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한국광학회지

The characteristics of nonlinear magneto-optical effect based on coherent population trapping in the D1line of Rh atoms

Lee, L.;Moon, H.S.;Kim, J.B.;

Published Feb 1, 2006• 1 citation
Publisher

Abstract

우리는 6.7 kPa의 네온 버퍼가스가 포함된 루비듐 증기셀을 이용하여 $^{87}Rb$ 원자 $D_1$ 전이선에서 레이저의 세기, 증기 셀의 온도, 전이 선에 따른 비선형 광자기 신호(NMOE)의 특성을 조사하였다. 비선형 광자기 신호는 레이저의 세기와 증기셀의 온도가 증가함에 따라 F=2 $\to$ F'=2 전이선에서는 광자기 신호의 크기와 선폭이 증가하였지만, F=2 $\to$ F'=1 전이선에서는 확대 없이 신호의 크기만 증가됨으로써 자장 측정 민감도가 향상되는 것을 확인하였으며, 이러한 효과를 자기부준위 사이에서의 원자결맞음 구도의 차이로 설명하였다. 관측된 최적 조건에서 자기장변화에 대한 민감도는 $70pT/\sqrt{Hz}$ 이하로 계산되었다. We investigated the characteristics of the nonlinear magneto-optic effect (NMOE) depend on the transitions, the laser intensity and the temperature of the vapor cell, in the $D_1$ transition of $^{87}Rb$ atoms by using the Rb vapor cell contained with buffer gas of Ne 6.7 kPa. The size and the width of NMOE signal were increased according to the light intensity and temperature in the transition of F=2 $\to$ F'=2. However, In the case of using the F=2 $\to$ F'=1 transition, the size of the signal could be increased according to the light intensity without additional broadening of the width. We confirmed that the sensitivity of detecting small magnetic flux improved in this transition, and explained these effects by the different of the CPT configuration between Zeeman sublevels. At the optimal condition in experiment, the sensitivity of this system was evaluated less then $70pT/\sqrt{Hz}$ .

DOI
10.3807/kjop.2006.17.1.001

Related papers

Nonlinear magneto-optic effect based on atomic coherence in Rb D1-line

Han Seb Moon

우리는 버퍼 가스가 포함된 Rb 원자 증기셀을 이용하여 $^{87}$ Rb원자 D $_1$ 전이선에서 원자결맞음에 의한 비선형 광자기 신호를 관측했다. 측정된 가장 좁은 비선형 광자기 신호의 선폭은 2 $\pi$ ${\times}$ 464 Hz이고, 이 때 비선형 광자기 효과에 의한 미분형 신호의 peak-to-peak 변화에 해당하는 자기장의 변화는 약 1 mGauss로 측정되었다. 이러한 결과는 고감도 자기장 측정을 위한 광자계 연구에 응용될 수 있다. We have observed the nonlinear magneto-optic effect(NMOE) based on atomic coherence in $^{87}$ Rb D $_1$ -line using the Rb vapor cell containing 50 Torr of Ne. The width of the NMOE signal was measured to be 2 $\pi$ ${\times}$ 464 Hz, when the peak-to-peak B-field variation was 1 mGauss. The result of this work may be applied to a high-sensitivity magnetometer.

