2014 Fiscal Year Research-status Report
in-situ温度測定によるイッテルビウム光格子時計の高精度化
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25800231
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
田邊 健彦 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 研究員 (30613989)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 光格子時計 / 黒体輻射 / イッテルビウム / 光周波数コム / 絶対周波数測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、申請者所属のグループが世界で初めて開発に成功し、次世代時間標準の候補の一つである「イッテルビウム(Yb)光格子時計」について、主な不確かさ要因の一つである黒体輻射シフトに起因する不確かさを軽減するため、原子を取り囲む環境温度のin-situ(その場)測定を目的としている。時計遷移の上準位からn(主量子数)の値が15~40のRydberg状態への遷移周波数の測定により環境温度を求める。これは他の理論グループにより提案された環境温度の測定法であり、本研究で本手法の実証を目指す。
昨年度は、磁気光学トラップ(MOT)中のYb原子の数を増大させることを目的として、大強度の399nm光源を開発した。具体的には、波長798nmの外部共振器半導体レーザー(ECLD)を非線形光学結晶に入射し、第二次高調波発生により399nmの光を得た。そして本年度は、まず開発した399nm光源の周波数を安定化した。Yb放電セルと399nmの光を用いてYb原子の飽和吸収分光を行い、その一次微分信号によりECLD(798nm)を周波数安定化した。Modulation Transfer法を採用することで、非常に堅牢な周波数安定化に成功した。この光源を用いてYb原子MOT生成、Rydberg原子生成に進む予定であったが、Yb光格子時計が不調であり予定通りに進まなかった。そこでこの光源を生かすために、Yb原子の許容遷移(399nm)の絶対周波数測定を行った。この遷移の周波数値は、過去に他の2つのグループによる報告があるが、2つの結果の間には大きな不一致があり議論の余地が残っていた。今回、光周波数を測定するための強力なツールである「光周波数コム」を用いてこの遷移の周波数を初めて測定した。これにより、信頼できる測定結果を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
Yb光格子時計自体が不調であったため、実験は計画通りには進まなかった。その一方で、「研究実績の概要」に述べたように、これまでに開発した光源と本グループが運用する光周波数コムを用いて、Yb原子の許容遷移の絶対周波数測定を行った。過去に他のグループにより行われた測定とは異なる手法を用いることで、信頼できる測定結果が得られた。思わぬ方向に研究が展開したが、実りある成果が出つつあると言えるだろう。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに述べたように、「Yb原子の許容遷移の絶対周波数測定」という、想定外の方向に研究が展開したが、着実に成果が出つつある。まずは、不確かさ評価を行いこの測定を完了させることを目指す。これと並行して、Yb光格子時計の復旧作業にも取り組む。その上で、従来の目的である、Yb光格子時計における黒体輻射シフトに起因する不確かさ軽減するため、原子をを取り囲む環境温度のin-situ測定を目指して、可能な限り作業を進める計画である。
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| Causes of Carryover |
Yb光格子時計の不調に端を発して、研究が想定外の方向に展開したために次年度に使用する研究費が発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
これまで取り組んだ絶対周波数測定では、これから不確かさ評価を行う必要がある。一連の測定に必要な消耗品等に使用する計画である。また、従来の計画に必要なRydberg原子生成用光源システムを構築するための光学系や、電子機器(半導体レーザーやテーパードアンプの駆動用電流源、温度調節器)のためにも使用する計画である。
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