研究課題/領域番号 |
26287090
|
研究機関 | 電気通信大学 |
研究代表者 |
向山 敬 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (70376490)
|
研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
キーワード | レーザー冷却 / イオントラップ / 原子気体 / 極低温化学反応 |
研究実績の概要 |
平成26年度は(1)中性原子の原子数向上,(2)カルシウムイオンの冷却効率の向上,(3)原子イオン間の非弾性散乱の観測,の3つの成果があった。(1)について,これまで磁気光学トラップから光双極子トラップに移行する効率が1%程度と低いために,最終的な冷却方法である蒸発冷却を行うことで原子の温度を下げても量子縮退近傍に到達するのがやっとで,それ以上の極低温領域に到達することが難しかった。我々は共振器によって光強度を増強させた光トラップを実現し,その共振器内の光強度の安定化と増大を行うことでトラップ原子数の増大に成功した。(2)については,これまでイオンのレーザー冷却効率を制限していたのがイオンをトラップするための振動電場によるイオンの加熱であった。振動電場による加熱があるとイオンの冷却光の蛍光強度が振動電場に同期して増減することを利用し,この蛍光強度の増減をできるだけ小さくなるように補正電場を調整することで高い精度で浮遊電場の補正を行った。これによりイオン温度をレーザー冷却限界の1ミリケルビンまで安定的に冷却することができるようになった。(3)について,上記の改善を行った結果,イオンが安定的に1ミリケルビン程度の温度を実現できるようになり,リチウムの中性原子と混合した際に起こる非弾性散乱をミリケルビンの温度領域で観測することができるようになった。非弾性散乱が起こると,カルシウムイオンの蛍光が消失し,蛍光を発しないイオンが観測される。平成26年度はこの非弾性散乱がリチウム原子からカルシウムイオンへの電荷の移動過程であることが突き止められた。さらに我々はこの電荷反応の反応速度の測定に成功し,非弾性散乱係数の決定に成功した。電荷交換過程は化学反応の素過程の一つであり,本研究の最終目的である極低温での化学反応過程の観測の第一歩として重要な成果と言える。
|
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
本研究の初年度は極低温化学反応を観測することを目標としており,当初の目標通りに極低温化学反応の素過程である非弾性散乱の観測とその反応速度の測定に成功した。よって研究は順調に進展している。
|
今後の研究の推進方策 |
平成26年度には非弾性散乱過程をミリケルビンの温度領域で観測することに成功した。次の目標はこの散乱過程をさらに低温の領域で観測することであり,そのためには現在散乱過程の温度を決めているイオンの温度をさらに下げる必要がある。現在は通常のレーザー冷却で達成できる冷却限界のドップラー温度で冷却しており,さらなる冷却にはサイドバンド冷却が必要となる。そのための狭線幅の光源の作成と低熱膨張係数で作られた共振器によるレーザー周波数の長期安定度の確保,さらにその光源を用いたイオンの冷却を行い,マイクロケルビン程度まで冷却されたイオンを中性原子と混合することで極低温における非弾性散乱の観測が次の目標となる。
|
次年度使用額が生じた理由 |
イオンをさらに冷却するために必要な光源の作成を行う際に,現在入手可能な半導体レーザーチップを用いて光源を作成した際に必要な光強度が得られるかどうかが実際に作成してみるまで不明であった。実際に作成した結果,光強度が十分得られないことが判明し,これは半導体レーザーチップの出力効率の高い波長帯が我々が使用する波長と異なることからくるものであった。そこで半導体レーザーシステム全体の構成を見直し,初段の半導体レーザーは製品として販売されているものを購入し,光強度の増幅は光増幅素子を用いて行うことにした。上記の判断をするにために物品の購入を次年度に行うことになった。
|
次年度使用額の使用計画 |
イオンのサイドバンド冷却のための光源としての初段の半導体レーザーシステムと,その後段の光強度増幅素子の購入に使用する。
|