Double Radio-Optical Resonance in the Hanle Configuration under the Excitation of the D1 Absorption Line in Alkali Metal Atoms

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The absorption of a light wave interacting with optical transitions in the D1 line of an alkali metal atom subjected to microwave radiation that is in resonance with magnetic dipole transitions between hyperfine ground-state components, has been investigated. It is known that when scanning a longitudinal magnetic field (B || k, where k is the wavevector), one may observe a magneto-optical resonance due to the ground-state Hanle effect. In addition, the effect of double radio-optical resonance takes place because of the presence of the resonance microwave field. The joint influence of these effects on the formation of a narrow magneto-optical resonance in light wave absorption has been studied theoretically and experimentally. It has been shown analytically that the effects compete with each other and destructively act on the resonance formation. As a result, the amplitude of the resonance is small and its shape is complicated. However, in the presence of a buffer gas the pressure of which is such that the hyperfine splitting of the ground state remains spectrally unresolved, it becomes possible to observe a magneto-optical resonance with a relatively large amplitude. Experiments have been carried out with the use of a miniature glass cell (V ~ 0.1 cm3) filled with 87Rb vapor and a buffer gas argon (a pressure of about 95 Torr). In particular, the theoretically predicted resonance narrowing with increasing light field intensity has been experimentally observed. A configuration for magneto-optical resonance excitation suggested here may be applied in quantum magnetometry to measure weak permanent magnetic fields and resonance microwave fields using cells filled with alkali metal vapor.

About the authors

D. V. Brazhnikov

Institute of Laser Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences;Novosibirsk State University

Email: x-kvant@mail.ru
Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630090 Russia

V. M. Entin

Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia

I. I. Ryabtsev

Novosibirsk State University;Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia; Novosibirsk, 630090 Russia

