한국광학회지

Saturation Absorption Spectroscopy for Two Photon Coherence of85Rb D1 lines

Joon-Woo Nho

Published Apr 1, 2006• 0 citations

Abstract

우리는 포화흡수 분광에서 이광자 결맞음 효과를 고려한 7준위 원자 모델을 제안하고 이를 이용하여 Nakayama이론으로 설명할 수 없었던 레이저의 세기에 따른 스펙트럼의 변화와 일부 교차공진선에서 Nakayama이론과의 불일치 현상을 설명하였다. 우리는 Zeeman 부준위에서 펌프광과 조사광의 편광이 $\pi-\pi$ 일 때를 모두 고려하여 상준위 2개 하준위 5개로 구성된 7준위의 모델을 만들었고, $^{85}$ Rb원자의 5S $_{1/2}$ - 5P $_{1/2}$ 전이선에 대하여 4준위 Nakayama이론과 7준위 원자 모델을 비교하였다. 또한 레이저의 세기에 따른 포화흡수 분광 스펙트럼과 7준위 원자모델로 계산한 이론결과가 잘 일치함을 보였다. We propose a 7-level atom model, which takes into account two-photon coherence effects in saturation absorption spectroscopy. Using this model we explained spectral change with laser intensity and some of crossover resonance lines, which cannot be explained with Nakayama theory. The 7-level model consists of two upper levels and five lower levels, which account for $\pi-\pi$ polarization of both pump and probe beams in Zeeman sub levels. We compared our 7-level model with 4-level Nakayama theory for 5S $_{1/2}$ - 5P $_{1/2}$ transition line in $^{85}$ Rb atoms. The results of the 7-level model calculation agree well the saturation absorption spectra data according to laser intensities.

DOI: 10.3807/kjop.2006.17.4.305

Related papers

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

Han Seb Moon

한국광학회지Aug 1, 20050 citations

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

Han Seb Moon

한국광학회지Feb 1, 20051 citation

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.;

한국광학회지Feb 1, 20061 citation

The Effect of Incoherent Pumping in Electromagnetically Induced Absorption

Han-Sub Kim Moon

한국광학회지Oct 1, 20020 citations

Frequency stabilization of 1.5μm laser diode by using double resonance optical pumping

Han-Sub Lee Moon

한국광학회지Jun 1, 20040 citations

Atomic Coherence Spectroscopy in the Paraffin Coated Rb Atom Vapor Cell

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

한국광학회지Aug 25, 20083 citations

한국광학회지

Saturation Absorption Spectroscopy for Two Photon Coherence of85Rb D1 lines

Joon-Woo Nho

Published Apr 1, 2006• 0 citations

Publisher

Abstract

우리는 포화흡수 분광에서 이광자 결맞음 효과를 고려한 7준위 원자 모델을 제안하고 이를 이용하여 Nakayama이론으로 설명할 수 없었던 레이저의 세기에 따른 스펙트럼의 변화와 일부 교차공진선에서 Nakayama이론과의 불일치 현상을 설명하였다. 우리는 Zeeman 부준위에서 펌프광과 조사광의 편광이

\pi-\pi

일 때를 모두 고려하여 상준위 2개 하준위 5개로 구성된 7준위의 모델을 만들었고,

^{85}

Rb원자의 5S

_{1/2}

- 5P

_{1/2}

전이선에 대하여 4준위 Nakayama이론과 7준위 원자 모델을 비교하였다. 또한 레이저의 세기에 따른 포화흡수 분광 스펙트럼과 7준위 원자모델로 계산한 이론결과가 잘 일치함을 보였다. We propose a 7-level atom model, which takes into account two-photon coherence effects in saturation absorption spectroscopy. Using this model we explained spectral change with laser intensity and some of crossover resonance lines, which cannot be explained with Nakayama theory. The 7-level model consists of two upper levels and five lower levels, which account for

\pi-\pi

polarization of both pump and probe beams in Zeeman sub levels. We compared our 7-level model with 4-level Nakayama theory for 5S

_{1/2}

- 5P

_{1/2}

transition line in

^{85}

Rb atoms. The results of the 7-level model calculation agree well the saturation absorption spectra data according to laser intensities.

DOI: 10.3807/kjop.2006.17.4.305

Related papers

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.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.

한국광학회지Aug 1, 20050 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.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.

한국광학회지Feb 1, 20051 citation

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.;

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 $70pT/\sqrt{Hz}$ .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 $70pT/\sqrt{Hz}$ .

