WO2022113717A1 - 低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム - Google Patents

低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム Download PDF

Info

Publication number
WO2022113717A1
WO2022113717A1 PCT/JP2021/041036 JP2021041036W WO2022113717A1 WO 2022113717 A1 WO2022113717 A1 WO 2022113717A1 JP 2021041036 W JP2021041036 W JP 2021041036W WO 2022113717 A1 WO2022113717 A1 WO 2022113717A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
beam generator
atomic beam
magnetic field
low
atomic
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/041036
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
成悟 辻
将男 高本
秀俊 香取
Original Assignee
日本電子株式会社
国立研究開発法人理化学研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電子株式会社, 国立研究開発法人理化学研究所 filed Critical 日本電子株式会社
Priority to EP21897692.6A priority Critical patent/EP4254082A1/en
Priority to JP2022565196A priority patent/JPWO2022113717A1/ja
Priority to US18/038,476 priority patent/US20240114611A1/en
Priority to KR1020237018205A priority patent/KR20230110745A/ko
Priority to CN202180079184.3A priority patent/CN116491032A/zh
Publication of WO2022113717A1 publication Critical patent/WO2022113717A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
    • H05H3/02—Molecular or atomic beam generation
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F5/00—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards
    • G04F5/14—Apparatus for producing preselected time intervals for use as timing standards using atomic clocks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S1/00—Masers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the microwave range
    • H01S1/06—Gaseous, i.e. beam masers

