Research Abstract

中空フォトニック結晶ファイバー中の原子のラムディッケ分光  OPEN ブックマーク

Lamb-Dicke spectroscopy of atoms in a hollow-core photonic crystal fibre

2014年6月17日 Nature Communications 4 : 4096 doi: 10.1038/ncomms5096 (2014)

コヒーレンスを劣化させずに鏡や光ファイバーによって便利に取り扱える光子と違って、原子の場合、原子間相互作用や原子と壁との相互作用などによって容易にコヒーレンスが失われる。このようなデコヒーレンスは、原子時計や磁力計の性能を低下させ、それらの小型化を妨げる。今回我々は、精密分光のための新しいプラットフォームを報告する。カゴメ格子・中空フォトニック結晶ファイバーの中空コア中の極低温ストロンチウム原子を光格子で動径方向に閉じ込め原子とファイバー壁の相互作用を防いだ。さらに、各光格子の原子数を1個以下にすることで、原子間相互作用とドップラー効果を抑制し、1S0-3P1(m=0)遷移に対して幅7.8 kHzのスペクトルを観測した。中空フォトニック結晶ファイバー中に魔法格子を形成し、1個ずつ原子を捕獲することで、原子のコヒーレンス時間を維持しながら光学深度を改善できることを示した。

岡場 翔一1,2, 高野 哲至1,2, Fetah Benabid3,4, Tom Bradley3,4, Luca Vincetti3,5, Zakhar Maizelis6,7, Valery Yampol'skii6,7, Franco Nori8,9 & 香取 秀俊1,2,10,11

  1. 東京大学大学院 工学系研究科 物理工学専攻
  2. JST-ERATO香取創造時空間プロジェクト
  3. フランス国立科学研究センター(フランス)
  4. バース大学物理学科(イギリス)
  5. モデナ・レッジョ・エミリア大学(イタリア)
  6. ウクライナ国立学士院(ウクライナ)
  7. カラジン・カーロフ国立大学,(ウクライナ)
  8. 理化学研究所 創発物性科学研究センター
  9. ミシガン大学(アメリカ)
  10. 理化学研究所 香取量子計測研究室
  11. 理化学研究所 光量子工学研究領域

Unlike photons, which are conveniently handled by mirrors and optical fibres without loss of coherence, atoms lose their coherence via atom–atom and atom–wall interactions. This decoherence of atoms deteriorates the performance of atomic clocks and magnetometers, and also hinders their miniaturization. Here we report a novel platform for precision spectroscopy. Ultracold strontium atoms inside a kagome-lattice hollow-core photonic crystal fibre are transversely confined by an optical lattice to prevent atoms from interacting with the fibre wall. By confining at most one atom in each lattice site, to avoid atom–atom interactions and Doppler effect, a 7.8-kHz-wide spectrum is observed for the 1S03P1(m=0) transition. Atoms singly trapped in a magic lattice in hollow-core photonic crystal fibres improve the optical depth while preserving atomic coherence time.