Ultraprecise measurement of the fine-structure constant using a strontium atom-wave interferometer

使用锶原子波干涉仪超精密测量精细结构常数

基本信息

批准号：
21H01089
负责人：
鳥井寿夫
金额：
$ 10.65万
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 (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

ストロンチウム原子の準安定状態（5s5p:3P2-5s5d:3D3遷移, 波長496nm）を用いた磁気光学トラップ（green MOT）の諸特性を効率的に調べるための実験装置の改良を主に行った。真空装置に関しては、これまで原子オーブンからの原子ビームを磁気光学トラップ用ガラスセルに直接入射していたが、回転導入機を用いた原子ビームシャッターを新たに導入し、原子ビームを完全に遮断できるようにした。この改善により、磁気光学トラップの寿命測定が正確に行えるようになり、ストロンチウム原子の様々な励起状態の緩和過程を詳細に調べることが可能となった。光学系に関しては、これまで自由空間で種々のレーザー光を真空装置に輸送していた方式から、光ファイバーによる輸送方式に変更した。また、これまでレーザー光の遮断には音響光学素子（AOM）もしくはメカニカルシャッターを用いていたが、これを光ファイバースイッチに変更した。これらの改善により、光学系が大幅に簡素化された。また、複数のレーザー光を光ファイバースプリッターおよびコンバイナーを用いて１本の光ファイバーに集約し、ファブリペロー共振器に導入することにより、複数のレーザー光の周波数を同時に安定化することが可能となった。具体的には、原子オーブンからのコリメートされた原子ビームのドップラーフリー周波数変調分光信号によって絶対周波数が安定化された461nm（5s2:1S0-5s5p:1P1遷移）光源からのレーザー光と、他のレーザー光（483nm, 487nm, 496nm）を共振器長を掃引したファブリペロー共振器に導入し、その透過スペクトルの形状（絶対周波数が安定化された461nm光の透過ピークに対する他のレーザー光の透過ピークの相対位置）をマイクロコンピュータで解析し、他のレーザー光（外部共振器半導体レーザー）の共振器長へフィードバックした。

我们主要改进了实验设备，利用锶原子的亚稳态（5s5p：3P2-5s5d：3D3跃迁，波长496 nm）有效研究磁光陷阱（绿色MOT）的各种性质。关于真空设备，以前来自原子炉的原子束直接入射到磁光陷阱的玻璃池上，但引入了采用旋转引入装置的新型原子束快门，可以完全阻挡原子束。我就是这样做的。这一改进使得精确测量磁光陷阱的寿命并详细研究锶原子各种激发态的弛豫过程成为可能。在光学系统方面，我们从之前将各种激光束传输到自由空间中的真空装置的方法改为使用光纤的传输方法。此外，以前使用声光器件（AOM）或机械快门来阻挡激光，但现在已被光纤开关取代。这些改进大大简化了光学系统。此外，通过使用光纤分束器和组合器将多个激光束组合到一根光纤中并将该光纤引入法布里-珀罗谐振器，可以同时稳定多个激光束的频率。具体来说，来自 461 nm（5s2:1S0-5s5p:1P1 跃迁）光源的激光，其绝对频率由来自原子炉的准直原子束的无多普勒频率调制光谱信号稳定，以及其他激光（。 483纳米、487纳米、 496 nm）进入具有扫频腔长的法布里-珀罗谐振腔，及其透射光谱的形状（其他激光束的透射峰相对于绝对频率已稳定的461 nm光的透射峰的相对位置））由微型计算机测量并反馈到另一束激光（外腔半导体激光器）的腔长。