レーザー光を用いて物質の量子状態や量子ダイナミクスを直接操作し、物性や機能を制御しようとする量子制御、またはコヒーレント制御と呼ばれる研究が近年精力的に行われている。提案者は波長の異なるフェムト秒光パルスを重ね合わせ、その相対位相を精密に制御した位相制御光による分子配向の量子制御技術を世界に先駆けて実現し、位相制御光と分子との相互作用は位相に強く依存する多彩な量子現象を示すことを明らかにした。
レーザー光の基本波（周波数：ω）とその第二高調波（周波数：2ω）の相対位相をゼロまたはπに固定して重ね合わせれば、その光電場波形は正負に対して異方的となる。位相制御光は正負を区別できない通常の光電場とは異なり静電場的な方向性が生じる。この異方性のある位相制御光と分子分極との相互作用が、通常の光では不可能な（頭と尻尾を区別した）分子配向を可能とする。量子論では、2つの光学遷移（基本波の2光子遷移と第二高調波の1光子遷移）の量子干渉効果によって理解できる。
また分子の光トンネルイオン化において、非対称な光電場を持つ位相制御光と異方的な電子の波動関数との相互作用によって、光トンネルイオン化確率が位相制御光の位相と分子配向に強く依存して多彩な現象を引き起こすことがわかった。
このように位相制御光は従来の光とは本質的に異なった性質を持っているため、光の位相に関わる新しい量子現象の観測、さらに位相制御光を用いた物質制御の新しい方法論を提示できる可能性がある。例えば、気体や液体の物性計測において、分子はランダムな配向で飛び回っているため、測定結果は配向分布を伴うことは避けられない。分子を配向制御してやれば配向分布による情報の平均化を除去することができるため、情報量は飛躍的に増え、高度な計測が可能となる。
本研究提案の目的は、
（1）位相制御光と分子との相互作用によって引き起こされる量子効果を系統的に探索・分類し、総合的な理解をすること
（2）位相制御光を用いた新しい方法論に基づく極限計測手法として、位相制御光により気体分子を配向整列させ、分子の質量と立体構造を同時に決定できる配向分子質量分析装置の開発を行うことである。
光による高度な分子操作技術の基礎研究から計測装置の開発まで連続的な研究を行い、日本発の革新的な計測装置の開発を目指す。
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