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） 1． 目 的 ・受 講 生 : 平井 裕也 （工学研究科物理工学専攻 Ｍ１） ３． 実験の概要 ２． 実施方法・経過 ・ 前期１５回 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 夏休み、後期にも一部実施 ・ 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 ・ 毎週金曜日５時間ほど ・ レーザー分光についての現代的な知識・技能を習得 ・ 実施状況 5p 2P3/2 基本的な２光子過程 3 Energy Probe光 σ－ 780 nm 必要な物品の割り出し Optical pumping 実験方法の考案 誘導ラマン分光 213 MHz 2 1 レーザーのコヒーレンスや高い輝度 ・ 実験条件の設定 ・ 装置構成 （Ⅰ= 5 / 2 ） 4 レビュー ・ 具体的な測定法の検討 ・ 実験条件の吟味 現代の分光学 85Rb F １時間を教員とともに、後は自分で 参考論文の調査 非線形分光法 ・実施期間： 2011年度 前期 （ ２ 単位 ） Pump光 780 nm σ＋ F 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） 基礎を学習するのに最適 ・ 多準位間の結合 ・ 緩和の効果 3 5s 2S1/2 全体の組み立て、アライメント ３.2 GHz 磁場 10G Probe光 780 nm σ－ 3.0 GHz 2 分光計測 18.8 MHz 2 1 0 -1 -2 m ４． 装置の概略図 ６． 実験結果 ５． 実験装置 ・ Probe光 ： ～10μW/mm2 （～I sat ）の周波数シフトを時間掃引 + 1.5 GHz 外部共振器型 周波数安定化 レーザー光源 アイソレータ ミラー λ/４ 板 ミラー 自作ソレノイド電磁石 λ/ 2 板 自作ソレノイド電磁石(～10 Gauss) Frequency shift ミラー λ/ 4 板 λ/ 4 板 偏光ビーム スプリッター レンズ f＝150 mm 偏光ビーム スプリッター λ/４ 板 λ/2 板 音響光学変調器 λ/４ 板 光検出器 ミラー Rb 原子蒸気セル 音響光学変調器 音響光学変調器 オシロスコープ 音響光学変調器 レンズ f＝200 mm Rb + Ne (6 Torr) λ/ 4 板 λ/ 4 板 ミラー ミラー ミラー 偏光ビーム スプリッター 30 20 10 0 Probe Laser off ‐10 Pump -20 ‐30 Sweep time (ms) λ/４ 板 レンズ レンズ ミラー ・ 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） ⊿ = 2×（50～100） MHz ⊿ = 2×80 MHz Pump + Probe ・ 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 ８． 経費の使途 ９． 受講生の感想 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 ・ 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 参考論文を探すことから 装置の自作、測定まで 〔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 ・ 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 ・ 配分額 ： ２０８，２３３ 円 ・ 使用内訳 学生にとっては手を付けにくい なじみが薄い 比較的スムーズ 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 ｆ probe – f pump (MHz) 偏光ビーム スプリッター ・ Pump光 ： ～ 10 mW/mm2 （ ～1000 I sat ）を500 Hz (duty 50%)でswitching 光検出器 Probe Laser Power (arb. Units) fL = f F=1→F=0 波長板（λ/ 2 板, λ/ 4 板） Rb 原子蒸気セル 総 ２個 １個 額 １４１，５５８ 円 ６６，６７５ 円 ２０８，２３３ 円 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。
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