Definitions

  • the present invention relates to a low-speed atomic beam generator, a physical package, a physical package for an optical lattice clock, a physical package for an atomic clock, a physical package for an atomic interferometer, a physical package for a quantum information processing device, and a physical package system.
  • the optical lattice clock is an atomic clock proposed by Hidetoshi Katori, one of the inventors of this application, in 2001.
  • the atomic group is confined in the optical lattice formed by laser light and the resonance frequency in the visible light region is measured, so it is possible to measure the accuracy of 18 digits, which far exceeds the accuracy of the current cesium clock. Is.
  • the optical lattice clock has been enthusiastically researched and developed by a group of inventors, and has also been researched and developed by various groups in Japan and overseas, and has been developed as a next-generation atomic clock.
  • Patent Document 1 describes forming a one-dimensional moving optical lattice inside an optical waveguide having a hollow passage.
  • Patent Document 2 describes an aspect of setting an effective magic frequency.
  • Patent Document 3 describes a radiation shield that reduces the influence of blackbody radiation emitted from a surrounding wall.
  • optical lattice clock Since the optical lattice clock measures time with high accuracy, it is possible to detect an altitude difference of 1 cm on the earth based on the general relativistic effect of gravity as a time lag. Therefore, if the optical lattice clock can be miniaturized and made portable so that it can be used in the field outside the laboratory, the possibility of applying it to new geodetic techniques such as underground resource search, underground cavity, and detection of magma chambers will expand.
  • mass-producing optical lattice clocks and arranging them in various places and continuously monitoring the time fluctuations of gravitational potential it is possible to detect crustal movements and apply spatial mapping of gravitational fields. In this way, optical lattice clocks are expected to contribute to society as a new basic technology beyond the framework of high-precision time measurement.
  • the above-mentioned optical lattice clock can be mentioned as a device that can be used as a device for generating a low-speed atomic beam, which is a device for generating a low-speed atomic beam.
  • neutral atoms cooled to extremely low temperatures have been attracting attention as qubits for quantum computing.
  • Quantum computers that use cold atoms as cue bits are less susceptible to the influence of the surrounding environment than when other cue bits such as electron spins and nuclear spins in solids and liquids are used. Therefore, quantum information can be retained for a long time. Further, it is expected that the number of qubits can be increased by using the Bose condensation technique.
  • a typical example of a low-speed atomic beam generator is a device that combines an atomic beam oven, a Zeeman slower, and a three-dimensional magneto-optical trap.
  • the atomic beam oven transfers the sample from the solid phase to the gas phase by heat or light, and further generates a converged atomic beam.
  • the average velocity of the generated atomic beam follows the Maxwell-Boltzmann distribution characterized by temperature and is several hundred m / s in a typical experimental example.
  • the Zeeman slower forms a gradient magnetic field in the direction in which the atomic beam travels, and further irradiates the atomic beam with laser light to decelerate the atomic beam by radiation pressure.
  • the three-dimensional magneto-optical trap captures (traps) atoms by forming a quadrupole magnetic field near the center of the trap region and irradiating the center with laser light from six directions.
  • traps traps
  • Such a configuration hinders the miniaturization and power saving of the device.
  • the two-dimensional magneto-optical trap captures atoms by forming a two-dimensional quadrupole magnetic field near the center of the trap region and irradiating the center with laser light from four directions.
  • the captured atoms are extracted by the push laser light and carried to the three-dimensional magneto-optical trap.
  • Patent Document 4 describes that in a configuration using a two-dimensional magneto-optical trap, the direction of the laser beam is changed to improve the efficiency of the flow rate.
  • Patent Document 5 describes a low-speed atomic beam generator having an atomic gas generator and an atomic cooling device adjacent to the atomic gas generator and having a conical mirror to realize a two-dimensional magneto-optical trap method. Have been described.
  • Patent Document 6 includes a low-speed atomic beam generator having an atomic gas generator and an atomic cooling device adjacent to the atomic gas generator and having a square pyramid mirror to realize a two-dimensional magneto-optical trap method. Is described.
  • Table 1 shows each metal element and the temperature (Celsius) at which the vapor pressure becomes 10-5 Pa.
  • Cesium and rubidium which belong to alkali metals, have a low melting point and a high vapor pressure even at room temperature (25 ° C). Therefore, by operating the atomic gas generator placed under ultra-high vacuum at room temperature, the atomic state can be transferred from the solid phase to the gas phase without using a heating device.
  • Group 2 elements such as strontium and ytterbium have a relatively high melting point and a low vapor pressure at room temperature. Therefore, it is difficult to obtain a sufficient atomic flow rate of an element having a low vapor pressure with a conventional low-speed atomic beam generator specialized for Group 1 elements.
  • Patent Document 7 describes a low-speed atomic beam generator composed of an atomic cooling device and an atomic cell provided with a heating device.
  • gas atoms are generated by heating an alkaline earth metal such as strontium by a heating device.
  • the optical window for injecting laser light from the outside to the inside of the low-speed atomic beam generator is composed of sapphire and alumina silicate glass, which is resistant to corrosion against heated strontium and strontium gas atoms. It has sex.
  • the four sides or six sides (all sides) of the device are composed of optical windows. Therefore, through the optical window, the heat radiation from the heated low-speed atomic beam generator to the outside becomes large, and as a result, it causes heat release and can be a disturbance to the precision measurement.
  • An object of the present invention is to provide a small atomic beam generator having a low speed and a high flow rate for atoms having a low saturated vapor pressure at room temperature.
  • One embodiment of the present invention has an atomic source, an optical window provided at one end for passing laser light, and an opening at the apex provided at the other end, and the laser light incident from the optical window is described.
  • a high-temperature bath including a right-angled conical mirror that reflects toward one end at a portion other than the opening, and a heater that generates atomic gas from the atomic source into the high-temperature tank by heating the high-temperature tank.
  • a magnetic field generator that generates a magnetic field in a region where the laser light reflected by the right angle conical mirror intersects, and a thermal radiation shield that covers a portion other than the opening of the high temperature bath, and the laser light and the magnetic field include. It is a low-speed atomic beam generator characterized in that an atomic beam is formed from an atomic gas by using a realized magnetic and optical trap, and the atomic beam is emitted to the outside through the opening.
  • the above atomic source may be strontium. By using the above configuration, it is possible to generate a slow atomic beam of strontium.
  • Strontium is only an example, and other elements may be used because the saturated vapor pressure is low at room temperature and a sufficient atomic gas cannot be obtained.
  • the set temperature of the heater may be changed according to the element used. For example, by setting the set temperature of the heater to the temperature at which the atomic gas of the element to be used can be obtained, a sufficient atomic gas can be obtained for such an element.
  • the atomic source may be ytterbium.
  • the magnetic field generator may be arranged in a space surrounded by the thermal radiation shield. By doing so, even when a coil is used as the magnetic field generator, heat radiation from the coil to the outside can be suppressed.
  • the magnetic field generator may be arranged outside the space surrounded by the thermal radiation shield. In this case, by using a permanent magnet instead of a coil as the magnetic field generator, it is not necessary to provide a further heat radiation shield for suppressing heat radiation from the coil.
  • the low-speed atomic beam generator may further include a cold filter optical window provided on the optical path of the laser beam incident on the optical window between the optical window and the right-angled conical mirror.
  • a cold filter optical window provided on the optical path of the laser beam incident on the optical window between the optical window and the right-angled conical mirror.
  • the coil may have both the magnetic field generator and the heater.
  • the low-speed atomic beam generator controls the current flowing through the coil to generate a magnetic field for realizing a magneto-optical trap from the coil and heat for heating the high-temperature bath from the coil.
  • a control device may be further included.
  • the magnetic field generator may be a permanent magnet having a cylindrical shape covering the high temperature bath and magnetized in the radial direction.
  • the magnetic field generator is an antisymmetric winding tetra coil consisting of a total of four current bands or an even-numbered current band of 6 or more, which forms an antisymmetric current distribution with respect to the center point. It may be.
  • 2n (n 2 or more integers) rectangular or saddle-shaped coils of the same shape provided on the surrounding side surface, and the control device transfers the current between the coils facing each other across the 2n axis of rotational symmetry.
  • a two-dimensional quadrupole magnetic field may be generated from the magnetic field generator by flowing in opposite directions.
  • N 2 or more integers) square columnar or arcuate columnar permanent magnets, the permanent magnets are magnetized in an angular direction with respect to the axis of symmetry, and the permanent magnets facing each other across the 2n rotation axis of symmetry.
  • the magnetizing directions are opposite to each other, which may form a two-dimensional quadrupole magnetic field.
  • the low-speed atomic beam generator further includes a removable vacuum-resistant window, even if the vacuum-resistant window is removed and the atomic source is installed in the high-temperature bath or the atomic source is taken out of the high-temperature tank. good.
  • the high temperature bath and the right-angled conical mirror may be made of aluminum, a metal coated with aluminum, or an insulator coated with aluminum.
  • the high temperature bath and the right-angled conical mirror may be composed of silver, a metal coated with silver, or an insulator coated with silver.
  • the high temperature bath and the right-angled conical mirror may be made of glass coated with an optical multilayer film.
  • the optical window may be made of sapphire.
  • One aspect of the present invention is a physical package comprising the above-mentioned low-speed atom beam generator and a vacuum chamber surrounding a clock transition space in which atoms are arranged.
  • One aspect of the present invention is a physical package for an optical lattice clock, which comprises the above physical package.
  • One aspect of the present invention is a physical package for an atomic clock, which comprises the above physical package.
  • One aspect of the present invention is a physical package for an atom interferometer, which comprises the above physical package.
  • One aspect of the present invention is a physical package for a quantum information processing device for an atom or an ionized atom comprising the above physical package.
  • One aspect of the present invention is a physical package system including the above physical package and a control device for controlling the operation of the physical package.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the optical lattice clock 10.
  • an optical lattice clock 10 will be described as an example of an apparatus in which a low-speed atomic beam generator is used, but of course, the low-speed atomic beam generator according to the present embodiment is an apparatus other than the optical lattice clock 10. It may be used.
  • the optical lattice clock 10 includes, for example, a physical package 12, an optical system device 14, a control device 16, and a PC (Personal Computer) 18.
  • the physical package 12 is a device that captures an atomic group, confine it in an optical lattice, and causes a clock transition.
  • the optical system device 14 is a device including an optical device such as a laser light source for atom capture, a clock transition excitation laser light source, and a laser frequency control device. In addition to sending the laser light to the physical package 12, the optical system device 14 receives the fluorescent signal emitted by the atomic group in the physical package 12, converts it into an electric signal, and feeds it back to the laser light source so as to match the resonance frequency of the atom. Etc. are performed.
  • the control device 16 is a device that controls the physical package 12 and the optical system device 14.
  • the control device 16 performs analysis processing such as operation control of the physical package 12, operation control of the optical system device 14, and frequency analysis of the clock transition obtained by measurement.
  • the physical package 12, the optical system device 14, and the control device 16 cooperate with each other to realize the function of the optical lattice clock 10.
  • PC18 is a general-purpose computer including a processor and a memory. The functions of the PC 18 are realized by executing the software by the hardware including the processor and the memory.
  • An application program for controlling the optical lattice clock 10 is installed in the PC 18.
  • the PC 18 is connected to the control device 16 and may control not only the control device 16 but also the entire optical lattice clock 10 including the physical package 12 and the optical system device 14. Further, the PC 18 provides a UI (User Interface) of the optical lattice clock 10. The user can start the optical lattice clock 10, measure the time, check the result, and the like via the PC 18.
  • UI User Interface
  • a system including the physical package 12 and the configuration required for controlling the physical package 12 may be referred to as a "physical package system".
  • the configuration required for control may be included in the control device 16 or PC 18, or may be included in the physical package 12. Further, a part or all of the functions of the control device 16 may be included in the physical package 12.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the low-speed atomic beam generator 100 according to the first embodiment.
  • the axis parallel to the longitudinal direction of the low-speed atomic beam generator 100 will be referred to as an X-axis.
  • the low-speed atomic beam generator 100 is roughly classified into a high temperature part and a room temperature part.
  • the high temperature portion includes a right-angled conical mirror 102, an optical window 104, an opening 106, a heater 108, a sample 110, a magnetic field generator 112, a thermometer 114, and a high temperature tank 116.
  • the room temperature section includes a flange 118, a heat radiation shield 120, a heat insulating support rod 122, a cooling filter window 124, a vacuum resistant window 126, and a vacuum resistant electric connector 128.
  • the high temperature tank 116 has an axisymmetric shape with respect to the X axis.
  • the high temperature tank 116 may have a cylindrical shape.
  • the high temperature bath 116 includes a sample 110 as an atomic source, an optical window 104 provided at one end and passing laser light, and a right-angled conical mirror 102 provided at the other end.
  • a space axially symmetric with respect to the X axis is formed inside the high temperature bath 116, and a right-angled conical mirror 102 is provided on the inner surface thereof so as to face the optical window 104 provided at one end. ..
  • a right-angled quadrangular pyramid mirror is provided instead of the right-angled conical mirror 102.
  • the right-angled conical mirror 102 reflects the laser light (laser light 130 described later) incident on the space inside the high temperature bath 116 from the optical window 104 toward the optical window 104. Further, an opening 106 is formed at the apex of the right-angled conical mirror 102. The opening 106 is a hole made at the apex thereof. Since the vertices are arranged on the X-axis, the opening 106 is arranged on the X-axis. As will be described later, the atomic beam is emitted from the opening 106 to the outside of the high temperature bath 116.
  • the thermometer 114 is provided on the side surface of the high temperature tank 116 and measures the temperature of the high temperature tank 116.
  • the thermometer 114 is, for example, a thermocouple thermometer, a resistance thermometer using platinum or the like, or the like.
  • a heater 108 for heating the high temperature tank and a magnetic field generator 112 for generating a magnetic field are provided.
  • the magnetic field generator 112 generates a magnetic field for capturing (trapping) atoms inside the high temperature tank 116 by using the magneto-optical trap (MOT) method.
  • the magnetic field generator 112 may be provided on the outer peripheral surface of the high temperature tank 116, or may be provided on the inner surface of the heat radiation shield 120.
  • the magnetic field generator 112 is, for example, a coil.
  • the coil is, for example, an anti-Helmholtz coil having an axisymmetric shape with respect to the X axis and a current flowing antisymmetrically with respect to the central axis thereof.
  • an anti-Helmholtz coil having an axisymmetric shape with respect to the X axis and a current flowing antisymmetrically with respect to the central axis thereof.
  • other coils may be used.
  • the set temperature of the high temperature tank 116 is 250 ° C or lower, a coated copper wire or the like that can withstand the temperature is used as the coil.
  • an uncoated copper wire is used as a coil.
  • a bobbin made of alumina ceramic or the like is used, a groove is formed in the bobbin so that adjacent copper wires do not come into contact with each other, and the copper wire is wound around the bobbin using the groove as a guide.
  • the magnetic field generator 112 may be a permanent magnet.
