【量子技術】原子のレーザー冷却＆トラッピング

NKT Photonics社のKoherasシリーズ単一周波数ファイバレーザーは、超低ノイズ、狭線幅、高い周波数安定性、さらには堅牢で信頼性の高いファイバー出力レーザーで、原子トラッピング/原子冷却に最適です。

概要
応用例
関連商品

レーザー冷却およびレーザートラッピングは、レーザ光を用いて原子を絶対零度近傍まで冷却し、孤立させた単原子をトラップする技術です。原子の運動を制御することで、原子の挙動や量子力学的特性の研究が可能になります。

レーザー冷却には、ドップラー冷却のほか、サブドップラー技術（ドップラー限界すなわち原子遷移の自然線幅に達する際に利用されます）、ボーズ・アインシュタイン凝縮における蒸発冷却で原子をより低速化するなど、複数の技術があります。レーザー冷却／レーザートラッピングの主なアプリケーションには、時間/周波数標準（原子時計）、GPSシステムやナビゲーション、基本定数の研究、量子情報（計算や暗号化）、原子干渉法（石油やガスなど天然資源の重力検出）などが挙げられます。

共鳴レーザー冷却には、特定の原子/イオンの電子遷移と一致させるために非常に正確なレーザー波長制御が必要であり、また多くの場合原子遷移よりも狭線幅のレーザーが求められます。この要件に、NKT Phoronics社のKoherasシリーズをはじめとする、DFBファイバーレーザーが理想的です。

NKT Photonics社 Koherasシリーズ単一周波数ファイバレーザー

NKT Photonics社の Koherasシリーズ単一周波数ファイバレーザーは、超低ノイズ、狭線幅、高い周波数安定性、さらには堅牢で信頼性の高いファイバー出力レーザーで、原子トラッピング/原子冷却に最適です。特にベンチトップ型のKoheras BOOSTIKは、世界各国のラボで使用される実績の高いモデルです。BOOSTIKは、原子物理学の様々なニーズに合わせて、広い波長範囲と出力レベルを選択できます。また、HARMONIK 周波数変換モジュールを組み合わせて、780nmも出力できます。

使いやすい＆メンテナンスフリー
高い周波数安定性
超低ノイズ
優れたビーム品質

Koheras Boostik モデル	HARMONIK	Y10	E15	C15
波長	775-780 nm	1030-1090 nm	1530-1575 nm	1530-1575 nm
出力パワー	> 7 W	2, 5, 10, 15 W	2, 5, 10 W	2, 5, 10 W
PM	オプション	オプション	オプション	オプション
ピエゾチューニング	可	可	可	可

波長選択性

DFBファイバーレーザー技術の主な利点の1つは、波長を自由に選択できることです。Koheras BOOSTIKシステムの周波数変換は、さらに優れたビーム品質も兼ね備え、原子物理学の幅広いアプリケーションで有用です。

aeroGUIDE-POWER 高出力狭線幅光源用ファイバー伝送装置

aeroGUIDE-POWERは、高出力シングルモード光ファイバー伝送の金字塔と言うべき代表的なものであり、市販のPMシングルモード伝送システムの中で最も高い非線形閾値を提供します。

このシステムには、非結合光を除去するモードストリッパを内蔵した高出力SMA-905コネクタが装備されています。aeroGUIDE-POWERはシングルモードで、500～2000 nmの範囲であればどこでも低損失で光を導くことができます。ファイバーは装甲されたスクエアロックのスチールケーブルで保護されており、日常的な使用はもちろん、壁を通した研究室間のルーティングにも対応します。

