Optical frequency reference stabilized to Rb D2 transition controlled by FPGA lock-in module

Abstract

La modulación y demodulación lock-in es utilizada con frecuencia para la estabilización de la longitud de onda de emisión de un láser sintonizable en laboratorios de metrología, espectroscopia, física atómica y óptica cuántica. En particular, la estabilización a una transición atómica particular es utilizada para generar patrones de frecuencia óptica de referencia. En este trabajo se presenta el desarrollo de un módulo de estabilización con tecnología de electrónica programable FPGA (del inglés, Field Programmable Gate Array) que permite realizar la modulación a frecuencia f y demodulación lock-in en frecuencias f y 3f. El módulo es económico, versátil y se puede controlar remotamente usando una plataforma de Software Libre. Se probó el desempeño del sistema estabilizando un láser sintonizable por cavidad externa (ECDL, del inglés External Cavity Diode Laser) a una de las transiciones hiperfinas del Rubidio (Rb), logrando una desviación estándar en la frecuencia óptica del orden de los 100 kHz, equivalentes a una estabilidad 2.6 10-10.

Lock-in measurement is frequently used for tunable laser wavelength stabilization in metrology, spectroscopy atomic physics and quantum optics labs. In particular, wavelength stabilization to atomic transitions is used to build optical frequency references. In this work we present the development of a stabilization module build using FPGA (Field Programmable Gate Array) technology for modulating at f frequency and lock-in demodulating on f and 3f frequencies. The module is economic, versatile and can be remotely controlled using a Free Software platform. We tested the system performance stabilizing a tunable External Cavity Diode Laser (ECDL) to a Rubidium (Rb) hyperfine transition, achieving an optical frequency standard deviation of 100 kHz, equivalent to an stability of 2.6 10-10.