限界に近い時間–帯域幅積を達成した。我々の概念は、利得対帯域幅の障壁を打破して、41 dBの利得で12 THzを実現した。この概念は、特定の利得材料を必要としないので、汎用性が高く、量子技術、アト秒物理学、材料加工、超広帯域の低コストな生体画像化システムなどの超高速レーザーシステムに広く適用可能である。今回の概念からは、1桁の立方センチメートル範囲のデバイスサイズが見込まれる。