  • the permanent magnets are, for example, a pair of permanent magnets having an axisymmetric ring shape and magnetized antisymmetrically with respect to the central axis thereof.
  • the permanent magnet may be a permanent magnet having an axially symmetric cylindrical shape covering the high temperature bath 116 and magnetized in the radial direction.
  • permanent magnets other than these may be used. Other permanent magnets will be described later.
  • a permanent magnet with a Curie temperature that is sufficiently larger than the set temperature is used.
  • a samarium-cobalt magnet, an alnico magnet, a strontium ceramic magnet, or the like is used as the permanent magnet according to the present embodiment.
  • the magnetic field generator 112 forms a quadrupole magnetic field distribution suitable for the right-angled conical mirror 102.
  • a right-angled quadrangular cone mirror is used instead of the right-angled conical mirror 102, two pairs of anti-Helmholtz coils, or two pairs of anti-Helmholtz coils, which form a two-dimensional quadrupole magnetic field distribution and are arranged perpendicular to the central axis.
  • Four permanent magnets are used as the magnetic field generator 112.
  • the control device 16 generates a two-dimensional quadrupole magnetic field from the magnetic field generator 112 by passing currents of coils facing each other across a 2n rotation symmetry axis in opposite directions.
  • the magnetic field generator 112 is provided on the side surface (on the outer peripheral surface of the high temperature tank 116) surrounding the 2n rotation symmetry axis of the high temperature tank 116, and has 2n square columns or arcs of the same shape permanently. It may be a magnet (a columnar permanent magnet having a square or arc shape in cross section). The permanent magnet is magnetized in the angular direction (circumferential direction surrounding the axis of symmetry) with respect to the axis of symmetry. Further, the magnetizing directions of the permanent magnets facing each other across the 2n rotation symmetry axis are opposite to each other. This forms a quadrupole magnetic field.
  • the heater 108 heats the high temperature tank 116 so that the high temperature tank 116 reaches the set temperature. For example, the heater 108 heats a part or the whole of the high temperature bath 116.
  • the state of the atomic source is transferred from the solid phase to the gas phase, whereby an atomic gas is generated and discharged into the space inside the high temperature tank 116.
  • the heater 108 it is possible to prevent the atomic gas from recondensing when it collides with the inner wall of the optical window 104 or the high temperature tank 116.
  • the role of transferring the state of the atomic source from the solid phase to the gas phase can be achieved not only by the heater 108 but also by ablation using a laser.
  • the sample 110 contains an atomic source and is housed in a small room provided on the side surface of the inner wall of the high temperature tank 116.
  • the sample 110 may be taken in and out through the opening 106, or the sample 110 may be taken in and out by disassembling the low-speed atomic beam generator and removing the optical window.
  • the material of the high temperature tank 116 a material is used in which the high temperature tank 116 does not chemically react with the atomic gas at a set temperature and does not alloy with the atomic gas.
  • the saturated vapor pressure of the sample 110 is sufficiently higher than the vacuum degree of the environment in which the sample 110 is installed, and the saturated vapor pressure of the heated portion such as the high temperature tank 116 is sufficiently small. Is set to be. For example, when the atomic source is strontium, the set temperature of the high temperature tank 116 is set to 270 ° C. or 270 ° C. or higher.
  • the materials of the right angle conical mirror 102 and the high temperature bath 116 are, for example, aluminum, aluminum-coated metal, aluminum-coated insulator, silver, silver-coated metal, silver-coated insulator, SUS ( (Stainless steel), or glass coated with an optical multilayer film, etc.
  • the insulator is, for example, ceramic (eg, high-purity alumina, etc.) or glass.
  • the material of the right-angled conical mirror 102 may be the same material as that of the high temperature bath 116, or may be a different material.
  • the surface that functions as the right-angled conical mirror 102 can be mechanically polished to make the surface mirror-finished.
  • the surface functioning as the right-angled conical mirror 102 can be coated by aluminum plating, silver plating, or the like.
  • the surface that functions as a right-angled conical mirror 102 can be coated with an optical multilayer film.
  • the material of the right-angled conical mirror 102 and the high-temperature tank 116 for example, a material having a low vapor pressure and suppressing the amount of released gas under an ultra-high vacuum is used in a state of being heated to a set temperature.
  • the right-angled conical mirror 102 and the high-temperature tank 116 the right-angled conical mirror 102 has sufficient reflectance with respect to the incident laser light (laser light 130 described later) in a state of being heated to a set temperature, and further, the right angle.
  • a material may be used in which the surface of the conical mirror 102 does not chemically react with the atomic gas, does not alloy with the atomic gas, and can maintain a sufficient reflectance. Further, the surface of the right-angled conical mirror 102 is polished so that the surface roughness of the right-angled conical mirror 102 is sufficiently small with respect to the wavelength of the incident laser light.
  • a material for example, sapphire
  • a film capable of maintaining transparency at a set temperature may be formed on the optical window 104 made of sapphire.
  • a titanium oxide alloy / silica-based multilayer laminated film may be formed on the optical window 104 by using an electron beam vapor deposition method.
  • the heat radiation shield 120 is installed to prevent heat radiation to parts arranged around the low-speed atomic beam generator 100.
  • the heat radiation shield 120 is provided so as to cover the heater 108, the magnetic field generator 112, and the high temperature tank 116. That is, the heater 108, the magnetic field generator 112, and the high temperature tank 116 are arranged in the space surrounded by the heat radiation shield 120.
  • materials with low emissivity on the surface eg, mirror-finished aluminum, mirror-finished stainless steel
  • a plurality of heat radiation shields 120 may be stacked and installed. For example, when a double sheet is used, by forming the outer sheet with a substance having a high magnetic permeability such as permalloy, the heat radiation shield and the electromagnetic shield can be combined.
  • Each window is arranged on the X-axis in the order of the optical window 104, the cooling filter window 124, and the vacuum resistant window 126.
  • the optical window 104 is provided at one end of the high temperature bath 116 facing the right-angled conical mirror 102.
  • the material of the vacuum resistant window 126 is, for example, Pyrex (registered trademark) glass, quartz glass, or the like. Further, the surface of the vacuum resistant window 126 may be coated with a film such as an antireflection coating that can maintain transparency.
  • the cooling filter window 124 is provided between the optical window 104 and the vacuum resistant window 126 on the optical path of the laser beam incident on the optical window 104, and prevents heat from flowing in from the optical window 104 to the vacuum resistant window 126. ..
  • the material of the cooling filter window 124 is, for example, the same material as the vacuum resistant window 126.
  • the heat insulating support rod 122 is provided from the high temperature tank 116 to the flange 118.
  • a material for the heat insulating support rod 122 a material having low thermal conductivity in order to prevent heat from flowing out from the high temperature part to the room temperature part, improve the thermal efficiency of the heater in the high temperature part, and maintain the temperature stability in the room temperature part.
  • magnesia, steatite ceramic, or the like is used as a material for the heat insulating support rod 122.
  • the vacuum resistant electric connector 128 is a hermetic connector for transmitting and receiving electric signals between the vacuum space and the atmospheric space.
  • the vacuum resistant electric connector 128 is used, for example, for input / output of a signal of the thermometer 114, supply of a current to the heater 108, supply of a current to the magnetic field generator 112, and the like.
  • wiring is not shown in FIG.
  • the flange 118 is a member for attaching the low-speed atomic beam generator 100 to a physical package such as an atomic clock device such as an optical grid clock 10 or an atomic interferometer device, or a physical package of a quantum computer device using an atom as a cubicle.
  • the physical package includes a vacuum vessel, and the high temperature tank 116 of the low speed atomic beam generator 100 is used in an ultra-high vacuum environment, and the inside of the high temperature tank 116 is maintained in the ultra-high vacuum. Therefore, the flange 118 has a sealing mechanism for sealing a vacuum, for example, as in the metal gasket method. The heat may be transferred from the high temperature portion to the flange 118. To deal with this, the flange 118 may be provided with a water cooling mechanism.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the low-speed atomic beam generator according to the first embodiment.
  • the laser beam 130 passes through the vacuum resistant window 126 from the outside of the low-speed atomic beam generator 100 and enters the low-speed atomic beam generator 100.
  • the laser beam 130 has circular polarization (for example, ⁇ +).
  • the laser beam 130 incident on the low-speed atomic beam generator 100 passes through the cooling filter window 124 and the optical window 104, and is reflected twice by the right-angled conical mirror 102 in the high-temperature bath 116 (see reference numeral 134).
  • the reflected laser light 130 has circular polarization (for example, ⁇ -) opposite to that of the outward path, passes through the optical window 104, the cooling filter window 124, and the vacuum resistant window 126, and is transmitted to the outside of the low-speed atomic beam generator 100. Emit.
  • a gradient magnetic field is formed in the space inside the high temperature tank 116 by the magnetic field generator 112.
  • a uniform gradient magnetic field is formed on the X-axis.
  • the reflected laser light 130 and the magnetic field formed by the magnetic field generator 112 form a trapping space inside the high temperature bath 116 that captures the atoms, thereby realizing a magneto-optical trap (MOT) that captures the atoms. Will be done.
  • MOT magneto-optical trap
  • the heater 108 heats the high temperature tank 116 to heat the atomic source, which evaporates the atoms and releases them into the space inside the high temperature tank 116.
  • the atomic gas is captured and cooled inside the high temperature bath 116 by using a magneto-optical trap.
  • the laser beam 132 passes through the vacuum resistant window 126 from the outside of the low-speed atomic beam generator 100 along the X-axis and is incident on the low-speed atomic beam generator 100.
  • the laser light 132 is a push laser light, and atoms captured and cooled by using a magneto-optical trap in the high temperature tank 116 are output from the opening 106 to the outside of the high temperature tank 116. The atoms output in this way form a slow atomic beam.
  • the heat radiation shield 120 has an opening formed on the X-axis, and the low-speed atomic beam emitted to the outside from the high temperature tank 116 is discharged from the opening formed in the heat radiation shield 120 to the outside of the heat radiation shield 120. It emits to.
  • the entire high-temperature tank 116 including the optical window 104 is heated in addition to the sample 110. Therefore, even for an element whose saturated vapor pressure is low at room temperature and a sufficient atomic gas cannot be obtained, a sufficient atomic gas can be obtained by increasing the saturated vapor pressure by heating.
  • strontium is used as the atomic source.
  • a sufficient atomic gas can be obtained even when strontium is used as an atomic source.
  • a magneto-optical trap a high-flow rate cooling atom beam can be generated.
  • An element other than strontium for example, an element shown in Table 1 may be used as an element having a low saturated vapor pressure at room temperature.
  • ytterbium may be used as an atomic source.
  • the periphery of the heated high temperature tank 116 is covered by the heat radiation shield 120 and the cooling filter window 124 except for the opening 106 from which the low-speed atomic beam is output, the heat radiation emitted by the high temperature part is suppressed. be able to.
  • the gradient magnetic field contributing to the magneto-optical trap is strong and uniform so that the group of cooling atoms can be captured in the entire area where the laser light reflected by the right-angled conical mirror 102 intersects. It is preferable to have. Therefore, when a permanent magnet is used as the magnetic field generator 112, it is a cylindrical magnet that covers the high temperature tank 116, and the length in the height direction of the cylinder is longer than the inner diameter of the cylinder, and the magnet is attached in the radial direction. It is preferable to use a magnetized magnet.
  • a current distribution that is antisymmetric with respect to the center point of the coil is formed, and a countersymmetric winding tetra coil consisting of a total of four current bands, or an even current band of 6 or more. It is preferable to use an antisymmetric winding coil.
  • the length of the heat insulating support rod 122 which is responsible for the main heat conduction between the high temperature part and the room temperature part, is an important parameter.
  • Magnesia (MgO) is suitable as the material of the heat insulating support rod 122 in consideration of the small amount of outgas in the UHV environment.
  • the number of heat insulating support rods 122 is preferably three from the viewpoint of heat release. Of course, this number is only an example, and may be a number other than three.
  • As the material of the high temperature tank 116 it is preferable to use aluminum having a high reflectance and hardly chemically reacting with an atomic gas. By using aluminum, which is a light metal, as a material, it is possible to reduce the weight of the low-speed atomic beam generator and reduce the risk of deformation of the columns.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the low-speed atomic beam generator 100 according to the first embodiment.
  • the sample 110 may be accessible from the vicinity of the outer periphery of the optical window 104.
  • the vacuum resistant window 126 is detachably installed in the low speed atomic beam generator 100.
  • the vacuum resistant window 126 can be removed, and the sample 110 can be taken out from the small room in which the sample 110 is housed on the side surface of the high temperature tank 116 by using an appropriate jig. Further, the vacuum-resistant window 126 can be removed, and the sample 110 can be placed in the low-speed atomic beam generator 100 using a jig and housed in the small room.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the low-speed atomic beam generator 200 according to the second embodiment.
  • the low-speed atomic beam generator 200 is roughly classified into a high temperature part and a room temperature part.
  • the high temperature section includes a right-angled conical mirror 202, an optical window 204, an optical window 206, a heater 208, a sample 210, a magnetic field generator 212, a thermometer 214, and a high temperature tank 216.
  • An opening 218 is formed at the apex of the right-angled conical mirror 202.
  • An opening 220 is formed in the optical window 206.
  • the room temperature section includes a flange 221, a heat radiation shield 222, a heat insulating support rod 224, a cooling filter window 226, a vacuum resistant window 228, an optical window 230 provided on the heat radiation shield 222, and a vacuum resistant electric connector 232.
  • An opening 234 is formed in the optical window 230.
  • the openings 218, 220, 234 are formed on the X-axis.
  • the difference between the low-speed atomic beam generator 100 according to the first embodiment and the low-speed atomic beam generator 200 according to the second embodiment is that the orientation of the high-temperature tank 216, that is, to realize a magneto-optical trap in the high-temperature tank. Is the incident direction of the laser beam.
  • the orientation of the high temperature tank 216 according to the second embodiment is opposite to the orientation of the high temperature tank 116 according to the first embodiment, and the laser beam 236 for realizing the magneto-optical trap in the high temperature tank 216.
  • the incident direction is opposite to the incident direction of the laser beam 130 according to the first embodiment.
  • the laser beam 236 passes through the optical windows 230 and 206, enters the high temperature bath 216, is reflected twice by the right-angled conical mirror 202, and heads toward the optical window 206.
  • the magnetic field generator 212 forms a gradient magnetic field in the space inside the high temperature tank 216.
  • the high temperature bath 216 is heated by the heater 208, whereby an atomic gas is generated from the atomic source and discharged into the space inside the high temperature tank 216.
  • a magneto-optical trap is realized by the reflected laser light 236 and the magnetic field formed by the magnetic field generator 212.
  • the atomic gas is captured and cooled inside the high temperature bath 216 using a magneto-optical trap.
  • the laser light 238 incident on the space inside the high temperature tank 216 captures and cools the atoms in the high temperature tank 216 using a magneto-optical trap from the openings 220 and 234 to the outside of the low-speed atomic beam generator 200. To output to.
  • the same effect as that of the low-speed atomic beam generator 100 according to the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the low-speed atomic beam generator 300 according to the third embodiment.
  • the low-speed atomic beam generator 300 is roughly classified into a high temperature part and a room temperature part.
  • the high temperature portion includes a right-angled conical mirror 302, an optical window 304, an opening 306, a heater 308 having a magnetic field generator, a sample 310, a thermometer 312, and a high temperature tank 314.
  • the room temperature section includes a flange 316, a heat radiation shield 318, a heat insulating support rod 320, a cooling filter window 322, a vacuum resistant window 324, and a vacuum resistant electric connector 326.
  • the heater 308 functions as a device for heating the high temperature tank 314 and also has a function of generating a gradient magnetic field for realizing a magneto-optical trap in the space inside the high temperature tank 314.
