ナノファイバー近接場による原子と光の操作と制御

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18340119
• 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: ファム レ キエン 電気通信大学, 電気通信学部, 准教授 (50377024) ; 森永 実 電気通信大学, レーザー新世代研究センター, 助教 (60230140)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: 量子エレクトロニクス / 量子光学

研究概要

光波長の約1/2の直径の極細光ファイバー(ナノ光ファイバー)により原子と光子を操作する方法について実験及び理論の両面から研究を行った。原子としてレーザー冷却したセシウム原子を用い、ナノ光ファイバーにより原子の自然放出は操作・制御できることを実証した。自然放出光は自由空間と大きく異なり、ファイバーの伝播モードへ効率良く放出される。また、単一から少数個の原子の量子光学的振舞いを光子相関計測により系統的に研究した。更に、原子表面相互作用の高精度計測にも道を拓いた。

研究成果

• [雑誌論文] Antibunching and bunching of photons in resonance fluorescence from a few atoms into guided modes of an optical nanofiber (2009)
  • 著者名/発表者名: K. P. Nayak, Fam Le Kien, M. Morinaga, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 79 ページ: 021801(R)
• [雑誌論文] Slowing down a guided light field along a nanofiber in a cold atomic gas (2009)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 79 ページ: 013818
• [雑誌論文] Effect of the orientation of a weak magnetic field on the radiative decay of a cesium atom near a nanofiber (2008)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 78 ページ: 063803
• [雑誌論文] Single atoms on an optical nanofibre (2008)
  • 著者名/発表者名: K. P. Nayak, K. Hakuta
  • 雑誌名: New J. Phys 10 ページ: 053003
• [雑誌論文] Position distribution of cold thermal atoms in the vicinity of a dielectric surface (2008)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 77 ページ: 042903
• [雑誌論文] Single atoms on an optical nanofiber : A novel work system for slow light (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 雑誌名: SPIE Proceedings 6904 ページ: 690406
• [雑誌論文] Correlations between photons emitted by multiatom fluorescence into a nanofiber (2008)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 77 ページ: 033826
• [雑誌論文] Cooperative enhancement of channeling of emission from atoms into a nanofiber (2008)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 77 ページ: 013801
• [雑誌論文] 原子の光応答操作の新しい展開 : 量子非線形光学 (2008)
  • 著者名/発表者名: 白田耕藏
  • 雑誌名: 応用物理(解説) 77 ページ: 123-128
• [雑誌論文] Phonon mediated decay of an atom in a surface induced potential (2007)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, S. Dutta Gupta, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 75 ページ: 062904
• [雑誌論文] Optical nanofiber as an efficient tool for manipulating and probing atomic fluorescence (2007)
  • 著者名/発表者名: K. P. Nayak, P. N. Melentiev, M. Morinaga, Fam Le Kien, V. I. Balykin, K. Hakuta
  • 雑誌名: Opt. Express 15 ページ: 5431-5438
• [雑誌論文] Optical excitation spectrum of an atom in a surface induced potential (2007)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, S. Dutta Gupta, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 75 ページ: 032508
• [雑誌論文] Spontaneous radiative decay of translational levels of an atom near a dielectric surface (2007)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 75 ページ: 013423
• [雑誌論文] Light induced force and torque on an atom outside a nanofiber (2006)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, V. I. Balykin, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 74 ページ: 033412
• [雑誌論文] Angular momentum of light in an optical nanofiber (2006)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, V. I. Balykin, K. Hakuta
  • 雑誌名: Phys. Rev. A 73 ページ: 053823
• [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: Phys. Rev. A 73 ページ: 013819
• [学会発表] Manipulating Atoms and Photons Using Optical Nanofibers (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: 39^<th> Winter Colloquium on the Physics of Quantum Electronics
  • 発表場所: (Snowbird, Utah, U.S.A.). Plenary
  • 年月日: 20090104-09
• [学会発表] Optical Nanofibers for Manipulating Atoms and Photons (2009)
  • 著者名/発表者名: K. P. Nayak, Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 学会等名: 39^<th> Winter Colloquium on the Physics of Quantum Electronics
  • 発表場所: Snowbird, Utah, U.S.A
  • 年月日: 20090104-09
