Abstract

A novel precise force measurement based on a Y-shaped cavity dual-frequency laser is proposed. The principle of force measurement with this method is analyzed, and the analytic relation expression between the input force and the change in the output beat frequency is derived. Experiments using a 632.8-nm Y-shaped cavity He-Ne dual-frequency laser are then performed; they demonstrate that the force measurement is proportional to a high degree over almost five decades of input signal range. The maximum scale factor is observed as 5.02 \times 10^9 Hz/N, with beat frequency instability equivalent resolution of 10^{-5} N. By optimizing the optical and geometrical parameters of the laser sensor, a force measurement resolution of 10^{-6} N could be expected.

© 2011 Chinese Optics Letters

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Abramovici, Z. Vager, and M. Weksler, J. Phys. E 19, 182 (1986).
  2. A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).
  3. O. Jennrich, Class. Quantum Grav. 26, 153001 (2009).
  4. X. Ni, M. Wang, X. Chen, Y. Ge, and H. Rong, Meas. Sci. Technol. 17, 2401 (2006).
  5. J. Zhou, S. Dasgupta, H. Kobayashi, J. M. Wolff, H. E. Jackson, and J. T. Boyd, Opt. Eng. 40, 598 (2001).
  6. Z. Ying, F. Dejun, L. Zhiguo, G. Zhuanyun, D. Xiaoyi, K. S. Chiang, and B. C. B. Chu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 618 (2001).
  7. W. B. Jr Spillman, Opt. Lett. 7, 388 (1982).
  8. S. Tai, K. Kyuma, and M. Nunoshita, Appl. Opt. 22, 1771 (1983).
  9. A. Wang, S. He, X. Fang, X. Jin, and J. Lin, J. Lightwave Technol. 10, 1466 (1992).
  10. D. V. Dao, K. Nakamura, T. T. Bui, and S. Sugiyama, Adv. Nat. Sci. 1, 013001 (2010).
  11. W. Holzapfel and W. Settgast, Appl. Opt. 28, 4585 (1989).
  12. W. Holzapfel and W. Settgast, Appl. Phys. B 49, 169 (1989).
  13. W. Holzapfel and M. Finnemann, Opt. Lett. 18, 2062 (1993).
  14. W. Holzapfel, S. Neuschaefer-Rube, and M. Kobusch, Measurement 28, 277 (2000).
  15. J. Ding, Q. Feng, L. Zhang, and S. Zhang, Appl. Opt. 47, 5631 (2008).
  16. C. Huang, Y. Li, and S. Zhang, Chinese J. Lasers (in Chinese) 30, 501 (2003).
  17. X. Long, G. Xiao, and B. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 3227 (2010).
  18. V. G. Gudelev, A. Ch. Izmailov, and V. M. Yasinskii, Sov. J. Quantum Electron. 18, 166 (1988).
  19. W. Liang, Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).

2010

D. V. Dao, K. Nakamura, T. T. Bui, and S. Sugiyama, Adv. Nat. Sci. 1, 013001 (2010).

X. Long, G. Xiao, and B. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 3227 (2010).

2009

O. Jennrich, Class. Quantum Grav. 26, 153001 (2009).

2008

2006

X. Ni, M. Wang, X. Chen, Y. Ge, and H. Rong, Meas. Sci. Technol. 17, 2401 (2006).

2005

W. Liang, Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).

2003

C. Huang, Y. Li, and S. Zhang, Chinese J. Lasers (in Chinese) 30, 501 (2003).

2001

J. Zhou, S. Dasgupta, H. Kobayashi, J. M. Wolff, H. E. Jackson, and J. T. Boyd, Opt. Eng. 40, 598 (2001).

Z. Ying, F. Dejun, L. Zhiguo, G. Zhuanyun, D. Xiaoyi, K. S. Chiang, and B. C. B. Chu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 618 (2001).

2000

W. Holzapfel, S. Neuschaefer-Rube, and M. Kobusch, Measurement 28, 277 (2000).

1993

1992

A. Wang, S. He, X. Fang, X. Jin, and J. Lin, J. Lightwave Technol. 10, 1466 (1992).

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

1989

W. Holzapfel and W. Settgast, Appl. Phys. B 49, 169 (1989).

W. Holzapfel and W. Settgast, Appl. Opt. 28, 4585 (1989).

1988

V. G. Gudelev, A. Ch. Izmailov, and V. M. Yasinskii, Sov. J. Quantum Electron. 18, 166 (1988).

1986

A. Abramovici, Z. Vager, and M. Weksler, J. Phys. E 19, 182 (1986).

1983

1982

Abramovici, A.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

A. Abramovici, Z. Vager, and M. Weksler, J. Phys. E 19, 182 (1986).

Althouse, W. E.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Boyd, J. T.

J. Zhou, S. Dasgupta, H. Kobayashi, J. M. Wolff, H. E. Jackson, and J. T. Boyd, Opt. Eng. 40, 598 (2001).

Bui, T. T.

D. V. Dao, K. Nakamura, T. T. Bui, and S. Sugiyama, Adv. Nat. Sci. 1, 013001 (2010).

Chen, X.

