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長期連続運転可能で極めて高い周波数安定度を有する原子泉の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15K21669
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 応用物理学一般
計測工学
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

高見澤 昭文  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (50462833)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2017年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード原子泉一次周波数標準器 / 外部共振器半導体レーザ / 2次元磁気光学トラップ / 原子泉
研究成果の概要

原子泉を長期間連続的に運転するために、数ヶ月以上周波数ロックをかけ続けられる外部共振器半導体レーザを開発し、原子泉のシステムに実装した。このレーザでは、アライメントに鈍感なキャッツアイ配置の共振器を、機械的な不安定性を生む要因となる位置微調器具を使わずに構築した。また、筐体で密閉し、大気圧変動による周波数ドリフトを抑制した。
原子泉においては、光モラセスや光ポンピングの光学系を改善することにより冷却原子の数を増大させ、周波数安定度を7×10-14/tau(1/2) (tau: 平均時間(s))まで向上させた。また、不確かさを6.1×10-16と評価した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

セシウム原子泉は16桁の精度で時間周波数の標準を実現するが、基本的には秒の長さを決めるものであり、時刻を刻む時計として用いるには長期間連続的に動作させることが必要となる。本研究では、超高精度のセシウム原子泉のさらなる高精度化と時計としての安定した動作を実現するために、時計の精度に直結する周波数安定度の向上と長期連続運転を両立させ、原子泉の総合的な性能を向上させた。また、長期連続運転のために開発した外部共振器半導体レーザは、原子泉だけでなく原子重力計や原子磁気センサなどのレーザ冷却や原子分光を利用した実験装置を将来実用化する際に、極めて有用なレーザ光源となりうる。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2018 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 7件)

  • [国際共同研究] アデレード大学(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Recent Progress of Development of Cesium Fountain Primary Frequency Standard NMIJ-F22018

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Ken Hagimoto, Iku Hirano, Takeshi Ikegami
    • 雑誌名

      Proceeding of European Frequency and Time Forum

      巻: 0 ページ: 94-97

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Surface activated room-temperature bonding in Ar gas ambient for MEMS encapsulation2018

    • 著者名/発表者名
      Hideki Takagi, Yuichi Kurashima, Akifumi Takamizawa, Takeshi Ikegami, and Shinya Yanagimachi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 2S1 ページ: 02BA04-02BA04

    • DOI

      10.7567/jjap.57.02ba04

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] External cavity diode laser with very-low frequency drift2016

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, and Takeshi Ikegami
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 9 号: 3 ページ: 032704-032704

    • DOI

      10.7567/apex.9.032704

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 精密位相雑音測定におけるサンプリングクロックの影響2016

    • 著者名/発表者名
      平野育、柳町真也、池上健、高見澤昭文
    • 雑誌名

      電気学会論文誌A

      巻: 印刷中

    • NAID

      130005160681

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Autonomous cryogenic sapphire oscillators employing low vibration pulse-tube cryocoolers at NMIJ2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Ikegami, Ken-ichi Watabe, Shinya Yanagimachi, Akifumi Takamizawa, John G. Hartnett
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] External cavity diode laser with frequency drift following natural variation in air pressure2015

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, and Ryuzo Kawabata
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 54, 号: 18 ページ: 5777-5781

    • DOI

      10.1364/ao.54.005777

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preliminary evaluation of the cesium fountain primary frequency standard NMIJ-F22015

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takehiko Tanabe, Ken Hagimoto, Iku Hirano, Ken-ichi Watabe, Takeshi Ikegami, John G. Hartnett
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement

      巻: 64 号: 9 ページ: 2504-2512

    • DOI

      10.1109/tim.2015.2415015

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Improved frequency measurement of the 1S0-3P0 clock transition in 87Sr using a Cs fountain clock as a transfer oscillator2015

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Tomoya Suzuyama, Hajime Inaba, Sho Okubo, Masami Yasuda, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae, and Kazumoto Hosaka
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 84 号: 11 ページ: 115002-115002

    • DOI

      10.7566/jpsj.84.115002

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Recent Progress of Development of Cesium Fountain Primary Frequency Standard NMIJ-F22018

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Ken Hagimoto, Iku Hirano, Takeshi Ikegami
    • 学会等名
      European Frequency and Time Forum
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電気的冷却方式低温サファイア発振器の特性2018

