Development of a nonlinear spectroscopy using a spatial profile of yoked superfluorescence

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K04984
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: Kitano Kenta 青山学院大学, 理工学部, 助教 (90586900)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 超蛍光 / 量子多体系 / 非線形光学

Outline of Final Research Achievements

Superfluorescence (SF) is a coherent pulse emitted from an atomic ensemble which is initially populated on its excited state. It is known that SF can induce a variety of nonlinear optical processes, which we call as SF nonlinear optical processes (SFNOPs). In this research, we have investigated the two types of SFNOPs. One is two-photon absorption followed by two-photon emission, the other is one-photon absorption followed by three-photon emission. For the former case, we clarified spatiotemporal profiles of the yoked SF, which originates in the transition to the ground state. For the latter case, we succeeded in controlling the SFNOPs by using an external laser field. In addition, we observed the polarization correlation in the two fields emitted in the SFNOPs.

Free Research Field

超高速分光

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

量子多体系には今だ発見されていない新奇な制御状態が数多くあると考えられる。それらを発見する事は量子多体現象を用いた量子デバイス開発の基盤となるため重要な社会的意義を有する。本研究対象である非線形超蛍光現象は量子多体系による輻射現象である。一連の過程は、レーザー光源によって原子集団に与えられたコヒーレンスと超蛍光によって自発的に形成されるエンタングルメントとが競合する事によって実現される非線形光学過程であると理解されている。一方で未だ正確な理論が開発されておらず、現時点では未踏の研究領域である。本研究ではガスセルを用いた各種の実験によって、非線形超蛍光現象の新奇な性質を発見する事に成功した。