한국광학회지Feb 1, 20061 citation

The Effect of Incoherent Pumping in Electromagnetically Induced Absorption

Han-Sub Kim Moon

$^85Rb\;D_1$ 전이선의 바닥준위 $F_g$ =2에서 여기준위 $F_e$ =3 전이를 이용하여 열린 원자계에서의 전자기 유도 흡수 현상을 관측하고, 전자기 유도 흡수에서의 비결맞음 펌핑 효과를 조사했다. 비결맞음 광원의 편광과 세기의 변화에 따른 전자기 유도 흡수에 대한 연구를 통해 비결맞음 광원의 편광에 따라서 자기부준위들 사이의 원자밀도 분포의 변화를 유도할 수 있고, 이러한 원자밀도 재분포 효과에 의해서 전자기 유도 흡수의 정도가 달라짐을 확인하였다 We have studied the effects of incoherent pumping on EIA at the transition between the $F_g=2$ ground state and the $F_e=3$ excited state in $^{85}Rb\;D_1$ -line. Generally, the studies about EIA have been done in the cycling transition, where the population has no loss to other states. In the case of EIA by using the $^{85}Rb\;D_1$ transition line, the population is transferred to the other hyperfine state due to optical pumping. We incoherently pumped the atoms from $F_g=3\;to\;F_g=2$ with the pumping beam, which is resonant at the transition from $F_g=3\;to\;F_g=2$ . We were able to observe the effects of incoherent pumping depending on the power and the polarization of the pumping beam.$^85Rb\;D_1$ 전이선의 바닥준위 $F_g$ =2에서 여기준위 $F_e$ =3 전이를 이용하여 열린 원자계에서의 전자기 유도 흡수 현상을 관측하고, 전자기 유도 흡수에서의 비결맞음 펌핑 효과를 조사했다. 비결맞음 광원의 편광과 세기의 변화에 따른 전자기 유도 흡수에 대한 연구를 통해 비결맞음 광원의 편광에 따라서 자기부준위들 사이의 원자밀도 분포의 변화를 유도할 수 있고, 이러한 원자밀도 재분포 효과에 의해서 전자기 유도 흡수의 정도가 달라짐을 확인하였다 We have studied the effects of incoherent pumping on EIA at the transition between the $F_g=2$ ground state and the $F_e=3$ excited state in $^{85}Rb\;D_1$ -line. Generally, the studies about EIA have been done in the cycling transition, where the population has no loss to other states. In the case of EIA by using the $^{85}Rb\;D_1$ transition line, the population is transferred to the other hyperfine state due to optical pumping. We incoherently pumped the atoms from $F_g=3\;to\;F_g=2$ with the pumping beam, which is resonant at the transition from $F_g=3\;to\;F_g=2$ . We were able to observe the effects of incoherent pumping depending on the power and the polarization of the pumping beam.

한국광학회지Oct 1, 20020 citations

Frequency stabilization of 1.5μm laser diode by using double resonance optical pumping

Han-Sub Lee Moon

우리는 이중공명 광펌핑(double resonance optical pumping; DROP)효과를 이용하여 루비듐( $^{87}$ Rb) 원자의 5P $_{3}$ 2/-4D $_{3}$ 2/와 5P $_{3}$ 2/-4D $_{5}$ 2/ 전이선에서 DROP 스펙트럼을 관측하고, 1.5 $\mu\textrm{m}$ 레이저의 주파수를 무변조 안정화하였다. 관측한 DROP 스펙트럼은 기존의 광-광이중공명(optical-optical double resonance; OODR) 스펙트럼보다 높은 신호대잡음비를 가지며, 약 10 MHz의 좁은 선폭을 갖고 있다. DROP 스펙트럼의 상대적인 세기는 자발방출에 의한 광펌핑 정도로 설명할 수 있었다. DROP스펙트럼에 안정화된 1.5 $\mu\textrm{m}$ 레이저의 주파수 흔들림은 샘플링 시간 0.1초에서 0.2 MHz로 측정되었고, 상대주파수 흔들림은 평균시간 100초에서 약 1 ${\times}$ $10^{-11}$ 이었다. We present the double resonance optical pumping(DROP) spectra in the transition 5P $_{3}$ 2/-4D $_{3}$ 2/ and 5P $_{3}$ 2/-4D $_{5}$ 2/ of ( $^{87}$ Rb) and the frequency stabilization in the $1.5mutextrm{m}$ region using those spectra. Those spectra have high signal-to-noise ratio and narrow spectral linewidth, which is about 10 MHz. We could account fur the relative intensities of the hyperfine states of those spectra by the spontaneous emission into the other state. When the frequency of the $1.5mutextrm{m}$ laser diode was stabilized to the DROP spectrum, the frequency fluctuation was about 0.2 MHz fDr sampling time of 0.1 s and the Allan deviation(or the square root of the Allan variance) was about 1 ${\times}$ 10 $^{-11}$ for averaging time of l00s.우리는 이중공명 광펌핑(double resonance optical pumping; DROP)효과를 이용하여 루비듐( $^{87}$ Rb) 원자의 5P $_{3}$ 2/-4D $_{3}$ 2/와 5P $_{3}$ 2/-4D $_{5}$ 2/ 전이선에서 DROP 스펙트럼을 관측하고, 1.5 $\mu\textrm{m}$ 레이저의 주파수를 무변조 안정화하였다. 관측한 DROP 스펙트럼은 기존의 광-광이중공명(optical-optical double resonance; OODR) 스펙트럼보다 높은 신호대잡음비를 가지며, 약 10 MHz의 좁은 선폭을 갖고 있다. DROP 스펙트럼의 상대적인 세기는 자발방출에 의한 광펌핑 정도로 설명할 수 있었다. DROP스펙트럼에 안정화된 1.5 $\mu\textrm{m}$ 레이저의 주파수 흔들림은 샘플링 시간 0.1초에서 0.2 MHz로 측정되었고, 상대주파수 흔들림은 평균시간 100초에서 약 1 ${\times}$ $10^{-11}$ 이었다. We present the double resonance optical pumping(DROP) spectra in the transition 5P $_{3}$ 2/-4D $_{3}$ 2/ and 5P $_{3}$ 2/-4D $_{5}$ 2/ of ( $^{87}$ Rb) and the frequency stabilization in the $1.5mutextrm{m}$ region using those spectra. Those spectra have high signal-to-noise ratio and narrow spectral linewidth, which is about 10 MHz. We could account fur the relative intensities of the hyperfine states of those spectra by the spontaneous emission into the other state. When the frequency of the $1.5mutextrm{m}$ laser diode was stabilized to the DROP spectrum, the frequency fluctuation was about 0.2 MHz fDr sampling time of 0.1 s and the Allan deviation(or the square root of the Allan variance) was about 1 ${\times}$ 10 $^{-11}$ for averaging time of l00s.

