Abstract

We have observed a novel type of parametric oscillation in sodium atomic vapor where four off-axis signal waves simultaneously build up under resonant and counterpropagating pump beams with elliptical beam profiles. The four waves, two of them Stokes shifted and the other two anti-Stokes shifted, have similar output powers of up to 10mW with a conversion efficiency of 30% and are parametrically coupled by electromagnetically induced diffraction.

© 2007 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. O. Scully and M. S. Zubairy, Quantum Optics (Cambridge U. Press, 1997).
  2. M. D. Lukin, P. R. Hemmer, M. Löffler, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 81, 2675 (1998).
    [CrossRef]
  3. A. S. Zibrov, M. D. Lukin, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 83, 4049 (1999).
    [CrossRef]
  4. A. Heidmann, R. J. Horowicz, S. Reynaud, E. Giacobino, C. Fabre, and G. Camy, Phys. Rev. Lett. 59, 2555 (1987).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. O. Aytür and P. Kumar, Phys. Rev. Lett. 65, 1551 (1990).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. M. D. Lukin, A. B. Matsko, M. Fleischhauer, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 82, 1847 (1999).
    [CrossRef]
  7. M. Mitsunaga and N. Imoto, Phys. Rev. A 59, 4773 (1999).
    [CrossRef]
  8. K. Harada, S. Tanaka, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Opt. Lett. 30, 2004 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. P. R. Hemmer, D. P. Katz, J. Donoghue, M. Cronin-Golomb, M. S. Shahriar, and P. Kumar, Opt. Lett. 20, 982 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. A. F. Huss, N. Peer, R. Lammegger, E. A. Korsunsky, and L. Windholz, Phys. Rev. A 63, 013802 (2000).
    [CrossRef]
  11. V. Wong, R. S. Bennink, A. M. Marino, R. W. Boyd, C. R. Stroud, Jr., and F. A. Narducci, Phys. Rev. A 70, 053811 (2004).
    [CrossRef]
  12. K. Motomura, M. Tsukamoto, A. Wakiyama, K. Harada, and M. Mitsunaga, Phys. Rev. A 71, 043817 (2005).
    [CrossRef]
  13. A. M. C. Dawes, L. Illing, S. M. Clark, and D. J. Gauthier, Science 308, 672 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. K. Harada, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Phys. Rev. A 73, 013807 (2006).
    [CrossRef]

2006 (1)

K. Harada, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Phys. Rev. A 73, 013807 (2006).
[CrossRef]

2005 (3)

K. Motomura, M. Tsukamoto, A. Wakiyama, K. Harada, and M. Mitsunaga, Phys. Rev. A 71, 043817 (2005).
[CrossRef]

A. M. C. Dawes, L. Illing, S. M. Clark, and D. J. Gauthier, Science 308, 672 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

K. Harada, S. Tanaka, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Opt. Lett. 30, 2004 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004 (1)

V. Wong, R. S. Bennink, A. M. Marino, R. W. Boyd, C. R. Stroud, Jr., and F. A. Narducci, Phys. Rev. A 70, 053811 (2004).
[CrossRef]

2000 (1)

A. F. Huss, N. Peer, R. Lammegger, E. A. Korsunsky, and L. Windholz, Phys. Rev. A 63, 013802 (2000).
[CrossRef]

1999 (3)

M. D. Lukin, A. B. Matsko, M. Fleischhauer, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 82, 1847 (1999).
[CrossRef]

M. Mitsunaga and N. Imoto, Phys. Rev. A 59, 4773 (1999).
[CrossRef]

A. S. Zibrov, M. D. Lukin, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 83, 4049 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

M. D. Lukin, P. R. Hemmer, M. Löffler, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 81, 2675 (1998).
[CrossRef]

1995 (1)

1990 (1)

O. Aytür and P. Kumar, Phys. Rev. Lett. 65, 1551 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

1987 (1)

A. Heidmann, R. J. Horowicz, S. Reynaud, E. Giacobino, C. Fabre, and G. Camy, Phys. Rev. Lett. 59, 2555 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Aytür, O.

O. Aytür and P. Kumar, Phys. Rev. Lett. 65, 1551 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Bennink, R. S.

V. Wong, R. S. Bennink, A. M. Marino, R. W. Boyd, C. R. Stroud, Jr., and F. A. Narducci, Phys. Rev. A 70, 053811 (2004).
[CrossRef]

Boyd, R. W.

V. Wong, R. S. Bennink, A. M. Marino, R. W. Boyd, C. R. Stroud, Jr., and F. A. Narducci, Phys. Rev. A 70, 053811 (2004).
[CrossRef]

Camy, G.

A. Heidmann, R. J. Horowicz, S. Reynaud, E. Giacobino, C. Fabre, and G. Camy, Phys. Rev. Lett. 59, 2555 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Clark, S. M.

