Development of an optical lattice magnetometer for high-sensitivity magnetic-field detection

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K17676
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 原田 健一 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 講師 (00515447)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 量子エレクトロニクス / レーザー冷却 / 光学磁力計

Outline of Annual Research Achievements

高い感度と高い空間分解能を有する磁場測定技術は、基礎物理分野を始めとして多くの領域で必要とされている。本研究では、極低温まで冷却されたアルカリ原子を光格子に閉じ込めることで、高感度で高空間分解能を有する磁力計の開発を目指す。昨年度はルビジウム(Rb)原子を磁気光学トラップ(MOT)によって捕獲し、偏光勾配冷却によって原子集団の冷却温度の更なる改善を行うことで、光格子中に原子を捕獲することに成功した。今年度は非線形磁気光学回転(NMOR)を測定するための光源として、2台の外部共振器型半導体レーザー(ECDL)の開発を行った。偏光の回転角度観測のためのプローブ光源と、Rb原子の磁気副準位に偏極するためのポンプ光源をARコーティングの施された半導体素子を用いて製作し、両方共にRb原子に共鳴する780 nmの波長の光を発振させることに成功した。またRb蒸気セルを用いた周波数変調分光法の実験系の構築を行い、周波数安定化回路にこの信号を入力することで、ECDLへのフィードバック信号を得ることができ、周波数安定化を行うことが可能となった。ポンプ光を原子に照射後、ポンプ光の偏光と同じ偏光を有するプローブ光を入射することで透過光強度の変化を観測することができ、原子が磁気副準位に偏極されていることを確認できた。またプローブ光の偏光面の回転度合を検出するため、偏光ビームスプリッタによって光を分け、その強度差を観測するための測定系の構築も行うことができた。これらの実験によって得られた結果を、国際・国内の学術会議で報告することができた。

Research Products

• [Journal Article] Frequency Measurement of Tellurium Lines Near Calcium (2017)
  • Author(s): U. Dammalapati, K. Harada, T. Inoue, S. Ito, H. Kawamura, K. Sakamoto, K. Tanaka, A. Uchiyama, R. Yoshioka, and Y. Sakemi
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 86 Pages: 124301
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.86.124301
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Measurement of the 3-α decay from the Hoyle and the broad 10 MeV states in 12C (2017)
  • Author(s): M. Itoh, S. Ando, T. Aoki, H. Arikawa, S. Ezure, K. Harada, T. Hayamizu, T. Inoue, T. Ishikawa, K. Kato, H. Kawamura, Y. Sakemi and A. Uchiyama
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Ser. Volume: 863 Pages: 012019
  • DOI: 10.1088/1742-6596/863/1/012019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Francium: Tool for Fundamental Symmetry Investigations (2017)
  • Author(s): U. Dammalapati, K. Harada, T. Hayamizu, K. Sakamoto, K. Kato, T. Aoki, S. Ito, T. Inoue, A. Uchiyama, H. Kawamura, M. Itoh, T. Aoki, A. Hatakeyama, and Y. Sakemi
  • Journal Title: JPS Conf. Proc. Volume: 18 Pages: 011046
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSCP.18.011046
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Laser frequency stabilization using iodine molecule spectroscopy with frequency modulation at 3.5 GHz for magneto-optical trapping of francium atoms (2018)
  • Author(s): K. Harada, A. Uchiyama, T. Inoue, H. Kawamura, K. S. Tanaka, S. Ito, U. Dammalapati, T. Aoki, A. Hatakeyama, and Y. Sakemi
  • Organizer: 10th International workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dual isotope transfer in a double magneto-optical trap system for cooled rubidium co-magnetometer toward search for electron electric dipole moment (2018)
  • Author(s): A. Uchiyama, K. Harada, K. Sakamoto, T. Inoue, S. Ito, M. Itoh, H. Kawamura, K. S. Tanaka, U. Dammalapati, R. Yoshioka and Y. Sakemi
  • Organizer: 10th International workshop on Fundamental Physics Using Atoms (FPUA2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電子の永久電気双極子能率探索に向けた冷却85Rb, 87Rb原子の同時スピン緩和時間測定 (2018)
  • Author(s): 内山愛子, 原田健一, 坂本幸祐, 伊藤沙希, 伊藤正俊, 井上壮志, 川村広和, 田中香津生, U. Dammalapati, 吉岡里紗, 青木貴稔, 畠山温, 高橋義朗, 酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 電子EDM探索に向けたフランシウムの磁気光学トラップ (2018)
  • Author(s): 田中香津生, 吉岡里紗, U. Dammalapati, 原田健一, 伊藤正俊, 伊藤沙希, 井上壮志, 川村広和, 坂本幸祐, 内山愛子, 酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] 表面電離を用いた放射性フランシウムのイオンビーム生成 (2018)
  • Author(s): 川村広和, 原田健一, 井上壮志, 伊藤沙希, 田中香津生, 内山愛子, 上野恭裕, 小澤直也, 山本広平, 杉森龍宇, 皆川幸穂, 酒見泰寛
  • Organizer: 日本物理学会 第73回年次大会
• [Presentation] Development of a Double Magneto-optical Trap System toward Electron Electric Dipole Moment Search in an Optical Lattice (2017)
  • Author(s): K. Harada
  • Organizer: BIT's 1st Annual Conference of Quantum World
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] CYRIC測定器研究部
  • URL: http://inst.cyric.tohoku.ac.jp/