2018 Fiscal Year Research-status Report
位相変調法に基づいたチップスケール原子時計の特性改善
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17K06483
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
梶田 雅稔 国立研究開発法人情報通信研究機構, テラヘルツ研究センター テラヘルツ連携研究室, 嘱託 (50359030)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢野 雄一郎 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所時空標準研究室, 研究員 (80781765)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 位相変調 / 超小型原子時計 / 固有値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
携帯電話などの小型端末に搭載できるチップスケール原子時計(CSAC)の実現に際して，小型化に伴う原子共鳴のS/N比の低下は重要な課題となる．そこで，S/N比を改善する方法とし，原子共鳴の高速検出を可能とする位相変調法を開発に着手した．
初年度では，S/N比の改善効果を検証するための数値解析ソフトと実験装置を構築した．これらによって，実験と理論が一致することを確認し，安定度が最適となる磁場条件が明らかとなった．実際に，位相変調法を適用したところ，発振器の性能指標で最も重要な周波数安定度が２倍程度改善されることを確認した．これらは国際会議や論文で報告している．
2年目となる本年度では，本研究の最終課題である長期安定度の劣化要因となるライトシフトを低減する新しい方法の開発に着手した．まず，理論では，摂動法による数値解析を行い，ライトシフトとサイドバンドの強度比と周波数間隔との静特性を明らかにした．次に，ライトシフトの静特性に基づいて，ライトシフトの動特性を解析できるように解析ソフトに改善を加えた．しかし，従来の解析アルゴリズムでは，ライトシフトの動特性を精度良く得るために膨大な計算時間が必要なことが明らかとなった．そこで，圧電デバイスの振動解析で用いられるガラーキン・スペクトル法を用いることで，短時間で高精度に解を得られるように解析ソフトを改良した．その結果，従来法に比べて計算精度を落とさずに1000から10000分の１の時間で計算結果を得ることに成功した．この解析方法について，論文投稿し，アクセプトされ，7月にJJAP特集号に掲載される予定である．
その一方で、分子遷移周波数精密計測に関する理論的研究も行い、初年度に1本、2年目となる本年度に5本の論文を出版した
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
1年目で研究目標の位相変調によるS/N比の向上とその周波数安定度測定を行い，論文化されたこと．2年目で動的なライトシフトを解析するための新しいアルゴリズムを導入し，論文がアクセプトされていることが理由である．
その一方で、分子遷移精密計測で2年で6本の論文を出版している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ライトシフト低減法の研究に向けた実験と解析を進める．新しいアルゴリズムを実装した解析ソフトを有効に活用し，ライトシフトが低減される条件を探索する．解析に基づいて実験を行い，ライトシフトが実際に低減されるかを確認する．
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