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液体微粒子は霧・インクジェット・車のガソリン噴射などで身近に見られる物体である。本研究では、大きさが波長の10倍程度(約10μm)の液滴を微小光共振器とみなしてその基本特性を研究した。
帯電した微小液滴の生成にはElectro-Spray法を使い、それをイオントラップ中に1個だけ孤立させた状態で捕捉した。イオントラップは交流電場を使ってイオンを捕捉するタイプのもので、電場の条件を最適化することによって液滴を空間に静止させることができた。
液滴には微量の色素分子をドープしておき、液滴にポンプ光を照射したときの発光を分光器と顕微鏡で調べた。このような液滴の形状はきわめて真球に近く、特定のモードの光が非常に高い効率で閉じ込められ、共振器のQ値は極めて高い。そのためレーザー発振のしきい値も非常に低くなることがわかった。
レーザー発振の特性を調べるために、1)ポンプ光強度依存性、2)偏光依存性、3)色素濃度依存性の測定を行った。
ポンプ光強度が弱いときは液滴全体が蛍光を発するが、ポンプ光強度を上げていくとレーザー作用を起こして表面付近からの発光が強くなり、そのスペクトルがシャープな線構造をとるようになる。これらのレーザー線の周波数はMie理論の共鳴位置と-致することがわかった。
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