Polarization-Insensitive Integration of Nanoparticle-on-a-Slit Cavities with Dielectric Waveguides for On-chip Surface Enhanced Raman Spectroscopy
本研究提出并实验验证了NPoS等离子体腔与硅基氮化硅狭缝波导的偏振不敏感集成方案，可通过TE和TM基模驱动腔，结合金纳米球确定性定位实现片上BPT分子表面增强拉曼光谱检测，为片上等离子体腔集成应用提供支撑。
2024-10-21 physics.optics
Laser locking to the 199Hg clock transition with 5.4x10^(-15)/sqrt(tau) fractional frequency instability
当Hg原子被束缚在Lamb-Dicke区的光晶格陷阱中时，我们得到了一条位于265.6nm的谱线，其半峰全宽<15 Hz。在这里，我们锁定了一个超稳定的激光器，以这种超箭头的时钟过渡，并实现了5.4 × 10 ^（-15）/sqrt（τ）的分数频率稳定度τ <= 400秒。用于原子探测的高度稳定的激光来自锁定到超稳定光学腔的1062.6 nm光纤激光器，该超稳定光学腔在五个月的时间内表现出-6.0x10 ^（-17）s^（-1）（或在282 THz下为-16.9 mHz.s^（-1））的平均漂移率。锁定到独立光学腔的两个这样的激光器之间的比较示出了每个腔4 × 10 ^（-16）的闪烁噪声限制的分数频率不稳定性。
2012-07-02 physics.atom-ph physics.optics
Long 48-cm ULE cavities in vertical and horizontal orientations for Sr optical clock
为了研制具有极高精度和稳定性的光学钟，需要具有极窄线宽的激光器。我们提出了两个超稳定激光系统的基础上，48厘米长的法布里-珀罗腔的ULE玻璃在水平和垂直配置工作在698 nm。在平均时间为1 s时，两激光器之间拍频信号的分数频率不稳定度达到1.6e-15。我们的实验特征的贡献的不同的噪声源（功率波动，残余振幅调制，多普勒噪声，冲击的敏感性），并发现，在我们的情况下，激光频率不稳定性在很大程度上是由光电反馈回路。虽然垂直配置被证明更容易制造和运输，但事实证明，与水平配置相比，它对声学和水平加速度更敏感。这两个激光系统从列别捷夫物理研究所运送到俄罗斯国家计量研究所（VNIIFTRI），在那里它们作为最近开发的锶光学时钟的时钟跃迁光谱的本地振荡器。
2021-06-03 physics.ins-det physics.optics
Design of an optical reference cavity with low thermal noise and flexible thermal expansion properties
通过有限元分析，设计了一种具有超稳光学参考腔的超稳光学参考腔。所设计的谐振腔具有较低的热噪声极限$1\times10^{-16}$和灵活的有效热膨胀系数（CTE）过零温度。复合腔和纯ULE腔之间的CTE零交叉温度差可以从$-10\ ^{\circ}$ C调谐到$23\ ^{\circ}$ C，这使得能够在室温附近操作所设计的参考腔，而不用担心ULE间隔物的CTE零交叉温度。该设计可适用于不同长度的腔体。通过结构优化，实现了腔体的抗振性。
2012-04-05 physics.optics
Multi-cavity ultra-stable laser towards 10-18
在这封信中，我们展示了一种技术，使一个超稳定的激光器参考多腔，对应于较低的热噪声限制，由于较大的等效光束尺寸。多腔由几对反射镜和一个共用的隔离片组成。在这些谐振腔上可以稳定激光频率，并利用合成技术实现激光频率的平均化。与单腔系统相比，合成激光器的相对频率不稳定性可改善1倍于腔数（n）的平方根。此外，我们进行了一个实验，以模拟一个双腔系统。实验结果表明，合成激光器的频率不稳定性改善了1.4倍，而由激光合成过程引入的激光频率不稳定性的分辨力可以忽略不计，受目前使用的信号发生器噪声的限制，可以达到10-18的低水平。这种技术与其它技术相比，可以使超稳激光器的频率不稳定性提高到一个前所未有的水平。
2018-02-06 physics.ins-det physics.optics
