State-selective excitation of alkali-metal atoms by the phase control in the strong laser field

強レーザー場中での位相制御によるアルカリ金属原子の状態選択的励起

横山 啓一  ; 杉田 明宏; 寺西 慶哲*; 板倉 隆二; 松岡 雷士; 横山 淳

Yokoyama, Keiichi; Sugita, Akihiro; Teranishi, Yoshiaki*; Itakura, Ryuji; Matsuoka, Leo; Yokoyama, Atsushi

革新的レーザー同位体分離技術の基礎過程として重要な、広帯域レーザーパルスによる状態選択励起の研究に関する最近の成果を発表する。十分に弱いレーザー電場強度では、位相相関パルス対の位相を制御することによって、高い選択性が得られることを、セシウム原子のCs(7D-6S)遷移を使って確かめることに成功した。ただし、この実験では弱いレーザー電場強度のため励起確率を大きくすることができなかった。より大きな励起確率を得るために、強光子場での選択励起の挙動を調べる必要があり、カリウム原子のK(4P-4S)遷移を用いて実験を行った。その結果、単純な位相制御だけでは高い選択性が得られないことがわかった。理論計算との比較により、選択性の低下は励起挙動における摂動論が破綻していることが原因と示唆された。

State-selective excitation of atomic cesium and potassium to their spin-orbit states, Cs(7D-6S) and K(4P-4S), are carried out by a coherent quantum control technique. In the weak field regime, ultrafast and highly selective excitation of cesium atoms has been successfully demonstrated with a pair of identical transform-limited pulses in which the control parameter is the phase difference between the two pulses alone. However, the excitation probability is very small (0.001) due to the weak laser field. To perform the selective excitation with large excitation probability (1), one-photon process of the K(4P-4S) transition is examined. The excitation probability is expected to become large while the selectivity degrades if the control parameter is the phase difference alone. The obtained laser intensity dependence agrees well with the theoretical prediction, indicating the excitation indeed in the non-perturbative regime.