冷却原子とボーズ・アインシュタイン凝縮体における量子干渉効果の研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13440125
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 光永 正治 熊本大学, 理学部, 教授 (90332882)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山下 眞 NTT物性科学基礎研究所, 研究主任 ; 藤井 淳浩 熊本大学, 衝撃・極限環境研究センター, 教授 (30034375)
• Keywords: レーザー冷却 / 量子干渉効果 / 電磁誘導透過 / 電磁誘導格子 / 2光子共鳴 / 光情報記録 / 温度診断 / ボーズアインシュタイン凝縮

Research Abstract

中性ナトリウム原子を用いたレーザー冷却の系は、今や定常的に動作しており、原子数約5×10^9個、ドップラー限界を超える程度の、温度約200マイクロ度の冷却原子が日常的に作られている。dark MOTの配置により、殆どの原子は基底状態F=1状態に準備される。このような均一に拡がった高密度中性原子群は、格好の非線形分光、特に量子干渉効果の研究の試料と成り得る。
我々は、このように準備された冷却原子において、数10マイクロ秒の間、トラップ光、リポンプ光、減速光をカットし、その間にカプリング光、プローブ光を照射することで、ナトリウム原子のA型3準位系を用いた量子干渉効果の実験を行っている。まず、プローブ光の透過スペクトルをとることで、電磁誘導透過(Electromagnetically Induced Transparency : EIT)の現象を観測できた。プローブ光とカプリング光を同方向から照射するか、あるいは逆方向から照射するかでEIT線幅はドップラー拡がり程度の違いがあるはずで、それにより冷却原子の温度診断ができるはずである。逆方向からのEIT信号は、確かに拡がって見えているが、まだ定量的な温度の計測には至っていない。
また、2つのカプリング光ビームに角度をつけて入射させることで、原子雲の中に回折格子を形成させ、それによりプローブ光を回折させる電磁誘導格子(Electromagnetically Induced Grating : EIG)の観測も行った。この場合、吸収スペクトルの影響を受けずにS/Nの良い観測ができることから、幅500kHz程度の鋭いEIG信号を2光子共鳴の位置に見出すことができた。これらの解析は、今後逐次発表していく予定である。また、これらの観測は、量子干渉効果による光情報記録にも応用でき、その可能性を今後追求していく。

Research Products

• [Publications] K.Motomura, M.Mitsunaga: "High-resolution spectrocopy of hyperfine Zeeman components of the sodium D1 line by coherent population trapping"J. Opt. Soc. Am.. B19. 2456-2460 (2002)
• [Publications] M.Yamashita, M.Koashi, T.Mukai, M.Mitsunaga, N.Imoto: "Optimization of evaporative cooling towards a large number of Bose-Einstein condensed atoms"Phys. Rev.. A67. 023601 (2003)
• [Publications] T.Hong, M.W.Jack, M.Yamashita, T.Mukai: "Enhanced Kerr nonlinearity for self-action via atomic coherence in a four-level system"Opt. Lett.. 214. 371-373 (2002)