シリコン原子のレーザー冷却技術の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350037
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 熊谷 寛 独立行政法人理化学研究所, レーザー物理工学研究室, 先任研究員 (00211889)
• Keywords: レーザー冷却 / シリコン / 深紫外コヒーレント光源 / 波長変換 / 原子分光

Research Abstract

研究代表者は本課題において、シリコンテクノロジーの革新を目指して、シリコン原子のレーザー冷却技術を世界に先駆けて開発することを目的としている。シリコン原子のレーザー冷却技術の開発は、シリコン原子の運動制御、原子波の波束制御を実現し、新たにシリコン原子リソグラフィー技術、シリコン原子ホログラフィー技術、シリコンアイソトープデザイン技術の技術開発につながると期待できるためである。
平成15年度は、シリコン原子ビームのレーザー冷却の度合いを調べるための、共鳴レーザービームによるビーム断面プロファイル測定技術を開発した。シリコン原子ビームを電子ビーム蒸発に依り発生させ、共鳴するレーザーを照射することに依り、その散乱光を高速電子シャッタ内蔵ICCDカメラを使って計測することで、ビーム断面プロファイルを測定した。特に光源の性能が要求されるが、共鳴する252nmのレーザーは、既に開発している深紫外コヒーレント光源を用いた。周波数の安定性などの条件は満たされていたが、CCDの感度を考慮すると更に高出力化が望まれた。そこで、和周波発生用共振器の最適化を図り、モードマッチング、光インピーダンスマッチングなどをおこなうことで、更に3倍以上高出力化を実現した。
また、その周波数を精密にあわせるための、分光技術を開発した。単一周波数CW深紫外コヒーレント光源に依る、シリコン原子の同位体フリーのスペクトルは初めてであり、この技術を活用することに依り、最適な周波数に同調できることを実証した。

Research Products

• [Publications] H.Kumagai, K.Midorikawa, T.Iwane, M.Obara: "Efficient sum-frequency generation of continuous-wave single-frequency coherent light at 252 nm with dual wavelength enhancement"Opt.Lett.. Vol.28 No.20. 1969-1971 (2003)
• [Publications] H.Kumagai: "Challenges towards laser cooling of silicon"IEEE Circuits and Devices Magazine. Vol.20No.1. 32-37 (2003)
• [Publications] Y.Ueda, H.Kumagai, T, Meguro, K.Midorikawa, M.Obara: "Optogalvanic spectroscopy of silicon atoms"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research-Section B. Vol.215. 419-422 (2004)