Laser cooling 용 다이오드 레이저의 안정화

세슘원자에 대한 레이저 쿨링용 광원으로 사용하기 위해 다이오드 레이저의 서폭을 축소하고 발진 주파수 및 출력을 동시에 안정화 시키는 연구를 수행하였다. 자유발진 상태에서 약 30 MHz 이고, 출력이 10mW인 다이오드 레이저에 유이창으로 Q 갑이 낮은 외부 공진기를 구성함으로써 발진선폭을 약 5MHz로 줄일수 있었다. 그리고 세슘원자의 포화흡수 스펙트럽의 교차공진 흡수선에 레이저 주파수를 안정시키기 위해 주입전류를 10kHz 로 변조하고, lock-in amp 의 출력단에서 나오는 주파수 오차신호를 전류공급장치와 유리창이 부착된 PZT로 동시에 피드백시켰다. 또한 오차신호를 레이저 다이오드의 온도 조절장치로 피드백 시킴으로써 주파수와 동시에 레이저 출력을 안정화시킬 수 있었다. 이 때의 출력의 변동폭은 약 0.03% 로서 온도로 피드백 시키지 않는 경우에 비해 약 260배 안정된 결과를 얻었다. 그리고 컴퓨터를 이용해서 흡수선의 peak 값을 매 10초마다 검색하고 이 값이 최대가 되도록 PZT 전압을 조절함으로써 레이저 주파수를 세슘원자의 흡수선의 봉우리에 1주일 이상 안정화시킬 수 있었다. 주파수 안정도 측정을 위해 Zeeman 이동된 포화흡수 스펙트로미터를 구성하였으며, 측정된 주파수 안정도 (Allan 분산의 제곱근)는 적분시간 1초 일 때 1.2x10-10 이었다.