原子系と光子の相互作用と光子発生の機構解明の直接数値シミュレーション法の開発

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輻射場と原子系の相互作用系を表わすJaynes-Cummings模型に光子系の緩和と原子系の励起を取り入れ、さらに緩和機構に光子数の非線形な形を持たせた模型を用いて、マイクロキャビティ内の光子分布、そこから放出される光子の時間的な統計を調べた。定常的な物理量に関しては縮約された密度行列の方法を用い、また放出光子の個々の時間的分布を調べるには、確率的シュレディンガー方程式を導入した。キャビティ内の光子数がサブポアソン分布になる光子数スクイージングに関しては光子緩和の非線形性が非常に有効であることを見出し、現実の系でどのような条件のもとでそれが実現されるかについて考察した。また、放出光子の時間相関関数が時間間隔ゼロの付近で時間の増加関数となるアンチバンチング現象は、一定の時間間隔内の光子数の分布がサブポアソン分布になることと強い相関があることを見出し、その物理的原因として光子放出後、次の放出までに一定の時間、dead time、を要することを具体的なシミュレーションから明らかにした。また、このdead timeの効果が有効になるためには、キャビティ内の光子数が非常に小さなことが必要であることがわかった。これらの解析ではいくつもの仮定をしているが、実際の輻射機構制御のために必要な基礎的な機構解明に寄与できたと考える。これらの研究を通して、相互作用系の量子ダイナミックス、およびそれらの系での散逸過程をどのように取り扱うべきかについて、基礎的な知識が選られ今後、重要になってくる量子系のダイナミックス取り扱いの手掛かりが選られたと考えている。