Et atomurforskningsteam fra National Time Service Center for det kinesiske videnskabsakademi har foreslået og implementeret et kompakt optisk ur baseret på kvanteinterferensforbedret absorptionsspektroskopi, som forventes at spille en vigtig rolle i mikropositionering, navigation, timing (μPNT) og andre systemer.
Inspireret af den succesrige historie om den sammenhængende populationsfangst (CPT) -baseret chip-skala mikrobølgeatomisk ur og blomstringen af optiske mikrocombs, blev en chip-skala optisk ur også foreslået og demonstreret med bedre frekvensstabilitet og nøjagtighed, som hovedsageligt er baseret på to-fotonovergang af rubidium atom Ensemble.
Imidlertid er de typisk krævede høje celletemperaturer (~ 100 ℃) og laserkræfter (~ 10 MW) i en sådan konfiguration ikke i overensstemmelse med fremkomsten af et fuldt miniaturiseret og lavt effekt optisk ur.
For at tackle disse begrænsninger udviklede forskerne en innovativ tilgang, der anvender forbedret absorptionsunderdopler-resonanser på D1 linje med rubidiumatomer.
Ved at anvende monokromatisk lys og omhyggeligt afstemte polariseringsindstillinger til modpropagering af pumpe og sondebjælker observerede forskerne forbedret absorption på grund af den konstruktive eller destruktive interferens mellem henholdsvis to mørke tilstande fremstillet af pumpen og sondebjælkerne. Den observerede absorptionsforbedrede Doppler-fri resonans med et højt forhold mellem signalamplitude og linjebredde er gunstig til implementering af højtydende optiske ure.
Derudover opnås de spektroskopiske linjer for beskedne laserkraft (ca. 100 µW) og celletemperaturer (ca. 40 ℃) – alle træk af betydelig interesse for at demonstrere en kompakt optisk reference.
Forskerne præsenterede en teoretisk model, der fremhæver det betydelige bidrag fra Zeeman Dark States i dette spektroskopiske skema. Og de teoretisk beregnede spektroskopiske signaler stemmer godt overens med de eksperimentelle observationer.
For at måle frekvensstabiliteten af dette optiske ur blev to identiske diodelasere frekvensstabiliseret sig på forbedret absorptionsunderdopler-resonanser. Indflydelsen af nøgleparametre på underdopler-resonansfunktionerne undersøges grundigt. Ved hjælp af denne enkle-arkitekturopsætning demonstrerede forskerne den låste laser-beat-note med en fraktioneret frekvensstabilitet på 1,8 x 10−12 ved 1s og under 10−11 Ved 10.000 s, hvilket forbedres med mere end to størrelsesordener sammenlignet med den fritløbende sag.
Disse resultater demonstrerer potentialet i dette skema til implementering af en kompakt eller endda chip-skala optisk frekvensreference, som kan finde applikationer i instrumentering, navigation og metrologi.
Dette arbejde er et samarbejde med prof. Rodolphe Boudot fra franche-comté Électronique Mécanique Thermique et Optique-Sciences et Technologies (Femto-St) Institute i Frankrig, og resultaterne offentliggøres i Fysisk gennemgang anvendt.