References

  1. R. W. Wood and A. Ellett, Proceedings of the Royal Society of London. Series A 103(722), 396 (1933).
  2. W. Hanle, Z. Phys. 30, 93 (1924).
  3. G. Breit, Rev. Mod. Phys. 5, 91 (1933).
  4. G. Breit and I. S. Lowen, Phys. Rev. 46, 590 (1934).
  5. P. A. Franken, Phys. Rev. 121, 508 (1961).
  6. G. W. Series, Proc. Phys. Soc. 89, 1017 (1966).
  7. Д. В. Бражников, А. В. Тайченачев, А. М. Тумайкин, В. И. Юдин, Опт. спектр. 107, 119 (2009)
  8. D. V. Brazhnikov, A. V. Taichenachev, A. M. Tumaikin, V. I. Yudin, Opt. Spectrosc. 107, 113 (2009).
  9. A. C. G. Mitchell and E. J. Murphy, Phys. Rev. 46, 53 (1934).
  10. Г. В. Маркова, М. П. Чайка, Опт. спектр. 17, 319 (1964)
  11. G. Markova and M. Chaika, Opt. Spectrosc. 17, 170 (1964).
  12. P. Anantha Lakshmi and G. S. Agarwal, Phys. Rev. A 32, 1643 (1985).
  13. В. Т. Показаньев, Г. В. Скроцкий, УФН 107, 623 (1972)
  14. V G. Pokozan'ev and G. V. Skrotskii, Sov. Phys. Usp. 15, 452 (1973).
  15. W. Gawlik, D. Gawlik, and H. Walther, in The Hanle E ect and Level-Crossing Spectroscopy, ed. by G. Moruzzi and F. Strumia, Springer, New York (1991).
  16. J.-C. Lehmann and C. Cohen-Tannoudji, C. R. Acad. Sci. (Paris) 245, 4463 (1964).
  17. Е. Б. Александров, А. М. Бонч-Бруевич, В. А. Ходовой, Опт. спектр. 23, 282 (1967)
  18. E. B. Aleksandrov, A. M. Bonch-Bruevich, and V. A. Khodovoi, Opt. Spectrosc. 23, 151 (1967).
  19. J. Dupont-Roc, S. Haroche, and C. Cohen-Tannoudji, Phys. Lett. A 28, 638 (1969).
  20. A. Kastler, Nucl. Instrum. Methods 110, 259 (1973).
  21. E. Alipieva, S. Gateva, and E. Taskova, Proc. SPIE 5449, 336 (2004).
  22. V. Shah, S. Knappe, P. D. D. Schwindt, and J. Kitching, Nat. Photonics 1, 649 (2007).
  23. S. Gateva et al., J. Optoelectron. Adv. M. 10, 98 (2008).
  24. V. Shah and M. V. Romalis, Phys. Rev. A 80, 013416 (2009).
  25. S. Pradhan et al., Rev. Sci. Instrum. 86, 063104 (2015).
  26. A. Papoyan et al., Appl. Opt. 55, 892 (2016).
  27. R. S. Grewal and M. Pattabiraman, Eur. Phys. J. D 70, 219 (2016).
  28. Y. Liu, X. Peng, H. Wang et al., Opt. Lett. 47, 5252 (2022).
  29. D. V. Brazhnikov et al., Phys. Rev. A 106, 013113 (2022).
  30. А. О. Макаров, Д. В. Бражников, А. Н. Гончаров, Письма в ЖЭТФ 117, 509 (2023).
  31. O. Alem et al., Phys. Med. Biol. 60, 4797 (2015).
  32. E. J. Pratt et al., Proc. SPIE 11700, 1170032 (2021).
  33. A. Fabricant et al., Sci. Rep. 11, 1438 (2021).
  34. E. P eghaar et al., Opt.Commun. 99, 303 (1993).
  35. N. Castagna and A. Weis, Phys. Rev. A 84, 053421 (2011).
  36. E. Breschi and A. Weis, Phys. Rev. A 86, 053427 (2012).
  37. С. А. Зибров, Я. О. Дудин, А. Г. Раднаев и др., Письма в ЖЭТФ 85, 515-519 (2007)
  38. S. A. Zibrov, Ya. O. Dudin, A. G. Radnaev et al., JETP Lett. 85, 417 (2007).
  39. Д. В. Бражников, А. В. Тайченачев, А. М. Тумайкин и др., Письма в ЖЭТФ 91, 694 (2010)
  40. D. V. Brazhnikov, A. V. Taichenachev, A. M. Tumaikin et al., JETP Lett. 91, 625 (2010).
  41. D. V. Brazhnikov et al., Eur. Phys. J. D 63, 315 (2011).
  42. I. S. Radojiˇci'c, M. Radonji'c, M. M. Leki'c et al., J. Opt. Soc. Am. B 32, 426 (2015).
  43. D. V. Brazhnikov, S. M. Ignatovich, V. I. Vishnyakov et al., Laser Phys. Lett. 15, 025701 (2018).
  44. D. V. Brazhnikov, S. M. Ignatovich, A. S. Novokreshchenov, and M. N. Skvortsov, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 52, 215002 (2019).
  45. G. Le Gal, G. Lieb, F. Beato et al., Phys. Rev. Appl. 12, 064010 (2019).
  46. D. V. Brazhnikov, V. I. Vishnyakov, S. M. Ignatovich et al., Appl. Phys. Lett. 119, 024001 (2021).
  47. Shengran Su, Zhenyuan Xu, Xiang He et al., Sensors 23, 3148 (2023).
  48. K. Nasyrov, S. Cartaleva, N. Petrov et al., Phys. Rev. A 74, 013811 (2006).
  49. Д. В. Бражников, А. В. Тайченачев, А. М. Тумайкин и др., Письма в ЖЭТФ 83, 71 (2006)
  50. D. V. Brazhnikov, A. V. Ta˘ıchenachev, A. M. Tuma˘ıkin et al., JETP Lett. 83, 64 (2006).
  51. R. S. Grewal and M. Pattabiraman, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 48, 085501 (2015).
