Abstract

We present a simple technique for stabilization of a laser frequency off resonance using the Faraday effect in a heated vapor cell with an applied magnetic field. In particular, we demonstrate stabilization of a 780nm laser detuned up to 14GHz from the Rb85 D2 52S1/2 F=2 to 52P3/2 F=3 transition. Control of the temperature of the vapor cell and the magnitude of the applied magnetic field allows locking 614GHz red and blue detuned from the atomic line. We obtain an rms fluctuation of 7MHz over 1h without stabilization of the cell temperature or magnetic field.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. G. C. Bjorklund, Opt. Lett. 5, 15 (1980).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. M. L. Harris, C. S. Adams, S. L. Cornish, I. C. McLeod, E. Tarleton, and I. G. Hughes, Phys. Rev. A 73, 062509(2006).
    [CrossRef]
  3. K. L. Corwin, Z.-T. Lu, C. F. Hand, R. J. Epstein, and C. E. Wieman, Appl. Opt. 37, 3295 (1998).
    [CrossRef]
  4. N. P. Robins, B. J. J. Slagmolen, D. A. Shaddock, J. D. Close, and M. B. Gray, Opt. Lett. 27, 1905 (2002).
    [CrossRef]
  5. H. J. Lee, C. S. Adams, M. Kasevich, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 76, 2658 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. A. J. Kerman, V. Vuletić, C. Chin, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 439 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. M. K. Oberthaler, R. M. Godun, M. B. d’Arcy, G. S. Summy, and K. Burnett, Phys. Rev. Lett. 83, 4447 (1999).
    [CrossRef]
  9. M. G. Bason, A. K. Mohapatra, K. J. Weatherill, and C. S. Adams, J. Phys. B 42, 075503 (2009).
    [CrossRef]
  10. U. Schünemann, H. Engler, R. Grimm, M. Weidemüller, and M. Zielonkowski, Rev. Sci. Instrum. 70, 242 (1999).
    [CrossRef]
  11. T. Hansch and B. Couillaud, Opt. Commun. 35, 441 (1980).
    [CrossRef]
  12. P. Bohlouli-Zanjani, K. Afrousheh, and J. D. D. Martin, Rev. Sci. Instrum. 77, 093105 (2006).
    [CrossRef]
  13. P. P. Sorokin, J. R. Lankard, V. L. Moruzzi, and A. Lurio, Appl. Phys. Lett. 15, 179 (1969).
    [CrossRef]
  14. P. Siddons, N. C. Bell, Y. Cai, C. S. Adams, and I. G. Hughes, Nat. Photon. 3, 225 (2009).
    [CrossRef]
  15. D. J. McCarron, I. G. Hughes, P. Tierney, and S. L. Cornish, Rev. Sci. Instrum. 78, 093106 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. D. Allan, Proc. IEEE 54, 221 (1966).
    [CrossRef]
  17. D. J. McCarron, S. A. King, and S. L. Cornish, Meas. Sci. Technol. 19, 105601 (2008).
    [CrossRef]

2009 (2)

M. G. Bason, A. K. Mohapatra, K. J. Weatherill, and C. S. Adams, J. Phys. B 42, 075503 (2009).
[CrossRef]

P. Siddons, N. C. Bell, Y. Cai, C. S. Adams, and I. G. Hughes, Nat. Photon. 3, 225 (2009).
[CrossRef]

2008 (2)

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. McCarron, S. A. King, and S. L. Cornish, Meas. Sci. Technol. 19, 105601 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

D. J. McCarron, I. G. Hughes, P. Tierney, and S. L. Cornish, Rev. Sci. Instrum. 78, 093106 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

2006 (2)

P. Bohlouli-Zanjani, K. Afrousheh, and J. D. D. Martin, Rev. Sci. Instrum. 77, 093105 (2006).
[CrossRef]

M. L. Harris, C. S. Adams, S. L. Cornish, I. C. McLeod, E. Tarleton, and I. G. Hughes, Phys. Rev. A 73, 062509(2006).
[CrossRef]

2002 (1)

2000 (1)

A. J. Kerman, V. Vuletić, C. Chin, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 439 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (2)

M. K. Oberthaler, R. M. Godun, M. B. d’Arcy, G. S. Summy, and K. Burnett, Phys. Rev. Lett. 83, 4447 (1999).
[CrossRef]

U. Schünemann, H. Engler, R. Grimm, M. Weidemüller, and M. Zielonkowski, Rev. Sci. Instrum. 70, 242 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

