저 시-비 리-동 조건 경허락 2.0 한민

는 아래 조건 르는 경 에 한하여 게

l 저 물 복제, 포, 전송, 전시, 공연 송할 수 습니다.

l 차적 저 물 성할 수 습니다.

다 과 같 조건 라야 합니다:

l 하는, 저 물 나 포 경 , 저 물에 적 허락조건 확하게 나타내어야 합니다.

l 저 터 허가를 러한 조건들 적 지 않습니다.

저 에 른 리는 내 에 하여 향 지 않습니다.

것 허락규약(Legal Code) 해하 쉽게 약한 것 니다.

Disclaimer

저 시. 하는 원저 를 시하여야 합니다.

비 리. 하는 저 물 리 적 할 수 없습니다.

동 조건 경허락. 하가 저 물 개 , 형 또는 가공했 경에는, 저 물과 동 한 허락조건하에서만 포할 수 습니다.

이학 사학 논문

이터 원자 레이 냉각

한 399nm 레이 시스템 연구

A 399nm Laser System

for Laser Cooling of Ytterbium Atoms

2013 2월

울대학교 대학원

물리천문학부

권 민 식

이 사논 이 원자 체 보즈-아인슈타인 축(Bose-Einstein

Condensation(BEC)) 구 하 한 원자 감속 이 시스 에 해 소개한다. 보즈

-아인슈타인 축 에 지 닥상태에 거시 인 자 원자들이 놓여 있어 하나

질 를 하는 것 말한다. 라 BEC상태 원자들이 가지는 결맞

(Coherence)를 이용해 체, 소용돌이, Berezinskii-Kosterlitz-Thouless 이 등

다양한 양자 상들 탐구할 있다. 이미 여러 연구 들에 해 23Na, 40Ca, 87Rb,

133Cs, 174Yb, 164Dy 등 다양한 원소들 BEC가 구 었다. 우리는 174Yb(이 )원자

를 이용해 BEC를 구 하 고 한다. 174Yb 원자는 다른 원자들에 해 1S0 ↔ 3P2

이(Transition) 폭이 약 10mHz 매우 좁고 3P2 상태에 강한 자 극자 모

트를 가지 에 이를 이용해 원자시계 또는 극자- 극자 상 작용, 자 상태

연구 등 할 있다.

보즈 아인슈타인 축 만들 해 실험 단계에 지만 감속(Zeeman

Slowing) 이용하여 원자들 감속시킨다. 지만 감속 는 지만 효과를 용하여 원자

자 사이 도플러효과를 상쇄해 다. 라 원자가 일 주 하게

하여 원자를 감속시킨다. 원자 지만 감속 원 히 하 해 주 가 안

이 가 필요하다.

우리는 174Yb 1S0↔1P1 이를 이용해 지만 감속 하 해 399nm 외부공

진 다이 드 이 (ECDL)를 계, 작하 다. ECDL에 는 장이 398.799nm(Air)

인 이 단일 모드(Single Mode) 14mW 지 나 다. 이 이 주 를 안 하

해 1S0↔1P1 이에 한 포 분 (Saturation Absorption Spectroscopy)

신 를 획득하 다. 이를 해 Yb 체 (Vapor Cell)

작하 다. 이 신 를 차신 (Error Signal) 변 하여 주 안 를

시도하 다.

399nnm 이 시스 이용해 원자 감속과 이미징 하 면 130mW

이 출 이 필요하다. 그래 충분한 출 얻 해 뜸-종속 이 시스

(Master-Slave Laser System) 구축하 다. 씨결 결합에 단일모드

125mW 이 출 인하 다.

앞 PID 어에 필요한 한 조건과 안 한 이 모드를 찾아 추가시도

를 하면 주 안 를 이룰 있 것 상한다..

주요어: 주 안 , 포 분 (Saturation Absorption Spectroscopy), 외부

공진 다이 드 이 (External Cavity Diode Laser), 뜸-종속 이 시스

(Master-Slave Laser System), 지만 감속(Zeeman Slowing), 이 보즈 아인슈타

인 축(Ytterbium Bose-Einstein Condensation)

학번: 2009-22959

목차

1. 연구소개 . . . . . . . . . . . 5

지만감속

2. 이 . . . . . . . . . . . 7

3. 실험장 . . . . . . . . . . . . 10

399nm 감속 이 시스 개요. . . . . . 10

3.1. 외부공진 다이 드 이 . . . 14

3.2. 체 . . . . . . . . . . . 17

3.3. 뜸-종속 이 시스 . . . . . . 21

4. 감속 이 시스 . . . . . . . 22

4.1 포 흡 분 통한 이 . . . . . 22

4.1.1. 본원리. . . . . . . . . . . 22

도플러 넓 짐 . . . . . . . . . 22

포 흡 분 . . . . . . . . . . . 24

크 스 버 . . . . . . . . . . . . 26

4.1.2. 포 흡 분 과 . . . . . . . 28

4.1.3. 포 흡 분 결과 . . . . . . . 29

4.2 주파 안 를 한 차 신 생 . . . . . 32

4.2.1. 본원리. . . . . . . . . . . . 32

4.2.2. 차 신 생 과 . . . . . . . . 35

4.2.3. 차 신 . . . . . . . . . . . . 36

4.3 이 출 향상 한 뜸-종속 이 시스 37

4.3.1. 출 증폭 과 . . . . . . . . . . . 38

4.3.2. 출 증폭 결과. . . . . . . . . . . 38

5.결 . . . . . . . . . . . . . . 39

6.참고 헌. . . . . . . . . . . . . 40

(Abstract) . . . . . . . . 41

1. 연구소개

이 사논 Yb 보즈 인슈타인 축(Ytterbium Bose Einstein Condensation)

구 399nm 원자 냉각 이 시스 소개 다.

보즈 인슈타인 축 에 지 닥상태에 거시 인 자 원자들이 놓여

나 질 를 는 것 원자들이 가지는 결맞 (Coherence) 이용 여

체 , 소용돌이, Berezinskii-Kosterlitz-Thouless 이 등 연구가 가능 다.[1,2]

원자들 BEC상태를 만들 해 지만 감속, 자 우 , 증 냉각 등 다양

이 냉각과 이 요 다. 우리 399nm 이 시스 Yb 원자들 지만 감속

에 쓰인다. 이를 해 주 (Frequency Stabilization) 399nm 이 가

요 다. 라 399nm 외부 공진 다이 드 이 (ECDL)시스 계, 작 다.

