2021 年度研究成果報告書

ヨーク超蛍光の空間ビーム形状を用いた新規非線形分光法の開拓

研究課題

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研究課題/領域番号	18K04984
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分30020:光工学および光量子科学関連
研究機関	青山学院大学
研究代表者	北野健太青山学院大学, 理工学部, 助教 (90586900)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード	超蛍光 / 量子多体系 / 非線形光学
研究成果の概要	超蛍光とは励起状態にある原子集団が自然放出過程を介して自発的に量子もつれ状態を形成し、その帰結としてコヒーレントな光を放出する現象である。フェムト秒レーザーに代表される超短パルスで原子集団を励起すると、超蛍光によって多様な非線形光学現象（以下、非線形超蛍光現象）が誘発される事が知られている。本研究では、二光子励起二光子脱励起、一光子励起三光子脱励起の二種類の非線形超蛍光現象に関して研究した。その成果として、前者では基底状態への発光に相当するヨーク超蛍光の時空間プロファイルを解明した。後者では、外部光を用いた非線形超蛍光現象の制御、ならびに二色の輻射場に関する偏光の相関を解明した。
自由記述の分野	超高速分光
研究成果の学術的意義や社会的意義	量子多体系には今だ発見されていない新奇な制御状態が数多くあると考えられる。それらを発見する事は量子多体現象を用いた量子デバイス開発の基盤となるため重要な社会的意義を有する。本研究対象である非線形超蛍光現象は量子多体系による輻射現象である。一連の過程は、レーザー光源によって原子集団に与えられたコヒーレンスと超蛍光によって自発的に形成されるエンタングルメントとが競合する事によって実現される非線形光学過程であると理解されている。一方で未だ正確な理論が開発されておらず、現時点では未踏の研究領域である。本研究ではガスセルを用いた各種の実験によって、非線形超蛍光現象の新奇な性質を発見する事に成功した。