全光学的に生成したアルカリ原子のボース凝縮体における量子渦ダイナミクス

全光学产生的碱原子玻色凝聚中的量子涡旋动力学

基本信息

批准号：
03J05491
负责人：
小林淳
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では一昨年度までに、CO2レーザーを用いた全光学的手法によるスピン自由度を持ったRb原子のボース・アインシュタイン凝縮(BEC)の生成に成功している。本研究の目的は、こうして生成したBECのスピン自由度を生かした実験として、ラゲールガウスビームというドーナッツ形のレーザーを用いた誘導ラマン遷移を行うことによってBECのスピンを操作し、量子渦を生成しその研究を行うことであった。そのための光源を昨年度までに作成し、実際に誘導ラマン遷移によるBECのスピンの操作にも成功している。しかし、その後の詳細な実験結果から、誘導ラマン遷移を効率よく行うためには誘導ラマン遷移に用いるビームの強度分布が一定である必要があると判明した。このためラゲールガウスビームのような中心付近の光強度の不均一が非常大きいビームでは、効率よくラマン遷移を行うことができないことがわかった。そのため、BECのスピン自由度を生かしたもう一つの実験として、準静電場を用いた新しいスピン操作方法の提案と実験を行った。CO2レーザーはRb原子の共鳴周波数に比べ非常に周波数が小さいため、準静電場と呼ばれている。これまでの研究ではこのような低周波数領域の電場と原子のスピンとの相互作用については、その大きさが非常に小さいということもあり、あまり研究されてこなかった。本研究で用いている高出力のCO2レーザーを強く集光することにより得られる非常に強い光電場を利用することによって、はじめて観測が可能となったのである。本研究ではこの相互作用の大きさの理論的な見積もりを行うと共に、実験においてもCO2レーザーの光強度を変調することで実際にスピンの操作を行い、この相互作用の大きさの精度の良い評価に成功した。また、この研究の成果を日本物理学会および投稿論文において報告した。

在两年前的这项研究中，我们使用 CO2 激光器通过全光学方法成功地制造了具有自旋自由度的 Rb 原子玻色-爱因斯坦凝聚体 (BEC)。本研究的目的是利用被称为拉盖尔高斯光束的环形激光器进行受激拉曼跃迁，作为利用 BEC 的自旋自由度的实验，来操纵 BEC 的自旋并产生量子涡旋以这种方式产生的目标是进行这项研究。到去年，我们已经为此目的创建了一个光源，并且实际上成功地利用受激拉曼跃迁来操纵 BEC 的自旋。然而，随后详细的实验结果表明，为了有效地进行受激拉曼跃迁，用于受激拉曼跃迁的光束的强度分布必须恒定。因此，发现拉盖尔-高斯光束等光强度在中心附近极其不均匀的光束中无法有效地进行拉曼跃迁。因此，作为另一个利用BEC自旋自由度的实验，我们提出并实验了一种使用准静电场的新自旋操纵方法。 CO2激光的频率远低于Rb原子的共振频率，因此被称为准静电场。在以往的研究中，低频区域电场与原子自旋之间的相互作用并未得到太多研究，部分原因是其幅度极小。本研究中使用的高功率CO2激光器通过强聚焦获得极强的光电场，首次实现了观测。在这项研究中，我们将从理论上估计这种相互作用的大小，并在实验中通过调制二氧化碳激光器的光强度来实际操纵自旋，并成功评估这种相互作用大小的精度。我们还在日本物理学会和提交的论文中报告了这项研究的结果。