原子の誘電体表面相互作用のエヴァネセント波による分光的研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05640452
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 桜井 彪 山梨大学, 工学部, 教授 (00092841)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 行夫 山梨大学, 工学部, 助手 (80020494) ; 堀 裕和 山梨大学, 工学部, 助教授 (10165574)
• Keywords: エヴァネセント光 / 表面近傍Cs原子 / 光子波数ベクトル

Research Abstract

Cs原子を封入した高真空プリズム付きセルを製作し、実験によりエヴァネセント光の特性を調べ、表面近傍ではCs原子の発光もエヴァネセントモードになることを確認した。以下研究成果をまとめると
1)周波数安定化半導体レーザーを用いて表面近傍のCs原子をクロスビーム法で分光し、ドップラーフリー信号に近い信号を得た。この結果より、エヴァネセント光の波数ベクトルの表面に垂直成分k_zは虚数であり、その侵入深さが波長以下であることを確認した。
2)半導体レーザーのエヴァネセント光を用いて表面近傍のCs原子の吸収実験を行い、Cs原子の熱運動によるドップラー幅が入射角とともに増加することを始めて確認した。これはエヴァネセント光の波数ベクトルの表面に平行成分k_xが入射光の波数ベクトルk_0より大きいことを示している。いいかえればCs原子が受け取るエヴァネセント光の光子の運動量はhk_0より大きくなるという興味ある現象を実証している。
3)光が誘電体から入射し、真空との境界面で全反射するときの臨界角をθ_cとする。もし表面近傍のCs原子が孤立していれば、そのCs原子の発光は必ずθ<θ_cのみに観測されるはずである。逆にCs原子の発光した光子が表面分極と相互作用し、エヴァネセントモードにあればθ>θ_cでも発光が観測されることになる。我々は実験的にCs原子の発光をθ>θ_cで始めて確認し、Cs原子の発光がエヴァネセントモードにあることを示した。しかも、スペクトルの拡がりや周波数シフトと思われる信号も観測した。
以上の結果はエヴァネセント光の性質を明らかにするとともに表面近傍原子と表面分極との相互作用が実験的に測定できたことを示している。

Research Products

• [Publications] T.Matsudo,H.Iwata,Y.Inoue,H.Hori & T.Sakurai: "Penetration Depth and Momentum of an Evanescent Electromagnetic Field Measured by Resonance Absorption of the Cs-D_2 line" International Symposium on Atomic Frequency Standards and Coherent Quantum Electronics. (1993)
• [Publications] 松土龍夫,山口正仁,井上行夫,堀裕和,桜井彪: "エヴァネセント光により励起されたCs原子の発光特性" 日本物理学会第49回年会. (1994)
• [Publications] 井上哲也,堀裕和,桜井彪: "表面と結合した電磁場と原子の相互作用" 日本物理学会第49回年会. (1994)