Electromagnetically induced absorption scheme for vapor-cell atomic clock

Abstract

A dual-frequency light field scheme, composed of counterpropagating pump and probe light waves with equal circular polarizations and different intensities, is proposed for the detection of subnatural-linewidth electromagnetically induced absorption (EIA) resonances. In this scheme, the bright-type EIA resonance is obtained at fixed static magnetic field by tuning the frequency difference between both optical fields and can be used as a frequency reference in an atomic clock. Using a 5-mm long buffer-gas-filled Cs vapor cell, an EIA-based atomic clock with a short-term fractional frequency stability of 5.8 × 10 −12 τ −1/2 until 20 s integration time is reported. These performances are found to be in correct agreement with the signal-to-noise/linewidth ratio of the resonance. The proposed EIA scheme can be considered as an alternative approach to the coherent population trapping (CPT) technique for the development of compact atomic clocks and sensors.

High-quality level-crossing resonances under counterpropagating circularly polarized light waves for applications in atomic magnetometry

“…Here we examine a configuration composed of counterpropagating pump and probe beams with opposite circular polarizations (σ + σ − ). It should be noted that similar configurations have already brought relevant results for developing atomic clocks [24,25]. The same light field geometry was studied in [26] in a cm-size K vapor cell with antirelaxation coating of the walls.…”

Noise suppression by differential detection of simultaneous electromagnetically induced transparency and absorption in counterpropagating bichromatic light

“…Here, the Raman phase refers to the phase difference between the two frequency components of the bichromatic light. According to [15], assuming E 1 = E 2 , the product of the dark states of the pump and probe beams can be expressed as…”

“…Electromagnetically induced absorption (EIA), the opposite of EIT, was discovered in the 1990s [13,14], and its application to atomic clocks was recently demonstrated by Denis Brazhnikov in 2019 [15], where an EIA signal was produced by two counterpropagating dual-frequency beams with the same circular polarization. The obtained EIA signal leads to promising short-term frequency stability at a level of 5.8 × 10 −12 τ −1/2 (τ ⩽ 20 s).…”

Коэффициеннты уширения и сдвига линий D-=SUB=-1-=/SUB=- и D-=SUB=-2-=/SUB=- атомов Rb неоном: разрешение сверхтонких компонент в полуволновой ячейке с применением техники двойного дифференцирования по частоте

“…Известно, например, что наличие в ячейке буферного газа приводит к многократному сужению спектральной ширины резонанса электромагнитноиндуцированной прозрачности (EIT), вплоть до десятков Hz [1]. Аналогичное влияние оказывает наличие буферного газа и на процесс электромагнитноиндуцированного поглощения (EIА) [2,3]. Общей причиной сужения спектральной ширины резонансов в обоих процессах является то, что в ячейке без буферного газа атомы движутся свободно со скоростью, определяемой температурой ячейки.…”

“…Саргсян, Т.А. Вартанян, Д. Саркисян Для формирования EIА-резонанса в N-системе в работе [3] была использована ячейка толщиною 40 µm, заполненная парами Rb и Ne с давлением 150 Torr. В работе [13] была использована наноячейка (nanocell, NC) с толщиной столба паров Rb менее 100 nm и показано, что, используя процесс селективного отражения (selective reflection, SR) лазерного изучения от границы окна субмикронной ячейки и паров атомов Rb, можно по спектру SR дистанционно определять индукцию сильных магнитных полей вплоть до нескольких kG.…”