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次世代の時刻供給を担う高安定光時計の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K14367
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 原子・分子・量子エレクトロニクス
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

小林 拓実  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 (40758398)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020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)
2020年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード光時計 / 原子 / 量子エレクトロニクス / 光時系 / 磁気光学トラップ / 長期連続稼働 / Yb光格子時計 / 長期連続運転 / 不確かさ評価 / 絶対周波数計測
研究成果の概要

光格子時計は高精度化が実現され、次世代の秒の定義の有力候補となっている。秒の再定義を見据えて、いかに高精度な時刻供給を行うかは重要課題である。これには、マイクロ波の水素メーザーに代わる24時間365日稼働する光時計の実現が望ましい。本研究では、まずレーザー周波数ロックの堅牢化に取り組み、ロックが落ちても自動でリロックを行う機構をデジタル回路を用いて実現した。次に、磁気光学トラップの長期稼働の実現のために、加熱窓、エンドキャップファイバー、リモート監視機構などの導入を行い、数カ月間安定して原子をトラップすることに成功した。堅牢な光時計の実現に向けて重要な一歩を進んだ。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光格子時計の高精度化は実現されているが、長く稼働できないようでは時刻供給に精度が活かせない。そのため、水素メーザーに代わる光時計の開発はこれから益々盛んになると考えられる。本研究では、光時計の実現に向けた重要技術であるレーザー周波数ロックの堅牢化に注力し、論文発表および特許出願を行った。この成果は、本研究で実証した磁気光学トラップの長期稼働のみならず、さまざまな種類の光時計に応用可能である。そのため、将来の秒の再定義に向けた重要な貢献になると考えている。

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 6件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Improved frequency ratio measurement with 87Sr and 171Yb optical lattice clocks at NMIJ2021

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Hisai, Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Kazumoto Hosaka, Hajime Inaba, Feng-Lei Hong, and Masami Yasuda
    • 雑誌名

      Metrologia

      巻: 58 号: 1 ページ: 015008-015008

    • DOI

      10.1088/1681-7575/abc104

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Demonstration of the nearly continuous operation of an 171Yb optical lattice clock for half a year2020

    • 著者名/発表者名
      Takumi Kobayashi, Daisuke Akamatsu, Kazumoto Hosaka, Yusuke Hisai, Masato Wada, Hajime Inaba, Tomonari Suzuyama, Feng-Lei Hong, and Masami Yasuda
    • 雑誌名

      Metrologia

      巻: 57 号: 6 ページ: 065021-065021

    • DOI

      10.1088/1681-7575/ab9f1f

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A relocking scheme for optical phase locking using a digital circuit with an electrical delay line2019

    • 著者名/発表者名
      Takumi Kobayashi, Daisuke Akamatsu, Kazumoto Hosaka, and Masami Yasuda
    • 雑誌名

      Review of Scientific Instruments

      巻: 90 号: 10 ページ: 103002-103002

    • DOI

      10.1063/1.5111935

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Uncertainty Evaluation of an 171Yb Optical Lattice Clock at NMIJ2018

    • 著者名/発表者名
      Takumi Kobayashi, Daisuke Akamatsu, Yusuke Hisai, Takehiko Tanabe, Inaba Hajime, Tomonari Suzuyama, Feng-Lei Hong, Kazumoto Hosaka, and Masami Yasuda
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control

      巻: 65 号: 12 ページ: 2449-2458

    • DOI

      10.1109/tuffc.2018.2870937

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A frequency-stabilized light source at 399 nm using an Yb hollow-cathode lamp2018

    • 著者名/発表者名
      Takehiko Tanabe, Daisuke Akamatsu, Hajime Inaba, Sho Okubo, Takumi Kobayashi, Masami Yasuda, Kazumoto Hosaka, and Feng-Lei Hong
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 6 ページ: 062501-062501

    • DOI

      10.7567/jjap.57.062501

    • NAID

      210000149114

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dual-mode operation of an optical lattice clock using strontium and ytterbium atoms2018

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Akamatsu, Takumi Kobayashi, Yusuke Hisai, Takehiko Tanabe, Kazumoto Hosaka, Masami Yasuda, and Feng-Lei Hong
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control

      巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1069-1075

    • DOI

      10.1109/tuffc.2018.2819888

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laser-Controlled Cold Ytterbium Atom Source for Transportable Optical Clocks2017

