Инжекционная привязка для спектральной фильтрации лазера адресации оптических кубитов в ионах 171Yb+

Продемонстрирована реализация диодного лазера с высокой стабильностью частоты на временах усреднения от 0,1 до 100 с и низким уровнем высокочастотных фазовых шумов (в диапазоне до 5МГц) для управления квантовым состоянием оптических кубитов на основе ионов ¹⁷¹Yb⁺. Высокодобротный оптический резонатор из стекла ULE используется в качестве внешнего эталона для стабилизации частоты лазера и как спектральный фильтр высокочастотных шумов. Расчётная величина подавления фазовых шумов лазера резонатором на частоте 1,2 МГц (на которой плотность шумов лазера до фильтрации достигает максимума) составляет 49 дБ. Метод оптической инжекции позволяет усилить спектрально-чистый лазерный свет и использовать его для управления квантовым состоянием кубитов. Спектральная чистота излучения ведомого лазерного диода исследуется с помощью измерения сигнала биений усиленного излучения относительно света, прошедшего через резонатор. Показано, что фазовые шумы, вносимые усилением методом оптической инжекции, не превышают −70 дБн в полосе до 5 МГц, при этом достигнута мощность выходного излучения до 30 мВт.

На английском языке

Injection locking for spectral filtering of addressing laser for optical qubits in 171Yb+ ions

Galstyan K.P., Zalivako I.V., Kryuchkov D.S. and Kolachevsky N.N.

We show the implementation of a diode laser with high frequency stability over averaging times of 0.1 s to 100 s and low high-frequency phase noise (up to 5 MHz) for controlling the quantum state of optical qubits based on ¹⁷¹Yb⁺ ions. A high-finesse ULE glass optical cavity is used as an external reference to stabilize the laser frequency and as a spectral filter for high-frequency noise. The calculated suppression of laser phase noise by the resonator at a frequency of 1.2 MHz (where the laser noise density before the filtering reaches its maximum) is 49 dB. The injection locking makes it possible to amplify spectrally pure laser light and use it to control the quantum state of qubits. The spectral purity of the slave laser diode emission is studied by measuring the beat signal of the amplified emission relative to the light transmitted through the resonator. It is shown that the phase noise introduced by injection locking does not exceed −70 dBc in a bandwidth of up to 5 MHz, while an output power of up to 30 mW was achieved.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2024_67_01_15

Пример ссылки для цитирования:

Галстян К.П., Заливако И.В., Крючков Д.С., Колачевский Н.Н. Инжекционная привязка для спектральной фильтрации лазера адресации оптических кубитов в ионах 171Yb+ // Изв. вузов. Радиофизика. 2024. Т. 67, № 1. C. 15–26.