2015 Fiscal Year Research-status Report
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26610123
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
岸本 哲夫 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (70420239)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ボース・アインシュタイン凝縮 / 量子エレクトロニクス / 極低温量子ダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、基底状態の超微細構造準位間のマイクロ波遷移の周波数が光シュタルクシフト光の波長に依存して、光シュタルクシフト量に差が生じることを観測することを目的としている。マイクロ波遷移では、室温Rb原子によるドップラー広がりが10kHz程度であるため、光シュタルクシフトの差が100kHz程度あれば、観測可能なはずである。また、観測線幅に不均一広がりを生じる要因として、磁気副準位の縮退を解くために印可する磁場の不均一性による広がり、プローブ光強度による飽和広がりなどが挙げられる。そこで、まず、3重磁気シールドによる環境からの不均一磁場を抑制し、また、ソレノイド及び補正コイルを用いて、分光ガスセルの範囲内不均一磁場を0.1%以内に押さえた。また、数十μW以下のプローブ光を用いることで飽和広がりを抑制し、さらに、干渉フィルタを２回通すことによってプローブ光と光シフト光を分別できるようにした。その後、これらの条件で各レーザー光を入射して、周波数掃引しながらマイクロ波を照射して分光を試みたが、光シフトの影響が観測されなかった。要因として、ガスセル全体にマイクロ波を照射するため、光シフト光照射領域外の光シフトしていない原子気体のマイクロ波遷移による吸収信号も重複して観測してしまっており、この信号と優位な差で光シフトした原子集団からの信号が検出できていない可能性がある。この問題点を解決する手段として、次に、マイクロ波遷移させる方法として、周波数差がちょうどマイクロ波遷移に相当する2光子遷移を用いる方法を試みることとした。そこで、新たに6.8GHzの電流変調をかけて2光子遷移用の光源を作成し、改めて分光実験に進めている。現在、観測精度を調べるために、数ガウス程度の均一磁場印可時の時計遷移の2次ゼーマンシフトを観測し、10kHz程度まで観測し、ブライト・ラビの公式と良い一致を得た段階である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
分光手法として、マイクロ波を直接照射する方法で観測が期待されたマイクロ波遷移における光シュタルクシフトが観測できていないため、目的としていた特殊な波長(Tune-out波長)の同定に至っていない。ただ、新たに進めている2光子遷移を用いた手法では、2光子遷移光の照射範囲内のみの原子に対して分光が行えるようになるため、前述の問題点をクリアできると考えている。現在、2光子遷移のために、光源に6.8GHzの電流変調を印可してサイドバンドを生成し、87Rb原子のマイクロ波時計遷移（mF=0⇒mF’=0’）を観測した段階である。手始めとして、数ガウスまでの磁場印可したところ、587Hz/G2で変化する10kHz程度までの2次ゼーマンシフトの観測が確認できた。これは、ブライト・ラビの公式から見積もられる575Hz/G2という係数と良く一致しており、シフト量10kHz程度の分光精度は十分得られるようになったことを示している。この方法では、分光精度が2本のレーザーの相対線幅によって決まり、各レーザー自身の線幅に制限されない特徴があり、結果的に相対線幅がマイクロ波発生器の周波数精度のみで決められるようになる。また、相対線幅が狭い2本の光と原子が相互作用することで暗状態が形成され、ドップラー幅に依存しない、高い精度の分光が可能となる（Coherent population Trapping）。
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| Strategy for Future Research Activity |
分光精度は前述のように確認できたが、まだ信号強度の揺らぎが大きいため、ＳＮの改善として、今後光源への電流変調を3.4GHzとし、また、外部共振器レーザーの共振器長を44mmに作り変えることで、サイドバンド強度を数％から20％へ増加させる計画である。また、吸収信号のバックグラウンドと信号の比を改善するために、光源の波長をRbD2遷移からD1遷移に変更する準備も進めている。
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| Causes of Carryover |
研究課題の実験において、回折限界を超えた局所操作に不可欠となる波長同定法として、簡便な測定方法の新提案を行っているが、初めに想定した手法では、SNが足りなく、期待されるデータの取得に至っていない。そこで、マイクロ波遷移の手法を少し変更し、現在改変に伴う光源や装置の変更を行いながら、基礎データを取得している段階である。手法の確立と実証までにあと半年ほどの時間が見込まれる。これらの手法の変更に伴って必要な部品や機器に改造が必要となったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越分で、音響光学素子（100千円）、ラジオ波・マイクロ波電子部品（200千円）、光学部品(1500千円)、旅費(100千円)に充てる計画である。
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