Chiaki OOAE (大饗 千彰)

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業 基盤研究(B), Category: 基盤研究(B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 13300000, indirect: 3990000)
非線形光学過程はその過程に関係する光の位相関係に強く依存する。位相整合においては光の伝搬に伴って各位置における光生成がコヒーレントに積算されることで巨視的な光生成が達成される。このような伝搬に伴う積算効果とは別に、光の位相関係を任意に操作することで、それぞれの位置における非線形光学過程自身の進行方向を自在に操作することができる。本研究の目的は、このような自在な操作によって拓かれる非線形光学過程の新たな可能性を追求することにある。
本研究ではパラ水素分子による高次の４光波混合過程を自在に操作することで、未踏のレーザー技術である、真空紫外100-200 nm（1～8次光）全域で波長可変な単一周波数レーザーを実現する。
真空紫外域における100-200 nm全域で実用的な光強度で単一周波数レーザーを得るには、100％に近い効率で各次数の光を発生させるという非常に特徴的な非線形光学過程の操作が要求される。これまでの原理実証実験における実験結果とシミュレーション結果の比較から、100%に近い効率で選択的な光発生が可能な条件を探索した。その結果、ポンプレーザーの大強度化による光発生の効率の向上、さらに高い自由度（操作位置および位相操作範囲）で光位相関係の操作することで、100%に近い効率実現可能である予想された。上記の結果を踏まえて、今年度（2021年度）は上記の要求を満たす大強度ポンプレーザーを開発した。

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 特別研究員奨励費, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 1300000, indirect: -)
励起原子からの1光子放射による脱励起過程において、その放射強度が原子数の2乗に比例して強くなるという超放射が知られている。この現象は標的原子全体にコヒーレンスが発達することによる一種の協同現象である。超放射では標的原子がコヒーレントとなる領域(コヒーレント体積)は波長程度に制限される。これに対し、1原子から多粒子が放出される過程ではこの体積が波長に制限されず莫大な増幅が得られるという、マクロコヒーレント増幅機構が提唱されている。その原理を最も単純な例である2光子放出の場合を2光子対超放射と呼び、対超放射を世界で初めて発見することで、マクロコヒーレント増幅機構を検証することが本研究の目標である。これが達成されれば、従来大型の検出器・大量のターゲットによって行われてきた素粒子物理学の実験手法とは対照的な、レーザーによって生成されたコヒーレンスを用いた実験室規模の実験によってニュートリノ対生成のような長寿命過程の観測が可能となり新たなフロンティアの開拓につながる。
本年度の研究では前年度までに生成した標的のコヒーレンスをコヒーレント反ストークスラマン散乱(CARS)によって測定を行った。その結果、対超放射観測に必要なコヒーレンスを生成できていないことが分かった。この原因を突き止めるために、シミュレーションによってコヒーレンスを評価した。その結果、励起に使用しているレーザーのラビ振動数が標的原子集団内で大きく変化するために、原子ごとにコヒーレンスの成長が異なり、デコヒーレンスが起こっていることが判明した。