Lasers Spectra Physics para aplicações de pesquisa quântica

A Spectra-Physics e a New Focus são líderes em lasers sintonizáveis, ideais para aplicações no campo da física atômica, molecular e óptica (AMO), incluindo espectroscopia de precisão, resfriamento atómico, relógios ópticos, ressonadores de microcavidades e outras aplicações quânticas.

Criptografia Quântica
O emaranhamento quântico é um fenómeno físico no qual pares de fótons são gerados de tal forma que o estado quântico de cada fotão não pode ser descrito independentemente do estado do outro. Tem muitas aplicações na teoria da informação quântica, incluindo criptografia quântica. Microcavidades com fator de qualidade ultra-alto (UHQ) têm emergido como uma plataforma integrada promissora para uma ampla gama de aplicações, desde física quântica teórica até ciência aplicada. Bombeados com um laser CW, vários pares de fótons emaranhados podem ser gerados por meio de oscilação paramétrica óptica.

Computadores Quânticos
Computadores quânticos, transferência de dados à prova de toque ou sensores altamente sensíveis – propriedades mecânicas quânticas, como superposição e emaranhamento, são fundamentais para muitos dos sistemas tecnológicos do futuro. Na área central interdisciplinar de informação e tecnologia quântica, cientistas da Universidade de Ulm investigam fenômenos físicos quânticos em teoria e por experimentação. O objetivo geral é obter controle total sobre os sistemas quânticos. Trata-se também de efeitos físicos quânticos na matéria condensada, em nanoestruturas e em sistemas biológicos.


Figura 1. Novos sensores criados pela manipulação de átomos individuais em diamantes
 
Novos sensores para uso em células são um objetivo importante na pesquisa da Universidade de Ulm. Para conseguir isso, os cientistas se concentram na manipulação de átomos individuais em diamantes. O professor Fedor Jelezko, um dos maiores especialistas mundiais no controle das menores partículas em sólidos - como demonstrado pelos prestigiados prêmios que ganhou - está envolvido nesses grupos de pesquisa.
Relógios Atómicos
O relógio de rede óptica de estróncio na JILA funciona referenciando um relógio laser ultra-estável a átomos de estrôncio resfriados a laser e presos. O estrôncio é uma das referências de frequência Q mais alta da natureza, com um fator de qualidade de 1018. Este relógio aproveita o menor ruído de projeção quântica de um sistema quântico de muitos corpos para alcançar novos recordes em precisão de relógio, estabilidade e incerteza sistemática total. Para preparar os átomos para espectroscopia de precisão, eles são primeiro resfriados a laser usando luz de lasers de diodo azul de 461 nm. Então, após um segundo estágio de resfriamento do laser vermelho, os átomos são carregados em uma rede óptica, onde ficam presos em ondas estacionárias de luz. O laser do relógio é então usado para realizar espectroscopia coerente. A luz azul é usada novamente para medir o número de átomos nos estados fundamental e excitado por meio de fluorescência. Isso nos permite medir a frequência do laser em relação à ressonância atómica.

Figura 2. Rede óptica de estrôncio - Cortesia do Prof. Jun Ye, UC Boulder, JILA, NIST
Pentes de frequência óptica em escala de chip
 
Os pentes de frequência óptica são os pilares da metrologia moderna, da espectroscopia de precisão, das observações astronômicas e da óptica ultrarrápida. Os métodos de última geração para gerar pentes de frequência em dispositivos de escala de chip são baseados em não-linearidades de Kerr e Raman em microrressonadores monolíticos de Q ultra-alto. O grupo de Chee Wei Wong na UCLA demonstrou um método eletrónico para ajustar a dispersão de um microrressonador de nitreto de silício usado na formação de pente, por meio de um transistor de grafeno controlado por gel de íon de camada dupla fabricado no topo da cavidade. Esse ajuste de dispersão é realizado acoplando a condutividade óptica sintonizável por porta do transistor de grafeno ao campo intracavitário no microrressonador, preservando os fatores de qualidade da cavidade de até 106. Com este método, linhas de pente primárias sintonizáveis ​​por carga de 2,3 terahertz a 7,2 terahertz , pentes de frequência Kerr coerentes, radiação Cherenkov controlável e estados soliton controláveis, são todos gerados em uma única microcavidade.

Refrigerador Atômico
O inovador sistema BEC da ColdQuanta foi projetado para agilizar e simplificar a produção de átomos ultrafrios e BECs. No coração do sistema está o RuBECi®, onde os átomos de rubídio são resfriados a temperaturas abaixo de 1 mK, presos e manipulados dentro da célula de vácuo. Um novo amplificador cônico de foco é usado para fornecer ampla potência para resfriamento a laser e manipulação dos átomos.


Figura 4. Sistema BEC inovador da ColdQuanta
Os novos lasers Focus Vortex™ Plus e amplificadores cônicos são empregados no módulo científico JPL Cold Atoms Laboratory (CAL) agora operando na Estação Espacial Internacional (ISS), lançado em 21 de maio de 2018. O módulo científico CAL permitirá experimentos com átomos frios em um ambiente de microgravidade com a intenção de observar novos fenômenos quânticos.
Lasers de pesquisa quântica
A Spectra-Physics e a New Focus são líderes em lasers sintonizáveis, ideais para aplicações no campo da física atômica, molecular e óptica (AMO), incluindo espectroscopia de precisão, resfriamento atômico, relógios ópticos, ressonadores de microcavidades e outras aplicações quânticas. Dois tipos de lasers sintonizáveis ​​​​de onda contínua são frequentemente usados ​​​​na pesquisa de tecnologia quântica: um laser de anel e um laser de diodo de cavidade externa (ECDL). Os principais critérios para selecionar um laser incluem comprimento de onda, potência, faixa de comprimento de onda ajustável, largura de linha estreita e estabilidade de longo prazo.


Extensão de comprimento de onda CW para Matisse
Extensores de comprimento de onda de onda contínua, duplicador WaveTrain® e misturador de frequência MixTrain™ estão disponíveis para aumentar o desempenho do Matisse. Com várias configurações de Matisse, WaveTrain e MixTrain, o MKS oferece uma solução totalmente em estado sólido para comprimentos de onda que variam de 206 nm a 4,2 µm.

Aplicações recomendadas para lasers MKS

 
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