固体水素中のオルソ水素核スピンコヒーレンスの量子制御

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15340131
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子・分子・量子エレクトロニクス・プラズマ
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 白田 耕蔵 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (80164771)
• 研究分担者: 鈴木 勝 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (20196869) ; 桂川 眞幸 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (10251711)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: 固体水素 / 核スピン / 量子コヒーレンス / 近接場 / ナノ光ファイバー

研究概要

オルソ水素の核スピン量子コヒーレンス制御の基本を確立すべく研究を実施した。また、光導入法として提案した極細光ファイバー(ナノファイバー)の近接場を用いる原子・光系のコヒーレント相互作用について物理的な基盤を確立することを目指して実験・理論の両面で研究を行った。
オルソ水素計測用高安定レーザー(波長2.4μ)を2重共鳴OPO方式により完成させ、オルソ水素の振動遷移を系統的に計測した。そのスペクトル線幅は半値半幅で1.6MHzと常識破りのシャープなものであることを示した。非線形分光技術も何も用いずにただの吸収測定としては記録的な値である。オルソ水素の濃度は40ppmと極めて少ないが、線幅が細いため、1cmの厚さの結晶による吸収のピークは60%にも達する。更に、良質の結晶については振動回転スペクトルが3本に分裂することを見出した。分裂の間隔は10MHz程度である。この分裂はオルソ水素の磁気量子数が結晶場により分裂した効果によるものである。これらの観測結果は、オルソ水素の振動回転遷移が強結合を用いた光学応答の操作の研究に最適であることを示すものである。分裂遷移を用いて磁場無しでの新しいタイプの強結合共鳴ラマン3準位系としても有望である。
固体水素中に強いレーザー場を実現するためのナノファイバー技術及びその物理の研究は大きく進展した。現在では、直径1μmから400nmの光ファイバーを透過率80%以上でルーチン的に作製できる。ナノファイバー近傍では光のモードは伝播モードに集中するため、光と原子・分子の双方がサブミクロン領域に閉じ込められるため、自由空間の光学過程とは異なる新しい光学過程が実現できる。実験的にもナノファイバー近傍の光応答を測定し、自由空間とは大きく異なる特性の観測に2006年2月に成功した。この観測はナノファイバーに関わる研究を固体水素から、更により普遍的な量子光学の研究に展開する重要な契機となりえる。

