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 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 85Rb （Ⅰ= 5 / 2 ） 5s 2S1/2 2 3 5p 2P3/2 F 4 1 Energy 213 MHz ３.2 GHz 3.0 GHz m -1 Pump光 780 nm Probe光 磁場 10G σ－ 18.8 MHz -2 σ＋ Optical pumping ４． 装置の概略図 ６． 実験結果 ５． 実験装置 自作ソレノイド電磁石 音響光学変調器 レンズ ミラー λ/2 板 λ/４ 板 偏光ビーム スプリッター 光検出器 ・ 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 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 レンズ f＝200 mm f＝150 mm 音響光学変調器 光検出器 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) Pump Probe Pump + Probe Sweep time (ms) Probe Laser Power (arb. Units) Frequency shift Laser off ｆ probe – f pump (MHz) ‐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 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 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 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。