주 를 해 체 에 포 분 여 Yb 1S0↔1P1 분

신 를 했다. 우리는 이 신 를 이용 여 이 주 를 시도 다.

편 Yb원자 감속과 이미징에 요 130mW 이 출 얻 해 -

종속 이 시스 구축 다. 결 결합에 종속 이 는 단일모드

125mW 출 인 다.

Yb 1S0 ↔ 3P2 이는 폭이 약10mHz 매우 좁 에 이 불 도가

매우 작 차 원자시계 후보 주목 고 있다.[3] Yb 원자는 3P2

State에 강 자 극자모 트를 가지 에 원자 사이 극자- 극자 상 작

용 이용 여 장거리 상 작용(Long Range Interaction) 연구를 있다[[4],그

림.2.3].

1장 Yb 원자를 감속 399nm 이 시스 연구를 간단히 소개 다. 2

장 Yb원자 주요 특 다. 3장 주 이 출 증폭에 사용

는 실험장 들 명 다. 4장 감속 이 시스 주 이 출

증폭 명 다. 4.1장 포 분 통 이 명 다. 4.2장 이

차신 변 는 것 명 다. 그리고 이를 이용 주 시도에

해 명 다. 4.3장 이 출 증폭 -종속 이 에 해 명 다. 5장

명 내용들 간단히 요약 다. 6장에 는 이 논 쓰는데 참고했 자료

들 목 했다.

지만감속 (Zeeman Slower)

그림.1.1. 지만감속

실험 BEC를 구 해 단계에는 지만 감속 법 사용 여 원

자를 감속시킨다. 이를 해 BEC 장 에 덩어리 질 가열 여 체 원자들

생 다. 체원자들 높 운동에 지를 가지고 르게 운동 다. BEC를

만들 해 날뛰는 원자들 속도를 여 낮 에 지 상태 만들어야 다. 그래

원자가 가진 특 이에 해당 는 이 원자가 운동 는 향 부

쏘 그 원자가 튐 효과(Recoil Effect)를 겪게 다. 원자는 운동량 보

존법 에 해 속도가 느 진다[그림1.1]. 그런데 원자가 자 마주 보는 향 이

동 , 도 러 효과에 해 움직이는 원자 틀(Reference Frame)에

장이 변 다. 이 솔 노이드(Solenoid)를 이용 여 자 장 가 면 지만 효과가 생

겨난다. 이 효과는 원자 이를 변 시 도 러 효과를 상쇄 도 다.(Eq.1.1)

(Eq.1.1)

[ω0= 자 장이 없 공명진동 , µB=원자 자 모 트, B(z)=Z 향 자 장, ω

= 이 주 , k =Wave Vector, = Z 향 원자 속 ]

이러 과 거쳐 원자는 이 지속 여 감속 고, 이러 식

지만 감속이라고 다. 이 논 에 는 지만감속 에 Yb 원자를 감속 는 399nm

이 시스 에 해 논 다.

2. 이 (Yb)

그림. 2.1. 원소주 에 Yb.

Yb는 희토 속계열 자 원자이고 상태(Ground State)에 [Xe]4f146s2

자 를 가진다. 외각 자가 2개라 칼리토 속과 자 가 슷 고

각 에 지 에 Singlet Triplet state를 가진다.[그림.2.3.] Yb는 7개

동 원소(2종 : Fermion, 5종 : Boson)를 가진다. Yb핵에 자 갯 차이에

해 부 효과 질량효과 인해 동 원소 편이가 일어난다. 원자질량 173.04이다. [그

림2.2. , 그림.2.4.]

Yb는 색 고 강도는 른 편이어 망 면 모양이 변 다. 그리고 공

분과 만나 매우 천천히 다.

(Eq.2.1)

Yb는 일주일 게 공 에 놔 어도 면 색 거 변 지 고 상 에 녹는

819℃, 는 1196℃도 이다. 상 에 Yb는 매우 다. 우리는 국

RND KOREA에 Ytterbium 도99.95%를 구매 다.

그림. 2.2. Yb 자연계 분포 과 핵 스 .[6]

그림. 2.3. Yb 에 지상태들.

그림.2.4. Yb원자에 동 원소편이 [7],[8]

그림.2.5. Yb원자 1S0↔ 1P1,

1S0↔3P1 이에 요 값들[8]

.

3. 실험장

399nm 감속 이 시스 개요

그림.3.1. 399nm 이 시스 계획도

[HWP: Half Wave Plate, PBS: Polarization Beam Splitter, FR : Faraday Rotator,

OI : Optical Isolator, FG : 함 생 , PD : Photodiode, AOM : Acousto-Optic Modulator, ①

= 변조신 , ②=PZT스캔신 , ③QWP: Quarter Wave Plate (나 지 Wave Plate는 모

HWP), ④: PBS가 Y축 45도 돌 감]

항목 요 값들

1. 1S0↔

1P1 생존시간 5.7ns

2. 1S0↔

1P1 포 강도 0.57mW/mm2

3. 이 단면 ~15.7mm2 (타원모양)

4. 원자 단면 ~31.7mm2 (원모양),(Zeeman Slower 입구)

~506mm2(Zeeman Slower 출구)

5. 이 출 ~60mW 상

.3.1. 지만감속 과 에 요 값들.

399nm 감속 이 시스 크게 부분 구 다[그림.3.1]. 이 시스

이 를 만들어내는 외부공진 다이 드 이 (ECDL), 생 이 를 원자에 가해

포 분 는 체 부분, 이 출 높이 종속 이

이루어 있다. 그림3.1 계획도 실 는 AOM 외 나 지 부분에

구 료했다.

ECDL 다이 드에 외부공진 를 장착해 시스 에 요 399nm 이 를

생 다. 체 포 분 (Saturation Absorption Spectroscopy, SAS)

Yb 체상태 시료를 생 다. 체 이용 포 분 통해 우리

는 Yb 1S0 - 1P1 이 신 를 얻 있다. 399nm 이 시스 지만 감속 에

Yb원자를 냉각시킬 냉각 이 사용 므 주 가 이 가

요 다. ‘ 이 주 ’란 이 가 시간에 라 변 가 거 없는 일 주

내놓는 것 말 다.주 과 해 포 분

여 원자 이 다. 이 이 주 를 목 장

다. 이 분 신 는 Lock-In Amplifier에 차 신 변 고 PID를 이용

여 이 주 를 목 지 에 고 다.

