2015 Fiscal Year Research-status Report
長期連続運転可能で極めて高い周波数安定度を有する原子泉の開発
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15K21669
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
高見澤 昭文 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 物理計測標準研究部門, 主任研究員 (50462833)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 原子泉 / 外部共振器半導体レーザ / ２次元磁気光学トラップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セシウム原子泉を運転するためにはレーザの周波数が原子の共鳴線にロックされていることが必須であるため、原子泉を長期間にわたり連続的に運転するためには、モードホップなく長期間周波数ロックをかけ続けられるレーザ光源が必要である。
こうした要請に応えるため、共振器内にバンドパスフィルタを挿入することにより波長選択を行い、アライメントに鈍感なキャッツアイ配置を持つタイプの外部共振器半導体レーザを、機械的に頑強にするために位置微調器具を使わずに作製するとともに、大気圧変動による空気の屈折率変化の影響を抑制するために筐体で密閉した。これにより、１ヶ月間連続的に周波数ロックをかけ続けることに成功した。フィードバック信号から推定されるフリーランでの周波数変動はこの期間で275 MHzに抑えられ、気温変動に依存した。気温変化による周波数変動を補償すると、リニアな周波数ドリフトのレートはアラン偏差から< 40 Hz/sと見積もられた。このドリフトレートから、少なくとも110日以上の連続的な周波数ロックが可能であると推定される。
また、周波数安定度を上げるために冷却原子の数を増やす必要があるため、通常の蒸気によるローディングではなく、２次元磁気光学トラップによる光モラセスへの原子のローディングにも取り組んでいる。本研究では、粒状のセシウムディスペンザをレーザで活性化して気体原子を放出させ、２次元磁気光学トラップ中に原子を供給する。これにより、セシウムアンプルや電流加熱型のディスペンザを用いるよりも装置が簡便になる。現在、真空装置を組み上げ、２次元磁気光学トラップに必要な光源を準備したところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
開始当初から外部共振器半導体レーザの研究が順調に進む見込みがあったので、まずこの研究を進めた。その結果、原子泉の長期運転に耐えうるレーザが開発できたと思う。年レベルで長期連続ロックについては、今後実際に原子泉に用いてみて、経過を見ることによって確認することになろう。
２次元磁気光学トラップについては、実験の都合上成果が出るまでに長い準備期間が必要であるが、そうした準備は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
外部共振器半導体レーザについては、実際に原子泉の光源として適用するとともに、現状では無駄に筐体が大きいので、筐体のコンパクト化を進めていく。
２次元磁気光学トラップに関しては、実験を進めて冷却原子ビームを生成してフラックスや温度等を評価し、光モラセスに十分な原子数を供給できるかを評価する。
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| Causes of Carryover |
既存の研究課題を終えることにしたため、そこで用いていた装置（特に真空チャンバ）を転用できた。また、新たに立ち上がったプロジェクトと使用物品に関して重なる部分があり、特に光源やその周辺の光学部品について共通で使用することができたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
特に２次元磁気光学トラップに関してはこれからジグや光学部品などをそろえる必要があるので、そのために繰越金を当てていく。もともと研究費総額は申請時の請求額に比べて８０万円ほど少ないので、今回繰り越せた金額でその穴を埋めていく予定である。
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[Journal Article] Improved frequency measurement of the 1S0-3P0 clock transition in 87Sr using a Cs fountain clock as a transfer oscillator2015
Author(s)
Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Tomoya Suzuyama, Hajime Inaba, Sho Okubo, Masami Yasuda, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae, and Kazumoto Hosaka
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 84
Pages: 115002
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Precise frequency comparison of clocks considering the dead time uncertainty of frequency link2016
Author(s)
Kazumoto Hosaka, Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Tomoya Suzuyama, Hajime Inaba, Sho Okubo, Masami Yasuda, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae
Organizer
The European Frequency and Time Forum (EFTF) 2016
Place of Presentation
イギリス、ヨーク
Year and Date
2016-04-07
Int'l Joint Research
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[Presentation] 2台の電気的冷却方式低温サファイア発振器間の周波数安定度測定2016
Author(s)
Takeshi Ikegami, Ken-ichi Watabe, Shinya Yanagimachi, Akifumi Takamizawa, Iku Hirano, Ken Hagimoto, John G. Hartnett
Organizer
第63回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
東京都目黒区
Year and Date
2016-03-19
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[Presentation] ストロンチウム原子の時計遷移の絶対周波数測定 -SI秒との比較における不確かさの低減-2016
Author(s)
Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Tomoya Suzuyama, Hajime Inaba, Sho Okubo, Masami Yasuda, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae, and Kazumoto Hosaka
Organizer
第63回応用物理学会春季学術講演会
Place of Presentation
東京都目黒区
Year and Date
2016-03-19
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[Presentation] Yb and Sr optical lattice clocks at NMIJ2016
Author(s)
Kazumoto Hosaka, Takumi Kobayashi, Tomoya Suzuyama, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Masami Yasuda, Hajime Inaba, Sho Okubo, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae
Organizer
ERATO International Workshop:Challenges in Precision Science
Place of Presentation
東京都文京区
Year and Date
2016-01-25
Int'l Joint Research
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[Presentation] Sr光格子時計の絶対周波数測定 -SI秒との比較における不確かさの軽減-2015
Author(s)
Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Tomoya Suzuyama, Hajime Inaba, Sho Okubo, Masami Yasuda, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae, and Kazumoto Hosaka
Organizer
量子エレクトロニクス研究会「極限計測の科学と技術」
Place of Presentation
山梨県 山中湖畔
Year and Date
2015-12-18
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[Presentation] Accurate frequency comparison of clocks considering the effect of the distributed dead-time2015
Author(s)
Kazumoto Hosaka, Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Tomoya Suzuyama, Hajime Inaba, Sho Okubo, Masami Yasuda, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae
Organizer
Asia Pacific Workshop on Time and Frequency 2015
Place of Presentation
中国、北京
Year and Date
2015-10-31
Int'l Joint Research
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