Highly stable optical cavity made of monocrystalline silicon

由单晶硅制成的高度稳定的光学腔

• 批准号: 17F17018
• 负责人: 井戸 哲也
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: National Institute of Information and Communications Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17018/
• 关键词: 光共振器; 冷却光共振器; シリコン; 光周波数標準; 暗黒物質; トポロジカル暗黒物質; 単結晶シリコン; 時系

冷却共振器用の真空チャンバーについて、H29年度に明らかになった知見を生かして、内層や共振器の支持方法について変更設計を行った。具体的には、1)熱容量を増やすための液体ヘリウム槽を排除して一次冷却カバーの面積を減らすことで冷凍機の負担を低減, 2)共振器を支持するピラーを支える板に温度センサーとヒーターを追加して温度を安定化, 3)組み立てやメンテナンスのための作業がより簡単になる内層構造の設計変更, 4)小型アクティブ除振台で除振が出来るよう共振器の支持部と真空槽の支持部を分離, 等を行い、これらの設計変更に基づき、変更部品の調達を行った。また、これらの設計変更を行う過程で、光共振器の温度安定化について新しい手法を着想し、特許出願手続を進めた。納品された部品については、真空槽に組み込み、冷却実験を行ってシリコン共振器を冷却出来ることを確認した。冷凍機への熱的負担も小さくなり、冷凍機の二次冷却ヘッドの温度も下がった。しかしながら、小型のアクティブ除振台による支持について、除振台と真空槽をベローズで結合している部分に大気圧がかかるために、除振台にかかる力(搭載重量)が除振台の仕様搭載重量より小さくなってしまう問題点が判明し、ベローズの小型化等改良が必要であることが分かった。また、冷却共振器と並行して、複数の共振器パスを設けた縦型共振器において、除振台の傾きに応じて周波数がシフトすることを確認した。これにより、共振器そのものを加速度センサーとしてアクティブ除振を出来ることになる。一方、超微細構造定数の変化に対する光共振器と原子の共鳴周波数の感度の違いを利用して、上述のような安定な光共振器を開発することでトポロジカルな暗黒物質の検出を行える可能性がある。これについて、日ポーランド米仏の光格子時計の運用データを統合解析して、標準物質－暗黒物質間の結合強度について下限値を低減した。

Vacuum cooling for cooling resonators, H29 annual lighting, knowledge generation, support methods for inner resonators, and design. Specifically, 1) heat capacity increase, liquid tank elimination, primary cooling area reduction, refrigeration load reduction, 2) resonator support, support, plate temperature increase, temperature stabilization, 3) assembly, assembly, operation simplification, design change of inner layer structure, 4) Small-sized vibration elimination platform, vibration elimination, separation, etc. of the support part of the resonator and the support part of the vacuum tank, etc. In addition, the design process of optical resonator is changed, and the temperature stabilization of optical resonator is changed. The temperature of the sample is determined by the temperature of the sample, the temperature of the vacuum chamber, the temperature of the cooling chamber, and the temperature of the resonator. The refrigerator's heat burden is small, and the refrigerator's secondary cooling temperature is low. There is a great deal of support for the small vibration removal table, the combination of the vibration removal table and the vacuum tank, and the great pressure. The force (carrying weight) of the vibration removal table is different from the standard carrying weight of the vibration removal table. However, the problem points are clearly identified, and the miniaturization of the vibration removal table is necessary. The cooling resonator is parallel, the multiple resonators are set up, and the frequency of the vibration elimination platform is confirmed. The acceleration of the resonator and the vibration of the resonator are different. The variation of the number of square and ultra-fine structures corresponds to the possibility of the occurrence of dark matter in the optical resonator and the resonance frequency of atoms. The lower limit of the binding strength between standard materials and dark substances is reduced.

项目成果

New bounds on dark matter coupling from a global network of optical atomic clocks

• DOI: 10.1126/sciadv.aau4869
• 发表时间: 2018-06
• 期刊: Science Advances
• 影响因子: 13.6
• 作者: P. Wcisło;P. Wcisło;P. Ablewski;K. Beloy;S. Bilicki;S. Bilicki;M. Bober;Roger Brown;R. Fasano;R. Fasano;R. Ciuryło;H. Hachisu;T. Ido;J. Lodewyck;A. Ludlow;A. Ludlow;W. McGrew;W. McGrew;P. Morzyński;P. Morzyński;D. Nicolodi;M. Schioppo;M. Schioppo;M. Sekido;R. L. Targat;P. Wolf;Xiaogang Zhang;B. Zjawin;M. Zawada

Nicolaus Copernicus University(ポーランド)

尼古拉斯·哥白尼大学（波兰）

LNE-SYRTE(フランス)

LNE-SYRTE（法国）

Analysis of optical atomic clocks readouts aimed on searches for dark-matter signatures

旨在搜索暗物质特征的光学原子钟读数分析

• 发表时间: 2018
• 作者: B. Zjawin;P. Ablewski;K. Beloy;S. Bilicki;M. Bober;R. Brown;R. Ciurylo;R. Fasano;H. Hachisu;T. Ido;J. Lodewyck;A. Ludlow;W. McGrew;P. Morzy´nski;D. Nicolodi;M. Schioppo;M. Sekido;R. Le Targat;P. Wcislo;P. Wolf;X. Zhang and M. Zawada
• 通讯作者: X. Zhang and M. Zawada

Past and future of optical clocks toward redefinition of the second

光学钟的过去和未来重新定义秒

• 发表时间: 2018
• 作者: Izumi Shizue;Tonda Tetsuji;Kawano Noriyuki;Satoh Kenichi;井戸哲也
• 通讯作者: 井戸哲也