A. M. C. Dawes, L. Illing, S. M. Clark, and D. J. Gauthier, Science 308, 672 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Cronin-Golomb, M.

Dawes, A. M. C.

A. M. C. Dawes, L. Illing, S. M. Clark, and D. J. Gauthier, Science 308, 672 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Donoghue, J.

Fabre, C.

A. Heidmann, R. J. Horowicz, S. Reynaud, E. Giacobino, C. Fabre, and G. Camy, Phys. Rev. Lett. 59, 2555 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Fleischhauer, M.

M. D. Lukin, A. B. Matsko, M. Fleischhauer, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 82, 1847 (1999).
[CrossRef]

Gauthier, D. J.

A. M. C. Dawes, L. Illing, S. M. Clark, and D. J. Gauthier, Science 308, 672 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Giacobino, E.

A. Heidmann, R. J. Horowicz, S. Reynaud, E. Giacobino, C. Fabre, and G. Camy, Phys. Rev. Lett. 59, 2555 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Harada, K.

K. Harada, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Phys. Rev. A 73, 013807 (2006).
[CrossRef]

K. Motomura, M. Tsukamoto, A. Wakiyama, K. Harada, and M. Mitsunaga, Phys. Rev. A 71, 043817 (2005).
[CrossRef]

K. Harada, S. Tanaka, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Opt. Lett. 30, 2004 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Heidmann, A.

A. Heidmann, R. J. Horowicz, S. Reynaud, E. Giacobino, C. Fabre, and G. Camy, Phys. Rev. Lett. 59, 2555 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Hemmer, P. R.

Horowicz, R. J.

A. Heidmann, R. J. Horowicz, S. Reynaud, E. Giacobino, C. Fabre, and G. Camy, Phys. Rev. Lett. 59, 2555 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Huss, A. F.

A. F. Huss, N. Peer, R. Lammegger, E. A. Korsunsky, and L. Windholz, Phys. Rev. A 63, 013802 (2000).
[CrossRef]

Illing, L.

A. M. C. Dawes, L. Illing, S. M. Clark, and D. J. Gauthier, Science 308, 672 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Imoto, N.

M. Mitsunaga and N. Imoto, Phys. Rev. A 59, 4773 (1999).
[CrossRef]

Kanbashi, T.

K. Harada, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Phys. Rev. A 73, 013807 (2006).
[CrossRef]

K. Harada, S. Tanaka, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Opt. Lett. 30, 2004 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Katz, D. P.

Korsunsky, E. A.

A. F. Huss, N. Peer, R. Lammegger, E. A. Korsunsky, and L. Windholz, Phys. Rev. A 63, 013802 (2000).
[CrossRef]

Kumar, P.

Lammegger, R.

A. F. Huss, N. Peer, R. Lammegger, E. A. Korsunsky, and L. Windholz, Phys. Rev. A 63, 013802 (2000).
[CrossRef]

Löffler, M.

M. D. Lukin, P. R. Hemmer, M. Löffler, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 81, 2675 (1998).
[CrossRef]

Lukin, M. D.

A. S. Zibrov, M. D. Lukin, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 83, 4049 (1999).
[CrossRef]

M. D. Lukin, A. B. Matsko, M. Fleischhauer, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 82, 1847 (1999).
[CrossRef]

M. D. Lukin, P. R. Hemmer, M. Löffler, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 81, 2675 (1998).
[CrossRef]

Marino, A. M.

V. Wong, R. S. Bennink, A. M. Marino, R. W. Boyd, C. R. Stroud, Jr., and F. A. Narducci, Phys. Rev. A 70, 053811 (2004).
[CrossRef]

Matsko, A. B.

M. D. Lukin, A. B. Matsko, M. Fleischhauer, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 82, 1847 (1999).
[CrossRef]

Mitsunaga, M.

K. Harada, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Phys. Rev. A 73, 013807 (2006).
[CrossRef]

K. Motomura, M. Tsukamoto, A. Wakiyama, K. Harada, and M. Mitsunaga, Phys. Rev. A 71, 043817 (2005).
[CrossRef]

K. Harada, S. Tanaka, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Opt. Lett. 30, 2004 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

M. Mitsunaga and N. Imoto, Phys. Rev. A 59, 4773 (1999).
[CrossRef]

Motomura, K.

K. Harada, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Phys. Rev. A 73, 013807 (2006).
[CrossRef]

K. Motomura, M. Tsukamoto, A. Wakiyama, K. Harada, and M. Mitsunaga, Phys. Rev. A 71, 043817 (2005).
[CrossRef]

K. Harada, S. Tanaka, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Opt. Lett. 30, 2004 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Narducci, F. A.

V. Wong, R. S. Bennink, A. M. Marino, R. W. Boyd, C. R. Stroud, Jr., and F. A. Narducci, Phys. Rev. A 70, 053811 (2004).
[CrossRef]

Peer, N.

