発明の詳細な説明【技術分野】 【０００１】 本開示は、原子線を量子的にコリメート（collimate）するための技術に関する。 続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】 【０００２】 近年、原子線リソグラフィや原子干渉計などにおいてコリメートされた原子線が使用されている。原子線をコリメートする技術として、例えば、原子線源から出た原子線を、原子線の進行方向に間隔を空けた複数のスリットを用いてコリメートする技術（例えば、非特許文献１の図２に示される構成を参照）、２次元磁気光学トラップ（two-dimensional magneto-optical trap; 2D-MOT）機構（例えば、非特許文献２を参照）を用いてコリメートする技術、互いに平行に配置された少なくとも３個のレーザー光を用いてコリメートする技術（例えば、特許文献１を参照）が知られている。とりわけ、特許文献１に開示されるコリメーション技術は、小さいサイズ（特に、原子線の進行方向における小さいサイズ）で実施でき且つ原子フラックスの低下を低減できながら、良好なコリメーションも達成できる点で優れている。 【先行技術文献】 【特許文献】 【０００３】 日本国特許第6713643号 【非特許文献】 【０００４】 St. Bernet, R. Abfalterer, C. Keller, M. Oberthaler, J. Schmiedmayer and A. Zeilinger, “Matter waves in time-modulated complex light potentials,” Phys. Rev. A 62, 023606 (2000). J. Schoser, A. Batar, R. Low, V. Schweikhard, A. Grabowski, Yu. B. Ovchinnikov, and T. Pfau, “Intense source of cold Rb atoms from a pure two-dimensional magneto-optical trap,” PHYSICAL REVIEW A, 66, 023410 2002. 【発明の概要】 【発明が解決しようとする課題】 【０００５】 特許文献１に開示されるコリメーション技術は、上述のとおり、優れたコリメーション技術ではあるが、高い精度で２個のレーザー光を平行に配置することを必要とする。特許文献１に開示されるコリメーション技術は、第１レーザー光によって、原子線の進行方向と直交する方向（“直交方向”）に十分に小さな所定の速さ成分を持つ原子を基底状態から第１の励起状態に遷移させ、第２レーザー光によって、第１の励起状態にいる原子が自然放出によって基底状態に落ちる前に、基底状態にいる原子（つまり、直交方向に十分に小さな所定の速さ成分を持つ原子以外の原子）に運動量を与え、さらに、第３レーザー光によって、直交方向に十分に小さな所定の速さ成分を持つ原子を第１の励起状態から基底状態に戻し、この結果、原子線の良好なコリメーションを達成する。したがって、特に、第１レーザー光と第３レーザー光が高い精度で互いに平行に配置されることが要求される。さもなければ、第１レーザー光に共鳴した原子が第３レーザー光に共鳴せず、よって、直交方向に十分に小さな所定の速さ成分を持つ原子のエネルギー固有状態を第１の励起状態から基底状態に戻すことが難しい。精度の一例として、第１レーザー光と第３レーザー光の相対角度は0.1ミリラジアン（mrad）未満である。 【０００６】 上述の背景技術および技術的課題に鑑みて、レーザー光の高精度の平行配置を要することなく、レーザー光を用いて原子線をコリメートする技術を開示する。 【課題を解決するための手段】 【０００７】 ここに記載される技術事項は、特許請求の範囲に記載された発明を明示的にまたは黙示的に限定するためではなく、さらに、本発明によって利益を受ける者（例えば出願人と権利者である）以外の者が特許請求の範囲に記載された発明を限定できるようにするためでもなく、単に、本発明の要点を容易に理解するために提供される。他の観点からの本発明の概要は、例えば、この特許出願の出願時の特許請求の範囲から理解できる。 【０００８】 上述の先行技術は原子線を物理的にコリメートする技術であるが、本開示のコリメーション技術は原子線を量子的にコリメートする技術である。「物理的コリメーション」は原子線の、長さの次元を持つ幅を狭めることであるが、「量子コリメーション」は、広がりながら進む原子線の中で或る方向に進む、当該原子線に含まれる原子--正確に言えば、後述するフィルタリングレーザー光の進行方向において所定の速さ成分Δｖと同じ、または、Δｖよりも小さい速さ成分を持っている原子--だけを所望のエネルギー固有状態にすることである。換言すると、「量子コリメーション」によると、原子線の幅は制御されないが、当該原子線において、所望のエネルギー固有状態の原子は、当該原子線の中で既述の或る方向と直交する方向において所定の速さ成分Δｖと同じ、または、Δｖよりも小さい速さ成分を持っており、したがって、量子論的観点から当該原子線は既述の或る方向に関してコリメートされている。所望のエネルギー固有状態の原子と他のエネルギー固有状態の原子が原子線の中で一緒に存在するにしても、所望のエネルギー固有状態の原子と相互作用する光に対して他のエネルギー固有状態の原子は不感であるから、量子的にコリメートされた原子線は実用的である。ただし、他のエネルギー固有状態の寿命はできるだけ長いことが望ましい。コリメーションの観点からΔｖは、通例、十分に小さい値に設定されるが、Δｖの具体的な数値は実例に応じて決定される。 【０００９】 本開示の方法は、原子線を量子的にコリメートする方法である。この方法は、原子線に含まれる原子の基底状態と励起状態の間の遷移に対応する波長を持つポンピングレーザー光を原子線に対して照射することによって、原子線に含まれる原子を基底状態から励起状態に遷移させ、さらに励起状態から原子の準安定状態に緩和させることと、ポンピングレーザー光の照射の後、基底状態と準安定状態の間の遷移に対応する波長を持つフィルタリングレーザー光を原子線に対して照射することによって、当該フィルタリングレーザー光の進行方向において所定の速さ成分Δｖと同じ、または、Δｖよりも小さい速さ成分を持っている、原子線に含まれる準安定状態の原子を基底状態に遷移させることを含む。 【００１０】 本開示のコリメーターは、原子線を量子的にコリメートするコリメーターである。このコリメーターは、原子線に対してポンピングレーザー光およびフィルタリングレーザー光をこの順序で照射するように構成された照射装置を含む。ポンピングレーザー光は、原子線に含まれる原子の基底状態と励起状態の間の遷移に対応する波長を持つレーザー光である。フィルタリングレーザー光は、励起状態の原子が緩和過程で遷移する準安定状態と基底状態の間の遷移に対応する波長を持つレーザー光である。 【発明の効果】 （【００１１】以降は省略されています） この特許をJ-PlatPatで参照する
特許ウォッチ