InGaN laser diodes frequency noise reduction by locking on high quality factor resonators
Réduction du bruit de fréquence de diodes laser InGaN par asservissement sur des résonateurs à haut facteur de qualité
Résumé
Numerous applications in the
metrology field – optical clocks, sensors,
quantum physics, and cold atoms physics -
need low frequency noise tunable laser diodes
in the blue/violet range (380 – 480 nm). This
corresponds to lasers with a linewidth smaller
than the MHz. In this thesis manuscript, we
present the realisation of such sources by frequency
locking of a commercial ECDL on two
different frequency references. The first reference
is a 2 m long fibre ring with a quality
factor of 3 × 107 and a minimum transmission
of 0.06. We achieve a reduction of the frequency
noise of more than 40 dB at 100 Hz.
For the laser, it means a reduction from 850
kHz at 10 ms of integration time to 40 kHz, corresponding
to a reduction by 20. We also used
a mode compact reference: a spherical whispering
gallery mode resonator with a diameter
of 275 μm. The locking resonance has a quality
factor of 7 × 107 and a minimum transmission
of 0.28. The lock laser has a linewidth of
91 kHz, meaning a reduction by 10. We determine
the limitation of the two locking schemes
to be the shot noise of the photodiode transposed
by the discriminator.
Les diodes laser accordables émettant
dans le spectre bleu/violet (380 nm –
480 nm) trouvent de nombreuses applications
dans des domaines scientifiques et techniques
tels que les capteurs optiques, les
technologies quantiques, ou encore la spectroscopie
et la métrologie. Les applications
les plus avancées exigent une émission laser
de haute pureté spectrale, avec une largeur
de raie de l’ordre du kHz, et accordable
sur une plage de plusieurs GHz. L’objectif de
cette thèse est la réalisation de telles sources.
Pour ce faire, nous avons choisi de réaliser un
asservissement optoélectronique d’un laser
ECDL sur deux références de fréquence différentes.
Dans un premier temps nous avons
réalisé l’asservissement du laser sur une résonance
d’un anneau fibré, et mesuré le bruit
de fréquence du laser asservi dont la largeur
de raie est ainsi réduite de 850 kHz à 20 kHz
pour une intégration de 10 ms, avec une réjection
de 40 dB du bruit aux basses fréquences.
Les expériences suivantes ont été menées sur
un résonateur sphérique à modes de galerie.
Le couplage par fibre biseautée du résonateur
sphérique est étudié par une méthode hybride
spectrale/temporelle. En reprenant le même
montage et la même méthode que pour l’anneau
fibré, l’étude de l’asservissement du laser
sur cette microsphère montre une largeur
de raie réduite à 91 kHz pour une intégration
de 10 ms.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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