  52. G. Le Gal, L.-L. Rouve, and A. Palacios-Laloy, Appl. Phys. Lett. 118, 254001 (2021).
  53. D. Budker, W. Gawlik, D. F. Kimball et al., Rev. Mod. Phys. 74, 1153 (2002).
  54. Y.-Y. Jau, A. B. Post, N. N. Kuzma et al., Phys. Rev. Lett. 92, 110801 (2004).
  55. Е. Б. Александров, А. К. Вершовский, УФН 179, 605 (2009)
  56. E. B. Aleksandrov, A. K. Vershovskii, Phys. Usp. 52, 573 (2009).
  57. T. Thiele, Y. Lin, M. O. Brown, and C. A. Regal, Phys. Rev. Lett. 121, 153202 (2018).
  58. J. Vanier and C. Audoin, The Quantum Physics of Atomic Frequency Standards, Adam Hilger, Bristol and Philadelphia (1989).
  59. J. Vanier and C. Mandache, Appl. Phys. B 87, 565 (2007).
  60. J. Camparo, Phys. Today 60, 33 (2007).
  61. E. Batori, C. A olderbach, M. Pellaton et al., Phys. Rev. Applied 18, 054039 (2022).
  62. A. Kastler, J. Phys. Rad. 11, 255 (1950).
  63. W. Happer, Rev. Mod. Phys. 44, 169 (1972).
  64. M. Gharavipour, C. A olderbach, S. Kang et al., J. Phys. Conf. Ser. 723, 012006 (2016).
  65. A. Litvinov, G. Kazakov, B. Matisov, and I. Mazets, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 41, 125401 (2008).
  66. Z. Hu, J. Deng, Y. Ma et al., Chin. Phys. B 19, 074209 (2010).
  67. Y. Ma, J. Deng, Z. Hu et al., Chin. Opt. Lett. 11, 022701 (2013).
  68. A. Alzetta, A. Gozzini, L. Moi, and G. Orriols, Nuovo Cimento B 36, 5 (1976).
  69. Y. Dancheva, G. Alzetta, S. Cartaleva et al., Opt.Commun. 178, 103 (2000).
  70. S. G. Rautian and A. M. Shalagin, Kinetic Problems of Nonlinear Spectroscopy, North-Holland, Amsterdam (1991).
  71. U. Volz and H. Schmoranzer, Phys. Scripta 1996, 48 (1996).
  72. B. J. Dalton and P. L. Knight, J. Phys. B: At. Mol. Phys. 15, 3997 (1982).
  73. S. Mukamel, Principals of Nonlinear Optical Spectroscopy, Oxford University Press, New York (1995).
  74. И. И. Собельман, Введение в теорию атомных спектров, Наука, Москва (1977)
  75. I. I. Sobel'man, Introduction to the Theory of Atomic Spectra, Pergamon Press, New York (1972).
  76. G. Alzetta et al., J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 3, 181 (2001).
  77. F. Renzoni, A. Lindner, and E. Arimondo, Phys. Rev. A 60, 450 (1999).
  78. G. P. Barwood, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Appl. Phys. B 53, 142 (1991).
  79. G. A. Pitz, A. J. Sandoval, T. B. Tafoya et al., J. Quant. Spectrosc. Ra. 140 18 (2014).
  80. F. A. Franz, Phys. Rev. 139, A603 (1965).
  81. R. E. Slocum and B. I. Marton, IEEE T. Magn. Mag-9, 221 (1973).
  82. S. Gozzini, L. Marmugi, A. Lucchesini et al., Phys. Rev. A 84, 013812 (2011).
  83. E. Arimondo, Prog. Opt. 35, 257 (1996).
  84. R. Wynands and A. Nagel, Appl. Phys. B 68, 1 (1999).
  85. S. Knappe, R. Wynands, J. Kitching et al., J. Opt. Soc. Am. B 18, 1545 (2001).
  86. M. Pellaton, C. A olderbach, G. Mileti et al., IEEE Proceedings of European Frequency and Time Forum (EFTF), Neuchatel, Switzerland, June 22 - 26, 2014, pp. 554-557. doi: 10.1109/EFTF.2014.7331561.
  87. В. В. Васильев, В. Л. Величанский, С. А. Зибров и др., ЖЭТФ 139, 883 (2011)
  88. V. V. Vasil'ev, V. L. Velichanskii, S. A. Zibrov et al., J. Exp. Theor. Phys. 112, 770 (2011).
  89. S. Gateva, E. Alipieva, and E. Taskova, Phys. Rev. A 72, 025805 (2005).
  90. S. Appelt, A. Ben-Amar Baranga, A. R. Young, and W. Happer, Phys. Rev. A 59, 2078 (1999).
  91. A. Risley, S. Jarvis Jr., and J. Vanier, J. Appl. Phys. 51, 4571 (1980).
  92. F. J. Duarte, in Tunable Lasers Handbook, edited by F. J. Duarte, Academic Press Inc., London (1995).
  93. Д. Б. Лазебный и др., ЖЭТФ 148, 1068 (2015)
  94. D. B. Lazebnyi et al., J. Exp. Theor. Phys. 121, 934 (2015).
  95. M. Auzinsh, R. Ferber, F. Gahbauer et al., Phys. Rev. A 78, 013417 (2008).
  96. Y. Xiao, Mod. Phys. Lett. B 23(5), 661 (2009).
  97. A. Horsley, G.-X. Du, M. Pellaton et al., Phys. Rev. A 88, 063407 (2013).
  98. C. A olderbach, G.-X. Du, T. Bandi et al., IEEE T. Instrum. Meas. 64, 3629 (2015).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».