10^-16レベルのレーザー安定化で光原子時計を安定化する

原子時計の優れた精度は、その安定性に由来する。マイクロ波ではなく光の周波数に基づく原子時計は、動作周波数に対応する高い安定性を実現できる可能性があるため、魅力的である。それにもかかわらず、光時計は、主として原子共鳴の励起に用いられるレーザーに限界があるため、この非常に大きな可能性をまだ発揮できていない。この問題に取り組むため、我々は、2 × 10⁻¹⁶というわずかな周波数不安定性を示す熱雑音レベルの低い共振器安定化レーザーシステムを実証している。我々は、イッテルビウム光格子時計の安定光源としてこのレーザーを使用し、518 THzの時計遷移で1 Hzという非常に狭い線幅を分解している。この安定なレーザー光源と、イッテルビウム光時計によって実現された信号対雑音比を利用して、時計の主要な安定性限界を劇的に低減し、5 × 10⁻¹⁶/√τの時計不安定性に一致する測定結果を得ている。