Modelling and Analysis of Mechanical and Thermal Response of an Ultrastable, Dual-Axis, Cubic Cavity for Terrestrial and Space Applications
Indian Institute of Technology Tirupati（印度理工学院蒂鲁帕蒂分校）；Center for Atomic, Molecular, and Optical Sciences and Technologies, Indian Institute of Technology Tirupati（印度理工学院蒂鲁帕蒂原子、分子与光学科学与技术中心）
本文通过有限元分析研究了7.5厘米双轴立方腔的机械与热稳定性，为开发鲁棒的双轴光学参考腔提供设计见解，推动便携原子钟在PNT、大地测量、VLBI和深空任务中的应用。
2026-02-18 physics.atom-ph physics.optics
Deterministic and Robust Entanglement of Nitrogen Vacancy Centers using Low-Q Photonic Crystal Cavities
我们提出了一个实验，以产生确定性的纠缠之间的独立的氮空位（NV）中心介导的模式的光子晶体腔。利用数值模拟的适用性和鲁棒性的纠缠操作的参数制度，目前的技术实现的调查。我们发现，即使有中等的腔Q因子的$10^{4}$的$c>0.6$的并发可以实现在$t_{max}\approx150$ ~ns的时间，而Q因子的$10^{5}$承诺$c>0.8$。最重要的是，调查计划是相对不敏感的光谱扩散和所使用的NV中心的光学跃迁频率之间的差异。
2014-06-19 physics.optics quant-ph
Thickness Insensitive Nanocavities for 2D Heterostructures using Photonic Molecules
针对二维异质结厚度影响纳米腔谐振频率的问题，提出利用光子分子模式耦合的固有非线性实现厚度不敏感的腔模式，经理论分析与数值模拟验证其鲁棒性，可为相关敏感应用提供支撑。
2023-08-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Laser-cavity locking at the $10^{-7}$ instability scale utilizing beam elipticity
超稳激光器是科学技术中精密测量的支柱。这样的激光器通过频率锁定到参考腔来获得其稳定性。迄今为止，最先进的锁定性能是使用基于频率调制的方法实现的，并辅之以有源漂移消除系统。我们展示了一个全被动的，无调制的激光腔锁定技术（挤压锁定），利用误差信号产生的光束椭圆率的变化，和相干偏振后选择噪声弹性。通过比较两个完全相同的原理验证系统，我们发现了$5 \times 10^{-7}$在10 s平均时相对于腔线宽的频率锁定不稳定性。结果超过了过去五十年来设计的方法的表现，为进一步提高激光频率稳定的精度和简单性开辟了一条新的道路。
2022-03-09 physics.atom-ph physics.optics
Optical Devices based on Limit Cycles and Amplification in Semiconductor Optical Cavities
在强泵浦功率下，半导体光腔通过一个霍普夫分岔，发生自振荡。我们使用半经典朗之万方程模拟该器件，并评估量子涨落对动力学的影响。在阈值以下，腔充当相位不敏感的线性放大器，噪声$\sim 5\times$大于Caves界限。在阈值之上，极限环充当模拟存储器，并且相扩散$\sim 10\times$大于由标准量子极限设置的界限。我们还模拟了这种振荡器的夹带效应，并基于这种效应提出了一种光学伊辛机和经典的CNOT门。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Simple vibration insensitive cavity for laser stabilization at the 10^{-16} level
