| 研究課題/領域番号 |
15K05239
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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 |
早坂 和弘 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所量子ICT先端開発センター, 研究マネージャー (10359086)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | イオントラップ / 共振器量子電磁力学 / 超放射 |
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| 研究実績の概要 |
当課題はイオントラップに配置したレーザー冷却Ca+イオンの超放射を自然放出寿命の変化として測定し、超放射ダイナミクスを制御する手法を確立するを目的とする。H28年度は以下の成果を得た。
(1)2D5/2準位の寿命変化測定法の実装と評価:数値シミュレーションと合わせて最も短時間で最も精度の高い寿命変化測定法を見出し、実験装置を構成して実験を実施したところ、超放射による寿命変化をPurcell効果による寿命変化から区別するためには測定回数10,000回、所要時間4時間以上の測定が必要であることが明らかになった。
(2)2D5/2-2S1/2遷移用周波数安定化光源の実装:Ca+集団に超放射を起こさせるための光共振器長を(1)で判明した所要時間に渡って安定化するための周波数安定化光源(波長729nm)を、1458nm外部共振器半導体レーザーの第二高調波として生成した。実際にCa+集団の2D5/2-2S1/2遷移に周波数ロックし、4時間以上の安定動作を確認した。
(3)多数個Ca+を光共振器に結合させる平面トラップの設計:超放射による放射寿命変化は共振器への結合イオン数をNとした際にNの二乗に比例する。そのため、多数個を共振器に結合させることが超放射の観測に有利であるが、従来のリニア型イオントラップではイオンが等間隔に配置しないために、共振器モードの腹に配置するイオン数が制限される。イオンが等間隔に配置するポテンシャル形状を発見し、10,000個のCa+が共振器モードの腹に配置する平面型トラップを設計した。
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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
本課題は(1)イオン集団による超放射を放射寿命により計測する理論の構築、(2)単一イオンの放射寿命の精密計測、(3)単一イオンと光共振器の結合、(4)複数個イオンと光共振器の結合により生じる超放射ダイナミクスの寿命変化による観測、からなる。
これまでに(1)(2)を完了したが、(2)を実施した結果、当初想定したより長時間にわたる光共振器の安定動作時間が必要であることが判明し、当初計画にはなかった周波数安定化光源構築が必要となった。そのため、当初H28年度までに完了予定であった(3)が未達成となっている。一方、従来型イオントラップの1000倍以上のイオン数を光共振器に結合させる平面型トラップ構造の発見により(4)の達成条件が従来より大幅に緩和された。そのため、(4)は当初予定より短期間で実施可能と想定される。
以上のことから、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断される。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度は当初計画より多数個のCa+を用いて、以下の手順にてCa+集団の超放射ダイナミクスの観測を実施する。
(a)平面型トラップと光共振器の結合:平面型トラップに光共振器を組合わせた実験系を作製し、多数個Ca+のトラップと共振器内への配置を確認する。
(b)寿命変化の観測による超放射ダイナミクスの測定:共振器内に配置したCa+集団を2D5/2状態に励起して、時間発展を共鳴蛍光を用いて観測する。その際、連続的に観測する方法と、一定の時間を置いて観測する方法での測定を比較することにより、超放射によるダイナミクスを共振器によるPurcell効果と峻別することができる。また、共振器の結合個数等のパラメータを変えることにより、超放射ダイナミクスの詳細が解明されると想定される。
(c)超放射発振の試み:光共振器に結合するイオン数が1,000を超えると、超放射によるコヒーレント放射が生じると期待される。もし計画(b)で1,000を超えたCa＋の結合が得られる場合には、コヒーレント放射の観測を試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
年度最後に購入した物品の価格が、業者の値引きにより想定額以下となったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
光学消耗品購入に充てる。
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