| Project/Area Number |
23K22430
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| Project/Area Number (Other) |
22H01159 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 はるか 青山学院大学, 理工学部, 教授 (80260199)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
Fiscal Year 2025: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 超蛍光 / 冷却原子 / 非線形光学 / 量子多体系 / 光アンプ / 四光波混合 / 磁気光学トラップ |
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| Outline of Research at the Start |
超蛍光とは励起状態に分布した放射体の集合が、自然放出過程を介して自発的に量子もつれ状態を形成し、高強度なパルスを放射する現象である。約半世紀に渡り超蛍光は二準位系の現象として認知されてきたが、近年、多準位系では非線形光学現象を誘発する事が明らかになった。そこで本研究では、冷却原子を用いる事でマイクロ秒以下のゆっくりと時間変化し、かつフォトンフラックスが十分に小さい非線形光学現象を実現させ、その量子光学的性質を解明する。これによって新奇輻射現象の実現とその応用を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、超蛍光と呼ばれる量子多体系の発光現象に関して、冷却原子を用いた実験によって、その量子光学特性を解明する事である。一方で、加熱したガラスセル中の原子を用いた実験では、超蛍光の古典的側面を中心にして新奇現象を開拓可能である。そこで、本研究では、加熱原子を用いた実験によって超蛍光の新奇現象を開拓し、それを冷却原子を用いた実験で実装するという方針で研究を遂行している。
本研究期間においては、特に加熱原子を用いた実験によって、新奇現象を開拓する事に成功した。具体的には、フェムト秒レーザーを用いてルビジウム原子を5S->6Pへと励起させ、6S->5Pの遷移に伴って放射される超蛍光を観測した。この実験の特色は、6S->5Pの遷移に共鳴する微弱なレーザー光を同時に照射し、先の超蛍光によってシード光の瞬間強度を増強させる事である。すなわち、超蛍光を光アンプとして開発する事を意図した実験である。シードされた超蛍光と参照光との干渉測定を実施した結果、シード光の瞬間強度が超蛍光によってコヒーレントに７桁増強している事が実証された。この実験結果によって、超蛍光が有する特筆すべき光アンプ特性が立証された。超蛍光は、量子多体系の発光現象である。この点を踏まえると、超蛍光は他の光アンプでは実現できない性能を実装できると期待される。この点に関しては、冷却原子を用いて超蛍光の量子光学特性を解明する事によって、今後明らかにする事ができると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では冷却原子を用いた実験と加熱原子を用いた実験を実施している。前者に関しては、冷却原子装置を開発中である。一方、後者に関しては、既に多くの実験環境が確立されており、新しい実験を比較的容易に展開する事が可能である。本研究期間では、加熱原子を用いた実験で、超蛍光の光アンプ特性に関して非常に新しい研究成果を得る事ができた。これは当初の予想を超えた成果であり、この知見を基に冷却原子を用いた実験では、斬新かつインパクトの高い研究を展開する事が可能である。このような理由から、加熱原子を用いた実験によって超蛍光の光アンプ特性を解明する事を重点的に実施した。そのため、冷却原子装置の開発スケジュールに遅れが出ている。以上、加熱原子を用いた実験によって予想を上回る成果が得られている点と、冷却原子装置の開発に遅れが生じている点を総合的に判断して、このような評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
加熱原子を用いた実験では、超蛍光の光アンプ特性に関して十分な知見を得る事ができた。加熱原子を用いた実験では、今後新しい実験をいくつか実施する事を予定している。これらの知見を踏まえて、研究構想を改善、軌道修正しつつ研究を展開する。このような実験を実装するために最適な冷却原子装置を開発し、実験へと展開する事を予定している。
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