ボース凝縮原子気体における新しい量子渦導入法の開発

玻色凝聚原子气体中新型量子涡旋引入方法的开发

基本信息

批准号：
20654038
负责人：
熊倉光孝
金额：
$ 2.11万
依托单位：
University of Fukui
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでの研究で得られた^<87>Rb原子のBose-Einstein凝縮体に対して誘導ラマン遷移を利用した量子渦生成を行うため、Rb原子のD2遷移に近共鳴する波長780nmの半導体レーザー光源(出力10mW程度)の製作を行った。この光学的な量子渦の導入にはRb原子の二光子反跳エネルギー(15kHz)以下の周波数線幅を持つ狭帯域レーザー光を使用する必要があり、昨年度、1.5GHzのFree Spectral Range(FSR)を持つ外部共振器を用いた光帰還法によって半導体レーザーの周波数安定化を試みたが、制御可能な時間が数秒と短いうえに、計測器の問題から数MHz程度の周波数線幅しか確認できなかった。そこで今年度は、回折格子(格子定数1800/mm)による光帰還を併用して周波数制御の安定度向上と継続時間の改善を進めるとともに、光帰還に300MHzのFSR(昨年度の1/5)を持つ共振器を使用して、出力光の更なる狭帯域化を図った。また、狭窄化された周波数線幅を評価するため、分解能30kHz程度のスペクトラムアナライザ(FSR 150MHzの光共振器)を新たに製作し、レーザースペクトルの計測に使用した。今回これらの改良を行った結果、周波数制御の継続時問を数分程度にまで大きく改善することに成功し、実用的な安定度を実現することができた。また、出力光の周波数線幅については、30kHz以下(これまでの1/50以下)にまで狭窄化されていることが確認できた。この線幅の値は渦の導入に使用するには未だ不十分であるが、帰還に用いた共振器の振動や温度変化、気圧変化などによる周波数変動が主な原因であることが分かっており、今後、これらの安定化を進めることで10kHz程度の線幅が得られ、凝縮体への量子渦導入や原子波の位相制御に利用できるものと期待される。

为了利用先前研究中获得的^<87>Rb原子的玻色-爱因斯坦凝聚体中的受激拉曼跃迁产生量子涡旋，我们使用了波长为780 nm的半导体激光器，其谐振频率接近Rb原子的D2跃迁。我们制作了一个光源（输出大约10mW）。为了引入这种光学量子涡旋，需要使用频率线宽小于Rb原子的双光子反冲能量（15kHz）的窄带激光束，并尝试使用激光器来稳定半导体激光器的频率。使用带有激光束的外部谐振器的光学反馈方法，但可控时间只有几秒，并且由于测量设备的问题，只能确认大约几MHz的频率线宽。因此，本财年，我们将采用采用衍射光栅（光栅常数1800/mm）的光学反馈来提高频率控制稳定性和持续时间，同时还将光学反馈的FSR提高到300MHz（去年的1/5）。使用带有谐振器的谐振器，我们的目标是进一步缩小输出光的频带。此外，为了评估变窄的频率线宽，我们新制作了分辨率约为30kHz的频谱分析仪（FSR为150MHz的光学谐振器），并用它来测量激光频谱。通过这些改进，我们能够将频率控制持续时间显着提高到几分钟，实现实际稳定性。此外，还确认输出光的频率线宽已缩小至30kHz以下（小于之前水平的1/50）。虽然这个线宽值对于引入涡流来说仍然不够，但已知主要原因是用于反馈的谐振器的振动、温度变化、压力变化等引起的频率波动。在未来，预计通过进一步稳定这些，将获得约10kHz的线宽，可用于将量子涡旋引入凝聚态并控制原子波的相位。