2021 Fiscal Year Annual Research Report
Research on precise measurement of microwave and terahertz wave using cesium atom
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18H01457
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
木下 基 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (00415671)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東島 侑矢 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (20805147)
飯田 仁志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40392584)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | セシウム / ラビ周波数 / リュードベリ状態 / マイクロ波 / ミリ波 / テラヘルツ波 / レーザー / 二重共鳴分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロ波と近赤外レーザーによるセシウム原子の二重共鳴分光を利用して、マイクロ波を近赤外蛍光に変換する「マイクロ波の可視化」実験を進めた。昨年度までに実現した二次元イメージングを高度化し、セシウム原子に印加する静磁場を制御することで偏波分離イメージングを取得し、偏波成分ごとの電磁界シミュレーションとの比較や、各偏波成分の合成波イメージングの解析などを行った。本実験により、マイクロ波イメージングの実用化に関する知見が得られた。また、パッチアンテナ、ホーンアンテナ、導波管プローブ等の放射パターンイメージングについて予備測定を開始している。さらに試作したマイクロ波レンズを用いてガラスセルへのマイクロ波結像実験も開始した。本実験は、マイクロ波カメラ開発への足がかりとなる。
ラビ周波数によるマイクロ波強度測定に関して、２本のレーザーの交点においてラビ周波数を測定する実証実験に成功した。本実験はプローブ光およびポンプ光を用い、ポンプ光にAM変調を加えることで、AM変調とラビ振動の励振によってラビ周波数を測定するものである。本測定によって２本のレーザーの任意の交点においてラビ周波数を測定できることから、マイクロ波強度の局所的な測定が可能になる。本手法は理論解析をはじめ、実験装置の設計とと構築、実証実験などすべて新規かつ独自に行ったものである。本成果と上述のイメージングを組み合わせることでマイクロ波の絶対強度イメージングなども可能になる。今年度は本手法の特許化がなされた。
原子によるマイクロ波強度測定の応答直線性の評価、または新たなマイクロ波線形性測定方法の開発に向けた研究を立ち上げた。本年度は実験系の設計と構築を行った。
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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
セシウム原子の二重共鳴分光を用いたマイクロ波の可視化に関する研究は大きく進展している。マイクロ波回路上のマイクロ波に関する二次元偏波分離イメージングをはじめ、様々なアンテナやプローブの放射イメージング、さらにマイクロ波カメラの開発に向けた検討にも着手している。本開発はすでに特許化し、マイクロ波イメージングによる非破壊検査等の応用に向けた連携について検討を進めている。
ラビ周波数測定によるマイクロ波の精密測定についても新たな手法を考案し、理論構築から実証実験までを独自に行なった。さらに、原子の応答を利用したマイクロ波強度の線形性に関する研究を新たに立ち上げた。
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| Strategy for Future Research Activity |
二重共鳴分光によるセシウム原子の蛍光を利用したマイクロ波イメージングはうまく進展しているため、これをさらに発展させる。例えば、この新たなマイクロ波イメージングを基にした非破壊検査や分析技術の開発、マイクロ波カメラの開発などを実施する。
ラビ周波数を用いたマイクロ波強度の精密測定については、光学スキャンによる高分解能測定を実施する。さらに、マイクロ波の減衰量測定と組み合わせた線形性測定にも注力する。
セシウム原子のリュードベリ状態を用いたミリ波・テラヘルツ波測定について、ミリ波・テラヘルツ波計測に関するコア技術開発を進めるとともに、利用可能なリュードベリ状態の特定や、リュードベリ状態生成用の光源開発なども進める。
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