Abstract

Photon-echo measurements are reported for the trivalent thulium ion, which differs from all other rare-earth ions in having a single isotope of nuclear spin 1/2. Echo decays on the 3H6(1) ↔ 3H4(1) transition of LaF3:Tm3+ and YAG:Tm3+ were magnetic-field dependent at 1.5 K, showing that the dephasing originates from spin fluctuations of nuclei in the host crystals. Coherence times in the range of 7 to 100 μs were measured, corresponding to homogeneous linewidths of tens of kilohertz. The echo decays were nonexponential, providing evidence for spectral diffusion that is due to a distribution of 19F and 27A1 nuclear spin-flip times in the respective hosts.

© 1993 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. M. Macfarlane, R. M. Shelby, in Spectroscopy of Solids Containing Rare Earth Ions, A. A. Kaplyanskii, R. M. Macfarlane, eds. (North-Holland, Amsterdam, 1987), p. 51.
  2. R. Yano, M. Mitsunaga, N. Uesugi, Opt. Lett. 16, 1884 (1991).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. T. W. Mossberg, Opt. Lett. 7, 77 (1982); W. R. Babbitt, T. W. Mossberg, Opt. Commun. 65, 185 (1988); M. Mitsunaga, R. Yano, N. Uesugi, Opt. Lett. 16, 1890 (1991).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. R. M. Macfarlane, Opt. Lett. 18, 829 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. J. Huang, J. M. Zhang, A. Lezama, T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 63, 78 (1989); G. K. Liu, R. L. Cone, Phys. Rev. B 41, 6193 (1990).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. A. Zalkin, D. H. Templeton, T. E. Hopkins, Inorg. Chem. 5, 1466 (1966).
    [CrossRef]
  7. S. Huang, S. T. Lai, L. Lou, W. Jia, W. M. Yen, Phys. Rev. B 24, 59 (1981).
    [CrossRef]
  8. S. C. Rand, A. Wokaun, R. G. DeVoe, R. G. Brewer, Phys. Rev. Lett. 43, 1868 (1979); R. M. Macfarlane, C. S. Yannoni, R. M. Shelby, Opt. Commun. 32, 101 (1980).
    [CrossRef]
  9. J. Ganem, Y. P. Wang, D. Boye, R. S. Meltzer, W. M. Yen, R. M. Macfarlane, Phys. Rev. Lett. 66, 695 (1991).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. W. Mims, Phys. Rev. 168, 370 (1968).
    [CrossRef]
  11. G. Armagan, A. M. Buoncristiani, B. Di Bartolo, Opt. Mater. 1, 11 (1992).
    [CrossRef]
  12. J. A. Caird, L. G. DeShazer, J. Nella, IEEE J. Quantum Electron. QE-11, 874 (1975).
    [CrossRef]
  13. V. A. French, R. R. Petrin, R. C. Powell, M. Kokta, Phys. Rev. B 46, 8018 (1992).
    [CrossRef]
  14. R. M. Macfarlane, R. M. Shelby, R. L. Shoemaker, Phys. Rev. Lett. 43, 1726 (1979).
    [CrossRef]
  15. M. Mitsunaga, R. Yano, N. Uesugi, Phys. Rev. B 45, 12760 (1992).
    [CrossRef]

1993 (1)

1992 (3)

V. A. French, R. R. Petrin, R. C. Powell, M. Kokta, Phys. Rev. B 46, 8018 (1992).
[CrossRef]

M. Mitsunaga, R. Yano, N. Uesugi, Phys. Rev. B 45, 12760 (1992).
[CrossRef]

G. Armagan, A. M. Buoncristiani, B. Di Bartolo, Opt. Mater. 1, 11 (1992).
[CrossRef]

1991 (2)

J. Ganem, Y. P. Wang, D. Boye, R. S. Meltzer, W. M. Yen, R. M. Macfarlane, Phys. Rev. Lett. 66, 695 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

R. Yano, M. Mitsunaga, N. Uesugi, Opt. Lett. 16, 1884 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

1989 (1)

J. Huang, J. M. Zhang, A. Lezama, T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 63, 78 (1989); G. K. Liu, R. L. Cone, Phys. Rev. B 41, 6193 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

