Abstract

We report the use of starch as an ideal nonlinear medium with which to perform collinear frequency-resolved optical gating measurements of ultrashort pulses at the focal plane of a high-numerical-aperture (NA) lens. We achieved these measurements by simply sandwiching starch granules (suspended in water) between two coverslips and placing them within the focal plane of a high-NA lens. The natural nonlinear characteristics of starch allow the correct phase matching of pulses at the focal plane of a high-NA lens at different wavelengths. This elegant arrangement overcomes all the complexity and problems that were previously associated with pulse characterization within a multiphoton microscope.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. N. Dudovich, B. Dayan, S. M. G. Faeder, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 86, 47 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. H. Kawano, Y. Nabekawa, A. Suda, Y. Oishi, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 311, 592 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. I. Pastirk, J. M. Dela Cruz, K. A. Walowicz, V. V. Lozovoy, and M. Dantus, Opt. Express 11, 1695 (2003), http://www.opticsexpress.org .
    [CrossRef] [PubMed]
  4. D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, C. P. J. Barty, J. N. Sweetser, R. Trebino, and M. Muller, Opt. Lett. 23, 1046 (1998).
    [CrossRef]
  5. D. N. Fittinghoff, A. C. Millard, J. A. Squier, and M. Muller, IEEE J. Quantum Electron. 35, 479 (1999).
    [CrossRef]
  6. A. C. Millard, D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, M. Muller, and A. L. Gaeta, J. Microsc. (Oxford) 193, 179 (1999).
    [CrossRef]
  7. M. Muller and G. J. Brakenhoff, Opt. Lett. 20, 2159 (1995).
    [CrossRef]
  8. M. Muller, J. Squier, and G. J. Brakenhoff, Opt. Lett. 20, 1038 (1995).
    [CrossRef]
  9. D. J. Kane and R. Trebino, IEEE J. Quantum Electron. 29, 571 (1993).
    [CrossRef]
  10. J. P. Pawley, Handbook of Biological Confocal Microscopy, 2nd ed. (Plenum, New York, 1995).
  11. F. Quercioli, A. Ghirelli, B. Tiribilli, and M. Vassalli, Microsc. Res. Tech. 63, 27 (2004).
    [CrossRef]
  12. O. Bouevitch and A. Lewis, Opt. Commun. 116, 170 (1995).
    [CrossRef]
  13. I. Amat-Roldán, I. G. Cormack, P. Loza-Alvarez, E. J. Gualda, and D. Artigas, Opt. Express 12, 1169 (2004), http://www.opticsexpress.org .
    [CrossRef]
  14. P. Fischer, D. S. Wiersma, R. Righini, B. Champagne, and A. D. Buckingham, Phys. Rev. Lett. 85, 4253 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
    [CrossRef]
  16. I. H. Chen, S. W. Chu, C. K. Sun, P. C. Cheng, and B. L. Lin, Opt. Quantum Electron. 34, 1251 (2002).
    [CrossRef]
  17. D. J. Kane, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 4, 278 (1998).
    [CrossRef]

2004 (2)

2003 (2)

H. Kawano, Y. Nabekawa, A. Suda, Y. Oishi, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 311, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

I. Pastirk, J. M. Dela Cruz, K. A. Walowicz, V. V. Lozovoy, and M. Dantus, Opt. Express 11, 1695 (2003), http://www.opticsexpress.org .
[CrossRef] [PubMed]

2002 (2)

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

I. H. Chen, S. W. Chu, C. K. Sun, P. C. Cheng, and B. L. Lin, Opt. Quantum Electron. 34, 1251 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

N. Dudovich, B. Dayan, S. M. G. Faeder, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 86, 47 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (1)

P. Fischer, D. S. Wiersma, R. Righini, B. Champagne, and A. D. Buckingham, Phys. Rev. Lett. 85, 4253 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (2)

D. N. Fittinghoff, A. C. Millard, J. A. Squier, and M. Muller, IEEE J. Quantum Electron. 35, 479 (1999).
[CrossRef]

A. C. Millard, D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, M. Muller, and A. L. Gaeta, J. Microsc. (Oxford) 193, 179 (1999).
[CrossRef]

1998 (2)

1995 (3)

1993 (1)

D. J. Kane and R. Trebino, IEEE J. Quantum Electron. 29, 571 (1993).
[CrossRef]

Amat-Roldán, I.

Artigas, D.

Barty, C. P. J.

Bouevitch, O.

O. Bouevitch and A. Lewis, Opt. Commun. 116, 170 (1995).
[CrossRef]

Brakenhoff, G. J.

Buckingham, A. D.

P. Fischer, D. S. Wiersma, R. Righini, B. Champagne, and A. D. Buckingham, Phys. Rev. Lett. 85, 4253 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Champagne, B.

P. Fischer, D. S. Wiersma, R. Righini, B. Champagne, and A. D. Buckingham, Phys. Rev. Lett. 85, 4253 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Chen, I. H.

