Lasers hélium-néon stabilisés en fréquence. Applications

Nous décrivons des lasers hélium-néon stabilisés en fréquence sur des raies d'absorption saturée moléculaires dans le domaine infrarouge (méthane ; λ = 3,39 μm) et dans le domaine visible (iode ; λ = 0,633 μm ; λ = 0,612 μm). Leur stabilité de fréquence et leur reproductibilité sont étudiées. Ces lasers simples et fiables constituent d'excellents étalons de fréquence et de longueur d'onde optiques. Indépendamment de leur emploi en interférométrie et en métrologie des fréquences optiques, la précision qu'ils permettent, d'obtenir ouvre de nouvelles possibilités dans le contrôle de la stabilité à long terme des lasers accordables et dans l'instrumentation développée actuellement pour la mesure absolue de leur longueur d'onde d'émission (sigmamètres et lambda-mètres)

Lasers hélium-néon stabilisés en fréquence. Applications

We describe He-Ne lasers frequency stabilized by saturated absorption in methane (λ = 3.39 μm) and in iodine (λ = 0.633 μm ; λ = 0.612 μm). Their frequency stability and reproducibility are studied. Such devices are useful as frequency and length standards. They may also be used to improve the frequency stability of CW dye lasers and to calibrate wavelength measuring systems such as sigmameters or lambdameters.Nous décrivons des lasers hélium-néon stabilisés en fréquence sur des raies d'absorption saturée moléculaires dans le domaine infrarouge (méthane ; λ = 3,39 μm) et dans le domaine visible (iode ; λ = 0,633 μm ; λ = 0,612 μm). Leur stabilité de fréquence et leur reproductibilité sont étudiées. Ces lasers simples et fiables constituent d'excellents étalons de fréquence et de longueur d'onde optiques. Indépendamment de leur emploi en interférométrie et en métrologie des fréquences optiques, la précision qu'ils permettent, d'obtenir ouvre de nouvelles possibilités dans le contrôle de la stabilité à long terme des lasers accordables et dans l'instrumentation développée actuellement pour la mesure absolue de leur longueur d'onde d'émission (sigmamètres et lambda-mètres)

The frequency control of laser diodes

It is shown that spectral characteristics of laser diodes are rather poor and that frequency control methods are needed to be able to use laser diodes in numerous applications. We describe precisely the problems encountered with laser diodes and attempt to explain their origin. Various means used to control laser diodes frequency are then reviewed ; each of them can be used in order to obtain a better control on a particular feature needed for a given application. However, we put an emphasis on the Extended-Cavity laser solution which is shown to solve satisfactorily each problem. Another challenge consists in obtaining a good frequency control with high power laser diodes. We also describe the state of the art for this purpose and discuss the experiments already made

A frequency stabilized CW dye laser for spectroscopic and metrological applications

A cw dye laser for spectroscopic and metrological applications has been constructed. A high stability is obtained through the use of several servo loops. The observed relative linewidth is 5 parts in 1010 (250 kHz FWHM) whereas the long term frequency stability reaches 1.5 parts in 1012 for observation times longer than 100 s. Amplitude stability is better than one part in 104. As an application, the hyperfine structure of two iodine lines has been studied by saturated absorption spectroscopy and the variation of the linewidth of the hyperfine components with iodine pressure has been determined.Nous avons construit un laser à colorant continu en vue d'applications spectroscopiques et métrologiques. L'emploi de plusieurs boucles d'asservissement permet d'obtenir une stabilité élevée. La largeur de raie observée est de 5 x 10-10 (250 kHz), tandis que la stabilité de fréquence à long terme atteint 1,5 x 10-12 pour des temps d'observation supérieurs à 100 s. La stabilité d'amplitude est meilleure que 10-4. A titre d'application, nous avons étudié par absorption saturée la structure hyperfine de deux raies de l'iode et déterminé l'élargissement des composantes hyper-fines avec la pression d'iode

