Abstract

We present results on the frequency stabilization of two diode-laser-pumped ring lasers that are independently locked to the same high-finesse interferometer. We measure the relative frequency stability by locking the lasers one free spectral range apart and observing the heterodyne beat note. The resultant beat note width of 2.9 Hz is consistent with the theoretical system noise-limited linewidth and is appoximately 20 times that expected for shot-noise-limited performance.

© 1990 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. Hough, D. Hills, M. D. Rayman, L.-S. Ma, L. Hollberg, J. L. Hall, Appl. Phys. B 33, 197 (1984).
    [CrossRef]
  2. C. N. Man, A. Brillet, Opt. Lett. 9, 333 (1984).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. C. Salomon, D. Hils, J. L. Hall, J. Opt. Soc. Am. 5, 1576 (1988).
  4. D. Shoemaker, A. Brillet, C. N. Man, O. Crégut, G. Kerr, Opt. Lett. 14, 609 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. T. Day, A. C. Nilsson, M. M. Fejer, A. D. Farinas, E. K. Gustafson, C. D. Nabors, R. L. Byer, Electron. Lett. 25, 810 (1989).
    [CrossRef]
  6. T. J. Kane, A. C. Nilsson, R. L. Byer, Opt. Lett. 12, 175 (1987).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. S. P. Bush, A. Gungor, C. C. Davis, Appl. Phys. Lett. 53, 646 (1988).
    [CrossRef]
  8. K. J. Williams, A. Dandridge, A. D. Kersey, J. F. Weller, A. M. Yurek, A. B. Tveten, Electron. Lett. 25, 774 (1989).
    [CrossRef]
  9. Lightwave Electronics, 1161 San Antonio Road, Mountain View, Calif. 94043.
  10. A. C. Nilsson, E. K. Gustafson, R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 25, 767 (1989).
    [CrossRef]
  11. 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).
    [CrossRef]
  12. A. E. Siegman, Lasers (University Science Books, Mill Valley, Calif., 1986), Chap. 11.
  13. D. S. Elliot, R. Roy, S. J. Smith, Phys. Rev. A 26, 12 (1982).
    [CrossRef]
  14. D. W. Allan, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control UFFC-34, 647 (1987).
    [CrossRef]

1989 (4)

K. J. Williams, A. Dandridge, A. D. Kersey, J. F. Weller, A. M. Yurek, A. B. Tveten, Electron. Lett. 25, 774 (1989).
[CrossRef]

A. C. Nilsson, E. K. Gustafson, R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 25, 767 (1989).
[CrossRef]

T. Day, A. C. Nilsson, M. M. Fejer, A. D. Farinas, E. K. Gustafson, C. D. Nabors, R. L. Byer, Electron. Lett. 25, 810 (1989).
[CrossRef]

D. Shoemaker, A. Brillet, C. N. Man, O. Crégut, G. Kerr, Opt. Lett. 14, 609 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

1988 (2)

C. Salomon, D. Hils, J. L. Hall, J. Opt. Soc. Am. 5, 1576 (1988).

S. P. Bush, A. Gungor, C. C. Davis, Appl. Phys. Lett. 53, 646 (1988).
[CrossRef]

1987 (2)

D. W. Allan, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control UFFC-34, 647 (1987).
[CrossRef]

T. J. Kane, A. C. Nilsson, R. L. Byer, Opt. Lett. 12, 175 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

1984 (2)

C. N. Man, A. Brillet, Opt. Lett. 9, 333 (1984).
[CrossRef] [PubMed]

J. Hough, D. Hills, M. D. Rayman, L.-S. Ma, L. Hollberg, J. L. Hall, Appl. Phys. B 33, 197 (1984).
[CrossRef]

1983 (1)

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).
[CrossRef]

1982 (1)

D. S. Elliot, R. Roy, S. J. Smith, Phys. Rev. A 26, 12 (1982).
[CrossRef]

Allan, D. W.

D. W. Allan, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control UFFC-34, 647 (1987).
[CrossRef]

Brillet, A.

Bush, S. P.

S. P. Bush, A. Gungor, C. C. Davis, Appl. Phys. Lett. 53, 646 (1988).
[CrossRef]

Byer, R. L.

T. Day, A. C. Nilsson, M. M. Fejer, A. D. Farinas, E. K. Gustafson, C. D. Nabors, R. L. Byer, Electron. Lett. 25, 810 (1989).
[CrossRef]

A. C. Nilsson, E. K. Gustafson, R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 25, 767 (1989).
[CrossRef]

T. J. Kane, A. C. Nilsson, R. L. Byer, Opt. Lett. 12, 175 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Crégut, O.

