Highly stable optical cavity made of monocrystalline silicon

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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。