基于原子约束光子集成谐振器的多激光稳定技术
光学
2026-04-14 v2 原子物理
摘要
精密原子和量子实验依赖于由台式超低膨胀参考腔体构建的超稳窄线宽激光。这些实验通常需要多个在不同波长上运行的激光器，以执行量子感测和计算中所需的关键步骤的状态准备和测量。这通过将腔体稳定激光约束到关键原子跃迁，然后通过相同参考腔结合群晶光学频率位移（如声光调制器）将跃迁线宽和稳定性传递给其他激光器来实现传统方式。将此类能力过渡到低成本光子集成平台将为广泛的便携式、低功耗、可扩展的量子实验和应用提供可能。然而，今天的群晶光学方法存在缺乏腔体可调性、大自由光谱和有限光子集成潜力等挑战。本文通过演示一个灵活的光子集成780 nm超高Q可调硅氮化物参考腔，展示了包括激光线宽窄化、高分辨率铯光谱、双阶段铯跃迁稳定和将原子稳定性传递给其他激光器等多个关键实验步骤。我们实现了在10 kHz偏移量处实现20 dB的频率噪声抑制，覆盖250 MHz范围的精密光谱，铯双阶段锁定技术实现1 s时Allan偏差为，在100 Hz处实现40 dB抑制。我们进一步演示了通过铯约束腔将原子稳定性传递给第二激光器，并实现了多波长铯态激发电测量量子感测。这些结果为集成、紧凑和可扩展的量子感测、计算以及其他原子和捕获离子应用铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2509.09124,
title = {Multi-laser stabilization with an atomic-disciplined photonic integrated resonator},
author = {Andrei Isichenko and Andrew S. Hunter and Nitesh Chauhan and John R. Dickson and T. Nathan Nunley and Josiah R. Bingaman and David A. S. Heim and Mark W. Harrington and Kaikai Liu and Paul D. Kunz and Daniel J. Blumenthal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.09124},
year = {2026}
}