速度选择偏振光谱学Modulation-Free分散在失谐频率信号

文摘

我们提出一个简单的技术来获得modulation-free锁定信号失谐频率从一个原子超精细结构之间的过渡。偏振光谱学使我们获得适合分散信号频率锁定。速度选择性光抽运使用另一个激光束也让我们获取信号的失谐频率和交叉转移信号。通过结合这两种技术,我们能够获得速度选择性双折射信号只在Rb蒸汽的原则过渡细胞和比较理论的双折射信号频谱利用Nakayama的模型预测。

1。介绍

长期稳定的激光频率是一个重要组成部分对于许多应用程序在原子,分子,和光学物理。误差信号频率稳定通常是通过使用色散或如光谱因为这些光谱是零交点在原子跃迁频率和电荷相反两侧的频率波动。最受欢迎的方式获得分散的信号是通过相敏检测频率调制光谱(1,2),吸收概要的一阶导数。然而,锁定激光的频率带宽可能会受到调制的频率范围和锁定的时间常数相敏检测器。技术是基于双折射和二色性或者用于modulation-free频率稳定。双折射介质采用离散信号的偏振光谱(3- - - - - -5]。二色性基于sub-Zeeman水平之间的过渡是用来获取信号(如6- - - - - -9]。这两个技术允许我们锁定激光频率没有原子跃迁频率调制。

失谐激光是有用的在某些情况下尽管原子跃迁的共振梁强烈与原子相互作用。例如,激光冷却(10)和偏振梯度冷却(11,12)执行red-detuning几十兆赫。受激拉曼跃迁使用几百或几千兆赫失谐梁使原子干涉仪是一种具有代表性的方法减少decoherent效应引起的自发发射(13,14]。另外,很远失谐激光是有用的为光学生成合适的潜在陷阱的中性原子或分子15,16]。在大多数情况下,声光、电光调节器用于某种解谐。这些调节器也可以产生错误信号,测量的准确性下降。最近,段等。17]报道了新方法获得饱和吸收光谱在高灵敏度流离失所的跨界车。这个想法很好,因为影响交叉信号可以删除时准确测量原子跃迁频率。

在这篇文章中,我们将演示一个简单的方法来获得双折射信号从共振失谐频率调制器。我们采用了偏振光谱获得双折射信号通过测量的旋转探测光束的偏振由于Rb蒸汽的抽运梁单元和光谱相比Nakayama的理论基于激光强度低(18- - - - - -20.]。此外,我们可以消除交叉效应信号通过使用频率稳定抽水,面对面传播选择信号探测光束和生成速度。这些双折射与流离失所的跨界车可能有利于锁定信号探测激光的频率。

2。Nakayama速度选择性双折射的理论模型

Nakayama认为每个磁分段的人口变化通过考虑光的吸收和发射在单个周期的光抽运(18,19]。因为这个模型假定,一个弱光强度,Nakayama理论无法预测的影响如EIT(电磁感应透明)和环境影响评价(电磁感应吸收)。然而,这是一个众所周知的方法预测的吸收光谱的谱线轮廓光抽运,偏振光谱和二色性弱强度政权(20.]。Nakayama方案,两束激光通常被认为是。第一个激光抽运光束,重新分配后原子磁子层次人口与原子的交互。第二束,称为探测光束,用于获得光谱通过测量重新分配原子介质的敏感性。

图1显示了图的一个计划为我们的速度选择偏振光谱学(垂直地震剖面)注入光束的频率锁上共振的^87年Rb原子跃迁和探测光束的频率的范围过渡。从原子结构,有三个速度组看到抽运梁共振由于多普勒效应在图的水平线1。探针梁的共振信号提供政权的描述与对角线的红色虚线所示图1(17]。速度选择吸收峰的十字路口观察到在图1。理论基于Nakayama理论是由垂直地震剖面信号 在哪里是过渡的力量(20.]过渡,转变的力量之间的交叉峰吗和,是去谐过渡到和。的谱线形状函数吗 在哪里是归一化梁强度相对于饱和磁化强度。每一项的右侧(1)代表零的情况下,和速度分量。

