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

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、および、Yb原子気体を用いたファラデーレーザを開発する予定であった。2022年度は、窒化ガリウム半導体をもちいた干渉フィルタ型外部共振器レーザの開発に成功した。干渉フィルタ型外部共振器レーザは、従来の回折格子型にくらべ小型で高波長安定という利点がある一方で、可視光の半導体レーザを用いて構成した際に、徐々にパワーが減衰するという課題があった。本研究では、このパワーの原因が共振器ミラー表面での光集塵によるものであると考え、共振器ミラーをSABOC（Surface-Activated-Bonded Output Coupler、表面活性化接合された出力ミラー）に置換してこの課題を解決しようと試みた。SABOCは、2枚の石英基板を表面活性化接合で貼り合わせたもので、接合面で光を反射することで集塵を防ぐ。SABOCを用いて干渉フィルタ型外部共振器レーザを構成した結果、波長安定でイッテルビウム原子に共鳴な20mW弱の出力が得られた。本研究の予算は、主にこのレーザの性能評価のための電子機器の購入に用いられた。一方で、Yb原子気体を用いたファラデーレーザについては、Yb原子気体を生成するため、原子ビームオーブンを始めとした真空装置を設計・調達した。本研究で得られた知見の一部を利用して、Yb原子の内殻電子を励起する時計遷移の観測に成功した論文が、2023年4月15日に、国際学術誌「Physical Review Letters」にオンライン掲載された。

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、および、Yb原子気体を用いたファラデーレーザを開発する予定であった。2022年度は、窒化ガリウム半導体をもちいた干渉フィルタ型外部共振器レーザの開発に成功した。干渉フィルタ型外部共振器レーザは、従来の回折格子型にくらべ小型で高波長安定という利点がある一方で、可視光の半導体レーザを用いて構成した際に、徐々にパワーが減衰するという課題があった。本研究では、このパワーの原因が共振器ミラー表面での光集塵によるものであると考え、共振器ミラーをSABOC（Surface-Activated-Bonded Output Coupler、表面活性化接合された出力ミラー）に置換してこの課題を解決しようと試みた。SABOCは、2枚の石英基板を表面活性化接合で貼り合わせたもので、接合面で光を反射することで集塵を防ぐ。SABOCを用いて干渉フィルタ型外部共振器レーザを構成した結果、波長安定でイッテルビウム原子に共鳴な20mW弱の出力が得られた。本研究の予算は、主にこのレーザの性能評価のための電子機器の購入に用いられた。一方で、Yb原子気体を用いたファラデーレーザについては、Yb原子気体を生成するため、原子ビームオーブンを始めとした真空装置を設計・調達した。本研究で得られた知見の一部を利用して、Yb原子の内殻電子を励起する時計遷移の観測に成功した論文が、2023年4月15日に、国際学術誌「Physical Review Letters」にオンライン掲載された。