지만 감속 이 출 이 클 원자를 많이 감속시킬 있다. 시스 계

에는 100mW 이 출 감속 내부에 가해주는 것 계획했었다. 지만 지

만 감속단계 에 이 이 구, 등 지나면 손실 는 양 감 면

히 140mW이상 이 이 원에 나 야 다. 그런데 우리가 보 다이

드가 낼 있는 이 고출 이 140mW이고 우리가 스트했 단일모드 는

130mW 지 출 낸 이 있 므 우리는 다이 드가 생산 있는 출 계를

130mW 했다. 라 좀 실 생각해 다이 드에 지만감속 지

이 가 진행 며 손실 는 양 이라고 히 고 나 지 약 60mW 도

이 워가 지만감속 에 들어갈 것 상해볼 있다.

재 ECDL에 약 18mW 도 생 고 구를 거쳐 일부 손실 고 포

분 해 11~12mW가 쓰이고 있다. ECDL에 나 는 이 출 이 작

에 종속 이 를 써 이 출 증폭 다. 그래 ECDL에 나 1mW는 종

속 이 에 결 입사 다. 종속 이 에 나 는 증폭 399nm 이

지만감속 쪽 가게 다.

지만 감속 식 그림 3.1. 399nm 이 시스 이용 여 Yb원자를 감속

다. Yb원자 각 이에 해당 는 이 Yb 원자에 가 다고 가 해보자. 1S0↔

1P1 이 들 상태에 생존시간이 5.7ns 다른 이 들에 해 ( : 1S0↔3P1:

877ns)짧 원자가 자를 고 어내는 주 가 짧 므

다른 이 보다 단 시간당 튐 효과를 많이 겪는다[그림2.3, 그림2.5]. 단 시간

당 튐 효과를 많이 겪 원자가 감속이 는 효 이 좋 므 1S0↔1P1 이 지만

감속 이 쓴다[9].

지만감속 에는 1S0↔1P1 이에 해 -1GHz Detuning 이 가 입사 다[그

림.1.1, 그림.3.1]. 이 에 Detuning 가 는 이 는 도 러 효과 자 장변 를 고

해 이 원자 사이 공명조건 만족시키 함이다[eq.1.1]. 지만감속에

요 -1GHz Detuning 이 에 주 해 ECDL에 -200MHz Detuning

이 출 고 종속 이 이 가 들어가 에 Acousto-Optic

Modulator(AOM)를 이용해 이 통과(Double Pass) 식 -800MHz

Detuning 추가 이 에 가 다. 그래 종속 이 에는 -1GHz Detuned

이 이 시결 들어간다 편, 포 분 과 이미징목 이

이 쓰일 는 각각 +200MHz Detuning(단일 통과 식) 가해 다.

우리는 지만 감속 내부에 60mW 고 다. 그 이 는 이 포

강도 0.57mW/mm2보다 강도가 큰 이 가해 많 원자들 감속

해 이다. ECDL 에 나 이 단면 면 15.7mm2 이고 지만 감

속 입구에 들어 는 원자 단면 31.7mm2 이다. 라 원자 단면 보다

큰 이 가해주어야 체 원자들 감속이 는 원자들 만들

있다고 상 다. 그러므 지만 감속 내에 이 존 단면 31.7mm2

이상 해주는 것이 좋다. 면 31.7mm2 에 해 1S0↔1P1 이 포 강도는

17.67mW/31.7mm2 이고 우리가 목 이 출 60mW/31.7mm2 이다. 그

러므 이 는 지만감속 에 많 원자들 충분히 감속 시킬 있다고 상

있다[ .3.1].

Acousto-Optic Modulator(AOM)

AOM GHz나 그 이 단 이 주 이동에 주 쓰이는데 본

크리스탈과 그 쪽 에 붙어있는 PZT 구 다. PZT는 라 주 (RF) 워

가 크리스탈 내부에 (Sound Wave) 도 만들어 다. 크리스탈 내부에

이동 는 는 크리스탈에 입사 자 상 작용 여 에 지 운동량

있다. 이를 통해 크리스탈 통과해 나가는 이 주 , 진행 향, 강도가

변 게 다. 그 간 과 래그회 (Bragg Diffraction) 만족 다[12].

그림 3.1.1 AOM 원리 [12]

,

(ω’: 크리스탈 통과 이 각 진동 , ω: 크리스탈에 입사 는 이

각 진동 , Ω : 각 진동 변 량, n : 굴 , vs : 크리스탈 내부에 속 , c0 : 진

공에 속 )

포 분 과 차신 , -종속 이 시스 에 자

명 다 4장에 도 겠다

.

3.1. 399nm 외부공진 다이 드 이 [ECDL]

그림. 3.2. ECDL 개략도.

ECDL는 시스 에 399nm 이 를 생 는 역 다. 이 다이 드에

나 이 사회 격자(Reflective Grating)에 회 다. 그 다 회 이

에 회 질 가 첫번째인(m=1) 이 임 다이 드에 다. [그림.3.2, Eq.3.1]

회 격자 입사 는 회 격자 식에 해 불연속 회 다.

(Eq.3.1)

(m= 회 질 (Diffraction Order0, θ= 사 과 1St order 회 사이 각도,

a=격자사이거리, λ= 우리가 이 증폭 원 는 장값 ) 0번째(Zeroth Order) 회

향 사법 르는 향이다. 그리고 0번째 회 향에 어지는

1st, 2nd, 3rd, …. 회 향이라고 말 다. 우리는 1st 회 이 임 다이 드

에 돌 가게 여 다이 드 회 격자 사이에 외부 공진 가 게 다.

θ 격자사이거리에 해 내가 원 는 특 장이 외부 공진 에 임 도

있다. 이 다이 드 질에 이득범 (Gain width ~100nm)를 가진

이 나 게 는데, 여 에 폭이 좁 외부공진 를 면 많 종단모드

(Longitudinal Mode)들이 생 있다. 실험에 쓰이는 ECDL에 외부공진

Free Spectral Range는 약 10GHz 이다. 회 격자는 임에 해 특 장 역

근처에 모드들 시 다. 외부공진 , 내부공진 , 회 격자 임, 다이 드

질에 이득합 통해 많 모드들 우리가 원 는 나 모드( 는 몇 개 모

드들)를 증폭 있다. [그림.3.3.] . 이 에 회 격자 임 증폭 모드 장

결 는 주요변 이다.

그림.3.3 ECDL 내부 Gain들

다이 드 질 이득 특 다이 드를 구 는 도체 질 드구조에 해 결 이

다. 이 도체에 르는 가해 도에 해 도체에 나 는 장 역

이 결 다. 장 역 이득 가진다. 편, 이 다이 드내부 다이 드

합 작 Fabry-Perot Etalon ( 는 공진 ) 고 이 인해 상 모드

구조를 가진다. 이 구조를 내부공진 라고 다. 다이 드 질에 나 는 이득

역 이 내부공진 를 거 면 이득이 주 에 라 주 변 게 다. 실험

에 쓰이는 ECDL에 내부공진 Free Spectral Range는 약 48GHz이다. 이 다

이 드에 주는 가 커지고, 가 는 도가 높 질 다이 드 질 이득 내부

공진 이득 높 장 역 이동 다. 이 이 증가 다르고 외부공진 ,

회 격자 임 변 지 해지면 나타나는 모드는 도 값이 변함에 라 모

드 겪는다.

ECDL Mode 찾는 법

, 도를 고 를 꿔주고 ECDL 고 손잡이를 돌 외부공진

회 격자 임 꾸면 이 가 짝이는 것 인 다. 이는 회 격자에

회 1st 회 이 임 다이 드 들어가 출 증폭해주는 것 미

다. 이 계 (Threshold Current)이 에 이 짝이는 것 통해 증폭

인 있다. 임이 는 것 인했 므 를 증가시 원 는 워

가 나 지 리고 장 를 이용해 실 장값 다. Fabry-

Perot Cavity(FP)를 이용 여 이 모드가 단일 모드인지 인 다. 장값이

지 거나 FP에 다 모드 나 는 경우, PZT 어 값 조 여 PZT

Actuator 이를 조 여 미 게 임 해 다.

단일 모드 장 면, 우리가 목 장 398.799nm(Air) 가 해 도,

, 회 격자 임, 외부 공진 를 조 다. 외부 공진 , 회 격자 임 조

는 법 이 고 손잡이 돌 장 큰 스 일 조 는 법과

PZT 어 를 이용해 값 조 해 PZT Actuator 이를 변 시 미 게

조 는 법이 있다. 장이 목 장에 십 GHz 도 떨어 있다면

Piezo Actuator 이를 조 여 목 장 근처 간다. 이 장

증가시키 면 를 증가시 주고 도를 높이고 PZT 이를 조 해 다. 고 손잡

이 돌 장 조 는 법 부득이 경우를 외 고는 쓰지 는다. 냐

면 임 외부 공진 각도 이에 민감 이다. 주 도를

이용해 미 게 장값 조 다. 이 다이 드는 도, , 외부 공진 , 회

격자 임이 연속 변함에 라 불연속 인 장변 를 보인다. 회 격자

임 조 면 다이 드 질, 내부 공진 , 외부 공진 이득 합 불연속 조

있게 다. 이 매개변 들이 크 가 슷 이 모드들 사이에 있 경

우 모드 사이 장이 번갈 가며 도 다. 이럴 변 들 히 꾸

어 나 모드가 나타나도 맞추어 다.

재 ECDL 다이 드 도가 18.793도이고 46.5mA 가 를

PZT 값 0-150V사이에 꿔주다보면 398.799nm 장 단일모드를 찾

있다. 이 조건에 이 출 18mW이다.

3.2. 체

그림. 3.4. Yb 체

포 분 실험 해 를 Yb 체가 요 다.

그래 체 작 여 그 에 Yb덩어리 질 고 가열 여 원자 체를 생 시

킨다. 체 그림 다 과 같다. [그림.3.4.]

우리는 그림과 같이 진공상태에 Yb 체를 생 있는 Yb 체 작

했다. Yb를 체 내부에 어주는 것과 컵부분 들여다 보 편 게 해 Cup

쪽에 2.75”CFF를 계했다. 요시 Blank 부분 열어 Yb 질 어주면 다.

그리고 Yb 체가 시창에 들러붙는 것 지 해 Yb 체 평균 자 이

동거리(Mean Free Path~4mm , 310도 )를 계산 여 그 보다 훨 이(800mm)

를 게 했다.(Eq.3.2) 1.33”CFF쪽 진공상태를 만들 해 펌 질 보펌

연결 는 부분이다. Yb 체 에는 불 체인 Ne Buffer Gas 어주었

다. Buffer Gas는 Yb원자 충돌 이용 여 Yb 평균 자 이동거리를 여 체

상태 Yb이 창(Viewport)쪽에 달라붙지 게 고 체상태 계속 러 있게 다.

Buffer Gas는 Yb과 지 야 에 불 체를 사용 다. 창에

Yb이 붙게 면 이 과도를 떨어 실험에 요 워 손실

다. 그래 고자

는 신 를 얻 힘들어 진다. 고 역 이 에 면 종 원자 체가

있는 공간 에 평균 자 이동거리는 다 과 같이 간단히 계산 다.[5]

(Eq.3.2)

(Eq.3.3)

(Eq.3.4)

(ㅣ= 평균 자 이동거리, = 평균속 , = 평균상 속 , n= 개 도, kB =볼 만 상 ,

= 평균 [Pa], Neon =100mTorr~13.3Pa, σ=충돌단면 , a1=Ne 원자 지름

=38pm , a2=Yb 원자 지름=175pm, T= 도[K]) 식에 고 Yb

도 고 해야 는데 300℃~350℃에 실험 에 충분 Yb 체가 생 는

데 이는 Ne에 해 매우 에 시 가능 다. [그림.3.5.]

Yb 체 부사항 다 과 같다. 체 1.33인 , 2.75인 CFF (ConFlat

Flange)가 달린 스 인리스 들 용 여 그림과 같이 작 다 (진공장

업체에 뢰). 실험 Yb 체는 이 질이 없는 상태여야 에

Vapor Cell 10-10 Torr Order 진공도를 목 작 다. Yb Vapor Cell를 작

후엔 Cell내부 이 질들과 분 거 해 IPA(Isopropyl Alcohol) 내부를

헹구어 내고 Cell 체를 150℃ 도 균일 게 가열해 다 (Baking). 그 다 Yb는

그림 컵부분에 10g 도 어 다. 이 는 라 스 장갑 끼고 티슈(

지 나는 것)에 어 이 질이 없는지 체크 고 체 에 는다. 이 질이 들어가게

면 후에 굽 (Baking)나 가열과 겪 면 이 질에 생 체가 Yb 면에

증착 어 체 를 막는다. 번 Yb 면에 이 질이 면 매우 강 해 약

500℃ 도에 도 2~3일이상 녹지 고 견 다. Yb는 상 에 는 포 체 이 3

× 10-21 Torr 거 공 에 존재 이 낮다. 그리고 400℃ 에 포 체

0.7 mTorr 이다.[Fig.3.5.]

