Abstract

We developed a high-precision frequency-measurement system for continuously scanning single-mode cw lasers. The high precision for wide frequency range is realized by employing an optical frequency comb. The developed system operates as a strong tool for analyzing the spectral profile and scan characteristics of lasers, which is suitable for high-resolution molecular spectroscopy. We demonstrated the ability of our system with Doppler-free spectroscopy of molecular iodine.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Misono, J. Wang, M. Ushino, M. Okubo, H. Katô, M. Baba, and S. Nagakura, J. Chem. Phys. 116, 162 (2002).
    [CrossRef]
  2. M. Okubo, J. Wang, M. Baba, M. Misono, S. Kasahara, and H. Katô, J. Chem. Phys. 122, 144303 (2005).
    [CrossRef]
  3. L. Alvarez-Valtierra and D. W. Pratt, J. Chem. Phys. 126, 224308 (2007).
    [CrossRef]
  4. W. Demtröder, Laser Spectroscopy, 4th ed. (Springer, 2008), Vol. 2.
  5. L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
    [CrossRef]
  6. S. A. Diddams, J. Opt. Soc. Am. B 27, B51 (2010).
    [CrossRef]
  7. F. R. Giorgetta, I. Coddington, E. Baumann, W. C. Swann, and N. R. Newbury, Nat. Photonics 4, 853 (2010).
    [CrossRef]
  8. K. Knabe, P. A. Williams, F. R. Giorgetta, C. M. Armacost, S. Crivello, M. B. Radunsky, and N. R. Newbury, Opt. Express 20, 12432 (2012).
    [CrossRef]
  9. H. Inaba, T. Ikegami, F.-L. Hong, Y. Bitou, A. Onae, T. R. Schibli, K. Minoshima, and H. Matsumoto, Appl. Opt. 45, 4910 (2006).
    [CrossRef]
  10. P. Del’Haye, O. Arcizet, M. L. Gorodetsky, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nat. Photonics 3, 529 (2009).
    [CrossRef]
  11. A. Nishiyama, D. Ishikawa, and M. Misono, J. Opt. Soc. Am. B 30, 2107 (2013).
    [CrossRef]
  12. T. R. Schibli, K. Minoshima, F.-L. Hong, H. Inaba, Y. Bitou, A. Onae, and H. Matsumoto, Opt. Lett. 30, 2323 (2005).
    [CrossRef]
  13. T. J. Quinn, Metrologia 40, 103 (2003).
    [CrossRef]
  14. D. C. Heinecke, A. Bartels, T. M. Fortier, D. A. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 053806 (2009).
    [CrossRef]

2013 (1)

2012 (1)

2010 (2)

S. A. Diddams, J. Opt. Soc. Am. B 27, B51 (2010).
[CrossRef]

F. R. Giorgetta, I. Coddington, E. Baumann, W. C. Swann, and N. R. Newbury, Nat. Photonics 4, 853 (2010).
[CrossRef]

2009 (2)

P. Del’Haye, O. Arcizet, M. L. Gorodetsky, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nat. Photonics 3, 529 (2009).
[CrossRef]

D. C. Heinecke, A. Bartels, T. M. Fortier, D. A. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 053806 (2009).
[CrossRef]

2007 (1)

L. Alvarez-Valtierra and D. W. Pratt, J. Chem. Phys. 126, 224308 (2007).
[CrossRef]

2006 (1)

2005 (2)

M. Okubo, J. Wang, M. Baba, M. Misono, S. Kasahara, and H. Katô, J. Chem. Phys. 122, 144303 (2005).
[CrossRef]

T. R. Schibli, K. Minoshima, F.-L. Hong, H. Inaba, Y. Bitou, A. Onae, and H. Matsumoto, Opt. Lett. 30, 2323 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

2003 (1)

T. J. Quinn, Metrologia 40, 103 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

M. Misono, J. Wang, M. Ushino, M. Okubo, H. Katô, M. Baba, and S. Nagakura, J. Chem. Phys. 116, 162 (2002).
[CrossRef]

Alvarez-Valtierra, L.

L. Alvarez-Valtierra and D. W. Pratt, J. Chem. Phys. 126, 224308 (2007).
[CrossRef]

Arcizet, O.

P. Del’Haye, O. Arcizet, M. L. Gorodetsky, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nat. Photonics 3, 529 (2009).
[CrossRef]

Armacost, C. M.

Baba, M.

M. Okubo, J. Wang, M. Baba, M. Misono, S. Kasahara, and H. Katô, J. Chem. Phys. 122, 144303 (2005).
[CrossRef]

M. Misono, J. Wang, M. Ushino, M. Okubo, H. Katô, M. Baba, and S. Nagakura, J. Chem. Phys. 116, 162 (2002).
[CrossRef]

Bartels, A.

