Abstract

Resonant spectral structures of four-wave mixing (FWM) in molecular sodium are investigated. For a double-Λ configuration with strong–weak–strong–weak fields, split components in FWM spectra induced by the strong pump fields are observed. It is shown that the split components merge into a single peak for a certain ratio of the strong field intensities. A correlation between the level-splitting effects and the saturation behavior of the FWM signal is experimentally demonstrated.

© 2001 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. R. Freeman, G. C. Bjorklund, N. P. Economou, P. F. Liao, and J. E. Bjorkholm, Appl. Phys. Lett. 33, 739 (1978).
    [CrossRef]
  2. L. T. Bolotskikh, A. L. Vysotin, T.-D. Im, O. P. Podavalova, and A. K. Popov, Appl. Phys. B 35, 249 (1984).
    [CrossRef]
  3. J. Nolting and R. Wallenstein, Opt. Commun. 79, 437 (1990).
    [CrossRef]
  4. K. S. E. Eikema, J. Walz, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 83, 3828 (1999).
    [CrossRef]
  5. S. A. Babin, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Lett. 21, 1186 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. U. Hinze, L. Meyer, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Commun. 166, 127 (1999).
    [CrossRef]
  7. U. Hinze, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wallegehausen, J. Opt. Soc. Am. B 17, 2001 (2000).
    [CrossRef]
  8. M. Jain, H. Xia, G. Y. Yin, A. J. Merriam, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 77, 4326 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. A. J. Merriam, S. J. Sharpe, M. Shverdin, D. Manuszak, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 84, 5308 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. P. R. Hemmer, D. P. Katz, J. Donoghue, M. Cronin-Golomb, M. S. Shahriar, and P. Kumar, Opt. Lett. 20, 982 (1995).
    [CrossRef]
  11. B. Lü, W. H. Burkett, and M. Xiao, Opt. Lett. 23, 804 (1998).
    [CrossRef]
  12. A. S. Zibrov, M. D. Lukin, and M. O. Scully, Phys. Rev. Lett. 83, 4049 (1999).
    [CrossRef]
  13. E. A. Korsunsky, N. Leinfellner, A. Huss, S. Balushev, and L. Windholz, Phys. Rev. A 59, 2302 (1999).
    [CrossRef]
  14. S. E. Harris, J. E. Field, and A. Imamoğlu, Phys. Rev. Lett. 64, 1107 (1990).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. S. A. Babin, E. V. Podivilov, D. A. Shapiro, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Phys. Rev. A 59, 1355 (1999).
    [CrossRef]
  16. J. Lin, A. I. Rubiera, and Y. Zhu, Phys. Rev. A 52, 4882 (1995) and references therein.
    [CrossRef] [PubMed]
  17. B. R. Mollow, Phys. Rev. A 5, 2217 (1972).
    [CrossRef]
  18. B. Wellegehausen, IEEE J. Quantum Electron. 15, 1108 (1979).
    [CrossRef]

2000 (2)

A. J. Merriam, S. J. Sharpe, M. Shverdin, D. Manuszak, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 84, 5308 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

U. Hinze, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wallegehausen, J. Opt. Soc. Am. B 17, 2001 (2000).
[CrossRef]

1999 (5)

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

E. A. Korsunsky, N. Leinfellner, A. Huss, S. Balushev, and L. Windholz, Phys. Rev. A 59, 2302 (1999).
[CrossRef]

K. S. E. Eikema, J. Walz, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 83, 3828 (1999).
[CrossRef]

S. A. Babin, E. V. Podivilov, D. A. Shapiro, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Phys. Rev. A 59, 1355 (1999).
[CrossRef]

U. Hinze, L. Meyer, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Commun. 166, 127 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

1996 (2)

S. A. Babin, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Lett. 21, 1186 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

M. Jain, H. Xia, G. Y. Yin, A. J. Merriam, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 77, 4326 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

1995 (2)

1990 (2)

J. Nolting and R. Wallenstein, Opt. Commun. 79, 437 (1990).
[CrossRef]

S. E. Harris, J. E. Field, and A. Imamoğlu, Phys. Rev. Lett. 64, 1107 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

1984 (1)

