| 研究課題/領域番号 |
26400423
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| 研究機関 | 独立行政法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
保坂 一元 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 研究科長 (50462859)
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| 研究分担者 |
稲場 肇 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (70356492)
大久保 章 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 研究員 (30635800)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 光共振器 / 熱雑音 / 周波数安定度 / 狭線幅レーザー / セラミック / 低熱膨張セラミック / 光格子時計 |
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| 研究実績の概要 |
平成26年度は、まず光共振器スペーサーの形状最適化のための計算を行った。基本的形状は、共振器長が50 cm以上の横置きの光共振器とし、支持点の位置や数により、光共振器が加速度を受けた場合、どのように変形するかを有限要素法によるシミュレーションにより見積もった。ここでは、共振器が加速度を受けて変形したとしても、①それぞれのミラーの中心位置間隔が変化しない、②鏡面が平行に保たれる、といった2つの条件が求められる。またこれらの条件が、支持点の位置等にできるだけ不敏感であることが望ましい。有限要素法を用いたシミュレーションから、スペーサーの一部を非対称に加工することで、このような条件を達成できることが明らかになった。
また、現有のULEガラス製光共振器に安定化された狭線幅レーザーの短期周波数安定度が光共振器の熱雑音により制限されていることを確認する実験を行った。ここでは、578 nm、1064 nm、1535 nmの3色のレーザーをそれぞれのULEガラス製光共振器に安定化し、これらの周波数安定度を高速に制御可能な光周波数コムによる線幅転送技術を用いて評価した。この結果、1064 nm、1535 nmレーザーの短期周波数安定度は、計算から見積もられる光共振器の熱雑音で制限される周波数安定度にほぼ一致し、熱雑音限界に達していることが明らかになった。また、この線幅転送による方法を用いて、YbおよびSr光格子時計の時計遷移励起用レーザーを安定化し、それぞれの時計遷移の分光に成功した。これらの実験結果は、熱雑音を低減した光共振器を手に入れることができれば、レーザーの周波数安定度は改善され、実際の時計遷移の分光にも威力を発揮するという事を証明したという事が出来る。
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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
現有の狭線幅レーザーの短期周波数安定度が、ULEガラス製光共振器の熱雑音により制限されていることが実験的に示された。また、線幅転送システムを用いることで、一つの光共振器により複数のレーザー光源の周波数安定化が可能になり、光格子時計の時計遷移分光にも成功した。これらの実験結果は、熱雑音を低減した光共振器を開発することで、狭線幅レーザーの周波数安定度が改善される事、一つの優れた光共振器でYbおよびSr光格子時計の精度向上に大きく貢献できる事を示したといえる。
また、有限要素法を用いたシミュレーションにより、セラミックをスペーサーとした光共振器の基本設計の指針はほぼ決まったと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、セラミックススペーサーの詳細な設計を完了する。そして、実際の作製に取り掛かり、このスペーサーの両端にスーパーミラーをオプティカルコンタクトし、光共振器を製作する。セラミックスはその製造過程で焼結が必要となるが、この大きさのセラミックスが温度を適正に管理した状態で焼結できるかが一つの課題となる。この点においては、セラミックスメーカーと詳細な打ち合わせを行い対応する予定である。
また、最近、超高反射ミラーの反射膜として、誘電体多層膜を用いずに、半導体薄膜を用いるミラーが開発された。従来の誘電体多層膜を用いた反射膜と比較して、熱雑音は10分の1といわれており、本課題のセラミック光共振器の超高反射ミラーに用いることができれば、更なる熱雑音の低減が可能になると考えられる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
セラミック作製の過程で、所望の大きさのセラミックが高品質を保った状態で焼結できるか保証できないというメーカーからの回答があり、設計の見直しが必要となったために、当初予定していたセラミックスペーサーの発注を次年度に先延ばしした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
本研究課題においては、光共振器作製にかかる費用が予算における最も大きな部分を占めるため、セラミックメーカーと詳細な打ち合わせを行い、またこれらの知見に基づき光共振器の詳細な設計を最適化する必要がある。平成27年度に、繰り越した金額と合わせて、光共振器の発注を行う予定。
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