1996 (1)

H. J. Lee, C. S. Adams, M. Kasevich, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 76, 2658 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

1980 (2)

G. C. Bjorklund, Opt. Lett. 5, 15 (1980).
[CrossRef] [PubMed]

T. Hansch and B. Couillaud, Opt. Commun. 35, 441 (1980).
[CrossRef]

1969 (1)

P. P. Sorokin, J. R. Lankard, V. L. Moruzzi, and A. Lurio, Appl. Phys. Lett. 15, 179 (1969).
[CrossRef]

1966 (1)

D. Allan, Proc. IEEE 54, 221 (1966).
[CrossRef]

Adams, C. S.

M. G. Bason, A. K. Mohapatra, K. J. Weatherill, and C. S. Adams, J. Phys. B 42, 075503 (2009).
[CrossRef]

P. Siddons, N. C. Bell, Y. Cai, C. S. Adams, and I. G. Hughes, Nat. Photon. 3, 225 (2009).
[CrossRef]

M. L. Harris, C. S. Adams, S. L. Cornish, I. C. McLeod, E. Tarleton, and I. G. Hughes, Phys. Rev. A 73, 062509(2006).
[CrossRef]

H. J. Lee, C. S. Adams, M. Kasevich, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 76, 2658 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Afrousheh, K.

P. Bohlouli-Zanjani, K. Afrousheh, and J. D. D. Martin, Rev. Sci. Instrum. 77, 093105 (2006).
[CrossRef]

Allan, D.

D. Allan, Proc. IEEE 54, 221 (1966).
[CrossRef]

Bason, M. G.

M. G. Bason, A. K. Mohapatra, K. J. Weatherill, and C. S. Adams, J. Phys. B 42, 075503 (2009).
[CrossRef]

Bell, N. C.

P. Siddons, N. C. Bell, Y. Cai, C. S. Adams, and I. G. Hughes, Nat. Photon. 3, 225 (2009).
[CrossRef]

Bjorklund, G. C.

Bohlouli-Zanjani, P.

P. Bohlouli-Zanjani, K. Afrousheh, and J. D. D. Martin, Rev. Sci. Instrum. 77, 093105 (2006).
[CrossRef]

Burnett, K.

M. K. Oberthaler, R. M. Godun, M. B. d’Arcy, G. S. Summy, and K. Burnett, Phys. Rev. Lett. 83, 4447 (1999).
[CrossRef]

Cai, Y.

P. Siddons, N. C. Bell, Y. Cai, C. S. Adams, and I. G. Hughes, Nat. Photon. 3, 225 (2009).
[CrossRef]

Chin, C.

A. J. Kerman, V. Vuletić, C. Chin, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 439 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Chu, S.

A. J. Kerman, V. Vuletić, C. Chin, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 439 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

H. J. Lee, C. S. Adams, M. Kasevich, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 76, 2658 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Close, J. D.

Cornish, S. L.

D. J. McCarron, S. A. King, and S. L. Cornish, Meas. Sci. Technol. 19, 105601 (2008).
[CrossRef]

D. J. McCarron, I. G. Hughes, P. Tierney, and S. L. Cornish, Rev. Sci. Instrum. 78, 093106 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

M. L. Harris, C. S. Adams, S. L. Cornish, I. C. McLeod, E. Tarleton, and I. G. Hughes, Phys. Rev. A 73, 062509(2006).
[CrossRef]

Corwin, K. L.

Couillaud, B.

T. Hansch and B. Couillaud, Opt. Commun. 35, 441 (1980).
[CrossRef]

d’Arcy, M. B.

M. K. Oberthaler, R. M. Godun, M. B. d’Arcy, G. S. Summy, and K. Burnett, Phys. Rev. Lett. 83, 4447 (1999).
[CrossRef]

Engler, H.

U. Schünemann, H. Engler, R. Grimm, M. Weidemüller, and M. Zielonkowski, Rev. Sci. Instrum. 70, 242 (1999).
[CrossRef]

Epstein, R. J.

Godun, R. M.

M. K. Oberthaler, R. M. Godun, M. B. d’Arcy, G. S. Summy, and K. Burnett, Phys. Rev. Lett. 83, 4447 (1999).
[CrossRef]

Gray, M. B.

Grimm, R.