3所示。实验装置和结果

图2展示了我们的实验装置获得双折射信号。我们使用两个外腔式二极管激光器(ECDL)。注入光束的激光频率锁定在共振跃迁或交叉峰在D2的过渡^87年Rb原子通过使用传统的饱和吸收光谱频率调制。探测光束的频率的范围过渡。调查的权力和抽运梁是370μW - 290μ分别W。探测激光有一个圆形,0.75毫米直径,同时抽运光束与0.75毫米×1.3毫米矩形。Rb细胞长10厘米。这是保持在室温23°C和包装在3金属板屏蔽地球磁场。

调查的线偏振光束的总和可以治疗两种相反的圆偏振的泵送梁圆偏振。折光率和吸收系数和组件的探测激光成为极化原子的不同,分别称为双折射和二色性。光学双折射引起的偏振轴旋转探测激光领域(2),是探测激光的波数在真空和样品的长度是原子蒸气。测量旋转探测光束的偏振,我们把半波片和一个偏振分束器的两个探测器。我们可以设置两个探测器之间的差异为零,没有抽运光束旋转半波板。然后,我们可以测量的旋转探测领域由于双折射经过原子样品。探测器和泵激光束略有偏差,以避免波动反馈激光腔。

图3显示了实验垂直地震剖面和理论曲线(1)激光频率配置图1。很明显,交叉峰转向。在传统的偏振光谱学、抽运光束和counterpropagating探测光束来自相同的激光,所以他们总是有相同的频率在实验室框架。当两个原子结构的共振频率与其他转换由于多普勒效应,交叉峰是观察到中间的两个共振频率。有两个激光独立准备,然而,交叉可以转向和速度选择信号出现。尽管交叉和速度选择信号是基于多普勒效应、速度的关键选择信号可以改变交叉峰和改变通过改变抽运光束峰值位置的锁定频率。移动了交叉峰位置提高了信号灵敏度(17]。还值得注意的是,垂直地震剖面给了我们一个信号类似于冷原子(21]。

的信号灵敏度过渡相对较低是由于转型对传统偏振光谱强度,低0.03倍的转变为^87年Rb (20.]。然而,在垂直地震剖面方案,移动原子的贡献在数据标记为“f”1和3增加了信号的敏感性,这样类似的大小与最强的过渡是如图3,从理论上和实验。“d”的信号理论光谱没有观察到由于扫描探针梁的极限频率的激光系统。

图4显示垂直地震剖面的变化作为泵梁的频率改变。注入光束锁之间的交叉峰和转换(a)和(d)在图4。自抽运光束nonresonant频率,所有信号从原子共振频率失谐。之间的能量差原子超精细结构决定了去谐。在我们的例子中,信号在−714.5,557.5,400.5−−290.5−133.5和133.5 MHz的过渡所示(a)和(d)。抽运光束是锁着的过渡(b)和(e)和交叉峰之间和转换(c)和(f)。信号是在581年−−424−267−157 0和267 MHz (b)和(e), (c)和(f),信号在636年−−479−322−212−55和212 MHz。垂直地震剖面位置取决于注入光束的频率和nonresonant抽运光束使各种解谐垂直地震剖面如图4。未知信号不期望从我们的数据图1和4(b)是观察,标志在黑色箭头人物3和4应确定(e)。

垂直地震剖面实验信号的斜率与之很好匹配Nakayama理论。这意味着我们不是在强场政权可以诱导相干效应如EIT或环评即使我类型V和配置。

4所示。结论

我们可以得到色散光谱没有调频通过使用两个独立的激光偏振光谱学的来源^87年Rb细胞蒸汽。速度选择偏振光谱得到的失谐频率相关的原子共振频率区别注入光束的频率。自交叉周围的山峰也搬走了信号的原理,我们可以增加的敏感性原则的信号峰值。此外,低弱的信号大小过渡可以增加通过添加一个沿着光束的传播方向移动原子的影响。速度的技术选择性偏振光谱学是有用得到modulation-free弥散信号失谐频率从原子共振激光频率锁定。也让我们等光谱信号从一个与冷原子介质。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项工作是由韩国国家研究基金会(NRF)授予由韩国政府(MSIP)(没有。2014 r1a2a2a01007460)。

引用

1. g·c·比约克隆德,“调频光谱学:测量弱吸收和分散体的新方法,”光学信,5卷,不。1、15 - 17日,1980页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. t .三井、k .山下式和k .樱井”二极管激光频率稳定利用调频振动镜,“应用光学,36卷,不。22日,第5498 - 5494页,1997年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. j·b·金·h·j .香港和李”染料激光器频率锁定超精细结构(${3\mathrm{年代}}_{1/2}\text{,}F=2-\; -\; -\; -\; -\; -3P_{1/2},F=2$)钠D1行通过使用偏振光谱,”应用物理快报,52卷,不。6,417 - 419年,1988页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. y Yoshikawa, t . Umeki t . Mukae鸟居y和t . Kuga”频率稳定的激光二极管使用光致双折射的原子蒸汽,”应用光学,42卷,不。33岁,6645 - 6649年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. c·威曼和t . w . Hansch“与激光偏振光谱,”物理评论快报,36卷,不。20日,第1173 - 1170页,1976年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. m . Pichler特区大厅,“简单的激光频率锁定基于与磁诱导二色性,”光学通信,卷285,不。1,50-53,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. k·l·科文Z.-T。陆,c . f .一方面,r . j .爱泼斯坦和c·曼,“稳频二极管激光器塞曼原子蒸气的转变,“应用光学,37卷,不。15日,第3298 - 3295页,1998年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. 诉诉Yashchuk、d . Budker和j·r·戴维斯“激光频率稳定使用线性磁光,”审查的科学仪器,卷71,不。2、341 - 346年,2000页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. c . i Sukenik、h·c·布希和m . Shiddiq“Modulation-free激光频率稳定和失谐,”光学通信,卷203,不。1 - 2、133 - 137年,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. 楚,l . w . Hollberg j . e . Bjorkholm a .电缆和a . Ashkin”三维粘性监禁和冷却原子的共振辐射压力,”物理评论快报,55卷,不。1,48-51,1985页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. j . Dalibard和c . Cohen-Tannoudji”激光冷却低于多普勒极限极化梯度:简单的理论模型,”美国光学学会学报B》第六卷,没有。11日,第2045 - 2023页,1989年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. 安格p . j . d . s . Weiss, e·里斯和楚,“光学糖蜜和多级原子:理论”,美国光学学会学报B》第六卷,没有。11日,第2071 - 2058页,1989年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. m . Kasevich和楚,“原子干涉测量法利用受激拉曼转换,”物理评论快报,卷67,不。2、181 - 184年,1991页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. a·d·克罗宁j . Schmiedmayer d·e·普里查德,“光学干涉法与原子和分子,”现代物理学的评论,卷81,不。3、1051 - 1129年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. a . Ashkin j . m . Dziedzic j . e . Bjorkholm和楚,“观察单光束梯度力光学陷阱的电介质粒子,“光学信,11卷,不。5,288 - 290年,1986页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. k·c·纽曼和s . m .块“光学捕获。”审查的科学仪器,卷75,不。9日,第2809 - 2787页,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. 周j .段,x, x, x,“饱和吸收光谱的检测灵敏度高和流离失所的跨界车,”光学信,36卷,不。4、561 - 563年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. 美国八木和k . Nakayama断层Ultrasonoecho光谱的时刻,”日本应用物理杂志》上,24卷,不。S1,第177页,1985年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. 美国Nakayama”,在高分辨率激光光谱、光抽运的影响”自然史Scripta,卷1997,不。70、第64条、1997。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. h·r·能剧“简单分析饱和理论和极化的碱金属原子光谱利用Nakayama的模型”朝鲜物理学会杂志》上,57卷,p。1381年,2010年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. j·d·h . Yu k . s . Kim Kim h·k·李,和j·b·金”的观察与电磁感应透明在原子选择光与特定速度,”物理评论一个文章ID 052511卷,84年,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2014余胡恩et al。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。