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Development of an ultra-stable laser system using a cryogenic optical cavity for optical lattice clocks

Research Project

Project/Area Number 22244049
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Atomic/Molecular/Quantum electronics
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

ASO Yoichi  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (10568174)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) KATORI Hidetoshi  東京大学, 大学院工学系研究科, 教授 (30233836)
HONG Feng-lei  産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 研究科長 (10260217)
LI Ying  情報通信研究機構, 電磁波計測研究所, 主任研究員 (30415848)
TSUBONO Kimio  東京大学, 大学院理学系研究科, 名誉教授 (10125271)
Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha) TAKAMOTO Masao  理化学研究所, 香取量子計測研究室, 研究員 (30401144)
SUZUKI Toshikazu  高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 教授 (20162977)
MIYOKI Shinji  東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (20302680)
Project Period (FY) 2010-04-01 – 2013-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥45,240,000 (Direct Cost: ¥34,800,000、Indirect Cost: ¥10,440,000)
Fiscal Year 2012: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2011: ¥26,780,000 (Direct Cost: ¥20,600,000、Indirect Cost: ¥6,180,000)
Fiscal Year 2010: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000)
Keywords量子エレクトロニクス / 周波数標準 / レーザー / 周波数安定化 / 低温 / レーザー安定化 / 熱雑音 / 安定化レーザー
Research Abstract

The main objective of this research was to realize an ultra-stable laser system to be used as a local oscillator for optical lattice clock, which is one of the most promising candidates for the next generation time-frequency standard. Thermal noise of a reference cavity is the main culprit for limiting the stability of a laser locked to the cavity. Therefore, we planned to build a cryogenic cavity made of mono-crystalline silicon cooled down to 3.5K.
As a result of our research, we were able to successfully operate the silicon cavity at 3.5K. An in-loop measurement of the fractional frequency fluctuation is about 10 to the -18th at 1 second.

Report

(4 results)
  • 2013 Final Research Report ( PDF )
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2014 2013 2012 2011 2010 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (15 results)

  • [Journal Article] Interferometer design of the KAGRA gravitational wave detector2013

    • Author(s)
      Y. Aso, Y. Michimura, K. Somiya, M. Ando, O. Miyakawa, T. Sekiguchi, D. Tatsumi, and H. Yamamoto
    • Journal Title

      Phys. Rev. D

      Volume: vol. 88, no. 4 Issue: 4 Pages: 43007-43007

    • DOI

      10.1103/physrevd.88.043007

    • Related Report
      2013 Final Research Report 2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Prospects for frequency comparison of Sr and Hg optical lattice clocks toward 10 -18 uncertainties2012

    • Author(s)
      Katori, H, : Takamoto. M. : Takano, T. Ushijima, I. ; Ohkubo, T. ; Yamanaka, K. ; Ohmae. N, : Aso, Y. Shoda, A. : Ushiba, T. : Thoumany, P. Das, M. : Christensen, B. T. R. ; Akatsuka, T.
    • Journal Title

      Frequency Control Symposium (FCS), 2012 IEEE International

      Pages: 1-6

    • DOI

      10.1109/fcs.2012.6243688

    • Related Report
      2013 Final Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Length sensing and control strategies for the LCGT interferometer2012

    • Author(s)
      Y. Aso, K. Somiya, and O. Miyakawa
    • Journal Title

      Class. Quantum Gravity

      Volume: vol. 29, no. 12 Issue: 12 Pages: 124008-124008

    • DOI

      10.1088/0264-9381/29/12/124008

    • Related Report
      2013 Final Research Report
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  • [Presentation] 低温シリコン光共振器を用いた狭線幅光源の開発II2014

    • Author(s)
      牛場崇文,麻生洋一,大前宣昭,正田亜八香
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大
    • Year and Date
      2014-03-28
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      2013 Final Research Report
  • [Presentation] 低温シリコン光共振器を用いた狭線幅光源の開発2013

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      牛場崇文,麻生洋一,大前宣昭,正田亜八香,坪野公夫
    • Organizer
      日本物理学会2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      高知大
    • Year and Date
      2013-09-23
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      正田亜八香、麻生洋一、大塚茂巳、大前宣昭、牛場崇文、平松成範、坪野公夫
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大
    • Year and Date
      2013-03-27
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  • [Presentation] 低温光共振器に向けた低温システムの開発II2013

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      牛場崇文,渡辺篤史,麻生洋一,平松成範,大塚茂巳,大前宣昭,正田亜八香,坪野公夫
    • Organizer
      日本物理学会第68回年次大会
    • Place of Presentation
      広島大
    • Year and Date
      2013-03-27
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      正田亜八香,麻生洋一,大塚茂巳,大前宣昭,牛場崇文,平松成範,坪野公夫
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      京都産業大
    • Year and Date
      2012-09-11
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  • [Presentation] 低温光共振器に向けた低温システムの開発2012

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      牛場崇文,正田亜八香,大前宣昭,平松成範,大塚茂巳,麻生洋一,鈴木敏一,坪野公夫
    • Organizer
      日本物理学会2012年秋季大会
    • Place of Presentation
      京都産業大
    • Year and Date
      2012-09-11
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      坪野公夫
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      牛場崇文
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      日本物理学会2012年 年次大会
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      関西学院大(兵庫県)
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  • [Presentation] 低温光共振器を用いた時計用周波数安定化レーザーの開発2011

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      大前宣昭,麻生洋一,坪野公夫,平松成範,正田亜八香,波多野智,三橋秀人,香取秀俊
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-23
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      2013 Final Research Report
  • [Presentation] 低温光共振器を用いた超高安定光源の開発II2011

    • Author(s)
      坪野公夫
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      弘前大(青森県)
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 低温光共振器を用いた時計用周波数安定化レーザーの開発2011

    • Author(s)
      大前宣昭
    • Organizer
      日本物理学会2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学 (富山県)
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 低温サファイア共振器を用いた超高安定レーザーの開発II2010

    • Author(s)
      麻生洋一,穀山渉,坪野公夫,高本将男,香取秀俊
    • Organizer
      日本物理学会2010年秋季大会
    • Place of Presentation
      九州工業大学
    • Year and Date
      2010-09-14
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      2013 Final Research Report
  • [Presentation] 低温光共振器を用いた超高安定レーザーの開発2010

    • Author(s)
      麻生洋一
    • Organizer
      日本物理学会2010年秋季大会
    • Place of Presentation
      九州工業大学(福岡県)
    • Year and Date
      2010-09-14
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Measuring Coating Thermal Noise with Cryogenic Sapphire Cavities2010

    • Author(s)
      Yoichi Aso
    • Organizer
      2010 Gravitational Wave Advanced Detector Workshop
    • Place of Presentation
      Kyoto
    • Year and Date
      2010-05-18
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      2013 Final Research Report
  • [Presentation] 低温シリコン光共振器を用いた狭線幅光源の開発II

    • Author(s)
      牛場崇文,麻生洋一,大前宣昭,正田亜八香
    • Organizer
      日本物理学会第69回年次大会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川県)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2010-08-23   Modified: 2019-07-29  

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