トラップされた単一と多数個のイッテルビウムイオンを組み合わせた超高精度光時計

结合单个和多个捕获镱离子的超高精度光学时钟

基本信息

批准号：
21H01013
负责人：
杉山和彦
金额：
$ 10.73万
依托单位：
Kyoto University
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01013/
关键词：
イオントラップ光周波数標準イッテルビウムイオン

项目摘要

2S1/2-2F7/2時計遷移を励起するには2台のイオントラップ装置が必要である。2台目の単一イオン用RFトラップ装置の改良をおこなった。これまでこの装置では、冷却レーザー光が1方向からしか導入されていなかった。冷却が3次元には達成されないため、到達温度が7 mK と高かった。そこで、1台目の単一イオン用RFトラップ装置で昨年度までに確立した冷却技術を導入した。冷却レーザー光を2方向から導入し、永年運動を3次元とも冷却できるようにした。また、2方向の冷却レーザー光を利用したRF光子相互相関測定とトラップポテンシャルの変調を組み合わせて、マイクロ運動の3次元最小化を簡易的ながら実現した。到達温度や不確かさ評価をおこなうことに加えて同位体シフトの測定を視野に入れて、2S1/2-2D5/2時計遷移励起用レーザー系に、2系統目の外部共振器型半導体レーザーのシステムを追加した。1系統目とは独立したオフセット周波数を与えて、1系統目の線幅狭窄化レーザーに位相同期させた。これまでに明らかになった長時間連続運転の必要性を考慮して、温度安定化した外部共振器型半導体レーザーを作製し、第二高調波発生は光共振器を用いない構成とした。1台目のトラップ装置を用いて、1系統目と同等に時計遷移分光が可能であること、位相同期を保って12時間以上の連続運転が可能であることを確認した。並行して1台目のトラップ装置を用いて、ドップラー冷却限界達成のための条件を完全に見破るために、2S1/2-2D5/2時計遷移分光による到達温度測定を継続した。冷却レーザーのパワーを下げることで、2 mK 程度まではほぼ確実に達成できることがわかってきたが、冷却限界0.5 mK に近づくための条件は、なおはっきりしていない。リニアRFトラップについては、真空槽内の電気配線を完了し、真空に保てることを確認した。

需要两个离子阱器件来激发 2S1/2-2F7/2 时钟转换。对第二个单离子射频陷阱装置进行了改进。到目前为止，该设备仅从一个方向引入冷却激光。由于未实现三维冷却，因此达到的温度高达 7 mK。因此，我们在第一台单离子射频阱装置中引入了去年建立的冷却技术。从两个方向引入冷却激光，使得冷却所有三个维度的长期运动成为可能。此外，通过结合使用两个方向的冷却激光束的射频光子互相关测量和陷阱电位的调制，我们实现了简单的三维微运动最小化。除了评估所达到的温度和不确定性之外，我们还为2S1/2-2D5/2时钟跃迁激发激光系统设计了第二个外腔半导体激光系统，以期测量同位素位移。给出了与第一系统无关的偏移频率，并且第一系统的线宽窄化激光器是相位同步的。考虑到迄今为止已揭示的长期连续工作的需要，我们创造了一种温度稳定的外腔型半导体激光器，并在不使用光学腔的情况下配置了二次谐波产生。使用第一个陷阱装置，我们确认时钟跃迁光谱可以与第一个系统相同的方式实现，并且可以在保持相位同步的同时连续运行超过 12 小时。同时，使用第一个陷阱装置，我们继续测量2S1/2-2D5/2时钟跃迁光谱所达到的温度，以完全确定达到多普勒冷却极限的条件。很明显，通过降低冷却激光器的功率，几乎可以肯定可以达到 2 mK 左右的温度，但接近 0.5 mK 冷却极限的条件仍不清楚。对于线性射频陷阱，我们完成了真空室内的电气布线，并确认其可以保持在真空中。