그림.3.5. Yb 체 . CRC Handbook 참고 여 계산 값들 [9],[10]

Yb를 컵에 후에는 보펌 를 써 10-9 Torr Order 진공 상태

지 다. 그 다 Buffer Gas Neon 100mTorr 채운다. Yb 체를 생

해 컵부분 450℃에 20시간 가열 후 이 쏘 399nm 인 다.

Yb는 이 작지만 면에 덮힌 산 막이나 이 질막들 걷어내고 내부 Yb 원자

가 나 게 면 450℃ 도 고 이 요 다. Yb 체가 생 것 인

후엔 컵 가열 도를 변 시키면 포 분 에 요 체량 보

다. 이에 추가 명 4.1 장에 자 히 겠다.

체 등 진공장 에 이 고 가열 는 창에 Yb가 달라붙지 도 지

별 다른 도를 가해주는 것이 요 다[그림3.4.]. 창 약 150~200℃ 가열

여 Yb가 증착 는 것 막도 다. 이 열 가 면 라믹(Ceramic), 리

(Glass) 이 커지지만 창 가열 지 고 놔 면 2~3개월후 창에 이 이

히 증착 는 면 150~200℃ 가열 해주면 2~3개월이상 동 창이 깨 게

지 는 것 볼 있었다.

지지 는 침 는 창과 컵 사이에 다. 침 는 속재질 만들고

여러 개 열 능 갖추도 다. Blank 부분 가열 지 는

다. 침 Blank는 도가 략 30~50℃ 도 다른 역보다 차가운 지

인데 체 볼 도 소지 이 이곳에 어 Yb가

이곳에 모여들어 붙게 어 Yb가 창에 증착, 는 것 막 주게 다.

3.3 -종속 이 시스

그림. 3.6. 종속 이 시스 . [별모양 시: Y축 PBS가 45도 회 ] [12]

ECDL에 나 단일모드 자 출 고 있는 종속 이 에

어주면 종속 이 이득(Gain)이 결 장 역 에 증폭 면 이

장과 같 좁 폭 갖는 이 생 다. 종속 이 쪽 결 만 들

어가게 고 출 는 증폭 이 이 쪽 향 만 나 가게 해 [그림

3.1 상단],[그림.3.6]과 같 실험장 를 구 다.

4. 감속 이 시스

4.1. 포 분 통 이

포 분 (Saturation Absorption Spectroscopy, SAS) 원자 이

(Transition Line) 인 있는 실험 법이다. Yb원자 이 (174Yb, 1S0 - 1P1 )

주 를 이 다.

4.1.1. 본원리

도 러 짐(Doppler Broadening)

다 실험상황 고 해 보자. 내부 에 지 상태를 2 근사 있는 원자

를 생각해보자. 본 원자가 체 에 운동 고 있 이 만나

면 도 러 효과를 겪는다.

일 진동 를 갖는 이 원자 만난다고 했 실험실틀에 각 진동 (=ω)

는 속 v 움직이고 있는 틀에 각 진동 (=ω‘ , ω’’) 다 계를 갖는

다. [그림.4.1.]

그림. 4.1. 도 러효과.

이런 상황에 원자가 는 경우를 생각해보자.

원자가 좌 운동 고 있 틀에 는 입사 는 진동 가 커지는 효과가

나타난다 [그림.4.2.(a)]. 원자가 느끼는 커진 진동 가 원자 공명조건에 맞 면 원자

는 그 다. 원자가 우 운동 고 있 틀에 는 입사 는

진동 가 작 지는 효과가 나타난다. 원자가 느끼는 작 진 진동 가 원자 공명조건에

맞 면 원자는 그 다[그림.4.2.(b)].

여러 원자들이 작 운동 , 원자들 고 인 맥스웰 볼 만 분포(Maxwell

Boltzmann Distribution)에 해 도에 른 속도 분포를 가지고 운동 인해

다양 게 변 진동 를 느낀다. 원자들이 다양 진동 게 면 원자

들 체 분포는 어지게 다 [그림.4.2].

그림. 4.2. 도 러 짐. 원자 작 운동에 라 (움직이고 있는 Reference Frame에 ) 원자

가 만나는 진동 변 스펙트럼 (원자가 는 경우)

운동 는 원자들이 , 동들 만나면 겪는 도 러 효과를 고 여 분 신

분포가 어지는 상 ‘도 러 짐’ 이라고 다. 이를 식 해보자. [그

림.4.1.]

(Eq.4.1)

(ω’ = 속 v 움직이고 있는 틀 (Reference Frame) 에 각 진동 , ω=

Laboratory Frame 에 각 진동 )

Wave vector ‘k’는 다 과 같 계식 가진다.

(Eq.4.2)

지틀(Rest Frame)에 원자들이 ω0 에 ω’ = ω0 이다.

그러면 속 v 운동 는 원자들 다 과 같 조건에 다.

(Eq.4.3)

v v + dv 역 속 가지는 원자 체들 분포는 다 식 주어진다.

(Eq.4.4)

(M= Atomic Mass, T= 원자 체 도 , C= 속 )

(Eq.4.5)

도T에 Mass M인 원자가 가질 있는 가장 이 높 속 u를 다.

식 이용 면 우리는 도 러 짐 상에 해 원자가 는 도가

Gaussian Type 분포를 가진다는 것 있다 [eq.4.6,그림.4.2.].

(Eq.4.6)

포 분

포 분 해 체 내부 원자들에 마주 는 이 가 다.

강도(Intensity)차이가 나도 다. 상 강도가 약

(Probe) 이라고 고 상 강도가 큰 펌 (Pump) 이라고 다.[그

림.4.3.] 펌 원자들 들 게 는(Excitation) 역 담당 고 도

러 짐 신 에 이 분 신 를 탐지 는 역 다. 같 ECDL

부 나 므 같 진동 를 갖는다. ECDL에 PZT 이를 주 꾸어주면

이 진동 를 스캔 있다. 이 에 진동 에 른 원자 분

신 를 있다.

