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Multifunctional Cavity Mirrors for Next-Generation Ultra-Stable Lasers

Description du projet

Des cavités laser compactes, multi-longueurs d’onde et ultra-stables

Les cavités optiques (laser), également appelées résonateurs optiques, sont des composants essentiels de presque tous les lasers. Les miroirs forment une «cavité» dans laquelle la lumière maintenue en oscillation est utilisée comme source de faisceau. Les cavités laser ultra-stables (USLC pour «ultra-stable laser cavities») ont des fréquences de lumière laser très stables et sont de plus en plus courantes dans les laboratoires de physique atomique et moléculaire. Le développement d’USLC compactes et à longueurs d’onde multiples aurait un impact significatif sur les applications de haute précision, notamment la détection quantique, la spectroscopie, la métrologie et l’informatique quantique. Le projet MightyMirrors, financé par le CER, entend y parvenir en incorporant des méta-dispositifs à faible bruit à des circuits intégrés photoniques multicouches afin de produire des miroirs à cavité multifonctionnels. Ils seront intégrés dans des géométries de résonateurs complexes. Son cadre de modélisation théorique et ses matériaux à indice de réfraction élevé soutiendront cet effort.

Objectif

Ultra-stable laser cavities (USLCs) lie at the heart of humankind’s most precise measurement instruments. Developing compact, multi-wavelength, USLCs will greatly benefit applications such as quantum sensing, spectroscopy, metrology, and quantum computing.
In this research program, I propose to explore novel versatile cavity mirrors by integrating low-noise meta-devices with multi-layer photonic integrated circuits into complex laser resonator geometries. I envisage a fully integrated USLC by incorporating all necessary sensors, modulators, and input-output optics within the mirror substrate. Innovative laser resonator topologies will allow for pushing the stability limits into new regimes and gaining access to novel application fields of optical cavities.
We have recently demonstrated an optical cavity incorporating an ultra-low-noise meta-mirror with an unprecedented cavity finesse of >11,500. These developments are possible thanks to our theoretical framework to model thermal noise processes in arbitrary optical systems. High-refractive index materials, like silicon, diamond, silicon nitride, and aluminum oxide, are ideal for realizing low-noise meta-devices and integrated photonic circuits.
The enormous conceptual and technological challenges lie in simultaneously controlling many properties (optical, optomechanical, thermal) in complex photonic configurations incorporating different materials and addressing various temperature ranges and multiple wavelengths within a single miniaturized cavity.
Through its research program, the MightyMirror project will enable a symbiosis of integrated photonics and free-space cavities, opening many new possibilities with a large impact on fundamental and applied science as well as on society.

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2024-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

TECHNISCHE UNIVERSITAET BRAUNSCHWEIG
Contribution nette de l'UE
€ 1 972 500,00
Adresse
UNIVERSITAETSPLATZ 2
38106 Braunschweig
Allemagne
Région
Niedersachsen Braunschweig Braunschweig, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 972 500,00

Bénéficiaires (1)