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我々は従来の型と全く異なる特性を示す光双安定性を提案し理論的、実験的研究を行ってきた。この双安定性は、入射光強度を変化したとき、いわゆる履歴特性を示さず、対象性の破れを生じるものである。本研究では、この研究を更に発展させ、原子の拡散や光を通して互いに結合しており、更に空間的に連続分布している双安定系の振舞いを研究することを目的としている。
本年度は、先ず2つのレーザー光を同時に原子に与えたとき示す光4重安定性に関して、ナトリウム原子を用いて精密に実験し理論計算との比較を行った。光を通して結合する場合にはフォーク型分岐を2回生じ、結合が拡散の場合にはセルの2部分の原子スピンは共に光軸に平行または反平行になるフォーク型の分岐が生じ、更に強い光に対してはそれらのスピンの向きが互いに逆方向であるというモードが現れることが理論的に予想されたが、ともに理論と定量的にも良い一致が得られた。また、光学的な条件を代えた実験では、セルの2つの部分における原子のスピンが互いに逆方向に偏極し、その対象性の方向は全く自由であるという超多安定性を見いだし、理論的にも説明することができた。
次に、レーザー光を一次元的に広げ、いわばシート状の光ビームを作り、これを比較的幅の広いナトリウムのセルに与え、ビーム内で連続分布する光双安定系の振舞いに関する実験を行った。このセルには、原子の拡散を抑えるために希ガスをバッファガスとして封入し、その圧力を変化させた。理論から予想された通りに、比較的高い圧力のもとでは、セルの各部分でスピン偏極の方向が異なるという光多重安定性を実現することができた。磁性体における磁区のように、同一のスピン偏極の方向を示す最小の領域が存在すること、またその大きさがほぼ原子の拡散長で与えられることがわかった。
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