Pages in English
it's me! ←森永 実 (Morinaga Makoto) : レーザー新世代研究センター : 電気通信大学

not New

【COVID19】Scilab/XcosでSIRモデルのシミュレーション 2020.04

森永研究室

 レーザーセンター屋上にて (2021.11)

2023年度卒研配属案内

2022年度の在籍者はM2x2名、M1x3名、卒研生2名で2023年度も同程度の予定です。
日程を決めての研究室説明会は行いませんが 興味を持った人は森永(メールアドレスは一番下にあります) まで気軽に連絡ください。

最近スタートした研究として水素原子のレーザー冷却があります。下に簡単な 説明を追加しました。

Nayak研(量子光学)、桂川研・大饗研(水素原子)とも連携が あります。特にNayak研とはミーティングを合同で行なうなど密接な関係に あります。

研究室紹介

研究テーマ

量子物理学・量子エレクトロニクス

2018-2022年度卒研・修論テーマ

・ 単一光子源の開発(量子光通信・量子暗号)
・ 非対称振動による表面吸着粒子の操作(+アクチュエータの開発)
・ 不透明マスク列による導波路
・ 中性原子のレーザー冷却・原子光学・原子線ホログラフィー・量子反射


以前の研究室訪問ツアーのpdf資料(だいぶ古いです)

量子光通信

テーパー状光ファイバーチップを用いた単一光子源の開発

現在量子通信の実用化に最も近い通信方式は量子情報の担い手として単一光子を 用いるものである。その実現のためには単一光子をオンデマンドで発生することに 加えて、発生した光子を通信路である光ファイバーに高効率で結合させることが 不可欠であり、発生光子の光ファイバー端へのレンズによる集光や光共振器による 共鳴を用いたものなど新旧様々な結合方式が提案され試みられている。
最も単純なアイデアとしては光ファイバー端の中央に量子ドット等の単一光子源を 装着すればよいのでは、と考えるであろうがこれでは発生した光子のうち 光ファイバーの伝播モードに結合するのは数パーセントに留まる。
つづき 低い結合効率はファイバーコアとクラッドの屈折率差が小さいことからくるもので あり、光ファイバーをテーパー状に断熱的に引き伸ばし先端部分ではクラッド部分も 含めて単一モードになるように加工することにより結合効率を20-30パーセントまで 向上させることが可能である。このような形状に加工したファイバーチップに 単一発光体を取り付ける試みは既に行われているが、単一発光体の ファイバー端への移動には原子間力顕微鏡チップを用いられており、 発光体のつまみ上げ、配置の双方とも確率的過程であるため結合デバイスの 作製には非常な労力を要する。
自作のファイバー加工機
加工したファイバー先端
我々の計画は光ピンセットの技術を用いて発光体をその分散溶液中で捕捉光を通したテーパー状光ファイバーチップ先端に捕捉し、捕捉光をONのまま溶液から取り出し、溶媒が蒸発するのを待つことにより発光体がファイバー端の中央に自動的に配置される、というものである。溶液中で捕捉した段階で分光的選別を行えるのもこの方法のメリットである。テーパー状光ファイバーチップによる溶液中のトラップでは概して軸方向の光による捕捉力が不足するが表面近傍ではファンデルワールス力が加わり粒子が表面に吸着することも知られている。ただしうまくファイバー端中央に吸着するかどうかは実験で確かめる必要がある。
CO2レーザー・マイクロガストーチを用いたファイバー加工機を開発・製作し、概ね所望の形状の加工ができるようになってきたので、今後発光体の捕捉・配置の実験を進めていく予定である。

科学研究助成事業 基盤研究(C)

原子光学(光の代わりに原子(波)を用いた光学)

レンズ
原子波の操作
量子反射
原子線ホログラフィー

原子のトラップ・冷却法

水素原子の精密分光・レーザー冷却

桂川・大饗研究室(量子科学研究センター)・ 岩國研究室(レーザー新世代研究センター)と連携した水素原子の 精密分光・レーザー冷却の研究がスタートしました。
水素原子は原子に対応する反物質である反原子(原子の構成要素を それぞれその反粒子に置き換えたもの)を地球上で作ることができる唯一の 原子であるため、物理学の基礎理論の種々の対称性の破れの実験的検証等に 極めて重要な位置にありますが、それに加えて反水素原子が 持つキャッチーな側面としては レーザー冷却を行なって捕捉した状態から解放することにより、物質と反物質 の間に働く重力が引力か斥力か決定できるということがあります。つまり 地球に向かって落ちていけば引力、逆に上昇していけば斥力ということに なります。
つづき 標準的な物理理論では重力は「万有引力」であり反物質も例外ではない、と されるわけですが、一方で我々の(身近な)宇宙には反物質が圧倒的に 少ない、という現在説明ができていない事実もあり、物質ー反物質の重力 相互作用は誰も見たことがない以上実験的に検証されるべき事柄です。 水素原子のレーザー冷却の実現には様々な技術的困難を乗り越える必要が ありますが、その価値がある研究対象です。
微小物体と固体表面との相互作用の操作
非対称振動による1Dアクチュエータ