• [学会発表] Slowing down a guided light field along a nanofiber in a cold atomic gas (2009)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 学会等名: 39^<th> Winter Colloquium on the Physics of Quantum Electronics
  • 発表場所: Snowbird, Utah, U.S.A
  • 年月日: 20090104-09
• [学会発表] ナノ光ファイバーによる原子と光子の操作 : 原子/表面相互作用の新しいプローブ (2009)
  • 著者名/発表者名: 白田耕藏、K.P. Nayak, Fam Le Kien
  • 学会等名: 物理学会春季大会
  • 発表場所: 東京(招待講演)
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] ナノ光ファイバー表面上の少数個の量子ドットの蛍光観測II (2009)
  • 著者名/発表者名: 鍛治一平, 上本真輔, K.P. Nayak, 奥野剛史, 白田耕藏
  • 学会等名: 物理学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] ナノ光ファイバー近接場中のセシウム原子のレーザー誘起蛍光スペクトルの観測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 白崎昭生, Das Manoj, K.P. Nayak, 白田耕藏
  • 学会等名: 物理学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] Investigation of near surface atoms using an optical nanofiber (2009)
  • 著者名/発表者名: K.P. Nayak,Fam Le Kien,K. Hakuta
  • 学会等名: 物理学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] Phonon mediated decay of an atom in a surface induced potential (2009)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, S. Dutta Gupta, K. Hakuta
  • 学会等名: 物理学会春季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] Manipulating Atoms and Photons Using Optical Nanofibers (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: International Conference on Cold Atoms
  • 発表場所: (Kolkata, India). Plenary
  • 年月日: 20081213-15
• [学会発表] Manipulating and Controlling Atoms and Photons Using Optical Nanofibers (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: International Workshop and Photonics and Applications
  • 発表場所: (Nha Trang, Vietnam).Plenary
  • 年月日: 20080910-13
• [学会発表] Efficient Probing Of Few Atom Fluorescence through the Guided Mode of an Optical Nanofiber (2008)
  • 著者名/発表者名: K.P. Nayak, P. N. Melentiev, M. Morinaga, Fam Le Kien, V.I. Balykin, and K. Hakuta
  • 学会等名: CLEO/Pacific Rim 2007
  • 発表場所: Seoul,Korea
  • 年月日: 20080826-31
• [学会発表] Manipulating and Controlling Atoms and Photons Using Optical Nanofibers (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: International Conference on Instrumentation, Control and Information Technology (SICE Annual Conference 2008)
  • 発表場所: (Chofu, Tokyo, Japan).(Special Invited Speech)
  • 年月日: 20080821-22
• [学会発表] Correlations between photons emitted by multiatom fluorescence into a nanofiber (2008)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 学会等名: 日本物理学会春季年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20080323-26
• [学会発表] Antibunching and bunching in a few atoms resonance fluorescence measured through a nanofiber (2008)
  • 著者名/発表者名: K.P. Nayak, Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 学会等名: 日本物理学会春季年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20080323-26
• [学会発表] Evanescent field absorption spectroscopy of a few atoms around an optical nanofiber - I (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Das, K.P. Nayak, Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 学会等名: 日本物理学会春季年会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 20080323-26
• [学会発表] Single Atoms on an Optical Nanofiber : A Novel Work System for Slowing and Freezing Light (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: SPIE Photonics West
  • 発表場所: San Jose, California, U.S.A
  • 年月日: 20080119-24
• [学会発表] Single Atoms on an Optical Nanofiber (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: 38th Winter Colloquium on Quantum Electronics
  • 発表場所: Snowbird, Utah, U.S.A
  • 年月日: 20080106-11
• [学会発表] Cavity enhanced nonlinear optics with sub wavelength diameter optical fiber (2008)
  • 著者名/発表者名: Manoj Das, K. P. Nayak, Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 学会等名: 電通大/農工大21世紀COEプログラム合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-12-13
• [学会発表] ナノ光ファイバー上の単一量子ドットの蛍光の観測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 鍛治一平、K.P. Nayak, 森永実、奥野剛史、白田耕藏
  • 学会等名: 電通大/農工大21世紀COEプログラム合同シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-12-13
• [学会発表] ナノ光ファイバー近接場領域の少数個の量子ドットの蛍光観測 (2008)
