Three-Photon Laser Excitation of Single Rydberg Rubidium Atoms in an Optical Dipole Trap

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Three-photon laser excitation of single rubidium atoms in an optical dipole trap (ODT) into the 37P Rydberg state by laser radiation with wavelengths of 780, 1367, and 743 nm has been experimentally demonstrated. The excitation to Rydberg states is detected by an optical method using the losses of atoms in the ODT. The laser excitation spectra of single Rydberg atoms in the ODT are recorded, and the dependence of the excitation probability on the laser pulse duration is measured. The measured spectrum width was 2 MHz. Experiments on fluorescence quenching spectroscopy of a cloud of cold atoms in a magneto-optical trap during the three-photon laser excitation of atoms to Rydberg states are also carried out. The experimental results are compared with a numerical calculation. Methods for increasing the accuracy of the coherent three-photon laser excitation of Rydberg atoms in the ODT are considered.

About the authors

I. I. Beterov

Novosibirsk State University;Rzhanov Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences;Institute of Laser Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences;Novosibirsk State Technical University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630073 Russia

E. A. Yakshina

Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences;Novosibirsk State University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630090 Russia

D. B. Tret'yakov

Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences;Novosibirsk State University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630090 Russia

N. V. Al'yanova

Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences;Novosibirsk State University;Institute of Laser Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630073 Russia

D. A. Skvortsova

Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences;Novosibirsk State Technical University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630072 Russia

G. Suliman

Novosibirsk State University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia

T. R. Zagirov

Novosibirsk State University

Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia

V. M. Entin

Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia

I. I. Ryabtsev

Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences;Novosibirsk State University

Author for correspondence.
Email: beterov@isp.nsc.ru
Novosibirsk, 630090 Russia;Novosibirsk, 630090 Russia

References

  1. S. Ebadi, T. T. Wang, H. Levine, A. Keesling, G. Semeghini, A. Omran, D. Bluvstein et al., Nature 595, 227 (2021).
  2. P. Scholl, M. Schuler, H. J. Williams, A. A. Eberharter, D. Barredo, K.-N. Schymik, V. Lienhard et al., Nature 595, 233 (2021).
  3. N. M. Graham, Y. Song, J. Scott, C. Poole, L. Phuttitarn, K. Jooya, P. Eichler et al., Nature 604, 457 (2022).
  4. D. Bluvstein, H. Levine, G. Semeghini, T. T. Wang, S. Ebadi, M. Kalinowski, A. Keesling et al., Nature 604, 451 (2022).
  5. Zhi-Jin Tao, Li-Geng Yu, Peng Xu, Jia-Yi Hou, Xiao-Dong He, and Ming-Sheng Zhan, Chinese Phys. Lett. 39, 083701 (2022).
  6. S. Ebadi, A. Keesling, M. Cain, T. T. Wang, H. Levine, D. Bluvstein, G. Semeghini et al., Science 376, 1209 (2022).
  7. S. J. Evered, D. Bluvstein, M. Kalinowski, S. Ebadi, T. Manovitz, H. Zhou, S. H. Li, A. A. Geim, T. T. Wang, N. Maskara, H. Levine, G. Semeghini, M. Greiner, V. Vuletic, M. D. Lukin, arXiv: 2304. 05420 (2023).
  8. П. Шене, К.-Л. Фам, П. Пиле, И. И. Бетеров, И. Н. Ашкарин, Д. Б. Третьяков, Е. А. Якшина, В. М. Энтин, И. И. Рябцев, Трехчастичные резонансы Фёрстера нового типа в ридберговских атомах, КЭ 50, 219 (2020).
  9. I. N. Ashkarin, I. I. Beterov, E. A. Yakshina, D. B. Tretyakov, V. M. Entin, I. I. Ryabtsev, P. Cheinet, K.-L. Pham, S. Lepoutre, and P. Pillet, Phys. Rev. A 106, 032601 (2022).
  10. P. Thoumany, T. H¨ansch, G. Stania, L. Urbonas, Th. Becker, Optical Spectroscopy of Rubidium Rydberg Atoms with a 297 nm Frequency-Doubled Dye Laser, Opt. Lett. 34, 1621 (2009).
  11. I. I. Ryabtsev, I. I. Beterov, D. B. Tretyakov, V. M. Entin, and E. A. Yakshina, Phys. Rev. A 84, 053409 (2011).
  12. Е. А. Якшина, Д. Б. Третьяков, В. М. Энтин, И. И. Бетеров, И. И. Рябцев, КЭ 48, 886 (2018).
  13. B. Sanguinetti, H. O. Majeed, M. L. Jones, and B. T. H. Varcoe, Precision Measurements of Quantum Defects in the nP3/2 Rydberg States of 85Rb, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 42, 165004 (2009).
  14. S. H. You, M. H. Cai, S. S. Zhang, Z. S. Xu, H. P. Liu, Microwave-Field Sensing via Electromagnetically Induced Absorption of Rb Irradiated by Three-Color Infrared Lasers, Opt. Express 30, 6619 (2022).
  15. И. И. Бетеров, Е. А. Якшина, Д. Б. Третьяков, В. М. Энтин, У. Сингх, Я. В. Кудлаев, К. Ю. Митянин, К. А. Панов, Н. В. Альянова, И. И. Рябцев, Захват и регистрация одиночных атомов рубидия в оптической дипольной ловушке с использованием длиннофокусного объектива, КЭ 50, 543 (2020).
  16. И. И. Бетеров, Е. А. Якшина, Д. Б. Третьяков, В. М. Энтин, Н. В. Альянова, К. Ю. Митянин, И. И. Рябцев, ЖЭТФ 159, 409 (2021).
  17. И. И. Бетеров, Е. А. Якшина, Д. Б. Третьяков, В. М. Энтин, Н. В. Альянова, К. Ю. Митянин, А. М. Фарук, И. И. Рябцев, Реализация однокубитовых квантовых операций с индивидуальной адресацией двух атомов рубидия в двух оптических дипольных ловушках, КЭ 51, 6 (2021).
  18. N. Schlosser, G. Reymond, and P. Grangier, Phys. Rev. Lett. 89, 023005 (2002).
  19. R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Laser Phase and Frequency Stabilization Using an Optical Resonator, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
  20. M. Sa man, T. G. Walker, and K. M¨olmer, Rev. Mod. Phys. 82, 2313 (2010).
  21. I. I. Beterov, I. I. Ryabtsev, D. B. Tretyakov, and V. M. Entin, Phys. Rev. A 79, 052504 (2009).
  22. С. Я. Бронин, А.А. Бобров, Д. Е. Фомичев, С. А. Саакян, В. А. Саутенков, Б. Б. Зеленер, Б. В. Зеленер, Международный научно-исследовательский журнал 11, 8 (2018).
  23. C. Halter, A. Miethke, C. Sillus, A. Hegde, and A. G¨orlitz, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 56, 055001 (2023).
  24. Д. Б. Третьяков, В. М. Энтин, Е. А. Якшина, И. И. Бетеров, И. И. Рябцев, КЭ 52, 513 (2022).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Russian Academy of Sciences