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

I. H. Chen, S. W. Chu, C. K. Sun, P. C. Cheng, and B. L. Lin, Opt. Quantum Electron. 34, 1251 (2002).
[CrossRef]

Cheng, P. C.

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

I. H. Chen, S. W. Chu, C. K. Sun, P. C. Cheng, and B. L. Lin, Opt. Quantum Electron. 34, 1251 (2002).
[CrossRef]

Chu, S. W.

I. H. Chen, S. W. Chu, C. K. Sun, P. C. Cheng, and B. L. Lin, Opt. Quantum Electron. 34, 1251 (2002).
[CrossRef]

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

Cormack, I. G.

Dantus, M.

Dayan, B.

N. Dudovich, B. Dayan, S. M. G. Faeder, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 86, 47 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Dela Cruz, J. M.

Dudovich, N.

N. Dudovich, B. Dayan, S. M. G. Faeder, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 86, 47 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Faeder, S. M. G.

N. Dudovich, B. Dayan, S. M. G. Faeder, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 86, 47 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Fischer, P.

P. Fischer, D. S. Wiersma, R. Righini, B. Champagne, and A. D. Buckingham, Phys. Rev. Lett. 85, 4253 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Fittinghoff, D. N.

D. N. Fittinghoff, A. C. Millard, J. A. Squier, and M. Muller, IEEE J. Quantum Electron. 35, 479 (1999).
[CrossRef]

A. C. Millard, D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, M. Muller, and A. L. Gaeta, J. Microsc. (Oxford) 193, 179 (1999).
[CrossRef]

D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, C. P. J. Barty, J. N. Sweetser, R. Trebino, and M. Muller, Opt. Lett. 23, 1046 (1998).
[CrossRef]

Gaeta, A. L.

A. C. Millard, D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, M. Muller, and A. L. Gaeta, J. Microsc. (Oxford) 193, 179 (1999).
[CrossRef]

Ghirelli, A.

F. Quercioli, A. Ghirelli, B. Tiribilli, and M. Vassalli, Microsc. Res. Tech. 63, 27 (2004).
[CrossRef]

Gualda, E. J.

Kane, D. J.

D. J. Kane, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 4, 278 (1998).
[CrossRef]

D. J. Kane and R. Trebino, IEEE J. Quantum Electron. 29, 571 (1993).
[CrossRef]

Kawano, H.

H. Kawano, Y. Nabekawa, A. Suda, Y. Oishi, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 311, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Kuo, M. X.

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

Lee, S. P.

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

Lewis, A.

O. Bouevitch and A. Lewis, Opt. Commun. 116, 170 (1995).
[CrossRef]

Lin, B. L.

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

I. H. Chen, S. W. Chu, C. K. Sun, P. C. Cheng, and B. L. Lin, Opt. Quantum Electron. 34, 1251 (2002).
[CrossRef]

Lin, D. J.

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

Liu, H. L.

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

Liu, T. M.

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

Loza-Alvarez, P.

Lozovoy, V. V.

Midorikawa, K.

H. Kawano, Y. Nabekawa, A. Suda, Y. Oishi, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 311, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Millard, A. C.

D. N. Fittinghoff, A. C. Millard, J. A. Squier, and M. Muller, IEEE J. Quantum Electron. 35, 479 (1999).
[CrossRef]

A. C. Millard, D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, M. Muller, and A. L. Gaeta, J. Microsc. (Oxford) 193, 179 (1999).
[CrossRef]

Miyawaki, A.

H. Kawano, Y. Nabekawa, A. Suda, Y. Oishi, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 311, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Mizuno, H.

H. Kawano, Y. Nabekawa, A. Suda, Y. Oishi, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 311, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Muller, M.

D. N. Fittinghoff, A. C. Millard, J. A. Squier, and M. Muller, IEEE J. Quantum Electron. 35, 479 (1999).
[CrossRef]

A. C. Millard, D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, M. Muller, and A. L. Gaeta, J. Microsc. (Oxford) 193, 179 (1999).
[CrossRef]

D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, C. P. J. Barty, J. N. Sweetser, R. Trebino, and M. Muller, Opt. Lett. 23, 1046 (1998).
[CrossRef]

M. Muller and G. J. Brakenhoff, Opt. Lett. 20, 2159 (1995).
[CrossRef]

M. Muller, J. Squier, and G. J. Brakenhoff, Opt. Lett. 20, 1038 (1995).
[CrossRef]

Nabekawa, Y.

H. Kawano, Y. Nabekawa, A. Suda, Y. Oishi, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 311, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Oishi, Y.

H. Kawano, Y. Nabekawa, A. Suda, Y. Oishi, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 311, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Pastirk, I.

Pawley, J. P.

J. P. Pawley, Handbook of Biological Confocal Microscopy, 2nd ed. (Plenum, New York, 1995).

Quercioli, F.

F. Quercioli, A. Ghirelli, B. Tiribilli, and M. Vassalli, Microsc. Res. Tech. 63, 27 (2004).
[CrossRef]

Righini, R.

