論文の概要: A Low-Power Evanescent Field Atom Guide Based on Nanofiber Testbeds for Chip-Scale Quantum Inertial Sensors with Photonic Integrated Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.07055v2
- Date: Tue, 05 Aug 2025 22:37:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-07 20:09:22.227351
- Title: A Low-Power Evanescent Field Atom Guide Based on Nanofiber Testbeds for Chip-Scale Quantum Inertial Sensors with Photonic Integrated Circuits
- Title（参考訳）: フォトニック集積回路を用いたチップスケール量子慣性センサ用ナノファイバーテストベッドを用いた低出力エバネッセント場原子ガイド
- Authors: Adrian Orozco, William Kindel, Nicholas Karl, Yuan-Yu Jau, Michael Gehl, Grant Biedermann, Jongmin Lee,
- Abstract要約: 本研究では,フォトニック集積回路(PIC)への応用を目的としたナノファイバーテストベッドを用いたEF原子ガイドの実現可能性について検討した。
我々は、移動するエバネッセント波を導電するEF原子を実証し、マイクロ波場およびファイバ導電性EFドップラーフリーラマンビームによるEF原子の原子コヒーレンスを検証した。
ナノファイバーテストベッドをベースとした低消費電力のEF原子ガイドでは、793nmと937nmの光を使って133Csの原子を捕捉しています。
このアプローチは電力要求を10mWに減らし、真空環境における熱管理を容易にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9580428796471567
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Recent advancements in cold atom interferometry have facilitated the practical application of quantum inertial sensors. To mitigate the detrimental effects of operating in dynamic environments, optical or magnetic atom guides are essential for transverse confinement. One notable approach involves the use of evanescent field (EF) optical dipole traps as atom guides (i.e. EF atom guides). In this study, we first investigated the feasibility of EF atom guides using nanofiber testbeds for application in photonic integrated circuits (PICs). We successfully demonstrated EF atom guiding with traveling evanescent waves and validated the atomic coherence of EF-guided atoms through microwave fields and fiber-guided sub-microwatt EF Doppler-free Raman beams. Our low-power EF atom guides, based on nanofiber testbeds, utilize 793 and 937 nm light to trap 133Cs atoms. This approach reduces power requirements to <10mW, enabling easier thermal management in vacuum environments. These wavelengths were also selected to facilitate the integration of EF atom guides on membrane PIC platforms, which we previously demonstrated with a suspended membrane waveguide capable of handling in-vacuum optical powers suitable for EF atom guiding (Gehl et al., Opt. Express 29, 13129, 2021). Our design includes an open hole in a transparent membrane, which facilitates the loading of sub-Doppler cooled atoms using a membrane magneto-optical trap (Lee et al., Sci. Rep. 11, 8807, 2021). These developments offer a unique path for integrating EF atom guides on the PIC platforms. All these findings represent a significant first step toward EF-guided atom interferometry and the first demonstration of chip-scale quantum inertial sensors.
- Abstract（参考訳）: 近年の冷間原子干渉法の発展により、量子慣性センサーの実用化が進められている。
動的環境下での動作による有害な影響を軽減するため、横方向閉じ込めには光学的または磁気的原子ガイドが不可欠である。
1つの注目すべきアプローチは、エバネッセント場(EF)光双極子トラップを原子ガイド(EF原子ガイド)として使用することである。
本研究では,フォトニック集積回路(PIC)への応用を目的としたナノファイバーテストベッドを用いたEF原子ガイドの実現可能性について検討した。
我々は、移動するエバネッセント波を導電するEF原子を実証し、マイクロ波場とファイバ導電性EFドップラーフリーラマンビームを介してEF誘導原子の原子コヒーレンスを検証した。
ナノファイバーテストベッドをベースとした低消費電力のEF原子ガイドでは、793nmと937nmの光を使って133Csの原子を捕捉しています。
このアプローチは電力要求を<10mWに削減し、真空環境における熱管理を容易にする。
これらの波長は、膜PICプラットフォーム上でのEF原子ガイドの統合を容易にするためにも選択され、以前には、EF原子ガイドに適した真空中光学パワーを処理できる懸濁膜導波路(Gehl et al , Opt. Express 29, 13129, 2021)を実証した。
我々の設計は、膜磁気光学トラップ(Lee et al , Sci. Rep. 11, 8807, 2021)を用いて、サブドップラー冷却原子のロードを容易にする透明膜に開いた穴を含む。
これらの開発は、PICプラットフォーム上でEF atom Guideを統合するためのユニークなパスを提供する。
これらの発見は、EF誘導原子干渉計への重要な第一歩であり、チップスケールの量子慣性センサーの最初の実演である。
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