Abstract

We report the absolute frequency measurements of rubidium 5S–7S two-photon transitions with a cw laser digitally locked to an atomic transition and referenced to an optical frequency comb. The narrow, two-photon transition, 5S–7S (760 nm), insensitive to first-order in a magnetic field, is a promising candidate for frequency reference. The performed tests yielded more accurate transition frequencies than previously reported.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), in Report of the 86th Meeting of the Comité International des Poids et Mesures (BIPM, 1997).
  2. H. C. Chui, M. S. Ko, Y. W. Liu, J. T. Shy, J. L. Peng, and H. Ahn, Opt. Lett. 30, 842 (2005).
    [CrossRef]
  3. A. Marian, M. C. Stowe, D. Felinto, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 95, 023001 (2005).
    [CrossRef]
  4. K. Pandey, P. V. Kiran Kumar, M. V. Suryanarayana, and V. Natarajan, Opt. Lett. 33, 1675 (2008).
    [CrossRef]
  5. I. Barmes, S. Witte, and K. S. E. Eikema, Phys. Rev. Lett. 111, 023007 (2013).
    [CrossRef]
  6. D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
    [CrossRef]
  7. D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
    [CrossRef]
  8. J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
    [CrossRef]
  9. C. S. Edwards, G. P. Barwood, H. S. Margolis, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Metrologia 42, 464 (2005).
    [CrossRef]
  10. C. B. Alcock, V. P. Itkin, and M. K. Horrigan, Can. Metall. Q. 23, 309 (1984).
  11. C. M. Wu, T. W. Liu, M. H. Wu, R. K. Lee, W. Y. Cheng, and S. Bergeson, Opt. Lett. 38, 3186 (2013).
    [CrossRef]
  12. R. S. Trawiński, Acta Phys. Pol. A 110, 51 (2006).
  13. K. H. Weber and K. Niemax, Z. Phys. A 307, 13 (1982).
    [CrossRef]
  14. J. W. Farley and W. H. Wing, Phys. Rev. A 23, 2397 (1981).
    [CrossRef]
  15. S. Bize, Y. Sortais, M. S. Santos, C. Mandache, A. Clairon, and C. Salomon, Europhys. Lett. 45, 558 (1999).
    [CrossRef]
  16. E. Arimondo, M. Inguscio, and P. Violino, Rev. Mod. Phys. 49, 31 (1977).
    [CrossRef]

2013 (2)

I. Barmes, S. Witte, and K. S. E. Eikema, Phys. Rev. Lett. 111, 023007 (2013).
[CrossRef]

C. M. Wu, T. W. Liu, M. H. Wu, R. K. Lee, W. Y. Cheng, and S. Bergeson, Opt. Lett. 38, 3186 (2013).
[CrossRef]

2008 (1)

2006 (1)

R. S. Trawiński, Acta Phys. Pol. A 110, 51 (2006).

2005 (3)

C. S. Edwards, G. P. Barwood, H. S. Margolis, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Metrologia 42, 464 (2005).
[CrossRef]

A. Marian, M. C. Stowe, D. Felinto, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 95, 023001 (2005).
[CrossRef]

H. C. Chui, M. S. Ko, Y. W. Liu, J. T. Shy, J. L. Peng, and H. Ahn, Opt. Lett. 30, 842 (2005).
[CrossRef]

2000 (2)

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

1999 (1)

S. Bize, Y. Sortais, M. S. Santos, C. Mandache, A. Clairon, and C. Salomon, Europhys. Lett. 45, 558 (1999).
[CrossRef]

1997 (1)

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

1984 (1)

C. B. Alcock, V. P. Itkin, and M. K. Horrigan, Can. Metall. Q. 23, 309 (1984).

1982 (1)

K. H. Weber and K. Niemax, Z. Phys. A 307, 13 (1982).
[CrossRef]

1981 (1)

J. W. Farley and W. H. Wing, Phys. Rev. A 23, 2397 (1981).
[CrossRef]

1977 (1)

E. Arimondo, M. Inguscio, and P. Violino, Rev. Mod. Phys. 49, 31 (1977).
[CrossRef]

Acef, O.

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

Ahn, H.

Alcock, C. B.

C. B. Alcock, V. P. Itkin, and M. K. Horrigan, Can. Metall. Q. 23, 309 (1984).

Allard, M.

