Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Optimized acousto-optic modulation for the V-type electromagnetically induced transparency in rubidium-87 D1 line

1,2Dastan Khalid and 1Hawri O. Majeed 

1Department of Physics, College of Education, Old Campus, University of Sulaimani, Sulaimani, Iraq, P. O. Box 334
2Department of Physics and Astronomy, University of Leeds, Leeds, UK, LS2 9JT

Download this article

Abstract. We present an experimental setup of optimized acousto-optic modulator designed for observing a V-type electromagnetically induced transparency resonance in the D1 line of rubidium-87, with the full width at half maximum being equal to 2.7 MHz. Possible artefacts and undesirable influences on the signal resulting from this method are discussed in detail. The solutions to such technical challenges as beam steering and intensity fluctuations are found in optimization of optical setup. The reported method offers a number of advantages such a single external-cavity diode laser to create a bichromatic optical field outside the laser, whereby both the coupling and probe beams have identical properties. Moreover, the both beams are equally affected by environmental perturbations to the laser. Subsequently, the influence of mode hopping, beam-power fluctuation and frequency drift on the resonance can be eliminated. This negates a need in complicated and expensive temperature and current stabilizations, as well as in a locking unit. The simplicity and stability of the improved setup make our method suitable for many applications based upon electromagnetically induced transparency, especially those in the field of precision measurements.

Keywords: electromagnetically induced transparency, acousto-optic modulation, coherent control of atomic interactions with photons

PACS: 42.50.Gy, 42.60.Fc, 42.79.Jq, 32.80.Qk 
UDC: 534.42, 535.3
Ukr. J. Phys. Opt. 18 168-178
doi: 10.3116/16091833/18/3/168/2017
Received: 19.03.2017

Анотація. Представлено експериментальну установку оптимізованого акустооптичного модулятора, призначеного для спостереження електромагнітно індукованого резонансу прозорості V-типу на лінії D1 рубідію-87, де повна ширина на половині максимуму дорівнює 2,7 МГц. Докладно обговорено можливі артефакти та небажані впливи на сигнал, що з’являються в рамках нашого методу. Рішення таких технічних проблем, як відхилення променя та коливання інтенсивності, знайдено в оптимізації оптичної установки. Зазначений спосіб пропонує низку переваг, зокрема єдиний діодний лазер із зовнішнім резонатором для створення біхроматичного оптичного поля поза лазером, завдяки чому і взаємодіючий, і зондовий промені мають однакові властивості. Більше того, збурення лазера через навколишні впливи однаково впливають на обидва пучки. Так можна виключити впливи модових перескоків, флуктуацій потужності променя та дрейфу частоти на резонанс. Тоді немає потреби в складній і дорогій стабілізації температури та струму, а також в блокувальному блоці. Простота та стабільність вдосконаленого устаткування робить наш метод придатним для багатьох застосувань, заснованих на електромагнітно індукованій прозорості, особливо тих, що стосуються області точних вимірювань.
 