U. Schünemann, H. Engler, R. Grimm, M. Weidemüller, and M. Zielonkowski, Rev. Sci. Instrum. 70, 242 (1999).
[CrossRef]

Hand, C. F.

Hansch, T.

T. Hansch and B. Couillaud, Opt. Commun. 35, 441 (1980).
[CrossRef]

Harris, M. L.

M. L. Harris, C. S. Adams, S. L. Cornish, I. C. McLeod, E. Tarleton, and I. G. Hughes, Phys. Rev. A 73, 062509(2006).
[CrossRef]

Henage, T.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Hughes, I. G.

P. Siddons, N. C. Bell, Y. Cai, C. S. Adams, and I. G. Hughes, Nat. Photon. 3, 225 (2009).
[CrossRef]

D. J. McCarron, I. G. Hughes, P. Tierney, and S. L. Cornish, Rev. Sci. Instrum. 78, 093106 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

M. L. Harris, C. S. Adams, S. L. Cornish, I. C. McLeod, E. Tarleton, and I. G. Hughes, Phys. Rev. A 73, 062509(2006).
[CrossRef]

Isenhower, L.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Johnson, T. A.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Kasevich, M.

H. J. Lee, C. S. Adams, M. Kasevich, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 76, 2658 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Kerman, A. J.

A. J. Kerman, V. Vuletić, C. Chin, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 439 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

King, S. A.

D. J. McCarron, S. A. King, and S. L. Cornish, Meas. Sci. Technol. 19, 105601 (2008).
[CrossRef]

Lankard, J. R.

P. P. Sorokin, J. R. Lankard, V. L. Moruzzi, and A. Lurio, Appl. Phys. Lett. 15, 179 (1969).
[CrossRef]

Lee, H. J.

H. J. Lee, C. S. Adams, M. Kasevich, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 76, 2658 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Lu, Z.-T.

Lurio, A.

P. P. Sorokin, J. R. Lankard, V. L. Moruzzi, and A. Lurio, Appl. Phys. Lett. 15, 179 (1969).
[CrossRef]

Martin, J. D. D.

P. Bohlouli-Zanjani, K. Afrousheh, and J. D. D. Martin, Rev. Sci. Instrum. 77, 093105 (2006).
[CrossRef]

McCarron, D. J.

D. J. McCarron, S. A. King, and S. L. Cornish, Meas. Sci. Technol. 19, 105601 (2008).
[CrossRef]

D. J. McCarron, I. G. Hughes, P. Tierney, and S. L. Cornish, Rev. Sci. Instrum. 78, 093106 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

McLeod, I. C.

M. L. Harris, C. S. Adams, S. L. Cornish, I. C. McLeod, E. Tarleton, and I. G. Hughes, Phys. Rev. A 73, 062509(2006).
[CrossRef]

Mohapatra, A. K.

M. G. Bason, A. K. Mohapatra, K. J. Weatherill, and C. S. Adams, J. Phys. B 42, 075503 (2009).
[CrossRef]

Moruzzi, V. L.

P. P. Sorokin, J. R. Lankard, V. L. Moruzzi, and A. Lurio, Appl. Phys. Lett. 15, 179 (1969).
[CrossRef]

Oberthaler, M. K.

M. K. Oberthaler, R. M. Godun, M. B. d’Arcy, G. S. Summy, and K. Burnett, Phys. Rev. Lett. 83, 4447 (1999).
[CrossRef]

Robins, N. P.

Saffman, M.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Schünemann, U.

U. Schünemann, H. Engler, R. Grimm, M. Weidemüller, and M. Zielonkowski, Rev. Sci. Instrum. 70, 242 (1999).
[CrossRef]

Shaddock, D. A.

Siddons, P.

P. Siddons, N. C. Bell, Y. Cai, C. S. Adams, and I. G. Hughes, Nat. Photon. 3, 225 (2009).
[CrossRef]

Slagmolen, B. J. J.

Sorokin, P. P.

P. P. Sorokin, J. R. Lankard, V. L. Moruzzi, and A. Lurio, Appl. Phys. Lett. 15, 179 (1969).
[CrossRef]

Summy, G. S.

M. K. Oberthaler, R. M. Godun, M. B. d’Arcy, G. S. Summy, and K. Burnett, Phys. Rev. Lett. 83, 4447 (1999).
[CrossRef]

Tarleton, E.

