초록 ▼

(1)Zeeman shift spotaneous force optical trap (ZOT) 방법을 이용한 Rb 원자의 레이저 cooling에 사용될 780 nm 및 795 nm 반도체 레이저 시스템 - 레이저 다이오드 마운트, 전류 공급장치, 온도 안정화 장치 -2 set 를 제작하였고 그 특성을 살펴보았다. 제작된 전류공급장치에 의한 공급전류는 100 sec 동안 ±0.01 mA 이내를 유지하였고, 온도 안정화 장치에 의한 레이저 다이오드의 온도는 2000 sec 동안 ±50 uk 이내로 안정되었다. (2) 발진된 레이저는 공촛

(1)Zeeman shift spotaneous force optical trap (ZOT) 방법을 이용한 Rb 원자의 레이저 cooling에 사용될 780 nm 및 795 nm 반도체 레이저 시스템 - 레이저 다이오드 마운트, 전류 공급장치, 온도 안정화 장치 -2 set 를 제작하였고 그 특성을 살펴보았다. 제작된 전류공급장치에 의한 공급전류는 100 sec 동안 ±0.01 mA 이내를 유지하였고, 온도 안정화 장치에 의한 레이저 다이오드의 온도는 2000 sec 동안 ±50 uk 이내로 안정되었다. (2) 발진된 레이저는 공촛점 F-P (Fabry-perot) 공진기를 이용하여 공진광 궤환에 의하여 레이저의 선폭을 축소시켰다. 사용된 공촛점 F-P 공진기는 super invar로 되어있고 free spetral range 는 1.5 ㎓, Finesse는 75인 것을 직접 제작하여 사용하였다. (3) 선폭 축소된 반도체 레이저를 이용하여 포화분광법으로 루비듐 원자의 초미세 전이선을 관찰하였다. 관찰된 초미세 전이선과 이론적으로 계산한 그림과 비교해본 결과, 부호와 세기에 있어서 상이한 점이 많았다. 그러나, 이러한 상이점은 지장을 Mu-metal로 상쇄하였을때 제거 되었으며, 외부자기장에 의해 crossover resonance 만이 아니라 principal resonance 도 부호가 바뀜을 알수 있었다. 이러한 관측은 전에 보고된 적이 없었다. 이렇게 구해진 Rb에 대한 포화흡수 신호는 Laser cooling을 위한 반도체 레이저의 주파수 안정화에 이용될 기준신호로 쓰일 수 있을 것이다. (4) 반도체 레이저를 이용하여 원자의 포획이나 냉각을 할 경우, 레이저의 주파수를 안정화 시킬 필요가 있다. 따라서, 마지막으로 본 연구에서는 다음 3가지 방법 - ① 레이저에 공급되는 전류 제어에 의한 주파 수 안정화 ② 공촛점 공진기에 의해 선폭 축소된 레이저의 주파수 안정화 ③ 위의 두 방법의 문제점들을 개선한 주파수 안정화 방법 - 으로 레이저의 주파수를 안정화 시키는 실험을 하였다. 그 결과, 반도체 레이저의 선폭을 5배 이상 축소하고 주파수를 0.2 ㎒ 이내로 안정화 시켰다. 이 레이저계는 원자의 냉각이나 포획에 충분히 이용될 수 있을 것으로 생각된다.

Abstract ▼

(1) Tow sets of the semiconductor laser system-laser diode mount, current supply, temperature controller-oscillating at 780 nm were constructed. The currents were maintained within ±0.01 ㎃ for 100 sec, and the temperature of laser diodes were maintained within 50 uk for 2,000 sec. (2) The laser line

(1) Tow sets of the semiconductor laser system-laser diode mount, current supply, temperature controller-oscillating at 780 nm were constructed. The currents were maintained within ±0.01 ㎃ for 100 sec, and the temperature of laser diodes were maintained within 50 uk for 2,000 sec. (2) The laser line-width was narrowed by the optical feedback method using the confocal Fabry-Perot cavity. The confocal Fabry-perot cavity was made of super invar, and have the free spectral range of 1.5 ㎓ and the finesse of 75. (3) Using this line-width narrowed diode laser, the hyperfine structures of rubidium atom were obserbed by the saturation absorption spectroscopy. The experimental results were compared with the theoretical results, and showed some discrepancies in their intensities and signs. These discrepancies were lifed when the geomagnetic field was shielded with the Mu-metal sheets It was found that not only the crossover resonance but also the principal resonance could change their sings under the influences of the external magnetic field. This has never been reported before. (4) To frequency-stabilize the diode lasers, three different methods -① through the control of current to the laser diode, ② frequency stabilization of the line-width narrowed laser, and ③ a new method which improved tow previous method -were tested. As a result, the diode- laser linewidth was narrowed further by a factor of 5, and the frequency was stabilized within 0.2 ㎒.

목차 Contents

• 1. 서론...11
• 2. 선폭축소 및 포화분광학...13
• 2.1 류비듐 원자의 구조 및 포화흡수분장...13
• 2.2 반도체 레이저의 특성과 선폭 축소...19
• 2.2.1 반도체 레이저의 특성...19
• 2.2.2 반도체 레이저의 선폭 축소...24
• 3. 레이저 시스템 제작...26
• 3.1 다이오드 레이저 마운트...26
• 3.2 전류 공급 장치와 battery chrger...26
• 3.3 온도안정화 장치...31
• 3.4 광 검출기 제작...35
• 3.5 공촛점 Febry-Perot 공진기 제작...35
• 3.6 광 위상 조절 거울 제작...46
• 3.7 Rb cell 제작...46
• 4. 고분해 분광 및 선폭 축소 실험...49
• 4.1 Rb 원자의 $D_2$-전이선과 $D_1$-전이선 관찰...49
• 4.2 공진광 궤환에 의한 선폭 축소 및 초미세 구조 관찰...51
• 5. 반도체 레이저 주파수 안정화...75
• 5.1 레이저에 공급되는 전류 제어에 의한 주파수안정화...75
• 5.2 공촛점공진기에 의해 선폭축소된 레이저의 주파수 안정화...77
• 5.3 개선된 주파수안정...82
• 5.4 주파수안정도 평가...82
• 5.5 안정화 결과 및 논의...82
• 6. 결론 및 앞으로의 과제...91
• 참고문헌...94
• 발표논문 목록...95
• 발표논문...95
• 학위배출실적...125
• 연구비집행내역...126