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» 2014年08月21日 17時15分 UPDATE

新技術:NICTが新たなマイクロ波原子時計を開発、高速通信や測位の精度向上が可能に

情報通信研究機構は、イッテルビウムイオンを用いたイオントラップ型マイクロ波原子時計の開発と試作に成功したと発表した。現在、放送分野や精密測定分野で一般的に利用されているルビジウム原子時計に比べ、約5倍の精度を実現できるという。

[EE Times Japan]
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 情報通信研究機構(以下、NICT)は2014年8月20日、イオントラップ型のマイクロ波原子時計であるイッテルビウムイオン原子時計の開発と試作に成功したと発表した。世界で初めてレーザー冷却技術をマイクロ波原子時計に導入したことで、現在、放送分野や精密測定分野で広く利用されているルビジウム原子時計の約5倍の精度を実現したという。また、冷却に使用するレーザー光源を3台の半導体レーザーだけで構成しており、将来的に小型化と省電力化を進めることを可能にした。NICTは、このイッテルビウムイオン原子時計によって、精密測定の精度の向上や測位技術の発展に加え、同期精度の改善による通信の多重化や高速化への貢献が期待できるとしている。

rk_140821_nict02.jpg 今回NICTが開発したイッテルビウムイオン原子時計(クリックで拡大)出展:NICT

 通信や精密測定などの産業分野では、電気信号の基準としてマイクロ波原子時計が利用されている。その中でも数十万円程度と比較的安価で、誤差10兆分の1の精度を持つルビジウム原子時計が広く採用されているという。

rk_140821_nict01.jpg 今回NICTが開発したイッテルビウムイオン原子時計とその他の原子時計の精度を比較したグラフ(クリックで拡大)出展:NICT

 さらに精度の高い原子時計として、誤差1000兆分の1の精度を持つ水素メーザ原子時計がある。しかし、この原子時計は重量が大きく価格も約2000万円と高額なため、ルビジウム原子時計に比べて汎用性に欠けていた。NICTはこうした状況を受け、価格や精度、重量の面でルビジウム原子時計と水素メーザ原子時計の間に位置するイッテルビウムイオン原子時計の開発に取り組んだ。

 またNICTは、今回のイッテルビウムイオン原子時計の開発で、原子捕捉型のマイクロ波原子時計では世界初となるレーザー冷却を利用した。これは、高速移動するイオンにレーザーを照射して減速させることで熱運動を抑えるという手法だ。このレーザー冷却を利用することで、熱運動による時計周波数のぶれを抑え、イオンの発光効率を上げることで時計の精度を向上させることに成功したという。

 NICTは今後、今回開発したイッテルビウムイオン原子時計の試作機の完成度を高め、小型化とコストダウンを行い実用化を目指すとしている。

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