Svetovye sdvigi rezonansov kogerentnogo pleneniya naselennostey v periodicheski-modulirovannom lazernom izluchenii

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

В рамках фурье-анализа были исследованы световые сдвиги резонансов когерентного пленения населенностей в периодически модулированном лазерном поле, когда частота модуляции f варьируется вблизи дробной частоты сверхтонкого расщепления в основном состоянии атомов Δhfs/N (где N = 1, 2, 3, ...). Такой тип модуляции обычно имеет место в малогабаритных часах с полупроводниковым лазером, когда ток инжекции гармонически модулирован на частоте f, либо при использовании электрооптического или акустооптического модулятора. При этом формируется полихроматическое эквидистантное излучение, в котором имеются только две частотные компоненты, наиболее резонансные рабочим оптическим переходам в атоме, в то время как все остальные частотные компоненты являются относительно нерезонансными. На основе точных численных расчетов мы показали, что широко распространенная точка зрения, согласно которой сдвиг резонанса когерентного пленения населенностей определяется обычным квадратичным штарковским сдвигом нижних атомных уровней, является, в общем случае, существенно некорректной. Это обусловлено тем, что в общем случае дополнительный вклад в световой сдвиг резонанса когерентного пленения населенностей, обусловленный биениями (на частоте Δhfs) между различными нерезонансными частотными компонентами, может быть сопоставим (или даже доминировать) по отношению к величине стандартного штарковского сдвига. Более того, эти биения являются фазовочувствительными. Поэтому даже наличие детальной информации о спектральном составе модулированного излучения (например, с помощью спектр-анализатора) не является достаточным для определения светового сдвига резонанса когерентного пленения населенностей.

About the authors

V. I Yudin

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет; Новосибирский государственный технический университет

Email: viyudin@mail.ru
Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

M. Yu Basalaev

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет; Новосибирский государственный технический университет

Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

A. V Taychenachev

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет

Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

O. N Prudnikov

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет

Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

M. D Radchenko

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН; Новосибирский государственный университет; Новосибирский государственный технический университет

Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия; Новосибирск, Россия

V. G Pal'chikov

Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений; Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"

