論文の概要: Heterogeneously Integrated Efficient and Widely Tunable Lasers at 795 nm for Rubidium-Based Quantum Technologies

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.11585v1
• Date: Thu, 10 Sep 2026 14:17:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-11 23:53:35.380459
• Title: Heterogeneously Integrated Efficient and Widely Tunable Lasers at 795 nm for Rubidium-Based Quantum Technologies
• Title（参考訳）: ルビジウム系量子技術のための795nmの高効率・広波長波長レーザー
• Abstract要約: レーザーのフォトニック集積は、量子プロセッサと光原子時計の要求を満たすために重要である。 本稿では、マイクロトランスファー印刷を利用したウエハスケーラブル法を導入し、GaAsベースの増幅器をエッチング凹部に統合する。 この積分手法を用いて、拡張キャビティ単一モードレーザーを実演する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Scaling quantum processors and optical atomic clocks fundamentally requires orders-of-magnitude reductions in the size, weight, power, and cost of optical control systems. Photonic integration of lasers is critical to fulfill these requirements. At the near-infrared wavelengths required for atomic clocks and quantum computing through manipulation of rubidium atoms, laser integration is hindered by difficulty in light coupling and poor heat dissipation. Here, we introduce a wafer-scalable method utilizing micro-transfer printing to integrate GaAs-based amplifiers in etched recesses, directly butt-coupled to silicon nitride waveguides. We demonstrate extended-cavity single-mode lasers using this integration approach. Our compact microgear laser achieves a narrow 3 kHz fundamental linewidth at an on-chip output power of >22 mW -- a record for a single-mode heterogeneously integrated laser in the 780-800 nm band -- with a wall-plug efficiency of 9.4%, showcasing the high-power and efficiency potential of this integration approach. Additionally, we demonstrate a widely tunable laser leveraging Vernier filters to achieve lasing with 9 nm coarse tuning, a quasi-continuous fine-tuning range exceeding 140 GHz, and a mode-hop-free tuning range of 45 GHz. Our scalable integrated laser toolkit shows great promise for replacing macroscopic external-cavity diode lasers in next-generation quantum technologies and optical atomic clocks.
• Abstract（参考訳）: 量子プロセッサと光原子時計のスケーリングは、基本的には光学制御系のサイズ、重量、電力、コストのオーダー・オブ・マグニチュード削減を必要とする。 レーザーのフォトニック集積はこれらの要求を満たすために重要である。 ルビジウム原子の操作による原子時計や量子コンピューティングに必要な近赤外波長では、レーザー積分は光結合の困難さと熱散逸の低下によって妨げられる。 そこで我々は,マイクロトランスファー印刷を利用したウエハスケーラブル法を導入し,GaAs系増幅器をエッチング凹部に集積し,直接窒化ケイ素導波路に結合させる方法を提案する。 この積分手法を用いて、拡張キャビティ単一モードレーザーを実演する。 我々の小型マイクロゲアレーザーは、780-800nm帯における単一モードの均一集積レーザーの記録である>22 mWのオンチップ出力パワーで3kHzの基本線幅を狭く達成し、壁プラグ効率は9.4%であり、この積分アプローチの高出力と効率性を実証している。 さらに、9nmの粗いチューニング、140GHzを超える準連続微調整範囲、45GHzのモードホップなしチューニング範囲でレイシングを実現するためにヴェルニエフィルタを利用した広帯域波長可変レーザーを実証した。 我々のスケーラブル集積レーザーツールキットは、次世代量子技術や光原子時計において、マクロな外部キャビティダイオードレーザーを置き換える大きな可能性を秘めている。

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