한국광학회지•Feb 1, 2005•2 citations

Nonlinear Magneto-optic Effect in the Paraffin Coated Rb Vapor Cell

Hyun Joon Lee, Ye-Jin Yu, In‐Ho Bae +1 more

본 연구에서는 파라핀이 코팅된 Rb원자 증기 셀을 이용하여 $^{87}Rb$ $D_1$ 전이선의 Hanle스펙트럼과 비선형 광자기 효과 신호를 조사하였다. 파라핀 코팅 증기 셀의 효과에 의한 좁은 스펙트럼 폭을 가진 영역과 순수 증기 셀에서 얻을 수 있는 넓은 스펙트럼폭을 가진 이중구조의 Hanle 스펙트럼을 관측할 수 있었다. 스펙트럼에 나타난 이중구조에서 좁은 선폭 영역의 선폭은 1 kHz로 측정되었고, 스펙트럼 크기는 전체 스펙트럼에 대해서 10%로 측정되었다. 또한, Hanle 스펙트럼에 대응되는 이중 미분형태의 비선형 광자기 신호를 관측하였으며, 기울기가 급격하게 변하는 비선형 광자기 신호의 기울기는 레이저의 출력이 $200{\mu}W$ 일 때 대략 10 mV/ ${\mu}T$ 였다. In our study, the Hanle spectrum and nonlinear magneto-optic effect (NMOE) signals were observed as a function of magnetic field on $D_1$ line of $^{87}Rb$ atoms contained in a paraffin coated vapor cell. We observed the double structure from the Hanle and the NMOE spectrum in the paraffin coated Rb vapor cell. The narrow spectral width of the narrow resonance signal is approximately 1 kHz and the magnitude is approximately 10 percent of the total spectrum. Also, the NMOE signals corresponding to the Hanle configuration consisted of two different dispersion-like features. At the near zero magnetic field, a sharp slope signal was centered, and its value was 10 mV/ ${\mu}T$ with laser power was $200{\mu}W$ .

한국광학회지•Aug 25, 2009•0 citations

Bouble Resonance Optical Pumping in the Transition 5S1/2-5P3/2-4D3/2, 5/2of Rb Atoms

Han Seb Moon

우리는 $^{87}Rb$ 원자의 $5S_{1/2}-5P_{3/2}-4D_{3/2,\;5/2}$ 전이선을 이용하여 레이저의 세기, 편광조합, 그리고 정렬상태에 따른 이중공명광펌핑(double resonance optical pumping; DROP) 스펙트럼을 조사하였다. $5P_{3/2}-4D_{5/2}$ 전이선에서 레이저의 세기에 따른 초미세 구조간의 DROP 신호의 변화가 크게 나타났고, 그 원인은 순환전이선의 낮은 광펌핑 효율 때문이었다. 두 레이저의 편광조합을 달리 했을 때 이중공명의 전이율이 변하고, 이러한 효과가DROP스펙트럼의 변화로 나타났다. 또한 두 레이저가 같은 방향으로 진행하는 경우와 반대 방향으로 진행하는 경우를 비교했을 때, 스펙트럼의 선폭은 각각 12.2 MHz 와 6.9 MHz로 측정되었다. We present the double resonance optical pumping(DROP) spectra according to the laser power, the polarization combination of lasers, and the alignment of lasers in the transition $5P_{3/2}-4D_{5/2}\;and\;5P_{3/2}-4D_{5/2}$ of $^{87}Rb.$ We observed obviously changing DROP spectrum according to the laser power in the transition $5P_{3/2}-4D_{5/2}$ involved the cycling transition. The laser power effects are attributed to the low optical-pumping-effect in the cycling transition. We observed changing DROP spectrum depending on the polarizations of the lasers. The laser polarization effects are attributed to the changing transition probability according to the polarizations of lasers. We compared the co-propagation with the counter-propagation and the spectral linewidths were 12.2 MHz and 6.9 MHz, respectively.

