近接場光を用いた原子の制御・操作法の開発と原子スケールでの加工技術への応用

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12131205
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 伊藤 治彦 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (10270703)
• Keywords: 光近接場 / 原子漏斗 / ファイバープローブ / 原子検出器 / ルビジウム

Research Abstract

本年度は(1)光近接場制御用冷却原子ビームの形成,(2)高感度・高空間分解原子検出器の設計・製作,および(3)原子操作用ファイバープローブの開発を行った。
(1)レーザー冷却したルビジウム原子群を、逆三角錐型中空プリズムの内表面に誘起した近接場光漏斗によって冷却原子ビームに変換する実験を進めた。磁気光学トラップおよび偏光勾配冷却によって10μK(飛行時間法によって計測)に冷却したルビジウム原子の反射を観測し、周波数離調の関数として反射原子数を計測した。その結果から、500mWのレーザー光で励起した近接場光漏斗(半径5mm,高さ4mm)の場合、最適周波数離調が800MHzであることを見いだした。
(2)原子偏向実験において入射方向から10μmだけ変位してくるルビジウム原子を確度1%で捉えるための原子検出器を設計・製作した。シリコン基板上に幅100nm,長さ100μmのスリット型プローブを形成し、2段階近接場光イオン化法および2段階近接場光共鳴励起法による検出可能性を検討した。プリズムを用いた検出実験からスリット型プローブによるルビジウム原子の検出効率を約7%と見積もった。また、近接場光分布計測により100nmの空間分解能を持つことを確かめた。
(3)開口径40nmで高スループットの3段テーパー型ファイバープローブを製作し、近接場光強度分布をプローブ対プローブ法で計測した。その結果から、ルビジウム原子のトラップポテンシャルが温度換算で約500μKの深さを持ち、量子振動準位にトラップ可能であることを見積もった。

Research Products

• [Publications] 高見澤昭文,伊藤治彦,大津元一: "High Efficiency Excitation of Cylindrical Optical Near Fields for Atom Guidance"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・12A. 6737-6742 (2000)
• [Publications] K.Kobayashi,S.Sungu,H.Ito,M.Ohtsu: "Near-field optical potential for a neutral atom"Physical Review A. 63・1. 013806-1-013806-9 (2001)