SUPPRESSION OF LIGHT SHIFT OF COHERENT POPULATION TRAPPING RESONANCES IN CESIUM VAPOR USING DOUBLE FREQUENCY AND AMPLITUDE MODULATION OF LASER RADIATION

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The light (ac Stark) shift of coherent population trapping (CPT) resonances in cesium vapor is studied under excitation by radiation from a vertical-cavity surface-emitting laser, whose current is modulated at a microwave frequency (≈ 4.6 GHz). This approach is used in some state-of-the-art microwave quantum frequency standards (QFS). One of the main factors leading to degradation of long-term frequency stability of QFS is associated with the light shift of the CPT resonance due to variations in optical power P in the vapor cell. In this work, it is shown that using an additional electro- optic modulator assembled as a Mach-Zehnder interferometer makes it possible to effectively control the amplitudes of sidebands in the radiation spectrum. This allows finding such an optimal optical power value near which the resonance shift is insensitive to its small changes. The results are of interest for the development of CPT-based QFS.

About the authors

V. I Vishnyakov

Institute of Laser Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vladislav.vishnyakov@gmail.com
Russian Federation, Novosibirsk, 630090

D. V Brazhnikov

Institute of Laser Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vladislav.vishnyakov@gmail.com
Russian Federation, Novosibirsk, 630090 Russia

M. N Skvortsov

Institute of Laser Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vladislav.vishnyakov@gmail.com
Russian Federation, Novosibirsk, 630090

