O relógio óptico compacto usa interferência quântica para maior estabilidade de frequência

Uma equipe de pesquisa atômica do relógio do Nationwide Time Service Middle da Academia Chinesa de Ciências propôs e implementou um relógio óptico compacto com base na espectroscopia de absorção aumentada de interferência quântica, que deve desempenhar um papel importante no micro-posicionamento, navegação, tempo (μPNT) e outros sistemas.

Inspirado na história bem-sucedida da captura coerente da população (CPT) em escala de microondas em escala de chip e no estrondo de microcombos ópticos, um relógio óptico em escala de chip também foi proposto e demonstrado com melhor estabilidade e precisão de frequência, que é baseada principalmente em dois fótone de transição de rubidium em espremedores.

No entanto, as temperaturas altas celulares tipicamente exigidas (~ 100 ℃) e poderes a laser (~ 10 MW) em tal configuração não são compatíveis com o advento de um totalmente miniaturizado e baixa potência Relógio óptico.

Para abordar essas limitações, os pesquisadores desenvolveram uma abordagem inovadora que utiliza ressonâncias sub-dopplers de absorção aprimorada no d D₁ linha de átomos de rubídio.

Ao empregar luz monocromática e cenários de polarização cuidadosamente sintonizados para contrapropagação e feixes de sonda, os pesquisadores observaram absorção aprimorada devido ao construtivo ou interferência destrutiva Entre dois estados escuros preparados pelas vigas da bomba e da sonda, respectivamente. A ressonância livre de Doppler com absorção observada com uma alta proporção de amplitude de sinal e largura de linha é favorável para a implementação de relógios ópticos de alto desempenho.

Além disso, as linhas espectroscópicas são obtidas para poderes modestos a laser (cerca de 100 µW) e temperaturas celulares (cerca de 40 ℃) – todas as características de interesse significativo para demonstrar uma referência óptica compacta.

Os pesquisadores apresentaram um modelo teórico que destaca a contribuição significativa dos estados sombrios de Zeeman neste esquema espectroscópico. E os sinais espectroscópicos teoricamente calculados concordam bem com as observações experimentais.

Para medir a estabilidade da frequência desse relógio óptico, dois lasers de diodo idênticos foram estabilizados com frequência em ressonâncias de sub-doppler de absorção aprimorada. A influência dos principais parâmetros nos recursos de ressonância do sub-Doppler é completamente investigada. Usando essa configuração de arquitetura simples, os pesquisadores demonstraram a nota de batida a laser travada com uma estabilidade de frequência fracionária de 1,8 x 10^-12 Aos 1s e abaixo de 10^-11 A ten.000 s, o que é melhorado em mais de duas ordens de magnitude em comparação com o caso de corrida livre.

Esses resultados demonstram o potencial desse esquema para a implementação de uma referência de frequência óptica compacta ou mesmo em escala de chip, que pode encontrar aplicações em instrumentação, navegação e metrologia.

Este trabalho é uma colaboração com o Prof. Rodolphe Boudot da Franche-Com-Comté Électronique Mécanique Thermique et Optique-Sciences et Applied sciences (FEMTO-ST) Instituto na França, e os resultados são publicado em Revisão física aplicada.