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단일모드 헬륨네온레이저를 사용한 초공진기(Super - Cavity)의 주파수 변조 분광연구
서호성(Ho Suhng Suh),윤태현(Tai Hyun Yoon),조재흥(Jae Heung Jo),정명세(Myung Sai Chung),류갑열(Gap Youl Lyu),김영덕(Yongduk Kim),최옥식(Ok Shik Choe) 한국광학회 1992 한국광학회지 Vol.3 No.1
주파수 변조 분광학(frequency modulation spectroscopy)을 이용하여 레이저 주파수의 안정화를 위한 초공진기의 주파수 변조 신호를 검출하였다. 단일모드 헬륨네온 레이저와 1.5 ㎒로 구동하는 전기광학 변조기를 이용하여 150 ㎑(3×10^(-10))의 고분해능을 갖는 초공진기의 주파수 변조 신호를 검출하였다. 또 위상민감검출기에 의한 기준신호의 위상이 각각 0° (동위상, in-phase), 90° (직각위상, quardrature phase)인 두개의 주파수 변조 신호 성분을 X축 및 Y축으로 하는 위상공간에서 주파수 변조 신호의 벡터궤적을 측정하고 주파수 변조 분광 신호를 해석하였다. 측정한 벡터궤적은 잠김증폭기(lock-in amplifier)의 기준 신호의 위상과 같은 각도로 회전함을 알았고 Bjorklund 등이 제시한 계수(modulus) 측정대신에 이 벡터 궤적을 이용할 경우 쉽게 주파수변조 분광 신호의 크기 뿐만아니라 기준 신호의 위상정보도 얻을 수 있음을 보였다. 측정된 주파수 변조 신호는 공진기 투과 중심 주파수 근방 ±1.5㎒ 이내에서 헬륨 네온 레이저 주파수가 존재할 때 이 주파수를 공진기의 투과 곡선의 중심에 안정화할 수 있는 주파수 분별곡선으로 사용할 수 있음을 보였다. Frequency modulation spectroscopy of the super-cavity, of which finesse is app. 40,000 has been demonstrated by using a sigle mode He-Ne laser. In-phase and quardrature components of frequency modulation signals (FM signal) were obtained by using the 1.5 ㎒-driven-electrooptic phase modulator. The vector locus of the FM signa in the phase space, which is consisted of in-phase and quardrature components of the FM signal, was observed and analyzed for the dependence of FM signal upon the phase of the reference signal of a phase-sensitive-detector. According to rotating the phase of the reference signal, the vector locus was observed to rotate with the same phase angle as the reference signal. The in-phase component of the FM signals will be used to stabilize the frequency of the He-Ne laser to the resonant frequency of the super-cavity.
광음향 효과에 의한 고주파 여기식 CO<sub>2</sub> 레이저의 주파수 및 출력 안정화
최종운,유문종,우삼용,서호성,Choi, Jong-Woon,Yu, Moon-Jong,Woo, Sam-Yong,Suh, Ho-Suhng 한국광학회 2004 한국광학회지 Vol.15 No.6
고주파 여기식 $CO_2$ 레이저의 주파수와 출력을 레이저 공진기 자체에서 발생하는 광음향효과를 이용하여 안정화하였다. 레이저 공진기 속의 복사선 세기를 임의로 변화시킬 때 광음향효과에 의해서 레이저 매질가스의 압력이 변화하였다. 공진기 속에 설치한 컨덴서마이크를 사용하여 미세한 압력변화를 전압신호로 변환시켜 록인안정기의 입력신호로 사용하였다. P(20)선에서 발진하는 레이저를 이득곡선의 꼭지점에 레이저의 주파수와 출력을 안정화 시켰을 때, 광주파수 상대 안정도는 5.4${\times}$$10^{-8}$ 이었고, 레이저 출력 변화율은 9.3%로 안정화되었다. We stabilized the frequency and power of a CW radio-frequency-excited $CO_2$ laser on the peak of the Doppler broadened gain curve using the photoacoustic effect generated from the laser itself. The condenser microphone is installed in the radio frequency discharge chamber to detect a photoacoustic signal. The photoacoustic signal is fed to a lock-in stabilizer as a reference signal for stabilization. The frequency stability is estimated to be better then 5.4${\times}$10$^{-8}$ at the P(20) line. The stabilized output variation was reduced 9.3%, compared to 100% for a free running laser.