M. L. Harris, C. S. Adams, S. L. Cornish, I. C. McLeod, E. Tarleton, and I. G. Hughes, Phys. Rev. A 73, 062509(2006).
[CrossRef]

Tierney, P.

D. J. McCarron, I. G. Hughes, P. Tierney, and S. L. Cornish, Rev. Sci. Instrum. 78, 093106 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Urban, E.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Vuletic, V.

A. J. Kerman, V. Vuletić, C. Chin, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 439 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Walker, T. G.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Weatherill, K. J.

M. G. Bason, A. K. Mohapatra, K. J. Weatherill, and C. S. Adams, J. Phys. B 42, 075503 (2009).
[CrossRef]

Weidemüller, M.

U. Schünemann, H. Engler, R. Grimm, M. Weidemüller, and M. Zielonkowski, Rev. Sci. Instrum. 70, 242 (1999).
[CrossRef]

Wieman, C. E.

Yavuz, D. D.

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Zielonkowski, M.

U. Schünemann, H. Engler, R. Grimm, M. Weidemüller, and M. Zielonkowski, Rev. Sci. Instrum. 70, 242 (1999).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (1)

P. P. Sorokin, J. R. Lankard, V. L. Moruzzi, and A. Lurio, Appl. Phys. Lett. 15, 179 (1969).
[CrossRef]

J. Phys. B (1)

M. G. Bason, A. K. Mohapatra, K. J. Weatherill, and C. S. Adams, J. Phys. B 42, 075503 (2009).
[CrossRef]

Meas. Sci. Technol. (1)

D. J. McCarron, S. A. King, and S. L. Cornish, Meas. Sci. Technol. 19, 105601 (2008).
[CrossRef]

Nat. Photon. (1)

P. Siddons, N. C. Bell, Y. Cai, C. S. Adams, and I. G. Hughes, Nat. Photon. 3, 225 (2009).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

T. Hansch and B. Couillaud, Opt. Commun. 35, 441 (1980).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. A (1)

M. L. Harris, C. S. Adams, S. L. Cornish, I. C. McLeod, E. Tarleton, and I. G. Hughes, Phys. Rev. A 73, 062509(2006).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (4)

H. J. Lee, C. S. Adams, M. Kasevich, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 76, 2658 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

T. A. Johnson, E. Urban, T. Henage, L. Isenhower, D. D. Yavuz, T. G. Walker, and M. Saffman, Phys. Rev. Lett. 100, 113003 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. J. Kerman, V. Vuletić, C. Chin, and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 439 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

M. K. Oberthaler, R. M. Godun, M. B. d’Arcy, G. S. Summy, and K. Burnett, Phys. Rev. Lett. 83, 4447 (1999).
[CrossRef]

Proc. IEEE (1)

D. Allan, Proc. IEEE 54, 221 (1966).
[CrossRef]

Rev. Sci. Instrum. (3)

D. J. McCarron, I. G. Hughes, P. Tierney, and S. L. Cornish, Rev. Sci. Instrum. 78, 093106 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

P. Bohlouli-Zanjani, K. Afrousheh, and J. D. D. Martin, Rev. Sci. Instrum. 77, 093105 (2006).
[CrossRef]

U. Schünemann, H. Engler, R. Grimm, M. Weidemüller, and M. Zielonkowski, Rev. Sci. Instrum. 70, 242 (1999).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the experimental apparatus. ECDL, external cavity diode laser; GB, glass blank; PBS, polarizing beam splitter; PD, differencing photodiode.

Fig. 2
Fig. 2

Normalized Faraday signal as a function of detuning from Rb 85 F = 2 to F = 3 obtained using a cell heated to 124 ° C with an 270 G applied magnetic field. A room temperature Doppler-broadened transmission spectrum is shown for reference.

Fig. 3
Fig. 3

Detuning from Rb 85 F = 2 to F = 3 of the last (black, bottom), second to last (red, center), and third to last (blue, top) zero crossings of the Faraday signal as a function of cell temperature for an applied magnetic field of 270 G . At lower temperatures, there is no visible third to last crossing. The fitted curves are a guide to the eye only. Inset, example signals obtained with a magnetic field of 270 G for three cell temperatures.

Fig. 4
Fig. 4

Square root of the Allan variance of the beat frequency between two Faraday locked (black circles) ECDLs. For comparison, data for one free running laser and one locked with modulation transfer spectroscopy is also shown (red triangles). Inset, example raw photodiode signal obtained at 113 ° C .

Metrics