量子シミュレータの実用化に向けた、高波長安定・長寿命・小型可視光光源

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22K20356
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0202:物性物理学、プラズマ学、原子力工学、地球資源工学、エネルギー学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 高野 哲至 京都大学, 理学研究科, 特定准教授 (80773530)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• キーワード: 外部共振器レーザ / 可視光半導体レーザ / レーザ冷却 / 量子シミュレーション

研究成果の概要

本研究の目的は、高波長安定・長寿命・小型の399nmレーザの開発である。このレーザは、イッテルビウム（Yb）原子の量子シミュレータ・光格子時計の小型化のボトルネックの１つとなっており、本研究が達成されれば、量子シミュレータ・光格子時計の可搬化・実用化が大幅に促進される。本研究では、窒化ガリウム半導体を用いた干渉フィルタ型外部共振器レーザ、あるいは、Yb原子気体を用いたファラデーレーザの2つの方法で上記の目的を達成しようと試みた。結果、前者のレーザの作成に成功し、スペクトル純度を評価したのちに、冷却Yb原子の観測に成功した。後者についても、Yb原子のオーブンの作成に成功した。

自由記述の分野

量子エレクトロニクス

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、直接接合された結合ミラーを用いて、可視光の干渉フィルタ型外部共振器半導体レーザを作ることができることを示した。そして、このレーザが冷却Yb原子の観測に使用することができることを示した。従来、可視光半導体レーザを用いて干渉フィルタ型外部共振器レーザを構成すると、寿命が短くなることが知られていた。本研究は、この原因が結合ミラーに光を集光することによって光集塵がおき、ミラーが劣化することにあると考えた。そして、直接接合された結合ミラーの接合面で光を集光して反射させることにより、これを回避できることを示した。この結果は、量子シミュレータ・光格子時計の可搬化・実用化を大きく促進する意義がある。