2004 Fiscal Year Annual Research Report

レーザー冷却イオンの量子状態の計測・制御に関する研究

Research Project

Project/Area Number	16340118
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	占部伸二大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (20304040)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	田中歌子大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (20359087) 豊田健二大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助手 (20314403)
Keywords	レーザー冷却 / イオントラップ / カルシムイオン
Research Abstract	単一カルシウムイオンのレーザー冷却については、小型のrfイオントラップを用いてLamb-Dicke領域への閉じ込めの実験を進めており、ドップラー冷却の最適化を中心に実験を行った。レーザー冷却ビームを二つの方向から入射して冷却を行うことにより、二方向のマイクロ運動の影響の観測を行い補正電極によりこの効果を打ち消すことでドップラー冷却の最適化を行った。この結果、冷却イオンの到達温度が1.5mKとなりこれまでの1/3までに減少した。また、電気四重極子遷移の観測過程において397nm円偏光を加えてゼーマンポンピングを行うことにより閉じたサイクルを構成し、光スペクトルにおけるイオンの運動サイドバンドの測定を行った。この結果、選択的にゼーマン成分を分離して観測することが可能になった。これによりイオンの振動基底状態発生に向けたサイドバンド冷却へ大きく前進することができた。ゼーマンポンピングの最適化をさらに進めておりサイドバンド冷却実験へ進む予定である。また、イオンの量子状態計測のための蛍光計測において、従来からの単一スリットを用いた蛍光計測系に新たな空間フィルターを加えることにより、信号光を大きく失うことなく背景雑音を大きく減少させ、信号対背景雑音比として200という値を得ることに成功した。複数個イオンの冷却実験においては、新たに5つの捕獲領域からなる小型のリニアイオントラップの開発を行った。このイオントラップは冷却レーザービームを軸方向および二つの径方向から照射できるように設計された真空装置内に設置され、また、イオンを強く束縛するために開発したヘリカル共振器を用いた高電圧rf励起電源で動作する。カルシウムイオンを用いてレーザー冷却実験を行い小数個イオンの結晶状態を確認した。また、3方向からのレーザービームによる蛍光スペクトルの観測を行い、マイクロ運動の影響の観測を行った。現在補正電極の形状を改良してマイクロ運動の3次元の最適な補正条件を見つける実験を進めている。また、このトラップにおいて雲状態のイオンの電極間の移動実験も実施した。