References

  1. T. N. Bandi, N. M. Desai, J. Kaintura et al., GPS Solutions 26, 54 (2022).
  2. E. Fern´andez, D. Calero, and M. Eul`аlia Par´es, Sensors 17, 370 (2017).
  3. S. Nydam, J. Anderson, N. S. Barnwell et al., A Compact Optical Time Transfer Instrument for Ground-to-Space Synchronization of Clocks, in Proc. AIAA SPACE and Astronautics Forum and Exposition, Orlando, Florida, USA, 12-14 September 2017. P. 5381.
  4. B. L. Schmittberger Marlow and D. R. Scherer, IEEE Trans. UFFC 68, 2007 (2021).
  5. S. E. Freeman, L. Emokpae, J. S. Rogers, and G. F. Edelmann, J. Acoust. Soc. Am. 143, EL74 (2018).
  6. C. L. Chow, Y, Zhang, M. S.Tse et al., Overview of Project SPATIUM — Space Precision Atomicclock TIming Utility Mission, in Proc. 33rd Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, Logan, Utah, USA, 3-8 August 2019. Report no. SSC19-WKVII-07.
  7. J. Kitching, Appl. Phys. Rev. 5, 031302 (2018).
  8. H. Zhang, H. Herdian, A. T. Narayanan et al., IEEE J. Solid-St. Circ. 54, 3135 (2019).
  9. M. N. Skvortsov, S. M. Ignatovich, V. I. Vishnyakov et al., Quantum Electronics 50, 576 (2020)].
  10. E. Batori, C. Affolderbach, M. Pellaton et al., Phys. Rev. Applied 18, 054039 (2022).
  11. Z. L. Newman, V. Maurice, T. Drake et al., Optica 6, 680 (2019).
  12. D. Brazhnikov, M. Petersen, G. Coget et al., Phys. Rev. A 99, 062508 (2019).
  13. A. Sargsyan, A. Amiryan, Y. Pashayan-Leroy et al., Opt. Lett. 44, 5533 (2019).
  14. V. Maurice, Z. Newman, S. Dickerson et al., Opt. Express 28, 24708 (2020).
  15. [D. V. Brazhnikov, S. M. Ignatovich, I. S. Mesenzova et al., Quantum Electronics 50, 1015 (2020)].
  16. A. Gusching, M. Petersen, N. Passilly et al., J. Opt. Soc. Am. B 38, 3254 (2021).
  17. D. V. Brazhnikov, S. M. Ignatovich, I. S. Mesenzova et al., J. Phys. Conf. Ser. 1859, 012019 (2021).
  18. A. M. Mikhailov, R. Boudot, and D. V. Brazhnikov, JETP 133, 696 (2021)].
  19. F. Riehle, Frequency Standards: Basics and Applications, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim (2004)].
  20. F. Levi, A. Godone, and J. Vanier, IEEE Trans. UFFC 47, 466 (2000).
  21. D. S. Chuchelov, V. V. Vassiliev, M. I. Vaskovskaya et al., Phys. Scripta 93, 114002 (2018).
  22. D. Miletic, C. Affolderbach, M. Hasegawa et al., Appl. Phys. B 109, 89 (2012).
  23. M. I. Vaskovskaya, E. A. Tsygankov, D. S. Chuchelov et al., Opt. Express 27, 35856 (2019).
  24. D. V. Brazhnikov, S. M. Ignatovich, and M. N. Skvortsov, Phys. Rev. Appl. 21, 054046 (2024), doi: 10.1103/PhysRevApplied.21.054046
  25. Y. Yin, Y. Tian, Y. Wang, and S. Gu, Spectrosc. Lett. 50, 227 (2017).
  26. A. O. Makarov, S. M. Ignatovich, V. I. Vishnyakov et al., AIP Conf. Proc. 2098, 020010 (2019).
  27. V. I. Yudin, M. Yu. Basalaev, A. V. Taichenachev et al., Phys. Rev. Appl. 14, 024001 (2020).
  28. M. Abdel Hafiz, R. Vicarini, N. Passilly et al., Phys. Rev. Appl. 14, 034015 (2020).
  29. K. A. Barantsev and A. N. Litvinov, J. Opt. Soc. Am. B 39, 230 (2022).
  30. C. Carl´e, M. Abdel Hafiz, S. Keshavarzi et al., Opt. Express 31, 8160 (2023).
  31. D. A. Radnatarov, S. M. Kobtsev, V. A. Andryushkov et al., JETP Lett. 117, 504 (2023)].
  32. D. Radnatarov, S. Kobtsev, V. Andryushkov, and T. Steschenko, Proc. SPIE 11817, 118170O (2021).
  33. A. P. Bogatov, A. E. Drakin, M. I. Vaskovskaya et al., Opt. Lett. 47, 6425 (2022)
  34. K. N. Savinov, A. K. Dmitriev, and A. V. Krivetskii, Quantum Electronics 52, 116 (2022)].
  35. C. Affolderbach, C. Andreeva, S. Cartaleva et al., Appl. Phys. B 80, 841 (2005).
  36. C. Long and K. Choquette, J. Appl. Phys. 103, 033101 (2008).
  37. F. Gruet, A. Al-Samaneh, E. Kroemer et al., Opt. Express 21, 5781 (2013).
  38. E. A. Tsygankov, S. A. Zibrov, M. I. Vaskovskaya et al., Opt. Express 30, 2748 (2022).
  39. K. Deng, T. Guo, J. Su et al., Phys. Lett. A 373, 1130 (2009).
  40. M. Merimaa, T. Lindvall, I. Tittonen, and E. Ikonen, J. Opt. Soc. Am. B 20, 273 (2003).
  41. E. D. Black, Am. J. Phys. 69, 79 (2001).
  42. I. Ben-Aroya, M. Kahanov, and G. Eisenstein, Opt. Express 15, 15060 (2007).
  43. V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, M. Yu. Basalaev, and D. V. Kovalenko, Opt. Express 25, 2742 (2017).
  44. V. I. Yudin, M. Yu. Basalaev, A. V. Taichenachev et al., Phys. Rev. A 108, 013103 (2023).
  45. N. Beverini, P. Minguzzi, and F. Strumia, Phys. Rev. A 4, 550 (1971).
  46. W. Happer, Rev. Mod. Phys. 44, 169 (1972).
  47. A. V. Taichenachev, V. I. Yudin, R. Wynands et al., Phys. Rev. A 67, 033810 (2003).
  48. O. Kozlova, S. Gu´erandel, and E. de Clercq, Phys. Rev. A 83, 062714 (2011).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 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».