2014 Fiscal Year Research-status Report
単一原子の無損失状態検出による光子の非破壊オンオフ検出
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25800224
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
竹内 誠 東京大学, 総合文化研究科, 助教 (60552106)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 位相同期 / 速度選択光ポンピング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光周波数領域で、自由空間を伝搬する光子に対して、光子数の非破壊 ON/OFF 検出（有無の検出）を目指す。手順として、1 光子レベルのプローブ光で単一原子に誘導ラマン遷移を誘起し、異なる基底準位へ遷移したかどうかを、Cavity QED 系を用いた無損失状態検出により確認する。もし遷移していれば光子 ON と推定できるので、光子の非破壊 ON/OFF 検出が可能となる。
まず、誘導ラマン遷移に用いるチタンサファイアレーザーと外部共振器型半導体レーザーの、位相同期による周波数差安定化を行った。個々のレーザーから出射された光を、50:50シングルモード分岐ファイバーを用いてファイバー内で干渉させた後に高速光検出器で光電変換し、レーザー周波数差で振動する信号を観測した。その振動周波数がルビジウム原子の超微細分裂周波数と同一になるように半導体レーザーの外部共振器へフィードバックし、チタンサファイアレーザーとの周波数差の安定化を行った。現在の線幅は10MHz程度で、さらなる安定化のために、レーザー電流へのフィードバックが必要だと考えている。現在その回路を製作中で、その後はラマン遷移の観測を行う予定である。
次に、チタンサファイアレーザーを用い、室温原子の速度選択光ポンピングを行った。原子の内部状態検出に使用する、外部共振器型半導体レーザーを同時に照射し、その透過率から、ポンピングによる偏極度を測定した。偏極度は80%に到達することが分かった。この実験の計画は当初に無く、ステンレスチャンバーへ原子が流出し過ぎたため行ってみたが、予想外に高い偏極度が得られた。原子の熱運動を減衰させる代わりに、特定の速度で運動する原子のみを観察することで、光子の非破壊 ON/OFF 検出が可能かもしれない。ラマン遷移の観測用途で別途用意する真空チャンバーで、検証したいと考えている。
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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
ラマン遷移に必要な位相同期の技術は、申請者にとって新しい挑戦であった。今年度、この技術開発に目途がつき、残りは標準的技術が残っているのみで困難なく進められると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画上は原子の冷却が必要不可欠と考えていた。チタンサファイアレーザーは十分なパワー出力のおかげで、速度選択光ポンピングにより、光子の非破壊 ON/OFF 検出が可能かもしれないと、考えている。ラマン遷移の観測用途で用意する真空チャンバーにて、並行してその検証を行いたい。さらに、Cavity QEDの代わりにファラデー回転を用いるなど、S/Nの良い別の内部状態検出法を試みたいと考えている。
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| Causes of Carryover |
使用を予定していたチタンサファイアレーザーが経年変化のため不調となり、その発振調整のために、IRレーザー光可視化装置を購入した。当初は、誘電体多層膜コーティングを専門業者へ注文する予定であったが、不可能となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
そこで、Cavity QEDによる内部状態検出の代わりに、ファラデー回転を用いた状態検出を行う。また、単一原子の代わりに、多原子を用いる。このような系で非破壊ON/OFF検出の手順で行っておけば、単一原子Cavity QED系に置き換えた場合の性能向上が、明確になる。
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