  • the configuration other than the heater 308 is the same as the configuration of the low-speed atomic beam generator 100 according to the first embodiment.
  • the heater 308 may be provided on the outer peripheral surface of the high temperature tank 314 or may be provided on the inner surface of the heat radiation shield 318.
  • a sheath heater wire in which the heater wire is covered with a sheath is used.
  • the sheath heater wire is wound around the high temperature bath 314 so that the distribution of the quadrupole magnetic field is formed by the sheath heater wire, whereby the heater 308 having the magnetic field generator is formed.
  • the output of heat quantity and the gradient of the magnetic field can be controlled independently. This is because the amount of heat is generated in proportion to the square of the current regardless of the direction of the current, and the direction of the formed magnetic field depends on the direction of the current.
  • the heater 308 that also has a magnetic field generator may be composed of resistance wires wound around a multilayer ceramic bobbin.
  • a heater 308 having a magnetic field generator may be formed by winding the resistance wires at intervals so that the resistance wires do not come into contact with each other and potting and hardening them with a ceramic or a heat-resistant resin.
  • the heater 308 that also has a magnetic field generator is formed by, for example, winding a sheath heater and a resistance wire in multiple directions in an anti-Helmholtz coil shape. Also, only the outermost layer of the heater 308 (that is, the outermost layer of the anti-Helmholtz coil) is wound in the opposite direction to the other layers. When no current flows in the outermost layer of the heater 308 and current flows in all the other layers, the gradient magnetic field generated near the center of the heater 308 becomes maximum. When a current flows through the outermost layer, the gradient magnetic field becomes smaller. In addition, Joule heat is maximized when current flows through all layers.
  • the heater 308 can serve as both a magnetic field generator that generates a magnetic field and a heating device that heats the high temperature tank 116.
  • the control device 16 shown in FIG. 1 controls the current flowing through the heater 308.
  • the material of the resistance wire for example, tantalum metal, nickel metal, or the like can be selected.
  • a heater 308 having a magnetic field generator may be formed by winding resistance wires multiple times in an antisymmetric tetracoil shape.
  • the gradient magnetic field in the radial direction can be uniformly formed in the axial direction of the symmetry of the high temperature tank 314 as compared with the anti-Helmholtz coil.
  • the same effect as that of the low-speed atomic beam generator 100 according to the first embodiment can be obtained. That is, when the high temperature tank 314 is heated by the heater 308, an atomic gas is generated from the atomic source and discharged into the space inside the high temperature tank 314. Further, the heater 308 forms a gradient magnetic field for realizing the magneto-optical trap in the space inside the high temperature tank 314. The laser beam 328 incident on the high temperature bath 314 is reflected twice by the right-angled conical mirror 302. A magneto-optical trap is realized by the magnetic field formed by the heater 308 and the reflected laser light 328, whereby the atomic gas is cooled.
  • the cooled atoms are output to the outside of the low-speed atom beam generator 300 by the laser light 330, which is the push laser light, incident on the high temperature tank 314 along the X axis. In this way, a slow atomic beam is formed.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the low-speed atomic beam generator 400 according to the fourth embodiment.
  • the low-speed atomic beam generator 400 is roughly classified into a high temperature part and a room temperature part.
  • the high temperature part includes a right angle conical mirror 402, an optical window 404, an opening 406, a heater 408, a sample 410, a thermometer 412, and a high temperature tank 414.
  • the room temperature section includes a flange 416, a heat radiation shield 418, a heat insulating support rod 420, a cooling filter window 422, a vacuum resistant window 424, a vacuum resistant electric connector 426, and a magnetic field generator 428 installed in the heat radiation shield 418.
  • the difference between the low-speed atomic beam generator 100 according to the first embodiment and the low-speed atomic beam generator 400 according to the fourth embodiment is the installation position of the magnetic field generator.
  • the configuration other than the magnetic field generator is the same as the configuration of the low-speed atomic beam generator 100 according to the first embodiment.
  • the magnetic field generator 112 is installed on the outer peripheral surface of the high temperature tank 116 in the high temperature portion.
  • the magnetic field generator 428 is installed on the outer peripheral surface of the heat radiation shield 418 at room temperature. That is, the magnetic field generator 428 is arranged outside the space surrounded by the thermal radiation shield 418. Even when the magnetic field generator 428 is located outside the thermal radiation shield 418, the magnetic field generator 428 forms a gradient magnetic field in the space inside the high temperature bath 414 to realize a magnetic optical trap.
  • the magnetic field generator is arranged at a position closer to the high temperature tank that realizes the magneto-optical trap than in the fourth embodiment. Therefore, when the magnetic field generator is configured by a coil, the amount of current contributing to the magneto-optical trap can be reduced in the first embodiment as compared with the fourth embodiment.
  • the magnetic field generator is composed of a permanent magnet, the first embodiment can suppress the leakage of the magnetic field and suppress the influence on the measurement system as compared with the fourth embodiment.
  • the magnetic field generator is arranged at a position farther than the high temperature tank that realizes the magneto-optical trap, as compared with the first embodiment. Therefore, the fourth embodiment has an advantage over the first embodiment in terms of heat resistance of the coil wire, and for example, a coated copper wire can be used. Further, since the magnetic field generator is arranged outside the heat radiation shield 418, a wider space for installing the magnetic field generator can be secured. Therefore, a complex coil such as a two-pair coil for forming a two-dimensional quadrupole magnetic field can be installed.
  • the right-angled conical mirror 402 has the shape of a quadrangular pyramid.
  • the magnetic field generator 428 is configured by a coil capable of generating a two-dimensional quadrupole magnetic field.
  • the same effect as that of the low-speed atomic beam generator 100 according to the first embodiment can be obtained. That is, a magnetic optical trap is realized by the laser light 430 incident in the high temperature bath 414 and reflected twice by the right-angled conical mirror 402 and the magnetic field formed by the magnetic field generator 428, and the atoms are cooled and captured. Will be done. Then, the cooled atoms are emitted to the outside from the low-speed atomic beam generator 400 as a low-speed atomic beam by the laser light 432 which is a push laser light.
  • a heater having a magnetic field generator is composed of a ceramic bobbin having a groove formed so that the wires do not come into contact with each other, and a heater wire such as tungsten wound around the ceramic bobbin along the groove.
  • FIG. 8 shows an example of a ceramic bobbin.
  • FIG. 8 is a perspective view of the ceramic bobbin.
  • the ceramic bobbin 500 has a cylindrical shape.
  • On the surface of the ceramic bobbin 500 a plurality of horizontal grooves 502 formed along the circumferential direction of the cylinder and a plurality of vertical grooves 504 formed along the axial direction of the cylinder are formed.
  • the plurality of lateral grooves 502 are grooves parallel to each other.
  • the plurality of vertical grooves 504 are grooves parallel to each other.
  • FIG. 9 shows an example of a heater that also has a magnetic field generator.
  • FIG. 9 is a perspective view of a heater 508 that also has a magnetic field generator.
  • the resistance wire 506 is accommodated in the lateral groove 502 of the ceramic bobbin 500 and wound around the ceramic bobbin 500.
  • a heater 508 having a magnetic field generator is formed.
  • the flute 504 functions as a guide for the resistance wire 506 from one lateral groove 502 to an adjacent lateral groove 502.
  • the vertical groove 504 functions as a groove for assisting vacuum exhaust.
  • FIG. 10 shows another example of a heater that also has a magnetic field generator.
  • FIG. 10 is a perspective view of a heater 510 including a magnetic field generator.
  • the heater 510 that also has a magnetic field generator is a multi-layer coil.
  • the heater 510 including the magnetic field generator is a four-layer coil.
  • the heater 510 including the magnetic field generator is composed of four ceramic bobbins (ceramic bobbins 512,514,516,518) having different diameters and a resistance wire 520 wound around each ceramic bobbin. Similar to the example shown in FIG. 8, a plurality of horizontal grooves and a plurality of vertical grooves are formed in each ceramic bobbin, and the resistance wire 520 is accommodated in the horizontal grooves and wound around each ceramic bobbin.
  • a heater 510 having a magnetic field generator is formed.
  • each coil can function as a heating device or a magnetic field generator.
  • FIG. 11 shows an example of the configuration of the coil constituting the heater 308 having the magnetic field generator.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure around the coil.
  • the coil shown in FIG. 11 is an example of a coil constituting a heater 308 having a magnetic field generator.
  • the coil is composed of a sheath heater.
  • a schematic configuration of the coil is shown in the virtual circle in FIG. 11.
  • FIG. 12 shows another example of the configuration of the coil constituting the heater including the magnetic field generator.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure around the coil.
  • a coil 308a constituting a heater having a magnetic field generator is provided in a high temperature portion while being wound around a high temperature tank 314, and a coil 308b forming a gradient magnetic field is a heat radiation shield. It is provided at room temperature in a state of being wrapped around 318.
  • a schematic configuration of the coil is shown in the virtual circle in FIG. 12.
  • FIG. 13 shows another example of the configuration of the coil constituting the heater 308 also including the magnetic field generator.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure around the coil.
  • a coil is formed by winding a tungsten wire around a molding material.
  • the coil is fixed to the outer peripheral surface of the high temperature tank 314 and functions as a heater 308 having a magnetic field generator.
  • a schematic configuration of the coil is shown in the virtual circle in FIG.
  • FIG. 14 shows the relationship between the total length of the low-speed atomic beam generator and the ultimate temperature of the high-temperature tank.
  • the height direction of the low-speed atomic beam generator is the direction in which the laser beam is incident, that is, the direction parallel to the X-axis.
  • the electric power supplied to the heater for heating the high temperature bath is set to 5 W.
  • FIG. 14 shows the temperature reached by the high temperature tank with respect to the height of the low speed atomic beam generator.
  • the horizontal axis in FIG. 14 indicates the height, and the vertical axis on the left side indicates the reached temperature.
  • the vertical axis on the right side shows heat transfer (heat radiation and heat conduction).
  • the ultimate temperature is a value calculated by the finite element method.
  • the lower the height of the low-speed atomic beam generator the smaller the size of the low-speed atomic beam generator, but the shorter the length of the heat insulating support, the heat transferred from the high-temperature tank to the flange at room temperature. It increases and the temperature reached in the high temperature tank becomes low.
  • the ultimate temperature of the high-temperature tank can be changed.
  • the high temperature bath containing the atomic source is heated.
  • the saturated vapor pressure can be increased by heating, and as a result, sufficient vapor atoms can be obtained. It is possible to make the magnetic-optical trap function to generate a high-flow cooling atom beam.
  • the high temperature bath is covered with a heat radiation shield except for the opening, and a cold filter window is provided in the part where the laser beam is incident, so that heat radiation to the outside of the low-speed atomic beam generator is suppressed. It becomes possible.
  • the physical package 700 of the optical lattice clock according to the comparative example that is, the atomic oven 702, the Zeeman reducer 704, the vacuum chamber 602 surrounding the clock transition space 604, and the vacuum chamber 602.
  • the reason why the physical package 600 including the low-speed atomic beam generator according to the present embodiment is preferable for the miniaturization of the device size will be described below by taking up the configuration including the magneto-optical trap and the mechanism for realizing the clock transition.
  • the physical package 600 of the optical lattice clock according to the present embodiment includes the low-speed atom beam generator 100 according to the first embodiment, the vacuum chamber 602 surrounding the clock transition space 604 in which the atoms are arranged, and the vacuum chamber 602. Includes magnetic and optical traps and mechanisms to achieve clock transitions.
  • the inside of the vacuum chamber 602 is evacuated.
  • the low-speed atomic beam sufficiently decelerated by the low-speed atomic beam generator 100 is emitted from the low-speed atomic beam generator 100 and reaches the magneto-optical trap device (MOT device) in the vacuum chamber 602.
  • MOT device magneto-optical trap device
  • a magnetic field having a linear spatial gradient is formed around a capture space in which atoms are captured, and MOT light is irradiated.
  • the slow atomic beam that reaches the MOT device is decelerated in the capture space, whereby the atomic population is captured in the capture space.
  • the optical lattice light beam is incident on the capture space and reflected by an optical resonator provided in the vacuum chamber 602, thereby forming an optical lattice potential in which standing waves are connected in the traveling direction of the optical lattice light beam. Will be done.
  • the atomic population is captured by the optical lattice potential.
  • the optical lattice can be moved in the traveling direction of the optical lattice light beam.
  • the atomic group is moved to the clock transition space 604 by the moving means by this moving optical lattice.
  • the clock transition space 604 deviates from the beam axis of the slow atomic beam.
  • the atom is irradiated with a laser beam whose optical frequency is controlled, high-precision spectroscopy of the clock transition (that is, the resonance transition of the atom that is the reference of the clock) is performed, and the atom-specific and invariant frequency is measured. As a result, an accurate atomic clock is realized. If it is not necessary to move the atomic group from the capture space to the clock transition space 604, spectroscopy may be performed in the capture space.
  • the light emitted as a result of the clock transition is received by the optical system device 14, and is spectroscopically processed by the control device 16 to obtain the frequency.
  • the low-speed atomic beam generator 100 instead of the low-speed atomic beam generator 100 according to the first embodiment, the low-speed atomic beam generator according to the second, third or fourth embodiment (that is, the low-speed atomic beam generator 200, the low-speed atomic beam generator). 300 or a slow atomic beam generator 400) may be used.
  • the physical package 700 of the optical lattice clock according to the comparative example realizes the magneto-optical trap and the clock transition in the atomic oven 702, the Zeeman speed reducer 704, the vacuum chamber 602 surrounding the clock transition space 604, and the vacuum chamber 602. Including the mechanism.
  • the inside of the vacuum chamber 602 is evacuated.
  • the metal is heated by a heater to generate an atomic gas, and the atomic gas is converged to form an atomic beam.
  • the atom beam absorbs the Zeeman deceleration light and is given momentum in the deceleration direction by the effect of Zeeman splitting proportional to the strength of the magnetic field and the effect of Doppler shift. And slow down.
  • the fully decelerated atomic beam exits the Zeeman slower 704 and reaches the magneto-optical trap device (MOT device) in the vacuum chamber 602.
  • MOT device magneto-optical trap device
  • the physical package is made smaller than the physical package according to the comparative example using the Zeeman slower. Is possible. In particular, it is possible to shorten the length in the direction in which the low-speed atomic beam is emitted. For example, the length is reduced to about half, and the physical package can be miniaturized.
  • the optical lattice clock is taken as an example.
  • the techniques of each embodiment can be applied to those skilled in the art other than optical lattice clocks.
  • it can be applied to an atomic clock other than an optical lattice clock, or an atomic interferometer which is an interferometer using an atom.
  • a physical package for an atomic clock including a low-speed atomic beam generator and a vacuum chamber according to an embodiment, or a physical package for an atom interferometer may be configured.
  • the present embodiment is also applicable to various quantum information processing devices for atoms or ionized atoms.
  • a quantum information processing device is a device that performs measurement, sensing, and information processing using the quantum state of atoms and light.
  • the clock transition space may be treated simply as a space that causes clock transition spectroscopy, not as a space for clock measurement.
  • these devices by using the low-speed atomic beam generator according to each embodiment, it is possible to use an element whose saturated vapor pressure is low at room temperature and a sufficient atomic gas cannot be obtained. In addition, these devices can be miniaturized and portable.
  • Optical lattice clock 12 physical package, 14 optical system device, 16 control device, 102 right angle conical mirror, 104 optical window, 106 opening, 108 heater, 110 sample, 112 magnetic field generator, 116 high temperature bath, 120 thermal radiation shield , 130,132 Laser optics.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

