レーザーデチューニング

光物理学において、レーザーデチューニングとは、量子システムの共振周波数からわずかにずれた周波数にレーザーをチューニングすることです。名詞として使用される場合、レーザーデチューニングは、システムの共振周波数とレーザーの光周波数（または波長）の差です。共振周波数より低い周波数にチューニングされたレーザーは赤色デチューニングと呼ばれ、共振周波数より高くチューニングされたレーザーは青色デチューニングと呼ばれます。^[1]

電磁スペクトルの光周波数範囲、すなわち数 THz から数 PHz の周波数、または同等に 10 nm から 100 μm の範囲の波長の共振周波数を持つシステムを考えてみましょう。このシステムがこの値に近い周波数のレーザーによって励起される場合、レーザーのデチューニングは次のように定義されます。光周波数範囲におけるこのような共振システムの最も一般的な例としては、光空洞(自由空間、ファイバー、またはマイクロ空洞)、原子、および誘電体または半導体があります。 ${\displaystyle \omega _{0}}$${\displaystyle \omega_{L}}$$${\displaystyle \Delta \omega \ {\overset {\underset {\mathrm {def} }{}}{=}}\ \omega _{L}-\omega _{0}}$$

レーザーのデチューニングは、レーザー場が往復ごとに取得する位相 (モジュロ 2π) を決定するため、キャビティなどの共振システムにとって重要です。これは、干渉や散乱などの線形光学プロセスにとって重要であり、位相整合条件 に影響を与えるため、非線形光学プロセスにとって非常に重要です。

レーザーは実験室フレーム内でデチューンすることができ、移動システムの共鳴周波数にドップラーシフトされます。これにより、レーザーは特定の速度または特定の方向に移動する原子にのみ影響を与えることができ、レーザーデチューンがレーザー冷却^[2]と磁気光学トラップ^[1]の中心的なツールになります。

原子のレーザー冷却と同様に、デチューニングの符号はオプトメカニクスの応用において重要な役割を果たします。^{[3] [4]}赤色デチューニング領域では、オプトメカニカルシステムは冷却され、光と機械モード（「ビームスプリッター」）の間でコヒーレントなエネルギー転送が行われます。青色デチューニング領域では、加熱、機械的増幅、場合によってはスクイージングとエンタングルメントが行われます。レーザーデチューニングがゼロである共鳴時のケースは、 LIGOで使用されるような機械的運動の非常に高感度な検出に使用できます。

レーザーデチューニングの別の応用は、レーザー安定化です。パウンド・ドレーバー・ホール法は、キャリアレーザーの赤と青のデチューニングされたサイドバンドを使用するレーザー安定化法です。キャビティから反射された光の強度は、レーザーの波長を測定するために使用されます。最小反射は、レーザー周波数がキャビティと共振していることに対応しているため、周波数は反射電力を最小化するように変調されます。ただし、キャビティからの反射は偶関数であるため、出力されたレーザー周波数をキャビティの共振周波数と一致させるためにどの方向に移動する必要があるかはわかりません。サイドバンドは、周波数の関数として反射関数の傾斜を近似するために使用され、奇数エラー関数を生成します。この関数は、周波数をどの方向に移動する必要があるかを示し、レーザーをロックするために使用できます。^[5]