한국광학회지Jun 1, 20040 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.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.

한국광학회지Aug 25, 20083 citations

\pi-\pi

일 때를 모두 고려하여 상준위 2개 하준위 5개로 구성된 7준위의 모델을 만들었고,

^{85}

Rb원자의 5S

_{1/2}

- 5P

_{1/2}

\pi-\pi

polarization of both pump and probe beams in Zeeman sub levels. We compared our 7-level model with 4-level Nakayama theory for 5S

_{1/2}

- 5P

_{1/2}

transition line in

^{85}

Rb atoms. The results of the 7-level model calculation agree well the saturation absorption spectra data according to laser intensities.

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}

^{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.

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.

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}

^85Rb\;D_1

전이선의 바닥준위

F_g

=2에서 여기준위

F_e

=3 전이를 이용하여 열린 원자계에서의 전자기 유도 흡수 현상을 관측하고, 전자기 유도 흡수에서의 비결맞음 펌핑 효과를 조사했다. 비결맞음 광원의 편광과 세기의 변화에 따른 전자기 유도 흡수에 대한 연구를 통해 비결맞음 광원의 편광에 따라서 자기부준위들 사이의 원자밀도 분포의 변화를 유도할 수 있고, 이러한 원자밀도 재분포 효과에 의해서 전자기 유도 흡수의 정도가 달라짐을 확인하였다 We have studied the effects of incoherent pumping on EIA at the transition between the

F_g=2

ground state and the

F_e=3

excited state in

^{85}Rb\;D_1

-line. Generally, the studies about EIA have been done in the cycling transition, where the population has no loss to other states. In the case of EIA by using the

^{85}Rb\;D_1

transition line, the population is transferred to the other hyperfine state due to optical pumping. We incoherently pumped the atoms from

F_g=3\;to\;F_g=2

with the pumping beam, which is resonant at the transition from

F_g=3\;to\;F_g=2

. We were able to observe the effects of incoherent pumping depending on the power and the polarization of the pumping beam.

우리는 이중공명 광펌핑(double resonance optical pumping; DROP)효과를 이용하여 루비듐(

^{87}

Rb) 원자의 5P

_{3}

2/-4D

_{3}

2/와 5P

_{3}

2/-4D

_{5}

2/ 전이선에서 DROP 스펙트럼을 관측하고, 1.5

\mu\textrm{m}

레이저의 주파수를 무변조 안정화하였다. 관측한 DROP 스펙트럼은 기존의 광-광이중공명(optical-optical double resonance; OODR) 스펙트럼보다 높은 신호대잡음비를 가지며, 약 10 MHz의 좁은 선폭을 갖고 있다. DROP 스펙트럼의 상대적인 세기는 자발방출에 의한 광펌핑 정도로 설명할 수 있었다. DROP스펙트럼에 안정화된 1.5

\mu\textrm{m}

레이저의 주파수 흔들림은 샘플링 시간 0.1초에서 0.2 MHz로 측정되었고, 상대주파수 흔들림은 평균시간 100초에서 약 1

{\times}

10^{-11}

이었다. We present the double resonance optical pumping(DROP) spectra in the transition 5P

_{3}

2/-4D

_{3}

2/ and 5P

_{3}

2/-4D

_{5}

2/ of (

^{87}

Rb) and the frequency stabilization in the

1.5mutextrm{m}

region using those spectra. Those spectra have high signal-to-noise ratio and narrow spectral linewidth, which is about 10 MHz. We could account fur the relative intensities of the hyperfine states of those spectra by the spontaneous emission into the other state. When the frequency of the

1.5mutextrm{m}

laser diode was stabilized to the DROP spectrum, the frequency fluctuation was about 0.2 MHz fDr sampling time of 0.1 s and the Allan deviation(or the square root of the Allan variance) was about 1

{\times}

^{-11}

for averaging time of l00s.

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.