光格子中の冷却Sr原子を用いたmHz級レーザーの開発
【研究分野】光工学・光量子科学
【研究キーワード】
レーザー冷却 / ストロンチウム / 原子時計 / 光格子時計 / レーザ周波数安定化 / ホローカソードランプ / レーザー周波数安定化 / レーザー / 光格子 / レーザー分光 / 超微細構造定数 / 量子光工学 / 準安定状態 / 分光 / 超微細構造 / 同位体シフト / 原子・分子物理 / 量子エレクトロニクス / 周波数標準
【研究成果の概要】
線幅がｍHz級のレーザーを光格子中に閉じ込められたストロンチウム原子を用いて実現するための基礎研究を行った。そのスタートとして、簡便なストロンチウム原子のレーザー冷却技術の開発を行った。一つ目として、基底状態のみならず、励起状態のストロンチウム原子のドップラーフリー分光をホローカソードランプを用いて実現できることを実証した。また、適切が外部磁場をホローカソードランプに加えることにより、レーザー光に変調を加えることなく、レーザー冷却に十分な安定度でレーザー周波数を安定化する技術も開発した。また、ゼーマン減速器を用いず、直接熱的原子をガラスセル内でレーザー冷却する技術も開発した。
【研究の社会的意義】
光格子時計の精度は300億年に１秒であり、これは1㎝の高低差による時計の進み方の違い（重力による赤方偏移）を検出できるレベルである。光格子時計は、将来の秒の定義の最有力候補であるのみならず、地殻変動の検知や地震予知など重要な社会インフラとなる可能性を秘めている。実際、セシウム原子時計によって維持されているGPSは、我々の生活になくてはならない社会インフラとなった。しかしながら、光格子時計はセシウム原子時計に比べて格段に装置が複雑であり、社会インフラとなるための大きな障害となっていた。本研究により光格子時計の構築を格段に簡略化することが可能となり、社会インフラへの道が大きく開けたといえる。
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31
【配分額】40,560千円 (直接経費: 31,200千円、間接経費: 9,360千円)