高分解能原子分光を用いたレ-ザ-周波数の超高安定化

使用高分辨率原子光谱实现激光频率的超高稳定性

基本信息

批准号：
03250207
负责人：
藪崎努
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1991
资助国家：
日本
起止时间：
1991 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-03250207/
关键词：
干渉計用光源レ-ザ-周波数安定化高分解能レ-ザ-分光

项目摘要

レ-ザ-干渉計を利用した重力波検出装置において、その検出感度を決定する重要な要因の1つが光源のレ-ザ-の周波数安定度である。特に重要になるのは周波数の短期安定度であるが、重力波検出には長時間連続観測が不可欠であり、更に到来方向の測定には再現性の高井複数の検出器を設置する必要があること等を考慮すると長期安定度、再現性もともに高いのが望ましい。本研究は、周波数の短期安定度、長期安定度、再現性のいづれもが同時に極めて高い光源を開発するのが目的である。平成3年度では、周波数の超高安定化の方法の開発のために、半導体レ-ザ-を用いた研究を行った。まず、短期安定度を向上させるために、半導体レ-ザ-の外部に共焦点ファブリペロ共振器を製作・設備し、この共振器からの反射光を再びレ-ザ-に帰還させる方法を採り、実験を行った。短期安定度の精密測定は未だ行っていないが、スペクトル巾が100KH_zよりはるかに低くすることができた。更にそのレ-ザ-周波数を連続可変にするために、レ-ザ-電流、温度、外部共振器の位置と長さを連動して変化できるようにした。このようにして周波数の短期安定度を向上させたレ-ザ-の長期安定度と再現性とを高めるためには何らかの絶対周波数基準が必要である。本研究ではルビジウム原子を用い、我々が開発した高分解能分光法で得られるドップラ-・フリ-スペクトルを周波数基準に利用した。この方法では原子には交番磁場を与え、レ-ザ-光は2分し、互いに対向させて原子に与える。この方法の特徴はレ-ザ-周波数を変調することなしに鋭い誤差信号スペクトルが直接得られることである。この誤差信号を外部共振器長の制御に用い、レ-ザ-周波数の短期、長期安定性、再現性の全てを同時に、しかも大巾に高められることがわかった。

在使用激光干涉仪的引力波检测装置中，决定检测灵敏度的重要因素之一是光源激光的频率稳定性。频率的短期稳定性尤其重要，但是长期连续观察对于重力波检测至关重要，此外，考虑到在到达方向上测量的多个可重复可重复的Takai探测器，因此希望具有高的长期稳定性和可重复性。这项研究的目的是开发一种光源，该光源同时具有极高的频率稳定性，长期稳定性和可重复性。 1991年，使用半导体激光器进行了研究，以开发一种用于超高频率稳定的方法。首先，为了提高短期稳定性，在半导体激光器外制造并配备了共聚焦Fabry-Perot谐振器，并采用了一种方法将反射的光再次从谐振器恢复到激光器，并进行了实验。尽管尚未执行短期稳定性的精确测量值，但频谱宽度可能低于100kH_z。此外，为了使激光频率连续变量，可以结合使用激光电流，温度以及位置和长度。为了提高激光的长期稳定性和可重复性，从而改善了频率的短期稳定性，需要某种绝对频率参考。在这项研究中，我们使用了rubidium原子，并使用了通过高分辨率光谱获得的无多普勒光谱作为频率参考。在这种方法中，将交替的磁场应用于原子，并将激光仪分为两者，并相互对立于原子。该方法的一个特征是可以直接获得急剧误差信号光谱，而无需调节激光频率。已经发现，该误差信号可用于控制外部空腔长度，并且可以同时且急剧增加激光频率的短期，长期稳定性和可重复性。