ヒーター（１０８）によって高温槽（１１６）が加熱されることで、原子源から高温槽（１１６）内に原子気体が発生させられる。直角円錐ミラー（１０２）によって反射されたレーザー光（１３０）と磁場発生装置（１１２）によって形成された磁場とによって磁気光学トラップが実現され、原子気体は、磁気光学トラップを利用して捕捉されて冷却される。捕捉されて冷却された原子は、プッシュレーザー光であるレーザー光（１３２）によって、開口部（１０６）から低速原子ビーム生成装置（１００）の外部に出力される。これにより、低速原子ビームが形成される。

Description

低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
　本発明は、低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステムに関する。
　光格子時計は、２００１年に、本出願の発明者の一人である香取秀俊によって提案された原子時計である。光格子時計では、レーザー光で形成した光格子内に原子集団を閉じ込めて、可視光領域の共振周波数を計測するため、現行のセシウム時計の精度をはるかに凌駕する１８桁の精度の計測が可能である。光格子時計は、発明者らのグループによって鋭意研究開発がなされている他、国内外の様々なグループによっても研究開発が行われて、次世代原子時計として発展してきている。
　最近の光格子時計の技術については、例えば、下記特許文献１～３を挙げることができる。特許文献１には、中空の通路を有する光導波路の内部に、１次元の移動光格子を形成することが記載されている。特許文献２には、実効的魔法周波数を設定する態様について記載されている。また、特許文献３には、周囲の壁から放射される黒体輻射からの影響を低減する輻射シールドについて記載されている。
　光格子時計では、高精度で時間計測を行うため、重力による一般相対性論的な効果に基づく地球上の１ｃｍの高度差を、時間の進み方のずれとして検出することができる。そこで、光格子時計を小型化、可搬化して研究室外のフィールドで利用できるようになれば、地下資源探索、地下空洞、マグマだまりの検出等、新たな測地技術への応用可能性が広がる。光格子時計を量産して各地に配置し、重力ポテンシャルの時間変動を連続監視することにより、地殻変動の検出、重力場の空間マッピング等の応用も可能となる。このように、光格子時計は、高精度な時間計測の枠を超えて、新たな基盤技術として社会に貢献することが期待されている。
　ところで、近年、レーザー光によって絶対零度付近に冷却された低速原子を用いた原子の精密計測装置の研究が進められている。このような精密計測装置においては、高流量で効率的に低速原子ビームを生成することが重要になる。
　低速原子ビームを生成する装置である低速原子ビーム生成装置の利用が考えられる装置として、上述した光格子時計が挙げられる。また、極低温まで冷却された中性原子は、近年、量子計算のキュービットとして注目されている。冷却原子をキュービットとして用いる量子コンピュータでは、固体や液体中の電子スピンや核スピン等の他のキュービットを用いる場合と比べて、周囲の環境の影響を受け難い。そのため、長い時間、量子情報を保持することができる。また、ボーズ凝縮技術を用いてキュービット数を増やすことができる等の利点が期待されている。
　低速原子ビーム生成装置の１つの典型例として、原子ビームオーブン、ゼーマン減速器及び３次元磁気光学トラップを組み合わせた装置が挙げられる。
　原子ビームオーブンは、熱や光によって試料を固相から気相へ転移させ、更に、収束された原子ビームを生成する。生成された原子ビームの平均速度は、温度によって特徴付けられるマクスウェル－ボルツマン分布に従い、典型的な実験例では数百ｍ／ｓを持つ。
　ゼーマン減速器は、原子ビームが進む方向に対して勾配磁場を形成し、更に、原子ビームに対してレーザー光を照射することで、輻射圧によって原子ビームを減速させる。
　３次元磁気光学トラップは、例えば、そのトラップ領域の中心付近に四重極磁場を形成し、更に、中心に対して６方向からレーザー光を照射することによって、原子を捕捉（トラップ）する。しかし、このような３次元磁気光学トラップでは、少なくとも６方向からレーザー光を照射するための構成と、比較的に広い空間に及ぶ勾配磁場を形成するための構成とを用いる必要がある。このような構成は、装置の小型化及び省電力化の妨げとなる。
　別の装置として、原子ビームオーブン及び３次元磁気光学トラップの構成に、２次元磁気光学トラップを組み合わせた装置が提案されている。２次元磁気光学トラップは、例えば、そのトラップ領域の中心付近に２次元四重極磁場を形成し、更に、中心に対して４方向からレーザー光を照射することによって、原子を捕捉する。捕捉された原子は、プッシュレーザー光によって引き出され、３次元磁気光学トラップへ運ばれる。
　また、特許文献４には、２次元磁気光学トラップを採用した構成において、レーザー光の方向を変更し、流量の効率の改善を図ることが記載されている。
　また、入射するレーザー光の数を減らし、装置の構成を単純化するという観点から、以下に説明する装置が提案されている。
　特許文献５には、原子気体生成器と、その原子気体生成器に隣接し、円錐状ミラーを有して２次元磁気光学トラップ法を実現する原子冷却装置と、を有する低速原子ビーム生成装置が記載されている。
　特許文献６には、原子気体生成器と、その原子気体生成器に隣接し、四角錐状ミラーを有して２次元磁気光学トラップ法を実現する原子冷却装置と、を有する低速原子ビーム生成装置が記載されている。
　これらの原子ビーム生成装置は、原子としてアルカリ金属（第１族元素）を対象とした装置であるため、蒸気圧の低い元素の十分な原子流量を得ることは困難である。
　ここで表１に、各金属元素と、蒸気圧が１０－５Ｐａとなる温度（摂氏）とを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　アルカリ金属に属するセシウムやルビジウムは、融点が低く、室温（２５℃）でも蒸気圧が高い。そのため、超高真空下に置かれた原子気体生成器を室温で運転することで、加熱装置を用いずに、原子の状態を固相から気相に転移させることができる。
　しかしながら、ストロンチウム等の第２族元素やイッテルビウム等は、比較的に融点が高く、室温における蒸気圧が低い。それ故、第１族元素用に特化した従来の低速原子ビーム生成装置では、蒸気圧の低い元素の十分な原子流量を得ることは困難である。
　特許文献７には、原子冷却装置と加熱装置を備えた原子セルとによって構成された低速原子ビーム生成装置が記載されている。この低速原子ビーム生成装置では、ストロンチウム等のアルカリ土類金属が加熱装置によって加熱されることで気体原子が生成される。また、低速原子ビーム生成装置の外部から内部へレーザー光を入射するための光学窓が、サファイアやアルミナシリケートグラスによって構成されており、これによって、加熱されたストロンチウムやストロンチウム気体原子に対して耐腐食性を持たせている。
特許第６２０６９７３号公報 特表２０１８－５１０４９４号公報 特開２０１９－１２９１６６号公報 米国特許第８，８３５，８３３号明細書 米国特許第６，３０３，９２８号明細書 米国特許第７，３７３，１１２号明細書 米国特許第９，１１７，５６３号明細書
　上記の特許文献７に記載された低速原子ビーム生成装置においては、装置の４つの側面又は６つの側面（全側面）が光学窓で構成されている。それ故、光学窓を介して、加熱された低速原子ビーム生成装置から外部への熱輻射が大きくなり、その結果、熱放出の原因となり、また、精密測定に対する外乱になり得る。
　本発明の目的は、室温では飽和蒸気圧が低い原子を対象として、低速かつ高流量の小型原子ビーム生成装置を提供することにある。
　本発明の１つの態様は、原子源と、一方端に設けられてレーザー光を通す光学窓と、他方端に設けられて頂点に開口部を有し、前記光学窓から入射したレーザー光を前記開口部以外の部分で前記一方端に向けて反射する直角円錐ミラーと、を含む高温槽と、前記高温槽を加熱することで、前記原子源から前記高温槽内に原子気体を発生させるヒーターと、前記直角円錐ミラーによって反射されたレーザー光が交差する領域に磁場を発生させる磁場発生装置と、前記高温槽の開口部以外の部分を覆う熱輻射シールドと、を含み、レーザー光と磁場とによって実現される磁気光学トラップを利用することで原子気体から原子ビームを形成し、前記開口部から原子ビームを外部に出射させる、ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置である。
　上記の構成によれば、室温（例えば２７℃）では飽和蒸気圧が低く十分な原子気体を得ることができない元素が用いられる場合であっても、ヒーターによって高温槽を加熱することで、十分な原子気体を得ることができる。また、直角円錐ミラーによって反射されたレーザー光と磁場発生装置によって形成された磁場とによって磁気光学トラップが実現され、原子が捕捉、冷却される。冷却された原子は、例えばプッシュレーザー光によって低速原子ビーム生成装置の外部に出力される。これにより、低速原子ビームが形成される。また、熱輻射シールドを用いることで、ヒーターによって高温槽を加熱した場合であっても、低速原子ビーム生成装置の外部への熱輻射を抑制することができる。その結果、黒体輻射の電場に因る精密測定の測定精度の低下を抑制することができる。
　上記の原子源はストロンチウムであってもよい。上記の構成を用いることで、ストロンチウムの低速原子ビームを生成することが可能となる。ストロンチウムは一例に過ぎず、室温では飽和蒸気圧が低く十分な原子気体が得られない他の元素が用いられてもよい。用いられる元素に応じてヒーターの設定温度を変えてもよい。例えば、用いられる元素の原子気体が得られる温度にヒーターの設定温度を設定することで、そのような元素について十分な原子気体を得ることができる。具体的には、原子源はイッテルビウムであってもよい。
　前記磁場発生装置は、前記熱輻射シールドによって囲まれた空間内に配置されてもよい。こうすることで、磁場発生装置としてコイルを用いる場合であっても、当該コイルから外部への熱輻射を抑制することができる。
　前記磁場発生装置は、前記熱輻射シールドによって囲まれた空間の外側に配置されてもよい。この場合、磁場発生装置としてコイルを用いずに永久磁石を用いることで、当該コイルからの熱輻射を抑制するための更なる熱輻射シールドを設けずに済む。
　低速原子ビーム生成装置は、前記光学窓と前記直角円錐ミラーとの間において前記光学窓へ入射するレーザー光の光路上に設けられたコールドフィルター光学窓を更に含んでもよい。コールドフィルター光学窓を設けることで、ヒーターによって高温槽が加熱された場合であっても、低速原子ビーム生成装置の外部への熱の伝達を抑制することができる。
　コイルが前記磁場発生装置及び前記ヒーターの両方を兼ね備えてもよい。
　低速原子ビーム生成装置は、前記コイルに流れる電流を制御することで、磁気光学トラップを実現するための磁場を前記コイルから発生させると共に、前記高温槽を加熱するための熱を前記コイルから発生させる制御装置を更に含んでもよい。
　前記磁場発生装置は、前記高温槽を覆う円筒状の形状を有し、動径方向に着磁した永久磁石であってもよい。
　前記磁場発生装置は、中心点に対して反対称な電流分布を形成する、合計で４つの電流帯からなる反対称巻きテトラコイル、又は、６以上の偶数の電流帯からなる反対称巻きコイル、であってもよい。
　低速原子ビーム生成装置は、制御装置を更に含み、前記高温槽は、２ｎ（ｎ＝２以上の整数）軸対称の形状を有し、前記磁場発生装置は、前記高温槽の２ｎ回転対称軸を囲む側面上に設けられた、形状の等しい２ｎ（ｎ＝２以上の整数）個の長方形型又は鞍型のコイルであり、前記制御装置は、２ｎ回転対称軸を挟んで向かい合うコイル同士の電流を互いに逆方向に流すことで、前記磁場発生装置から２次元四重極磁場を発生させてもよい。
　前記高温槽は、２ｎ（ｎ＝２以上の整数）軸対称の形状を有し、前記磁場発生装置は、前記高温槽の２ｎ回転対称軸を囲む側面上に設けられた、形状の等しい２ｎ（ｎ＝２以上の整数）個の四角柱状又は円弧柱状の永久磁石であり、前記永久磁石は、対称軸に対して角度方向に着磁され、２ｎ回転対称軸を挟んで向かい合う前記永久磁石同士の着磁方向が、互いに逆方向であり、これによって、２次元四重極磁場が形成されてもよい。
　低速原子ビーム生成装置は、取り外し可能な耐真空窓を更に含み、前記耐真空窓を取り外して、前記原子源が前記高温槽に設置され、又は、前記高温槽から前記原子源が取り出されてもよい。
　前記高温槽及び前記直角円錐ミラーは、アルミニウム、アルミニウムでコーティングされた金属、又は、アルミニウムでコーティングされた絶縁体によって構成されてもよい。
　前記高温槽及び前記直角円錐ミラーは、銀、銀でコーティングされた金属、又は、銀でコーティングされた絶縁体によって構成されてもよい。
　前記高温槽及び前記直角円錐ミラーは、光学多層膜コーティングされたガラスで構成されてもよい。
　前記光学窓はサファイアによって構成されてもよい。
　本発明の１つの態様は、上記の低速原子ビーム生成装置と、原子が配置される時計遷移空間を囲む真空チャンバーと、を含む、ことを特徴とする物理パッケージである。
　本発明の１つの態様は、上記の物理パッケージを含む、ことを特徴とする光格子時計用物理パッケージである。
　本発明の１つの態様は、上記の物理パッケージを含む、ことを特徴とする原子時計用物理パッケージである。
　本発明の１つの態様は、上記の物理パッケージを含む、ことを特徴とする原子干渉計用物理パッケージである。
　本発明の１つの態様は、上記の物理パッケージを含む、ことを特徴とする原子又はイオン化された原子についての量子情報処理デバイス用物理パッケージである。
　本発明の１つの態様は、上記の物理パッケージと、前記物理パッケージの動作を制御する制御装置と、を含む物理パッケージシステムである。
　本発明によれば、室温では飽和蒸気圧が低い原子を対象として、低速かつ高流量の小型原子ビーム生成装置を提供することができる。
実施形態にかかる光格子時計の全体構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。 第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。 第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。 第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。 第３実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。 第４実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。 セラミックボビンの斜視図である。 磁場発生装置を兼ね備えたヒーターの斜視図である。 磁場発生装置を兼ね備えたヒーターの斜視図である。 磁場発生装置を兼ね備えたヒーターを構成するコイルを示す図である。 磁場発生装置を兼ね備えたヒーターを構成するコイルを示す図である。 磁場発生装置を兼ね備えたヒーターを構成するコイルを示す図である。 低速原子ビーム生成装置の高さに対する高温槽の到達温度を示すグラフである。
＜光格子時計の構成＞
　図１を参照して、本実施形態に係る低速原子ビーム生成装置が用いられる光格子時計１０の概略構成について説明する。図１は、光格子時計１０の全体構成を示すブロック図である。ここでは、低速原子ビーム生成装置が用いられる装置の一例として光格子時計１０を例に挙げて説明するが、もちろん、本実施形態に係る低速原子ビーム生成装置は、光格子時計１０以外の装置に用いられてもよい。
　光格子時計１０は、例えば、物理パッケージ１２と、光学系装置１４と、制御装置１６と、ＰＣ（Personal Computer）１８とを含む。
　物理パッケージ１２は、原子集団を捕捉し、光格子に閉じ込め、時計遷移を起こさせる装置である。光学系装置１４は、原子捕捉用レーザー光源、時計遷移励起レーザー光源、レーザー周波数制御装置等の光学的機器を備えた装置である。光学系装置１４は、レーザー光を物理パッケージ１２に送る他、物理パッケージ１２において原子集団が放出した蛍光信号を受光して電気信号に変換し、原子の共鳴周波数に合うようにレーザー光源へフィードバックする等の処理を行う。制御装置１６は、物理パッケージ１２及び光学系装置１４を制御する装置である。制御装置１６は、例えば、物理パッケージ１２の動作制御、光学系装置１４の動作制御、及び、計測によって得られた時計遷移の周波数解析等の解析処理を行う。物理パッケージ１２、光学系装置１４、及び、制御装置１６が、相互に連携することで、光格子時計１０の機能が実現される。
　ＰＣ１８は、プロセッサとメモリとを含む、汎用的なコンピュータである。プロセッサとメモリとを含むハードウェアによってソフトウェアが実行されることで、ＰＣ１８の機能が実現される。ＰＣ１８には、光格子時計１０を制御するアプリケーションプログラムがインストールされている。ＰＣ１８は、制御装置１６に接続されており、制御装置１６のみならず、物理パッケージ１２と光学系装置１４とを含む光格子時計１０の全体を制御してもよい。また、ＰＣ１８は、光格子時計１０のＵＩ（User Interface）を提供する。ユーザは、ＰＣ１８を介して、光格子時計１０の起動、時間計測、及び、結果確認等を行うことができる。
　なお、物理パッケージ１２と物理パッケージ１２の制御に必要となる構成とを含むシステムを、「物理パッケージシステム」と称することがある。制御に必要となる構成は、制御装置１６又はＰＣ１８に含まれてもよいし、物理パッケージ１２に含まれてもよい。また、制御装置１６の機能の一部又は全部が、物理パッケージ１２に含まれてもよい。
　以下、本実施形態に係る低速原子ビーム生成装置について詳しく説明する。
＜第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成＞
　図２を参照して、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成について説明する。図２は、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００の構成を模式的に示す図である。以下では、低速原子ビーム生成装置１００の長手方向に平行な軸をＸ軸と称することとする。
　低速原子ビーム生成装置１００は、大別して高温部と室温部とを含む。
　高温部は、直角円錐ミラー１０２、光学窓１０４、開口部１０６、ヒーター１０８、試料１１０、磁場発生装置１１２、温度計１１４、及び、高温槽１１６を含む。
　室温部は、フランジ１１８、熱輻射シールド１２０、断熱支持棒１２２、冷却フィルター窓１２４、耐真空窓１２６、及び、耐真空電気コネクタ１２８を含む。
　高温槽１１６は、Ｘ軸に対して軸対称の形状を有する。高温槽１１６は、例えば、Ｘ軸に対して２ｎ（ｎ＝２以上の整数）軸対称の形状を有する。高温槽１１６は、円筒状の形状を有してもよい。
　高温槽１１６は、原子源となる試料１１０と、一方端に設けられてレーザー光を通す光学窓１０４と、他方端に設けられた直角円錐ミラー１０２とを含む。高温槽１１６の内部には、Ｘ軸に対して軸対称な空間が形成されており、その内面において、一方端に設けられた光学窓１０４に対向するように直角円錐ミラー１０２が設けられている。なお、高温槽１１６がＸ軸に対して４回軸対称の形状を有する場合、直角円錐ミラー１０２の代わりに直角四角錐ミラーが設けられる。直角円錐ミラー１０２は、光学窓１０４から高温槽１１６の内部の空間内に入射したレーザー光（後述するレーザー光１３０）を光学窓１０４へ向けて反射する。また、直角円錐ミラー１０２の頂点に開口部１０６が形成されている。開口部１０６は、その頂点に開けられた穴である。頂点はＸ軸上に配置されているため、開口部１０６はＸ軸上に配置される。後述するように、原子ビームが開口部１０６から高温槽１１６の外部に出射される。