펌 이 없고 만 Vapor Cell 들어가는 상황에 원자는 도 러

효과를 겪 면 진동 가 변 는 이 여 도 러 짐이 일어난다. 도

러 짐 원자 이 자연 폭(Natural Linewidth)보다 매우 크다.

그림. 4.3. 포 분

펌 , 다 공명주 보다 작 진동 를 가지고 있는 경우

(Eq.4.7)

이 계식 만족 면 우 향 진행 는 좌 향 진행 는 원

자들과 만나 고, 좌 향 진행 는 펌 우 향 진행 는 원자

들과 만나 다 [그림.4.3, 그림.4.4.(a)]. 그림.4.4 에 N1(v) 는 상태

(Ground State)에 있는 원자들 속도에 른 분포를 미 다. 그리고 N2(v)는 들

상태(Excited State)에 있는 원자들 속도에 른 분포를 미 다.

펌 , 다 공명주 보다 큰 진동 를 가지고 있는 경우,

(Eq.4.8)

이 계식 만족 면 우 향 진행 는 우 향 진행 는 원

자들과 만나 고, 좌 향 진행 는 펌 좌 향 진행 는 원자

들과 만나 다 [그림.4.3, 그림.4.4.(c)].

, 펌 이 공명주 를 가지고 있는 경우, 좌 이나 우 향 속도 분이

없는 원자들이 펌 , 게 다. 그리고 펌 과

다 같 원자들과 상 작용 게 다. 이 상 크 가 큰 펌 이 경 에

있는 원자들 들 게 면, 맞 편에 는 이미 원자들이 들 상태가

었 므 원자에 지 고 과 다[그림.4.4.(b)]. 이 인해 원자들이 2

이(Two Level Transition)에 해당 는 진동 만 지 는다. 라 원자 이

과분 신 가 도 러 짐 분 신 사이에 생 게 다 [그림.4.4.].

그림. 4.4. 속도에 른 원자들 개 분포 2 원자에 SAS.[8]

크 스 버

그림.4.5 3 원자(3 Level Atom) .

그림.4.3.과 같이 이 이 원자 만나는 상황에 3 원자일 를 고 해

보자[그림.4.5.]. 에 지상태1과 2사이 이, 에 지상태1과 3사이 이는 2

원자에 경우 마찬가지 원리 SAS Peak이 생 게 다. 편, 도 러효과에

해

, (Eq.4.9.)

조건 만족 는 원자들 , 펌 에 해 들 상태가 고

라 가 다. 진동 입사 이미 속도v를

갖는 원자들이 상당 들 게 었 에 이 잘 지 는다. 라 우리는

크 스 버 분 신 를 있다. [그림.4.6.]

그림.4.6 속도에 른 원자들 개 분포 3 원자에 SAS [8]

4.1.2. 포 분 과

ECDL이 목 장 근처에 단일 모드 이 를 출 면 함 생 에 삼각

를 Hz 내어놓 PZT Actuator에 걸어 다. 이 PZT가 진동 면 목 장

근처를 스캔 해 다. 그 다 주 진동 가 변 는 이 체 통과

도 다. 그 결과 원자는 ‘도 러 짐’ 겪는다.

포 분 (SAS) 실험장 는 다 과 같이 구 다. [그림.4.7.] 그림과 같이

펌 과 다. 이 펌 경 경 가 체 에

겹쳐지도 는 것이 요 다. 이 겹쳐있는 역이 어야 원자가 펌

, 과 동시에 상 작용 이 높 지고 명 포 분 신 를 얻

있다. 명 포 분 신 는 이 분 신 크 가 크고 울 변 가

격 다. 이를 해 체 도를 변 시키며 포 분 신 를 했다.

펌 과 꾸어 주면 포 분 신 를 했다.

그림.4.7. SAS 실험장 그림 (OI : Optical Isolator, FG: 함 생 , PD: Photo Diode, PBS:

Polarization Beam Splitter, HWP: Half Wave Plate]

4.1.3. 포 분 결과

그림. 4.8. 포 분

( 1.5mW/ 펌 11.4mW / 체 310℃)

그림. 4.9 SAS에 도 러 짐 빼 신 (이 값과 )

그림.4.9. SAS 신 에 도 러 짐 신 를 빼 그래 써 SAS에 나

타난 신 들 보여 다. 실 스 에 나타난 SAS 신 를 보여 다.

도 러 효과를 겪 신 에 해 신 가 상 매우 작 이 는 직 이해 지

고 연구 이다.

우리가 사용 는 이 174Yb 1S0 - 1P1 이 장인 398.799nm 주변 약

2.3 GHz 스캔 고 있다. 1S0 - 1P1 이가 이 상 작용 는 상황에 이 원

자를 2 원자 근사 있다. 174Yb 1S0 - 1P1 이를 그림.4.9.에 보면

Yb 동 원소 편이를 고 Yb 1S0 - 1P1 이 볼 있다. 핵자에 자

갯 가 변 함에 라 핵자 질량변 에 른 동 고 질량효과 핵자 크 변

에 른 동 고 부 효과에 해 상태 들 상태 사이 에 지 값이 변

는 동 원소 편이가 생 다. [그림.2.4.]. 그리고 [그림.4.9.]에 별모양 시에 있

는 3 원자 근사 있는 171Yb 크 스 버신 이다.

그림.4.10. Yb 체 도에 른 [ =(A/B)×100 ,

(A: 도 러효과를 겪지 과 강도

B: 도 러효과를 겪어 가 었 과 강도]

체 내부 도를 변 시키면 생 Yb 체량이 늘어나면 이 과

Yb 원자들이 상 작용 는 이 커진다. 라 SAS 신 에 이

커지는 것 볼 있다.[그림.4.10.]

그림.4.11. 일 도에 펌 , 변 에 른 SAS 신 변

그림.4.11. 보면 체 도가 일 펌 과 에 라

SAS 신 크 가 조 차이가 난다. Yb 체를 지나가는 경 에 Yb 들 게

에 충분 워가 펌 에 있다면 크 가 클 를 겪지

는 자개 가 증가 다. 라 SAS 신 크 를 크게 있다.

펌 과 편 조합(π, σ, σ+, σ-) 꾸어가며 SAS 를 했

편 에 라 축퇴 들 상태들과 상태사이 이 이 달라 SAS 신 들

에 미 크 변 들 볼 있었다.

4.2. 주 를 차 신 생

398.799nm(Air) (174Yb, 1S0 - 1P1 Transition )에 주 해

Lock In Amplifier를 이용 여 차신 를 만든다. 그리고 만들어진 차 신 를 이용해

PID 어를 했고 이 주 를 시도했다.

