Accurate measurement of ultralow loss in a high-finesse Fabry-Perot interferometer using the frequency response functions

Uehara, Noboru; Ueda, Ken

doi:10.1007/bf01090966

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“…This is performed by neglecting the OPO intensity noise and by calculating the autocorrelation of the field E of the OPO signal using the following expression [17]: where S ν (f ) is the power spectral density of the frequency noise. By injecting the results of Figs.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Frequency stabilization of the non-resonant wave of a continuous-wave singly resonant optical parametric oscillator

Szymanski

Bretenaker

2015

Appl. Phys. B

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for pumping at (π/2) 2 times above the oscillation threshold. This theoretical limit was almost reached with a CW SRO based on a periodically poled lithium niobate (PPLN) crystal for which the authors reported 93 % of pump depletion [7]. In most cases, the optimization of the output power depends on the choices of the crystal length and mirror reflectivities for a given available pump power. A recent example shows that a low threshold is not necessarily the best way to obtain a high output power, even for the nonresonant beam (idler) [8].Besides, SROs are also extremely attractive for their frequency noise properties. In particular, it has been shown that the frequency noise of the pump can be dumped to the wave which is not resonant inside the cavity [9]. By locking the frequency of the resonant wave at resonance with a high-finesse resonator, this has allowed to stabilize this frequency down to the kHz level [10, 11], i. e., well below the linewidth of the pump laser. The problem then is that the output power obtained from the resonant wavelength is usually quite small, i. e., well below 1 W for pump powers of several Watts. Indeed, the converted pump power is mostly extracted by the non-resonant wave which carries the pump noise. This problem has received quite some attention. For example, extracting some power from the wave resonant in the cavity can be performed by using an optimized output coupler such as a dielectric coating mirror [2, 13] or a volume Bragg grating [14]. Another method consists in inserting a plate inside the cavity at an incidence angle close to the Brewster angle in order to ensure a small but adjustable amount of output coupling [15].However, in spite of the partial success of these demonstrations, it would be extremely desirable to be able to stabilize the frequency of the non-resonating wave. This would allow us to benefit from the two main advantages of SROs-efficient conversion and extremely small Abstract We present an experimental technique allowing to stabilize the frequency of the non-resonant wave in a singly resonant optical parametric oscillator (SRO) down to the kHz level, much below the pump frequency noise level. By comparing the frequency of the non-resonant wave with a reference cavity, the pump frequency noise is imposed to the frequency of the resonant wave and is thus subtracted from the frequency of the non-resonant wave. This permits the non-resonant wave obtained from such a SRO to be simultaneously powerful and frequency stable, which is usually impossible to obtain when the resonant wave frequency is stabilized.

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Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Frequency stabilization of the non-resonant wave of a continuous-wave singly resonant optical parametric oscillator

Szymanski

Bretenaker

2015

Appl. Phys. B

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“…Une méthode de détermination de cette fonction consisteà utiliser un modulateur acousto-optique en entrée de la cavité [53]. Cette méthode est difficileà mettre en oeuvre et nécessite d'ajouter un nouvelélément dans le montage optique.…”

Section: Détermination Expérimentale De La Fonction De Transfert De Lunclassified

“…Cette mesure passe par la détermination de la finesse (x2.3.2) et le bilan de puissance autour de la cavité. La méthode que nous employons est adaptée de la méthode utilisée dans les références [53] et [88] qui consisteà déterminer la finesse et le coefficient d'efficacité en transmission de la cavité T = T 2 (P +T ) 2 .…”

Section: Détermination Des Paramètres Optiquesunclassified

Study, design and realization of a Fabry-Perot cavity for the Compton polarimeter of TJNAF; Etude, conception et realisation d'une cavite Fabry-Perot pour le polarimetre Compton de TJNAF

