超高速周波数変調レーザーを用いた高密度単色原子線の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450002
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 俊一 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教授 (30162431)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柴田 浩幸 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (50250824) ; 中村 孝一郎 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (40302236) ; 伊藤 弘昌 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (20006274)
• Keywords: レーザー / 原子線 / 周波数変調

Research Abstract

原子線を発生させるためには、一般的に熱的に生成された気体の一部をごく小さな開口から取り出す方法が用いられている。しかしながら、この方法で得られる原子は熱的に分布しているため、速度分布は広がってしまうという難点があり、原子ビームを物質表面のプローブやエネルギー粒子源などの機能性ビームとして利用する場合、この性質が問題となる。本研究では、レーザー光による原子運動制御技術に注目し、超高速で周波数変調されたレーザーによる単色原子ビームの実現を目的としている。
通常のレーザー光源のスペクトルは、その基本的性質上モードと呼ばれる多数の狭スペクトルから成っており、レーザー光による原子運動制御に要求されるようなブロードなスペクトルとはなっていない。そのため、本研究ではまず、原子の自然寿命の逆数よりもはるかに高速で発振周波数が変化する超高速周波数変調レーザーの試作を行い、本年度はその基本的特性を明らかにした。
波長可変性、出力、スペクトル幅、規模などの要件を考慮して、本研究では半導体レーザーを用いた周波数シフト帰還型の外部鏡レーザーを試作した。その結果、数100GHzの広いスペクトル幅で数100PHz/sもの周波数変化を持つレーザー光を得ることができた。また、この発振スペクトル幅は適当な外部鏡を用いることによって制御することができ、1GHz程度まで狭くできることも確認された。さらにその発振波長も30nm以上の広い範囲で可変であった。以上のようなレーザー光の特性はは、単色原子ビームの実現に十分であると判断された。次年度ではこの成果に基づき、単色原子ビームの実現を目指す予定である。

Research Products

• [Publications] 深谷 勇次: "周波数変調半導体レーザーを用いたセシウム原子の運動制御"日本金属学会誌. 65巻6号. 534-538 (2001)
• [Publications] C.Luculescu: "Deposition of BN films onto Si substrate by PLD with nano-second and femto-second pulses in nitrogen gas background"Applied Surface Science. (to be published). (2002)
• [Publications] Shunichi Sato: "Purification process and characterization of ultra high purity metals"Springer. 411 (2001)