1982 (1)

1981 (1)

S. Huang, S. T. Lai, L. Lou, W. Jia, W. M. Yen, Phys. Rev. B 24, 59 (1981).
[CrossRef]

1979 (2)

S. C. Rand, A. Wokaun, R. G. DeVoe, R. G. Brewer, Phys. Rev. Lett. 43, 1868 (1979); R. M. Macfarlane, C. S. Yannoni, R. M. Shelby, Opt. Commun. 32, 101 (1980).
[CrossRef]

R. M. Macfarlane, R. M. Shelby, R. L. Shoemaker, Phys. Rev. Lett. 43, 1726 (1979).
[CrossRef]

1975 (1)

J. A. Caird, L. G. DeShazer, J. Nella, IEEE J. Quantum Electron. QE-11, 874 (1975).
[CrossRef]

1968 (1)

W. Mims, Phys. Rev. 168, 370 (1968).
[CrossRef]

1966 (1)

A. Zalkin, D. H. Templeton, T. E. Hopkins, Inorg. Chem. 5, 1466 (1966).
[CrossRef]

Armagan, G.

G. Armagan, A. M. Buoncristiani, B. Di Bartolo, Opt. Mater. 1, 11 (1992).
[CrossRef]

Boye, D.

J. Ganem, Y. P. Wang, D. Boye, R. S. Meltzer, W. M. Yen, R. M. Macfarlane, Phys. Rev. Lett. 66, 695 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Brewer, R. G.

S. C. Rand, A. Wokaun, R. G. DeVoe, R. G. Brewer, Phys. Rev. Lett. 43, 1868 (1979); R. M. Macfarlane, C. S. Yannoni, R. M. Shelby, Opt. Commun. 32, 101 (1980).
[CrossRef]

Buoncristiani, A. M.

G. Armagan, A. M. Buoncristiani, B. Di Bartolo, Opt. Mater. 1, 11 (1992).
[CrossRef]

Caird, J. A.

J. A. Caird, L. G. DeShazer, J. Nella, IEEE J. Quantum Electron. QE-11, 874 (1975).
[CrossRef]

DeShazer, L. G.

J. A. Caird, L. G. DeShazer, J. Nella, IEEE J. Quantum Electron. QE-11, 874 (1975).
[CrossRef]

DeVoe, R. G.

S. C. Rand, A. Wokaun, R. G. DeVoe, R. G. Brewer, Phys. Rev. Lett. 43, 1868 (1979); R. M. Macfarlane, C. S. Yannoni, R. M. Shelby, Opt. Commun. 32, 101 (1980).
[CrossRef]

Di Bartolo, B.

G. Armagan, A. M. Buoncristiani, B. Di Bartolo, Opt. Mater. 1, 11 (1992).
[CrossRef]

French, V. A.

V. A. French, R. R. Petrin, R. C. Powell, M. Kokta, Phys. Rev. B 46, 8018 (1992).
[CrossRef]

Ganem, J.

J. Ganem, Y. P. Wang, D. Boye, R. S. Meltzer, W. M. Yen, R. M. Macfarlane, Phys. Rev. Lett. 66, 695 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Hopkins, T. E.

A. Zalkin, D. H. Templeton, T. E. Hopkins, Inorg. Chem. 5, 1466 (1966).
[CrossRef]

Huang, J.

J. Huang, J. M. Zhang, A. Lezama, T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 63, 78 (1989); G. K. Liu, R. L. Cone, Phys. Rev. B 41, 6193 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Huang, S.

S. Huang, S. T. Lai, L. Lou, W. Jia, W. M. Yen, Phys. Rev. B 24, 59 (1981).
[CrossRef]

Jia, W.

S. Huang, S. T. Lai, L. Lou, W. Jia, W. M. Yen, Phys. Rev. B 24, 59 (1981).
[CrossRef]

Kokta, M.

V. A. French, R. R. Petrin, R. C. Powell, M. Kokta, Phys. Rev. B 46, 8018 (1992).
[CrossRef]

Lai, S. T.

S. Huang, S. T. Lai, L. Lou, W. Jia, W. M. Yen, Phys. Rev. B 24, 59 (1981).
[CrossRef]

Lezama, A.