Менделеево, Россия; Москва, Россия

References

  1. J. Kitching, S. Knappe, M. Vukicevic, L. Hollberg, R. Wynands, and W. Weidmann, IEEE Trans. Instrum. Meas. 49, 1313 (2000).
  2. R. Lutwak, A. Rashed, M. Varghese et al. (Collaboration), in Proceeding of Precise Time and Time Interval (PTTI) Meeting, p. 19 (2001); https://www.researchgate.net/publication/235080171.
  3. J. Kitching, S. Knappe, and L. Hollberg, Appl. Phys. Lett. 81, 553 (2002).
  4. M. Stahler, R. Wynands, S. Knappe, J. Kitching, L. Hollberg, A. Taichenachev, and V. Yudin, Opt. Lett. 27, 1472 (2002).
  5. S. Knappe, V. Shah, P. D. D. Schwindt, L. Hollberg, J. Kitching, L.-A. Liew, and J. Moreland, Appl. Phys. Lett. 85, 1460 (2004).
  6. J. Vanier, Appl. Phys. B 81, 421 (2005).
  7. M. J. Mescher, R. Lutwak and M. Varghese, An ultralow-power physics package for a chip-scale atomic clock, The 13th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, v. 1, June 2005, p. 311; doi: 10.1109/SENSOR.2005.1496419.
  8. S. Knappe, P. D. D. Schwindt, V. Shah, L. Hollberg, J. Kitching, L. Liew, and J. Moreland, Opt. Express 13, 1249 (2005).
  9. Z. Wang, Chin. Phys. B 23, 030601 (2014).
  10. J. Kitching, Appl. Phys. Rev. 5, 031302 (2018).
  11. G. D. Martinez, C. Li, A. Staron, J. Kitching, C. Raman, and W. R. McGehee, Nat. Commun. 14, 3501 (2023).
  12. 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.
  13. B.L.S. Marlow and D.R. Scherer, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 68(6), 2007 (2021).
  14. https://www.microsemi.com.
  15. https://www.accubeat.com.
  16. N.F. Ramsey, Application of Atomic Clocks, in: H. Figger, C. Zimmermann, D. Meschede (editors), Laser Physics at the Limits, Springer, Berlin, Heidelberg (2002).
  17. L. Maleki and J. Prestage, Metrologia 42, S145 (2005).
  18. F. Riehle, Frequency Standards: Basics and Application, Wiley-VCH, Weinheim (2005).
  19. T.N. Bandi, BEMS Reports 9, 1 (2023).
  20. M. Adel Hafiz, G. Coget, M. Petersen, C.E. Calosso, S. Guérandel, E. de Clercq, and R. Boudot, Appl. Phys. Lett. 112, 244102 (2018).
  21. M.N. Skvortsov, S.M. Ignatovich, V.I. Vishnyakov et al. (Collaboration), Quantum Electron. 50, 576 (2020).
  22. P. Yun, R. Boudot, and E. de Clercq, Phys. Rev. Appl. 19, 024012 (2023).
  23. G. Alzetta, A. Gozzini, M. Moi, and G. Orriols, Il Nuovo Cimento B 36, 5 (1976).
  24. B.D. Agap'ev, M.B. Gornyi, B.G. Matisov, and Yu.V. Rozhdestvenskii, Phys.-Uspekhi 36, 763 (1993).
  25. E. Arimondo, Prog. Opt. 35, 257 (1996).
  26. F. Levi, A. Godone, and J. Vanier, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 47, 466 (2000).
  27. J.W. Pollock, V.I. Yudin, M. Shuker, M.Yu. Basalaev, A.V. Taichenachev, X. Liu, J. Kitching, and E.A. Donley, Phys. Rev. A 98, 053424 (2018).
  28. V.I. Yudin, M.Yu. Basalaev, A.V. Taichenachev et al. (Collaboration), Phys. Rev. Appl. 14, 024001 (2020).
  29. M. Abdel Hafiz, R. Vicarini, N. Passilly et al. (Collaboration), Phys. Rev. Appl. 14, 034015 (2020).
  30. D.S. Chuchelov, E.A. Tsygankov, M.I. Vaskovskaya, S.A. Zibrov, V.L. Velichansky, S.V. Petropavlovsky, and V.P. Yakovlev, J. Phys.: Conf. Ser. 1686, 012029 (2020).
  31. J.W. Pollock, V.I. Yudin, A.V. Taichenachev, M.Yu. Basalaev, D.V. Kovalenko, A. Hansen, J. Kitching, and W.R. McGehee, Appl. Phys. Lett. 120, 154001 (2022).
  32. V.I. Yudin, M.Yu. Basalaev, A.V. Taichenachev, O.N. Prudnikov, D.A. Radnatarov, S.M. Kobtsev, S.M. Ignatovich, and M.N. Skvortsov, Phys. Rev. A 108, 013103 (2023).
  33. D.A. Radnatarov, S.M. Kobtsev, V.A. Andryushkov, M.Yu. Basalaev, A.V. Taichenachev, M.D. Radchenko, and V.I. Yudin, JETP Lett. 117, 504 (2023).
  34. E.A. Tsygankov, D.S. Chuchelov, M.I. Vaskovskaya, V.V. Vassiliev, S.A. Zibrov, and V.L. Velichansky, Phys. Rev. A 109, 053703 (2024).
  35. A.V. Taichenachev, V.I. Yudin, R. Wynands, M. Stahler, J. Kitching, and L. Hollberg, Phys. Rev. A 67, 033810 (2003).
  36. Y. Yano, W. Gao, S. Goka, and M. Kajita, Phys. Rev. A 90, 013826 (2014).
  37. К.А. Баранцев, Г.В. Волошин, А.С. Курапцев, А.Н. Литвинов, И.М. Соколов, ЖЭТФ 163, 162 (2023).
  38. H. Wanare, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 41, 125502 (2008).
  39. V.I. Yudin, A.V. Taichenachev, and M.Yu. Basalaev, Phys. Rev. A 93, 013820 (2016).
  40. V.I. Yudin, A.V. Taichenachev, M.Yu. Basalaev, and D.V. Kovalenko, Opt. Express 25, 2742 (2017).
  41. D.S. Chuchelov, V.V. Vassiliev, M.I. Vaskovskaya, V.L. Velichansky, E.A. Tsygankov, S.A. Zibrov, S.V. Petropavlovsky, and V.P. Yakovlev, Phys. Scr. 93, 114002 (2018).
  42. V.I. Romanenko, A.V. Romanenko, L.P. Yatsenko, G.A. Kazakov, A.N. Litvinov, B.G. Matisovand, and Yu.V. Rozhdestvensky, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 43, 215402 (2010).
  43. L.P. Yatsenko, B.W. Shore, and K. Bergmann, Opt. Commun. 236, 183 (2004).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences