We propose a new light source based on having alkaline-earth atoms in an optical lattice collectively emit photons on an ultranarrow clock transition into the mode of a high $Q$ resonator. The resultant optical radiation has an extremely narrow linewidth in the mHz range, even smaller than that of the clock transition itself due to collective effects. A power level of order ${10}^{\ensuremath{-}12}\text{ }\text{ }\mathrm{W}$ is possible, sufficient for phase locking a slave optical local oscillator. Realizing this light source has the potential to improve the stability of the best clocks by 2 orders of magnitude.

We demonstrate a scalable, integrated photonics infrastructure for optical atomic clocks. We laser cool and trap 4 × 10 5 87 Sr atoms in a magneto-optical trap, using metasurface optics and a compact, single-chamber vacuum system.

We explore integrated nonlinear photonics with amorphous metal-oxide mixtures of titania and tantala (TiO 2 -Ta 2 O 5 ). Our experiments demonstrate that designing titania-tantala material composition leads to increased microresonator quality factor and improved photonics layer properties.

We report the generation of high harmonics in an anti-resonant hollow-core fiber driven by an ultrastable ~0.3% RMS, kHz laser at 3 µm wavelength. This geometry enables lower-loss guiding of mid-IR lasers.

We explore silicon-dioxide cladding deposition of nonlinear nanophotonic devices, which are designed to generate soliton microcombs. We demonstrate ultralow-loss claddings that faciliate complex nonlinear phenomena, packaged device prototypes, and heterogeneous integration.

We demonstrate microresonators with sub-wavelength, periodic patterns for high output power optical-parametric oscillation. Precise control of phase-matching using the nanopattern enables output power exceeding 70 mW and side-mode suppression greater than 50 dB.

We present 3D-integrated thin-film lithium niobate and tantala on a common silicon wafer for diverse, high-performance nonlinear optics. We demonstrate χ (2) second-harmonic generation in periodically poled waveguides and χ (3) soliton microcomb formation in high-Q tantala microresonators.