　温度計１１４は、高温槽１１６の側面に設けられ、高温槽１１６の温度を計測する。温度計１１４は、例えば、熱電対温度計や、白金等を用いた抵抗温度計等である。
　高温槽１１６の外周面には、高温槽を加熱するヒーター１０８と、磁場を発生させる磁場発生装置１１２とが設けられている。
　磁場発生装置１１２は、磁気光学トラップ（ＭＯＴ）法を利用して原子を捕捉（トラップ）するための磁場を高温槽１１６の内部に発生させる。磁場発生装置１１２は、高温槽１１６の外周面に設けられてもよいし、熱輻射シールド１２０の内面に設けられてもよい。
　磁場発生装置１１２は、例えばコイルである。コイルは、例えば、Ｘ軸に対して軸対称の形状を有し、その中心軸に対して反対称に電流が流れる反ヘルムホルツコイルである。大きな勾配磁場を形成するためには、例えば、大きな電流を流せるように太い径を有する線を、多くの巻き数で巻く必要がある。もちろん、これ以外のコイルが用いられてもよい。
　高温槽１１６の設定温度が２５０℃以下である場合、その温度に耐え得る被覆銅線等がコイルとして用いられる。
　高温槽１１６の設定温度が２７０℃等のように、高温の環境で低速原子ビーム生成装置１００が使用される場合、例えば、被覆のない銅線がコイルとして用いられる。例えば、アルミナ製セラミック等によって構成されるボビンを使用し、隣接する銅線同士が接触しないようにボビンに溝を形成し、その溝をガイドとして銅線をボビンに巻き付ける。
　別の例として、磁場発生装置１１２は、永久磁石であってもよい。永久磁石は、例えば、軸対称のリング形状を有し、その中心軸に対して反対称に着磁されたペアの永久磁石である。別の例として、永久磁石は、高温槽１１６を覆う軸対称の円筒状の形状を有し、動径方向に着磁した永久磁石であってもよい。もちろん、これら以外の永久磁石が用いられてもよい。他の永久磁石については後で説明する。
　また、設定温度に比べて十分に大きなキュリー温度を持つ永久磁石が用いられる。例えば、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、又は、ストロンチウムセラミック磁石等が、本実施形態に係る永久磁石として用いられる。
　磁場発生装置１１２は、直角円錐ミラー１０２に適する四重極磁場分布を形成する。直角円錐ミラー１０２の代わりに直角四角錐ミラーが用いられる場合、２次元四重極磁場分布を形成し、中心軸に対して垂直な方向に離れて配置された２対の反ヘルムホルツコイル、又は、４本の永久磁石が、磁場発生装置１１２として用いられる。
　別の例として、磁場発生装置１１２は、高温槽１１６の２ｎ（ｎ＝２以上の整数）回転対称軸を囲む側面上（高温槽１１６の外周面上）に設けられた、形状の等しい２ｎ（ｎ＝２以上の整数）個の長方形型又は鞍型のコイルであってもよい。例えば、制御装置１６は、２ｎ回転対称軸を挟んで向かい合うコイル同士の電流を互いに逆方向に流すことで、磁場発生装置１１２から２次元四重極磁場を発生させる。
　更に別の例として、磁場発生装置１１２は、高温槽１１６の２ｎ回転対称軸を囲む側面（高温槽１１６の外周面上）に設けられた、形状の等しい２ｎ個の四角柱状又は円弧柱状の永久磁石（断面が四角又は円弧の形状を有する柱状の永久磁石）であってもよい。永久磁石は、対称軸に対して角度方向（対称軸を囲む周方向）に着磁される。また、２ｎ回転対称軸を挟んで向かい合う永久磁石同士の着磁方向が、互いに逆方向である。これによって、四重極磁場が形成される。
　ヒーター１０８は、高温槽１１６が設定温度に達するように高温槽１１６を加熱する。例えば、ヒーター１０８は高温槽１１６の一部又は全体を加熱する。ヒーター１０８による加熱によって、原子源の状態が固相から気相へ転移し、これにより、原子気体が生成され、高温槽１１６の内部の空間に放出される。また、ヒーター１０８の加熱によって、原子気体が光学窓１０４や高温槽１１６の内壁等に衝突した際に再凝縮することを防止することができる。原子源の状態を固相から気相に転移させる役割は、ヒーター１０８だけではなく、レーザーを用いたアブレーションによっても可能である。
　試料１１０は、原子源を含有し、高温槽１１６の内壁の側面に設けられた小部屋に収容される。開口部１０６を通して試料１１０を出し入れしてもよいし、低速原子ビーム生成装置を分解し、光学窓を外すことによって、試料１１０を出し入れしてもよい。
　高温槽１１６の材料は、設定温度にて高温槽１１６が原子気体と化学反応せず、原子気体と合金化しない材料が用いられる。
　高温槽１１６の温度は、試料１１０の飽和蒸気圧が、試料１１０が設置された環境の真空度に比べて十分に大きくなり、高温槽１１６等の加熱される部位の飽和蒸気圧が十分に小さくなるように設定される。例えば、原子源がストロンチウムである場合、高温槽１１６の設定温度は２７０℃、あるいは２７０℃以上に設定される。
　直角円錐ミラー１０２及び高温槽１１６の材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウムでコーティングされた金属、アルミニウムでコーティングされた絶縁体、銀、銀でコーティングされた金属、銀でコーティングされた絶縁体、ＳＵＳ（ステンレス）、又は、光学多層膜コーティングがなされたガラス、等である。絶縁体は、例えば、セラミック（例えば高純度アルミナ等）又はガラスである。
　直角円錐ミラー１０２の材料は、高温槽１１６の材料と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。例えば、直角円錐ミラー１０２の材料が高温槽１１６の材料と同じである場合、直角円錐ミラー１０２として機能する表面を機械研磨することで、その表面を鏡面に仕上げることができる。直角円錐ミラー１０２の材料が高温槽１１６の材料と異なる場合、直角円錐ミラー１０２として機能する表面を、アルミニウムめっきや銀めっき等によってコーティングすることができる。あるいは、直角円錐ミラー１０２として機能する表面を、光学多層膜コーティングすることもできる。
　直角円錐ミラー１０２及び高温槽１１６の材料として、例えば、設定温度に加熱された状態で、蒸気圧が低く、超高真空下において放出ガス量が抑制される材料が用いられる。直角円錐ミラー１０２及び高温槽１１６の材料として、設定温度に加熱された状態で、入射するレーザー光（後述するレーザー光１３０）に対して直角円錐ミラー１０２が十分な反射率を持ち、更に、直角円錐ミラー１０２の表面が原子気体と化学反応せず、原子気体と合金化せず、十分な反射率を保持できる材料が用いられてもよい。また、直角円錐ミラー１０２の表面粗さが、入射するレーザー光の波長に対して十分小さくなるように、直角円錐ミラー１０２の表面が研磨される。
　光学窓１０４の材料として、設定温度にて透過性を維持する材料（例えばサファイア）が用いられる。サファイアからなる光学窓１０４上に、設定温度にて透過性を維持することができる膜が形成されてもよい。例えば、電子ビーム蒸着法を用いることで、光学窓１０４上に酸化チタン合金／シリカ系多層積層膜が形成されてもよい。
　熱輻射シールド１２０は、低速原子ビーム生成装置１００の周辺に配置された部品への熱放射を防ぐために設置される。熱輻射シールド１２０は、ヒーター１０８、磁場発生装置１１２、及び、高温槽１１６を覆うように設けられる。つまり、ヒーター１０８、磁場発生装置１１２、及び、高温槽１１６は、熱輻射シールド１２０によって囲まれた空間内に配置される。例えば、表面の放射率が低い材料（例えば、鏡面仕上げのアルミニウム、鏡面仕上げのステンレス）が用いられる。また、複数枚の熱輻射シールド１２０を重ねて設置してもよい。例えば、二重シートが用いられる場合、外側のシートをパーマロイのような高い透磁率を有する物質によって構成することで、熱輻射シールドと電磁シールドとを兼ねることができる。
　Ｘ軸上に、光学窓１０４、冷却フィルター窓１２４、及び、耐真空窓１２６の順番で、各窓が配置されている。光学窓１０４は、直角円錐ミラー１０２に対向して高温槽１１６の一方端に設けられる。
　耐真空窓１２６の材料は、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスや石英ガラス等である。また、耐真空窓１２６の表面に反射防止コート等の透過性を維持することができる膜が施されてもよい。
　冷却フィルター窓１２４は、光学窓１０４と耐真空窓１２６との間において、光学窓１０４へ入射するレーザー光の光路上に設けられ、光学窓１０４から耐真空窓１２６への熱の流入を防止する。冷却フィルター窓１２４の材料は、例えば、耐真空窓１２６と同じ材料である。
　断熱支持棒１２２は、高温槽１１６からフランジ１１８にかけて設けられている。断熱支持棒１２２の材料として、高温部から室温部への熱の流出を防ぎ、高温部のヒーターの熱効率を向上させ、室温部の温度の安定性を維持するために、熱伝導度の低い材料が用いられる。例えば、マグネシアやステアタイトセラミック等が、断熱支持棒１２２の材料として用いられる。
　耐真空電気コネクタ１２８は、真空の空間と大気の空間との間で電気信号を送受信するためのハーメチックコネクタである。耐真空電気コネクタ１２８は、例えば、温度計１１４の信号の入出力、ヒーター１０８への電流の供給、及び、磁場発生装置１１２への電流の供給等に用いられる。なお、説明の便宜上、図２には配線は示されていない。
　フランジ１１８は、低速原子ビーム生成装置１００を、光格子時計１０等の原子時計装置や原子干渉計装置等の物理パッケージ、又は、原子をキュービットとして用いる量子コンピュータ装置の物理パッケージに取り付けるための部材である。物理パッケージは真空容器を含み、低速原子ビーム生成装置１００の高温槽１１６は、超高真空の環境下で用いられ、高温槽１１６の内部は超高真空に維持される。そのために、フランジ１１８は、例えばメタルガスケット方式等のように真空を封じるためのシール機構を有する。なお、熱が高温部からフランジ１１８へ伝わる可能性がある。これに対処するために、フランジ１１８に水冷機構を設けてもよい。
　以下、図２及び図３を参照して、低速原子ビーム生成装置１００の動作について説明する。図３は、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成を模式的に示す図である。
　図２及び図３に示すように、レーザー光１３０が、低速原子ビーム生成装置１００の外部から耐真空窓１２６を透過して低速原子ビーム生成装置１００内に入射する。レーザー光１３０は、円偏光（例えばσ＋）を持つ。低速原子ビーム生成装置１００内に入射したレーザー光１３０は、冷却フィルター窓１２４と光学窓１０４を透過し、高温槽１１６内にて直角円錐ミラー１０２によって２回反射される（符号１３４参照）。反射されたレーザー光１３０は、往路とは逆の円偏光（例えばσ－）を持ち、光学窓１０４、冷却フィルター窓１２４及び耐真空窓１２６を透過して、低速原子ビーム生成装置１００の外部に出射する。
　また、磁場発生装置１１２によって高温槽１１６の内部の空間に勾配磁場が形成される。例えば、Ｘ軸上に一様な勾配磁場が形成される。
　反射されたレーザー光１３０と磁場発生装置１１２によって形成された磁場とによって、原子を捕捉する捕捉空間が高温槽１１６の内部に形成され、これにより、原子を捕捉する磁気光学トラップ（ＭＯＴ）が実現される。
　ヒーター１０８によって高温槽１１６が加熱されることで、原子源が加熱され、これによって、原子が蒸発して高温槽１１６の内部の空間に放出される。原子気体は、高温槽１１６の内部にて磁気光学トラップを利用して捕捉されて冷却される。
　また、図２及び図３に示すように、レーザー光１３２が、Ｘ軸に沿って低速原子ビーム生成装置１００の外部から耐真空窓１２６を透過して低速原子ビーム生成装置１００内に入射する。レーザー光１３２は、プッシュレーザー光であり、高温槽１１６内にて磁気光学トラップを利用して捕捉されて冷却された原子を、開口部１０６から高温槽１１６の外部に出力させる。このようにして出力された原子によって、低速原子ビームが形成される。また、熱輻射シールド１２０にはＸ軸上に開口部が形成されており、高温槽１１６から外部に出射した低速原子ビームは、熱輻射シールド１２０に形成された開口部から熱輻射シールド１２０の外部に出射する。
　低速原子ビーム生成装置１００によれば、試料１１０の他、光学窓１０４を含めて高温槽１１６の全体が加熱される。それ故、室温では飽和蒸気圧が低く十分な原子気体を得ることができない元素であっても、加熱によって飽和蒸気圧を高くすることで、十分な原子気体を得ることができる。例えば、原子源としてストロンチウムが用いられる。高温槽１１６が２７０℃、あるいは２７０℃以上に加熱されることで（表１参照）、ストロンチウムが原子源として用いられる場合であっても、十分な原子気体を得ることができる。また、磁気光学トラップを利用することで高流量の冷却原子ビームを生成することができる。なお、室温では飽和蒸気圧が低い元素として、ストロンチウム以外の元素（例えば表１に示されている元素）が用いられてもよい。例えば、イッテルビウムが原子源として用いられてもよい。
　また、加熱された高温槽１１６の周囲が、低速原子ビームが出力される開口部１０６を除き、熱輻射シールド１２０や冷却フィルター窓１２４によって覆われているため、高温部が発する熱輻射を抑制することができる。
　磁気光学トラップでは、直角円錐ミラー１０２で反射したレーザー光が交差する領域において、可能な限り全域で冷却原子の集団を捕捉することができるように、磁気光学トラップに寄与する勾配磁場が強く均一であることが好ましい。そのために、磁場発生装置１１２として永久磁石を用いる場合、高温槽１１６を覆う円筒状の磁石であって、その円筒の内径に対して円筒の高さ方向の長さが長く、動径方向に着磁した磁石を用いることが好ましい。磁場発生装置１１２としてコイルを用いる場合、コイルの中心点に対して反対称な電流分布を形成し、合計で４つの電流帯からなる反対称巻きテトラコイル、又は、６以上の偶数の電流帯からなる反対称巻きコイルを用いることが好ましい。
　低速原子ビーム生成装置の小型化に関して、高温部と室温部との間で主な熱伝導を担う断熱支持棒１２２の長さが重要なパラメータとなる。断熱支持棒１２２の材料として、ＵＨＶ環境にてアウトガスの少なさを考慮すると、マグネシア（ＭｇＯ）が適する。断熱支持棒１２２の本数は、熱放出の観点から、３本が好ましい。もちろん、この本数は一例に過ぎず、３本以外の本数であってもよい。高温槽１１６の材料として、高反射率であり、原子気体と化学反応し難いアルミニウムを用いることが好ましい。軽金属であるアルミニウムを材料として用いることで、低速原子ビーム生成装置の軽量化が可能となり、また、支柱の変形のリスクを軽減することが可能となる。
　以下、図４を参照して、試料１１０の出し入れについて説明する。図４は、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００の構成を模式的に示す図である。
　光学窓１０４の外周付近から試料１１０にアクセスできるようにしてもよい。例えば、符号Ｙが指し示すように、耐真空窓１２６は取り外し可能に低速原子ビーム生成装置１００に設置されている。耐真空窓１２６を取り外し、適当な治具を用いて試料１１０を、高温槽１１６の側面にて試料１１０が収容される小部屋から取り出すことができる。また、耐真空窓１２６を取り外し、治具を用いて試料１１０を低速原子ビーム生成装置１００内に入れて当該小部屋に収容することができる。
＜第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成＞
　図５を参照して、第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成について説明する。図５は、第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置２００の構成を模式的に示す図である。
　低速原子ビーム生成装置２００は、大別して高温部と室温部とを含む。
　高温部は、直角円錐ミラー２０２、光学窓２０４、光学窓２０６、ヒーター２０８、試料２１０、磁場発生装置２１２、温度計２１４、及び、高温槽２１６を含む。直角円錐ミラー２０２の頂点に開口部２１８が形成されている。光学窓２０６には開口部２２０の形成されている。
　室温部は、フランジ２２１、熱輻射シールド２２２、断熱支持棒２２４、冷却フィルター窓２２６、耐真空窓２２８、熱輻射シールド２２２に設けられた光学窓２３０、及び、耐真空電気コネクタ２３２を含む。光学窓２３０には開口部２３４が形成されている。
　開口部２１８，２２０，２３４は、Ｘ軸上に形成されている。
　第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００と第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置２００との差異は、高温槽２１６の向き、つまり、高温槽内にて磁気光学トラップを実現するためのレーザー光の入射方向である。第２実施形態に係る高温槽２１６の向きは、第１実施形態に係る高温槽１１６の向きとは逆の向きであり、高温槽２１６内にて磁気光学トラップを実現するためのレーザー光２３６の入射方向は、第１実施形態に係るレーザー光１３０の入射方向と逆方向である。
　第２実施形態においては、レーザー光２３６が光学窓２３０，２０６を透過して高温槽２１６内に入射し、直角円錐ミラー２０２にて２回反射されて、光学窓２０６へ向かう。また、磁場発生装置２１２によって高温槽２１６内の空間に勾配磁場が形成される。ヒーター２０８によって高温槽２１６が加熱され、これにより、原子源から原子気体が生成されて高温槽２１６内の空間に放出される。反射されたレーザー光２３６と磁場発生装置２１２によって形成された磁場とによって磁気光学トラップが実現される。原子気体は、高温槽２１６の内部にて磁気光学トラップを利用して捕捉されて冷却される。プッシュレーザー光であるレーザー光２３８が、耐真空窓２２８、冷却フィルター窓２２６及び光学窓２０４を透過し、更に、開口部２１８を通って高温槽２１６内の空間に入射する。高温槽２１６内の空間に入射したレーザー光２３８は、高温槽２１６内にて磁気光学トラップを利用して捕捉されて冷却された原子を、開口部２２０，２３４から低速原子ビーム生成装置２００の外部に出力させる。このようにして出力された原子によって、低速原子ビームが形成される。
　第２実施形態に係る低速原子ビーム生成装置２００によれば、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００と同様の効果を奏することができる。
＜第３実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成＞
　図６を参照して、第３実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成について説明する。図６は、第３実施形態に係る低速原子ビーム生成装置３００の構成を模式的に示す図である。
　低速原子ビーム生成装置３００は、大別して高温部と室温部とを含む。
　高温部は、直角円錐ミラー３０２、光学窓３０４、開口部３０６、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８、試料３１０、温度計３１２、及び、高温槽３１４を含む。
　室温部は、フランジ３１６、熱輻射シールド３１８、断熱支持棒３２０、冷却フィルター窓３２２、耐真空窓３２４、及び、耐真空電気コネクタ３２６を含む。
　第３実施形態においては、ヒーター３０８は、高温槽３１４を加熱する装置として機能すると共に、高温槽３１４内の空間にて磁気光学トラップを実現するための勾配磁場を発生させる機能を有する。ヒーター３０８以外の構成は、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００の構成と同じである。
　ヒーター３０８は、高温槽３１４の外周面に設けられてもよいし、熱輻射シールド３１８の内面に設けられてもよい。
　磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８を形成するために、例えば、ヒーター線がシースで覆われたシースヒーター線が用いられる。シースヒーター線によって四重極磁場の分布が形成されるように、シースヒーター線が高温槽３１４に巻き付けられ、これによって、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８が形成される。
　また、シースヒーター線の巻く方向を２つに分けることで、熱量の出力と磁場の勾配とをそれぞれ独立に制御することができる。熱量は、電流の２乗に比例して電流の向きに関係なく発生し、形成される磁場の向きは、電流の向きに依存するからである。
　磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８は、多層のセラミックボビンに巻かれた抵抗線によって構成されてもよい。
　抵抗線同士が接触しないように間隔をあけて抵抗線を巻き、セラミックや耐熱樹脂によってポッティングして固めることで、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８が形成されてもよい。
　磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８は、例えば、シースヒーター及び抵抗線を、反ヘルムホルツコイル状に多重に巻き付けることで形成される。また、ヒーター３０８の最外層（つまり、反ヘルムホルツコイルの最外層）のみを他の層とは逆向きに巻き付ける。ヒーター３０８の最外層に電流が流れず、他の全ての層に電流が流れたとき、ヒーター３０８の中心付近に発生する勾配磁場は最大となる。最外層に電流が流れると、勾配磁場は小さくなっていく。また、全ての層に電流が流れたときにジュール熱が最大となる。このように、ヒーター３０８に流れる電流を制御することで、勾配磁場の大きさとジュール熱の大きさを制御することができる。つまり、電流の大きさを変えることで、勾配磁場の大きさとジュール熱の大きさを変えることができる。こうすることで、ヒーター３０８は、磁場を発生させる磁場発生装置と、高温槽１１６を加熱する加熱装置の両方を兼ねることができる。例えば、図１に示されている制御装置１６が、ヒーター３０８に流れる電流を制御する。抵抗線の材料は、例えば、タンタル金属、あるいはニッケル金属等を選ぶことができる。
　上記の例とは別の例として、抵抗線を反対称テトラコイル状に多重に巻き付けることで、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８が形成されてもよい。反対称テトラコイルを採用することで、反ヘルムホルツコイルと比べて、径方向の勾配磁場を、高温槽３１４の対称軸方向へ一様に形成することができる。
　第３実施形態に係る低速原子ビーム生成装置３００によれば、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００と同様の効果を奏することができる。つまり、ヒーター３０８によって高温槽３１４が加熱されることで原子源から原子気体が生成され、高温槽３１４内の空間に放出される。また、ヒーター３０８によって、磁気光学トラップを実現するための勾配磁場が高温槽３１４内の空間に形成される。高温槽３１４に入射したレーザー光３２８は、直角円錐ミラー３０２によって２回反射される。ヒーター３０８によって形成された磁場と反射されたレーザー光３２８とによって磁気光学トラップが実現され、これにより、原子気体が冷却される。そして、Ｘ軸上に沿って高温槽３１４内に入射した、プッシュレーザー光であるレーザー光３３０によって、冷却された原子が低速原子ビーム生成装置３００の外部に出力される。このようにして、低速原子ビームが形成される。
＜第４実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成＞
　図７を参照して、第４実施形態に係る低速原子ビーム生成装置の構成について説明する。図７は、第４実施形態に係る低速原子ビーム生成装置４００の構成を模式的に示す図である。
　低速原子ビーム生成装置４００は、大別して高温部と室温部とを含む。
　高温部は、直角円錐ミラー４０２、光学窓４０４、開口部４０６、ヒーター４０８、試料４１０、温度計４１２、及び、高温槽４１４を含む。
　室温部は、フランジ４１６、熱輻射シールド４１８、断熱支持棒４２０、冷却フィルター窓４２２、耐真空窓４２４、耐真空電気コネクタ４２６、及び、熱輻射シールド４１８に設置された磁場発生装置４２８を含む。
　第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００と第４実施形態に係る低速原子ビーム生成装置４００との差異は、磁場発生装置の設置位置である。磁場発生装置以外の構成は、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００の構成と同じである。
　第１実施形態では、磁場発生装置１１２は、高温部にて高温槽１１６の外周面に設置される。これに対して、第４実施形態では、磁場発生装置４２８は、室温部にて熱輻射シールド４１８の外周面に設置される。つまり、磁場発生装置４２８は、熱輻射シールド４１８によって囲まれた空間の外側に配置される。磁場発生装置４２８が熱輻射シールド４１８の外側に配置された場合であっても、磁場発生装置４２８によって、磁気光学トラップを実現するための勾配磁場が高温槽４１４内の空間に形成される。
　第１実施形態では、第４実施形態よりも、磁場発生装置が、磁気光学トラップを実現する高温槽に近い位置に配置される。それ故、磁場発生装置がコイルによって構成されている場合、第１実施形態では、第４実施形態よりも、磁気光学トラップに寄与する電流量を減らすことができる。磁場発生装置が永久磁石によって構成されている場合、第１実施形態では、第４実施形態よりも、磁場の漏れを抑制し、測定系への影響を抑制することができる。
　一方、第４実施形態では、第１実施形態よりも、磁場発生装置が、磁気光学トラップを実現する高温槽よりも遠い位置に配置される。それ故、第４実施形態では、コイル線の耐熱の点で第１実施形態よりもメリットがあり、例えば被覆銅線を用いることができる。また、磁場発生装置が熱輻射シールド４１８の外側に配置されるため、磁場発生装置を設置するためのより広いスペースを確保することができる。それ故、２次元四重極磁場を形成するための２ペアコイル等、複雑なコイルを設置することができる。
　直角円錐ミラー４０２は、四角錐の形状を有する。また、磁場発生装置４２８は、２次元四重極磁場が発生可能なコイルによって構成されている。
　第４実施形態に係る低速原子ビーム生成装置４００によれば、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００と同様の効果を奏することができる。つまり、高温槽４１４内に入射し、直角円錐ミラー４０２によって２回反射されたレーザー光４３０と、磁場発生装置４２８によって形成された磁場とによって、磁気光学トラップが実現され、原子が冷却されて捕捉される。そして、冷却された原子が、プッシュレーザー光であるレーザー光４３２によって、低速原子ビームとして低速原子ビーム生成装置４００から外部に出射される。
＜磁場発生装置を兼ね備えたヒーター＞
　以下、磁場発生装置を兼ね備えたヒーターの具体的な構成について説明する。磁場発生装置を兼ね備えたヒーターは、線同士が接触しないように、溝が形成されたセラミックボビンと、当該溝に沿ってセラミックボビンに巻き付けられた、タングステン等のヒーター線と、によって構成される。
　図８には、セラミックボビンの一例が示されている。図８は、セラミックボビンの斜視図である。セラミックボビン５００は、円筒の形状を有する。セラミックボビン５００の表面には、円筒の周方向に沿って形成された複数の横溝５０２と、円筒の軸方向に沿って形成された複数の縦溝５０４とが形成されている。複数の横溝５０２は、互いに平行な溝である。複数の縦溝５０４は、互いに平行な溝である。
　図９には、磁場発生装置を兼ね備えたヒーターの一例が示されている。図９は、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター５０８の斜視図である。抵抗線５０６が、セラミックボビン５００の横溝５０２に収容されてセラミックボビン５００に巻き付けられる。これにより、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター５０８が形成される。縦溝５０４は、ある横溝５０２から隣接する横溝５０２への抵抗線５０６のガイドとして機能する。また、縦溝５０４は、真空排気を補助する溝として機能する。
　図１０には、磁場発生装置を兼ね備えたヒーターの別の例が示されている。図１０は、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター５１０の斜視図である。
　磁場発生装置を兼ね備えたヒーター５１０は、多層コイルである。図１０に示す例では、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター５１０は、４層のコイルである。磁場発生装置を兼ね備えたヒーター５１０は、径の異なる４つのセラミックボビン（セラミックボビン５１２，５１４，５１６，５１８）と、各セラミックボビンに巻き付けられた抵抗線５２０とによって構成される。各セラミックボビンには、図８に示す例と同様に、複数の横溝と複数の縦溝とが形成されており、抵抗線５２０が横溝に収容されて各セラミックボビンに巻き付けられている。抵抗線５２０が巻き付けられたセラミックボビン５１２，５１４，５１６，５１８が重ねられることで、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター５１０が形成される。例えば、各セラミックボビンに巻き付けられたコイルに流れる電流を制御することで、各コイルを、加熱装置又は磁場発生装置として機能させることができる。
　図１１には、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８を構成するコイルの構成の一例が示されている。図１１は、コイル周辺の構造を示す断面図である。図１１に示されているコイルは、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８を構成するコイルの一例である。シースヒーターによってコイルが構成される。図１１中の仮想の円内には、コイルの模式的な構成が示されている。
　図１２には、磁場発生装置を兼ね備えたヒーターを構成するコイルの構成の別の例が示されている。図１２は、コイル周辺の構造を示す断面図である。図１２に示す例では、磁場発生装置を兼ね備えたヒーターを構成するコイル３０８ａが、高温槽３１４に巻き付けられた状態で高温部に設けられており、勾配磁場を形成するコイル３０８ｂが、熱輻射シールド３１８に巻き付けられた状態で室温部に設けられている。図１２中の仮想の円内には、コイルの模式的な構成が示されている。
　図１３には、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８を構成するコイルの構成の別の例が示されている。図１３は、コイル周辺の構造を示す断面図である。図１３に示す例では、モールド材にタングステン線が巻き付けられることで、コイルが形成される。そのコイルは、高温槽３１４の外周面に固定され、磁場発生装置を兼ね備えたヒーター３０８として機能する。図１３中の仮想の円内には、コイルの模式的な構成が示されている。
　図１４には、低速原子ビーム生成装置の全長と高温槽の到達温度との関係が示されている。低速原子ビーム生成装置の高さ方向は、レーザー光が入射する方向、つまり、Ｘ軸に平行な方向である。ここでは一例として、高温槽を加熱するヒーターに供給される電力を５Ｗとした。
　図１４には、低速原子ビーム生成装置の高さに対する高温槽の到達温度が示されている。図１４中の横軸は高さを示し、左側の縦軸は到達温度を示す。右側の縦軸は、熱伝達（熱放射と熱伝導）を示す。到達温度は、有限要素法によって計算された値である。
　低速原子ビーム生成装置の全長が長いほど、低速原子ビーム生成装置のサイズは大きくなるが、断熱支持部の長さが長くなるため、高温槽から室温のフランジに伝わる熱が減り、高温槽の到達温度は高くなる。
　一方、低速原子ビーム生成装置の高さが低いほど、低速原子ビーム生成装置のサイズを小さくすることができるが、断熱支持部の長さが短くなるため、高温槽から室温のフランジに伝わる熱が増大し、高温槽の到達温度は低くなる。
　以上のように、低速原子ビーム生成装置の高さを変えることで、高温槽の到達温度を変えることができる。
　上述した各実施形態によれば、原子源を含む高温槽が加熱される。これにより、室温では飽和蒸気圧が低く十分な原子気体を得ることができない元素であっても、加熱によって飽和蒸気圧を高くすることができ、その結果、十分な蒸気原子を得ることができ、磁気光学トラップを機能させて高流量の冷却原子ビームを生成することが可能となる。
　また、開口部を除いて高温槽が熱輻射シールドによって覆われ、また、レーザー光が入射する部分にコールドフィルター窓が設けられているため、低速原子ビーム生成装置の外部への熱輻射を抑制することが可能となる。
　比較例に係る光格子時計の物理パッケージ７００として、従来に常用される構成形態、すなわち、原子オーブン７０２と、ゼーマン減速器７０４と、時計遷移空間６０４を囲む真空チャンバー６０２と、真空チャンバー６０２内にて磁気光学トラップ及び時計遷移を実現する機構とを含む構成を取り上げ、本実施形態に掛かる低速原子ビーム生成装置を含む物理パッケージ６００が、装置サイズの小型化に好ましい理由を以下に説明する。
　本実施形態に係る光格子時計の物理パッケージ６００は、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００と、原子が配置される時計遷移空間６０４を囲む真空チャンバー６０２と、真空チャンバー６０２内にて磁気光学トラップ及び時計遷移を実現する機構とを含む。
　以下、物理パッケージ６００の動作について説明する。
　物理パッケージ６００では、真空チャンバー６０２の内部が真空化される。低速原子ビーム生成装置１００によって十分に減速された低速原子ビームは、低速原子ビーム生成装置１００から出射し、真空チャンバー６０２内の磁気光学トラップ装置（ＭＯＴ装置）に至る。ＭＯＴ装置内では、原子が捕捉される捕捉空間を中心に、線形的な空間勾配を有する磁場が形成され、また、ＭＯＴ光が照射される。これにより、捕捉空間にて原子が捕捉される。ＭＯＴ装置に至った低速原子ビームは捕捉空間にて減速され、これにより、原子集団は捕捉空間にて捕捉される。また、光格子光ビームが捕捉空間に入射し、真空チャンバー６０２内に設けられた光学共振器によって反射され、これにより、光格子光ビームの進行方向に定在波が連なった光格子ポテンシャルが形成される。原子集団は、光格子ポテンシャルに捕捉される。
　波長を若干変化させることで、光格子を光格子光ビームの進行方向に移動させることができる。この移動光格子による移動手段によって、原子集団は時計遷移空間６０４まで移動される。この結果、時計遷移空間６０４は、低速原子ビームのビーム軸から外れる。
　時計遷移空間６０４では、光周波数を制御したレーザー光を原子に照射し、時計遷移（すなわち時計の基準となる原子の共鳴遷移）の高精度分光を行い、原子固有かつ不変な周波数を計測する。これにより、正確な原子時計が実現する。なお、原子集団を捕捉空間から時計遷移空間６０４まで移動させる必要がない場合には、捕捉空間にて分光を行ってもよい。
　原子時計の精度を高めるためには、原子を取り巻く摂動を排除し、周波数を正確に読み出す必要がある。特に重要なことは、原子の熱運動によるドップラー効果が引き起こす周波数シフトの除去である。光格子時計では、時計レーザーの波長に比べ十分に小さい空間に、レーザー光の干渉によって作る光格子で原子を閉じ込めることで、原子の運動を凍結させる。一方で、光格子内では、光格子を形成するレーザー光によって原子の周波数がずれてしまう。そこで、光格子光ビームとしては、「魔法波長」又は「魔法周波数」と呼ばれる特定の波長及び周波数を選ぶことで、光格子が共鳴周波数に与える影響を除去する。
　時計遷移の結果発光する光は、光学系装置１４によって受光され、制御装置１６によって分光処理等されて、周波数が求められる。
　なお、第１実施形態に係る低速原子ビーム生成装置１００の代わりに、第２、第３又は第４実施形態に係る低速原子ビーム生成装置（つまり、低速原子ビーム生成装置２００、低速原子ビーム生成装置３００、又は、低速原子ビーム生成装置４００）が用いられてもよい。
　比較例に係る光格子時計の物理パッケージ７００は、原子オーブン７０２と、ゼーマン減速器７０４と、時計遷移空間６０４を囲む真空チャンバー６０２と、真空チャンバー６０２内にて磁気光学トラップ及び時計遷移を実現する機構とを含む。
　以下、物理パッケージ７００の動作について説明する。
　物理パッケージ７００では、真空チャンバー６０２の内部が真空化される。原子オーブン７０２では、金属がヒーターによって加熱されることで原子気体が生成され、原子気体が収束されることで原子ビームが形成される。原子ビームは、ゼーマン減速器７０４では、磁場の強さに比例したゼーマン分裂による効果とドップラーシフトによる効果とによって、原子ビーム中の原子は、ゼーマン減速光を吸収し、減速方向に運動量を与えられて減速する。十分に減速された原子ビームは、ゼーマン減速器７０４から出射し、真空チャンバー６０２内の磁気光学トラップ装置（ＭＯＴ装置）に至る。
　第１から第４実施形態のいずれかの低速原子ビーム生成装置を光格子時計用の物理パッケージに用いることで、ゼーマン減速器を用いる比較例に係る物理パッケージと比べて、物理パッケージを小型化することが可能となる。特に、低速原子ビームが出射する方向の長さを短くすることが可能となる。例えば、その長さが約半分となり、物理パッケージの小型化が可能となる。
　以上の説明においては、光格子時計を例に挙げた。しかし、各実施形態の技術は、当業者であれば、光格子時計以外にも適用可能である。具体的には、光格子時計以外の原子時計、又は、原子を使った干渉計である原子干渉計にも適用可能である。例えば、実施形態に係る低速原子ビーム生成装置と真空チャンバーとを含む原子時計用の物理パッケージや、原子干渉計用の物理パッケージが構成されてもよい。また、本実施形態は、原子又はイオン化された原子に対する各種の量子情報処理デバイスにも適用可能である。量子情報処理デバイスとは、原子や光の量子状態を利用して計測、センシング、及び、情報処理を行う装置をいい、原子時計、原子干渉計の他に、磁場計、電場計、量子コンピュータ、量子シミュレータ、量子中継器等を例示することができる。量子情報処理デバイスの物理パッケージでは、実施形態の技術を利用することで、光格子時計の物理パッケージと同様に、小型化又は可搬化を達成することができる。なお、こうしたデバイスでは、時計遷移空間は、時計計測を目的とする空間ではなく、単に、時計遷移分光を起こす空間として扱われる場合があることに注意されたい。
　これらのデバイスでは、各実施形態に係る低速原子ビーム生成装置を用いることで、室温では飽和蒸気圧が低く十分な原子気体を得ることができない元素を用いることができる。また、これらのデバイスの小型化及び可搬化を図ることができる。
　以上の説明においては、理解を容易にするため、具体的な態様について示した。しかし、これらは実施形態を例示するものであり、他にも様々な実施形態をとることが可能である。
　１０　光格子時計、１２　物理パッケージ、１４　光学系装置、１６　制御装置、１０２　直角円錐ミラー、１０４　光学窓、１０６　開口部、１０８　ヒーター、１１０　試料、１１２　磁場発生装置、１１６　高温槽、１２０　熱輻射シールド、１３０，１３２　レーザー光。
 

