Ｒｂ 原 子 の 誘 導 ラ マ ン 分 光・担当教員 : 　熊倉　光孝　（工学研究科物理工学専攻）　　 ・受 講 生 : 　平井　裕也　（工学研究科物理工学専攻　Ｍ１）　　 ・実施期間：　 2011年度　前期　（ ２ 単位 ）1 ．　目　的

Rb 原子の磁気副準位構造を対象にした誘導ラマン分光の実習

・ 大学院で学ぶ原子物理やレーザー光学などの基本を実地に確認・ レーザー分光についての現代的な知識・技能を習得

現代の分光学レーザーのコヒーレンスや高い輝度

誘導ラマン分光 基本的な２光子過程非線形分光法

基礎を学習するのに最適　・ 多準位間の結合　・ 緩和の効果

・ 前期１５回 　　 　　　夏休み、後期にも一部実施・ 毎週金曜日５時間ほど １時間を教員とともに、後は自分で・ 実施状況　　　 参考論文の調査　　　　　　　レビュー　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　・ 具体的な測定法の検討　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ・ 実験条件の吟味　　　 実験方法の考案　　　　　　　　　　　 ・ 実験条件の設定　　　　　 ・ 装置構成　　　　　　　必要な物品の割り出し　　　 装置の設計・製作 （ソレノイド、ホルダー他）　機材の準備 （光学素子など）　　　 全体の組み立て、アライメント　　　　 分光計測

２．　実施方法・経過 ３．　実験の概要

４．　装置の概略図

外部共振器型周波数安定化レーザー光源λ/ 2 板

偏光ビームスプリッター

ミラーアイソレータfL = f F=1→F=0 + 1.5 GHz

⊿ = 2×80 MHz ⊿ = 2× （ 50 ～ 100 ） MHz

λ/ 4 板 λ/ 4 板

ミラー

ミラー ミラー

レンズf ＝ 200 mm

レンズf ＝ 150 mm

音響光学変調器 音響光学変調器

λ/ 4 板λ/ 4 板

光検出器

偏光ビームスプリッター

オシロスコープ

自作ソレノイド電磁石 ( ～ 10 Gauss)

Rb 原子蒸気セル

Rb + Ne (6 Torr)

５．　実験装置

自作ソレノイド電磁石

音響光学変調器

音響光学変調器

レンズ レンズ ミラー

ミラー

ミラー

ミラーλ/2 板

λ/ ４ 板

λ/ ４ 板λ/ ４ 板

λ/ ４ 板

偏光ビームスプリッター

偏光ビームスプリッター

光検出器

６．　実験結果・ Probe 光 ： ～ 10μW/mm2 （～ I sat ）の周波数シフトを時間掃引・ Pump 光 ： ～ 10 mW/mm2 （ ～ 1000 I sat ）を 500 Hz (duty 50%) で switching

９．　受講生の感想　 Rb 原子の誘導ラマン分光実験を通して、実験の難しさや、やりがいを感じました。実験装置の配置方法や、レーザー光の偏光方向、必要な磁場の供給方法などの数多くの問題がありました。その都度、文献や資料を探し問題を解決することで、レーザー分光の知識や、技能を習得することができました。

８．　経費の使途・ 配分額　：　２０８，２３３ 円

・ 使用内訳波長板（ λ/ 2 板 , λ/ 4 板）　　　２ 個　　　　１４１，５５８　円

Rb 原子蒸気セル　　　　　　　 　１ 個　　　　　６６，６７５ 円

　　　　　　　総　　　額　　　　　　　　　　　 　　２０８，２３３ 円

Pump

Probe

Pump + Probe

Sweep time (ms)

Pro

be L

aser

Pow

er (

arb.

Uni

ts)

Frequency shift

Laser off

　ｆ probe – f pum

p (M

Hz)

0

‐10

-20

‐30

30

20

10

・ 透過 probe 光が数倍増加 ： 増加量は透過光量に非線形（ F=2 への pump rate が律速） ・ pump 光による m = 2 への pumping （透過光量の減少） が見られていない　　　　　 　 誘導ラマン効果 強い Pump 光によるＡＣ Stark シフト ⇒ 広い共鳴線幅

85Rb （Ⅰ = 5 / 2 ）

5s 2S1/2

2

3

5p 2P3/2

F4

2

3

1

F

Ene

rgy

213 MHz

３ .2 GHz

3.0 GHz

m

10-1

Pump 光 780 nm

Probe 光 780 nm

磁場 10G

σ －

18.8 MHz

2

-2

σ ＋

σ －Probe 光 780 nm

Optical pum

ping

7 ．　まとめ

〔物理工学専攻の学生〕　・ 電子計測・エレクトロ二クスの実際的な知識が必要　　　　　 なじみが薄い　・ 電磁気学に基づく磁場のシミュレーション　　 ソレノイドコイルの製作、部品の工作　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

・ 教科書的なものが無い・ 実験条件の設定に実際的な知識が必要　　　　

学生にとっては手を付けにくい参考論文を探すことから装置の自作、測定まで

一つのテーマの全体を通して遂行するには様々な力が必要学生にとっては非常に良い経験　　

比較的スムーズ

このテーマを通して非線形レーザー分光の基礎を学習　　・ スペクトル線幅（ドップラー線幅、衝突線幅、 power broadening ）　　・ 緩和現象（光ポンピング）、 AC Stark shift