P. Fischer, D. S. Wiersma, R. Righini, B. Champagne, and A. D. Buckingham, Phys. Rev. Lett. 85, 4253 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Silberberg, Y.

N. Dudovich, B. Dayan, S. M. G. Faeder, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 86, 47 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Squier, J.

Squier, J. A.

D. N. Fittinghoff, A. C. Millard, J. A. Squier, and M. Muller, IEEE J. Quantum Electron. 35, 479 (1999).
[CrossRef]

A. C. Millard, D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, M. Muller, and A. L. Gaeta, J. Microsc. (Oxford) 193, 179 (1999).
[CrossRef]

D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, C. P. J. Barty, J. N. Sweetser, R. Trebino, and M. Muller, Opt. Lett. 23, 1046 (1998).
[CrossRef]

Suda, A.

H. Kawano, Y. Nabekawa, A. Suda, Y. Oishi, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 311, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Sun, C. K.

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

I. H. Chen, S. W. Chu, C. K. Sun, P. C. Cheng, and B. L. Lin, Opt. Quantum Electron. 34, 1251 (2002).
[CrossRef]

Sweetser, J. N.

Tiribilli, B.

F. Quercioli, A. Ghirelli, B. Tiribilli, and M. Vassalli, Microsc. Res. Tech. 63, 27 (2004).
[CrossRef]

Trebino, R.

Vassalli, M.

F. Quercioli, A. Ghirelli, B. Tiribilli, and M. Vassalli, Microsc. Res. Tech. 63, 27 (2004).
[CrossRef]

Walowicz, K. A.

Wiersma, D. S.

P. Fischer, D. S. Wiersma, R. Righini, B. Champagne, and A. D. Buckingham, Phys. Rev. Lett. 85, 4253 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Biochem. Biophys. Res. Commun. (1)

H. Kawano, Y. Nabekawa, A. Suda, Y. Oishi, H. Mizuno, A. Miyawaki, and K. Midorikawa, Biochem. Biophys. Res. Commun. 311, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

IEEE J. Quantum Electron. (2)

D. J. Kane and R. Trebino, IEEE J. Quantum Electron. 29, 571 (1993).
[CrossRef]

D. N. Fittinghoff, A. C. Millard, J. A. Squier, and M. Muller, IEEE J. Quantum Electron. 35, 479 (1999).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. (1)

D. J. Kane, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 4, 278 (1998).
[CrossRef]

J. Microsc. (Oxford) (2)

S. W. Chu, I. H. Chen, T. M. Liu, C. K. Sun, S. P. Lee, B. L. Lin, P. C. Cheng, M. X. Kuo, D. J. Lin, and H. L. Liu, J. Microsc. (Oxford) 208, 190 (2002).
[CrossRef]

A. C. Millard, D. N. Fittinghoff, J. A. Squier, M. Muller, and A. L. Gaeta, J. Microsc. (Oxford) 193, 179 (1999).
[CrossRef]

Microsc. Res. Tech. (1)

F. Quercioli, A. Ghirelli, B. Tiribilli, and M. Vassalli, Microsc. Res. Tech. 63, 27 (2004).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

O. Bouevitch and A. Lewis, Opt. Commun. 116, 170 (1995).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (3)

Opt. Quantum Electron. (1)

I. H. Chen, S. W. Chu, C. K. Sun, P. C. Cheng, and B. L. Lin, Opt. Quantum Electron. 34, 1251 (2002).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (2)

N. Dudovich, B. Dayan, S. M. G. Faeder, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 86, 47 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

P. Fischer, D. S. Wiersma, R. Righini, B. Champagne, and A. D. Buckingham, Phys. Rev. Lett. 85, 4253 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

J. P. Pawley, Handbook of Biological Confocal Microscopy, 2nd ed. (Plenum, New York, 1995).

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

Schematic of the CFROG optical arrangement.

Fig. 2
Fig. 2

(a) CFROG trace and (b) its time marginal spectrum obtained at the focus of a 1.25-NA lens.

Fig. 3
Fig. 3

Experimentally retrieved pulses at the focal plane of a 1.25-NA objective lens. (a) Fully filtered CFROG trace, (b) retrieved trace, (c) amplitude and phase and (d) spectrum and phase of the retrieved pulse. The rms error of the traces is G=8×10-5.

Fig. 4
Fig. 4

Comparison of experimental and retrieved pulses (λ=835 nm) at the focal plane of a 1.25-NA lens. (a) Time marginal and retrieved intensity autocorrelation. (b) Measured and retrieved spectra.

Fig. 5
Fig. 5

Experimentally retrieved pulses at the focal plane of a 0.85-NA objective lens. (a) Fully filtered CFROG trace, (b) retrieved trace, (c) amplitude and phase, and (d) spectrum and phase of the retrieved pulse.

Fig. 6
Fig. 6

Comparison of experimental and retrieved pulses (λ=1100 nm) at the focal plane of a 0.85-NA lens. (a) Measured time marginal and retrieved intensity autocorrelation. (b) Measured and retrieved spectra.

Metrics