J. Huang, J. M. Zhang, A. Lezama, T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 63, 78 (1989); G. K. Liu, R. L. Cone, Phys. Rev. B 41, 6193 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Lou, L.

S. Huang, S. T. Lai, L. Lou, W. Jia, W. M. Yen, Phys. Rev. B 24, 59 (1981).
[CrossRef]

Macfarlane, R. M.

R. M. Macfarlane, Opt. Lett. 18, 829 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

J. Ganem, Y. P. Wang, D. Boye, R. S. Meltzer, W. M. Yen, R. M. Macfarlane, Phys. Rev. Lett. 66, 695 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

R. M. Macfarlane, R. M. Shelby, R. L. Shoemaker, Phys. Rev. Lett. 43, 1726 (1979).
[CrossRef]

R. M. Macfarlane, R. M. Shelby, in Spectroscopy of Solids Containing Rare Earth Ions, A. A. Kaplyanskii, R. M. Macfarlane, eds. (North-Holland, Amsterdam, 1987), p. 51.

Meltzer, R. S.

J. Ganem, Y. P. Wang, D. Boye, R. S. Meltzer, W. M. Yen, R. M. Macfarlane, Phys. Rev. Lett. 66, 695 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Mims, W.

W. Mims, Phys. Rev. 168, 370 (1968).
[CrossRef]

Mitsunaga, M.

M. Mitsunaga, R. Yano, N. Uesugi, Phys. Rev. B 45, 12760 (1992).
[CrossRef]

R. Yano, M. Mitsunaga, N. Uesugi, Opt. Lett. 16, 1884 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Mossberg, T. W.

J. Huang, J. M. Zhang, A. Lezama, T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 63, 78 (1989); G. K. Liu, R. L. Cone, Phys. Rev. B 41, 6193 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

T. W. Mossberg, Opt. Lett. 7, 77 (1982); W. R. Babbitt, T. W. Mossberg, Opt. Commun. 65, 185 (1988); M. Mitsunaga, R. Yano, N. Uesugi, Opt. Lett. 16, 1890 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Nella, J.

J. A. Caird, L. G. DeShazer, J. Nella, IEEE J. Quantum Electron. QE-11, 874 (1975).
[CrossRef]

Petrin, R. R.

V. A. French, R. R. Petrin, R. C. Powell, M. Kokta, Phys. Rev. B 46, 8018 (1992).
[CrossRef]

Powell, R. C.

V. A. French, R. R. Petrin, R. C. Powell, M. Kokta, Phys. Rev. B 46, 8018 (1992).
[CrossRef]

Rand, S. C.

S. C. Rand, A. Wokaun, R. G. DeVoe, R. G. Brewer, Phys. Rev. Lett. 43, 1868 (1979); R. M. Macfarlane, C. S. Yannoni, R. M. Shelby, Opt. Commun. 32, 101 (1980).
[CrossRef]

Shelby, R. M.

R. M. Macfarlane, R. M. Shelby, R. L. Shoemaker, Phys. Rev. Lett. 43, 1726 (1979).
[CrossRef]

R. M. Macfarlane, R. M. Shelby, in Spectroscopy of Solids Containing Rare Earth Ions, A. A. Kaplyanskii, R. M. Macfarlane, eds. (North-Holland, Amsterdam, 1987), p. 51.

Shoemaker, R. L.

R. M. Macfarlane, R. M. Shelby, R. L. Shoemaker, Phys. Rev. Lett. 43, 1726 (1979).
[CrossRef]

Templeton, D. H.

A. Zalkin, D. H. Templeton, T. E. Hopkins, Inorg. Chem. 5, 1466 (1966).
[CrossRef]

Uesugi, N.

M. Mitsunaga, R. Yano, N. Uesugi, Phys. Rev. B 45, 12760 (1992).
[CrossRef]

R. Yano, M. Mitsunaga, N. Uesugi, Opt. Lett. 16, 1884 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Wang, Y. P.

J. Ganem, Y. P. Wang, D. Boye, R. S. Meltzer, W. M. Yen, R. M. Macfarlane, Phys. Rev. Lett. 66, 695 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Wokaun, A.