Dandridge, A.

K. J. Williams, A. Dandridge, A. D. Kersey, J. F. Weller, A. M. Yurek, A. B. Tveten, Electron. Lett. 25, 774 (1989).
[CrossRef]

Davis, C. C.

S. P. Bush, A. Gungor, C. C. Davis, Appl. Phys. Lett. 53, 646 (1988).
[CrossRef]

Day, T.

T. Day, A. C. Nilsson, M. M. Fejer, A. D. Farinas, E. K. Gustafson, C. D. Nabors, R. L. Byer, Electron. Lett. 25, 810 (1989).
[CrossRef]

Drever, R. W. P.

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).
[CrossRef]

Elliot, D. S.

D. S. Elliot, R. Roy, S. J. Smith, Phys. Rev. A 26, 12 (1982).
[CrossRef]

Farinas, A. D.

T. Day, A. C. Nilsson, M. M. Fejer, A. D. Farinas, E. K. Gustafson, C. D. Nabors, R. L. Byer, Electron. Lett. 25, 810 (1989).
[CrossRef]

Fejer, M. M.

T. Day, A. C. Nilsson, M. M. Fejer, A. D. Farinas, E. K. Gustafson, C. D. Nabors, R. L. Byer, Electron. Lett. 25, 810 (1989).
[CrossRef]

Ford, G. M.

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).
[CrossRef]

Gungor, A.

S. P. Bush, A. Gungor, C. C. Davis, Appl. Phys. Lett. 53, 646 (1988).
[CrossRef]

Gustafson, E. K.

T. Day, A. C. Nilsson, M. M. Fejer, A. D. Farinas, E. K. Gustafson, C. D. Nabors, R. L. Byer, Electron. Lett. 25, 810 (1989).
[CrossRef]

A. C. Nilsson, E. K. Gustafson, R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 25, 767 (1989).
[CrossRef]

Hall, J. L.

C. Salomon, D. Hils, J. L. Hall, J. Opt. Soc. Am. 5, 1576 (1988).

J. Hough, D. Hills, M. D. Rayman, L.-S. Ma, L. Hollberg, J. L. Hall, Appl. Phys. B 33, 197 (1984).
[CrossRef]

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).
[CrossRef]

Hills, D.

J. Hough, D. Hills, M. D. Rayman, L.-S. Ma, L. Hollberg, J. L. Hall, Appl. Phys. B 33, 197 (1984).
[CrossRef]

Hils, D.

C. Salomon, D. Hils, J. L. Hall, J. Opt. Soc. Am. 5, 1576 (1988).

Hollberg, L.

J. Hough, D. Hills, M. D. Rayman, L.-S. Ma, L. Hollberg, J. L. Hall, Appl. Phys. B 33, 197 (1984).
[CrossRef]

Hough, J.

J. Hough, D. Hills, M. D. Rayman, L.-S. Ma, L. Hollberg, J. L. Hall, Appl. Phys. B 33, 197 (1984).
[CrossRef]

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).
[CrossRef]

Kane, T. J.

Kerr, G.

Kersey, A. D.

K. J. Williams, A. Dandridge, A. D. Kersey, J. F. Weller, A. M. Yurek, A. B. Tveten, Electron. Lett. 25, 774 (1989).
[CrossRef]

Kowalski, F. V.

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).
[CrossRef]

Ma, L.-S.

J. Hough, D. Hills, M. D. Rayman, L.-S. Ma, L. Hollberg, J. L. Hall, Appl. Phys. B 33, 197 (1984).
[CrossRef]

Man, C. N.

Munley, A. J.

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).
[CrossRef]

Nabors, C. D.

T. Day, A. C. Nilsson, M. M. Fejer, A. D. Farinas, E. K. Gustafson, C. D. Nabors, R. L. Byer, Electron. Lett. 25, 810 (1989).
[CrossRef]

Nilsson, A. C.

T. Day, A. C. Nilsson, M. M. Fejer, A. D. Farinas, E. K. Gustafson, C. D. Nabors, R. L. Byer, Electron. Lett. 25, 810 (1989).
[CrossRef]

A. C. Nilsson, E. K. Gustafson, R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 25, 767 (1989).
[CrossRef]

T. J. Kane, A. C. Nilsson, R. L. Byer, Opt. Lett. 12, 175 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Rayman, M. D.