    • 著者名/発表者名
      Masami Yasuda, Takehiko Tanabe, Takumi Kobayashi, Daisuke Akamatsu, Takumi Sato, and Atsushi Hatakeyama
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 86 号: 12 ページ: 125001-125001

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.125001

    • NAID

      210000134648

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Yb光格子時計の半年間にわたる準連続運転と国際原子時への貢献2021

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、赤松大輔、保坂一元、久井裕介、和田雅人、稲場肇、洪鋒雷、安田正美
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Nearly continuous operation of an Yb optical lattice clock towards contribution to the International Atomic Time2020

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、赤松大輔、保坂一元、久井裕介、稲場肇、鈴山智也、洪鋒雷、安田正美
    • 学会等名
      IEEE IFCS-ISAF
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of an operational Yb optical lattice clock towards contribution to the International Atomic Time2020

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、赤松大輔、保坂一元、久井裕介、稲場肇、鈴山智也、洪鋒雷、安田正美
    • 学会等名
      CPEM
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sr optical lattice clock assisted by optical frequency combs for contribution to International Atomic Time2020

    • 著者名/発表者名
      久井裕介、赤松大輔、小林拓実、保坂一元、稲場肇、洪鋒雷、安田正美
    • 学会等名
      CLEO
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 産総研におけるYb/Sr時計周波数比計測の不確かさ低減2020

    • 著者名/発表者名
      久井裕介、赤松大輔、小林拓実、保坂一元、稲場肇、洪鋒雷、安田正美
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 国際原子時への貢献を目指したYb光格子時計の連続運転の実証2020

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、赤松大輔、保坂一元、久井裕介、稲場肇、鈴山智也、洪鋒雷、安田正美
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Status report on an 171Yb optical lattice clock at NMIJ2019

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、赤松大輔、久井裕介、田邉健彦、稲場肇、鈴山智也、洪鋒雷、保坂一元、安田正美
    • 学会等名
      Joint Conference of the IEEE International Frequency Control, Symposium and European Frequency and Time Forum (IFC/EFTF)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Recent research activities on optical lattice clocks at NMIJ, AIST2019

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、赤松大輔、久井裕介、田邉健彦、稲場肇、鈴山智也、洪鋒雷、保坂一元、安田正美
    • 学会等名
      URSI-Japan Radio Science Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 国際原子時への貢献を目指したSrおよびYb光格子時計の改善2019

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、赤松大輔、久井裕介、洪鋒雷、保坂一元、安田正美
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of an ytterbium optical lattice clock at NMIJ2018

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、赤松大輔、久井裕介、田邉健彦、稲場肇、鈴山智也、洪鋒雷、保坂一元、安田正美
    • 学会等名
      European Frequency and Time Forum (EFTF)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 産総研におけるYb光格子時計3号機2018

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、赤松大輔、久井裕介、田邉健彦、稲場肇、鈴山智也、洪鋒雷、保坂一元、安田正美
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 可搬型光格子時計のためのレーザー制御型低速Yb原子線源の開発2018

    • 著者名/発表者名
      安田正美、田邉健彦、小林拓実、赤松大輔、佐藤拓海、畠山温
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of an 8-branch optical frequency comb for laser frequency stabilization2017

    • 著者名/発表者名
      久井裕介、赤松大輔、小林拓実、大久保章、稲場肇、洪鋒雷、保坂一元
    • 学会等名
      Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] A compact light source at 399 nm using a periodically poled LiNb03 waveguide for laser cooling ytterbium2017

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、赤松大輔、西田好毅、田邉健彦、安田正美、 洪鋒雷、保坂一元
    • 学会等名
      Union Radio-Scientifique Internationale
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] A narrow linewidth laser system for strontium and ytterbium optical lattice clocks2017

    • 著者名/発表者名
      小林拓実、稲場肇、赤松大輔、大久保章、保坂一元
    • 学会等名
      Union Radio-Scientifique Internationale
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 周波数安定化のための8ブランチ光周波数コムの開発2017

    • 著者名/発表者名
      久井裕介、赤松大輔、小林拓実、大久保章、稲場肇、保坂一元、 洪鋒雷、安田正美
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Yb/Srデュアル光格子時計による時計遷移周波数比の測定22017

    • 著者名/発表者名
      赤松大輔、小林拓実、久井裕介、田邉健彦、保坂一元、洪鋒雷、安田正美
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [産業財産権] 位相同期回路2019

    • 発明者名
      小林拓実、赤松大輔、安田正美
    • 権利者名
      小林拓実、赤松大輔、安田正美
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-083313
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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