研究成果

• [雑誌論文] Scattering of an evanescent probe light field on a single cesium atom near a nanofiber (2006)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, V.I.Balykin, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A 73 ページ: 013819-1-013819-11
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Scattering of an evanescent probe light field on a single cesium atom near a nanofiber (2006)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, V.I.Balykin, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A Vol.73 ページ: 013819
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Nanofiber-mediated radiative transfer between teo distant atoms (2005)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, S.Dutta Gupta, K.P.Nayak, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A 72 ページ: 063815-1-063815-11
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Spontaneous emission of cesium atom near a subwavelength-diameter fiber (2005)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, S.Dutta Gupta, V.I.Balykin, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A 72 ページ: 032509-1-032509-7
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Manipulating Light with Quantum Coherence in Solid Hydrogen (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Hakuta
  • 雑誌名: Advances in Phtonics and Applications IWPA2004 ページ: 36-42
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] State insensitive trapping and guiding of Cesium atoms using a two-color evanescent field around a sub-wavelength diameter fiber (2005)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, V.I.Balykin, K.Hakuta
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 74 ページ: 910-917
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Nanofiber-mediated radiative transfer between two distant atoms (2005)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, S.Dutta Guta, K.P.Nayak, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A Vol.72 ページ: 063815
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Spontaneous emission of cesium atom near a subwavelength-diameter fiber (2005)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, S.Dutta Gupta, V.I.Balykin, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A Vol.72 ページ: 032509
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] State insensitive trapping and guiding of Cesium atoms using a two-color evanescent field around a sub-wavelength diameter fiber (2005)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, V.I.Balykin, K.Hakuta
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.74 ページ: 910-917
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Manipulating Light with Quantum Coherence in Solid Hydrogen (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Hakuta
  • 雑誌名: Proceedings of the International Workshop on Photonica and Applications, Hanoi, Vietnam, published in March ページ: 36-42
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Pbservation of multiorder coherent Raman sidebands in solid hydrogen film (2004)
  • 著者名/発表者名: Geon Joon Lee, K.Hara, M.Katsuragawa, K.Hakuta
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 45 ページ: 75-79
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Atom trap and waveguide using a two-color evanescent light field around a subwavelength-diameter optical fiber (2004)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, V.I.Balykin, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A 70 ページ: 063403
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Field intensity distribution and polarization orientration in a vacuum-clad subwavelength-diameter optical fiber (2004)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, J.Q.Liang, K.Hakuta, V.I.Balykin
  • 雑誌名: Optics Communications 242 ページ: 445-455
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Atom trapping and guiding with a subwavelength-diameter optical fiber (2004)
  • 著者名/発表者名: V.I.Balykin, K.Hakuta, Fam Le Kien, J.Q.Liang, M.Morinaga
  • 雑誌名: Physical Review A 70 ページ: 011401(R)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 電気通信大学の21世紀COEプログラム「コヒーレント光科学の展開」 (2004)
  • 著者名/発表者名: 白田耕蔵
  • 雑誌名: 電気通信大学紀要 16 ページ: 95-98
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Resonantly enhanced four-wave mixing in a modified double-A scheme : Effect of the decay of the upper level (2004)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A 69 ページ: 043811
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Manipulating the retrieval of the stored light pulses (2004)
  • 著者名/発表者名: A.K.Patnaik, Fam Le Kien, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A 69 ページ: 035803
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Nonlinear frequency conversion by Raman coherence prepared in solid hydrogen film (2004)
  • 著者名/発表者名: Geon Joon Lee, K.Hara, M.Katsuragawa, K.Hakuta
  • 雑誌名: Journal of Nonlinear Optical Physics & Materials Vol.13(3-4) ページ: 433-437
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Atom trap and waveguide using a two-color evanescent light field around a subwavelength-diameter optical fiber (2004)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, V.I.Balykin, K.Hakuta
  • 雑誌名: Phys.Rev.A, LANL Archives, quant-ph/047107 Vol.70 ページ: 063403
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Field intensity distribution and polarization orientation in a vacuum-clad subwavelength-diameter optical fiber (2004)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, J.Q.Liang, K.Hakuta, V.I.Balykin
  • 雑誌名: Optics Communications Vol.242,Issues4-6,8Pages ページ: 445-455
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Observation of multiorder coherent Raman sidebands in solid hydrogen film (2004)
  • 著者名/発表者名: Geon Joon Lee, K.Hara, M.Katsuragawa, K.Hakuta
  • 雑誌名: Journal of the Korean Physical Society vol.45,no.1 ページ: 75-79
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Atom trapping and guiding with a subwavelength-diameter optical fiber (2004)
  • 著者名/発表者名: V.I.Balykin, K.Hakuta, Fam Le Kien, J.Q.Liang, M.Morinaga
  • 雑誌名: Physical Review A Vol.70 ページ: 011401(R)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Resonantly enhanced four-wave mixing in a modified double-Λ scheme : Effect of the decay of the upper level (2004)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A Vol.69 ページ: 043811
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Manipulating the retrieval of the stored light pulses (2004)
  • 著者名/発表者名: A.K.Patnaik, Fam Le Kien, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A Vol.69 ページ: 035803
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Stimulated Raman scattering in vapor-deposited hydrogen film (2003)
  • 著者名/発表者名: G.J.Lee, K.HARA, M.Katsuragawa, K.Hakuta
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 42 ページ: 6450-3
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Multiorder coherent Raman scattering of a quantum probe field (2003)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, A.K.Patnaik, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A 68 ページ: 063803
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Engineering the dispersion of a fiber mode via molecular coherence (2003)
  • 著者名/発表者名: A.K.Patnaik, J.Q.Liang, K.Hakuta
  • 雑誌名: Journal of Modern Optics 50 ページ: 2595-2604
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Parametric beating of a quantum probe field with a prepared Raman coherence (2003)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A 67 ページ: 033808
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Temperature dependence of the Raman shift and width of solid paratydrogen : Effect of vibron-phonon scattering (2003)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, A.Koreeda, K.Kuroda, M.Suzuki, K.Hakuta
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 42 ページ: 3483-3489
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Stimulated Raman scattering in vapor-deposited solid hydrogen film (2003)
  • 著者名/発表者名: G.J.Lee, K.Hara, M.Katsuragawa, K.Hakuta
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics Vol.42 ページ: 6450-6453
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Multiorder coherent Raman scattering of a quantum probe field (2003)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, A.K.Patnaik, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Review A Vol.68 ページ: 063803
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Engineering the dispersion of a fiber mode via molecular coherence (2003)
  • 著者名/発表者名: A.K.Patnaik, J.Q.Liang, K.Hakuta
  • 雑誌名: Journal of Modern Optics Vol.50 ページ: 2595-2604
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Parametric beating of a quantum probe field with a prepared Raman coherence (2003)
  • 著者名/発表者名: Fam Le kien, K.Hakuta
  • 雑誌名: Physical Reiveiw A Vol.67 ページ: 033808
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] "量子干渉と量子コヒーレンス"、「光科学研究の最前線」 (2005)
  • 著者名/発表者名: 白田耕蔵
  • 総ページ数: 196-197
  • 出版者: 強光子場科学研究懇談会
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] "光の自然放出と誘導放出、そして光応答の操作と制御"、「アインシュタインと21世紀の物理学」(日本物理学会編) (2005)
  • 著者名/発表者名: 白田耕蔵
  • 総ページ数: 117-134
  • 出版者: 日本評論社
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より