近接場光を用いた原子の制御・操作法の開発と原子スケールでの加工技術への応用

开发利用近场光控制和操纵原子的方法及其在原子级处理技术中的应用

• 批准号: 12131205
• 负责人: 伊藤 治彦
• 金额: $ 17.34万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12131205/
• 关键词: 原子偏向器; 原子ファネル; 原子トラップ; 近接場光; 二段階光イオン化; ファイバプローブ; ルビジウム; 磁気光学トラップ; 原子偏向; 多重スリット型検出器; 原子誘導; 冷却原子ビーム; Sisyphus冷却; 単一原子トラップ; 原子操作; 光近接場; 双極子力; ドーナツ光; 原子漏斗; ファイバープローブ; 原子検出器

超高真空装置に実装可能なスリット型原子偏向器の製作を進めた。長さ20μm,幅200nmのスリットを作製し、Rb原子操作用の波長780nmのレーザ光源で近接場光を誘起した。強度分布を開口径100nmのファイバプローブでスキャンして近接場光強度分布(e^<-2>減衰長が約200nm)を計測した。また、近接場光励起用レーザ光の偏向依存性を調べ、スリットに垂直に入射したとき最も効率よく近接場光が誘起されることを確認した。偏向原子の検出に用いる2段階近接場光イオン化の効率を見積もるために、2色(波長780nmおよび476.5nm)の近接場光による冷却Rb原子のイオン化実験を行った。ダイオードレーザ光の波長と強度を変えて測定したドップラーフリー・イオン化スペクトルから、入射原子密度7×10^8atom/cm^3の場合、3カウントの効率で検出可能であることが分かった。近接場光ファネルからの出力Rb原子フラックスを10^5個/s・cm^2から10^<12>個/s・cm^2へ増加させるために、実験システムの改良をおこなった。ファネル内部の磁気光学トラップの高さを5mmから3mmに下げ、重力による加速を40%抑制してファネルへの供給原子の運動エネルギーを0.6mK以下にした。また、ファネルからの出力原子の加熱・散逸を防ぐための近接場光励起用中空ビームの改良を進めた。原子操作用ファイバプローブによる冷却Rb原子の分光実験を進めた。開口径120nmのプローブを磁気光学トラップで生成した冷却Rb集団に接近させ、原子からの共鳴蛍光を計測した結果、10個の原子集団から10光子程度を受光可能であることがわかった。ファイバプローブでの原子トラップで必要なトラップポテンシャルの浅い基底下準位から深い基底上準位への近接場光遷移を調べるために、ファイバプローブによる冷却原子の励起実験を試みた。

Progress in fabrication of ultra-high vacuum device with a possible atomic deflector A wavelength of 780nm for Rb atom operation is induced by a near-field light source with a length of 20μm and an amplitude of 200nm. The intensity distribution of near-field light with an aperture of 100nm (e^<-2>attenuation length of about 200nm) was measured. Near-field excitation is dependent on the deflection of light, which is determined by the vertical incidence of light. The efficiency of the polarization of the biased atoms using two-stage near-field light is integrated into the two-color (wavelength 780nm to 476.5 nm) near-field light and the polarization of the cooled Rb atoms. When the incident atomic density is 7× 10^8 atom/cm^3, the wavelength and intensity of the light are changed to determine the probability of detection. Near-field light emission power Rb atoms increase from 10^5/s·cm^2 to 10^5/s<12>·cm^2. The height of the magnetic field in the inner part of the body is 5mm, the gravity is 3mm, the acceleration is 40%, and the movement of the supplied atoms is 0.6 mK or less. The improvement of the vacuum system for near-field optical excitation Atomic manipulation is used to cool Rb atoms. Open aperture 120nm magnetic field optical field generation Rb cluster close to the atom resonance light measurement results, 10 atomic cluster 10 photon degree light reception possibility The excitation of cooling atoms is tested in the near-field light transfer from the lower level of the shallow substrate to the upper level of the deep substrate

项目成果

A.Takamizawa, H.Ito, M.Ohtsu: "Multireflection of Cold Atoms in a Near-Field Optical Funnel"Jpn.J.Appl.Phys.. 41・10. 6215-6218 (2002)

A.Takamizawa、H.Ito、M.Ohtsu：“近场光学漏斗中冷原子的多重反射”Jpn.J.Appl.Phys.. 41・10 (2002)。

伊藤 治彦: "近接場光を用いた原子の制御・操作"精密工学会誌. 69・2. 183-187 (2003)

伊藤晴彦：“利用近场光控制和操纵原子”日本精密工程学会杂志 69・2（2003 年）。

K.Totsuka et al.: "A slit-type near-field optical detector for neutral atoms with high sensitivity and nanometric resolution"Technical Digest of QELS 2001. 110-111 (2001)

K.Totsuka等人：“具有高灵敏度和纳米分辨率的中性原子狭缝型近场光学探测器”QELS技术文摘2001. 110-111 (2001)

H.Ito, K.Totsuka, M.Ohtsu: ""Atom Deflector and Detector with Near-Field Light,"in Progress in Nano-Electro-Optics II"Springer. 37 (2003)

H.Ito、K.Totsuka、M.Ohtsu：““带有近场光的原子偏转器和探测器”，纳米光电进展 II”施普林格。

高見澤昭文,伊藤治彦,大津元一: "High Efficiency Excitation of Cylindrical Optical Near Fields for Atom Guidance"Jpn.J.Appl.Phys.. 39・12A. 6737-6742 (2000)

Akifumi Takamizawa、Haruhiko Ito、Motoichi Otsu：“用于原子制导的圆柱光学近场的高效激发” Jpn.J.Appl.Phys.. 39・12A 6737-6742 (2000)