極端紫外レーザーによる「超蛍光」を初めて観測

高いエネルギー状態（励起状態）の原子が低いエネルギー状態へ変化（脱励起）するとき、エネルギー差に相当する波長の光（蛍光）を放射します。通常の蛍光強度は、励起状態の寿命に特徴付けられる指数関数的な減衰曲線を描きます。しかし、多数の励起原子が狭い空間内に集まると、励起原子が集団として一斉に発光する量子光学現象「超蛍光」が生じます。超蛍光は、ある遅延時間後に最大強度となるパルス形状を持ち、レーザー光のように指向性が高いことが特徴です。

放射光科学総合研究センターＸＦＥＬ研究開発部門利用連携チームらの共同研究グループは、理研ＳＣＳＳ試験加速器施設で、高強度・短パルスの極端紫外レーザーを高濃度のヘリウム原子ガスに照射し、通常の蛍光よりも30億倍も明るい超蛍光の観測に成功しました。超蛍光は量子光学効果の1つとして古くから知られ、可視光〜赤外〜マイクロ波領域の光照射では既に観測されていましたが、極端紫外域の光照射による観測は今回が初めてです。

この成果は、X線領域での超蛍光の発生を示唆するものであり、新しい原理に基づいた量子光学デバイスの開発、新しいX線光源の要素技術、生体分子の構造解析、物質計測手法などさまざまな応用へと発展していく可能性があります。X線領域での超蛍光の観測には、2012年3月から供用が開始されるX線自由電子レーザー施設ＳＡＣＬＡからの超短パルス光が欠かせません。ＳＡＣＬＡが切り拓く新しいX線利用技術の一つとして、超蛍光現象の応用が期待されます。