NKT Photonicsは、欧州量子フラッグシップ、欧州量子産業コンソーシアム、量子経済開発コンソーシアム、デンマーク量子コミュニティの一員です。

Koherasレーザー原子物理学導入例一覧

トラッピング&レーザー冷却

バリウム

De, S., et al. “Magneto-optical trapping of barium.” Physical Review A 79.4 (2009): 041402.
Dietrich, M. R., et al. “Hyperfine and optical barium ion qubits.” Physical Review A 81.5 (2010): 052328.
Dietrich, Matthew R., et al. “Barium ions for quantum computation.” arXiv preprint arXiv:0905.2701 (2009).
Dammalapati, U., et al. “Isotope shifts of 6s5d 3 D-6s6p 1 P 1 transitions in neutral barium.” The European Physical Journal D-Atomic, Molecular, Optical and Plasma Physics 53.1 (2009)

ベリリウム

Wilson, A.C. et al. “A 750-mW, continuous-wave, solid-state laser source at 313 nm for cooling and manipulating trapped 9Be+ ions” Appl Phys B (2011) 105:741–748
Vasilyev, S. et al. “Compact all-solid-state continuous-wave single-frequency UV source with frequency stabilization for laser cooling of Be+ ions” Appl Phys B Vol 103 (2011)

マグネシウム

Cazan, Radu, et al. “Towards sympathetic cooling of trapped ions with laser-cooled Mg+ ions for mass spectrometry and laser spectroscopy.” Hyperfine Interactions 196.1-3 (2010): 177-189.
Andelkovic, Z., et al. “Laser cooling of externally produced Mg ions in a Penning trap for sympathetic cooling of highly charged ions.” Physical Review A 87.3 (2013): 033423.
Cazan, R., C. Geppert, and W. Nörtershäuser. “A Solid State Laser System for the Cooling of Magnesium Ions.”

ルビジウム

Lienhart, F., et al. “Compact and robust laser system for rubidium laser cooling based on the frequency doubling of a fiber bench at 1560 nm.” Applied Physics B 89.2-3 (2007): 177-180.
Münchow, Frank. “2-Photon-Photoassociation spectroscopy in a mixture of Ytterbium and Rubidium” Diss. Universitäts-und Landesbibliothek der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, 2012.

ストロンチウム

Removille, S., et al. “Trapping and cooling of Sr+ ions: strings and large clouds.” Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 42.15 (2009): 154014.
Removille, S., et al. “Sympathetic cooling in a multi-isotope Sr+ Coulomb crystal.” SPIE Photonics Europe. International Society for Optics and Photonics, 2010.

イッテルビウム

K. Pandey, K. D. Rathod, A. K. Singh, and V. Natarajan “Atomic fountain of laser-cooled Yb atoms for precision measurements” arXiv:1008.3224
Uetake, S., et al. “High power narrow linewidth laser at 556 nm for magneto-optical trapping of ytterbium.” Applied Physics B 92.1 (2008): 33-35.
Pandey, Kanhaiya, et al. “Magnetic trapping of Yb in the metastable 3 P 2 state.” Physical Review A 81.3 (2010): 033424.
Yasuda, Masami, et al. “Fiber-comb-stabilized light source at 556 nm for magneto-optical trapping of ytterbium.” JOSA B 27.7 (2010): 1388-1393.
Pal, Sambit Bikas. “Cooling and Trapping of Ytterbium Magneto-optical trapping-direct loading of Yb atoms into a 556 nm MOT.”

ヘリウム

J. Rengelink, R. P. M. J. W. Notermans, W. Vassen “A simple 2 W continuous‑wave laser system for trapping ultracold metastable helium atoms at the 319.8 nm magic wavelength” Applied Physics B, 122:122 (2016)

一般

Scheid, Martin, et al. “Continuous-wave Lyman-α generation with solid-state lasers.” Optics express 17.14 (2009): 11274-11280.
Kolbe, Daniel, et al. “A reliable cw Lyman-α laser source for future cooling of antihydrogen.” Hyperfine Interactions 212.1-3 (2012): 213-220.
Palacios Álvarez, Silvana. “High-coherence light source for atom trapping and cooling.” (2012).
Bernon, Simon, et al. “Heterodyne non-demolition measurements on cold atomic samples: towards the preparation of non-classical states for atom interferometry.” New Journal of Physics 13.6 (2011): 065021.