X. Ni, M. Wang, X. Chen, Y. Ge, and H. Rong, Meas. Sci. Technol. 17, 2401 (2006).

Chiang, K. S.

Z. Ying, F. Dejun, L. Zhiguo, G. Zhuanyun, D. Xiaoyi, K. S. Chiang, and B. C. B. Chu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 618 (2001).

Chu, B. C. B.

Z. Ying, F. Dejun, L. Zhiguo, G. Zhuanyun, D. Xiaoyi, K. S. Chiang, and B. C. B. Chu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 618 (2001).

Dao, D. V.

D. V. Dao, K. Nakamura, T. T. Bui, and S. Sugiyama, Adv. Nat. Sci. 1, 013001 (2010).

Dasgupta, S.

J. Zhou, S. Dasgupta, H. Kobayashi, J. M. Wolff, H. E. Jackson, and J. T. Boyd, Opt. Eng. 40, 598 (2001).

Dejun, F.

Z. Ying, F. Dejun, L. Zhiguo, G. Zhuanyun, D. Xiaoyi, K. S. Chiang, and B. C. B. Chu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 618 (2001).

Ding, J.

Drever, R. W. P.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Fang, X.

A. Wang, S. He, X. Fang, X. Jin, and J. Lin, J. Lightwave Technol. 10, 1466 (1992).

Feng, Q.

Finnemann, M.

G?ursel, Y.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Ge, Y.

X. Ni, M. Wang, X. Chen, Y. Ge, and H. Rong, Meas. Sci. Technol. 17, 2401 (2006).

Gudelev, V. G.

V. G. Gudelev, A. Ch. Izmailov, and V. M. Yasinskii, Sov. J. Quantum Electron. 18, 166 (1988).

He, S.

A. Wang, S. He, X. Fang, X. Jin, and J. Lin, J. Lightwave Technol. 10, 1466 (1992).

Holzapfel, W.

W. Holzapfel, S. Neuschaefer-Rube, and M. Kobusch, Measurement 28, 277 (2000).

W. Holzapfel and M. Finnemann, Opt. Lett. 18, 2062 (1993).

W. Holzapfel and W. Settgast, Appl. Opt. 28, 4585 (1989).

W. Holzapfel and W. Settgast, Appl. Phys. B 49, 169 (1989).

Huang, C.

C. Huang, Y. Li, and S. Zhang, Chinese J. Lasers (in Chinese) 30, 501 (2003).

Huang, Y.

W. Liang, Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).

Izmailov, A. Ch.

V. G. Gudelev, A. Ch. Izmailov, and V. M. Yasinskii, Sov. J. Quantum Electron. 18, 166 (1988).

Jackson, H. E.

J. Zhou, S. Dasgupta, H. Kobayashi, J. M. Wolff, H. E. Jackson, and J. T. Boyd, Opt. Eng. 40, 598 (2001).

Jennrich, O.

O. Jennrich, Class. Quantum Grav. 26, 153001 (2009).

Jin, X.

A. Wang, S. He, X. Fang, X. Jin, and J. Lin, J. Lightwave Technol. 10, 1466 (1992).

Kawamura, S.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Kobayashi, H.

J. Zhou, S. Dasgupta, H. Kobayashi, J. M. Wolff, H. E. Jackson, and J. T. Boyd, Opt. Eng. 40, 598 (2001).

Kobusch, M.

W. Holzapfel, S. Neuschaefer-Rube, and M. Kobusch, Measurement 28, 277 (2000).

Kyuma, K.

Lee, R. K.

W. Liang, Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).

Li, Y.

C. Huang, Y. Li, and S. Zhang, Chinese J. Lasers (in Chinese) 30, 501 (2003).

Liang, W.

W. Liang, Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).

Lin, J.

A. Wang, S. He, X. Fang, X. Jin, and J. Lin, J. Lightwave Technol. 10, 1466 (1992).

Long, X.

X. Long, G. Xiao, and B. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 3227 (2010).

Nakamura, K.

D. V. Dao, K. Nakamura, T. T. Bui, and S. Sugiyama, Adv. Nat. Sci. 1, 013001 (2010).

Neuschaefer-Rube, S.

W. Holzapfel, S. Neuschaefer-Rube, and M. Kobusch, Measurement 28, 277 (2000).

Ni, X.

X. Ni, M. Wang, X. Chen, Y. Ge, and H. Rong, Meas. Sci. Technol. 17, 2401 (2006).

Nunoshita, M.

Raab, F. J.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Rong, H.

X. Ni, M. Wang, X. Chen, Y. Ge, and H. Rong, Meas. Sci. Technol. 17, 2401 (2006).

Settgast, W.

W. Holzapfel and W. Settgast, Appl. Opt. 28, 4585 (1989).

W. Holzapfel and W. Settgast, Appl. Phys. B 49, 169 (1989).

Shoemaker, D.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Sievers, L.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Spero, R. E.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Spillman, W. B. Jr

Sugiyama, S.

D. V. Dao, K. Nakamura, T. T. Bui, and S. Sugiyama, Adv. Nat. Sci. 1, 013001 (2010).

Tai, S.

