ドップラー広がりの無い吸収線を用いた半導体レーザー周波数の超高安定化

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半導体レーザーは小型, 軽量, 小電力という他のレーザーに無い多くの長所を持ち, 更に単一モードで室温で動作するものも多く開発され, 計測や通信の分野で実用化されつつある. しかし, 唯一の欠点は発振周波数が温度や駆動電流に極めて鋭敏で不安定であり, またスペクトル自体もガスレーザー等に比べて広いことである. 半導体レーザーを光源とした光センシングにとってこれらの欠点を克服することが極めて重要なことである. 本研究の目的はまず, 原子の吸収線を利用して半導体レーザー周波数を超高安定化することである. そのためにCsやRb原子に対して飽和吸収分光を行い, 得られたドップラー広がりの無い極めて鋭い吸収信号を利用し, その中心周波数にレーザー周波数を固定させた. その結果, 現在のところ半導体レーザーとしては世界最高の周波数安定度(Δf/f<10^<-13>)を得ることができた. この周波数安定化の方法では, 制御系の誤差信号を得るために, 半導体レーザー周波数を微少に変調させている. しかし, 光のコヒーレンスを利用する将来の光センシングではこのような周波数変調は望ましくない. そこで, 周波数変調させることなしに誤差信号が得られる新しい分光法の開発を行った. この新しい方法では, 原子に加える光の偏光を変化させ, 或いは原子に交番磁界を加えるもので, CsやRh原子に応用したところ理論的に予想した通りの微分形のドップラー, フリー信号を得ることができた. この信号を利用して半導体レーザー周波数の安定化を行ったところ, 飽和吸収信号を利用した場合と同様の極めて高い周波数安定度が得られた. 周波数変調をかけていないことから多くの応用が開けるものと考えている. 現在, 外部鏡を用いた半導体レーザースペクトルの狭帯域化の研究を行っているが, 予備的実験ではかなりの狭帯域化に成功している. 今後は狭帯域化したレーザーの周波数安定化の研究を行う予定をしている.