한국광학회지•Aug 1, 2005•0 citations

Atomic Coherence Spectroscopy in the Paraffin Coated Rb Atom Vapor Cell

Hyun Joon Lee, Ye-Jin Yu, In‐Ho Bae +1 more

본 연구에서는 파라핀으로 코팅된 Rb원자 증기셀에서 전자기 유도 투과(Electromagnetically induced transparency: EIT)와 Hanle 스펙트럼을 관측하고 분석하였다. EIT스펙트럼은 독립적으로 발진하는 두 대의 외부 공진형 반도체 레이저를 이용하여 $^{85}Rb$ 의 $D_1$ 전이선( $F_g=2$ , $3{\rightarrow}F_e=3$ )에서 관측하였고, Hanle 스펙트럼은 한대의 외부 공진형 반도체를 이용하여 $^{87}Rb$ 의 $D_1$ 전이선( $F_g=2{\rightarrow}F_e=1$ )의 자기 부준위 사이의 3준위 $\Lambda$ 형 구도에서 관측하였다. 파라핀 코팅된 루비듐 증기 셀에서 Hanle 스펙트럼에서 이중구조를 관측할 수 있었고,증기셀 주변의 자기장의 세기를 변화시켜서 얻은Hanle 스펙트럼에서 이중구조의 스펙트럼 형태의 변화를 외부자기장의 방향과 크기에 따른 조사하였다. 이때 이중 구조에서 좁은 영역의 스펙트럼의 선폭은 200 Hz로 측정되었다. We investigated the electromagnetically induced transparency (EIT) and the Hanle spectrum in a paraffin coated Rb vapor cell. The EIT spectrum was observed in the $F_g=2$ , $3{\rightarrow}F_e=3$ transition of the $^{85}Rb$ $D_1$ -line by using two independent external cavity diode lasers, and the Hanle spectrum was observed by using one external cavity diode laser in the $\Lambda$ -type scheme between the Zeeman sublevels of the $F_g=2{\rightarrow}F_e=1$ transition of the $^{87}Rb$ $D_1$ -line. In the Hanle spectrum, we could observe the dual-structured spectrum in the paraffin coated vapor cell. We investigated the dual-structured lineshape by applying an external magnetic field, and varying the direction of the magnetic field. The narrow linewidth of dual-structured EIT was measured to be approximately 200 Hz.

한국광학회지•Aug 25, 2008•3 citations

87Rb D₁전이선에서 원자결맞음을 이용한 비선형 광자기 효과 신호의 특성

이림, 문한섭, 김중복

우리는 6.7㎪의 네온 버퍼가스가 포함된 루비듐 증기셀을 이용하여 (87)^Rb원자 D₁전이선에서 레이저의 세기, 증기 셀의 온도, 전이선에 따른 비선형 광자기 신호(NMOE)의 특성을 조사하였다. 비선형 광자기 신호는 레이저의 세기와 증기셀의 온도가 증가함에 따라 F=2→F'=2 전이선에서는 광자기 신호의 크기와 선폭이 증가하였지만, F=2→F'=1 전이선에서는 확대 없이 신호의 크기만 증가됨으로써 자장 측정 민감도가 향상 되는 것을 확인하였으며, 이러한 효과를 자기부준위 사이에서의 원자결맞음 구도의 차이로 설명하였다. 관측된 최적 조건에서 자기장변화에 대한 민감도는 70pT/ √㎐ 이하로 계산되었다.

