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2017 Fiscal Year Research-status Report

ボース凝縮体への静止ソリトンの導入とその外場計測への応用

Research Project

Project/Area Number 15K05229
Research InstitutionUniversity of Fukui

Principal Investigator

熊倉 光孝  福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (30324601)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords周波数安定化レーザー / レーザー冷却 / ボース・アインシュタイン凝縮 / 半導体レーザー
Outline of Annual Research Achievements

今年度は、誘導ラマン遷移によるボース・アインシュタイン凝縮体の位相操作に必要な狭帯域半導体レーザーシステムの動作確認と特性評価、改良を行った。このレーザーは干渉フィルターを用いた新たなデザインに基づくもので、昨年度試作を開始した実験装置である。位相操作に必要なレーザー波長はRb原子の光学遷移に共鳴する780 nmであるため、市販の半導体レーザー素子で出力波長が最も近い波長790 nm のARコート付き半導体レーザー素子(出力70 mW)を利用した。出力光をレンズでコリメートしたのち、透過スペクトル線幅約 1 nm (FWHM)(中心波長782 nm)の干渉フィルターに入射する。フィルターの透過光を再度レンズで集光し、焦点位置でPZT付のミラーで反射し元の光路を戻すことにより、共振器を形成する。出力光は、共振器内に組み込んだ半波長板と偏光ビームスプリッターで取り出した。干渉フィルターの角度を調節してループゲインを上げたところ、波長780 nmでシングルモードのレーザー発振を確認した。しかし、レーザー発振が維持できる出力は5 mW程度と小さな値であった。これは、半導体レーザー素子の温度制御範囲が不十分で、必要なゲインが得られないためであることがわかった。また、出力光周波数については、レーザー素子の電流、共振器長、干渉フィルターの角度によって数GHzの範囲に亘って連続的にチューニングできることが確認できた。しかし、周波数線幅は、期待されるkHz程度には及ばないMHz以下程度の線幅であった。比較的大きな出力を取り出すために共振器のQ値が低いことが原因と考えられる。これら2つの問題は、レーザー素子の温度制御範囲を広げてゲイン曲線をチューニングすることにより解消されると考えられ、密閉容器を用いた、より低温にまで冷却できるレーザー装置の製作を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ボース・アインシュタイン凝縮体の誘導ラマン遷移の遂行には、安定かつ継続的実験に利用できる波長可変の狭帯域レーザーの開発が研究の大きな部分を占める。2015年度まで用いていたレーザーシステムではレーザー冷却装置と組み合わせた実験が困難であったが、今年度、高い性能を持つ新たなレーザーの開発に目途が付きつつあり、誘導ラマン遷移の確認に向けて着実に前進していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

必要な周波数安定化レーザーの開発をすすめて、ボース・アインシュタイン凝縮体の誘導ラマン遷移の確認を目指す。昨年度までの実験で問題であったレーザー素子の温度制御範囲を広げ、必要な性能を満たす光源を用意する。始めにレーザー冷却で得られる低温原子気体での誘導ラマン遷移の観測を試み、その後、ボース・アインシュタイン凝縮体へ対象を広げる。

  • Research Products

    (22 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Azo-polymer film twisted to form a helical surface relief by illumination with a circularly polarized Gaussian beam2017

    • Author(s)
      Keigo Masuda,Shogo Nakano,Daisuke Barada, Mitsutaka Kumakura, Katsuhiko Miyamoto, and Takashige Omatsu
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 25 Pages: 12499~12507

    • DOI

      10.1364/OE.25.012499

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Optical fabrication and trapping of superconducting nanoparticles in superfluid helium2017

    • Author(s)
      Ashida Masaaki、Minowa Yosuke、Kumakura Mitsutaka, Takahashi Yuta, Matsushima Fusakazu, Moriwaki Yoshiki
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE

      Volume: 103471 Pages: 103471X

    • DOI

      10.1117/12.2273278

  • [Journal Article] Influence of dilution with organic solvents on emission spectra of CdSe/ZnS quantum dots2017

    • Author(s)
      Mitsutaka Kumakura, Asuka Kinan, and Takeshi Moriyasu
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE

      Volume: 10252 Pages: 1025219/1~4

    • DOI

      10.1117/12.2269436

  • [Journal Article] Property of Magnetic Trapping of Superconducting Sub-micron Particles2017

    • Author(s)
      Y. Takahashi, J.Naoi, K.Yamaguchi, M. Kumakura, M. Ashida, F. Matsushima, and Y. Moriwaki
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE

      Volume: 10252 Pages: 102521H/1~2

    • DOI

      10.1117/12.2279262

  • [Presentation] ZAIS量子ドットの光学的選別に向けた選択的光励起2018

    • Author(s)
      守安 毅, 馬場 宥太, 小出 大士朗, 下村 昂之, 瀧山 貴之, 亀山 達矢, 鳥本 司, 芦田 昌明, 熊倉 光孝
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] シリコンにおける透過テラヘルツ波形に対する光励起の影響2018