  • 著者名/発表者名: 鍛治一平, K.P. Nayak, 森永実, 奥野剛史, 白田耕藏
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] Antibunching and bunching in a few atoms resonance fluorescence measured through a nanofiber-II : Effect of excitation and observation geometries (2008)
  • 著者名/発表者名: K.P. Nayak, Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] Angular momentum of light in an optical nanofiber (2008)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien,V.I. Balykin,K. Hakuta
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2008-09-21
• [学会発表] Single atoms on an Optical Nanofiber (2007)
  • 著者名/発表者名: K.P. Nayak, Fam Le Kien, and K. Hakuta
  • 学会等名: International Symposium on Quantum Atom Optics
  • 発表場所: Wollongong, Australia
  • 年月日: 20071202-06
• [学会発表] ナノ光ファイバー上の1次元配列原子群による超放射制御(理論) (2007)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, K.P. Nayak, K. Hakuta
  • 学会等名: 日本物理学会秋季年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20070921-24
• [学会発表] Single Atoms on an Optical Nanofiber I : Photon Correlation Measurements (2007)
  • 著者名/発表者名: K.P. Nayak, K. Hakuta
  • 学会等名: 日本物理学会秋季年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20070921-24
• [学会発表] Optical Nanofibers for Manipulating Atoms and Photons (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: Slow and Fast Light
  • 発表場所: Salt Lake City, Utah, U.S.A
  • 年月日: 20070708-11
• [学会発表] Optical nanofiber for manipulating and probing single atom fluorescence (2007)
  • 著者名/発表者名: K.P. Nayak, P.N. Melentiev, M. Morinaga, Fam Le Kien, V.I. Balykin, and K. Hakuta
  • 学会等名: CLEO/Europe-IQEC 2007 IA2-2
  • 発表場所: Munich, Germany
  • 年月日: 20070617-22
• [学会発表] Efficient channeling of cesium fluorescence into guided modes of a nanofiber (2007)
  • 著者名/発表者名: Fam Le Kien, S. Dutta Gupta, V.I. Balykin, and K. Hakuta
  • 学会等名: LEO/Europe-IQEC 2007
  • 発表場所: Munich, Germany
  • 年月日: 20070617-22
• [学会発表] Optical Nanofibers for Manipulating and Probing Single Atom Fluoresence (2007)
  • 著者名/発表者名: Kali Nayak, Manoj Das, Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 学会等名: 日本物理学会春季年会
  • 発表場所: 鹿児島
  • 年月日: 20070318-20
• [学会発表] ナノ光ファイバによる冷却原子とシリカ表面の相互作用 (2007)
  • 著者名/発表者名: K.P. Nayak, M. Das, 白田耕藏
  • 学会等名: 日本物理学会春季年会
  • 発表場所: 鹿児島
  • 年月日: 20070318-20
• [学会発表] Optical Nanofibers for Manipulating Single Atoms and Single Photons (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: International Symposium on the Recent Progress in Optical Spectroscopy and Its Applications
  • 発表場所: Hong Kong
  • 年月日: 20070307-09
• [学会発表] Optical Nanofibers for Manipulating and Probing Single Atom Fluorescence (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: 37th Winter Colloquium on Quantum Electronics
  • 発表場所: Snowbird, Utah, U.S.A
  • 年月日: 20070102-06
• [学会発表] Manipulating Single Atoms and Single Photons Using Optical Nanofibers (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: MIT-Harvard CUA Seminar, MIT-Harvard Center for Ultra Cold Atoms
  • 発表場所: Cambridge, MA, U.S.A
  • 年月日: 2007-07-25
• [学会発表] Optical Nanofibers for Manipulating and Probing Single Atom Fluorescence (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Hakuta
  • 学会等名: International Conference on Photonics, Hyderabad, India
  • 発表場所: Plenary Talk
  • 年月日: 20061210-15
• [学会発表] Optical Nanofiber as an Efficient Tool for Exploring Atom Surface Interaction : Towards Manipulation of Atoms and Photons using Optical Nanofibers (2006)
  • 著者名/発表者名: Kali Nayak, Manoj Das, M. Morinaga, V.I. Balykin, Fam Le Kien, K. Hakuta
  • 学会等名: 日本物理学会秋季年会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 20060923-26
• [学会発表] Single Atom as a Light Coupler for a Nanofiber (2006)
  • 著者名/発表者名: K.P. Nayak, S. Inoue, M. Morinaga, V.I . Balykin, Fam Le Kien, and K. Hakuta
  • 学会等名: Quantum Electronics and Laser Science Conference(QELS2006)
  • 発表場所: San Francisco, U.S.A
  • 年月日: 20060321-26
• [備考] 雑誌論文(4)はNew Journal of Physics誌(ヨーロッパ物理学会電子ジャーナル)の2008年度のBest Paper(Nanoscale Physics分野の44編の内の1編)に選ばれた。