한국광학회지•Feb 1, 2006•0 citations

Nonlinear magneto-optical effects in Ba vapor

Aleksandr Khanbekyan, Irina V. Novikova, George R. Welch

The European Physical Journal D•Oct 1, 2012•4 citations
우리는 6.7 kPa의 네온 버퍼가스가 포함된 루비듐 증기셀을 이용하여 87Rb^{87}Rb87Rb 원자 D1D_1D1​ 전이선에서 레이저의 세기, 증기 셀의 온도, 전이 선에 따른 비선형 광자기 신호(NMOE)의 특성을 조사하였다. 비선형 광자기 신호는 레이저의 세기와 증기셀의 온도가 증가함에 따라 F=2 →\to→ F'=2 전이선에서는 광자기 신호의 크기와 선폭이 증가하였지만, F=2 →\to→ F'=1 전이선에서는 확대 없이 신호의 크기만 증가됨으로써 자장 측정 민감도가 향상되는 것을 확인하였으며, 이러한 효과를 자기부준위 사이에서의 원자결맞음 구도의 차이로 설명하였다. 관측된 최적 조건에서 자기장변화에 대한 민감도는 70pT/Hz70pT/\sqrt{Hz}70pT/Hz​ 이하로 계산되었다. We investigated the characteristics of the nonlinear magneto-optic effect (NMOE) depend on the transitions, the laser intensity and the temperature of the vapor cell, in the D1D_1D1​ transition of 87Rb^{87}Rb87Rb atoms by using the Rb vapor cell contained with buffer gas of Ne 6.7 kPa. The size and the width of NMOE signal were increased according to the light intensity and temperature in the transition of F=2 →\to→ F'=2. However, In the case of using the F=2 →\to→ F'=1 transition, the size of the signal could be increased according to the light intensity without additional broadening of the width. We confirmed that the sensitivity of detecting small magnetic flux improved in this transition, and explained these effects by the different of the CPT configuration between Zeeman sublevels. At the optimal condition in experiment, the sensitivity of this system was evaluated less then 70pT/Hz70pT/\sqrt{Hz}70pT/Hz​ .
우리는 버퍼 가스가 포함된 Rb 원자 증기셀을 이용하여 87^{87}87 Rb원자 D 1_11​ 전이선에서 원자결맞음에 의한 비선형 광자기 신호를 관측했다. 측정된 가장 좁은 비선형 광자기 신호의 선폭은 2 π\piπ ×{\times}× 464 Hz이고, 이 때 비선형 광자기 효과에 의한 미분형 신호의 peak-to-peak 변화에 해당하는 자기장의 변화는 약 1 mGauss로 측정되었다. 이러한 결과는 고감도 자기장 측정을 위한 광자계 연구에 응용될 수 있다. We have observed the nonlinear magneto-optic effect(NMOE) based on atomic coherence in 87^{87}87 Rb D 1_11​ -line using the Rb vapor cell containing 50 Torr of Ne. The width of the NMOE signal was measured to be 2 π\piπ ×{\times}× 464 Hz, when the peak-to-peak B-field variation was 1 mGauss. The result of this work may be applied to a high-sensitivity magnetometer.
본 연구에서는 파라핀이 코팅된 Rb원자 증기 셀을 이용하여 87Rb^{87}Rb87Rb D1D_1D1​ 전이선의 Hanle스펙트럼과 비선형 광자기 효과 신호를 조사하였다. 파라핀 코팅 증기 셀의 효과에 의한 좁은 스펙트럼 폭을 가진 영역과 순수 증기 셀에서 얻을 수 있는 넓은 스펙트럼폭을 가진 이중구조의 Hanle 스펙트럼을 관측할 수 있었다. 스펙트럼에 나타난 이중구조에서 좁은 선폭 영역의 선폭은 1 kHz로 측정되었고, 스펙트럼 크기는 전체 스펙트럼에 대해서 10%로 측정되었다. 또한, Hanle 스펙트럼에 대응되는 이중 미분형태의 비선형 광자기 신호를 관측하였으며, 기울기가 급격하게 변하는 비선형 광자기 신호의 기울기는 레이저의 출력이 200μW200{\mu}W200μW 일 때 대략 10 mV/ μT{\mu}TμT 였다. In our study, the Hanle spectrum and nonlinear magneto-optic effect (NMOE) signals were observed as a function of magnetic field on D1D_1D1​ line of 87Rb^{87}Rb87Rb atoms contained in a paraffin coated vapor cell. We observed the double structure from the Hanle and the NMOE spectrum in the paraffin coated Rb vapor cell. The narrow spectral width of the narrow resonance signal is approximately 1 kHz and the magnitude is approximately 10 percent of the total spectrum. Also, the NMOE signals corresponding to the Hanle configuration consisted of two different dispersion-like features. At the near zero magnetic field, a sharp slope signal was centered, and its value was 10 mV/ μT{\mu}TμT with laser power was 200μW200{\mu}W200μW .