    • Author(s)
      笹島 秀樹, 笠島 裕太, Afalla Jessica, 守安 毅, 谷 正彦, 北原 英明, 河本 敏郎, 熊倉 光孝
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 液体He中でレーザーアブレーションによって生成された超伝導微粒子の磁気トラップVI2018

    • Author(s)
      高宗 雅人, 高橋 佑太, 直井 惇, 中村 吉成, 松島 房和, 熊倉 光孝, 芦田 昌明, 森脇 喜紀
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
  • [Presentation] Optical and magnetic sorting of nanoparticles in cryogenic conditions2018

    • Author(s)
      Masaaki Ashida,Yosuke Minowa, Mitsutaka Kumakura, Yoshiki Moriwaki
    • Organizer
      SPIE Photonics West 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Influence of dilution with organic solvents on emission spectra of CdSe/ZnS quantum dots2017

    • Author(s)
      Mitsutaka Kumakura, Asuka Kinan, Takeshi Moriyasu
    • Organizer
      The 4th Optical Manipulation Conference 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Property of magnetic trapping of superconducting sub-micron particles2017

    • Author(s)
      Yuta Takahashi, Jun Naoi, Kota Yamaguchi, Mitsutaka Kumakura, Masaaki Ashida, Fusakazu Matsushima, Yoshiki Moriwaki
    • Organizer
      The 4th Optical Manipulation Conference 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of superconducting micro particles by laser ablation in superfluid helium2017

    • Author(s)
      Masaaki Ashida, Yosuke Minowa, Mitsutaka Kumakura, Yuta Takahashi, Fusakazu Matsushima, Yoshiiki Moriwaki
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 液滴を利用した CdSe/ZnS 半導体量子ドットの気相への分散2017

    • Author(s)
      守安 毅, 木南 安寿花, 熊倉 光孝
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 液体He中でレーザーアブレーションによって生成された超伝導微粒子の磁気トラップⅣ2017

    • Author(s)
      直井 淳, 高橋 佑太, 松島 房和, 熊倉 光孝, 芦田 昌明, 森脇 喜紀
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
  • [Presentation] 液体He 中でレーザーアブレーションによって生成された超伝導微粒子の磁気トラップV2017

    • Author(s)
      直井 惇, 高橋 佑太, 高宗 雅人, 中村 吉成, 松島 房和, 熊倉 光孝, 芦田 昌明, 森脇 喜紀
    • Organizer
      2017年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • [Presentation] 液滴を利用したCdSe/ZnS 半導体量子ドットの気相中への分散2017

    • Author(s)
      馬場 宥太, 小出 大士朗, 下村 昂之, 木南 安寿花, 守安 毅, 熊倉 光孝
    • Organizer
      2017年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • [Presentation] 光励起したシリコンにおける透過テラヘルツ電場波形のピークシフト2017

    • Author(s)
      笹島秀樹,笠島裕太,ジェシカ・アファリヤ,守安毅,谷正彦,北原英明,河本敏郎,熊倉光孝
    • Organizer
      2017年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • [Presentation] Optical fabrication and manipulation of semiconductor or superconducting nano- and micro-particles2017

    • Author(s)
      Masaaki Ashida,Yosuke Minowa, Mitsutaka Kumakura, Yoshiki Moriwaki
    • Organizer
      Hsinchu Summer Course and Workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 光励起したシリコンにおけるテラヘルツパルスの伝播2017

    • Author(s)
      守安 毅, 笹島 秀樹, 河本 敏郎, 北原 英明, 谷 正彦, 熊倉 光孝
    • Organizer
      レーザー学会第505研究会及び電子情報通信学会LQE5月研究会
  • [Presentation] Optical fabrication and trapping of superconducting nanoparticles in superfluid helium2017

    • Author(s)
      Masaaki Ashida,Yosuke Minowa, Mitsutaka Kumakura, Yuta Takahashi, Fusakazu Matsushima, Yoshiki Moriwaki
    • Organizer
      Optical Trapping and Optical Micromanipulation XIV, SPIE Nanoscience + Engineering 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Optical fabrication and trapping of microspheres in cryogenic conditions2017

    • Author(s)
      Masaaki Ashida,Yosuke Minowa, Mitsutaka Kumakura, Yoshiki Moriwaki
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan (OPJ) OSJ - OSA Joint Symposia Nanophotonics
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 福井大学大学院工学研究科物理工学専攻/量子光学・レーザー分光グループ

    • URL

      http://apphy.u-fukui.ac.jp/~kumakura/lab_index.html

  • [Remarks] Mitsutaka KUMAKURA Home page

    • URL

      http://apphy.u-fukui.ac.jp/~kumakura/index.html

URL: 

Published: 2018-12-17  

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