Transcript STIRAP - 井上研究室

平成21年 日本物理学会第64回年次会 29pSD-4
極低温KRb分子の
誘導ラマン断熱遷移
東大工A，JST, ERATOB，東大理C
林正泰A 赤松大輔A 相川清隆A 森圭輔A
上田正仁B, C 井上慎A, B
本研究の背景
極性分子
電気双極子
原子
衝突相互作用
・長距離(1/r3)かつ異方的相互作用
・振動基底分子は大きな電気双極子をもつ
→原子気体とは異なる物質相が探索できる
極低温極性分子の作り方
1.
極低温混合気体(41K,87Rb)を用意する
41K
87Rb
41K
2. Feshbach共鳴を使って
浅く束縛した分子(KRb)を作る
エネルギー
87Rb
3. 誘導ラマン断熱遷移(STIRAP)
を使って振動基底状態分子を作る
Feshbach分子
120 THz
振動基底状態分子
核間距離
STIRAPとは？
Stokes
Pump
効率
理論上100 ％
強度
Ω～Γでも可能
低強度のレーザーでも可能
さらに、加熱もない
ただしSTIRAPでは、光源の発振線幅が狭いことが必要不可欠
必要となる条件
断熱条件
τ >> π2Γ/Ωeff2
Γ = 2π×10 MHz Ωeff
= (Ωs2 +Ωp2)1/2
τ:実験時間
Ωeff = 2π×5 MHz とすると、
90 % の移行効率
( 計算から ～ 10 mW )
τ断熱 = 10 π2Γ/Ωeff2
= 6.3 μs
δlinewidth < 1 / τ断熱 ≈ 30 kHz
2本のレーザーのゆらぎが 30 kHz 程度以下であればよい
Cavityによる線幅の狭窄化
２本の違う波長の線幅細いレーザー必要
Cavity の役割
1. 線幅の狭窄化 1 MHz → 30 kHz
2. 絶対周波数の安定化
Transfer Cavity を安定にする
・熱膨張率が小さいInvarを使用
・真空槽に挿入
・振動対策
etc.
周波数安定化システム
STIRAP 794.74 nm
STIRAP 794.46 nm
Transfer Cavity
…
P
1.5GHz
AOM
Ti:S
30 kHz 以下
AOM feedback
ω
Cavity
STIRAP
Beat power (mW)
ECDL
4x10
-6
3
FWHM～42 kHz
2
1
0
-400
-200
0
Beat
detuning (kHz)
200
400
LD (Pump) and Ti:S (Stokes)
41K87Rb
C-MOT laser
Pulse laser
I
+ +
+
Ti:S (cleaning )
F
+ +
+
PA laser
I
Channeltron
-2kV
Ω= 0+
Stokes
Pump
v”=90
v”=91
Amp
実験結果
Ionization
5.5
sweep
100 kH/s
Stokes
n” = 90
n” = 91
Power : 13 mW
Diameter : 400 mm
Ion Counts (arb. units)
Pump
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
Detuning of Stokes light (MHz)
→ 遷移効率 75%
冷却分子の超微細構造分光
Ionization
Pump
Stokes
n” = 90
n” = 91
Ion Counts (arb. units)
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0
20
40
60
80
100
Frequency sweep of Stokes light (MHz)
まとめ
・極低温異核二原子分子の振動準位間の状態遷移に成功
・高効率の状態遷移に成功
・緩く束縛された分子の超微細構造分光に成功
展望
・周波数差が大きい状態間の遷移のために、
絶対周波数の安定化が必要
→振動基底状態の分子の実現が可能
・観測された超微細構造準位のアサインメント
130 GHz
120 THz
以下、付録
STIRAPと他の方法との比較
SEP
(Stimulated Emission Pumping)
効率
最高で25パーセント
強度
Ω>>Γ
高強度のレーザーが必要
さらに、準位選択性に乏しい
STIRAP
(STImulated Raman Adiabatic Passage)
効率
強度
理論上100％
Ω～Γでも可能
低強度のレーザーでも可能
さらに、加熱もない
ただしSTIRAPでは、光源の発振線幅が狭いことが必要不可欠
光会合された分子の観測
+ +
+
50
v”=91
Ion Counts (a.u)
40
30
v”=93
v”=90
v”=92
20
10
0
604.0
604.2
604.4
604.6
604.8
Pulse laser wavemeter (nm)
異なる下準位を独立に観測可能
605.0