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本研究の目的は、まだ研究が殆どなされていない非古典光、特に光子数がスクイーズされた光と原子との非線形相互作用を理論、実験の双方から総合的に研究し、その結果現われる非線形現象を利用して、従来の高分解能レーザー分光と原理を異にし、より有用な高分解能を高感度レーザー分光法を確立することである。本年度の研究では、まず周波数ゆらぎが比較的大きい半導体レーザー光を原子に与え、その透過光を観測したときに観測される大きな振幅雑音の周波数解析し、広いレーザースペクトルが覆っているエネルギー状態の詳細な情報が極めて高分解能、高精度で、また高感度で同時に得られることを確かめた。次に、振幅が一定で周波数(位相)がランダムに変化する振幅スクイーズ光と多準位原子との非線形相互作用の理論的な研究を電子計算機を用いて行い、このようなレーザー光が基底状態や励起状態のゼーマン準位問にコヒーレンスを生成し、それが透過光強度の変化として現われること、そのスペクトルがドップラーフリーであることを明らかにすることができた。更に、他の半導体レーザー光で原子の速度分布に鋭いくぼみを作り、それをプローブ光の振幅変化として観測する実験を行なった。その結果、我々の理論からも予想されるように、レーザー光の中心周波数を掃引、変調を行なわなくても、雑音スペクトルにドップラー効果の影響を受けないホールバーニングを観測することに成功した。以上の分光法では透過光強度を検出することで行なうが、この方法で得られるスペクトルは広い背景スペクトルに重畳して現われる。そこでこの背景スペクトルを消去するために、偏光の変化として現われる信号を検出し、分光感度を大幅に向上させることができた。更に、特定の雑音スペクトルのみを検出することで、混合気体の任意の原子の吸収スペクトルのみを選択的に観測する有力な分光法の開発を行い成功した。
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