4.2.1. 본원리

우리는 4.1장에 이 (Transition Line) 분 신 를 얻었다. 이 분 신 를

이용해 주 를 우리는 ECDL 외부공진 PZT 이에 임

(Feedback) 가해 원 는 이 주 를 생 도 다. PZT 이가 변함에

라 외부공진 에 임이 변 고 이는 ECDL 장 변 시킨다. PZT 이

를 조 해 는 시간이 지남에 라 주 에 해 재 이 주 가

얼마만큼 차이나는지 야 다. 이 차이에 보는 이 분 신 도함 를

통해 있다. 이 분 신 울 를 살펴보면 신 에 는 울 가 0

이고 그 양 양, 울 를 갖는다는 것 있다[그림.4.9]. 이 분 신

에 울 가 0인 지 주 이 는 지 이다. 이 분 신 근

처 울 를 면 이 주 값과 울 값 1 1 해 있다. 이를 통

해 이 주 가 에 얼마나 떨어 있는지 있게 다. 그래 이 울

보(도함 )를 PID회 에 어주면 임과 통해 울 가 0인 지

이 주 가 이동 도 PZT 이를 조종 있다. 이를 통해 우리는 주

를 있는 것이다. 이 분 신 울 를 구 는 과 래 같다.

4.1장에 1S0↔1P1 이 분 신 에는 이 강도 노이즈(Intensity

Noise) , 60Hz 노이즈(Electrical Noise) , 실험장 나 등에 생 노이즈

가 일부 여있다. 노이즈를 걸러내 (Filtering) 해 SAS 신 에 kHz 역

(보통 SAS 이 폭 1/10) 주 신 를 어 Lock In Amplifier Narrow

Pass Filter에 어 다. 일 인 노이즈들 주 는 ~ 십Hz단 kHz주

차이가 많이 나므 우리가 원 는 신 를 kHz 주 에 싣는다. 이를 해

ECDL 어 에 변조(Current Modulation)를 가해 SAS 신 에 kHz 주 를

어주는 식 쓴다. Narrow Pass Filter는 변조 SAS 신 주 역 신

를 통과시킨다. 그

외 다 신 들 차단당 다. Narrow Pass Filter를 통과 신 는 Lock In

Amplifier내부에 증폭 다. 이 과 들 통해 노이즈에 힌 nV 역 미 SAS

신 도 감지 는 것이 가능 다. 이 게 Lock In Amplifier에 들어간 변조 SAS 신

는 Lock In Amplifier내부에 신 (변조 같 주 를 갖는 신 , Sine 함 )

주 합과 (Mixing) 통해 SAS 신 에 가해진 변조를 거 고 SAS 신

도함 를 구 있다. 이 과 간단 식 통해 보자.

를 통과 SAS 신 는 다 과 같 태를 다.

(Eq.4.10)

(△ω: 변조진폭 (Modulation Amplitude), Ω: 변조진동 (Modulation Frequency),

ωc: 진동 변 ) Lock In Amplifier 내부에 들어간 SAS 신 는 래 같 주

합 과 겪는다. 분에 G는 Gain 써 Lock In Amplifier 증폭 능 미

다.

T= 시간상 를 말 고 T ≫1/Ω 일 출 신 가 SAS 신 진동 에 가 운 값

이 다.

(Eq.4.11)

(ф= SAS 신 신 사이 상차 )

변조진폭이 SAS 신 폭( Γ ) 보다 매우 작 , SAS 신 는 다 과 같이 ω

c 근처에 개 있다. 실 매우 미 크 (~㎂ Order) 변조를 SAS에

가해 래 같 가질 있다.

(Eq.4.12)

항에 번째항 이후는 크 가 작 므 시 가능 다. V(ωc)는 분내에 상

처럼 작용 고 신 같 진동 진동 는 번째 항만 살 남 Lock-In

Amplifier 출 이 다. 이 과 주 합 는 변조신 거(Demodulation)

부른다.

(Eq.4.13)

즉 입 신 (SAS 신 를 포함 신 )를 신 (Input과 같 주 신 ) 곱

고 특 시간상 구간에 분 통해 변조가 거 SAS 신 도함 를 얻

있다.

4.2.2. 차 신 생 과

여 SAS 신 를 다. 그리고 SAS 신 를 Lock In

Amplifier 입 에 어주었다. [그림.4.13.] 빼 회 를 구 여 SAS 신 에 도

러 효과를 겪 신 를 빼주면 SAS에 이 분 신 만 내어

있다. 이는 크 가 작 이 분 신 를 좀 깨 게 있는 법

이지만 회 에 생 노이즈가 많 Lock In Amplifier에 입 에 부 합 다.

그 다 함 생 에 80~90kHz 역 Sine 신 (진폭 10mV)를 ECDL

어 에 어 변조를 다. Sine 신 는 운송신 (Carrier) 작용 여 SAS

신 여 Lock In Amplifier 들어간다. 변조를 어주는 함 생 에

Sync 신 ( 변조신 같 주 )를 Lock In 입 어 다.

변조가 실린 SAS 신 신 는 주 합 통해 미분 차 신 를 내어 놓

는다. PZT 스캔 범 를 좁히면 차 신 (SAS Peak이 미분 지 )

포함 좁 역에 만 스캔이 도 다.즉 이 장이 좁 역사이를 요동

도 만든다는 것이다. 그 다 에 PZT 변조를 면 PZT에는 직 들 (DC

offset)만 남는다. 직 들 인해PZT 이는 일 값 가진다. 이것 이 과

매우 가 운 근처에 이 주 가 다는 것 미 다. 그런데 이 주 는

시간에 라 이동 므 PID 어 를 작동해 PZT 직 들 조종 여 이

주 에 해당 는 이 주 값 지 도 만들어 다. PID는 짐과 동시에

차신 찾 간다. 어는 PZT 이에 큰 요동 있 므 주

분 어를 이용해 미 게 PZT 이에 임를 주도 다.

4.2.3. 차 신

그림. 4.12. SAS에 174 Yb 1S0-

1P1 신 차신 .