D. C. Heinecke, A. Bartels, T. M. Fortier, D. A. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 053806 (2009).
[CrossRef]

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Baumann, E.

F. R. Giorgetta, I. Coddington, E. Baumann, W. C. Swann, and N. R. Newbury, Nat. Photonics 4, 853 (2010).
[CrossRef]

Bi, Z.

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Bitou, Y.

Braje, D. A.

D. C. Heinecke, A. Bartels, T. M. Fortier, D. A. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 053806 (2009).
[CrossRef]

Coddington, I.

F. R. Giorgetta, I. Coddington, E. Baumann, W. C. Swann, and N. R. Newbury, Nat. Photonics 4, 853 (2010).
[CrossRef]

Crivello, S.

Del’Haye, P.

P. Del’Haye, O. Arcizet, M. L. Gorodetsky, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nat. Photonics 3, 529 (2009).
[CrossRef]

Demtröder, W.

W. Demtröder, Laser Spectroscopy, 4th ed. (Springer, 2008), Vol. 2.

Diddams, S. A.

S. A. Diddams, J. Opt. Soc. Am. B 27, B51 (2010).
[CrossRef]

D. C. Heinecke, A. Bartels, T. M. Fortier, D. A. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 053806 (2009).
[CrossRef]

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Fortier, T. M.

D. C. Heinecke, A. Bartels, T. M. Fortier, D. A. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 053806 (2009).
[CrossRef]

Giorgetta, F. R.

K. Knabe, P. A. Williams, F. R. Giorgetta, C. M. Armacost, S. Crivello, M. B. Radunsky, and N. R. Newbury, Opt. Express 20, 12432 (2012).
[CrossRef]

F. R. Giorgetta, I. Coddington, E. Baumann, W. C. Swann, and N. R. Newbury, Nat. Photonics 4, 853 (2010).
[CrossRef]

Gorodetsky, M. L.

P. Del’Haye, O. Arcizet, M. L. Gorodetsky, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nat. Photonics 3, 529 (2009).
[CrossRef]

Heinecke, D. C.

D. C. Heinecke, A. Bartels, T. M. Fortier, D. A. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 053806 (2009).
[CrossRef]

Hollberg, L.

D. C. Heinecke, A. Bartels, T. M. Fortier, D. A. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 053806 (2009).
[CrossRef]

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Holzwarth, R.

P. Del’Haye, O. Arcizet, M. L. Gorodetsky, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nat. Photonics 3, 529 (2009).
[CrossRef]

Hong, F.-L.

Ikegami, T.

Inaba, H.

Ishikawa, D.

Kasahara, S.

M. Okubo, J. Wang, M. Baba, M. Misono, S. Kasahara, and H. Katô, J. Chem. Phys. 122, 144303 (2005).
[CrossRef]

Katô, H.

M. Okubo, J. Wang, M. Baba, M. Misono, S. Kasahara, and H. Katô, J. Chem. Phys. 122, 144303 (2005).
[CrossRef]

M. Misono, J. Wang, M. Ushino, M. Okubo, H. Katô, M. Baba, and S. Nagakura, J. Chem. Phys. 116, 162 (2002).
[CrossRef]

Kippenberg, T. J.

P. Del’Haye, O. Arcizet, M. L. Gorodetsky, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nat. Photonics 3, 529 (2009).
[CrossRef]

Knabe, K.

Ma, L.-S.

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Matsumoto, H.

Minoshima, K.

Misono, M.

A. Nishiyama, D. Ishikawa, and M. Misono, J. Opt. Soc. Am. B 30, 2107 (2013).
[CrossRef]

M. Okubo, J. Wang, M. Baba, M. Misono, S. Kasahara, and H. Katô, J. Chem. Phys. 122, 144303 (2005).
[CrossRef]

M. Misono, J. Wang, M. Ushino, M. Okubo, H. Katô, M. Baba, and S. Nagakura, J. Chem. Phys. 116, 162 (2002).
[CrossRef]

Nagakura, S.

M. Misono, J. Wang, M. Ushino, M. Okubo, H. Katô, M. Baba, and S. Nagakura, J. Chem. Phys. 116, 162 (2002).
[CrossRef]

Newbury, N. R.

K. Knabe, P. A. Williams, F. R. Giorgetta, C. M. Armacost, S. Crivello, M. B. Radunsky, and N. R. Newbury, Opt. Express 20, 12432 (2012).
[CrossRef]

F. R. Giorgetta, I. Coddington, E. Baumann, W. C. Swann, and N. R. Newbury, Nat. Photonics 4, 853 (2010).
[CrossRef]

Nishiyama, A.

