Investigación

Laser frequency stabilization using fm optical pumping spectroscopy

E. de Carlos López and J.M. López Romero

División de Tiempo y Frecuencia, Centro Nacional de Metrología, Km. 4.5 Carretera a los Cués, el Marqués Qro., C.P. 76241, México, e–mail: edlopez@cenam.mx.

Recibido el 6 de noviembre de 2007
Aceptado el 15 de abril de 2008

Abstract

We show a novel method for laser stabilization using FM optical pumping spectroscopy with counter–propagating beams. This method uses a variation of FM saturation spectroscopy, where the saturation and probe beam are replaced by two laser beams with different frequencies. In this scheme, the probe beam is produced by a laser stabilized with FM saturation spectroscopy, whereas the saturation beam (pumping beam) is generated by a second laser, without any modulation. The spectra thus obtained lack the crossover lines and Doppler well that are characteristic of conventional saturation spectroscopy. We show the results in frequency stabilization of a laser diode using this technique and ¹³³Cs, finding relative stability values of the same order of magnitude as other traditional stabilization techniques.

Keywords: Saturation spectroscopy; optical pumping; semiconductor laser stabilization.

Resumen

Se presenta un método novedoso para la estabilización de un láser empleando espectroscopia de bombeo óptico de FM con haces en contrapropagación. Este método emplea una variación de la espectroscopia de saturación, en donde el haz de prueba así como el haz de saturación son sustituidos por haces provenientes de dos láseres que emiten a distintas frecuencias. En este esquema, el haz de prueba es originado por un láser estabilizado por el método de espectroscopia de saturación de FM, mientras que el haz de saturación (de bombeo) proviene de un segundo láser, el cual se encuentra libre de modulación. Los espectros obtenidos de esta manera carecen de resonancias ficticias (crossover lines), así como de pozo Doppler, que son característicos de la espectroscopia de saturación convencional. Se muestran los resultados obtenidos en la estabilización en frecuencia de un diodo láser usando esta técnica en vapor de ¹³³Cs, encontrándose valores de estabilidad comparables a otras técnicas de estabilización tradicionales.

Descriptores: Espectroscopia de saturación; bombeo óptico; estabilización de láseres semiconductores.

PACS: 32.30.Bv; 32.80.Bx; 32.70.Jz; 42.55.Px

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Acknowledgements

Authors wish to acknowledge the support of the Centro Nacional de Metrología, CENAM, in carrying out this work.

1. 13a Conferencia General de Pesas y Medidas, 1967.        [ Links ]

2. W.M. Itano and N.F. Ramsey, Scientific American 12 (1993) 56.        [ Links ]

3. J.M. López, I. Domínguez, S. López, E. de Carlos, and H. Ramírez, Sup. y Vac. 13 (2001) 97.        [ Links ]

4. H. Metcalf, J. Opt. Soc. Am. B 6 (1989) 2206.        [ Links ]

5. T.W. Hänsch, M.D. Levenson, and A.L. Schawlow, Phys. Rev. Lett. 26 (1971) 946.        [ Links ]

6. E. de Carlos, J.M. López, Rev. Mex. Fís. 50 (2004) 569.         [ Links ]

7. S.J. Park, J. Korean Phys. Soc. 33 (1998) 281.        [ Links ]

8. A. Banerjee, V. Natarajan, Opt. Lett. 28 (2003) 1912.        [ Links ]

9. D.A. Steck, Cesium D Line Data (URL: http://george.ph.utexas.edu/~dsteck/alkalidata).        [ Links ]

10. E. de Carlos López, PhD Thesis (Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma del Estado de Morelos 2007).        [ Links ]