Abstract

We report saturated-absorption spectra recorded by use of 5 µW of infrared radiation coupled into a build-up cavity. Single-pass generation of difference-frequency radiation tunable near 4.25 µm in a periodically poled LiNbO3 crystal was used. Lamb dips of weak transitions of the fundamental rovibrational band of CO2 were observed, for what is believed to be the first time, up to the J=82 level. Application of these results to the extension of frequency-comb-based metrology in the infrared is discussed.

© 2002 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. D. G. Lancaster, D. Richter, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 69, 459 (1999).
    [CrossRef]
  2. K. Fradkin, A. Arie, P. Urenski, and G. Rosenman, Opt. Lett. 25, 743 (2000).
    [CrossRef]
  3. D. Mazzotti, P. Cancio, G. Giusfredi, M. Inguscio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 86, 1919 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. R. Holzwarth, T. Udem, T. W. Hänsch, J. C. Knight, W. J. Wadsworth, and P. St. J. Russell, Phys. Rev. Lett. 85, 2264 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Opt. Lett. 25, 350 (2000).
    [CrossRef]
  8. D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Appl. Phys. B 70, 747 (2000).
    [CrossRef]
  9. G. Giusfredi, D. Mazzotti, P. Cancio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 87, 113901 (2001).
    [CrossRef]
  10. F. T. Arecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, and P. Salieri, Appl. Phys. B 29, 79 (1982).
    [CrossRef]
  11. R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
    [CrossRef]
  12. K. Shimoda, High Resolution Spectroscopy, Vol. 13 of Topics in Applied Physics (Springer-Verlag, Berlin, 1976).
    [CrossRef]
  13. W. Demtröder, Laser Spectroscopy, 2nd ed. (Springer-Verlag, Berlin, 1996).
    [CrossRef]

2001 (2)

D. Mazzotti, P. Cancio, G. Giusfredi, M. Inguscio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 86, 1919 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

G. Giusfredi, D. Mazzotti, P. Cancio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 87, 113901 (2001).
[CrossRef]

2000 (6)

K. Fradkin, A. Arie, P. Urenski, and G. Rosenman, Opt. Lett. 25, 743 (2000).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

R. Holzwarth, T. Udem, T. W. Hänsch, J. C. Knight, W. J. Wadsworth, and P. St. J. Russell, Phys. Rev. Lett. 85, 2264 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Opt. Lett. 25, 350 (2000).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Appl. Phys. B 70, 747 (2000).
[CrossRef]

1999 (1)

D. G. Lancaster, D. Richter, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 69, 459 (1999).
[CrossRef]

1983 (1)

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

1982 (1)

F. T. Arecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, and P. Salieri, Appl. Phys. B 29, 79 (1982).
[CrossRef]

Arecchi, F. T.

F. T. Arecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, and P. Salieri, Appl. Phys. B 29, 79 (1982).
[CrossRef]

Arie, A.

Cancio, P.

D. Mazzotti, P. Cancio, G. Giusfredi, M. Inguscio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 86, 1919 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

G. Giusfredi, D. Mazzotti, P. Cancio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 87, 113901 (2001).
[CrossRef]

Cundiff, S. T.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

De Natale, P.

D. Mazzotti, P. Cancio, G. Giusfredi, M. Inguscio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 86, 1919 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

G. Giusfredi, D. Mazzotti, P. Cancio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 87, 113901 (2001).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Opt. Lett. 25, 350 (2000).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Appl. Phys. B 70, 747 (2000).
[CrossRef]

Demtröder, W.

W. Demtröder, Laser Spectroscopy, 2nd ed. (Springer-Verlag, Berlin, 1996).
[CrossRef]

Diddams, S. A.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Drever, R. W. P.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Ford, G. M.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Fort, C.

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Opt. Lett. 25, 350 (2000).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Appl. Phys. B 70, 747 (2000).
[CrossRef]

Fradkin, K.

Giusfredi, G.

D. Mazzotti, P. Cancio, G. Giusfredi, M. Inguscio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 86, 1919 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

G. Giusfredi, D. Mazzotti, P. Cancio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 87, 113901 (2001).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Opt. Lett. 25, 350 (2000).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Appl. Phys. B 70, 747 (2000).
[CrossRef]

F. T. Arecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, and P. Salieri, Appl. Phys. B 29, 79 (1982).
[CrossRef]

Hall, J. L.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Hänsch, T. W.

R. Holzwarth, T. Udem, T. W. Hänsch, J. C. Knight, W. J. Wadsworth, and P. St. J. Russell, Phys. Rev. Lett. 85, 2264 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Hollberg, L. W.

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Appl. Phys. B 70, 747 (2000).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Opt. Lett. 25, 350 (2000).
[CrossRef]

Holzwarth, R.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

R. Holzwarth, T. Udem, T. W. Hänsch, J. C. Knight, W. J. Wadsworth, and P. St. J. Russell, Phys. Rev. Lett. 85, 2264 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Hough, J.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Inguscio, M.

