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常温の^<87>Rb原子を光トラップに捕捉できるmK以下の温度にまで冷却するため、始めに5s ^2S_<1/2>(F=2)→5p ^2P_<3/2>(F=3)遷移および5s ^2S_<1/2>(F=1)→5p ^2P_<3/2>(F=2)遷移に近共鳴する波長780nmの2台の連続発振単一モードレーザーを製作し、それぞれの光周波数を飽和吸収分光と周波数変調法を利用して安定化を行い、原子のレーザー冷却に必要な周波数線幅<1MHzの性能を持つ冷却用レーザーシステムを開発した。次に、極低温原子集団を断熱的に長時間保持するための超高真空実験装置を製作し、これらを利用して二重磁気光学トラップを行った。まず常温のRb原子蒸気が充満する低真空領域(10^<-7>Torr程度)で磁気光学トラップ(MOT)を行って、約10^9個の原子を2mK程度にまでレーザー冷却・トラップし、次に、この低温原子集団をレーザー光による輻射圧で超高真空領域に導入し、再度、別のMOTで冷却・捕獲を行った。これにより、10^<-11>Torr程度の超高真空中に約10^9個のRb原子を1mK程度の温度で準備することができた。得られた原子集団は光トラップに効率よく導入するには未だ高温であったため、更に偏向勾配冷却を行った結果、目的であった100μK程度にまで冷却することができた。
また、光トラップ中での更なるレーザー冷却に必要なトラップ寿命が実験装置で得られているかを確認するため、既設の磁気トラップ装置を利用してトラップ寿命や熱平衡化速度の測定も行った。その結果、現在の真空度で約1分程度のトラップ寿命があり、約2分で1mKから10μKまでRF蒸発冷却が可能であることが確認され、残留気体の衝突による加熱が小さいことがわかった。以上のように、光トラップでのより複雑な原子操作に必要な保持時間を確保し、冷却過程を詳細に実験研究することが可能となった。
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