We have investigated the dependence of polarization spectroscopy signal on the pump beam intensity around the $F_g=2 \rightarrow F_e=3$ resonance transition line of $^{87}$Rb and analyzed the amplitude, linewidth, and slope of the signal for pump beam intensities up to 60 $I_s$, where $I_s$ is the saturation intensity. As the pump beam intensity increases in the range smaller than $I_s$, the amplitude, linewidth, and slope of the signal increase linearly. On the other hand, as the pump beam intensity grows in the range much larger than $I_s$, the amplitude and slope are reduced, and the linewidth became saturated. The dependence of the polarization spectroscopy signal on the pump beam intensity is mostly caused by the redistribution of the populations in the $F_g=2,m_g$ Zeeman states with the growth of $\sigma^+$ pump beam intensity, and interestingly, we observe that the change of the atom number density in the vapor cell dramatically modifies the amplitude of the signal in the range much larger than the saturation intensity $I_s$. The observed experimental results can be interpreted well by using the analytical solution for the polarization spectroscopy signal.

Keywords: Polarization spectroscopy, Rubidium atom, Pump beam intensity

$^{87}$Rb $D_2$ 전이선들 중 $F_g=2\rightarrow F_e=3$ 공명선 근처에서의 펌프빔의 세기에 대한 편광분광신호 의존성을 연구하였다. 펌프빔의 세기를 최대 60$I_s$까지 증가시키면서 $F_g=2\rightarrow F_e=3$에 대응하는 편광분광신호 진폭, 선폭, 그리고 기울기의 변화를 분석하였다. 포화세기 $I_s$보다 작은 펌프빔 세기의 영역에서 펌프빔의 세기를 증가시키면 진폭, 선폭, 그리고 기울기가 선형적으로 증가하는 경향을 보여주는 반면, $I_s$보다 훨씬 큰 펌프빔 세기의 영역에서는 진폭과 기울기가 점차 감소하며, 선폭은 포화되는 경향을 보임을 확인하였다. 이러한 편광분광신호의 진폭, 선폭, 그리고 기울기의 변화는 펌프빔 세기 증가에 따른 $F_g=2,m_g$ 제만상태들의 밀도 재분배에 의해 영향을 받으며, 흥미롭게도 증기셀 내의 원자 밀도의 변화는 분광신호 진폭 변화를 야기하는 주요 원인임을 관측하였고, 이는 편광분광신호의 해석적 해로부터 이해 가능하다.

Keywords: 편광분광학, 루비듐 원자, 펌프빔 세기