Ultra-Narrow Laser for Optical Frequency Reference

• Authors: D. Lisak , A. Cygan , K. Bielska , M. Piwiński , F. Ozimek , T. Ido , R. Trawiński , R. Ciuryło
• Languages of publication: EN

Abstracts

EN

We present ultra-narrow line width, tunable diode laser system which will be used as a local oscillator in an optical atomic clock and for precision spectroscopy of Sr near 689 nm. Design of the high finesse optical cavity used as short-term frequency reference is optimized with respect to insensitivity to vibrations. We achieved laser line width of about 8 Hz, measured by comparison of two identical systems. The relative phase lock of two lasers is better than 150 mHz. Laser tunability and usefulness for precison spectroscopy were demonstrated through line shape measurement of a 20 kHz wide resonance of the optical cavity.

Keywords

EN

42.60.By; 42.62.Eh

Discipline

• 42.60.By: Design of specific laser systems
• 42.62.Eh: Metrological applications; optical frequency synthesizers for precision spectroscopy(see also 06.20.-f Metrology in metrology, measurements, and laboratory procedures)

• Publisher: Institute of Physics, Polish Academy of Sciences
• Journal: Acta Physica Polonica A
• Year: 2012
• Volume: 121
• Issue: 3
• Pages: 614-621

Dates

published

2012-03

received

2011-12-21

Contributors

author

D. Lisak

• Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Grudziądzka 5/7, 87-100 Toruń, Poland

author

A. Cygan

• Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Grudziądzka 5/7, 87-100 Toruń, Poland

author

K. Bielska

• Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Grudziądzka 5/7, 87-100 Toruń, Poland

author

M. Piwiński

• Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Grudziądzka 5/7, 87-100 Toruń, Poland

author

F. Ozimek

• Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski, Hoża 69, 00-681 Warszawa, Poland

author

T. Ido

• National Institute of Information and Communications Technology, Koganei, Tokyo 184-8795, Japan

author

R. Trawiński

• Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Grudziądzka 5/7, 87-100 Toruń, Poland

author

R. Ciuryło

• Instytut Fizyki, Uniwersytet Mikołaja Kopernika, Grudziądzka 5/7, 87-100 Toruń, Poland

