Оптический стандарт частоты на одиночном ионе иттербия

С. В. Чепуров, Н. А. Павлов, А. А. Луговой, С. Н. Багаев, А. В. Тайченачев

ИЛФ СО РАН, г. Новосибирск, Россия

В работе представлены текущие результаты исследований по созданию оптического стандарта частоты на основе квадрупольного перехода одиночного иона иттербия-171.

Захват и удержание иона осуществляется с помощью миниатюрной радиочастотной ловушки с торцевыми электродами. Лазерное охлаждение иона и детектирование его состояния реализуется на квазициклическом дипольном переходе с длиной волны 370 нм [1]. Для возбуждения квадрупольного перехода используется узкополосный зондирующий лазер (436 нм). Подготовка и опрос энергетических состояний иона производится с помощью специально подобранной последовательности лазерных импульсов. Детектированный спектр возбуждения квадрупольного перехода состоит из нескольких резонансов, которые содержат информацию о состоянии иона, его движении в ловушке и взаимодействии с окружающей средой. Спектральная ширина зарегистрированного резонанса на центральной частоте перехода составляет 30 Гц [2].

Осуществлена одновременная стабилизация частоты зондирующего лазера по резонансу опорного эталона Фабри-Перо и частоте центрального резонанса квадрупольного перехода иона иттербия.

Для характеризации частотных свойств ¹⁷¹Yb⁺ стандарта была измерена нестабильность частоты сигнала биений частоты зондирующего лазера на длине волны 871 нм и компоненты спектра фемтосекундного генератора, стабилизированного по частоте YbYAG/I₂ стандарта. Измеренное значение параметра Аллана для сигнала биений составляет ~ 3×10^-15 при времени интегрирования 10³ с.

В соответствии с оценкой, проведенной на основе экспериментально полученных спектральных характеристик зондирующего лазера и оптического репера, суточная нестабильность ¹⁷¹Yb⁺ стандарта составляет порядка 10^-17.

Литература

1. Chepurov S. V., Lugovoy A. A., Kuznetsov S. N. Laser system for Doppler cooling of ytterbium ion in an optical frequency standard // Quantum Electronics. 2014. Vol. 44, no. 6. P. 527.
2. Chepurov S. V., Lugovoy A. A., Prudnikov O. N., et al. Spectroscopy of the quadrupole clock transition of ytterbium-171 ions for optical frequency standard development // Quantum Electronics. 2019. Vol. 49, no. 5. P. 412.