論文の概要: Laser intracavity absorption magnetometry for optical quantum sensing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.24951v1
• Date: Wed, 31 Dec 2025 16:31:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-01 23:27:28.707561
• Title: Laser intracavity absorption magnetometry for optical quantum sensing
• Title（参考訳）: 光量子センシングのためのレーザーキャビティ吸収磁力計
• Authors: J. M. Wollenberg, F. Perona, A. Palaci, H. Wenzel, H. Christopher, A. Knigge, W. Knolle, J. M. Bopp, T. Schröder,
• Abstract要約: 本稿では,光ポンピング型磁気センサを含む,より広い種類の光量子センサに適用可能なレーザーキャビティ吸収磁力計(licAM)について紹介する。 従来よりも475倍の光コントラスト向上と180倍の磁気感度向上を実現している。 実測値から,$mathrmpT,mathrmHz-1/2$範囲におけるショットノイズ制限感度を推定し,現実的なデバイスの改良により,$mathrmfT,mathrmまで感度が低下することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: Intracavity absorption spectroscopy (ICAS) is a well-established technique for detecting weak absorption signals with ultrahigh sensitivity. Here, we extend this concept to magnetometry using nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond. We introduce laser intracavity absorption magnetometry (LICAM), a concept that is in principle applicable to a broader class of optical quantum sensors, including optically pumped magnetometers. Using an electrically driven, edge-emitting diode laser that operates self-sustainably, we show that LICAM enables highly sensitive magnetometers operating under ambient conditions. Near the lasing threshold, we achieve a 475-fold enhancement in optical contrast and a 180-fold improvement in magnetic sensitivity compared with a conventional single-pass geometry. The experimental results are accurately described by a rate-equation model for single-mode diode lasers. From our measurements, we determine a projected shot-noise-limited sensitivity in the $\mathrm{pT}\,\mathrm{Hz}^{-1/2}$ range and show that, with realistic device improvements, sensitivities down to the $\mathrm{fT}\,\mathrm{Hz}^{-1/2}$ scale are attainable.
• Abstract（参考訳）: 超高感度の弱い吸収信号を検出する技術として,ICAS(Intracavity absorption spectroscopy)が確立されている。 ここでは、この概念をダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心を用いた磁気計測に拡張する。 本稿では,光ポンピング型磁気センサを含む,より広い種類の光量子センサに適用可能なレーザーキャビティ吸収磁力計(licAM)について紹介する。 自給自給自給自給自足型電気駆動型エッジ発光ダイオードレーザーを用いて,高感度磁気センサを環境条件下で動作させることができることを示す。 光コントラストの475倍、磁気感度の180倍向上を実現した。 実験結果は、単一モードダイオードレーザーのレート方程式モデルにより正確に記述される。 実測値から,$\mathrm{pT}\,\mathrm{Hz}^{-1/2}$範囲におけるショットノイズ制限感度を推定し,現実的なデバイス改良により,$\mathrm{fT}\,\mathrm{Hz}^{-1/2}$スケールまでの感度が達成可能であることを示す。

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