Active Suppression of the Light Shift in an Atomic Clock Based on Coherent Population Trapping in 87Rb Vapor Using the Phase Jump Technique

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The active suppression of light shift of the reference coherent population trapping (CPT) resonance in 87Rb vapor to improve the long-term stability of compact atomic clocks has been demonstrated experimentally. The approach is based on the phase jump technique used to synthesize an error signal, which is proportional to the light shift of the CPT resonance, from an optical transmission signal. The use of this error signal in an additional feedback loop allows one to stabilize the amplitude of a microwave signal for the phase modulation of laser radiation near a value at which the light shift of the CPT resonance is absent. This technique has made it possible to reduce the long-term instability of CPT atomic clocks in our experiments by a factor of 15 at an integration time of 10 000–20 000 s.

About the authors

D. A Radnatarov

Novosibirsk State University

Email: d.radnatarov@gmail.com
2, Pirogova street, Novosibirsk, 630090

S. M Kobtsev

Novosibirsk State University

Email: d.radnatarov@gmail.com
2, Pirogova street, Novosibirsk, 630090

V. A Andryushkov

Novosibirsk State University

Email: d.radnatarov@gmail.com
2, Pirogova street, Novosibirsk, 630090

M. Yu Basalaev

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

Email: d.radnatarov@gmail.com
2, Pirogova street, Novosibirsk, 630090;15B, Lavrentyev prospect, Novosibirsk, 630090;20, K. Marx street, Novosibirsk, 630073

A. V Taichenachev

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

Email: d.radnatarov@gmail.com
2, Pirogova street, Novosibirsk, 630090;15B, Lavrentyev prospect, Novosibirsk, 630090

M. D Radchenko

Novosibirsk State University;Novosibirsk State Technical University

Author for correspondence.
Email: d.radnatarov@gmail.com
2, Pirogova street, Novosibirsk, 630090;20, K. Marx street, Novosibirsk, 630073

V. I Yudin

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

Email: viyudin@mail.ru
2, Pirogova street, Novosibirsk, 630090;15B, Lavrentyev prospect, Novosibirsk, 630090;20, K. Marx street, Novosibirsk, 630073

References

  1. J. Kitching, Appl. Phys. Rev. 5, 031302 (2018).
  2. P. Cash, W. Krzewick, P. MacHado, K. R. Overstreet, M. Silveira, M. Stanczyk, D. Taylor, and X. Zhang, Microsemi Chip Scale Atomic Clock (CSAC) technical status, applications, and future plans 2018 European Frequency and Time Forum (EFTF), Turin, Italy (2018), p. 65.
  3. J. Camparo, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 52, 1075 (2005).
  4. N. Cyr, M. Tetu, and M. Breton, IEEE Trans. Instrum. Meas. 42, 640 (1993).
  5. D. Radnatarov, S. Kobtsev, V. Andryushkov, and T. Steschenko, Suppression of light-field shift of CPT resonances in optically dense media, Proc. SPIE 11817, Applied Optical Metrology IV, 118170O (2021).
  6. А. Н. Литвинов, И. М. Соколов, Письма в ЖЭТФ 113, 791 (2021).
  7. К. А. Баранцев, А. С. Курапцев, А. Н. Литвинов, ЖЭТФ 160, 611 (2021).
  8. Я. А. Фофанов, И. М. Соколов, ЖЭТФ 162, 297 (2022).
  9. К. А. Баранцев, Г. В. Волошин, А. С. Курапцев, А. Н. Литвинов, И. М. Соколов, ЖЭТФ 163, 162 (2023).
  10. M. Zhu and L. S. Cutler, Theoretical and Experimental Study of Light Shift in a CPT-Based Rb Vapor Cell Frequency Standard, Proceedings of the 32th Annual Precise Time and Time Interval Systems and Applications Meeting, Reston, Virginia (November 2000), p. 311.
  11. R. Boudot, P. Dziuban, M. Hasegawa, R. K. Chutani, S. Galliou, V. Giordano, and C. Gorecki, J. Appl. Phys. 109, 014912 (2011).
  12. Y. Zhang, W. Yang, S. Zhang, and J. Zhao, J. Opt. Soc. Am. B 33, 1756 (2016).
  13. S. Yanagimachi, K. Harasaka, R. Suzuki, M. Suzuki, and S. Goka, Appl. Phys. Lett. 116, 104102 (2020).
  14. S. Karlen, T. Overstolz, J. Gobet, J. Haesler, F. Droz, and S. Lecomte, Gold microdiscs as alkali preferential condensation spots for cell clock long-term frequency improvement, 2018 European Frequency and Time Forum (EFTF), Turin, Italy (2018), p. 91.
  15. V. I. Yudin, M. Yu. Basalaev, A. V. Taichenachev, J. W. Pollock, Z. L. Newman, M. Shuker, A. Hansen, M. T. Hummon, R. Boudot, E. A. Donley, and J. Kitching, Phys. Rev. Appl. 14, 024001 (2020).
  16. M. Abdel Ha z, R. Vicarini, N. Passilly, C. E. Calosso, V. Maurice, J. W. Pollock, A. V. Taichenachev, V. I. Yudin, J. Kitching, and R. Boudot, Phys. Rev. Appl. 14, 034015 (2020).
  17. V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, M. Yu. Basalaev, T. Zanon-Willette, J. W. Pollock, M. Shuker, E. A. Donley, and J. Kitching, Phys. Rev. Appl. 9, 054034 (2018).
  18. M. Abdel Ha z, G. Coget, M. Petersen, C. Rocher, S. Gu'erandel, T. Zanon-Willette, E. de Clercq, and R. Boudot, Phys. Rev. Appl. 9, 064002 (2018).
  19. M. Shuker, J. W. Pollock, R. Boudot, V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, J. Kitching, and E. A. Donley, Phys. Rev. Lett. 122, 113601 (2019).
  20. V I. Yudin, A. V. Taichenachev, M. Yu. Basalaev, T. E. Mehlst¨aubler, R. Boudot, T. Zanon-Willette, J. W. Pollock, M. Shuker, E. A. Donley, and J. Kitching, New J. Phys. 20, 123016 (2018).
  21. M. Shuker, J. W. Pollock, R. Boudot, V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, J. Kitching, and E. A. Donley, Appl. Phys. Lett. 114, 141106 (2019).
  22. M. Yu. Basalaev, V. I. Yudin, D. V. Kovalenko, T. Zanon-Willette, and A. V. Taichenachev, Phys. Rev. A 102, 013511 (2020).
  23. M. Y. Bas.alaev, V. I. Yudin, A. V. Taichenachev, M. I. Vaskovskaya, D. S. Chuchelov, S. A. Zibrov, V. V. Vassiliev, and V. L. Velichansky, Phys. Rev. Appl. 13, 034060 (2020).
  24. V. I. Yudin, M. Yu. Basalaev, A. V. Taichenachev, D. A. Radnatarov, V. A. Andryushkov, and S. M. Kobtsev, J. Phys. Conf. Ser. 2067, 012003 (2021).
  25. V. Andryushkov, D. Radnatarov, S. Kobtsev, M. Basalaev, and V. Yudin, Active light shift suppression in CPT atomic clock, Proceedings of the 15th Paci c Rim Conference on Lasers and Electro- Optics (CLEO-PR 2022, 31 July - 5 August, Sapporo, Japan), P-CTh6-01 (2022).
  26. S. Kobtsev, S. Donchenko, S. Khripunov, D. Radnatarov, I. Blinov, and V. Palchikov, Opt. Laser Technol. 119, 105634 (2019).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

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».