光物理学：連続波狭線幅真空紫外レーザー光源

トリウム229（²²⁹Th）の148.4 nm付近での並外れてエネルギーの低い核異性体遷移は、コヒーレントな原子核制御と原子核時計の実現に向けて他に類を見ない機会を提供する。最近の進展、特に透明結晶への²²⁹Th核の大規模集合の組み込みやパルス真空紫外（VUV）レーザーの開発によって、この遷移のレーザー分光が初めて可能になった。しかし、高強度で狭線幅のVUVレーザーがないため、コヒーレントな原子核の操作が阻まれてきた。今回我々は、カドミウム蒸気中での四波混合（FWM）によって生成される148.4 nmの連続波（CW）レーザーを提示・報告する。この光源は、100 Hzを大幅に下回る予測線幅で100 nWを上回る出力を供給し、広帯域の波長可変性を支持する。これは、190 nm以下の従来のあらゆる単一周波数レーザーと比較して、線幅で5桁の向上である。我々は、FWMに誘起される位相雑音に厳密な上限を課す、空間分解されたホモダイン技術を開発し、これによりサブヘルツVUV線幅の実現可能性を支えた。本研究は、²²⁹Thを用いる原子核時計の実現に向けた中心課題への取り組みであり、量子情報科学、物性物理学、高分解能VUV分光法にまたがる潜在的応用のための、広く調整可能な超狭線幅レーザープラットフォームを確立している。

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