本文介绍了两种用于解决混合组分（In+ / Yb+）库仑晶体窄跃迁超稳激光器的参考腔的设计和实现。通过简单的设置，我们实现了接近12 cm长腔的热噪声极限的分数频率不稳定性，在10 s时达到4.7 * 10^{-16}，线性漂移为53 mHz/s。我们讨论了各个不稳定性的贡献，并表明，在一个较低的热噪声地板和振动灵敏度的设置，可以达到1 * 10^{-16}的不稳定性。为了实现这一点，我们实现了一个振动不敏感的设计为30厘米长的腔水平安装，并进行了第一次测试，显示1.8 * 10^{-11} / ms^{-2}的灵敏度垂直加速度。这比短腔观察到的值小约20倍。讨论了机械公差和进一步降低灵敏度的方法。
2013-10-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
1.5 $μ$m lasers with sub 10 mHz linewidth
我们报告了两个超稳定激光器，每个稳定到独立的硅法布里-珀罗腔在124 K。每个激光器的分数频率不稳定性完全由反射镜涂层的基本热布朗噪声确定，对于0.8 s和几十秒之间的积分时间，闪烁噪声基底为$4 \times 10^{-17}$。我们严格对待与相关的闪烁频率噪声遇到的臭名昭著的分歧，并推导出方法来将这种噪声与可观察到的和实际相关的线宽和相干时间。从相位噪声谱或两个激光器之间的直接拍音获得的单个激光器线宽在194 THz处可以小至5 mHz。从两个激光场之间的测量相位演化，我们得到可用的相位相干时间为11秒和60秒的不同应用。
2017-06-09 physics.ins-det physics.optics
Fabrication-tolerant high quality factor photonic crystal microcavities
提出了一种二维光子晶体微腔的设计，该微腔支持波长尺度的体积谐振模式，计算得到的品质因数（Q）对腔体几何形状的偏差不敏感，在Q~ 2 × 10^4的水平上。通过对硅中制造的无源腔进行基于光纤的测量，证实了腔设计的鲁棒性。对于工作在λ = 1500 nm波段的微腔，在腔体几何形状的显著变化和谐振模式归一化频率偏移高达标称值的10%的情况下，测量到1.3- 4.0 × 10^4之间的品质因数。
2003-12-09 physics.optics
Frequency stability of $2.5\times10^{-17}$ in a Si cavity with AlGaAs crystalline mirrors
研究通过在17K下的6厘米低温硅腔中使用新型AlGaAs晶体涂层镜，实现了$2.5\ imes10^{-17}$的分数频率稳定性，证明了其优于传统介质涂层，为$10^{-18}$稳定性的腔稳激光和全光时间尺度开辟了前景。
2025-09-16 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Crystalline optical cavity at 4 K with thermal noise limited instability and ultralow drift
晶体光学腔是当今最先进的超稳激光器的基础。在我们以前的硅腔工作的基础上，我们现在实现了基本的热噪声限制稳定性为6厘米长的硅腔冷却到4开尔文，达到$6.5\times10^{-17}$从0.8到80秒。我们还首次报道了腔频率漂移对入射光功率的明显线性依赖性。在40 nW的发射功率下获得了$-3\times10^{-19}$ /s的最低分数频率漂移，在没有光功率的情况下外推漂移接近于零。这些演示提供了一个有前途的方向，以达到一个新的性能域的稳定激光器，稳定性优于$1\times10^{-17}$和分数线性漂移低于$1\times10^{-19}$ /s。
2018-12-06 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Anderson localization in disordered LN photonic crystal slab cavities
我们提出了一个详细的理论研究的LN光子晶体板条腔的结构无序的影响，从短到长的长度尺度，使用全三维布洛赫模式展开技术。我们计算了腔模的光态密度、品质因数和有效模体积，并与相应的无序光子晶体波导的局域模进行了比较。我们演示了如何的品质因数和有效模体积饱和在一个特定的腔长，并成为有界的安德森模式出现在无序波导的相应值。利用强度涨落判据，在腔长大于L_（31）附近观察到安德森局域化现象，并指出：只要腔长与腔镜距离足够远，且有效模局域化长度远小于腔长，无序LN腔中的场限制主要由结构无序的局域特性决定;在这种状态下，无序腔系统变得对腔边界的变化不敏感，并且发现与用于局域化的强度波动准则的良好一致性。令人惊讶的是，我们发现，安德森局域模不出现新的无序诱导共振的LN腔模式的主要光谱区域，而且，此外，无序DOS增强是最大的无序波导系统具有相同的长度。这些结果是从根本上有趣的应用，如激光和腔QED，并提供了新的见解有限尺寸的慢光波导的边界条件的作用。他们还指出，使用基于腔边界/镜和单个慢光布洛赫模式的模型来描述具有大N的腔系统是明显失败的。
