超小型原子時計の研究(首都大学東京と共同）

原子時計は極めて正確ですが、我々が日常生活で使用する時計に比べて、装置・消費電力共に大きく、更に高価でもあります。そのため、ＰＣや携帯電話等 に取り付け可能な超小型、安価で消費電力も小さい原子時計の開発も行われています。

セシウム原子時計の小型化は、レーザーを利用してマイクロ波領域の共鳴周波数を微小な半導体（フォトダイオード）によって検出する ことで可能です。（上図参照）セシウム原子が吸収する光領域の周波数で発振する半導体レーザーの強度をある特定の あるマイクロ波領域の周波数で変調を加えると変調周波数の整数倍だけ離れた周波数成分が同時に生じます。 変調周波数がセシウムのマイクロ波領域の遷移周波数に一致すると２つの基底状態からの遷移が抑制し合うことによって レーザー光の吸収が起こらなくなります。そのため、吸収が起こらなくなった時の変調周波数を基準に時計として機能させます。

超小型原子時計の課題は、レーザー光を照射することによってマイクロ波領域の遷移周波数にシフトが生じることです。 我々は、信号強度を犠牲にしないで光による周波数シフトを大幅に軽減させる研究を行っています。

--参考文献--

”Theoretical and experimental investigation of the light shift in Ramsey coherent population trapping” Yuichiro Yano, Wujie Gao, Shigeyoshi Goka, and Masatoshi Kajita Phys. Rev. A 90, (2014) 013826 1-6

”Two-step pulse observation for Raman-Ramsey coherent population trapping atomic clocks” Yuichiro Yano, Shigeyoshi Goka, and Masatoshi Kajita Appl. Phys. Express 8, (2015) 012801 1-4