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Low-power microstructured atomic oven for alkaline-earth-like elements

Pick, Julian und Voß, Julia und Löwinger, Florian und Henker, Eric und Hirt, Simon und Kruse, Jens und Hannig, Stephan und Leopold, Tobias und Schwarz, Roman und Klempt, Carsten (2025) Low-power microstructured atomic oven for alkaline-earth-like elements. Quantum Optics XI, 2025-09-01 - 2025-09-05, Krakau, Polen. (nicht veröffentlicht)

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
1MB

Kurzfassung

Alkaline-earth-like elements are of growing interest for their potential in state-of-the-art quantum sensors, most notably optical clocks. Optical lattice clocks (OLCs) based on ytterbium and strontium have achieved remarkable technological adavancement in recent years, reaching fractional frequency uncertainties in the low 10^-18 range. Although transportable systems have been developed that aim for field deployment and even space applications, they still face challenges in meeting the demanding size, weight and power consumption constraints essential for space operation. A significant fraction of an OLC’s overall power consumption stems from the atom source, typically an effusive oven that requires heating to temperatures up to 400 - 500 °C. Progress towards the reduction of the power consumption has been made with a chip-size atomic oven based on silicon. Here, we present a chip-size monolithic atomic oven based on microstructured fused silica, which leverages the very low thermal conductance of fused silica to even further reduce the required heating power. The oven has been manufactured with LIDE (laser induced deep etching). It has a central reservoir that is held by four mounting springs and is heated directly. A laser-structured electrical circuit, in the shape of a Fermat’s spiral, on the back side of the chip allows for electrical heating, as well as heating by optical absorption of light. We characterized the oven by loading an ytterbium magneto-optical trap (MOT) and measuring the MOT loading rate. The MOT is generated by a monolithic pyramid reflector, which requires only a single incident laser beam. The oven is placed directly at the outside of the reflector, minimizing its distance to the trap center. We demonstrate MOT loading rates above 10^8 atoms/s for heating powers below 250 mW. We further demonstrate that the oven can provide a stable flux of atoms when heated electrically, and that trapping and cooling on the narrow triplet transition is possible in this compact setup. Our oven thus constitutes a promising candidate to serve as an atom source for a future highly compact transportable OLC.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/216824/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Low-power microstructured atomic oven for alkaline-earth-like elements
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pick, JulianJulian.Pick (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0001-9805-2006NICHT SPEZIFIZIERT
Voß, JuliaLPKF Laser & Electronics SENICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Löwinger, FlorianVACOM Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Henker, EricVACOM Vakuum Komponenten & Messtechnik GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hirt, SimonLPKF Laser & Electronics SENICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kruse, Jensjens.kruse (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hannig, StephanPhysikalisch-Technische BundesanstaltNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Leopold, TobiasTobias.Leopold (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schwarz, RomanRoman.Schwarz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5841-5597NICHT SPEZIFIZIERT
Klempt, Carstencarsten.klempt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2402-3162NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:nicht veröffentlicht
Stichwörter:Optical lattice clock, atomic oven, magneto-optical trap
Veranstaltungstitel:Quantum Optics XI
Veranstaltungsort:Krakau, Polen
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:1 September 2025
Veranstaltungsende:5 September 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Innovative Quantum Technology for Space Applications
Standort: Hannover
Institute & Einrichtungen:Institut für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik > Optische Frequenzmessung
Hinterlegt von: Pick, Julian
Hinterlegt am:26 Sep 2025 13:31
Letzte Änderung:26 Sep 2025 13:31

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