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

Arimondo, E.

E. Arimondo, M. Inguscio, and P. Violino, Rev. Mod. Phys. 49, 31 (1977).
[CrossRef]

Barmes, I.

I. Barmes, S. Witte, and K. S. E. Eikema, Phys. Rev. Lett. 111, 023007 (2013).
[CrossRef]

Barwood, G. P.

C. S. Edwards, G. P. Barwood, H. S. Margolis, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Metrologia 42, 464 (2005).
[CrossRef]

Bergeson, S.

Bernard, J. E.

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

Biraben, F.

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

Bize, S.

S. Bize, Y. Sortais, M. S. Santos, C. Mandache, A. Clairon, and C. Salomon, Europhys. Lett. 45, 558 (1999).
[CrossRef]

Cheng, W. Y.

Chui, H. C.

Clairon, A.

S. Bize, Y. Sortais, M. S. Santos, C. Mandache, A. Clairon, and C. Salomon, Europhys. Lett. 45, 558 (1999).
[CrossRef]

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

Cundiff, S. T.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

de Beauvoir, B.

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

Diddams, S. A.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Edwards, C. S.

C. S. Edwards, G. P. Barwood, H. S. Margolis, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Metrologia 42, 464 (2005).
[CrossRef]

Eikema, K. S. E.

I. Barmes, S. Witte, and K. S. E. Eikema, Phys. Rev. Lett. 111, 023007 (2013).
[CrossRef]

Farley, J. W.

J. W. Farley and W. H. Wing, Phys. Rev. A 23, 2397 (1981).
[CrossRef]

Felder, R.

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

Felinto, D.

A. Marian, M. C. Stowe, D. Felinto, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 95, 023001 (2005).
[CrossRef]

Gill, P.

C. S. Edwards, G. P. Barwood, H. S. Margolis, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Metrologia 42, 464 (2005).
[CrossRef]

Hall, J. L.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Hilico, L.

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

Horrigan, M. K.

C. B. Alcock, V. P. Itkin, and M. K. Horrigan, Can. Metall. Q. 23, 309 (1984).

Inguscio, M.

E. Arimondo, M. Inguscio, and P. Violino, Rev. Mod. Phys. 49, 31 (1977).
[CrossRef]

Itkin, V. P.

C. B. Alcock, V. P. Itkin, and M. K. Horrigan, Can. Metall. Q. 23, 309 (1984).

Jones, D. J.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Kiran Kumar, P. V.

Ko, M. S.

Latrasse, C.

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

Lee, R. K.

Liu, T. W.

Liu, Y. W.

Madej, A. A.

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

Mandache, C.

S. Bize, Y. Sortais, M. S. Santos, C. Mandache, A. Clairon, and C. Salomon, Europhys. Lett. 45, 558 (1999).
[CrossRef]

Margolis, H. S.

C. S. Edwards, G. P. Barwood, H. S. Margolis, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Metrologia 42, 464 (2005).
[CrossRef]

Marian, A.

A. Marian, M. C. Stowe, D. Felinto, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 95, 023001 (2005).
[CrossRef]

Marmet, L.

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

Natarajan, V.

Nez, F.

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

Niemax, K.

K. H. Weber and K. Niemax, Z. Phys. A 307, 13 (1982).
[CrossRef]

Pandey, K.

Peng, J. L.

Poulin, M.

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

Ranka, J. K.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Rowley, W. R. C.

C. S. Edwards, G. P. Barwood, H. S. Margolis, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Metrologia 42, 464 (2005).
[CrossRef]

Salomon, C.

S. Bize, Y. Sortais, M. S. Santos, C. Mandache, A. Clairon, and C. Salomon, Europhys. Lett. 45, 558 (1999).
[CrossRef]

Santos, M. S.

S. Bize, Y. Sortais, M. S. Santos, C. Mandache, A. Clairon, and C. Salomon, Europhys. Lett. 45, 558 (1999).
[CrossRef]

Shy, J. T.

Siemsen, K. J.

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

Sortais, Y.

S. Bize, Y. Sortais, M. S. Santos, C. Mandache, A. Clairon, and C. Salomon, Europhys. Lett. 45, 558 (1999).
[CrossRef]

Stentz, A.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Stowe, M. C.

A. Marian, M. C. Stowe, D. Felinto, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 95, 023001 (2005).
[CrossRef]

Suryanarayana, M. V.