Thorne, K. S.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Vager, Z.

A. Abramovici, Z. Vager, and M. Weksler, J. Phys. E 19, 182 (1986).

Vogt, R. E.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Wang, A.

A. Wang, S. He, X. Fang, X. Jin, and J. Lin, J. Lightwave Technol. 10, 1466 (1992).

Wang, M.

X. Ni, M. Wang, X. Chen, Y. Ge, and H. Rong, Meas. Sci. Technol. 17, 2401 (2006).

Weiss, R.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Weksler, M.

A. Abramovici, Z. Vager, and M. Weksler, J. Phys. E 19, 182 (1986).

Whitcomb, S. E.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Wolff, J. M.

J. Zhou, S. Dasgupta, H. Kobayashi, J. M. Wolff, H. E. Jackson, and J. T. Boyd, Opt. Eng. 40, 598 (2001).

Xiao, G.

X. Long, G. Xiao, and B. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 3227 (2010).

Xiaoyi, D.

Z. Ying, F. Dejun, L. Zhiguo, G. Zhuanyun, D. Xiaoyi, K. S. Chiang, and B. C. B. Chu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 618 (2001).

Xu, Y.

W. Liang, Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).

Yariv, A.

W. Liang, Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).

Yasinskii, V. M.

V. G. Gudelev, A. Ch. Izmailov, and V. M. Yasinskii, Sov. J. Quantum Electron. 18, 166 (1988).

Ying, Z.

Z. Ying, F. Dejun, L. Zhiguo, G. Zhuanyun, D. Xiaoyi, K. S. Chiang, and B. C. B. Chu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 618 (2001).

Zhang, B.

X. Long, G. Xiao, and B. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 3227 (2010).

Zhang, L.

Zhang, S.

J. Ding, Q. Feng, L. Zhang, and S. Zhang, Appl. Opt. 47, 5631 (2008).

C. Huang, Y. Li, and S. Zhang, Chinese J. Lasers (in Chinese) 30, 501 (2003).

Zhiguo, L.

Z. Ying, F. Dejun, L. Zhiguo, G. Zhuanyun, D. Xiaoyi, K. S. Chiang, and B. C. B. Chu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 618 (2001).

Zhou, J.

J. Zhou, S. Dasgupta, H. Kobayashi, J. M. Wolff, H. E. Jackson, and J. T. Boyd, Opt. Eng. 40, 598 (2001).

Zhuanyun, G.

Z. Ying, F. Dejun, L. Zhiguo, G. Zhuanyun, D. Xiaoyi, K. S. Chiang, and B. C. B. Chu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 618 (2001).

Zucker, M. E.

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Acta Opt. Sin. (in Chinese)

X. Long, G. Xiao, and B. Zhang, Acta Opt. Sin. (in Chinese) 30, 3227 (2010).

Adv. Nat. Sci.

D. V. Dao, K. Nakamura, T. T. Bui, and S. Sugiyama, Adv. Nat. Sci. 1, 013001 (2010).

Appl. Opt.

Appl. Phys. B

W. Holzapfel and W. Settgast, Appl. Phys. B 49, 169 (1989).

Appl. Phys. Lett.

W. Liang, Y. Huang, Y. Xu, R. K. Lee, and A. Yariv, Appl. Phys. Lett. 86, 151122 (2005).

Chinese J. Lasers (in Chinese)

C. Huang, Y. Li, and S. Zhang, Chinese J. Lasers (in Chinese) 30, 501 (2003).

Class. Quantum Grav.

O. Jennrich, Class. Quantum Grav. 26, 153001 (2009).

IEEE Photonics Technol. Lett.

Z. Ying, F. Dejun, L. Zhiguo, G. Zhuanyun, D. Xiaoyi, K. S. Chiang, and B. C. B. Chu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 618 (2001).

J. Lightwave Technol.

A. Wang, S. He, X. Fang, X. Jin, and J. Lin, J. Lightwave Technol. 10, 1466 (1992).

J. Phys. E

A. Abramovici, Z. Vager, and M. Weksler, J. Phys. E 19, 182 (1986).

Meas. Sci. Technol.

X. Ni, M. Wang, X. Chen, Y. Ge, and H. Rong, Meas. Sci. Technol. 17, 2401 (2006).

Measurement

W. Holzapfel, S. Neuschaefer-Rube, and M. Kobusch, Measurement 28, 277 (2000).

Opt. Eng.

J. Zhou, S. Dasgupta, H. Kobayashi, J. M. Wolff, H. E. Jackson, and J. T. Boyd, Opt. Eng. 40, 598 (2001).

Opt. Lett.

Science

A. Abramovici, W. E. Althouse, R. W. P. Drever, Y. G?ursel, S. Kawamura, F. J. Raab, D. Shoemaker, L. Sievers, R. E. Spero, K. S. Thorne, R. E. Vogt, R. Weiss, S. E. Whitcomb, and M. E. Zucker, Science 256, 325 (1992).

Sov. J. Quantum Electron.

V. G. Gudelev, A. Ch. Izmailov, and V. M. Yasinskii, Sov. J. Quantum Electron. 18, 166 (1988).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.