2015 Fiscal Year Annual Research 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 / 偏光分光 / レーザー周波数安定化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では光の周波数領域における振動電場の有無（オンオフ）を、振動電場を減衰させずに検出することを目指す。光が照射された場合は、気体原子の超微細準位間で誘導ラマン遷移が発生する状況に、原子と光が結合した系を用意し、原子の内部状態の変化から、オンオフ検出したい光の有無を推定する。
ラマン遷移を誘起するには、２種類の波長の光を用い、それらの周波数差を基底準位の超微細分裂周波数と一致させなければならない。そこで、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を実現した。二つのレーザーの光を干渉させ、うなりの周波数が参照発振器と一致するように、半導体への注入電流と外部共振器長の安定化を行った。その結果、うなりの周波数の線幅1 Hz以下での安定化を達成した。
原子を特定の超微細準位の状態に準備するために、チタンサファイアレーザーは、光学遷移の共鳴周波数と一致させなければならない。そこで、チタンサファイアレーザーの発振周波数は、レーザー共振器の光路長を変化させることで、掃引できる。レーザー共振器内部には単一周波数で発振するよう、エタロン（ガラスプレート）が入れてある。レーザー共振器の光路長の変化に合わせてエタロンの角度を微調することで、発振周波数の非連続的な変化（モードホップ）を起こすことなく、8 GHz以上の連続的掃引を可能にした。原子のドップラーフリー偏光分光信号を誤差信号として、チタンサファイアレーザーの絶対周波数を原子の共鳴周波数に安定化した。
その他、原子濃度を高めるよう新たに原子チャンバーを製作し、透過率１％以下を達成した。
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