L. T. Bolotskikh, A. L. Vysotin, T.-D. Im, O. P. Podavalova, and A. K. Popov, Appl. Phys. B 35, 249 (1984).
[CrossRef]

1979 (1)

B. Wellegehausen, IEEE J. Quantum Electron. 15, 1108 (1979).
[CrossRef]

1978 (1)

R. R. Freeman, G. C. Bjorklund, N. P. Economou, P. F. Liao, and J. E. Bjorkholm, Appl. Phys. Lett. 33, 739 (1978).
[CrossRef]

1972 (1)

B. R. Mollow, Phys. Rev. A 5, 2217 (1972).
[CrossRef]

Babin, S. A.

S. A. Babin, E. V. Podivilov, D. A. Shapiro, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Phys. Rev. A 59, 1355 (1999).
[CrossRef]

S. A. Babin, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Lett. 21, 1186 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Balushev, S.

E. A. Korsunsky, N. Leinfellner, A. Huss, S. Balushev, and L. Windholz, Phys. Rev. A 59, 2302 (1999).
[CrossRef]

Bjorkholm, J. E.

R. R. Freeman, G. C. Bjorklund, N. P. Economou, P. F. Liao, and J. E. Bjorkholm, Appl. Phys. Lett. 33, 739 (1978).
[CrossRef]

Bjorklund, G. C.

R. R. Freeman, G. C. Bjorklund, N. P. Economou, P. F. Liao, and J. E. Bjorkholm, Appl. Phys. Lett. 33, 739 (1978).
[CrossRef]

Bolotskikh, L. T.

L. T. Bolotskikh, A. L. Vysotin, T.-D. Im, O. P. Podavalova, and A. K. Popov, Appl. Phys. B 35, 249 (1984).
[CrossRef]

Burkett, W. H.

Chichkov, B. N.

U. Hinze, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wallegehausen, J. Opt. Soc. Am. B 17, 2001 (2000).
[CrossRef]

U. Hinze, L. Meyer, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Commun. 166, 127 (1999).
[CrossRef]

Cronin-Golomb, M.

Donoghue, J.

Economou, N. P.

R. R. Freeman, G. C. Bjorklund, N. P. Economou, P. F. Liao, and J. E. Bjorkholm, Appl. Phys. Lett. 33, 739 (1978).
[CrossRef]

Eikema, K. S. E.

K. S. E. Eikema, J. Walz, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 83, 3828 (1999).
[CrossRef]

Field, J. E.

S. E. Harris, J. E. Field, and A. Imamoğlu, Phys. Rev. Lett. 64, 1107 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Freeman, R. R.

R. R. Freeman, G. C. Bjorklund, N. P. Economou, P. F. Liao, and J. E. Bjorkholm, Appl. Phys. Lett. 33, 739 (1978).
[CrossRef]

Hänsch, T. W.

K. S. E. Eikema, J. Walz, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 83, 3828 (1999).
[CrossRef]

Harris, S. E.

A. J. Merriam, S. J. Sharpe, M. Shverdin, D. Manuszak, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 84, 5308 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

M. Jain, H. Xia, G. Y. Yin, A. J. Merriam, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 77, 4326 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

S. E. Harris, J. E. Field, and A. Imamoğlu, Phys. Rev. Lett. 64, 1107 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Hemmer, P. R.

Hinze, U.

U. Hinze, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wallegehausen, J. Opt. Soc. Am. B 17, 2001 (2000).
[CrossRef]

U. Hinze, L. Meyer, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Commun. 166, 127 (1999).
[CrossRef]

S. A. Babin, E. V. Podivilov, D. A. Shapiro, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Phys. Rev. A 59, 1355 (1999).
[CrossRef]

S. A. Babin, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Lett. 21, 1186 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Huss, A.

E. A. Korsunsky, N. Leinfellner, A. Huss, S. Balushev, and L. Windholz, Phys. Rev. A 59, 2302 (1999).
[CrossRef]

Im, T.-D.

L. T. Bolotskikh, A. L. Vysotin, T.-D. Im, O. P. Podavalova, and A. K. Popov, Appl. Phys. B 35, 249 (1984).
[CrossRef]

Imamoglu, A.

