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レーザークーリングによれば、光の吸収放出過程に伴なって原子ビームの運動量を減少させることにより、ほぼ速度ゼロの原子集団を高密度で得ることができると期待されている。本方法は原子ビームを光の力学的な作用によって運動を制御しているという観点からすると、特定の光波長に共鳴する原子集団を空間的に制御できることを意味しており、新しい不純物分離法の基礎として極めて興味深い現象である。
本研究は、この原子制御法に注目し、新しい素材精製法のひとつとして、レーザークーリングに基づく不純物分離方法の原理的検証を行うものである。具体的には半導体レーザーをべースとした高性能光源の開発と実際のレーザークーリングヘの適用、さらに原子速度分布の制御を行うものである。本研究においては、まず研究に必要なレーザー光源として半導体レーザーと外部回折格子あるいは外部制御光による注入同期法を採用してレーザー光源の開発を行った。同時に冷却サイクルから漏れ出た原子を再びサイクルに戻すための光源も準備した。レーザー波長を適切に制御することによって、運動制御された原子ビームの速度分布の測定を行い、掃引周波数およびその周波数幅に応じた原子のクーリングが生じていることが観測された。また、レーザー周波数の掃引速度およびクーリング距離と冷却温度との関係を議論した。さらに回折光による原子回折に関して議論し、不純物除去の原理と応用、将来展望について検討した。
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