D. Mazzotti, P. Cancio, G. Giusfredi, M. Inguscio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 86, 1919 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Jones, D. J.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Knight, J. C.

R. Holzwarth, T. Udem, T. W. Hänsch, J. C. Knight, W. J. Wadsworth, and P. St. J. Russell, Phys. Rev. Lett. 85, 2264 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Kowalski, F. V.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Lancaster, D. G.

D. G. Lancaster, D. Richter, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 69, 459 (1999).
[CrossRef]

Mazzotti, D.

D. Mazzotti, P. Cancio, G. Giusfredi, M. Inguscio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 86, 1919 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

G. Giusfredi, D. Mazzotti, P. Cancio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 87, 113901 (2001).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Appl. Phys. B 70, 747 (2000).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Opt. Lett. 25, 350 (2000).
[CrossRef]

Mitchell, J. A.

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Opt. Lett. 25, 350 (2000).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Appl. Phys. B 70, 747 (2000).
[CrossRef]

Munley, A. J.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Petriella, E.

F. T. Arecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, and P. Salieri, Appl. Phys. B 29, 79 (1982).
[CrossRef]

Ranka, J. K.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Richter, D.

D. G. Lancaster, D. Richter, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 69, 459 (1999).
[CrossRef]

Rosenman, G.

Russell, P. St. J.

R. Holzwarth, T. Udem, T. W. Hänsch, J. C. Knight, W. J. Wadsworth, and P. St. J. Russell, Phys. Rev. Lett. 85, 2264 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Salieri, P.

F. T. Arecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, and P. Salieri, Appl. Phys. B 29, 79 (1982).
[CrossRef]

Shimoda, K.

K. Shimoda, High Resolution Spectroscopy, Vol. 13 of Topics in Applied Physics (Springer-Verlag, Berlin, 1976).
[CrossRef]

Stentz, A.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Tittel, F. K.

D. G. Lancaster, D. Richter, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 69, 459 (1999).
[CrossRef]

Udem, T.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

R. Holzwarth, T. Udem, T. W. Hänsch, J. C. Knight, W. J. Wadsworth, and P. St. J. Russell, Phys. Rev. Lett. 85, 2264 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Urenski, P.

Wadsworth, W. J.

R. Holzwarth, T. Udem, T. W. Hänsch, J. C. Knight, W. J. Wadsworth, and P. St. J. Russell, Phys. Rev. Lett. 85, 2264 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Ward, H.

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Windeler, R. S.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Ye, J.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. B (4)

D. G. Lancaster, D. Richter, and F. K. Tittel, Appl. Phys. B 69, 459 (1999).
[CrossRef]

D. Mazzotti, P. De Natale, G. Giusfredi, C. Fort, J. A. Mitchell, and L. W. Hollberg, Appl. Phys. B 70, 747 (2000).
[CrossRef]

F. T. Arecchi, G. Giusfredi, E. Petriella, and P. Salieri, Appl. Phys. B 29, 79 (1982).
[CrossRef]

R. W. P. Drever, J. L. Hall, F. V. Kowalski, J. Hough, G. M. Ford, A. J. Munley, and H. Ward, Appl. Phys. B 31, 97 (1983).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. Lett. (4)

D. Mazzotti, P. Cancio, G. Giusfredi, M. Inguscio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 86, 1919 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

R. Holzwarth, T. Udem, T. W. Hänsch, J. C. Knight, W. J. Wadsworth, and P. St. J. Russell, Phys. Rev. Lett. 85, 2264 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

G. Giusfredi, D. Mazzotti, P. Cancio, and P. De Natale, Phys. Rev. Lett. 87, 113901 (2001).
[CrossRef]

Science (1)

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Other (2)

K. Shimoda, High Resolution Spectroscopy, Vol. 13 of Topics in Applied Physics (Springer-Verlag, Berlin, 1976).
[CrossRef]

W. Demtröder, Laser Spectroscopy, 2nd ed. (Springer-Verlag, Berlin, 1996).
[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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

Optical setup: EOM, electro-optic modulator; D, InSb detector; BS, beam splitter; PG, pressure gauge; PZT, piezoelectric transducer; RG, ramp generator; HV, high voltage; other abbreviations defined in text.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Modification of the frequency noise spectrum in the presence of PDH stabilization loop (resolution bandwidth, 100 Hz). (b) PDH signal shape.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Direct-absorption recording of the saturated-absorption signal of the 00010000 R76 line of  12C16O2 (ν=2390.522 cm-1, S=4.4×10-22 cm). The Lamb dip is visible at the center of the Doppler profile. (b) Zoomed first-derivative recording of the Lamb-dip region. The superimposed Lorentzian fit gives a HWHM of Δν=1.643 MHz (bottom, fit residuals). The experimental parameters are temperature, T=298 K; pressure, P=13.3 Pa; modulation frequency, νm=882 Hz; lock-in time constant, τ=1 ms.

Equations (2)

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

IS=0c22γγμ2,
ΔνTT=12π2kTm1w0, ΔνP=CP,

Metrics