2021 Fiscal Year Research-status Report
Vector potential modulation of optical-pumped spin-polarized atoms
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21K04089
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
大坊 真洋 岩手大学, 理工学部, 准教授 (20344616)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 原子磁力計 / 光ポンピング / 磁気センサー / ベクトルポテンシャル / グラジオメーター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ベクトルポテンシャルは量子エレクトロニクスの発展に必要となる物理量であるが、直接的にそれを計測する機器は実現していない。我々は磁場を発生させずにベクトルポテンシャルだけを発生することができるベクトルポテンシャルコイルを開発してきた。また、楕円偏光レーザーによりアルカリ金属蒸気をスピン偏極させて、100 fTレベルの微弱な磁場を計測するシステムも開発してきた。この2つを組み合わせることにより、ベクトルポテンシャルが計測できるのではないかと考えた。まず、スピン偏極した原子がベクトルポテンシャル中でどのような分布になるかをレーザーの偏光の変化で調べる。そして、最終的にはベクトルポテンシャル計測の実現を目指す。
本年度は、受光システムの４チャンネル並列化を実現するとともに、差動回路を追加して異なる場所を通過したレーザー光同士の差動信号を計測できるようにした。これにより、磁気傾斜測定を実現した。ベクトルポテンシャルと磁場を印加した場合の周波数特性を比較した結果、漏洩磁場ではなく、ベクトルポテンシャル由来と思われる信号を検出した。
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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
偏光差動型ベクトルポテンシャル測定装置の作成した。これまでの我々の原子磁力計は、アルカリ金属蒸気を封入したガラス容器中央に、直径2 mm程度の1本のレーザービームを透過させていた。磁場によって生じた旋光を、透過光のP偏光とS偏光成分の差動検出することによって計測していた。今回は、ガラス容器に入るビーム径を容器の断面程度の直径8 mmまで拡大し、ガラス容器の左右を通り抜けたビームの偏光の差を測定できるようにした。また、透過光を計測する受光システムにおいては、従来が同一箇所を透過しｔP偏光とS偏光の差を測定するのみであったが、今回はP偏光とS偏光にそれぞれ４個のフォトダイオードアレイを使用して、上下左右の４箇所における偏光測定を可能とした。具体的にはガラス容器の同じ場所を通過した透過光の偏光の差を測定する1段目の差動回路に加えて、別の場所の透過光同士を比較する２段目の作動回路を設けた。磁場を印加した時とベクトルポテンシャルを印加した時の周波数特性を調べた結果、漏洩磁場による影響ではなく、ベクトルポテンシャルによる応答信号が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、まずベクトルポテンシャルを任意の方向から印加できるように、三軸COSθベクトルポテンシャルコイルを作成し、方向依存性を調べる。これは円筒の中心軸(Z方向)に対して角度 (+θ)で斜めに傾いて巻線し、さらに角度(-θ)で重ねて巻線した構造である。このコイル2つと、通常のソレノイド巻1つを重ね合わせたコイルを作製する。レーザーを通すZ軸方向に開口を持ちながら3軸任意の方向にベクトルポテンシャルを印加することができる精密なコイルおよび制御系を作成する。
次にCCDカメラにより高解像度画像として、ガラス容器内のスピン偏極原子の分布を直接的に観測する。ガラスセルの透過光は楕円偏光であるので、偏光による差動検出をするためには、本来CCDカメラ2台による差動化と、高精度な位置・回転合わせが必要となる。そこで、λ/4板とλ/2板を介して直線偏光に変換してから、グラントムソンプリズムを用いて直交ニコル配置することにより、旋光を光強度に変換して測定する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍による海外からの半導体関連部品の納期が全世界で長くなり、年度内の納品が間に合わなかったため。次年度は実施計画を前倒しするとともに、部品選定を見直して早期の発注をする予定である。
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Research Products
(1 results)
