MCLS

量子コンピュータ、光時計向け超高安定クロックレーザーシステム

高い量子ビット忠実度のためのコヒレンス長
卓越した周波数安定性により、光時計の性能向上
限られたスペースに最適なT-RACK搭載ソリューションで、容易なシステム移動

トプティカ社のクロックレーザーシステムは、高フィネスULEキャビティへの周波数安定化により、線幅を1Hz以下に抑えたダイオードレーザーです。これらのシステムは、Yb、Srのような中性原子や、Yb+、Sr+、Ca+、Ba+のようなイオンの狭線幅原子時計遷移を駆動するために、1秒の積分時間をはるかに超える最高の周波数安定性をもたらします。CLSでご提供している波長は、TOPsellerの435nm（Yb+、CLSでは871nm + SHG）、578nm（中性Yb原子、CLSは1156 + SHG）、674nm（Sr+）、698nm（中性Sr原子）、729nm（Ca+）、1550nm（DFC Core +およびEr+）、1762nm（Ba+）など、最もポピュラーな種をカバーしています。その他波長は、ご要望に応じてカスタム対応いたします。

MCLSは、実験室環境以外の条件下でも卓越した周波数安定度を維持できるように設計されています。堅牢なデザイン、優れたパッシブシールド、アクティブな振動補正により、外部からの音響振動や地震振動にも強く、ハイエンドの温度安定化システムは、温度変動に対する最高の安定性を保証します。このような外部ノイズへの耐性により、MCLSは量子コンピューター、光時計、量子センサーの操作に最適な選択肢となります。

この堅牢なデザインは、CLSの優れた周波数安定度の測定時間を1秒よりはるかに拡張できる鍵でもあり、残留する非線形揺らぎを十分に抑制することで、量子シミュレータのダウンタイムを低減し、光時計の性能を向上させます。

トプティカ社 T-RACKにMCLSを組込むことによる性能に妥協はありません。電源供給およびケーブル管理まで細心のの配慮が行われた完全なソリューションを提供します。このソリューションはスペースが限られている場合に理想的で、システムを容易に移動することができます。

コンプリートシステムは、DLC proによってホストされPC GUI のTOPASよりアクセスできる単一のインターフェースで制御されます。このインターフェースは、レーザーの制御、モニタリング、ロッキングをカバーし、完全なリモート操作をサポートします。また、この単一のインターフェースは、便利なプログラミングSDKを介して、ユーザー様の実験系コントロールへの容易な統合を可能にします。

MCLSはテーブルトップ型ソリューションもご提供しています。 CLS コンプリートシステムは、DLC proがホストする単一のインターフェースで制御され、PC GUIのTOPASでアクセスできます。このインターフェースは、レーザーの制御、モニタリング、ロッっキングをカバーし、完全なリモート操作をサポートします。

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Specification

Linewidth at 1 s integration time		< 1 Hz
Fractional frequency stability*	Integration time	1 s	10 s	100 s
	Modified Allan deviation, linear drift removed	< 2 x 10^-15	< 2 x 10^-15	< 3 x 10^-15
Typical phase noise* at 729 nm (source laser with F option)	Offset frequency	10 Hz	10 kHz	1 MHz
	Phase noise power spectral density	-42 dBc/Hz	-90 dBc/Hz	-90 dBc/Hz
Typical linear drift rate (12 months after installation)		< 150 mHz/s
Loop bandwidth (depends on the source laser)		Up to 4.5 MHz
Free spectral range of high-finesse cavity		1.5 GHz
Height with / without eye bolts		≤ 2025 mm / 1970 mm
Lateral dimensions (W x D)		600 mm x 800 mm
Weight** (CLS-HFC pro)		≤ 270 kg
Power consumption*		215 W

*Configuration with standard CLS Add-Ons Package
**CLS Source Laser Package and CLS Add-Ons Package not included

Additional Information

Frequency stability in terms of modified Allan deviation after linear drift removal extracted via cross-correlation analysis of beat-notes with two reference lasers.

Frequency noise power spectral density normalised to the laser frequency extracted via cross-correlation analysis of beat-notes with two reference lasers.

[Translate to Japanese:] Phase noise power spectral density (PSD) of a CLS at 729 nm obtained by cross-correlation analyses of beat-notes with two reference lasers.

Frequency noise power spectral density normalised to laser frequency. Delayed self-heterodyne beat measurement showing the increase in the locking bandwidth when locking feedback is provided to the ECDL intra-cavity EOM (F option) compared to the diode current.

Frequency stability of the CLS with and without fiber noise cancellation (CLS FNC), extracted by measuring a beat of the system with a reference system via a frequency counter.

Frequency stability of the CLS with and without the optical power in front of the cavity stabilised, extracted by measuring a beat of the system with a reference system via a frequency counter.

Performance of the default CLS active seismic isolation and of the CLS Seismic+ option in terms of acceleration power spectral density.

Fractional frequency noise power spectral density of the CLS with and without seismic and acoustic isolation, extracted by measuring a beat of the system with a reference system via a frequency counter.

Block diagram of the CLS configuration with the standard CLS Add-Ons Package. For simplicity the control electronics is not shown in the diagram.
Options
- CLS FNC: All optical fibers in the system can be actively stabilized to ensure that phase noise introduced by the fibers does not degrade the CLS performance at the user output. At the same time, optical power fluctuations are actively stabilized.
- CLS Bridge: The output frequency can be flexibly tuned by frequency shifts of up to hundreds of MHz.
- CLS Seismic+: For critical environments, a real-time seismic sensor can be integrated for even improved isolation performance.
- CLS IR Camera: The optical cavity transmission is monitored via a camera to easily identify the geometry of the electro-magnetic mode oscillating in the cavity. Option for CLS wavelengths > 1000 nm. For wavelengths < 1000 nm, the camera is part of the CLS High-Finesse Cavity Package by default.