    • 著者名/発表者名
      池上健, 渡部謙一, 柳町真也, 高見澤昭文, 萩本憲, John. G. Hartnett
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Precise frequency comparison of clocks considering the dead time uncertainty of frequency link2016

    • 著者名/発表者名
      Kazumoto Hosaka, Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Tomoya Suzuyama, Hajime Inaba, Sho Okubo, Masami Yasuda, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae
    • 学会等名
      The European Frequency and Time Forum (EFTF) 2016
    • 発表場所
      イギリス、ヨーク
    • 年月日
      2016-04-07
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 周波数ドリフトが極めて小さい外部共振器半導体レーザ2016

    • 著者名/発表者名
      高見澤昭文、柳町真也、池上健
    • 学会等名
      第71回日本物理学会年次大会
    • 発表場所
      宮城県仙台市
    • 年月日
      2016-03-22
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 2台の電気的冷却方式低温サファイア発振器間の周波数安定度測定2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Ikegami, Ken-ichi Watabe, Shinya Yanagimachi, Akifumi Takamizawa, Iku Hirano, Ken Hagimoto, John G. Hartnett
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京都目黒区
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] ストロンチウム原子の時計遷移の絶対周波数測定 -SI秒との比較における不確かさの低減-2016

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Tomoya Suzuyama, Hajime Inaba, Sho Okubo, Masami Yasuda, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae, and Kazumoto Hosaka
    • 学会等名
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東京都目黒区
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 精密な位相雑音測定におけるサンプリングクロックの影響2016

    • 著者名/発表者名
      平野育、柳町真也、池上健、萩本憲、高見澤昭文
    • 学会等名
      電気学会全国大会
    • 発表場所
      宮城県仙台市
    • 年月日
      2016-03-18
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Yb and Sr optical lattice clocks at NMIJ2016

    • 著者名/発表者名
      Kazumoto Hosaka, Takumi Kobayashi, Tomoya Suzuyama, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Masami Yasuda, Hajime Inaba, Sho Okubo, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae
    • 学会等名
      ERATO International Workshop:Challenges in Precision Science
    • 発表場所
      東京都文京区
    • 年月日
      2016-01-25
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sr光格子時計の絶対周波数測定 -SI秒との比較における不確かさの軽減-2015

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Tomoya Suzuyama, Hajime Inaba, Sho Okubo, Masami Yasuda, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae, and Kazumoto Hosaka
    • 学会等名
      量子エレクトロニクス研究会「極限計測の科学と技術」
    • 発表場所
      山梨県 山中湖畔
    • 年月日
      2015-12-18
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Accurate frequency comparison of clocks considering the effect of the distributed dead-time2015

    • 著者名/発表者名
      Kazumoto Hosaka, Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Takeshi Ikegami, Tomoya Suzuyama, Hajime Inaba, Sho Okubo, Masami Yasuda, Feng-Lei Hong, Atsushi Onae
    • 学会等名
      Asia Pacific Workshop on Time and Frequency 2015
    • 発表場所
      中国、北京
    • 年月日
      2015-10-31
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Toward the full evaluation of the cesium fountain NMIJ-F22015

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Ken Hagimoto, Iku Hirano, Ken-ichi Watabe, Takeshi Ikegami, John G. Hartnett
    • 学会等名
      Symposium on Frequency Standards and Metrology
    • 発表場所
      ドイツ、ポツダム
    • 年月日
      2015-10-12
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of cryogenic sapphire oscillators using cryocoolers at NMIJ2015

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Ikegami, Ken-ichi Watabe, Shinya Yanagimachi, Akifumi Takamizawa, John G. Hartnett
    • 学会等名
      Symposium on Frequency Standards and Metrology
    • 発表場所
      ドイツ、ポツダム
    • 年月日
      2015-10-12
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 長期間にわたり周波数ロックが可能な外部共振器半導体レーザの開発2015

    • 著者名/発表者名
      高見澤昭文、柳町真也、池上健、川畑龍三
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      愛知県名古屋市
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of the cesium fountain primary frequency standard NMIJ-F22015

    • 著者名/発表者名
      Akifumi Takamizawa, Shinya Yanagimachi, Ken Hagimoto, Iku Hirano, Ken-ichi Watabe, Takeshi Ikegami, John G. Hartnett
    • 学会等名
      Emerging Scientist Workshop
    • 発表場所
      韓国、Daejeon
    • 年月日
      2015-08-26
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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