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한국광학회지

Atomic Coherence Spectroscopy in the Paraffin Coated Rb Atom Vapor Cell

Hyun Joon Lee, Ye-Jin Yu, In‐Ho Bae, Han-Seb Moon

Published Aug 25, 2008• 3 citations
Publisher

Abstract

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.

DOI
10.3807/hkh.2008.19.4.334

Related papers

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

파라핀 코팅된 Rb원자 증기 셀에서 원자결맞음 분광

이현준, 유예진, 배인호 +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 Rb의 D₁전이선(Fg = 2, 3 → Fe = 3)에서 관측하였고, Hanle 스펙트럼은 한대의 외부 공진형 반도체를 이용하여 87 Rb의 D₁전이선(Fg = 2 → Fe = 1)의 자기 부준위 사이의 3준위 Λ형 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 ㎐로 측정되었다.

한국광학회지•Aug 1, 2008•0 citations

Coupling Intensity Effects in Ladder-type Electromagnetically Induced Transparency of Rb atoms

Han Seb Moon

우리는 Rb원자의 5S $_{1}$ 2-/5P $_{3}$ 2-/5D $_{5}$ 2/ 전이선에서 조사광과 곁합광의 편광조합 그리고 결합광 세기에 따른 사다리형 전자기 유도 투과(EIT) 현상을 조사하였다. 우리는 5D $_{5}$ 2/ 전이선에서 초미세구조를 가진 사다리형 EIT 스펙트럼을 얻었고, EIT 스펙트럼의 최소 선폭은 6.5 MHz로 측정되었다. 우리는 EIT 초미세구조의 상대적인 크기가 레이저의 편광조합 뿐만 아니라 결합광의 세기에 따라서 변하는 것을 실험적으로 관측하였고, 결합광의 세기에 따라 신호의 크기가 달라지는 이유는 광의 세기에 대하여 원자계가 비선형적으로 상호작용하기 때문이라는 사식을 밝혔다. We have studied the polarization effects and the coupling intensity effects of electromagnetically induced transparency(EIT) in the 5S $_{1}$ 2-/5P $_{3}$ 2-/5D $_{5}$ 2/ ladder system of Rb. We obtained the EIT spectrum with the hyperfine structure of 5D $_{5}$ 2/ transitions and the minimal width of the measured EIT spectrum was 6.5 MHz. We observed the change of the relative magnitudes of the hyperfine structure of EIT according to not only the polarizations of lasers but also the intensity of the coupling laser. The cause of the coupling intensity effects is that the EIT signal nonlinearly increases to the coupling intensity.

한국광학회지•Feb 1, 2005•1 citation

결합광 세기에 따른 Rb 원자의 사다리형 전자기 유도 투과

문한섭, 이림, 김중복

우리는 Rb원자의 5S_(½)-5P_(3/2)-5D_(5/2) 전이선에서 조사광과 결합광의 편광조합 그리고 결합광 세기에 따른 사다리형 전자기 유도 투과(EIT) 현상을 조사하였다. 우리는 5D_(5/2) 전이선에서 초미세구조를 가진 사다리형 EIT 스펙트럼을 얻었고, EIT 스펙트럼의 최소 선폭은 6.5 ㎒로 측정되었다. 우리는 EIT 초미세구조의 상대적인 크기가 레이저의 편광조합 뿐만 아니라 결합광의 세기에 따라서 변하는 것을 실험적으로 관측하였고, 결합광의 세기에 따라 신호의 크기가 달라지는 이유는 광의 세기에 대하여 원자계가 비선형적으로 상호작용하기 때문이라는 사실을 밝혔다.

한국광학회지•Feb 1, 2005•0 citations

파라핀이 코팅된 Rb 증기 셀에서 비선형 광자기 효과 신호

이현준, 유예진, 배인호 +1 more

본 연구에서는 파라핀이 코팅된 Rb원자 증기 셀을 이용하여 87Rb D1전이선의 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 ㎑로 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 μW일 때 대략 10 ㎷/μT였다.

한국광학회지•Aug 1, 2009•8 citations

Analysis on optical pulse propagation in atomic medium for amplification without inversion

Haeng-Hwa Kim Kim

EIT 구도에 비결맞음 광펌핑(incoherent optical pumping) 과정을 더하여 구성된 밀도 반전 없는 광증폭(Amplification without inversion; AWI)매질에서 광펄스의 전파 과정에 대한 이론적인 분석을 실시하였다 펌핑광의 세기를 변화시킴으로써 광펄스의 군속도를 제어할 수 있음을 실험적으로 관측한 논문[Kim et al., J. Phys. B, 36 (2003)]을 이론적으로 설명하기 위차여 5 준위 원자계를 모형으로 선택하여 밀도행렬방정식을 적용하였다. 특히,본 연구에서 분석한 AWI 구도는 지금까지 연구되어 온 구도와 달리 EIT 구도 밖의 독립적인 에너지 준위들 사이의 전이선을 이용함으로써 보다 많은 원자들이 상호작용에 기여할 수 있는 구도이다. AWI증폭 효율에 결정적인 영향을 미치는 것은 바닥 준위 사이의 충돌에 의한 밀도 전이가 주요하다는 사실을 확인할 수 있었으며, 보다 많은 원자들을 상호작용에 참여시킴으로써 광펄스의 속도를 효과적으로 조절할 수 있음이 수치해석 결과를 통해 밝혔고. 이는 실험 결과와 정성적으로 일치함을 알 수 있었다. We have analyzed theoretically optical pulse propagation in a coherent atomic medium for amplification without inversion (AWI), which is achieved by adding incoherent optical pumping to a typical EIT system. In order to explain experimental results [Kim et al., J. Phys. B, 36, 2671(2003)] to control the group velocity of the optical pulse by changing pumping power, we established a 5-level atomic system and applied density matrix equations. This AWI model system is different from previous AWI systems from the viewpoint of using two levels for incoherent optical pumping isolated optically from the EIT (electromagentically induced transparency) system so that more atoms can participate in pulse speed control. We have found that population transfer by collisions between ground states plays a decisive role for efficient AWI, and more atoms are effective for slowing the pulse. Our numerical results are in good agreement qualitatively with experimental results.

