Une équipe de recherche sur l'horloge atomique du National Time Service Center de l'Académie chinoise des sciences a proposé et mis en œuvre une horloge optique compacte basée sur une spectroscopie d'absorption améliorée quantique, qui devrait jouer un rôle important dans le micro-positionnement, la navigation, le calendrier (μPNT) et d'autres systèmes.
Inspiré par l'histoire réussie de l'horloge atomique micro-ondes à l'échelle des puces cohérentes (CPT) et de la folie des microcombes optiques, une horloge optique à l'échelle des puces a également été proposée et démontrée avec une meilleure stabilité et une précision de la fréquence, qui est principalement basée sur la transition à deux photons de l'atom de Rubidium Atom.
Cependant, les températures cellulaires élevées généralement nécessaires (~ 100 ℃) et les puissances laser (~ 10 MW) dans une telle configuration ne sont pas conformes à l'avènement d'une horloge optique entièrement miniaturisée et de faible puissance.
Pour répondre à ces limitations, les chercheurs ont développé une approche innovante qui utilise des résonances sous-doppler à absorption améliorées sur le D1 Ligne d'atomes de rubidium.
En utilisant la lumière monochromatique et les paramètres de polarisation soigneusement réglés pour les faisceaux de pompe et de sonde contre-propagation, les chercheurs ont observé une absorption améliorée en raison de l'interférence constructive ou destructrice entre deux états sombres préparés par la pompe et les faisceaux de sonde, respectivement. La résonance sans doppler améliorée par absorption à absorption avec un rapport élevé d'amplitude du signal à la largeur de ligne est favorable pour la mise en œuvre d'horloges optiques à haute performance.
De plus, les lignes spectroscopiques sont obtenues pour des puissances laser modestes (environ 100 µW) et des températures cellulaires (environ 40 ℃) – toutes les caractéristiques d'un intérêt significatif pour démontrer une référence optique compacte.
Les chercheurs ont présenté un modèle théorique qui met en évidence la contribution significative des états sombres de Zeeman dans ce spectroscopie. Et les signaux spectroscopiques théoriquement calculés conviennent bien avec les observations expérimentales.
Pour mesurer la stabilité de fréquence de cette horloge optique, deux lasers de diode identiques ont été stabilisés en fréquence sur des résonances sous-doppler d'absorption améliorées. L'influence des paramètres clés sur les caractéristiques de résonance sous-doppler est entièrement étudiée. En utilisant cette configuration d'architecture simple, les chercheurs ont démontré la note de battement laser verrouillée avec une stabilité de fréquence fractionnée de 1,8 x 10−12 à 1 s et moins de 10−11 à 10 000 s, ce qui est amélioré de plus de deux ordres de grandeur par rapport au boîtier libre.
Ces résultats démontrent le potentiel de ce schéma pour la mise en œuvre d'une référence de fréquence optique compacte ou même à l'échelle de la puce, qui pourrait trouver des applications dans l'instrumentation, la navigation et la métrologie.
Cette œuvre est une collaboration avec le professeur Rodolphe Boudot de la Franche-Comté Électronique Mécanique Thermique et optique – Sciences et technologies des technologies (FEMTO-ST) en France, et les résultats sont publiés dans Revue physique appliquée.
