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Development of a mHz-level laser using Sr atoms in an optical lattice

Research Project

Project/Area Number 15H02027
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Optical engineering, Photon science
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Torii Yoshio  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (40306535)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥40,560,000 (Direct Cost: ¥31,200,000、Indirect Cost: ¥9,360,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2017: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Fiscal Year 2016: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Fiscal Year 2015: ¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000)
Keywords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
Outline of Final Research Achievements

We have studied basic techniques to develop a mHz-level laser using cold strontium atoms in an optical lattice. As a first step to this goal, we develop a simple technique for laser cooling of strontium. We experimentally proved that a hollow cathode lamps, which is originally designed for spectroscopy of the ground state atoms, can offer a Doppler-free spectroscopic signal for the excited states of strontium. Moreover, by applying an appropriate magnetic field to the hollow cathode lamp, we could obtain an error signal suitable for laser frequency stabilization. Finally, we have developed a technique to magneto-optically trapping strontium atoms an a glass cell without resorting a Zeeman slower, which is a significant simplification of vacuum apparatus.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

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。

Report

(5 results)
  • 2019 Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2018 2017 2016 2015

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Doppler-free spectroscopy of metastable Sr atoms using a hollow cathode lamp2018

    • Author(s)
      Yusuke Hayakawa, Takumi Sato, Chika Watanabe, Takatoshi Aoki, and Yoshio Torii
    • Journal Title

      Applied Optics

      Volume: 57 Issue: 6 Pages: 1450-1454

    • DOI

      10.1364/ao.57.001450

    • NAID

      130006246244

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ホローカソードランプを用いた87Sr原子5s5d 3D3準位の超微細構造の測定2017

    • Author(s)
      佐藤拓海, 早川悠介, 青木貴稔, 鳥井寿夫
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ホローカソードランプを用いた準安定Sr原子のドップラーフリー分光2016

    • Author(s)
      早川悠介、青木貴稔、鳥井寿夫
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学角間キャンパス(石川県・金沢市)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Doppler-free spectroscopy of metastable Sr atoms using a hollow cathode lamp,2016

    • Author(s)
      Yusuke Hayakawa, Takatoshi Aoki, and Yoshio Torii
    • Organizer
      The 25th International Conference on Atomic Physics
    • Place of Presentation
      Seoul, Korea
    • Year and Date
      2016-06-24
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ホローカソードランプを用いたSr原子のmodulation transfer分光2015

    • Author(s)
      早川悠介、青木貴稔、鳥井寿夫
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      、関西大学千里山キャンパス(大阪府・吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2022-11-04  

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