NPL、レーザ周波数安定化で画期的な成果

July, 4, 2025, Middlesex--NPLの科学者たちは最近、レーザ周波数安定化に関する調査結果を発表し、光学参照共振器を使用して前例のないレベルの性能を実証した。この進歩は、最先端の光保存時間とスプリアス安定化ノイズを能動的に除去する革新的なアプローチを特徴としている。

光参照共振器を用いてレーザ周波数を安定化させることは、優れた安定性を達成するための確立された方法である。最近の研究により、技術的な安定化ノイズが大幅に低減され、安定性が向上したレーザの実現が可能になった。チームは、長さ68cmという驚異的な光参照共振器を開発し、300マイクロ秒(µs)という記録的な光保存時間を達成した。この成果を客観的に見ると、68cmの光共振器の両端にある高反射率のミラーの間に閉じ込められた光は、ユーロトンネルの2倍の長さに相当する約100kmを移動することができる。

光共振器設計の進歩に加えて、研究者たちはスプリアス安定化ノイズの課題にも取り組んだ。チームは、安定化に必要な位相変調技術から生じる残留振幅変調(RAM)と呼ばれるテクニカルノイズの発生源を能動的に除去する技術を実装することに成功した。

この革新的な研究は、より安定したレーザの開発への道を開き、光遷移に基づく次世代の原子時計である光時計の性能を向上させる。この研究の影響は、国家計時、測位、ナビゲーション、テレコム、レーザ光源の特性評価、基礎科学など、様々な分野に広がっている。

この知見は、測定能力の向上の可能性を強調しており、これにより技術と科学研究の大幅な進歩につながる可能性がある。

主任科学者Marco Schioppoは、「光共振器へのレーザ周波数安定化の改善に関するこれらの結果を共有できてうれしく思う。これにより、より優れたレーザの開発が可能になる。共振器安定化レーザは、高精度の時間および周波数測定におけるユビキタスツールであるため、われわれの研究は、様々な技術的応用や科学に広くプラスの影響を与えると考えられる」とコメントしている。