모드 잠금 Cr<sup>4+</sup>:YAG 레이저로부터 발생된 초 광대역 광원을 이용한 광통신 파장 영역의 표준 가스의 흡수스펙트럼
이종민,전민용,유한영,서호성,Lee, Jong-Min,Jeon, Min-Yong,Ryu, Han-Young,Suh, Ho-Suhng 한국광학회 2008 한국광학회지 Vol.19 No.1
적외선 영역에서 극초단 펄스 폭을 갖는 $Cr^{4+}$:YAG 레이저를 광자 결정 광섬유에 입사하여 초 연속 스펙트럼을 갖는 광원을 얻어냈다. 이 광원을 이용하여 광통신 파장 영역에서 많은 흡수 전이선을 갖는 아세틸렌($^{12}C_2H_2$) 및 시안화 수소($H^{13}C^{14}N$) 분자의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 초 연속 스펙트럼을 얻기 위해 펌핑 광원으로 모드 잠금된 $Cr^{4+}$:YAG 레이저를 사용하였다. 모드 잠금된 $Cr^{4+}$:YAG 레이저는 중심파장이 1510 nm 대역에서 반복률이 100 MHz이고, 펄스폭은 75 fs이다. 모드 잠금된 $Cr^{4+}$:YAG 레이저 출력을 20 m의 광자 결정 광섬유에 집속시켜 진폭변동이 ${\pm}5dB$이하에서 400 nm 이상의 평탄한 초 연속 스펙트럼을 얻었으며, 전체적으로 한 octave 이상의 초 광대역 광원을 얻었다. 이 광원을 이용하여 50개 이상의 흡수 전이선을 갖는 아세틸렌 분자($^{12}C_2H_2$)와 시안화 수소 분자($H^{13}C^{14}N$)의 흡수 스펙트럼을 측정하고, Voigt 곡선 맞춤을 이용하여 Lorentian 성분의 흡수 선폭을 각각 측정하였다. 이와 같은 초 광대역 광원의 스펙트럼을 이용하면 O, S, C, L 밴드와 같은 대역에 존재하는 분자의 흡수 스펙트럼 측정에 있어 유용하게 사용될 수 있다. We report on the measurements of absorption spectra from acetylene ($^{12}C_2H_2$) and hydrogen cyanide ($H^{13}C^{14}N$) for wavelength reference in the C-band (conventional band) region using a supercontinuum optical source generated from a mode-locked $Cr^{4+}$:YAG laser. The center wavelength of the mode-locked $Cr^{4+}$:YAG laser was 1510 nm and the pulse duration was 75 fs at 100 MHz repetition rate. The supercontinuum source achieved a flatness of ${\pm}5dB$ over a wavelength range of more than 400 nm, using a 20 m long photonic crystal fiber. The measured absorption spectra from acetylene ($^{12}C_2H_2$) and hydrogen cyanide ($H^{13}C^{14}N$) had more than 50 lines and were analyzed for wavelength standardization.
초공진기를 이용한 노란색 레이저의 선폭 축소 및 초공진기의 예리도 측정
이원규,박창용,박상언,유한영,유대혁,문종철,서호성,Lee, Won-Kyu,Park, Chang-Yong,Park, Sang-Eon,Ryu, Han-Young,Yu, Dai-Hyuk,Mun, Jong-Chul,Suh, Ho-Suhng 한국광학회 2010 한국광학회지 Vol.21 No.3
이터븀 광격자 시계의 검색 레이저로 쓰기 위하여, WG-PPLN를 사용하여 1319 nm 파장의 Nd:YAG 레이저와 1030 nm 파장의 Yb 도핑된 광섬유 레이저의 합주파수 (578.4 nm)를 발생시켰다. 이터븀 광격자에서 시계 전이선을 분광하기 위해서는 1 Hz 수준의 선폭을 가지는 검색 레이저가 필요하기 때문에, 합주파수로 발생된 노란색 레이저의 주파수를 초공진기에 안정화하여 선폭을 축소하였다. 초공진기는 선팽창 계수가 낮은 ULE로 제작되었고, 진동으로 인한 영향이 작은 받침점에서 능동형 제진대 위에 설치되었다. 공기 굴절률의 영향을 제거하기 위하여 이 초공진기를 진공 체임버 내부에 설치하고, 온도를 1 mK 수준에서 안정화 하였다. 또한, 이 장치들을 방음 체임버 안에 설치하여, 소리로 인한 잡음을 막아 주었다. 실험에 사용된 초공진기의 광자 수명시간으로부터, 그 예리도가 380 000으로 측정되었다. Sum frequency generation was utilized to obtain a yellow laser with the wavelength of 578.4 nm for a probe laser of an Yb lattice clock. The output of an Nd:YAG laser with wavelength of 1319 nm and that of an Yb-fiber laser with wavelength of 1030 nm were passed through a waveguided periodically-poled lithium niobate (WG-PPLN) for sum frequency generation. It is required that the probe laser has a linewidth of the order of 1 Hz to fully resolve the Yb lattice clock transition. Thus, the linewidth of the probe laser was reduced by stabilizing the frequency to a super-cavity. This was made of ULE with a low thermal expansion coefficient, and was mounted on an active vibration-isolation table at the optimal point for the reduced sensitivity to vibration. Also, this was installed in a vacuum chamber, and the temperature was stabilized to 1 mK level. This system was installed in an acoustic enclosure to block acoustic noise. The finesse of the super-cavity was measured to be 380 000 from the photon life time of the cavity.
김지대,서호성,이동주 한국공작기계학회 2003 한국공작기계학회 춘계학술대회논문집 Vol.2003 No.-
This study is for the stable optical source in order to get the precision measurement, which contributes to help the laser frequency and the output to be settled. The laser optical frequency is changed by the length of resonance cavity. The length variation of the laser resonance amplitude is affected by the thermal expansion of that system. So, we try not only to adjust the temperature of the laser tube using the heater for fine length of resonance cavity, but also to maintain the fixed temperature of the resonance cavity for outputting the safe laser optical frequency. Therefore, we must take materials with the thermal expansion of the supporting system, which is closer to it of the laser resonance cavity. Using the materials, we can promote to stabilize the temperature of it. In advance, we also plan to get the settlement of the laser frequency and the output in the long term, optimizing and stabilizing the system.
KRISS의 광 측정시스템을 이용한 단일모드 광섬유의 색분산 및 편광모드분산 측정과 불확도 평가
이성헌,김용평,유한영,서호성 慶熙大學校 레이저 工學硏究所 2007 레이저공학 Vol.18 No.-
We demonstrate the uncertainty comparison and analysis of NPL chromatic dispersion(CD) and NIST polarization mode dispersion(PMD) Certified Reference Material(CRM) in the KRISS. The uncertainty of each quantity was evaluated as the combined standard uncertainty multiplied by a coverage factor k=2. Modulation phase shift techniques are used to measure CD in the 1300 nm and 1500 nm region , PMD in the 1500 nm region. CD and PMD uncertainty are 2.64 ps/nm · km, 0.002 ps, respectively. The measurement uncertainty was a good agreement between CD & PMD CRM and PDLA system of KRISS.