Oates, C.

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Okubo, M.

M. Okubo, J. Wang, M. Baba, M. Misono, S. Kasahara, and H. Katô, J. Chem. Phys. 122, 144303 (2005).
[CrossRef]

M. Misono, J. Wang, M. Ushino, M. Okubo, H. Katô, M. Baba, and S. Nagakura, J. Chem. Phys. 116, 162 (2002).
[CrossRef]

Onae, A.

Pratt, D. W.

L. Alvarez-Valtierra and D. W. Pratt, J. Chem. Phys. 126, 224308 (2007).
[CrossRef]

Quinn, T. J.

T. J. Quinn, Metrologia 40, 103 (2003).
[CrossRef]

Radunsky, M. B.

Robertsson, L.

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Schibli, T. R.

Swann, W. C.

F. R. Giorgetta, I. Coddington, E. Baumann, W. C. Swann, and N. R. Newbury, Nat. Photonics 4, 853 (2010).
[CrossRef]

Ushino, M.

M. Misono, J. Wang, M. Ushino, M. Okubo, H. Katô, M. Baba, and S. Nagakura, J. Chem. Phys. 116, 162 (2002).
[CrossRef]

Wang, J.

M. Okubo, J. Wang, M. Baba, M. Misono, S. Kasahara, and H. Katô, J. Chem. Phys. 122, 144303 (2005).
[CrossRef]

M. Misono, J. Wang, M. Ushino, M. Okubo, H. Katô, M. Baba, and S. Nagakura, J. Chem. Phys. 116, 162 (2002).
[CrossRef]

Williams, P. A.

Wilpers, G.

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Windeler, R. S.

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Zucco, M.

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

J. Chem. Phys. (3)

M. Misono, J. Wang, M. Ushino, M. Okubo, H. Katô, M. Baba, and S. Nagakura, J. Chem. Phys. 116, 162 (2002).
[CrossRef]

M. Okubo, J. Wang, M. Baba, M. Misono, S. Kasahara, and H. Katô, J. Chem. Phys. 122, 144303 (2005).
[CrossRef]

L. Alvarez-Valtierra and D. W. Pratt, J. Chem. Phys. 126, 224308 (2007).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (2)

Metrologia (1)

T. J. Quinn, Metrologia 40, 103 (2003).
[CrossRef]

Nat. Photonics (2)

F. R. Giorgetta, I. Coddington, E. Baumann, W. C. Swann, and N. R. Newbury, Nat. Photonics 4, 853 (2010).
[CrossRef]

P. Del’Haye, O. Arcizet, M. L. Gorodetsky, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nat. Photonics 3, 529 (2009).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. A (1)

D. C. Heinecke, A. Bartels, T. M. Fortier, D. A. Braje, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Phys. Rev. A 80, 053806 (2009).
[CrossRef]

Science (1)

L.-S. Ma, Z. Bi, A. Bartels, L. Robertsson, M. Zucco, R. S. Windeler, G. Wilpers, C. Oates, L. Hollberg, and S. A. Diddams, Science 303, 1843 (2004).
[CrossRef]

Other (1)

W. Demtröder, Laser Spectroscopy, 4th ed. (Springer, 2008), Vol. 2.

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 diagram of the experimental system with the following components: acousto-optic modulator (AOM), photonic crystal fiber (PCF), diffraction grating (DG), avalanche photodiode (APD), band-pass filter (BPF), and polarization beam splitter (PBS).

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Frequency calibrated spectrum of the P(62)17-1 transition of molecular iodine. The top plot is fAOM, middle plot is fbeat, and bottom plot is the saturated absorption spectrum of molecular iodine. (b) Frequency distribution of fbeat. The red line shows frep/4. (c) Magnified view of a1 component with a Lorentzian fit. (d) Magnified spectrum of a1 component (bottom plot) measured with slow scanning rate of 100kHz/s, and dye-laser frequency during the measurement (top plot).

Fig. 3.
Fig. 3.

Frequency distributions of fbeat for (a), (b) experimental results and (c), (d) calculated results. Scanning rates are (a) 950kHz/s, (b) 560kHz/s, (c) 950kHz/s, and (d) 560kHz/s. Gate times are (i) 0.3 s, (ii) 0.2 s, (iii) 0.1 s, and (iv) 0.05 s for (a)–(d). Gaussian fittings are shown by red curves.

Equations (1)

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

fdye=fn±fbeatfAOM,

Metrics