S. C. Rand, A. Wokaun, R. G. DeVoe, R. G. Brewer, Phys. Rev. Lett. 43, 1868 (1979); R. M. Macfarlane, C. S. Yannoni, R. M. Shelby, Opt. Commun. 32, 101 (1980).
[CrossRef]

Yano, R.

M. Mitsunaga, R. Yano, N. Uesugi, Phys. Rev. B 45, 12760 (1992).
[CrossRef]

R. Yano, M. Mitsunaga, N. Uesugi, Opt. Lett. 16, 1884 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Yen, W. M.

J. Ganem, Y. P. Wang, D. Boye, R. S. Meltzer, W. M. Yen, R. M. Macfarlane, Phys. Rev. Lett. 66, 695 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

S. Huang, S. T. Lai, L. Lou, W. Jia, W. M. Yen, Phys. Rev. B 24, 59 (1981).
[CrossRef]

Zalkin, A.

A. Zalkin, D. H. Templeton, T. E. Hopkins, Inorg. Chem. 5, 1466 (1966).
[CrossRef]

Zhang, J. M.

J. Huang, J. M. Zhang, A. Lezama, T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 63, 78 (1989); G. K. Liu, R. L. Cone, Phys. Rev. B 41, 6193 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

J. A. Caird, L. G. DeShazer, J. Nella, IEEE J. Quantum Electron. QE-11, 874 (1975).
[CrossRef]

Inorg. Chem. (1)

A. Zalkin, D. H. Templeton, T. E. Hopkins, Inorg. Chem. 5, 1466 (1966).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Opt. Mater. (1)

G. Armagan, A. M. Buoncristiani, B. Di Bartolo, Opt. Mater. 1, 11 (1992).
[CrossRef]

Phys. Rev. (1)

W. Mims, Phys. Rev. 168, 370 (1968).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (3)

V. A. French, R. R. Petrin, R. C. Powell, M. Kokta, Phys. Rev. B 46, 8018 (1992).
[CrossRef]

S. Huang, S. T. Lai, L. Lou, W. Jia, W. M. Yen, Phys. Rev. B 24, 59 (1981).
[CrossRef]

M. Mitsunaga, R. Yano, N. Uesugi, Phys. Rev. B 45, 12760 (1992).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (4)

S. C. Rand, A. Wokaun, R. G. DeVoe, R. G. Brewer, Phys. Rev. Lett. 43, 1868 (1979); R. M. Macfarlane, C. S. Yannoni, R. M. Shelby, Opt. Commun. 32, 101 (1980).
[CrossRef]

J. Ganem, Y. P. Wang, D. Boye, R. S. Meltzer, W. M. Yen, R. M. Macfarlane, Phys. Rev. Lett. 66, 695 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

R. M. Macfarlane, R. M. Shelby, R. L. Shoemaker, Phys. Rev. Lett. 43, 1726 (1979).
[CrossRef]

J. Huang, J. M. Zhang, A. Lezama, T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 63, 78 (1989); G. K. Liu, R. L. Cone, Phys. Rev. B 41, 6193 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

R. M. Macfarlane, R. M. Shelby, in Spectroscopy of Solids Containing Rare Earth Ions, A. A. Kaplyanskii, R. M. Macfarlane, eds. (North-Holland, Amsterdam, 1987), p. 51.

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 (2)

Fig. 1
Fig. 1

Photon-echo decays in LaF3:Tm3+ at 1.5 K on the 3H6(1) ↔ 3H4(1) transition at 12 554.6 cm−1. Here t12 is the separation between the two echo preparation pulses. At zero field the decay is approximately exponential, with a dephasing time T2 = 7 μs. The effect of an external magnetic field parallel to the crystal c axis is shown.

Fig. 2
Fig. 2

Photon-echo decays on the 12 604.3-cm−1 line of YAG:Tm3+ at 1.5 K. At zero field the decay was fitted to Eq. (1) with TM = 75 μs and x = 1.5. The effect of an external magnetic field in an arbitrary direction is shown. The decay is approximately exponential, giving a dephasing time of 105 μs or a homogeneous linewidth of 3.0 kHz.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

I = I 0 exp [ ( 4 τ / T M ) x ] ,

Metrics