| 研究概要 |
中心対称性を持つ気体原子系では、強力なレ-ザ-光により種々の非線形過程が引き起こされるが、二倍高調波など偶数次の高調波発生は禁制である。しかし実験的には二倍高調波は観測されることが多い。本研究では、その機構を解明するため水素原子系の主量子数n=2ー1の遷移において実験および理論的解析を行なった。水素原子を試行原子に選ぶことにより、電気四重極遷移などの高次の効果の影響は無視でき、機構を解明する際の不要な因子を除去することができ、理論との定量的比較が可能となる。
本研究において、二倍高調波発生の機構として、強力なレ-ザ-光により引き起こされる光イオン化に伴い生ずる電場(Charge Separation Field,CSF)により実効的に対称性が崩れることによるものであることを示すことができた。また外部から静電場をかけ、実効的なCSFを校正しCSFを直接測定することができた。また、光イオン化の際の電子、陽子の運動を電磁気学的に計算し発生するCSFを理論的に見積った。理論と実験の一致は十分良く、気体原子における二次の非線形過程についての問題を定量的に解決できた。水素原子を試行原子に選ぶことはもとより、CSFを実験的に求め定量的に機構を評価したのは本研究が最初の例である。
また研究途上、極めて重要な事実が発見された。それは、DC電場下では二倍高調波発生を記述する非線形感受率は発生した光の伝播を記述する線形感受率とは全く異なる振る舞いを示し、双方に異なる量子干渉効果が生ずることである。この特徴は従来の非線形波長変換の困難を取り除きえる可能性を示すものである。また物理的には最近注目されている反転分布を持たないレ-ザ-作用と同一のものである。この発見も本研究の成果として特筆されるべきものである。
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