【研究分野】電気電子工学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K18868 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光ファイバレーザ / モード同期 / 非線形ループミラー / レーザ / 光ファイバ / 量子エレクトロニクス / 光短パルス

【研究成果の概要】

本研究では、受動モード同期光ファイバレーザとして最近注目されている9の字（Figure-9）型レーザ(F9L)について、通常用いられる非相反位相シフタを光変調器で置き換えることを考案し、本研究で実施した。光位相変調器を用いた構成を試作し、パルス幅210fs、スペクトル幅17.94nm、繰り返し周波数は1.54MHzのモード同期短パルスを得た。光位相変調器に代えて光周波数シフタを用いた構成では、光周波数シフタの駆動周波数 38.58MHz、ポンプパワー41mW でパルス幅1.9ps、スペクトル幅 1.3nm で繰り返し周波数は 3.73MHzのモード同期短パルスを得た。

【研究の社会的意義】

本提案のF9Lは、受動モード同期と能動モード同期のもつ特長を両立させており、受動モード同期のもつフェムト秒領域での超短パルス発生能力と、能動モード同期のもつパルスの高安定性（低ジッタ・低強度雑音）および高繰り返し周波数化（~10GHz）という特長を両立する優れた短パルス光ファイバレーザが実現できた。このような高安定な短パルス光源は特に計測・計量において重要であり、今後、高繰り返し周波数SCコム計量・計測、非線形光学顕微鏡、およびRZパルス光通信などのシステムの光源としての応用を計画している。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】光工学・光量子科学

【研究領域課題番号】15H02027 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レーザー冷却 / ストロンチウム / 原子時計 / 光格子時計 / レーザ周波数安定化 / ホローカソードランプ / レーザー周波数安定化 / レーザー / 光格子 / レーザー分光 / 超微細構造定数 / 量子光工学 / 準安定状態 / 分光 / 超微細構造 / 同位体シフト / 原子・分子物理 / 量子エレクトロニクス / 周波数標準

【研究成果の概要】

線幅がｍHz級のレーザーを光格子中に閉じ込められたストロンチウム原子を用いて実現するための基礎研究を行った。そのスタートとして、簡便なストロンチウム原子のレーザー冷却技術の開発を行った。一つ目として、基底状態のみならず、励起状態のストロンチウム原子のドップラーフリー分光をホローカソードランプを用いて実現できることを実証した。また、適切が外部磁場をホローカソードランプに加えることにより、レーザー光に変調を加えることなく、レーザー冷却に十分な安定度でレーザー周波数を安定化する技術も開発した。また、ゼーマン減速器を用いず、直接熱的原子をガラスセル内でレーザー冷却する技術も開発した。

【研究の社会的意義】

光格子時計の精度は300億年に１秒であり、これは1㎝の高低差による時計の進み方の違い（重力による赤方偏移）を検出できるレベルである。光格子時計は、将来の秒の定義の最有力候補であるのみならず、地殻変動の検知や地震予知など重要な社会インフラとなる可能性を秘めている。実際、セシウム原子時計によって維持されているGPSは、我々の生活になくてはならない社会インフラとなった。しかしながら、光格子時計はセシウム原子時計に比べて格段に装置が複雑であり、社会インフラとなるための大きな障害となっていた。本研究により光格子時計の構築を格段に簡略化することが可能となり、社会インフラへの道が大きく開けたといえる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】40,560千円 (直接経費: 31,200千円、間接経費: 9,360千円)

【研究分野】原子・分子・量子エレクトロニクス

【研究領域課題番号】25610113 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レーザー / 量子エレクトロニクス / ホローカソード放電 / ストロンチウム / レーザー分光 / 周波数安定化 / ストロンチウム原子 / レーザー冷却 / 放電

【研究成果の概要】

レーザーの周波数を安定化させる手法として、ガラス製の光共振器を用いる従来の手法とは異なり、ストロンチウム原子のコヒーレンスを用いる手法の開発を行った。この手法を実現するためには、十分な密度の（レーザー光の吸収量が50%程度の）原子気体を用意する必要がある。そのために、まず原子オーブンの開発を行ったが、射出口のステンレスハニカムチューブ内の原子間衝突によって10%以上の吸収を得ることが難しいことが判明した。またストロンチウム原子のホローカソードランプ用いた実験では、バッファガスの条件を最適化しても１％程度の吸収しか得ることができないことがわかった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】応用光学・量子光工学

【研究領域課題番号】23656042 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

レーザー / 量子エレクトロニクス / 分光 / 半導体レーザー / ホローカソードランプ / ストロンチウム / 偏光分光 / ヒートパイプ

【研究成果の概要】

レーザー線幅狭窄化の伝統的な手法であるPound-Drever-Hall法と偏光分光信号を用いた線幅狭窄化が、光学密度が1より小さい範囲では数学的に等価であることを証明し、ルビジウム原子気体セルを用いて原理検証実験を行った。リチウム原子のヒートパイプ中における偏光分光を試み、ポンプ光の飽和効果によって偏光分光が可能なことが実験的に検証された。ストロンチウム原子の分光セルの候補として、ホローカソードランプを導入し、その諸特性を461nm(1S0-1P1)遷移を用いて調べ、リチウム原子気体と同様にポンプ光の飽和効果による偏光分光が可能であることが検証された。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】原子・分子・量子エレクトロニクス

【研究領域課題番号】22244049 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子エレクトロニクス / 周波数標準 / レーザー / 周波数安定化 / 低温 / レーザー安定化 / 熱雑音 / 安定化レーザー

【研究成果の概要】

本研究では，次世代周波数標準として期待される光格子時計において安定度を制限する要因となっているプローブレーザーの安定度を従来より大幅に(2桁程度)改善することを目指し，超高安定レーザーシステムの開発を行った。具体的には，レーザー安定度を決めている参照光共振器の熱雑音を低減するため，単結晶シリコン製光共振器を3.5Kまで冷却することで，高い安定度の達成を目指した。
本研究の結果，予定通り3.5Kの低温における，単結晶シリコン製光共振器の動作に成功した。その結果，インループ評価では1秒のタイムスケジュールで10のマイナス18乗の相対安定度が測定された。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2013-03-31

【配分額】45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円)