１７１Yb＋イオンを用いた共同冷却による１１５In＋イオン光周波数標準の精度向上

通过使用 171Yb+ 离子共冷提高 115In+ 离子光频率标准的精度

• 批准号: 21K20362
• 负责人: 木原 亜美
• 金额: $ 2万
• 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 Research Activity Start-up
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-08-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K20362/
• 关键词: イオントラップ; 光周波数標準; 共同冷却

今年度は本研究の達成目標であるYbイオンによるInイオンの共同冷却の実現に向けて、YbイオンとInイオンを同一のイオントラップ中に捕獲することを目標として実験系の構築を行った。昨年度構築したYbイオンの捕獲・冷却に必要なレーザー光源、イオントラップ電極そしてイオントラップにRF電場を印加する際に必要なヘリカル共振器を用いてまずYbイオンの捕獲を試みた。Ybイオンの捕獲のために、準備として「昨年度製作したヘリカル共振器の共振周波数の調整」「Ybイオン化光源の周波数とYbの同位体の同定」「Ybイオンに照射するレーザー光源の周波数ロック」「Ybイオンの蛍光観測のための蛍光収集レンズ系の構築」を行った。これらの準備が完了した後で実際にYbイオンの捕獲を試み、Ybイオンの捕獲・蛍光観測に成功した。捕獲したイオンのトラップ周波数を測定したところ軸方向は最大500kHz、動径方向は最大1.4MHzまで実現できることが確認され、当初想定していた数値を達成することができた。次にInイオンの捕獲に向けてInイオン化レーザーをイオントラップ中に照射する光学系の構築等の準備を行い、Inイオンの捕獲に挑んだ。本研究で使用している蛍光観測用のカメラはInイオンの蛍光波長は感度範囲外であるため、カメラ上ではYbイオン結晶中にダークサイトとして観測され、実際にダークサイトを観測することができた。しかしダークサイトはInイオンの他にYbの同位体や残留ガスのイオンなどもあり得るため、イオン結晶のトラップ周波数からダークサイトとなるイオンの質量を推定する必要がある。そこでYbイオンのみのトラップ周波数と、ダークサイトが入ったイオン結晶のトラップ周波数を測定し、その比からダークサイトのイオンの質量を推定し、質量数115のInイオンの捕獲ができたことを確認した。

今年，我们构建了一个实验系统，目标是在同一个离子阱中捕获Yb离子和In离子，以实现Yb离子对In离子的联合冷却，这也是本研究的目标。我们首先尝试使用去年建造的捕获和冷却 Yb 离子所需的激光光源、离子陷阱电极以及向离子陷阱施加 RF 电场所需的螺旋谐振器来捕获 Yb 离子。为了捕获Yb离子，准备工作包括“调整去年制造的螺旋谐振器的谐振频率”、“确定Yb电离光源和Yb同位素的频率”、“锁定Yb离子的频率”。照射Yb离子的激光光源”和“构建用于Yb离子荧光观察的荧光收集透镜系统”。完成这些准备工作后，我们实际上尝试捕获Yb离子，并成功捕获并观察了它们的荧光。当我们测量捕获离子的陷阱频率时，我们确认可以在轴向上达到最大500kHz，在径向上达到1.4MHz，达到了最初设想的数值。接下来，我们准备通过构建光学系统用 In 电离激光照射离子陷阱来捕获 In 离子。由于In离子的荧光波长超出了本研究中使用的荧光观察相机的灵敏度范围，因此相机将它们观察为Yb离子晶体中的暗点，从而无法实际观察到Ta的暗点。然而，除了In离子之外，暗位点还可以包括Yb同位素和残余气体离子，因此需要根据离子晶体的捕获频率来估计成为暗位点的离子的质量。因此，我们测量了仅Yb离子的陷阱频率和含有暗位点的离子晶体的陷阱频率，根据比率估算了暗位点离子的质量，并确认我们能够捕获质量数为115. 做到了。

项目成果

115In+/87Sr光時計周波数比計測II

115In+/87Sr光钟频率比测量二

• 发表时间: 2022
• 作者: 木原亜美;大坪望;李瑛;Nils Nemitz;蜂須英和;早坂和弘;井戸哲也
• 通讯作者: 井戸哲也