現在行なっている研究は古典力学の領域を出るものではありませんが、将来的には微小物体と固体表面の相互作用を量子的に(真空の 揺らぎを介して)制御する方向につなげる計画です。ナノマシンの動作などでは重要になります。
非対称振動による表面吸着粒子の輸送とアクチュエータへの応用

1Dアクチュエータ

動作原理 アクチュエータは水平な台の上に置かれその上を運動する。アクチュエータは 伸縮する圧電素子(以下PZT)を挟んでA、Bの部分に分かれていて Aに比べてBのほうが質量はずっと大きいが、A、Bがそれぞれ台に 接している脚にかかる荷重はBよりAのほうが大きくなるように重心が 設計されている。そこでPZTがゆっくり伸縮するときは摩擦が小さいBの 脚が滑り(図中)、一方急速に伸縮するときは慣性からAの脚が滑る(図下)。 従って図のようなノコギリ刃状の時間波形をPZTに加えるとアクチュエータは 右に動き、ノコギリ波の向きを反対にすると左に動く。
2Dアクチュエータ
3Dプリンタで出力された2Dアクチュエータ

PZTを3つ用いると平面上に置かれた剛体の3つの自由度(XY方向の並進+回転) の操作を実現することができる。

光学

天体観測のための赤道プラットフォーム (回転軸を自由に設定できるキネマチックマウント)
載せた観測機器と共に天体の日周運動を追う「平らな台」である。
原理 (キネマチック~とは剛体が持つ6つの自由度を明示的に過不足なく指定することにより剛体を保持・固定する 方法のことで現代の多くのミラーマウントはこの原理に基づいている)

↑平らな台(下部プラットフォーム)の上に置かれて3つの頂点で支えれている直角三角形ABC(上部プラットフォーム)を考える。直角の頂点Bの位置は固定、頂点Aは台の上面上を自由に動くことができる。頂点Cを下部プラットフォーム上を動かすと上部プラットフォームは下部プラットフォームの法線の周りを回転する(下図左)。一方頂点Cを垂直方向に動かすと「水平」軸ABの周りを回転する(下図右)。下の4つの図は左から頂点Cを動かす方向を「水平」から30°ずつ垂直まで変化させたときの様子である。

このようにC点を動かす方向によって上部プラットフォームの回転軸の方向を任意に設定することができる。

試作1号機

exp1m.jpg exp1_1.gif exp1_2.gif exp3.gif exp3c.jpg

試作2号機

観測機器を載せる「台」としては上部プラットフォームを支える3点は (直角三角形ではなく)正三角形の頂点に位置することが望ましい。キネマチックの 原理を保持しつつそうなるように新しく設計したのが試作2号機である。
つづき 工事中
ピンホール列による光のガイド
同一径のピンホールを直線上に並べた「導波路」。幾何光学的には間にある ピンホールは何の役にも立たないが単位長さ当たりのピンホールの枚数 Nに対し損失は1/√Nで減少する。

ピンホール列を用いた光のガイドの試作  藤井君の卒研発表ポスター(レーザー研発表会2014春・pdf)
ピンホール列による光のガイド  日本物理学会講演資料(2013春・pdf)

科学研究助成事業 基盤研究(C)


物理絡みの話

光学系の明るさに限界はあるか?

冷却原子と相関計測 素粒子論研究 118(4), D187-D196, 2011-02-20
素粒子論研究・電子版pdfファイル(ローカル)
2次の相関関数を評価するときにnormal orderを取るのはなぜか、 など。講演ファイル(pdf)




【面倒な計算をなるべく簡単に】 項目を増やしていく予定でしたが 「電気力線・磁力線の書き方」「球座標等でのラプラシアンなどの表式の 求め方」しかありません。

研究ノート

研究ノート 雑記編(旧よいこのノート)

簡易ビームプロファイラ

SBPW (Simple Beam Profiler for Windows)

Doctoral Thesis "Atom Holography"

博士論文「原子線ホログラフィー」 博士(工学)1998 pdf (3.7MByte) (←スキャンしたもの)
◆表紙の裏
◆裏表紙の裏

授業関係

現代レーザー分光学特論

講義資料

4年生輪講

レーザー物理入門の補足事項

ウィーナー・キンチンの定理
ヒルベルト変換

量子力学演習第1

ガウス型波束の時間発展
1次元調和振動子のエネルギー固有関数の関数型(エルミート多項式)

応用物理工学実験第2

光回折

その他授業関連

減衰振動

放射線を測る

放射線を測る装置を作る



ネットワーク/PC
設定メモ (ils内からのみアクセスできます)
設定メモ

学内のネットワークでやってはいけないことの一覧は こちら

レーザー研4Fの基板加工機関係

4Fの基板加工機使用マニュアル(pdf) 平井君編著(ils内からのみ)
基板加工機使用上の注意点 (pdf)
Eagle CADのTips

レーザー研関連資料その他(ils内からのみ)

空調機室内コントローラ取説 (ダイキンBRC1E3・pdf)

その他

mac8

363868 [ .. 15 Jul 2010] ← 多分大半はロボットです


morinaga@ils.uec.ac.jp