Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1835-1840 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220120183500

Une nouvelle technique de stabilisation en fréquence d'un laser sur une cavité de Fabry-Perot

G. Camy, R. Amer et N. Courtier

Laboratoire de Physique des Lasers , Université Paris-Nord, avenue Jean-Baptiste Clément, 93430 Villetaneuse, France

Abstract
We present a new method for locking the frequency of a laser on the fringe of a reference resonator. Part of the laser beam is frequency shifted by means of an acousto-optic modulator. The direct and shifted beams are perpendicularly polarized and enter the resonator. The two transmitted beams are separately detected using a Glan prism. When the amount of the frequency shift is adjusted to a value close to the distance between two adjacent Fabry-Perot modes, the difference between the two detected signals provides an error signal having the shape of the Airy's function derivative. This result is obtained without any frequency modulation or lock-in detection. This method has been tested to lock a commercial Ar+ laser to a high finesse F.P. At the same time, we experimentally demonstrate the interest of conditionally stable high order servo loops for laser frequency stabilization.

Résumé
Nous présentons une nouvelle méthode pour stabiliser la fréquence d'un laser sur le pic de transmission d'un résonateur de Fabry-Perot (F.P.). Au moyen d'un modulateur acousto-optique, on décale en fréquence une fraction du faisceau laser d'une quantité voisine de l'écart entre modes du F.P. Les faisceaux direct et décalé sont polarisés orthogonalement et appliqués à l'entrée du F.P. Les faisceaux transmis sont séparés par un prisme de Glan. En effectuant la différence entre ces deux pics de transmission on obtient un signal d'erreur en forme de dérivée de la fonction d'Airy sans faire appel aux techniques habituelles de modulation de fréquence et de détection synchrone. Nous appliquons cette méthode à l'asservissement d'un laser à Ar+ commercial sur un F.P. de grande finesse. Nous démontrons à cette occasion tout l'intérêt qui s'attache à l'utilisation de systèmes asservis à stabilité conditionnelle.

PACS
4260D - Laser resonators and cavities.
4260F - Laser beam modulation, pulsing and switching: mode locking and tuning.
4170 - Acousto optical devices.

Key words
acousto optical devices -- laser cavity resonators -- laser frequency stability -- optical modulation -- laser frequency locking -- reference resonator fringe -- direct beam -- laser frequency stabilization -- Fabry Perot cavity -- laser beam -- acoustooptic modulator -- shifted beams -- transmitted beams -- Glan prism -- frequency shift -- Fabry Perot modes -- error signal -- Airy's function derivative -- conditionally stable high order servo loops -- commercial Ar sup + laser