REFERENCES
  1. Kocharovskaya O, 1992. Amplification and lasing without inversion. Phys. Rep. 219: 175–190. doi:10.1016/0370-1573(92)90135-M
  2. Hau L V, Harris S E, Dutton Z and Behroozi C H, 1999. Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas. Nature. 397: 594–598. doi:10.1038/17561
  3. Harris S E and Yamamoto Y, 1998. Photon switching by quantum interference. Phys. Rev. Lett. 81: 3611–3614. doi:10.1103/PhysRevLett.81.3611 
  4. Lukin M D, Yelin S F and Fleischhauer M, 2000. Entanglement of atomic ensembles by trapping correlated photon states. Phys. Rev. Lett. 84: 4232–4235. doi:10.1103/PhysRevLett.84.4232
  5. Beausoleil R G, Munro W J, Rodrigues D A and Spiller T P, 2005. Applications of electromagnetically induced transparency to quantum information processing.arXiv:quant-ph/0403028. doi:10.1080/09500340408231802
  6. Scully M O and Fleischhauer M, 1992. High-sensitivity magnetometer based on index-enhanced media. Phys. Rev. Lett. 69: 1360–1363. doi:10.1103/PhysRevLett.69.1360
  7. Marangos J P, 1998. Topical review: electromagnetically induced transparency. J. Mod. Opt. 45: 471–503. doi:10.1080/09500349808231909
  8. Fleischhauer M, Imamoglu A and Marangos J P, 2005. Electromagnetically induced transparency: optics in coherent media. Rev. Mod. Phys. 77: 633–673. doi:10.1103/RevModPhys.77.633
  9. Li Y and Xiao M, 1995. Electromagnetically induced transparency in a three-level Lambda-type system in rubidium atoms. Phys. Rev. A. 51: 2703–2706. doi:10.1103/PhysRevA.51.R2703
  10. Fulton D J, Shepherd S, Moseley R R, Sinclair B D and Dunn M H, 1995. Continuous-wave electromagnetically induced transparency – a comparison of V, Lambda and cascade systems. Phys. Rev. A. 52: 2302–2311. doi:10.1103/PhysRevA.52.2302
  11. Gea-Banacloche J, Li Y Q, Jin S Z, and Xiao M, 1995. Electromagnetically induced transparency in ladder-type inhomogeneously broadened media: theory and experiment. Phys. Rev. A. 51: 576–584. doi:10.1103/PhysRevA.51.576
  12. Olson A J and Mayer S K, 2009. Electromagnetically induced transparency in rubidium. Amer. J. Phys. 77: 116–121. doi:10.1119/1.3028309
  13. Affolderbach C, Knappe S, Wynands R, Taĭchenachev A and Yudin V, 2002. Electro-magnetically induced transparency and absorption in a standing wave. Phys. Rev. A. 65: 1–10. doi:10.1103/PhysRevA.65.043810
  14. Cox K, Yudin V I, Taichenachev A V, Novikova I and Mikhailov E E, 2011. Measure-ments of the magnetic field vector using multiple electromagnetically induced transparency resonances in Rb vapor. Phys. Rev. A. 83: 2–5. doi:10.1103/PhysRevA.83.015801
  15. Akulshin A, Barreiro S and Lezama A, 1998. Electromagnetically induced absorption and transparency due to resonant two-field excitation of quasidegenerate levels in Rb vapor. Phys. Rev. A. 57: 2996–3002. doi:10.1103/PhysRevA.57.2996
  16. Scully M and Zubairy M S. Quantum optics. Cambridge: Cambridge University Press (2001).
  17. Gordon E I, 1966. A review of acoustooptical deflection and modulation devices. Proc. IEEE. 54: 1391–1401. doi:10.1109/PROC.1966.5125
  18. Steck D A, 2010. Rubidium 87 D line data. http//steck.us/alkalidata.
  19. Carvalho P R S, De Araujo L E E and Tabosa J W R, 2004. Angular dependence of an electromagnetically induced transparency resonance in a Doppler-broadened atomic vapor 063818. Phys. Rev. A. 70: 1–5. doi:10.1103/PhysRevA.70.063818
  20. Donley E A, Heavner T P, Levi F, Tataw M O and Jefferts S R, 2005. Double-pass acousto-optic modulator system. Rev. Sci. Instrum. 76: 3–8. doi:10.1063/1.1930095
  21. Klein M, Hohensee M, Phillips D F and Walsworth R L, 2011. Electromagnetically in-duced transparency in paraffin-coated vapor cells. Phys. Rev. A. 83: 1–10. doi:10.1103/PhysRevA.83.013826
  22. Brandt S, Nagel A, Wynands R and Meschede D, 1997. Buffer-gas-induced linewidth reduction of coherent dark resonances to below 50 Hz. Phys. Rev. A. 56: R1063–R1066. doi:10.1103/PhysRevA.56.R1063
  23. Erhard M and Helm H, 2001. Buffer-gas effects on dark resonances: theory and experiment. Phys. Rev. A. 63: 1–13. doi:10.1103/PhysRevA.63.043813 
  24. Sargsyan A, Sarkisyan D, Krohn U, Keaveney J and Adams C, 2010. Effect of buffer gas on an electromagnetically induced transparency in a ladder system using thermal rubidium vapor. Phys. Rev. A. 82: 2–5. doi:10.1103/PhysRevA.82.045806
  25. Ranjita Chanu S and Natarajan V, 2013. Narrowing of resonances in electromagnetically induced transparency and absorption using a Laguerre–Gaussian control beam. Opt. Commun. 295: 150–154. doi:10.1016/j.optcom.2013.01.042
  26. Javan A, Kocharovskaya O, Lee H and Scully M, 2002. Narrowing of electromagnetically induced transparency resonance in a Doppler-broadened medium. Phys. Rev. A. 66: 13805. doi:10.1103/PhysRevA.66.013805 
  27. Dimitrijevic J, Arsenovic D and Jelenkovic B M, 2007. Intensity dependence narrowing of electromagnetically induced absorption in a Doppler-broadened medium. Phys. Rev. A. 76: 1–7. doi:10.1103/PhysRevA.76.013836
  28. Yudin V I, Taichenachev A V, Dudin Y O, Velichansky V L, Zibrov A S and Zibrov S A, 2010. Vector magnetometry based on electromagnetically induced transparency in linearly polarized light. Phys. Rev. A. 82: 1–7. doi:10.1103/PhysRevA.82.033807
  29. Katsoprinakis G, Petrosyan D and Kominis I K, 2006. High frequency atomic magnetom-eter by use of electromagnetically induced transparency. Phys. Rev. Lett. 97: 1–4. doi:10.1103/PhysRevLett.97.230801
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics