2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a nonlinear spectroscopy using a spatial profile of yoked superfluorescence
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18K04984
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
北野 健太 青山学院大学, 理工学部, 助教 (90586900)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超蛍光 / 量子多体系 / 四光波混合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、超蛍光によって誘起される非線形光学現象（以下、非線形超蛍光現象）が数多く報告されている。ヨーク超蛍光とは超蛍光と同時に放出される基底状態への遷移に伴う発光現象の事である。本研究の目的は、ヨーク超蛍光に代表される非線形超蛍光現象に関する理解を深め、その現象を用いた新規非線形分光法を開発する事である。前年度までに、ルビジウム(Rb)原子のヨーク超蛍光に伴って放出される青色光を測定し、ビーム中心における励起光の強度が二光子ラビ振動の変曲点を超えると、空間強度プロファイルがリング状に、さらに波面プロファイルが歪む事を報告した。また、セシウム(Cs)原子を用いた非線形超蛍光現象を観測した。具体的には、一光子励起後の三光子脱励起過程に伴って放射される超蛍光、カスケード超蛍光、ヨーク超蛍光を全て観測し、さらに一連の高速な脱励起課程をナノ秒レーザーを用いてコヒーレントに制御し、新たなコヒーレント光（フォース超蛍光）を観測する事に成功した。今年度の展開として、セシウム原子を用いた非線形超蛍光現象の偏光状態に関する測定を実施した。カスケード超蛍光とヨーク超蛍光の偏光方向を複数ショット平均して測定した場合に、両者ともに無偏光である事が分かっていた。しかし、電子軌道の対称性に着目すると、カスケード超蛍光とヨーク超蛍光の偏光方向には強い相関がある事が期待された。そこで、シングルショットで両者の偏光方向を測定し以下の内容を明らかにした。両者の偏光方向は各々のショットでは揃っており、ショット毎にランダムに揺らぐ事。そして各ショットの偏光成分はほぼ単一である事である。特に後者の内容は、ガスセルというマクロスコピックなゲイン媒質から放射される超蛍光が純度の高いコヒーレンスを有する事を実証している。
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