Synchronization of frequency comb spacing to an atomic clock

Abstract

Optisen alueen taajuuskampojen viimeaikainen kehitys on mullistanut optisten taajuusmittausten tekemisen: täyden optisen oktaavin kattavalla taajuuskammalla on mahdollista tehdä absoluuttisia optisen alueen taajuusmittauksia suoraan taajuuden primäärinormaaliin verrannollisesti. Taajuuskampa, joka luodaan moodilukitulla titaani-safiiri-femtosekuntilaserilla ja fotonikidekuidulla, koostuu sadoistatuhansista laserin toistotaajuuden välein sijoittuneista taajuuskomponenteista. Kamman jaotus ja sijainti origoon nähden voidaan synkronoida Cs-atomikelloon, mikä mahdollistaa mittausten tekemisen lähes atomikellon tarkkuudella.

Tämä diplomityö on osa tutkimusprojektia, jonka tavoitteena on optisen oktaavin ylittävän taajuuskamman rakentaminen. Diplomityössä on kehitetty vaihelukittuun silmukkaan perustuva elektroniikkajärjestelmä, jolla kamman jaotus synkronoidaan atomikelloon.

Järjestelmällä syntetisoidaan titaani-safiiri-laserin 1 GHz:n toistotaajuus atomikellon 10 MHz:n ulostulosignaalista 100 mHz:n resoluutiolla. Piirin silmukkasuodatin on toteutettu digitaalisesti, jotta pitkiä, jopa 1000 sekunnin mittaisia, aikavakioita pystytään saavuttamaan, mikä on välttämätöntä, jotta atomikellon kideoskillaattorin taajuuskohinaa ei tarpeettomasti siirrettäisi optisille taajuuksille.

Karakterisointimittaukset osoittavat, että kehitetty järjestelmä pystyy säilyttämään lukon yhtäjaksoisesti ilman systemaattisia virheitä. Järjestelmä lukittuu ilman oskillointitaipumusta ja sen askelvaste on tasainen. On oletettavaa, että kehitetyllä järjestelmällä kamman toistotaajuuden stabilointi pystytään toteuttamaan tyydyttävästi.