理化学研究所（理研），東京理科大学，中国 華中科技大学，ドイツ電子シンクロトロン研究所の研究グループは，高強度かつ任意の光電場を作り出せる「光シンセサイザー」の開発に成功した（ニュースリリース）。

高強度光科学は，極めて強い光の場と物質の相互作用を取り扱う研究分野であり，これまでさまざまな応用分野を切り拓いてきた。中でも代表的なのが，「高次高調波発生」と呼ばれる波長変換法を用いた「アト秒レーザー」の開発。

アト秒レーザーでは，アト秒という極めて短い時間に「一瞬だけ光る」レーザー光をカメラのストロボのように使うことで，究極的には「原子内で動き回る電子の動き」をも観測できるようになるため，多くの研究者がアト秒レーザーの時間幅を縮めることにしのぎを削ってきた。

その一方で，アト秒レーザー光は，電場の振動回数が2～3回しかない特殊な「励起レーザー」を用いて発生させる必要があるが，高出力かつ電場振動が数回振動の励起レーザーを開発することは技術的に容易ではなく，非線形光学現象など強い光の場を扱う研究にアト秒レーザーを利用することが難しいという問題があった。

今回，研究グループは，波長の異なる3色のフェムト秒レーザーパルス（ポンプ光800nm，シグナル光1350nm，アイドラー光2050nm）を時空間で精密に制御・合成することで，アト秒レーザーを極めて強く発生できる光シンセサイザーを開発した。光シンセサイザーは，波長の異なる多色の光パルスを独立に増幅し，それを時空間で精密に制御・合成するレーザー技術。

この光シンセサイザーは，2.6TWのピーク出力を持ち，近赤外域において1オクターブを超える波長帯域（800～2020nm）をカバーできる。さらに，光シンセサイザーの電場形状を精密に制御し，励起レーザーとして用いることで，光子エネルギー65eVにおいてピーク出力が1GWを超えるアト秒レーザーを，光シンセサイザーによって励起電場形状を安定化させることで，強度変動を4%低減することにも成功している。

光シンセサイザーにより特殊な励起レーザー電場形状を作り出しアト秒レーザー発生を行なうと，これまでのような正弦的な励起レーザー電場を使用する場合より，アト秒レーザーの波長を3倍短波長化できることが計算機シミュレーションにより示されているという｡

つまり今回の成果により，極端紫外域で制限されてきたアト秒レーザーを軟X線域においても極めて強いピーク出力で安定に発生することが可能となり，GWを超えるピーク出力を持つ軟X線アト秒レーザーの開発につながるとしている。