The frequency control of laser diodes

I)On the bottom of page 1576 and on the top of page 1577, instead of reading the sentences: "Some appropriate rotation points have been demonstrated experimentally, (R$_1$ (96] or R$_2$ [99] however, we have recently determined rigorously the optimal rotation axis position which should be located on the straight line (R$_1$ R$_2$) to suppress mode hopping to the first order, the best point being R$_4$ which can provide a theoretical tuning range broader than 30 nm free of mode hops around 1.5 $\mu$m [100]." replace them by: "Some appropiate rotation points have been demonstrated experimentally, R$_1$ (96] or R$_2$ [99]. We have recently calculated that the best rotation point is effectively R$_2$. This point can provide a theoretical tuning range broader than 30 nm free of mode hops around 1.5 $\mu$ [100]." II) On the bottom of page 1576, the previous figure 16 and its caption have to be replaced by the following one: Fig. 16. Particular rotation axes: R$_1$, suggested in [96]; R2, suggested in [99]; R2 found with our model in [100]

Laser diode optically pumped caesium beam

This paper presents a theoretical analysis of a possible scheme to realize a strong population difference between the two ground state sub-levels F = 4, MF = 0, and F = 3, MF = 0 of caesium atom. Two laser-diode light beams, π polarized, are used to illuminate at right angle an atomic beam. The efficiency of the population difference build up is evaluated for two limiting cases according to the light spectral distribution : the monochromatic and broadband excitations. This analysis takes into account hyperfine and Zeeman structures of the energy levels. Numerical calculations show that the monochromatic excitation leads to steady state population difference close to the value obtained with a single pumping laser; however all the atoms can be brought in the upper level if the two laser lights are considered broadband and uncorrelated Guidelines are derived to obtain an efficient optically pumped caesium beam frequency standard.Nous présentons ici l'analyse théorique d'un schéma possible de pompage optique permettant de réaliser une différence de population entre les sous-niveaux F = 4, MF = 0 et F = 3, MF = 0 de l'état fondamental de l'atome de césium. Dans ce schéma, deux diodes laser éclairent en lumiere π et à angle droit un jet de césium. La différence de population obtenue est calculée dans deux cas limites : excitation monochromatique et excitation large bande. Le calcul tient compte des structures hyperfines et Zeeman des niveaux d'énergie. L'excitation monochromatique conduit à une différence de population stationnaire limite, proche de celle obtenue avec un seul laser. Par contre, si les lasers sont « large bande » et non corrélés, tous les atomes peuvent être portés dans le sous-niveau supérieur. En conclusion, les conditions expérimentales de fonctionnement d'un 6talon de fréquence à jet de césium pompé optiquement sont précisées

Description and accuracy tests of an improved lambdameter

An interferometric wavemeter with digital display is described. Fringes of an unknown and a reference wavelength are simultaneously generated through the motion of a moving double comer cube reflector in a Michelson-type interferometer. An electronic device compares the two wavelengths to within one hundredth of a fringe and numerically displays the result. Most of the systematic errors are eliminated by the total superposition of the optical paths of the reference and the measured beams, ensuring a high potential accuracy. As an illustration, we have remeasured with this device the wavelength of the λ = 612 nm radiation generated by a He-Ne laser stabilized on a saturated absorption peak of iodine. The results exhibit a statistical dispersion of ± 6 x 10-9 about a mean value which agrees to within 1.6 x 10 -9 with the more exact result obtained at BIPM.Nous décrivons un ondemètre interférométrique à lecture numérique. Il s'agit d'un interféromètre de type Michelson dans lequel la translation d'un réflecteur mobile (double coin de cube) engendre simultanément deux systèmes de franges sur les voies référence (longueur d'onde étalon) et mesure (longueur d'onde inconnue). Un dispositif électronique compare les deux longueurs d'onde au centième de frange et affiche numériquement le résultat. La plupart des erreurs systématiques sont éliminées grâce à la superposition totale des chemins optiques sur les deux voies, assurant ainsi une exactitude potentielle élevée. A titre d'exemple, nous avons remesuré avec ce dispositif la longueur d'onde de la raie λ = 612 nm émise par un laser à hélium néon asservi à un pic d'absorption saturée de l'iode. Les résultats présentent une dispersion statistique de ± 6 x 10-9 autour d'une valeur moyenne qui s'accorde à 1,6 x 10-9 près avec celle, plus exacte, obtenue au BIPM