Observation of dispersion-like signal based on velocity-selsctive saturated absorption spectroscopy and frequency stabilization of diode laser

속도선택 포화흡수분광을 이용한 분산형 신호의 관측 및 반도체 레이저의 주파수안정화

We observed a velocity-selective saturated absorption spectrum when the pump beam intersects the probe beam at a finite angle with a saturated absorption spectroscopic configuration in the cesium vapor cell. And we also observed a dispersion-like signal by measuring the difference between two velocity-selective absorption spectra produced by two parallel probe beams intersected by one pump beam. The dispersion-like signal was changed with the crossing angle and the crossing position of the pump and probe beams and compared with the calculated result. The dispersion-like signal was used as a frequency discriminator, and the laser could be frequency-stabilized without any frequency modulation. As a result, the square root of Allan variance was $\sigma_y(\tau=1s)=7$\times10^{-12}$, for the sampling time of 1 s.of 1 s.

세슘 $D_1$전이선에 해당하는 파장 894 nm의 레이저시스템을 제작하여 포화흡수광 실험을 하였다. 포화흡수증기셀 내에서 조사광을 펌프광에 대해 일정한 각도로 교차시켜서 속도선택적인 포화흡수분광신호를 관찰하였다. 이신호는 펌프광과 조사광의 교차하는 각도와 위치에 따라 변했다. 이때 두 개의 조사광에 의해 만들어진 속도선택 포화흡수분광신호들의 차이를 측정함으로써 분산모양의 주파수 분별신호를 만들 수 있었다. 이를 이용하여 주파수 변조없이 반도체 레이저의 주파수를 안정화할수 있었다. 그 결과 주파수 안정도$\sigma_y(\tau=1s)=7$\times10^{-12}$, $\sigma_f(\tau=1s)=2.4kHz$ 이었다.