光学原子钟，集成螺旋腔的种子激光器 | Nature Photonics

在精确计时方面，光学原子钟已经展示了革命性的进步，但在现实世界中的适用性，关键还取决于这种时钟是否能在实验室外运行。

光子集成提供了极具吸引力的解决方案，以解决实现时钟便携性所需的小型化和加固化问题，但在使用芯片级构建模块，重新创建光学时钟的功能方面，也带来了一系列新的挑战。用于原子寻址的时钟激光器，就是特别不确定因素之一，因为精心设计的体腔稳定激光器性能，将非常难以制备并转移到芯片上。

近日，美国麻省理工学院 林肯实验室（Lincoln Laboratory）William Loh, David Reens，Robert McConnell等，在Nature Photonics上发文，证明了当与1,348nm种子激光器连接时，集成超高品质因数螺旋腔，在芯片上达到7.5×10^−14分数频率不稳定性。

在将光倍频到674nm时，该激光器寻址88Sr+窄线宽跃迁，并展示了Sr-离子时钟的操作，而且短期不稳定性平均下降为**（τ，平均时间）。

这种集成螺旋腔激光器的高性能光学原子钟，有助于未来先进的时钟系统，以构建完全轻型、便携式和可大规模制造的集成光学和电子器件。

Optical atomic clock interrogation using an integrated spiral cavity laser. 基于集成螺旋腔激光器的光学原子钟。

图1:  集成螺旋腔激光器integrated spiral cavity laser，ISCL激光器设计。

图2: 螺旋波导模式。

图3: ISCL测量。

图4:光学时钟的ISCL。