小型・連続測定可能な原子波干渉計の実現

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本研究の目的は磁場に対して不敏感なアルカリ土類様原子を用いて原子波干渉計を構築することで、100μdeg/h以下のバイアス安定度を有し、磁場変動の影響を受けにくい超高性能ジャイロスコープを実現することである。アルカリ土類様原子の基底状態は超微細構造を持たないため、アルカリ原子の原子波干渉でよく用いられる基底状態の超微細構造間を2光子で結ぶラマン遷移を利用した干渉計を構築することが出来ない。そこで、２つの運動量状態結ぶブラッグ回折を利用した干渉計を構築することとなるが、原子波干渉計の２つの出力は運動量状態は異なるが同一内部状態の原子であるため、２つの出力を空間的に弁別するなどして出力の測定を行う必要がある。したがって、高いコントラストで干渉計の出力状態を測定するためには、原子ビームの初期の横方向運動分布を狭窄化することと、大きな反跳運動量を与える高次ブラッグ回折の誘起をして干渉計を構築することが不可欠となってくる。私はアルカリ土類様原子の一種イッテルビウム(Yb)に対して、波長399nmの双極子許容遷移と波長556nmの異重項間遷移を利用することで、横方向の運動量幅が光子反跳運動量の7倍以下と非常に狭い高輝度低速Yb原子ビームを実現した。さらに、その原子ビームに対して波長399nmの双極子許容遷移で高次ブラッグ回折を誘起し、最大28次のブラッグ回折を観測することに成功した。これらの成果を基に原子波干渉計を構築することで目標とする100μdeg/h以下のバイアス安定度は十分に得られると考えている。