References

• 1. C. Salomon, D. Hils, J.L. Hall, J. Opt. Soc. Am. B 5, 1576 (1988)
• 2. B.C. Young, F.C. Cruz, W.M. Itano, J.C. Bergquist, Phys. Rev. Lett. 82, 3799 (1999)
• 3. T. Nazarova, F. Riehle, U. Sterr, Appl. Phys. B 83, 531 (2006)
• 4. L. Chen, J.L. Hall, J. Ye, Phys. Rev. A 74, 053801 (2006)
• 5. S.A. Webster, M. Oxborrow, P. Gill, Phys. Rev. A 75, 011801(R) (2007)
• 6. J. Millo, D.V. Magalhães, C. Mandache, Y. Le Coq, E.M.L. English, P.G. Westergaard, J. Lodewyck, S. Bize, P. Lemonde, G. Santarelli, Phys. Rev. A 79, 053829 (2009)
• 7. M. Notcutt, L.-S. Ma, J. Ye, J.L. Hall, Opt. Lett. 30, 1815 (2005)
• 8. H. Stoehr, F. Mensing, J. Helmcke, U. Sterr, Opt. Lett. 31, 736 (2006)
• 9. A.D. Ludlow, X. Huang, M. Notcutt, T. Zanon-Willette, S.M. Foreman, M.M. Boyd, S. Blatt, J. Ye, Opt. Lett. 32, 641 (2007)
• 10. P. Dubé, A.A. Madej, J.E. Bernard, L. Marmet, A.D. Shiner, Appl. Phys. B 95, 43 (2009)
• 11. T. Ido, H. Katori, Phys. Rev. Lett. 91, 053001 (2003)
• 12. T. Ido, T.H. Loftus, M.M. Boyd, A.D. Ludlow, K.W. Holman, J. Ye, Phys. Rev. Lett. 94, 153001 (2005)
• 13. T. Zelevinsky, M.M. Boyd, A.D. Ludlow, T. Ido, J. Ye, R. Ciuryło, P. Naidon, P.S. Julienne, Phys. Rev. Lett. 96, 203201 (2006)
• 14. Y.N. Martinez de Escobar, P.G.Mickelson, P. Pellegrini, S.B. Nagel, A. Traverso, M. Yan, R. Côté, T.C. Killian, Phys. Rev. A 78, 062708 (2008)
• 15. S.A. Diddams, J.C. Bergquist, S.R. Jefferts, C.W. Oates, Science 306, 1318 (2004)
• 16. M.M. Boyd, A.D. Ludlow, S. Blatt, S.M. Foreman, T. Ido, T. Zelevinsky, J. Ye, Phys. Rev. Lett. 98, 083002 (2007)
• 17. T. Rosenband, D.B. Hume, P.O. Schmidt, C.W. Chou, A. Brusch, L. Lorini, W.H. Oskay, R.E. Drullinger, T.M. Fortier, J.E. Stalnaker, S.A. Diddams, W.C. Swann, N.R. Newbury, W.M. Itano, D.J. Wineland, J.C. Bergquist, Science 319, 1808 (2008)
• 18. A.D. Ludlow, T. Zelevinsky, G.K. Campbell, S. Blatt, M.M. Boyd, M.H.G. de Miranda, M.J. Martin, J.W. Thomsen, S.M. Foreman, Jun Ye, T.M. Fortier, J.E. Stalnaker, S.A. Diddams, Y. Le Coq, Z.W. Barber, N. Poli, N.D. Lemke, K.M. Beck, C.W. Oates, Science 319, 1805 (2008)
• 19. T. Akatsuka, M. Takamoto, H. Katori, Nature Phys. 4, 954 (2008)
• 20. J. Lodewyck, P. Westergaard, A. Lecallier, L. Lorini, P. Lemonde, New J. Phys. 12, 065026 (2010)
• 21. A. Cygan, D. Lisak, P. Masłowski, K. Bielska, S. Wójtewicz, J. Domysławska, R.S. Trawiński, R. Ciuryło, H. Abe, J.T. Hodges, Rev. Sci. Instrum. 82, 063107 (2011)
• 22. S. Wójtewicz, D. Lisak, A. Cygan, J. Domysławska, R.S. Trawiński, R. Ciuryło, Phys. Rev. A 84, 032511 (2011)
• 23. H.B. Callen, R.F. Greene, Phys. Rev. 86, 702 (1952)
• 24. K. Numata, A. Kemery, J. Kamp, Phys. Rev. Lett. 93, 250602 (2004)
• 25. M. Notcutt, L.-S. Ma, A.D. Ludlow, S.M. Foreman, J. Ye, J.L. Hall, Phys. Rev. A 74, 031804(R) (2006)
• 26. C. Rathmann, G. Mann, M. Nordberg, Appl. Opt. 7, 819 (1968)
• 27. A. Yamaguchi, M. Fujieda, M. Kumagai, H. Hachisu, S. Nagano, Y. Li, T. Ido, T. Takano, M. Takamoto, H. Katori, Appl. Phys. Expr. 4, 082203 (2011)
• 28. R.W.P. Drever, J.L. Hall, F.V. Kowalski, J. Hough, G.M. Ford, A.J. Munley, H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983)
• 29. E.D. Black, Am. J. Phys. 69, 79 (2000)
• 30. M. Prevedelli, T. Freegarde, T.W. Hansch, Appl. Phys. B 60, S241 (1995)
• 31. R.W. Fox, C.W. Oates, L.W. Hollberg, in: Cavity Enhanced Spectroscopies, Eds. R.D. van Zee, J.P. Looney, Academic Press, 2003, p. 32
• 32. N. Shiga, Y. Li, H. Ito, S. Nagano, T. Ido, K. Bielska, R. Trawiński, R. Ciuryło, Phys. Rev. A 80, 030501(R) (2009)
• 33. A. Cygan, D. Lisak, R.S. Trawiński, R. Ciuryło, Phys. Rev. A 82, 032515 (2010)
• 34. K.M.T. Yamada, A. Onae, F.-L. Hong, H. Inaba, T. Shimizu, C.R. Phys. 10, 907 (2009)
• 35. C. Lemarchand, M. Triki, B. Darquié, Ch.J. Bordé, C. Chardonnet, C. Daussy, New J. Phys. 13, 073028 (2011)
• 36. A. Castrillo, M.D. De Vizia, L. Moretti, G. Galzerano, P. Laporta, A. Merlone, L. Gianfrani, Phys. Rev. A 84, 032510 (2011)

Identifiers

DOI

10.12693/APhysPolA.121.614