論文の概要: A low phase noise cavity transmission self-injection locked laser system
for atomic physics experiments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.03461v2
- Date: Fri, 10 Nov 2023 13:22:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-13 17:14:53.361214
- Title: A low phase noise cavity transmission self-injection locked laser system
for atomic physics experiments
- Title（参考訳）: 原子物理学実験のための低位相ノイズ共振器自己注入型レーザーシステム
- Authors: Ludwig Krinner, Kai Dietze, Lennart Pelzer, Nicolas Spethmann, Piet O.
Schmidt
- Abstract要約: 高いスペクトル純度を持つダイオードレーザーは、量子コンピューティングや量子計算などの応用のために、光クロックや原子および分子量子ビットのコヒーレントな操作には不可欠である。
ここでは, 媒体微細なキャビティを用いた自己注入型ロックダイオードレーザシステムについて述べる。
本研究では,100kHz〜2MHzのフーリエ周波数におけるレーザの高速位相ノイズを,最先端のポウンド・ドレーバー・ホール安定化型拡張キャビティレーザーよりも20-30dBの-110dBc/Hzと-120dBc/Hzのノイズフロアに抑制することを示した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Lasers with high spectral purity are indispensable for optical clocks and
coherent manipulation of atomic and molecular qubits for applications such as
quantum computing and quantum simulation. Stabilisation of the laser to a
reference can provide a narrow linewidth and high spectral purity. However,
widely-used diode lasers exhibit fast phase noise that prevents high fidelity
qubit manipulation. Here we demonstrate a self-injection locked diode laser
system utilizing a medium finesse cavity. The cavity not only provides a stable
resonance frequency, but at the same time acts as a low-pass filter for phase
noise beyond the cavity linewidth of around 100 kHz, resulting in low phase
noise from dc to the injection lock limit.
We model the expected laser performance and benchmark it using a single
trapped $^{40}$Ca$^{+}$-ion as a spectrum analyser. We show that the fast phase
noise of the laser at relevant Fourier frequencies of 100 kHz to >2 MHz is
suppressed to a noise floor of between -110 dBc/Hz and -120 dBc/Hz, an
improvement of 20 to 30 dB over state-of-the-art Pound-Drever-Hall-stabilized
extended-cavity diode lasers. This strong suppression avoids incoherent
(spurious) spin flips during manipulation of optical qubits and improves
laser-driven gates in using diode lasers with applications in quantum logic
spectroscopy, quantum simulation and quantum computation.
- Abstract（参考訳）: スペクトル純度の高いレーザーは、量子計算や量子シミュレーションのような応用のために、光時計や原子および分子量子ビットのコヒーレント操作には不可欠である。
基準値へのレーザーの安定化は、狭い線幅と高いスペクトル純度を与えることができる。
しかし、広く使われているダイオードレーザーは高速位相ノイズを示し、高忠実度量子ビット操作を防止する。
ここでは, 媒体微細空洞を用いた自己注入型ロックダイオードレーザーシステムについて述べる。
キャビティは安定した共振周波数を提供するだけでなく、約100kHzのキャビティ線幅を超える位相ノイズの低通過フィルタとして機能し、結果としてdcから注入ロック限界までの低位相ノイズが生じる。
我々は、期待されるレーザー性能をモデル化し、スペクトル分析器として1つのトラップ付き$^{40}$Ca$^{+}$-ionを用いてベンチマークする。
本研究では,100kHz〜2MHzのフーリエ周波数におけるレーザの高速位相ノイズを,最先端のポウンド・ドレーバー・ホール安定化型拡張キャビティレーザーよりも20-30dBの-110dBc/Hzと-120dBc/Hzのノイズフロアに抑制することを示した。
この強い抑制は、光量子ビットの操作中に不整合(spurious)スピンフリップを回避し、量子論理分光法、量子シミュレーション、量子計算に応用したダイオードレーザーを用いたレーザー駆動ゲートを改善する。
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