그림.4.12. 결과 같이 우리가 주 고 원 는 174Yb, 1S0 - 1P1 이

에 차 신 를 얻었다. 차 신 과 SAS 지 이 일 지 는 원인

다 과 같이 추 있다. 우리가 주 스캔 고 있는 역에 Lock In

Amplifier가 주 변조 거 (Demodulation)를 해 SAS Peak이 닌 주변 다른

신 들에 도함 값이 히 상쇄 지 에 SAS Peak 도함 에 다른

신 들이 이게 다(SAS 신 를 여러 진동 푸리에 요소(Fourier Component)들

합 보자.). 이러 임 인해 SAS Peak 지 과 도함 사이에 차이가

생 다고 추 다. Error 신 에 주 를 해 PID 임조건

는 이고, 편 스캔 범 를 여 SAS peak근처에 스캔 갑자 모드

이 일어나 주 는 직 지 고 있다. 충분 시간 들여 PID 임

조건 찾고 모드를 게 다시 다 , 시도를 면 주 가 가능

것이라 상 다.

4.3. 이 출 향상

-종속 이 시스

그림. 4.13. 399nm Laser System.

재 399nm ECDL 이 는 출 이 13mW ( 직 주 가 상태) 도

나 다. 차 신 를 해 SAS에 10mW 도 요 고 지만감속에 60mW, 이미

징에 10mW 가 요 다. 그리고 간에 구 , 등 통과 며 손실 는

양 감 해 130mW 가 요 다. 라 ECDL 이 에 나 는 이

증폭 해 -종속 이 시스 용 다.

4.3.1. 출 증폭 과

이 ECDL에 나 1mW 도 결 이 Isolator( PBS + Faraday

Rotator)를 통과해 종속 이 Collimation Lens쪽 들어가게 다. 결

이 종속 이 출 과 일 도 해 다. 종속 이 다이 드 가

임계 (=35mA)에 가 이 가도 다. 스펙트럼미 (CCS100, Thorlabs)를 이용

여 다이 드 이 이 임계 이 에 증폭 는지 인 다. 증폭이 잘 다는 것

임이 좋다는 것 미 다. 그 후엔 도를 조 여 결

장 역 종속 이 Gain 역 이동시 증폭 여 원 는 워를 얻

도 다. 스펙트럼분 를 사용 여 Fabry Perot 스펙트럼 인 여 종속

이 가 단일 모드인 것 인 다.

4.3.2. 출 증폭 결과

그림.4.14. Single Mode Signal of Slave Laser

재 이 가 주 가 어있지 상태이므 이 에 나

결 이 종속 이 에 단일 모드를 만들어 낼 있는지 여부에 해 만 그

림.4.14. 같이 스트를 해보 다. 종속 이 결 사이 결합이 잘 는 종

속 이 에 125mW 398. 799nm , 단일모드 이 나 도 있었다. 결합 조

는 것에 해 원 는 130mW 출 얻는 것이 충분히 가능 다.

5. 결

이 사논 Yb(이 ) 보즈 인슈타인 축 구 399nm 이

원자 감속 시스 명 다. 이 시스 만들 해 399nm 외부공진

다이 드 이 를 작 다. 이 이 주 를 해 포 분

고 Yb 동 원소들 1S0-1P1 이 했다. 포 분 해 Yb 체

작 다. 주 에 요 차신 를 얻 해 Lock In Amplifier를

용 여 174Yb 1S0-1P1 분 신 를 차 신 변 다. 이 차신 를 이용

여 충분 시간 들여 PID 임 조건 찾고 모드를 게 다시 다 ,

추가시도를 면 주 가 가능 것이라고 다. 편, 원자 감속에 충분

워를 얻 해 -종속 이 시스 구축 다. 종속 이 에 단일모드

출 125mW가 나 는 것 인했다. 종속 이 결 사이 결합 조

는 것에 해 원 는 130mW 출 얻는 것이 가능 다고 상 다. 399nm

이 시스 지만 감속 에 원자를 감속 고, 원자구름 이미징 는데 쓰일

이다.

6. 참고문헌

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[11] C. J. Foot , Atomic Physics , Oxford (2008)

[12] Martin Zweierlein, Master Thesis, MIT(2001)

Abstract

A 399nm Laser System

for Laser Cooling of Ytterbium Atoms

Min-Sik Kwon

Department of Physics and Astronomy

The Graduate School

Seoul National University

This thesis includes the development of a cooling laser system for Ytterbium

atoms. Bose-Einstein Condensation (BEC) is the macroscopic occupation of

particles in the lowest energy state at ultracold temperature. We can explore

various quantum phenomena, for example, superfluidity, vortex, and Berezinskii-

Kosterlitz-Thouless transition, using the coherence of BEC atoms. Experimental

realizations of BEC of many atom species, including 23Na, 40Ca, 87Rb, 133Cs, 164Dy,

174Yb and etc. have been achieved. We have a plan to realize Ytterbium(174Yb) BEC

where we can study atomic clock, dipole-dipole interaction and magnetism,

because Ytterbium atom has very narrow 10mHz linewidth in the 1S0 ↔ 3P2

transition and becomes a strong magnetic dipole moment in 3P2 state.

In order to make Bose-Einstein Condensation of Ytterbium atoms, Zeeman

slowing is used in the early stage of the experiment. In the Zeeman slowing, atoms

are slowed down by absorbing photons in the opposite direction. The Doppler shift

due to the change of the atom velocity is canceled by the Zeeman shift in a

spatially tailored magnetic field. The laser frequency needs to be stabilized for the

Zeeman slowing.

We designed and assembled a 399nm External Cavity Diode Laser (ECDL) for

Zeeman slowing using 1S0 ↔1P1 transition of 174Yb. ECDL emits a laser beam of

14mW and 399nm in a single mode.

In order to stabilize the laser frequency, we measured the saturation

absorption spectroscopy (SAS) of Ytterbium atoms. For SAS, we designed a

reference vapor cell, and generated Ytterbium vapor sample.

1S0↔1P1 spectroscopic signal of Ytterbium atoms was changed to error signal

by lock-In Amplifier. We tried to fix laser frequency to zero crossing of error

signal by PID control for stabilization of laser frequency.

We built a master-slave laser system in order to obtain a beam power of

130mW needed for Zeeman slowing and imaging of atoms. At the best seed

coupling, we obtained a light of 125mW in a single mode.

A stabilization of laser frequency would be possible by finding a proper

condition for PID control and stable laser mode.

Keywords: Frequency Locking, Saturation Absorption Spectroscopy, External

Cavity Diode Laser, Master-Slave Laser System, Zeeman Slowing, Ytterbium

Bose-Einstein Condensation

Student Number: 2009-22959