S. E. Harris, J. E. Field, and A. Imamoğlu, Phys. Rev. Lett. 64, 1107 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Jain, M.

M. Jain, H. Xia, G. Y. Yin, A. J. Merriam, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 77, 4326 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Katz, D. P.

Korsunsky, E. A.

E. A. Korsunsky, N. Leinfellner, A. Huss, S. Balushev, and L. Windholz, Phys. Rev. A 59, 2302 (1999).
[CrossRef]

Kumar, P.

Leinfellner, N.

E. A. Korsunsky, N. Leinfellner, A. Huss, S. Balushev, and L. Windholz, Phys. Rev. A 59, 2302 (1999).
[CrossRef]

Liao, P. F.

R. R. Freeman, G. C. Bjorklund, N. P. Economou, P. F. Liao, and J. E. Bjorkholm, Appl. Phys. Lett. 33, 739 (1978).
[CrossRef]

Lin, J.

J. Lin, A. I. Rubiera, and Y. Zhu, Phys. Rev. A 52, 4882 (1995) and references therein.
[CrossRef] [PubMed]

Lü, B.

Lukin, M. D.

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

Manuszak, D.

A. J. Merriam, S. J. Sharpe, M. Shverdin, D. Manuszak, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 84, 5308 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Merriam, A. J.

A. J. Merriam, S. J. Sharpe, M. Shverdin, D. Manuszak, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 84, 5308 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

M. Jain, H. Xia, G. Y. Yin, A. J. Merriam, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 77, 4326 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Meyer, L.

U. Hinze, L. Meyer, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Commun. 166, 127 (1999).
[CrossRef]

Mollow, B. R.

B. R. Mollow, Phys. Rev. A 5, 2217 (1972).
[CrossRef]

Nolting, J.

J. Nolting and R. Wallenstein, Opt. Commun. 79, 437 (1990).
[CrossRef]

Podavalova, O. P.

L. T. Bolotskikh, A. L. Vysotin, T.-D. Im, O. P. Podavalova, and A. K. Popov, Appl. Phys. B 35, 249 (1984).
[CrossRef]

Podivilov, E. V.

S. A. Babin, E. V. Podivilov, D. A. Shapiro, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Phys. Rev. A 59, 1355 (1999).
[CrossRef]

Popov, A. K.

L. T. Bolotskikh, A. L. Vysotin, T.-D. Im, O. P. Podavalova, and A. K. Popov, Appl. Phys. B 35, 249 (1984).
[CrossRef]

Rubiera, A. I.

J. Lin, A. I. Rubiera, and Y. Zhu, Phys. Rev. A 52, 4882 (1995) and references therein.
[CrossRef] [PubMed]

Scully, M. O.

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

Shahriar, M. S.

Shapiro, D. A.

S. A. Babin, E. V. Podivilov, D. A. Shapiro, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Phys. Rev. A 59, 1355 (1999).
[CrossRef]

Sharpe, S. J.

A. J. Merriam, S. J. Sharpe, M. Shverdin, D. Manuszak, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 84, 5308 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Shverdin, M.

A. J. Merriam, S. J. Sharpe, M. Shverdin, D. Manuszak, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 84, 5308 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Tiemann, E.

U. Hinze, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wallegehausen, J. Opt. Soc. Am. B 17, 2001 (2000).
[CrossRef]

S. A. Babin, E. V. Podivilov, D. A. Shapiro, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Phys. Rev. A 59, 1355 (1999).
[CrossRef]

U. Hinze, L. Meyer, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Commun. 166, 127 (1999).
[CrossRef]

S. A. Babin, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Lett. 21, 1186 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Vysotin, A. L.

L. T. Bolotskikh, A. L. Vysotin, T.-D. Im, O. P. Podavalova, and A. K. Popov, Appl. Phys. B 35, 249 (1984).
[CrossRef]

Wallegehausen, B.

Wallenstein, R.

J. Nolting and R. Wallenstein, Opt. Commun. 79, 437 (1990).
[CrossRef]

Walz, J.

K. S. E. Eikema, J. Walz, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 83, 3828 (1999).
[CrossRef]

Wellegehausen, B.

