Un laser con filtro atomico intrinsecamente stabile da 75 mL per dispositivi quantistici impiegabili sul campo

Abstract degli autori

Numerosi dispositivi quantistici richiedono laser rigorosamente stabilizzati sulle transizioni atomiche. I laser con filtro atomico (AFL) sono considerati tra i principali candidati come sorgenti laser per dispositivi quantistici, grazie alla loro capacità di autoallinearsi alle transizioni atomiche. Tuttavia, gli stretti spettri di trasmissione sub-GHz dei filtri atomici convenzionali pongono limiti sia alla miniaturizzazione dei laser sia alla stabilità della potenza in uscita. In questo lavoro dimostriamo un microfiltro ottico a dispersione anomala di Faraday (μFADOF) che opera nel regime estremo di Paschen-Back iperfine e genera una finestra di trasmissione piatta di 7,5 GHz. Integrando questo filtro, superiamo l’ostacolo alla miniaturizzazione degli AFL, ottenendo una riduzione del volume di 30 volte e raggiungendo un volume d’ingombro compatto di 75 mL. Al tempo stesso, le analisi delle caratteristiche di retroazione ottica del μFADOF rivelano un regime operativo stabile, in cui la retroazione ottica del filtro atomico agisce da meccanismo di stabilizzazione e consente al laser di raggiungere un’instabilità della potenza pari a 9 × 10^-6 a 1 s e a 3,2 × 10^-5 a 8.400 s. Lo standard di frequenza ottica basato su questo AFL da 75 mL migliora ulteriormente la stabilità di frequenza a lungo termine, raggiungendo 3 × 10^-13 a 10.000 s, e mantiene un funzionamento chiavi in mano in presenza di urti ambientali, evidenziando il ruolo cruciale di questo laser nello sviluppo di dispositivi quantistici impiegabili sul campo.