Falletto

2001

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RemerciementsJe tiens tout d'abordà remercier M Kees de Jager et Mme Catherine Nari Man d'avoir accepté d'être les rapporteurs de ce travail de thèse. Je vous remercie d'avoir consacré de votre tempsà la lecture et la correction du document. J'ai particulièrement pu apprécier la qualité de vos remarques ainsi que la sympathie dont vous avez fait preuveà monégard. Je voudraiségalement exprimer ma gratitudeà M. Vincent Comparat, mon directeur de thèse, dont l'écoute et la disponibilité m'ontété précieuses, en particulier dans les périodes de doutes qui ontémaillées ces trois années. Je souhaite associerà ces remerciements M. Jacques Martino, mon responsable CEA. J'ai vivement apprécié son appui dans les moments importants ainsi que son suivi attentif de la rédaction du mémoire. Je tienségalementà remercier les membres du jury : M. Christian Cavata, Philippe Mangeot , Pierre Boyer pour l'attention qu'ils ont bien voulu porterà mon travail.Je voudrais maintenant rappeler que le travail que je présente dans ce document est avant tout le fruit du labeur d'uneéquipe. Je veux donc remercier tous ceux ou celles qui ont fait partieà un moment ou un autre de ce que nous appelions entre nous le "groupe cavité". J'ai beaucoup apprisà votre contact et je vous en suis reconnaissant. Je me souviens de tous ces instants enrichissants passés ensemble et je ne suis, en particulier, pas près d'oublier les brèves de comptoir, malheureusement pas toujours appréciéesà leur juste valeur. Je remercie donc Alain Delbart pour son aide et ses corrections qui ontété déterminantes pour l'aboutissement du travail. Cela aété un réel plaisir de travaillerà tes côtés. Je remercie Gilles Pontet, qui (le fou dangereux !) n'a pas hésitéà prendre sur son temps personnel pour m'expliquer toutes ces notions qui me passent la plupart du temps par dessus la tête. Je me doute de ce que tu vas dire : "ah ben, je n'ai pas fait grand chose". C'est faux et tu le sais. En tout cas, merci. Je remercie très chaleureusement Philippe Rebourgeard pour les corrections et les conseils concernant le contenu du rapport. Ton soutien ainsi que nos conversations m'ontété très utiles. Je remercie tout particulièrement Nathalie Colombel, la mécanicienne du lot, pour sa disponibilité et pour les belles figures en trois dimensions dont j'ai pu agrémenter le présent rapport. Je remercieégalement Pascale Deck, notreélectronicienne de choc, qui m'a toujours aidé et soutenu. Je n'oublie pas bien sûr Yannick le farceur (au fait, moi c'est nico), son acolyte de la technique. Vous deux ainsi que Philou et Jean-Claudeêtes ceux qui m'avez accueilli sans retenue dans mes débuts laborieux. Je vous en remercie. Voici le tour de celui qui a supporté bon nombre de mes humeurs au long de ces trois années : Yves Lussignol. Grâceà lui, j'ai pu assouvir mes penchants ludiques au coeur du projet. Alors, merci pour ton amitié, merci pour les cours, et la patience dont tu as toujours fait preuve. Je souhaite par ailleurs remercier Martial Authier, pour son accueil, son soutien, sa compréhen-sivi...

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“…Therefore in the presence of a non birefringent cavity the measurement of an ellipticity signal generated by a time dependent birefringence at a frequency ν will be filtered according to [31],…”

Section: Frequency Responsementioning

confidence: 99%

Intrinsic mirror noise in Fabry–Perot based polarimeters: the case for the measurement of vacuum magnetic birefringence

et al. 2018

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Although experimental efforts have been active for about 30 years, a direct laboratory observation of vacuum magnetic birefringence, due to vacuum fluctuations, still needs confirmation: the predicted birefringence of vacuum is n = 4.0 × 10 −24 @ 1 T. Key ingredients of a polarimeter for detecting such a small birefringence are a long optical path within the magnetic field and a time dependent effect. To lengthen the optical path a Fabry-Perot is generally used with a finesse ranging from F ≈ 10 4 to F ≈ 7 × 10 5 . Interestingly, there is a difficulty in reaching the predicted shot noise limit of such polarimeters. We have measured the ellipticity and rotation noises along with Cotton-Mouton and Faraday effects as a function of the finesse of the cavity of the PVLAS polarimeter. The observations are consistent with the idea that the cavity mirrors generate a birefringencedominated noise whose ellipticity is amplified by the cavity itself. The optical path difference sensitivity at 10 Hz is S D = 6 × 10 −19 m/ √ Hz, a value which we believe is consistent with an intrinsic thermal noise in the mirror coatings. Our findings prove that the continuous efforts to increase the finesse of the cavity to improve the sensitivity has reached a limit.

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Accurate measurement of ultralow loss in a high-finesse Fabry-Perot interferometer using the frequency response functions

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Frequency stabilization of the non-resonant wave of a continuous-wave singly resonant optical parametric oscillator

Frequency stabilization of the non-resonant wave of a continuous-wave singly resonant optical parametric oscillator

Study, design and realization of a Fabry-Perot cavity for the Compton polarimeter of TJNAF; Etude, conception et realisation d'une cavite Fabry-Perot pour le polarimetre Compton de TJNAF

Intrinsic mirror noise in Fabry–Perot based polarimeters: the case for the measurement of vacuum magnetic birefringence

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