トラップされたイオンを用いた動力波干渉計用レーザーの長期周波数安定化

使用捕获离子实现功率波干涉仪激光器的长期频率稳定性

• 批准号: 04234102
• 负责人: 立川 真樹
• 金额: $ 2.62万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1992
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1992 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04234102/
• 关键词: 動力波; レーザー干渉計; イオントラップ; レーザー冷却; ポールトラップ

原子分子の共鳴線を用いたレーザーの長期周波数安定化は、モードジャンプを抑制して干渉計を安定に連続運転するために必要不可欠であるとともに、将来宇宙空間において観測可能になるであろう超低周波重力波にも対応しうる干渉計を開発するうえでも重要な要素技術である。我々は、極低温イオンの超高分解能スペクトルを利用した干渉計用レーザーの長期周波数安定化を目的として、原子イオンのトラッピングとレーザー冷却を行った。RF(Paul)トラップに蓄積したMg^+に288nmの紫外光を照射したところ、レーザー冷却効果を反映してドップラー幅が著しく狭窄化された蛍光スペクトルが観測された。このスペクトルは、イオンの共鳴周波数よりも低周波側でピークを持ち、高周波側では急激に減衰する非対称形になるものが特徴である。我々は、レーザー光の輻射圧による冷却効果とRF電場下でのイオン同士の衝突による加熱効果を考慮したモデルを導入し、イオン運動の解析を行うとともに、観測されたスペクトル形を精密に再現した。その結果、イオン運動はスペクトルがピークを持つときに最も冷却されており、温度に換算して1K程度になっていることが明らかになった。更に、イオン数が減少し衝突による加熱が弱くなると、蛍光スペクトルには不連続な変化が現れる。これはイオン運動が、比較的大きな軌道を衝突を繰り返しながらカオス運動している状態から、トラップポテンシャルとイオン間のクーロン力で決まる平衡点に結晶化した極低温状態へ一次相転移を起こしたことを示していることが明らかになった。このように、レーザー冷却によって比較的多数のイオンが1K以下にまで冷却できることが示され、ドップラーフリーの高分解能分光の基礎技術が確立した。

Atom molecule を の resonance line with い た レ ー ザ ー の long-term cycle for stabilization は, モ ー ド ジ ャ ン プ を inhibit し て dry involved meter を settle に even 続 luck planning す る た め に need not owe で あ る と と も に, future space に お い て 観 measurement may に な る で あ ろ う ultra-low frequency gravitational wave に も 応 seaborne し う る dry involved meter を open 発 す る う え で も な important elements Technology である. I 々 は, extremely low temperature イ オ ン の ultra-high can decompose ス ペ ク ト ル を using し た dry involved project with レ ー ザ ー の long-term cycle for stabilization を purpose と し て, atomic イ オ ン の ト ラ ッ ピ ン グ と レ ー ザ ー cooling line を っ た. RF (Paul) ト ラ ッ プ に accumulation し た Mg ^ + に 288 nm を の uv light irradiation し た と こ ろ, レ ー ザ ー cooling unseen fruit を reflect し て ド ッ プ ラ ー が picture the し く narrowing, さ れ た 蛍 light ス ペ ク ト ル が 観 measuring さ れ た. こ の ス ペ ク ト ル は, イ オ ン の resonance frequency count よ り も low-frequency side で ピ ー ク を hold ち, high frequency side で は nasty shock に damping す る the said form に seaborne な る も の が, 徴 で あ る. I 々 は, レ ー ザ ー の light radiation 圧 に よ る cooling unseen fruit と RF electric field under で の イ オ ン conflict with James の に よ る heating working fruit を consider し た モ デ ル を import し, イ オ ン movement line analytical を の う と と も に, 観 さ れ た ス ペ ク ト を ル shape precision に reappearance し た. そ の results, イ オ ン movement は ス ペ ク ト ル が ピ ー ク を hold つ と き に most も cooling さ れ て お り, temperature に conversion し て degree of 1 k に な っ て い る こ と が Ming ら か に な っ た. More に, イ オ ン number が reduce に し conflict よ る heating が weak く な る と 蛍 light ス ペ ク ト ル に は not even 続 な variations change が now れ る. こ れ は イ オ が ン movement, comparison of big き な orbit を conflict を Qiao り return し な が ら カ オ ス movement し て い る state か ら, ト ラ ッ プ ポ テ ン シ ャ ル と イ オ ン between の ク ー ロ ン force で definitely ま る balance に crystallization し た へ extremely low temperature state planning a phase shift を up こ し た こ と を shown し て い る こ と が Ming ら か に な っ た. こ の よ う に, レ ー ザ ー cooling に よ っ て comparison most の イ オ ン が below 1 k に ま で cooling で き る こ と が shown さ れ, ド ッ プ ラ ー フ リ ー の high decomposition can spectral の based technology が し た.

项目成果

Y.Moriwaki: "Collision Cooling of Ions stored in Quadrupole Radio-Frequency Trap" Jpa.J.Appl.Phys.31. L1640-L1643 (1992)

Y.Moriwaki：“四极射频陷阱中存储的离子的碰撞冷却”Jpa.J.Appl.Phys.31。

M.Tachikawa: "Dynamic Properties of Ions Stored and Laser-Cooled in Linear Trap" IEEEE Trans.Instrum.Meas.

M.Tachikawa：“线性陷阱中存储和激光冷却的离子的动态特性”IEEEE Trans.Instrum.Meas。