한국광학회지•Oct 1, 2003•0 citations
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.
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 .
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 Rb의 D₁전이선(Fg = 2, 3 → Fe = 3)에서 관측하였고, Hanle 스펙트럼은 한대의 외부 공진형 반도체를 이용하여 87 Rb의 D₁전이선(Fg = 2 → Fe = 1)의 자기 부준위 사이의 3준위 Λ형 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 ㎐로 측정되었다.
우리는 Rb원자의 5S 1_{1}1​ 2-/5P 3_{3}3​ 2-/5D 5_{5}5​ 2/ 전이선에서 조사광과 곁합광의 편광조합 그리고 결합광 세기에 따른 사다리형 전자기 유도 투과(EIT) 현상을 조사하였다. 우리는 5D 5_{5}5​ 2/ 전이선에서 초미세구조를 가진 사다리형 EIT 스펙트럼을 얻었고, EIT 스펙트럼의 최소 선폭은 6.5 MHz로 측정되었다. 우리는 EIT 초미세구조의 상대적인 크기가 레이저의 편광조합 뿐만 아니라 결합광의 세기에 따라서 변하는 것을 실험적으로 관측하였고, 결합광의 세기에 따라 신호의 크기가 달라지는 이유는 광의 세기에 대하여 원자계가 비선형적으로 상호작용하기 때문이라는 사식을 밝혔다. We have studied the polarization effects and the coupling intensity effects of electromagnetically induced transparency(EIT) in the 5S 1_{1}1​ 2-/5P 3_{3}3​ 2-/5D 5_{5}5​ 2/ ladder system of Rb. We obtained the EIT spectrum with the hyperfine structure of 5D 5_{5}5​ 2/ transitions and the minimal width of the measured EIT spectrum was 6.5 MHz. We observed the change of the relative magnitudes of the hyperfine structure of EIT according to not only the polarizations of lasers but also the intensity of the coupling laser. The cause of the coupling intensity effects is that the EIT signal nonlinearly increases to the coupling intensity.
우리는 Rb원자의 5S_(½)-5P_(3/2)-5D_(5/2) 전이선에서 조사광과 결합광의 편광조합 그리고 결합광 세기에 따른 사다리형 전자기 유도 투과(EIT) 현상을 조사하였다. 우리는 5D_(5/2) 전이선에서 초미세구조를 가진 사다리형 EIT 스펙트럼을 얻었고, EIT 스펙트럼의 최소 선폭은 6.5 ㎒로 측정되었다. 우리는 EIT 초미세구조의 상대적인 크기가 레이저의 편광조합 뿐만 아니라 결합광의 세기에 따라서 변하는 것을 실험적으로 관측하였고, 결합광의 세기에 따라 신호의 크기가 달라지는 이유는 광의 세기에 대하여 원자계가 비선형적으로 상호작용하기 때문이라는 사실을 밝혔다.
본 연구에서는 파라핀이 코팅된 Rb원자 증기 셀을 이용하여 87Rb D1전이선의 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 ㎑로 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 μW일 때 대략 10 ㎷/μT였다.
EIT 구도에 비결맞음 광펌핑(incoherent optical pumping) 과정을 더하여 구성된 밀도 반전 없는 광증폭(Amplification without inversion; AWI)매질에서 광펄스의 전파 과정에 대한 이론적인 분석을 실시하였다 펌핑광의 세기를 변화시킴으로써 광펄스의 군속도를 제어할 수 있음을 실험적으로 관측한 논문[Kim et al., J. Phys. B, 36 (2003)]을 이론적으로 설명하기 위차여 5 준위 원자계를 모형으로 선택하여 밀도행렬방정식을 적용하였다. 특히,본 연구에서 분석한 AWI 구도는 지금까지 연구되어 온 구도와 달리 EIT 구도 밖의 독립적인 에너지 준위들 사이의 전이선을 이용함으로써 보다 많은 원자들이 상호작용에 기여할 수 있는 구도이다. AWI증폭 효율에 결정적인 영향을 미치는 것은 바닥 준위 사이의 충돌에 의한 밀도 전이가 주요하다는 사실을 확인할 수 있었으며, 보다 많은 원자들을 상호작용에 참여시킴으로써 광펄스의 속도를 효과적으로 조절할 수 있음이 수치해석 결과를 통해 밝혔고. 이는 실험 결과와 정성적으로 일치함을 알 수 있었다. We have analyzed theoretically optical pulse propagation in a coherent atomic medium for amplification without inversion (AWI), which is achieved by adding incoherent optical pumping to a typical EIT system. In order to explain experimental results [Kim et al., J. Phys. B, 36, 2671(2003)] to control the group velocity of the optical pulse by changing pumping power, we established a 5-level atomic system and applied density matrix equations. This AWI model system is different from previous AWI systems from the viewpoint of using two levels for incoherent optical pumping isolated optically from the EIT (electromagentically induced transparency) system so that more atoms can participate in pulse speed control. We have found that population transfer by collisions between ground states plays a decisive role for efficient AWI, and more atoms are effective for slowing the pulse. Our numerical results are in good agreement qualitatively with experimental results.