Sr光格子時計の研究開発

現在の「秒」の定義はマイクロ波領域のセシウム原子の放射に基づいています。 近年、この定義に基づく時計の性能を凌ぐ光領域の次世代原子時計の進展が目覚ましく、「秒」の再定義が検討されています。 我々は光原子時計の方式の一つである光格子時計について研究開発を進めています。

光格子時計は東京大学の香取教授らにより提案、原理実証された方式で、 光格子時計では、光の定在波(光格子)に捕獲され絶対零度近くまで冷却した原子集団が吸収する周波数を標準として利用します。 この方式は多数の原子を同時に測定することにより、より少ない測定で正確に中心の周波数を生成することができます。

2006年10月にはストロンチウム原子を用いた光格子時計が国際度量衡委員会の時間周波数諮問委員会(CCTF)で、 正式に「秒の二次表現」に採用されました。2012年9月に行われた国際度量衡委員会からは私たちが開発したストロンチウム 光格子時計の測定結果も「秒の二次表現」に貢献しています。

次世代の「定義」となるにはどこでも同じ値が得られなければなりません。値の一致を検証するため、 周波数・時刻比較グループと協力して、大学等の他の遠隔地の研究機関で開発された光原子時計との間で比較検証実験 も行っています。これまでに東京大学やドイツの標準研究所PTB(物理学・工学研究所)との間で直接周波数比較を行い、 今までに無かった精度での値の一致や大陸間での光時計同士の比較検証を実現しています。



--参考文献--

H.Hachisu, M.Fujieda, S.Nagano, T.Gotoh, A.Nogami, T.Ido, St.Falke, N.Huntemann, C.Grebing, B.Lipphardt, Ch.Lisdat, and D.Piester“Direct comparison of optical lattice clocks with anintercontinental baseline of 9000 km”, Opt. Lett. 39 4072 (2014)


A.Yamaguchi, N.Shiga, S.Nagano, Y.Li, H.Ishijima, H.Hachisu, M.Kumagai, and T.Ido: “Stability transfer between two clock lasers operating at different wavelengths for absolute frequency measurement of clock transition in 87Sr” Applied Phys. Express 5 022701 (2012).


A.Yamaguchi, M.Fujieda, M.Kumagai, H.Hachisu, S.Nagano, Y.Li, T.Ido, T.Takano, M.Takamoto, and H.Katori: “Direct Comparison of Distant Optical Lattice Clocks at the 10-16 Uncertainty” Appl. Phys. Express 4 082203 (2011).


井戸哲也 光格子時計の遠隔地間直接比較 応用物理学会誌 84巻 第3号 (2015)


井戸哲也 藤枝美穂 時刻・周波数標準の遠距離比較・伝送技術の現状と将来日本物理学会誌 68巻第4号 (2013)