2018-05-08 cond-mat.dis-nn physics.optics
Temperature-insensitive tunable and stable Fabry-Perot cavity for atomic physics
Université Marie et Louis Pasteur, SUPMICROTECH, CNRS, Institut FEMTO-ST（玛丽和路易斯·巴斯德大学，SUPMICROTECH，法国国家科学研究中心，FEMTO-ST研究所）
本文提出一种压电可调谐法布里-珀罗腔，在约5°C下热膨胀系数抵消，实现1秒积分时间4×10^{-13}的分数频率不稳定性，消除了原子-腔实验对外部稳定化的需求。
2026-06-11 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Ultra-Narrow Linewidth Brillouin Lasers with Nanokelvin Thermometry
超稳激光器是当今一些最先进的科学实验的支柱，能够以尽可能高的精度执行原子光谱和激光干涉测量。随着最近对在实验室之外应用这些系统的兴趣越来越大，如何实现可以达到所需的极窄线宽水平的激光源，但仍然保持足够紧凑和便携以供现场使用，这仍然是一个悬而未决的问题。开发这种理想激光源的关键是激光器必须对短期和长期温度波动不敏感，这最终会加宽激光器线宽并导致激光器中心频率漂移。我们在这里表明，使用一个大的模式体积的光学谐振器，它的作用是抑制谐振器的快速热波动，连同受激布里渊散射（SBS）的光学非线性提出了一个强大的组合，使激光的能力与20 Hz的超窄线宽。为了解决激光器的长期温度漂移问题，我们采用窄布里渊散射线作为测量工具，精确地检测谐振腔温度在85 nK水平的微小变化。这种温度测量所提供的精度为谐振器的稳定性提供了新的可能性，以对抗环境扰动。
2018-10-06 physics.ins-det physics.optics
A sub-40 mHz linewidth laser based on a silicon single-crystal optical cavity
基于激光器频率稳定到高精细光学腔的现有技术的光学振荡器受到引起腔长度波动的热噪声的限制。热噪声是光学干涉仪稳定性的基本限制，在现代光学计量中起着关键作用。我们展示了一种新的设计，以减少热噪声限制的光学腔的数量级，并提出了一个实验实现这种新的腔系统，展示了最稳定的振荡器的任何种类的日期。腔隔片和反射镜衬底都由单晶硅构成，并在硅热膨胀系数为零且硅机械损耗小的124 K下工作。谐振腔采用振动不敏感结构支撑，再加上硅晶体的优异刚度，降低了与振动相关的噪声。通过对三个独立稳定激光器之间的外差拍频信号的严格分析，该硅系统在短时间尺度下表现出1 E-16的分数频率稳定性，并且在1.5 μm处支持<40 mHz的激光线宽，表示光学品质因数为4 E 15。
2012-01-05 physics.atom-ph physics.optics
A transportable interrogation laser system with an instability of $\mathrm{mod}\,σ_{\rm y} = 3\times10^{-16}$
我们提出了一个询问激光系统的可移动的锶晶格时钟工作在698 nm，这是基于超低膨胀玻璃参考腔。通过对12 cm长的参考腔进行刚性、紧凑和振动不敏感的安装，实现了可运输性，可承受高达50 g的冲击。腔体安装在独立约束所有自由度的优化支撑点处。该安装概念对于具有长度$L$与直径$D$之比为$L/D>1$的腔特别有益。通常，大的$L$有助于减少热噪声引起的激光频率不稳定性，而小的$D$导致小的腔体积。对频率不稳定性进行了评估，在0.5 s和10 s之间的平均时间内达到其热噪声基底$\mathrm{mod}\,σ_{\rm y} \approx 3 \times 10^{-16}$。激光系统在几次实地研究中成功运行。
2020-05-19 physics.ins-det physics.optics
