Frequency stabilization of an Er-fiber laser to high-finesse ultra-low-expansion optical cavity

Abstract The aim of my project is to describe the process of stabilization of the emission frequency of an erbium fiber laser with a wavelength of 1.54 µm to a resonant cavity with a high finesse (~50,000) and a small thermal expansion coefficient by using the so called Pound-Drever-Hall technique, which consists in coherent modulation and demodulation. The “metrological” characterization of the performances of the stabilized laser is conducted through the analysis in the Fourier frequency domain of the frequency noise both when the control loop is open and is closed. The stabilized laser has a linewidth of 1 kHz for an observation time of 1 s and a fractional frequency instability better than 10-14 for integration times in the range from 1 s to 100 s.

Abstract Si descrive la stabilizzazione attiva della frequenza di emissione di un laser ad erbio in fibra alla lunghezza d’onda di 1.54 µm rispetto ad una risonanza di una cavita ottica ad elevata finesse (~50000) e ridottissimo coefficiente di espansione termica mediante la tecnica di Pound-Drever-Hall (modulazione e demodulazione coerente). La caratterizzazione “metrologica” delle prestazioni del laser stabilizzato è stata realizzata mediante l’analisi nel dominio delle frequenze di Fourier dei rumori di frequenza ad anello di controllo aperto e chiuso (sistema stabilizzato). Il laser stabilizzato è caratterizzato da un valore di larghezza di riga di 1 kHz su tempi di osservazione di 1 s e livelli di stabilità di frequenza relative migliori di 10-14 per tempi di integrazione compresi tra 1 s e 100 s.