Ultra-stabile optische Systeme für mobile atomare Quantentechnologien – Publikation in Optics Express als Editor's Pick ausgewählt
Unsere aktuelle Publikation „Micro-integrated crossed-beam optical dipole trap system with long-term alignment stability for mobile atomic quantum technologies“ wurde in der aktuellen Ausgabe von Optics Express als Editor's Pick ausgezeichnet. Diese Arbeit von Marc Christ et al. zeigt einen bedeutenden Fortschritt in miniaturisierten und ultra-stabilen optischen Systemen für kompakte Quantentechnologien (QT).
Laut der Redaktion des Journals dienen „Editor's Picks dazu, Artikel mit exzellenter wissenschaftlicher Qualität hervorzuheben, die repräsentativ für die Arbeiten in einem spezifischen Forschungsfeld sind.“ Diese Auszeichnung unterstreicht unser Engagement, mobile atomare Quantentechnologien durch innovative, zuverlässige und miniaturisierte optische Systeme voranzutreiben.
In diesem Artikel stellen wir das μXODT vor – ein mikro-integriertes, gekreuztes optisches Dipol-Fallen-System, das für das Einfangen und Kühlen von Rubidium-Atomen entwickelt wurde (Abb. 1). Das fasergekoppelte Freistahlsystem arbeitet bei einer Wellenlänge von 1064 nm mit einer optischen Leistung von bis zu 2,5 W und erreicht eine präzise Überlagerung von zwei fokussierten Strahlen in einer gekreuzten Geometrie mit einem Kreuzungswinkel von 45 Grad. Das System zeigt eine außergewöhnliche Ausrichtungsgenauigkeit mit einem Positionsunterschied von weniger als 3,4 μm und einem Leistungsverhältnis von 0,998 zwischen den beiden Strahlen sowie einer bemerkenswerten Langzeitstabilität.
Das μXODT stellt mit einem Systemvolumen von nur 25 ml eine erhebliche Miniaturisierung dar – über zwei Größenordnungen kleiner als herkömmliche makroskopische Systeme. Es bietet eine hervorragende mechanische Robustheit und thermische Stabilität, arbeitet zuverlässig bei Temperaturen von bis zu 65 °C und nach Transporten zwischen Laboren. Das kleine Volumen und die hohe Temperaturstabilität ermöglichen eine einfache Integration in übergeordnete Quantensysteme.
In Kombination mit einer ⁸⁷Rb 3D magneto-optischen Falle (MOT) fängt das System erfolgreich Atome aus einer lasergekühlten atomaren Wolke ein und bietet Atomlebensdauern, die für ein breites Spektrum an QT-Anwendungen geeignet sind (Abb. 2). Das System hat über einen Zeitraum von zwei Jahren konsistente Leistung und hohe Stabilität ohne jegliche Degradation gezeigt.
Zukünftige Anwendungen umfassen die Erweiterung des Konzepts für die Manipulation von ultrakalten Atomen sowie mikrooptische Plattformen aus additiv gefertigten Keramiken, die eine erhöhte Funktionalisierung des Systems ermöglichen.
Diese Arbeit wird von der Deutschen Raumfahrtagentur (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags unter den Förderkennzeichen 50WM1949 (KACTUS-II), 50RK1978 (QCHIP), 50WM2070 (CAPTAIN-QT) und 50WM2347 (OPTIMO-III) unterstützt.
Publikationen
Marc Christ et al., „Micro-integrated crossed-beam optical dipole trap system with long-term alignment stability for mobile atomic quantum technologies,“ Opt. Express 32, 40806-40819 (2024), https://doi.org/10.1364/OE.534888
Marc Christ et al., „Additively Manufactured Ceramics for Compact Quantum Technologies,“ Advanced Quantum Technologies, 2400076 (2024), https://doi.org/10.1002/qute.202400076