U. Hinze, L. Meyer, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Commun. 166, 127 (1999).
[CrossRef]

S. A. Babin, E. V. Podivilov, D. A. Shapiro, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Phys. Rev. A 59, 1355 (1999).
[CrossRef]

S. A. Babin, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Lett. 21, 1186 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

B. Wellegehausen, IEEE J. Quantum Electron. 15, 1108 (1979).
[CrossRef]

Windholz, L.

E. A. Korsunsky, N. Leinfellner, A. Huss, S. Balushev, and L. Windholz, Phys. Rev. A 59, 2302 (1999).
[CrossRef]

Xia, H.

M. Jain, H. Xia, G. Y. Yin, A. J. Merriam, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 77, 4326 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Xiao, M.

Yin, G. Y.

A. J. Merriam, S. J. Sharpe, M. Shverdin, D. Manuszak, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 84, 5308 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

M. Jain, H. Xia, G. Y. Yin, A. J. Merriam, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 77, 4326 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Zhu, Y.

J. Lin, A. I. Rubiera, and Y. Zhu, Phys. Rev. A 52, 4882 (1995) and references therein.
[CrossRef] [PubMed]

Zibrov, A. S.

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

Appl. Phys. B (1)

L. T. Bolotskikh, A. L. Vysotin, T.-D. Im, O. P. Podavalova, and A. K. Popov, Appl. Phys. B 35, 249 (1984).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

R. R. Freeman, G. C. Bjorklund, N. P. Economou, P. F. Liao, and J. E. Bjorkholm, Appl. Phys. Lett. 33, 739 (1978).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

B. Wellegehausen, IEEE J. Quantum Electron. 15, 1108 (1979).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Opt. Commun. (2)

U. Hinze, L. Meyer, B. N. Chichkov, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Opt. Commun. 166, 127 (1999).
[CrossRef]

J. Nolting and R. Wallenstein, Opt. Commun. 79, 437 (1990).
[CrossRef]

Opt. Lett. (3)

Phys. Rev. A (4)

E. A. Korsunsky, N. Leinfellner, A. Huss, S. Balushev, and L. Windholz, Phys. Rev. A 59, 2302 (1999).
[CrossRef]

S. A. Babin, E. V. Podivilov, D. A. Shapiro, U. Hinze, E. Tiemann, and B. Wellegehausen, Phys. Rev. A 59, 1355 (1999).
[CrossRef]

J. Lin, A. I. Rubiera, and Y. Zhu, Phys. Rev. A 52, 4882 (1995) and references therein.
[CrossRef] [PubMed]

B. R. Mollow, Phys. Rev. A 5, 2217 (1972).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (5)

S. E. Harris, J. E. Field, and A. Imamoğlu, Phys. Rev. Lett. 64, 1107 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

K. S. E. Eikema, J. Walz, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 83, 3828 (1999).
[CrossRef]

M. Jain, H. Xia, G. Y. Yin, A. J. Merriam, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 77, 4326 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

A. J. Merriam, S. J. Sharpe, M. Shverdin, D. Manuszak, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett. 84, 5308 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

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

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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic experimental setup and the double-Λ scheme realized in Na2: v,J are vibrational and rotational quantum numbers of electronic X, A, and B states. The thick and thin arrows correspond to strong and weak fields, respectively. The dashed arrow represents the wave generated in the FWM process.

Fig. 2
Fig. 2

Split-level picture. (a) and (b) illustrate different resonant FWM cycles.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Raman amplification g2 of the probe field with power P2=0.16 mW versus its detuning from resonance Δ2 and at the following pump powers: curve  A, P1=2 mW, P3=0; curve B, P1=55 mW, P3=0; curve  C, P1=55 mW, P3=100 mW. (b) FWM output P4 versus probe-field detuning Δ2 at the following pump powers: curve A, P1=4 mW, P3=10; curve B, P1=65 mW, P3=13; curve  C, P1=30 mW, P3=100 mW.

Fig. 4
Fig. 4

Power dependence P4 P3 normalized by P1 for line center Δ20 at (circles) P1=4 mW and (squares) P1=65 mW.

Metrics