シリコン単結晶光共振器を利用した線幅40 mHz未満のレーザー

高フィネス光共振器による最先端のレーザー周波数安定化は、基本的に熱雑音によって生じる共振器長のゆらぎによって制限される。今回我々は、この熱雑音限界を1桁低くする新しい設計と、この新しい共振器システムの実験的実現について報告し、平均化時間0.1～10 sにおいてこれまでで最も安定な発振器を実証している。共振器スペーサーとミラー基板はともに、単結晶シリコンで作られており、124 Kで動作する。この温度では、シリコンの熱膨張係数がゼロであり、機械的損失が小さい。共振器は、振動の影響を受けにくい構造で支持されている。この構造と、シリコン結晶の剛性の高さが合わさって、振動に関連する雑音が低減される。3つの独立した安定レーザーのヘテロダインビート信号を厳密に解析したところ、このシリコンシステムは短い時間スケールで1×10⁻¹⁶の分数周波数不安定性を示し、波長1.5 µmで40 mHz未満のレーザー線幅を維持している。