| 研究課題/領域番号 |
18K04984
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| 研究機関 | 青山学院大学 |
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研究代表者 |
北野 健太 青山学院大学, 理工学部, 助教 (90586900)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 超蛍光 / 四波光混合 / 量子多体系 |
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| 研究実績の概要 |
ヨーク超蛍光とは超蛍光によって誘起される非線形光学現象の代表例である。本研究の目的は、超蛍光によって誘起される非線形光学現象という物理系に関する理解を深め、さらにその現象を用いて、新規非線形分光法を開発することである。前年度までに、ルビジウム(Rb)原子のヨーク超蛍光に伴う青色光の空間強度プロファイルを測定し、そこには、励起過程における非線形励起ダイナミクスが転写されることを実証した。この結果は、励起過程で生成される電子波束の非線形位相が青色光の波面に転写されていることを示唆するものであった。そこで、これを実証すべく、今年度は、青色光の波面を干渉測定法を用いてシングルショットで計測するための実験セットアップを構築し、実験を実施した。その結果、当初の予測通り、Rb原子の電子波束の位相が青色光の電場の位相に転写されていることが実証された。さらに、シングルショットで青色光の波面を計測することによって、青色光の波面は一様にコヒーレントではなく、部分的にコヒーレンスを有した複数の領域から形成されていることが分かった。この実験結果は、超蛍光が量子揺らぎを増幅している過程であることを明確に実証するものであり、現在までに提唱されてきたヨーク超蛍光の発生メカニズムに矛盾することなく、さらにそれを強固にする内容であった。
次なる展開として、超蛍光によって誘起される非線形光学現象の別の励起、脱励起スキームである、セシウム(Cs)原子の一光子吸収した後に起こるカスケード超蛍光、ヨーク超蛍光過程を研究する実験を開始した。本研究では、ヨーク超蛍光を外部光源によって制御することを目指すものである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
交付申請時に計画していた実験のうち、今年度までに多くを完了させることができた。それらは、Rb原子を用いたヨーク超蛍光の発生メカニズムを理解するために予定していた、青色光の強度プロファイル、波面プロファイル、および時間プロファイルに関する測定である。これらの結果によって、ヨーク超蛍光の理解を深めることができ、また、原子の励起ダイナミクスを超蛍光の性質から理解するための原理実証実験を完了させることができた。対象とする分子、原子種を拡張し、定量的に多くのデータを取得することで、本手法を新規分光手法として確立させることができると期待される。
さらに、超蛍光で誘起される非線形現象の新しい展開として、セシウム原子を用いた一光子吸収、三光子脱励起過程で起こる超蛍光非線形光学現象の制御に関する研究を実施中である。この研究では、外部光を用いて、三光子脱励起過程を制御することを計画している。これによって、超蛍光によって自発的に生成したコヒーレンスと外部光によって与えられたコヒーレンスの競合を研究することができ、量子多体系で起こる輻射現象を観測し、制御するための新しい手段となりえると期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
超蛍光によって誘起された非線形光学現象に関しては、未解明な点が累積している。特に、超蛍光によって量子多体系に自発的に生成されたコヒーレンスとレーザーによって外部から系に与えられたコヒーレンスがどのように競合し、それを利用することによって、どのような制御ができるのか、という点に関して研究例が非常に少ない。本研究では、現在までにアルカリ原子である、ルビジウム原子、セシウム原子の比較的低い励起状態をターゲットとして、原理実証実験を実施してきた。またマックスウェルブロッホ方程式による数値シミュレーションによって、定量的に実験結果を説明することにも成功している。これらを踏まえて、今後は、アルカリ原子を含む各原子の高励起状態、あるいは分子へ展開することを予定している。超蛍光による輻射過程は、自然放出によるインコヒーレントな輻射過程とは大きく異なり、微弱な遷移強度の差を増幅させる機構を持ち合わせている。このような特徴を用いることによって、新しい、原子、分子分光の非線形分光法を開発することを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は、主にヨーク超蛍光の波面を計測するための干渉計、およびインターフェログラムをシングルショットで撮影するための実験設備を構築した。そこで、高いフレームレートを実装した可視域CMOSカメラを購入した。また、干渉計を構築する上で、当初、自動精密ステージを購入することを予定していたが、超蛍光のビームプロファイルを拡大光学系で拡大したこともあり、ステージに求められる精度はマイクロメータ精度で十分であることが判明した。そのため、自動ステージを手動ステージで代用した結果、次年度使用額が生じた。
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