A. F. Huss, N. Peer, R. Lammegger, E. A. Korsunsky, and L. Windholz, Phys. Rev. A 63, 013802 (2000).
[CrossRef]

Reynaud, S.

A. Heidmann, R. J. Horowicz, S. Reynaud, E. Giacobino, C. Fabre, and G. Camy, Phys. Rev. Lett. 59, 2555 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

Scully, M. O.

M. D. Lukin, A. B. Matsko, M. Fleischhauer, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 82, 1847 (1999).
[CrossRef]

A. S. Zibrov, M. D. Lukin, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 83, 4049 (1999).
[CrossRef]

M. D. Lukin, P. R. Hemmer, M. Löffler, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 81, 2675 (1998).
[CrossRef]

M. O. Scully and M. S. Zubairy, Quantum Optics (Cambridge U. Press, 1997).

Shahriar, M. S.

Stroud, C. R.

V. Wong, R. S. Bennink, A. M. Marino, R. W. Boyd, C. R. Stroud, Jr., and F. A. Narducci, Phys. Rev. A 70, 053811 (2004).
[CrossRef]

Tanaka, S.

Tsukamoto, M.

K. Motomura, M. Tsukamoto, A. Wakiyama, K. Harada, and M. Mitsunaga, Phys. Rev. A 71, 043817 (2005).
[CrossRef]

Wakiyama, A.

K. Motomura, M. Tsukamoto, A. Wakiyama, K. Harada, and M. Mitsunaga, Phys. Rev. A 71, 043817 (2005).
[CrossRef]

Windholz, L.

A. F. Huss, N. Peer, R. Lammegger, E. A. Korsunsky, and L. Windholz, Phys. Rev. A 63, 013802 (2000).
[CrossRef]

Wong, V.

V. Wong, R. S. Bennink, A. M. Marino, R. W. Boyd, C. R. Stroud, Jr., and F. A. Narducci, Phys. Rev. A 70, 053811 (2004).
[CrossRef]

Zibrov, A. S.

A. S. Zibrov, M. D. Lukin, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 83, 4049 (1999).
[CrossRef]

Zubairy, M. S.

M. O. Scully and M. S. Zubairy, Quantum Optics (Cambridge U. Press, 1997).

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. A (5)

K. Harada, T. Kanbashi, M. Mitsunaga, and K. Motomura, Phys. Rev. A 73, 013807 (2006).
[CrossRef]

M. Mitsunaga and N. Imoto, Phys. Rev. A 59, 4773 (1999).
[CrossRef]

A. F. Huss, N. Peer, R. Lammegger, E. A. Korsunsky, and L. Windholz, Phys. Rev. A 63, 013802 (2000).
[CrossRef]

V. Wong, R. S. Bennink, A. M. Marino, R. W. Boyd, C. R. Stroud, Jr., and F. A. Narducci, Phys. Rev. A 70, 053811 (2004).
[CrossRef]

K. Motomura, M. Tsukamoto, A. Wakiyama, K. Harada, and M. Mitsunaga, Phys. Rev. A 71, 043817 (2005).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (5)

M. D. Lukin, P. R. Hemmer, M. Löffler, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 81, 2675 (1998).
[CrossRef]

A. S. Zibrov, M. D. Lukin, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 83, 4049 (1999).
[CrossRef]

A. Heidmann, R. J. Horowicz, S. Reynaud, E. Giacobino, C. Fabre, and G. Camy, Phys. Rev. Lett. 59, 2555 (1987).
[CrossRef] [PubMed]

O. Aytür and P. Kumar, Phys. Rev. Lett. 65, 1551 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

M. D. Lukin, A. B. Matsko, M. Fleischhauer, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 82, 1847 (1999).
[CrossRef]

Science (1)

A. M. C. Dawes, L. Illing, S. M. Clark, and D. J. Gauthier, Science 308, 672 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

M. O. Scully and M. S. Zubairy, Quantum Optics (Cambridge U. Press, 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 (5)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Schematic of the experiment: RDL, ring dye laser; SMFs, single mode fibers; CLs, cylindrical lenses; PDs, photodiodes; 4CH, four-channel. (b) Beam profile of the pump beam at the center of the cell. Field of view, 3 mm × 1.5 mm .

Fig. 2
Fig. 2

(a) Saturated absorption spectrum of the Na atom. (b)–(d) Forward and backward beam patterns after the cell when the pump frequency Δ ν L is in the regions (b) I, III, and VI, (c) II and IV, and (d) V.

Fig. 3
Fig. 3

Typical optical spectrum analyzer output for (a) spot F2 in region II and (b), (c) four signal spots in region V.

Fig. 4
Fig. 4

Pump power dependence of the output powers. Open circles, F1; filled circles, F2; open squares, B1; filled squares, B2.

Fig. 5
Fig. 5

Pump frequency dependence of the signal (F1) frequency.

Metrics