Claims (23)

  1. 　原子源と、一方端に設けられてレーザー光を通す光学窓と、他方端に設けられて頂点に開口部を有し、前記光学窓から入射したレーザー光を前記開口部以外の部分で前記一方端に向けて反射する直角円錐ミラーと、を含む高温槽と、
    　前記高温槽を加熱することで、前記原子源から前記高温槽内に原子気体を発生させるヒーターと、
    　前記直角円錐ミラーによって反射されたレーザー光が交差する領域に磁場を発生させる磁場発生装置と、
    　前記高温槽の開口部以外の部分を覆う熱輻射シールドと、
    　を含み、
    　レーザー光と磁場とによって実現される磁気光学トラップを利用することで原子気体から原子ビームを形成し、前記開口部から原子ビームを外部に出射させる、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  2. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記原子源はストロンチウムである、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  3. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記原子源はイッテルビウムである、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  4. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記磁場発生装置は、前記熱輻射シールドによって囲まれた空間内に配置される、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  5. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記磁場発生装置は、前記熱輻射シールドによって囲まれた空間の外側に配置される、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  6. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記光学窓と前記直角円錐ミラーとの間において前記光学窓へ入射するレーザー光の光路上に設けられたコールドフィルター光学窓を更に含む、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  7. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　コイルが前記磁場発生装置及び前記ヒーターの両方を兼ねる、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  8. 　請求項７に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記コイルに流れる電流を制御することで、磁気光学トラップを実現するための磁場を前記コイルから発生させると共に、前記高温槽を加熱するための熱を前記コイルから発生させる制御装置を更に含む、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  9. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記磁場発生装置は、前記高温槽を覆う円筒状の形状を有し、動径方向に着磁した永久磁石である、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  10. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記磁場発生装置は、中心点に対して反対称な電流分布を形成する反対称巻きテトラコイルである、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  11. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　制御装置を更に含み、
    　前記高温槽は、２ｎ（ｎ＝２以上の整数）軸対称の形状を有し、
    　前記磁場発生装置は、前記高温槽の２ｎ回転対称軸を囲む側面上に設けられた、形状の等しい２ｎ（ｎ＝２以上の整数）個の長方形型又は鞍型のコイルであり、
    　前記制御装置は、２ｎ回転対称軸を挟んで向かい合うコイル同士の電流を互いに逆方向に流すことで、前記磁場発生装置から２次元四重極磁場を発生させる、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  12. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記高温槽は、２ｎ（ｎ＝２以上の整数）軸対称の形状を有し、
    　前記磁場発生装置は、前記高温槽の２ｎ回転対称軸を囲む側面上に設けられた、形状の等しい２ｎ（ｎ＝２以上の整数）個の四角柱状又は円弧柱状の永久磁石であり、
    　前記永久磁石は、対称軸に対して角度方向に着磁され、
    　２ｎ回転対称軸を挟んで向かい合う前記永久磁石同士の着磁方向が、互いに逆方向であり、これによって、２次元四重極磁場が形成される、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  13. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　取り外し可能な耐真空窓を更に含み、
    　前記耐真空窓を取り外して、前記原子源が前記高温槽に設置され、又は、前記高温槽から前記原子源が取り出される、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  14. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記高温槽及び前記直角円錐ミラーは、アルミニウム、アルミニウムでコーティングされた金属、又は、アルミニウムでコーティングされた絶縁体、によって構成されている、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  15. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記高温槽及び前記直角円錐ミラーは、銀、銀でコーティングされた金属、又は、銀でコーティングされた絶縁体、によって構成されている、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  16. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記高温槽及び前記直角円錐ミラーは、光学多層膜でコーティングされたガラスによって構成されている、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  17. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置において、
    　前記光学窓はサファイアによって構成されている、
    　ことを特徴とする低速原子ビーム生成装置。
  18. 　請求項１に記載の低速原子ビーム生成装置と、
    　原子が配置される時計遷移空間を囲む真空チャンバーと、
    　を含む、
    　ことを特徴とする物理パッケージ。
  19. 　請求項１８に記載の物理パッケージを含む、
    　ことを特徴とする光格子時計用物理パッケージ。
  20. 　請求項１８に記載の物理パッケージを含む、
    　ことを特徴とする原子時計用物理パッケージ。
  21. 　請求項１８に記載の物理パッケージを含む、
    　ことを特徴とする原子干渉計用物理パッケージ。
  22. 　請求項１８に記載の物理パッケージを含む、
    　ことを特徴とする原子又はイオン化された原子についての量子情報処理デバイス用物理パッケージ。
  23. 　請求項１８に記載の物理パッケージと、
    　前記物理パッケージの動作を制御する制御装置と、
    　を含む物理パッケージシステム。
     
PCT/JP2021/041036 2020-11-25 2021-11-08 低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム WO2022113717A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21897692.6A EP4254082A1 (en) 2020-11-25 2021-11-08 Slow atomic beam generator, physical package, physical package for optical grid clock, physical package for atomic clock, physical package for atomic interferometer, physical package for quantum information processing device, and physical package system
JP2022565196A JPWO2022113717A1 (ja) 2020-11-25 2021-11-08
US18/038,476 US20240114611A1 (en) 2020-11-25 2021-11-08 Slow Atomic Beam Generator, Physical Package, Physical Package for Optical Lattice Clock, Physical Package for Atomic Clock, Physical Package for Atomic Interferometer, Physical Package for Quantum Information Processing Device, and Physical Package System
KR1020237018205A KR20230110745A (ko) 2020-11-25 2021-11-08 저속 원자빔 생성 장치, 물리 패키지, 광격자 시계용 물리 패키지, 원자 시계용 물리 패키지, 원자 간섭계용 물리 패키지, 양자 정보 처리 디바이스용 물리 패키지 및 물리 패키지 시스템
CN202180079184.3A CN116491032A (zh) 2020-11-25 2021-11-08 低速原子束生成装置、物理封装、光晶格钟用物理封装、原子钟用物理封装、原子干涉仪用物理封装、量子信息处理设备用物理封装以及物理封装系统

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020195372 2020-11-25
JP2020-195372 2020-11-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022113717A1 true WO2022113717A1 (ja) 2022-06-02

Family

ID=81755818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/041036 WO2022113717A1 (ja) 2020-11-25 2021-11-08 低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240114611A1 (ja)
EP (1) EP4254082A1 (ja)
JP (1) JPWO2022113717A1 (ja)
KR (1) KR20230110745A (ja)
CN (1) CN116491032A (ja)
WO (1) WO2022113717A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023139895A1 (ja) * 2022-01-19 2023-07-27 国立研究開発法人理化学研究所 原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
WO2024004487A1 (ja) * 2022-06-28 2024-01-04 国立研究開発法人理化学研究所 冷却原子生成装置、冷却原子生成方法、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6303928B1 (en) 1998-12-21 2001-10-16 The Aerospace Corporation Continuous cold atom beam atomic system
US8373112B2 (en) 2008-03-12 2013-02-12 Cnrs Cold atom interferometry sensor
US8835833B2 (en) 2011-08-29 2014-09-16 The Hong Kong University Of Science And Technology Two-dimensional magneto-optical trap for neutral atoms
US9117563B2 (en) 2014-01-13 2015-08-25 Cold Quanta, Inc. Ultra-cold-matter system with thermally-isolated nested source cell
JP6206973B2 (ja) 2012-08-17 2017-10-04 国立研究開発法人理化学研究所 光格子時計、時計装置、およびレーザー光源
JP2017183377A (ja) * 2016-03-29 2017-10-05 セイコーエプソン株式会社 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体
JP2018510494A (ja) 2015-01-30 2018-04-12 国立研究開発法人理化学研究所 実効的魔法周波数の光格子時計およびその動作方法
JP2019129166A (ja) 2018-01-19 2019-08-01 国立研究開発法人理化学研究所 輻射シールドおよびそれを利用する光格子時計
JP2019149749A (ja) * 2018-02-28 2019-09-05 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
US10509369B1 (en) * 2018-04-05 2019-12-17 The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method of manufacturing a vapor cell for alkaline-earth-like atoms inside an ultrahigh vacuum chamber
JP2020065148A (ja) * 2018-10-16 2020-04-23 株式会社リコー 原子発振器及び原子発振方法
JP2020109889A (ja) * 2018-12-28 2020-07-16 セイコーエプソン株式会社 原子発振器および周波数信号生成システム
JP2020141401A (ja) * 2019-02-26 2020-09-03 日本電信電話株式会社 磁気光学トラップ方法および装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS626973Y2 (ja) 1981-05-15 1987-02-18
US7373112B2 (en) 2003-08-08 2008-05-13 Intel Corporation Trained data transmission for communication systems
KR20190129166A (ko) 2018-05-10 2019-11-20 광주과학기술원 단분자 유기태양광 모듈 및 그 제조 방법

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6303928B1 (en) 1998-12-21 2001-10-16 The Aerospace Corporation Continuous cold atom beam atomic system
US8373112B2 (en) 2008-03-12 2013-02-12 Cnrs Cold atom interferometry sensor
US8835833B2 (en) 2011-08-29 2014-09-16 The Hong Kong University Of Science And Technology Two-dimensional magneto-optical trap for neutral atoms
JP6206973B2 (ja) 2012-08-17 2017-10-04 国立研究開発法人理化学研究所 光格子時計、時計装置、およびレーザー光源
US9117563B2 (en) 2014-01-13 2015-08-25 Cold Quanta, Inc. Ultra-cold-matter system with thermally-isolated nested source cell
JP2018510494A (ja) 2015-01-30 2018-04-12 国立研究開発法人理化学研究所 実効的魔法周波数の光格子時計およびその動作方法
JP2017183377A (ja) * 2016-03-29 2017-10-05 セイコーエプソン株式会社 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体
JP2019129166A (ja) 2018-01-19 2019-08-01 国立研究開発法人理化学研究所 輻射シールドおよびそれを利用する光格子時計
JP2019149749A (ja) * 2018-02-28 2019-09-05 セイコーエプソン株式会社 原子発振器
US10509369B1 (en) * 2018-04-05 2019-12-17 The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method of manufacturing a vapor cell for alkaline-earth-like atoms inside an ultrahigh vacuum chamber
JP2020065148A (ja) * 2018-10-16 2020-04-23 株式会社リコー 原子発振器及び原子発振方法
JP2020109889A (ja) * 2018-12-28 2020-07-16 セイコーエプソン株式会社 原子発振器および周波数信号生成システム
JP2020141401A (ja) * 2019-02-26 2020-09-03 日本電信電話株式会社 磁気光学トラップ方法および装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023139895A1 (ja) * 2022-01-19 2023-07-27 国立研究開発法人理化学研究所 原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
WO2024004487A1 (ja) * 2022-06-28 2024-01-04 国立研究開発法人理化学研究所 冷却原子生成装置、冷却原子生成方法、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230110745A (ko) 2023-07-25
JPWO2022113717A1 (ja) 2022-06-02
US20240114611A1 (en) 2024-04-04
CN116491032A (zh) 2023-07-25
EP4254082A1 (en) 2023-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022113717A1 (ja) 低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
Schioppo et al. A compact and efficient strontium oven for laser-cooling experiments
Costley et al. ITER R&D: auxiliary systems: plasma diagnostics
Bell et al. A slow atom source using a collimated effusive oven and a single-layer variable pitch coil Zeeman slower
Castro et al. Overdense plasma generation in a compact ion source
JP7486738B2 (ja) 物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、及び、量子情報処理デバイス用物理パッケージ
Naides et al. Trapping ultracold gases near cryogenic materials with rapid reconfigurability
Jessen et al. Trapping of ultracold atoms in a 3 He/4 He dilution refrigerator
Chen et al. A high-resolution imaging x-ray crystal spectrometer for high energy density plasmas
JP2021163884A (ja) 真空設置用コイル、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、密閉部材
Garrett et al. Fission-powered in-core thermoacoustic sensor
WO2021200907A1 (ja) ３軸磁場補正コイル、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
König et al. Diagnostics design for steady-state operation of the Wendelstein 7-X stellarator
WO2022215424A1 (ja) 低速原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
WO2022176765A1 (ja) 原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
WO2021200909A1 (ja) 光格子時計用物理パッケージ
Shah et al. Design of tangential x-ray crystal spectrometer for Aditya-U tokamak
US20240187009A1 (en) Slow Atomic Beam Generator, Physical Package, Physical Package For Optical Lattice Clock, Physical Package For Atomic Clock, Physical Package For Atomic Interferometer, Physical Package For Quantum Information Processing Device, And Physical Package System
US3328633A (en) Molecular beam tube
Nazmov et al. Investigation of the radiation-induced thermal flexure of an x-ray lithography mask during a tilted exposure
WO2023139895A1 (ja) 原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
WO2023219032A1 (ja) 原子ビーム生成装置、物理パッケージ、光格子時計用物理パッケージ、原子時計用物理パッケージ、原子干渉計用物理パッケージ、量子情報処理デバイス用物理パッケージ、及び、物理パッケージシステム
JP6084993B2 (ja) Ｘ線回折方法及びそれを用いた可搬型ｘ線回折装置
Kantsyrev et al. Extreme ultraviolet spectroscopy diagnostics of low-temperature plasmas based on a sliced multilayer grating and glass capillary optics
JP7486737B2 (ja) 磁場補償モジュール、物理パッケージシステム、光格子時計用物理パッケージシステム、原子時計用物理パッケージシステム、原子干渉計用物理パッケージシステム、及び、量子情報処理デバイス用物理パッケージシステム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21897692

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022565196

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18038476

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180079184.3

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237018205

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021897692

Country of ref document: EP

Effective date: 20230626