原子レーザー冷却      ＆トラッピング

レーザー冷却は、背景蒸気や熱ビームなどから発生する特殊な光場または光パルスを原子集団に照射することで実現されます。光子と原子の間でエネルギーと運動量が交換され、原子は運動エネルギーを失います。原子は摩擦力によって直接冷却されるか、光ポンピングによって特定の量子力学的状態（例えば、調和トラップ内の振動状態）へと低エネルギー状態に遷移します。後者の方式は、最も低い運動状態において原子が光子を散乱しないように設計されています。原子光学において最も一般的に用いられるレーザー冷却方式は、ドップラー冷却と偏光勾配冷却、あるいはシシュポス冷却です。ラマンレーザー冷却と（分解）サイドバンド冷却は、トラップされた原子と併用されることがあり、トラップ内のイオンにはより頻繁に適用されます。より特殊ですが物理的にも興味深いレーザー冷却方式としては、VSCPT（速度選択型コヒーレントポピュレーショントラッピング）と脱偏光／消磁冷却があります。

H, anti-H, He*, Li, Ne*, Na, Mg, Al, Ar*, K, Ca, Cr, Fe, Ga, Kr, Rb, Sr, Ag, Cd, In, Xe, Cs, Ba, Eu*, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Hg, Fr, Ra (続く)
(不足している原子種についは、お気軽にこちらまでお知らせください。※TOPTICAカップが当たります。)

原子リソグラフィーと光双極子トラップは、いわゆる双極子力に基づいています。レーザーは原子内に振動する電気双極子を誘起し、これがレーザービーム自体の電場と相互作用して、保存された光学ポテンシャルを形成します。光学ポテンシャルはレーザー強度に応じて変化し、その勾配が双極子力を生み出します。レーザー周波数が原子の共鳴周波数よりも低い場合、原子双極子と電場は同位相で振動し、光学ポテンシャルは負になります。原子は光場の強度が最大になる方向に双極子力を受けます。このように、強く集束されたレーザービームは、焦点の中心で原子をトラップし、いわゆる光ピンセットまたは光双極子トラップを形成します。より複雑な光トラップは、1次元、2次元、さらには3次元でレーザービームを逆伝播させ、1次元、2次元、さらには3次元の光格子を形成することで生成されます。これらの光格子は、光波長の半分ごとに強度が最大となる光で構成された完全な結晶であり（典型的には1 µm未満）、捕捉された原子を用いた固体物理学の研究やシミュレーションに用いられます。光ポテンシャルは、従来の物質と光の役割を逆転させ、物質の配置（例えばガラスレンズ）を用いて光線を集束させる、原子光線用のレンズ生成にも用いられます。原子リソグラフィーでは、原子ビームを特殊な光配置に通し、この光レンズによって基板上に集束させ、nmスケールの原子構造を形成します。

量子技術のアプリケーションでは、最新の開発や変化する科学研究テーマに応じて常に進化する要求に応える、特殊なレーザー、さらにはカスタマイズされたレーザーが必要です。レーザーシステムは、必要な波長で十分な出力を提供する必要があります。線幅は、原子遷移の線幅（通常はMHzですが、最近の実験ではkHzやHzの範囲もあります）または原子遷移と必要なレーザー周波数の差よりも低くなければなりません。モードホップフリーの微調整、つまりレーザー周波数の非常に正確な調整により、原子遷移周波数に近い明確に定義された位置にレーザー周波数を設定したり、安定化したりすることができます。今日では実験を成功させるために、より多くのレーザーを同時に、そして確実に動作させる必要があるため、複雑なレーザーシステムであっても操作が容易でなければなりません。レーザーのリモートデジタル制御は、ますます重要になっているもう1つの機能です。
TOPTICAは、世界中のほとんどの研究グループおよび量子技術業界にこのようなレーザーシステムを提供する主要サプライヤーです。20年以上にわたり、当社は常に研究の最前線で活躍する製品の品質と柔軟性で広く知られています。当社は常に新しいレーザーシステムを開発しており、お客様のご要望に合わせた特別なソリューションもご提案いたします。TOPTICAには、量子技術に関する深い知識を持つ専門家がおり、お客様のアプリケーションとご要望を深く理解いたします。ご計画の詳細について、お気軽にこちらまでお問い合わせください。