| 研究課題/領域番号 |
23K04622
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 |
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研究代表者 |
和久井 健太郎 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波標準研究センター, 主任研究員 (90536442)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | 真空紫外 / 高次高調波発生 / イオントラップ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では冷却単一原子に対するVUV精密分光の実現を目的として次の研究開発を行う。まず、VUVコムを単一捕獲イオンに照射する際の最適励起条件を数値的に分析する。次に、VUVコムの導波・蛍光イメージング光学系を新規構築・評価し、単一イオンからの蛍光観測に取り組む。ドップラー広がりのない単一原子のVUV精密分光は実現すればレーザー物理の新たなマイルストーンになり得るテーマであり、VUV領域における他の分光対象探索への道筋も拓く極めて重要性の高い取り組みである。
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| 研究実績の概要 |
研究代表者らは、レーザー冷却された単一原子に対するVUV領域での精密分光実現を目的として、波長160 nmのVUV領域に直接遷移を持つ単一捕獲インジウムイオンの実験系構築を進めるとともに、中心波長800 nm付近のフェムト秒光パルスを基本波とする共振器内高次高調波発生の手法を用いて、中心波長が160 nm付近となるVUV光周波数コム（基本波の5次高調波）の発生を行っている。
本研究課題では、１）当該のVUVコムを単一捕獲インジウムイオンに照射した際の最適励起条件を数値的に分析する、２）VUVコムの導波・蛍光イメージング光学系を構築・評価する、という２つの課題について、取り組みを進めている。このうち、課題１については、VUVコムと当該の2準位系との相互作用モデルの高精度化と数値シミュレーションによる評価を進めた。次に、課題２については、まず商用のレンズ設計ソフトを導入し、イメージングレンズの設計最適化を行った。また、VUVイメージング素子としてVUV領域に感度のあるイメージングデバイスを選定・購入し、テスト用のVUV光源も新規に導入することで分光光学系・真空系の制作を進めた。さらに、高次高調波発生の基本波となるフェムト秒チタンサファイア発振器について、設計を改善することで高強度化に取り組み、従来から30％程度の出力増強に成功した。また、関連のテーマとして、高調波の強度を増強できる新規の統計的性質を持つ基本波超短パルス光源の生成・実証に成功し、投稿論文が受理された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は提案内容に沿っておおむね順調に進展していると言える。まず、課題１については、VUVコムと単一イオンVUV直接遷移との相互作用モデルの高精度化とシミュレーションを研究計画通り進めている。次に、課題２については、商用のレンズ設計ソフトを導入したことにより、様々な球面・非球面形状の数値的な評価を行うことが可能となった。その結果、低NA領域ではどのようなレンズ設計においても比較的良好なイメージング性能（点像分布関数やストレールレシオの値）が得られる見込みのあることや、NA＞0.5といった高NA領域では特性に大きな差が生まれることが検証できた。VUVイメージング系の構築においては、適切な感度のあるイメージングデバイスを選定・購入するとともに、数タイプの分光光学系をフレキシブルに設計・検証できる真空系の制作を行い、次年度以降の性能評価に向けた準備を着実に進めた。さらに、共振器内高次高調波発生の基本波となるフェムト秒チタンサファイア発振器の出力を30％程度高強度化できたことにより、5次高調波のさらなる高強度化が期待できる状況となった。また、関連のテーマとして、高調波の強度を増強できる新規の統計的性質を持つ基本波超短パルス光源の生成・実証に成功し、招待論文（査読あり）が受理された。これは将来、高次高調波発生過程における高調波の強度増強にも活用できる可能性のある技術である。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず、課題１については、引き続きシミュレーションの高精度化を進めることでVUVコムの繰り返し周波数の最適化等に取り組む。次に、課題２については、設計最適化したイメージングレンズの試作・評価を進めるとともに、VUVイメージング系についてVUVコムとテスト光源を用いて性能評価を実施する。強度増強した基本波フェムト秒チタンサファイア発振器については、共振器内高次高調波発生で用いる外部共振器への安定化向上を通じてVUVコムの出力強度等の安定化を進める。
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