J. Hough, D. Hills, M. D. Rayman, L.-S. Ma, L. Hollberg, J. L. Hall, Appl. Phys. B 33, 197 (1984).
[CrossRef]

Roy, R.

D. S. Elliot, R. Roy, S. J. Smith, Phys. Rev. A 26, 12 (1982).
[CrossRef]

Salomon, C.

C. Salomon, D. Hils, J. L. Hall, J. Opt. Soc. Am. 5, 1576 (1988).

Shoemaker, D.

Siegman, A. E.

A. E. Siegman, Lasers (University Science Books, Mill Valley, Calif., 1986), Chap. 11.

Smith, S. J.

D. S. Elliot, R. Roy, S. J. Smith, Phys. Rev. A 26, 12 (1982).
[CrossRef]

Tveten, A. B.

K. J. Williams, A. Dandridge, A. D. Kersey, J. F. Weller, A. M. Yurek, A. B. Tveten, Electron. Lett. 25, 774 (1989).
[CrossRef]

Ward, H.

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).
[CrossRef]

Weller, J. F.

K. J. Williams, A. Dandridge, A. D. Kersey, J. F. Weller, A. M. Yurek, A. B. Tveten, Electron. Lett. 25, 774 (1989).
[CrossRef]

Williams, K. J.

K. J. Williams, A. Dandridge, A. D. Kersey, J. F. Weller, A. M. Yurek, A. B. Tveten, Electron. Lett. 25, 774 (1989).
[CrossRef]

Yurek, A. M.

K. J. Williams, A. Dandridge, A. D. Kersey, J. F. Weller, A. M. Yurek, A. B. Tveten, Electron. Lett. 25, 774 (1989).
[CrossRef]

Appl. Phys. B (2)

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).
[CrossRef]

J. Hough, D. Hills, M. D. Rayman, L.-S. Ma, L. Hollberg, J. L. Hall, Appl. Phys. B 33, 197 (1984).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

S. P. Bush, A. Gungor, C. C. Davis, Appl. Phys. Lett. 53, 646 (1988).
[CrossRef]

Electron. Lett. (2)

K. J. Williams, A. Dandridge, A. D. Kersey, J. F. Weller, A. M. Yurek, A. B. Tveten, Electron. Lett. 25, 774 (1989).
[CrossRef]

T. Day, A. C. Nilsson, M. M. Fejer, A. D. Farinas, E. K. Gustafson, C. D. Nabors, R. L. Byer, Electron. Lett. 25, 810 (1989).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

A. C. Nilsson, E. K. Gustafson, R. L. Byer, IEEE J. Quantum Electron. 25, 767 (1989).
[CrossRef]

IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control (1)

D. W. Allan, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control UFFC-34, 647 (1987).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. (1)

C. Salomon, D. Hils, J. L. Hall, J. Opt. Soc. Am. 5, 1576 (1988).

Opt. Lett. (3)

Phys. Rev. A (1)

D. S. Elliot, R. Roy, S. J. Smith, Phys. Rev. A 26, 12 (1982).
[CrossRef]

Other (2)

Lightwave Electronics, 1161 San Antonio Road, Mountain View, Calif. 94043.

A. E. Siegman, Lasers (University Science Books, Mill Valley, Calif., 1986), Chap. 11.

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.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the dual-laser locking system. Both lasers are independently locked, using the frequency-modulation locking technique, to the high-finesse interferometer. They are locked in reflection one free spectral range apart (6.327 GHz). BS, beam splitter; EO's, electro-optic modulators; L1, lens.

Fig. 2
Fig. 2

Heterodyne beat note between two independently stabilized lasers. The lasers are locked to the same interferometer, and the resultant beat note linewidth is 2.9 Hz. The resolution bandwidth (RES BW) was 2.4 Hz for a sampling time of 1.6 sec.

Fig. 3
Fig. 3

Two-sample root variance of the frequency of the heterodyne beat note as a function of the sample delay. The minimum root variance is 4.3 Hz and occurs for a sample delay time of 0.2 sec. For sample delay times of less than 0.5 sec the data have a strong white frequency noise behavior (τ−1/2).

Equations (4)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

V nor = 16 F ( L / c ) J 0 ( β ) J 1 ( β ) [ sinc ( x N / G ) 1 + G sin 2 ( x N / G ) ] 1 / 2 Δ ν ,
tan ( ϕ ) = G tan ( x N G ) .
Δ ν laser = π Δ 2 .
σ 2 ( τ ) = 1 2 ( M 1 ) i = 1 M 1 ( y i + 1 y i ) 2 ,

Metrics