強光子場とパルス整形技術による分子操作と量子過程制御

使用强光子场和脉冲整形技术进行分子操纵和量子过程控制

• 批准号: 14077206
• 负责人: 酒井 広文
• 金额: $ 17.86万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14077206/
• 关键词: 永久双極子モーメント; 誘起双極子モーメント; 分子の配列と配向; 量子過程の最適制御; 2次元イオン画像; 断熱領域と非断熱領域; ポンプ-プローブ実験; 回転波束; 分子の配向と配列; 高次高調波発生; コヒーレント極短波長光源; 高調波とイオンの同時計測; 量子干渉効果; パルス整形技術; 遺伝的アルゴリズム; 時間に依存した偏光パルス; トンネルイオン化; 分子配向・配列; 多光子イオン化

(1)静電場とレーザー電場の併用による分子の配向度の増大本研究グループでは、レーザー技術に基づいた分子操作と配列あるいは配向した分子試料を用いた応用実験を進めている。分子の配向については、静電場とレーザー電場の併用により、既に1次元的および3次元的な分子の配向が可能であることの原理実証実験に成功した。しかし、配向した試料分子を応用実験に利用するためには、配向の度合いを増大させることが重要である。昨年度までに、比較的高い静電場強度でも安定に動作する装置を新たに設計・開発し、装置がほぼ設計どおりに動作することを確認した。今年度は、クラスターが形成されにくいHe中に5%に希釈されたOCS分子を試料とし、背圧10気圧、静電場4.4kV/cm、レーザー光のピーク強度4.1x10^<12>W/cm^2の条件で、原理実証実験で得られたよりも高い配向度を実現することに成功した。(2)分子内量子過程のフィードバック型最適制御技術の高度化と非断熱分子配列への適用2次元イオン画像をフィードバック用の信号として用いる技術を開発し、非断熱領域の分子配列の最適制御に適用した。N_2分子を試料とし、ポンプ光のエネルギーが一定の条件でhalf revival付近の配列度を最大化するようにフィードバックをかけた。その結果、最適パルスとして単一の超短パルスが得られるときと、強度のほぼ等しいダブルパルス(個々のピーク強度は単一パルスの半分以下)が得られるときがあることが分かった。ダブルパルスの効果について時間依存Schrodinger方程式を数値積分して調べたところ、half revival付近よりもむしろポンプ光入射直後(量子力学的にfull revivalと同等)の配列度の増大に有効であることを示唆する結果が得られた。このため、干渉計を組んで発生させたダブルパルスの時間間隔を変化させて配列度を調べたところ、特定の時間間隔で配列度が極大値を取ることが分かった。この結果は、数値計算の結果と定性的に一致するものであった。

(1)利用静电场和激光电场的结合来提高分子取向度。该研究小组正在开展基于激光技术的分子操纵以及使用排列或取向的分子样品的应用实验。关于分子的取向，我们已经成功地进行了原理验证实验，表明通过使用静电场和激光电场的组合可以实现一维和三维分子取向。然而，为了将定向样品分子用于应用实验，增加定向程度很重要。到去年，我们设计并开发了一种新设备，即使在相对较高的静电场强度下也能稳定运行，并确认该设备几乎按照设计运行。今年，我们使用在难以形成团簇的He中稀释至5%的OCS分子作为样品，背压为10 atm，静电场为4.4 kV/cm，峰值激光束强度为4.1 x10^<12>W/cm。在^2的条件下，我们成功地实现了比原理验证实验中获得的更高的取向度。 （2）推进分子内量子过程的反馈式最优控制技术并将其应用于非绝热分子排列我们开发了一种利用二维离子图像作为反馈信号来优化控制非绝热区域分子排列的技术。 。以N_2分子为样本，在泵浦光能量恒定的情况下，施加反馈以最大化接近半复活的配向程度。结果发现，有时获得单个超短脉冲作为最佳脉冲，有时获得强度大致相等的双脉冲（单个峰值强度小于单个脉冲的一半）。通过对时间相关的薛定谔方程进行数值积分来研究双脉冲的效果，表明它可以有效地提高泵浦光入射后立即对准的程度（量子力学上相当于完全复活），而不是接近半复活得到了结果。为此，当我们通过改变组装干涉仪产生的双脉冲的时间间隔来研究对准程度时，我们发现对准程度在特定时间间隔处达到最大值。该结果与数值计算结果定性一致。

项目成果

Generation of desired time-dependent polarization pulses (in Japanese)

生成所需的时间相关偏振脉冲（日语）

• 发表时间: 2005
• 期刊: The Review, of Laser Engineering 33・5(発表予定)
• 作者: Takayuki Suzuki;Shinichirou Minemoto;Hirofumi Sakai
• 通讯作者: Hirofumi Sakai

Three-dimensional molecular orientation with combined electrostatic and elliptically polarized laser fields

• DOI: 10.1103/physreva.72.063401
• 发表时间: 2005-12
• 期刊: Physical Review A
• 影响因子: 2.9
• 作者: Haruka Tanji;S. Minemoto;H. Sakai

H.Sakai, J.J.Larsen, I.Wendt-Larsen, J.Olesen, P.B.Corkum, H.Stapelfeldt: "Nonsequential double ionization of D_2 molecules with intense 20 fs pulses"Physical Review A. Vol.67. 063404-1-063404-4 (2003)

H.Sakai、J.J.Larsen、I.Wendt-Larsen、J.Olesen、P.B.Corkum、H.Stapelfeldt：“D_2 分子的非连续双电离与强烈的 20 fs 脉冲”物理评论 A. 第 67 卷。

Takayuki Suzuki, Shinichirou Minemoto, Tsuneto Kanai, Hirofumi Sakai: "Optimal control of multiphoton ionization processes in aligned I_2 molecules with time-dependent polarization pulses"Physical Review Letters. (発表予定). (2004)

Takayuki Suzuki、Shinichirou Minemoto、Tsuneto Kanai、Hirofumi Sakai：“具有时间依赖性偏振脉冲的对齐 I_2 分子中多光子电离过程的优化控制”《物理评论快报》（即将出版）。

Takayuki Suzuki, Shinichirou Minemoto, Hirofumi Sakai: "Optimal control of multiphoton ionization processes in I_2 molecules with time-dependent polarization pulses (in Japanese)"The Review of Laser Engineering. 31・11. 762-769 (2003)

Takayuki Suzuki、Shinichirou Minemoto、Hirofumi Sakai：“利用时间相关偏振脉冲对 I_2 分子中的多光子电离过程进行优化控制”激光工程评论 31・11（2003 年）。