우리는 87Rb^{87}Rb87Rb 원자의 5S1/2−5P3/2−4D3/2,  5/25S_{1/2}-5P_{3/2}-4D_{3/2,\;5/2}5S1/2​−5P3/2​−4D3/2,5/2​ 전이선을 이용하여 레이저의 세기, 편광조합, 그리고 정렬상태에 따른 이중공명광펌핑(double resonance optical pumping; DROP) 스펙트럼을 조사하였다. 5P3/2−4D5/25P_{3/2}-4D_{5/2}5P3/2​−4D5/2​ 전이선에서 레이저의 세기에 따른 초미세 구조간의 DROP 신호의 변화가 크게 나타났고, 그 원인은 순환전이선의 낮은 광펌핑 효율 때문이었다. 두 레이저의 편광조합을 달리 했을 때 이중공명의 전이율이 변하고, 이러한 효과가DROP스펙트럼의 변화로 나타났다. 또한 두 레이저가 같은 방향으로 진행하는 경우와 반대 방향으로 진행하는 경우를 비교했을 때, 스펙트럼의 선폭은 각각 12.2 MHz 와 6.9 MHz로 측정되었다. We present the double resonance optical pumping(DROP) spectra according to the laser power, the polarization combination of lasers, and the alignment of lasers in the transition 5P3/2−4D5/2  and  5P3/2−4D5/25P_{3/2}-4D_{5/2}\;and\;5P_{3/2}-4D_{5/2}5P3/2​−4D5/2​and5P3/2​−4D5/2​ of 87Rb.^{87}Rb.87Rb. We observed obviously changing DROP spectrum according to the laser power in the transition 5P3/2−4D5/25P_{3/2}-4D_{5/2}5P3/2​−4D5/2​ involved the cycling transition. The laser power effects are attributed to the low optical-pumping-effect in the cycling transition. We observed changing DROP spectrum depending on the polarizations of the lasers. The laser polarization effects are attributed to the changing transition probability according to the polarizations of lasers. We compared the co-propagation with the counter-propagation and the spectral linewidths were 12.2 MHz and 6.9 MHz, respectively.
본 연구에서는 파라핀으로 코팅된 Rb원자 증기셀에서 전자기 유도 투과(Electromagnetically induced transparency: EIT)와 Hanle 스펙트럼을 관측하고 분석하였다. EIT스펙트럼은 독립적으로 발진하는 두 대의 외부 공진형 반도체 레이저를 이용하여 85Rb^{85}Rb85Rb 의 D1D_1D1​ 전이선( Fg=2F_g=2Fg​=2 , 3→Fe=33{\rightarrow}F_e=33→Fe​=3 )에서 관측하였고, Hanle 스펙트럼은 한대의 외부 공진형 반도체를 이용하여 87Rb^{87}Rb87Rb 의 D1D_1D1​ 전이선( Fg=2→Fe=1F_g=2{\rightarrow}F_e=1Fg​=2→Fe​=1 )의 자기 부준위 사이의 3준위 Λ\LambdaΛ 형 구도에서 관측하였다. 파라핀 코팅된 루비듐 증기 셀에서 Hanle 스펙트럼에서 이중구조를 관측할 수 있었고,증기셀 주변의 자기장의 세기를 변화시켜서 얻은Hanle 스펙트럼에서 이중구조의 스펙트럼 형태의 변화를 외부자기장의 방향과 크기에 따른 조사하였다. 이때 이중 구조에서 좁은 영역의 스펙트럼의 선폭은 200 Hz로 측정되었다. We investigated the electromagnetically induced transparency (EIT) and the Hanle spectrum in a paraffin coated Rb vapor cell. The EIT spectrum was observed in the Fg=2F_g=2Fg​=2 , 3→Fe=33{\rightarrow}F_e=33→Fe​=3 transition of the 85Rb^{85}Rb85Rb D1D_1D1​ -line by using two independent external cavity diode lasers, and the Hanle spectrum was observed by using one external cavity diode laser in the Λ\LambdaΛ -type scheme between the Zeeman sublevels of the Fg=2→Fe=1F_g=2{\rightarrow}F_e=1Fg​=2→Fe​=1 transition of the 87Rb^{87}Rb87Rb D1D_1D1​ -line. In the Hanle spectrum, we could observe the dual-structured spectrum in the paraffin coated vapor cell. We investigated the dual-structured lineshape by applying an external magnetic field, and varying the direction of the magnetic field. The narrow linewidth of dual-structured EIT was measured to be approximately 200 Hz.
우리는 6.7㎪의 네온 버퍼가스가 포함된 루비듐 증기셀을 이용하여 (87)^Rb원자 D₁전이선에서 레이저의 세기, 증기 셀의 온도, 전이선에 따른 비선형 광자기 신호(NMOE)의 특성을 조사하였다. 비선형 광자기 신호는 레이저의 세기와 증기셀의 온도가 증가함에 따라 F=2→F'=2 전이선에서는 광자기 신호의 크기와 선폭이 증가하였지만, F=2→F'=1 전이선에서는 확대 없이 신호의 크기만 증가됨으로써 자장 측정 민감도가 향상 되는 것을 확인하였으며, 이러한 효과를 자기부준위 사이에서의 원자결맞음 구도의 차이로 설명하였다. 관측된 최적 조건에서 자기장변화에 대한 민감도는 70pT/ √㎐ 이하로 계산되었다.