Têtu, M.

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

Touahri, D.

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

Trawinski, R. S.

R. S. Trawiński, Acta Phys. Pol. A 110, 51 (2006).

Violino, P.

E. Arimondo, M. Inguscio, and P. Violino, Rev. Mod. Phys. 49, 31 (1977).
[CrossRef]

Weber, K. H.

K. H. Weber and K. Niemax, Z. Phys. A 307, 13 (1982).
[CrossRef]

Windeler, R. S.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Wing, W. H.

J. W. Farley and W. H. Wing, Phys. Rev. A 23, 2397 (1981).
[CrossRef]

Witte, S.

I. Barmes, S. Witte, and K. S. E. Eikema, Phys. Rev. Lett. 111, 023007 (2013).
[CrossRef]

Wu, C. M.

Wu, M. H.

Ye, J.

A. Marian, M. C. Stowe, D. Felinto, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 95, 023001 (2005).
[CrossRef]

Zondy, J.-J.

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

Acta Phys. Pol. A (1)

R. S. Trawiński, Acta Phys. Pol. A 110, 51 (2006).

Can. Metall. Q. (1)

C. B. Alcock, V. P. Itkin, and M. K. Horrigan, Can. Metall. Q. 23, 309 (1984).

Europhys. Lett. (1)

S. Bize, Y. Sortais, M. S. Santos, C. Mandache, A. Clairon, and C. Salomon, Europhys. Lett. 45, 558 (1999).
[CrossRef]

Metrologia (1)

C. S. Edwards, G. P. Barwood, H. S. Margolis, P. Gill, and W. R. C. Rowley, Metrologia 42, 464 (2005).
[CrossRef]

Opt. Commun. (2)

J. E. Bernard, A. A. Madej, K. J. Siemsen, L. Marmet, C. Latrasse, D. Touahri, M. Poulin, M. Allard, and M. Têtu, Opt. Commun. 173, 357 (2000).
[CrossRef]

D. Touahri, O. Acef, A. Clairon, J.-J. Zondy, R. Felder, L. Hilico, B. de Beauvoir, F. Biraben, and F. Nez, Opt. Commun. 133, 471 (1997).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Phys. Rev. A (1)

J. W. Farley and W. H. Wing, Phys. Rev. A 23, 2397 (1981).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

A. Marian, M. C. Stowe, D. Felinto, and J. Ye, Phys. Rev. Lett. 95, 023001 (2005).
[CrossRef]

I. Barmes, S. Witte, and K. S. E. Eikema, Phys. Rev. Lett. 111, 023007 (2013).
[CrossRef]

Rev. Mod. Phys. (1)

E. Arimondo, M. Inguscio, and P. Violino, Rev. Mod. Phys. 49, 31 (1977).
[CrossRef]

Science (1)

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef]

Z. Phys. A (1)

K. H. Weber and K. Niemax, Z. Phys. A 307, 13 (1982).
[CrossRef]

Other (1)

Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), in Report of the 86th Meeting of the Comité International des Poids et Mesures (BIPM, 1997).

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 (6)

Fig. 1.
Fig. 1.

Experimental setup.

Fig. 2.
Fig. 2.

Scheme of the digital lock.

Fig. 3.
Fig. 3.

Rb 87 F = 2 F = 2 line profile for different intensities of the probing light. The Lorentz profile is fitted to the measured data.

Fig. 4.
Fig. 4.

Allan variance of the frequency of the TiSa laser locked to the Rb 87 F = 2 F = 2 transition and measured with the optical frequency comb.

Fig. 5.
Fig. 5.

Calibration of (a) the pressure shift and (b) the quadratic Zeeman shift of the Rb 87 F = 2 F = 2 transition.

Fig. 6.
Fig. 6.

Comparison of the Rb 87 F = 2 F = 2 transition frequency with the previously known values.

Tables (3)

Tables Icon

Table 1. Accuracy Budget for Typical Experimental Conditions

Tables Icon

Table 2. Measured Absolute Frequencies of the Two-Photon 5 S 1 / 2 7 S 1 / 2 Transitions

Tables Icon

Table 3. Hyperfine A Constants of the Rb 7 S 1 / 2 State and Isotope Shift of the 5 S 1 / 2 7 S 1 / 2 Transition

Metrics