【青山学院大学】量子の同期現象を利用して光強度を7桁増強することに成功 ～量子光アンプの開発に期待～

同大理工学部物理科学科の北野健太助教、前田はるか教授の研究グループは、超蛍光と呼ばれる量子の世界で起こる同期現象を用いて、レーザー光の瞬間強度を7桁以上増強することに成功した。この研究成果は、2024年2月12日に、"Physical Review Letters"誌のオンライン版に掲載された。




【発表のポイント】
1．量子力学の同期現象である超蛍光を微弱なレーザー光を用いて制御することに成功
2．レーザー光の瞬間的な光強度を超蛍光によってコヒーレントに7桁以上増強することに成功
3．超蛍光が光の量子状態にどのように作用するのかを解明することで量子光アンプの開発につながると期待




気体の原子をはじめとした量子性が顕著に表れる物質が、内部エネルギーの高い状態に励起されると、自然放出過程によって蛍光が放出されることがある。そのような物理系において、複数の原子が一斉に励起されると、真空場を介して各原子が相互作用する。その結果、各々の原子から放射される光の位相が徐々に同期され、極めてピーク強度の高いコヒーレントな光パルス、いわゆる「超蛍光」が放射される。光が存在しない空間から、突如として強力な光パルスが放射されるという点で、超蛍光は真空場を増幅する機構と考えられている。

同大理工学部物理科学科の北野健太助教、前田はるか教授の研究グループは、外部から微弱なレーザー光を照射した条件下で超蛍光を実現し、その増幅特性を精密に評価した。その結果、レーザー光の瞬間強度が超蛍光によって、7桁以上もコヒーレントに増強されていることを発見した。この研究成果は、超蛍光の持つ比類なき増幅能力を実証している。特に、超蛍光による光の増幅は、原子集団が自発的に量子もつれ状態を形成することに起因しており、レーザーに代表される従来の光増幅機構とは全く異なる。この特性を解明することによって、将来的には非古典光に作用するいわば「量子光アンプ」として開発されることが期待される。

なお、本研究は、日本学術振興会（JSPS）科学研究費助成事業基盤研究（B）（22H01159）、公益財団法人 JKA競輪、公益財団法人光科学技術研究振興財団による研究助成事業の支援のもと実施された。


▼論文情報
タイトル：Coherent Amplification of Continuous Laser Field via Superfluorescence
著者名：Kenta Kitano and Haruka Maeda
雑誌：Physical Review Letters
DOI：10.1103/PhysRevLett.132.073201
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.073201