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薄いセル中のセシウム原子の EIT 信号 Ⅱ

薄いセル中のセシウム原子の EIT 信号 Ⅱ. 明大理工，通総研 A 木下基、福田京也 A 、長谷川敦司 A 、細川瑞彦 A 、立川真樹. 概要. 目的. 薄いガラスセル 中の Cs 原子とセル壁面との衝突による緩和特性を調べること。. 方法. EIT （ Electromagnetically Induced Transparency ）を用いる。. 今回. その信号線幅の セルの厚さ と レーザー光強度 の依存性を調べた。. 薄いセル. 　　　　　　　　　　使用したパイレックス製ガラスセル 本実験ではセル壁面間の距離（セルの厚さ）

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薄いセル中のセシウム原子の EIT 信号 Ⅱ

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Presentation Transcript

  1. 薄いセル中のセシウム原子のEIT信号Ⅱ 明大理工，通総研A 木下基、福田京也A、長谷川敦司A、細川瑞彦A、立川真樹

  2. 概要 目的 薄いガラスセル中のCs原子とセル壁面との衝突による緩和特性を調べること。 方法 EIT（Electromagnetically Induced Transparency）を用いる。 今回 その信号線幅のセルの厚さとレーザー光強度の依存性を調べた。

  3. 薄いセル 　　　　　　　　　　使用したパイレックス製ガラスセル 本実験ではセル壁面間の距離（セルの厚さ） 0.3mm、0.5mm、1mm、2mm、5mm、40mmのものを使用。

  4. |3> γN γC |C> |NC> 干渉前のエネルギー準位 EIT原理図 6P3/2 F’=4 |3> Coupling Probe ΩC ΩP γ1 γ2 |1> F=4 6S1/2 |2> F=3 EIT信号の線幅は｜C＞と｜NC＞間のコヒーレント時間で決まる。 我々は薄いセル中の原子ではそのコヒーレント時間は原子の速度に依存するのではないかと考えた。

  5. coupling + probe Cs thin cell coupling 実験配置図 Photo detector E.O.M l/4plate isolator s+ ECDL attenuators 852 nm Cs D2 line AM Synthesizer Excited state Lock-in amplifier F’=4 9192MHz Ref. 300 kHz coupling probe Signal out F=4 9192 MHz detuning d F=3 Ground state

  6. 薄いセル中のCs原子のEIT信号スペクトル 0.1mTの磁場あり (mF,mF’) (3,3) (2,2) (-3,-3) (-2,-2) (1,1) (-1,-1) (0,0) -4 -2 0 2 4 Probe detuning d (MHz) 典型的なEIT信号スペクトル（クロック遷移） セルの厚さ：0.3mm セルの厚さ：40mm Transmission (a.u.) Transmission (a.u.) 1MHz -100 -50 0 50 100 -200 -100 0 100 200 Probe detuning d (kHz) Probe detuning d (kHz) セルの厚さ：1mm 磁場なし Transmission (a.u.) -4 -2 0 2 4 Probe detuning d (MHz)

  7. 実験結果 150 150 150 150 150 150 125 125 125 125 125 125 100 100 100 100 100 100 FWHM (kHz) FWHM (kHz) FWHM (kHz) FWHM (kHz) FWHM (kHz) FWHM (kHz) 75 75 75 75 75 75 50 50 50 50 50 50 0 100 200 300 400 0 100 200 300 400 25 25 25 25 25 25 Intensity (mW/cm2) Intensity (mW/cm2) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 100 100 100 100 200 200 200 200 300 300 300 300 400 400 400 400 Intensity (mW/cm2) Intensity (mW/cm2) Intensity (mW/cm2) Intensity (mW/cm2) : 実験結果 : ガイド線 0.3 mm 0.5 mm 1 mm 150 125 100 FWHM (kHz) 75 50 25 0 2 mm 5 mm 40 mm 得られたEIT信号スペクトル線幅のレーザー光強度依存性

  8. 薄いセル atoms L 実験結果の考察 薄いセル中では 位相緩和時間 原子の速度 長い 遅い 短い 速い 薄いセル中のEITスペクトルのイメージ 遅い原子 速い原子 Transmission (a.u.) Transmission (a.u.) Probe detuning d (a.u.) Probe detuning d (a.u.) 薄いセル中ではレーザー光強度が弱くなるとEIT信号に寄与する原子の速度分布が変化してくるのではないか？ レート方程式モデル ｜NC＞状態での速度分布は？

  9. レート方程式 N3 |3> γN γ γC NC NN |C> |NC> セル壁面との緩和効果 薄いセル : セル壁面との緩和効果 D atoms : セル壁面間の距離（セルの厚さ） x L z

  10. レート方程式の解析結果 セルの厚さの違いによるNon-coupled stateの原子の速度分布 セルを薄くすると、遅い原子のみが十分な光との相互作用時間を持ち、｜NC＞に遷移する。その結果、得られる速度分布はセルの厚さが薄くなるほど先の尖った非Maxwell-Boltzmann分布となる。

  11. EITスペクトルの計算値 L= 0.3 mm Transmission (a.u.) L= 40 mm Probe detuning d (kHz) Transmission (a.u.) Probe detuning d (kHz) 透過光強度: 但し : ｜NC＞にある原子の速度分布 : Lorentz 形 : probe detuning : レーザー光強度 : power broadening 係数

  12. 150 150 150 150 150 150 125 125 125 125 125 125 100 100 100 100 100 100 FWHM (kHz) FWHM (kHz) FWHM (kHz) FWHM (kHz) FWHM (kHz) FWHM (kHz) 75 75 75 75 75 75 50 50 50 50 50 50 25 25 25 25 25 25 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 100 100 100 100 200 200 200 200 300 300 300 300 400 400 400 400 Intensity (mW/cm2) Intensity (mW/cm2) Intensity (mW/cm2) Intensity (mW/cm2) : 計算値 : ガイド線 0.3 mm 0.5 mm 1 mm レート方程式の解析結果 150 125 100 FWHM (kHz) 75 50 25 0 0 100 200 300 400 0 100 200 300 400 Intensity (mW/cm2) Intensity (mW/cm2) 2 mm 5 mm 40 mm EIT信号スペクトル線幅の計算値のレーザー光強度依存性

  13. 結論 薄いセル中の原子のEIT信号の線幅はpower broadeningやtransit time broadeningから期待されていたよりも狭い。 モデル解析によって得られた線幅のレーザー光強度とセルの厚さ依存性は実験結果とよく一致した。 薄いセル特有の速度選択性がEIT信号の観測によって確かめられた。

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