Interrogatório de Relógio Atômico Óptico Via um Laser de Cavidade Espiral Integrado

Os relógios atômicos ópticos demonstraram avanços revolucionários na precisão da medição do tempo, mas sua aplicabilidade no mundo real depende criticamente de saber se esses relógios podem operar fora de um ambiente de laboratório. O desafio à portabilidade dos relógios decorre de muitos obstáculos, não apenas na miniaturização dos componentes subjacentes do relógio - nomeadamente o laser ultrastável, o pente de frequência e a própria referência atômica - mas também em tornar o relógio resiliente a flutuações ambientais. A integração fotônica oferece uma solução convincente para abordar simultaneamente os problemas de miniaturização e robustez, mas traz consigo um novo conjunto de desafios na recriação da funcionalidade de um relógio óptico usando blocos de construção em escala de chip. O laser do relógio usado para interrogatórios atômicos é um ponto particular de incerteza, pois o desempenho dos lasers estabilizados com cavidades em massa meticulosamente projetados seria excepcionalmente difícil de transferir para um chip. Aqui, demonstramos que uma cavidade espiral integrada de fator de qualidade ultralto (Q), quando interligada a um laser semente de 1348 nm, atinge uma instabilidade de frequência fracional de 7,5 × 10^-14, atendendo aos requisitos de estabilidade para interrogar a transição de largura de linha estreita de ^88Sr^+ ao dobrar a frequência para 674 nm. Além de alcançar o recorde de estabilidade de laser no chip, usamos este laser para demonstrar o funcionamento de um relógio de íons de Sr com uma instabilidade de curto prazo que média como 3,9 × 10^-14 /, onde é o tempo médio. Nossa demonstração de um relógio atômico óptico interrogado por um laser de cavidade espiral integrado abre a porta para sistemas de relógio avançados que podem ser totalmente construídos usando óptica e eletrônica integradas leve, portáteis e fabricáveis em massa.