Abstract

We investigate a degenerate optical parametric device with a transversely finite unstable cavity configuration operated below threshold. Using an approximate quantum description in terms of a biorthogonal set of effective cavity-matched modes and their adjoint modes, we predict an intracavity field intensity enhancement by the Petermann excess-noise factor, K. This enhancement is accompanied by a reduction of photon bunching and quadrature squeezing.

© 2002 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. K. Petermann, IEEE J. Quantum Electron. 15, 566 (1979).
    [CrossRef]
  2. Y. J. Cheng, C. G. Fanning, and A. E. Siegman, Phys. Rev. Lett. 77, 627 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. A. M. Van der Lee, A. L. Mieremet, M. P. van Exter, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 61, 033812-1 (2000).
    [CrossRef]
  4. O. Emile, M. Brunel, A. Le Floch, and F. Bretenaker, Europhys. Lett. 43, 153 (1998).
    [CrossRef]
  5. C. Lamprecht and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3787 (1999).
    [CrossRef]
  6. P. Grangier and J. P. Poizat, Eur. Phys. J. D 7, 99 (1999).
    [CrossRef]
  7. P. J. Bardroff and S. Stenholm, Phys. Rev. A 61, 023806 (2000).
    [CrossRef]
  8. A. E. Siegman, Phys. Rev. A 39, 1253 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. A. M. Van der Lee, M. P. van Exter, A. L. Mieremet, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 81, 5121 (1998).
    [CrossRef]
  10. C. Lamprecht and H. Ritsch, Phys. Rev. A65, 023803 (2002).
    [CrossRef]
  11. C. Lamprecht, M. K. Olsen, M. Collett, and H. Ritsch, Phys. Rev. A 64, 33811 (2001).
    [CrossRef]
  12. C. Simon, G. Weihs, and A. Zeilinger, Phys. Rev. Lett. 84, 4729 (2000).
    [CrossRef]
  13. Z. Ou and Y. Lu, Phys. Rev. Lett. 83, 2556 (1999).
    [CrossRef]
  14. C. Schwob, P. F. Cohadon, C. Fabre, M. A. M. Marte, H. Ritsch, A. Gatti, and L. Lugiato, Appl. Phys. B 66, 685 (1998).
    [CrossRef]
  15. M. J. Collet and C. Gardiner, Phys. Rev. A 30, 1386 (1984).
    [CrossRef]
  16. H. Carmichael, An Open System Approach to Quantum Optics (Springer-Verlag, Berlin, 1993).
  17. A. Gatti, H. Wiedemann, L. A. Lugiato, I. Marzoli, G.-L. Oppo, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 56, 877 (1997).
    [CrossRef]
  18. J. L. Doumont, P. L. Mussche, and A. E. Siegman, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1960 (1989).
    [CrossRef]
  19. C. Lamprecht, M. K. Olsen, P. D. Drummond, and H. Ritsch, submitted to Phys. Rev. A.
  20. A. Kostenbauder, Y. Sun, and A. E. Siegman, J. Opt. Soc. Am. A 14, (1997).
    [CrossRef]
  21. A. E. Siegman, Lasers (University Science, Mill Valley, Calif., 1986).
  22. C. W. Gardiner, Quantum Noise (Springer-Verlag, Berlin, 1991).
    [CrossRef]

2001 (1)

C. Lamprecht, M. K. Olsen, M. Collett, and H. Ritsch, Phys. Rev. A 64, 33811 (2001).
[CrossRef]

2000 (3)

C. Simon, G. Weihs, and A. Zeilinger, Phys. Rev. Lett. 84, 4729 (2000).
[CrossRef]

A. M. Van der Lee, A. L. Mieremet, M. P. van Exter, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 61, 033812-1 (2000).
[CrossRef]

P. J. Bardroff and S. Stenholm, Phys. Rev. A 61, 023806 (2000).
[CrossRef]

1999 (3)

C. Lamprecht and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3787 (1999).
[CrossRef]

P. Grangier and J. P. Poizat, Eur. Phys. J. D 7, 99 (1999).
[CrossRef]

Z. Ou and Y. Lu, Phys. Rev. Lett. 83, 2556 (1999).
[CrossRef]

1998 (3)

C. Schwob, P. F. Cohadon, C. Fabre, M. A. M. Marte, H. Ritsch, A. Gatti, and L. Lugiato, Appl. Phys. B 66, 685 (1998).
[CrossRef]

A. M. Van der Lee, M. P. van Exter, A. L. Mieremet, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 81, 5121 (1998).
[CrossRef]

O. Emile, M. Brunel, A. Le Floch, and F. Bretenaker, Europhys. Lett. 43, 153 (1998).
[CrossRef]

1997 (2)

A. Kostenbauder, Y. Sun, and A. E. Siegman, J. Opt. Soc. Am. A 14, (1997).
[CrossRef]

A. Gatti, H. Wiedemann, L. A. Lugiato, I. Marzoli, G.-L. Oppo, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 56, 877 (1997).
[CrossRef]

1996 (1)

Y. J. Cheng, C. G. Fanning, and A. E. Siegman, Phys. Rev. Lett. 77, 627 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

1989 (2)

A. E. Siegman, Phys. Rev. A 39, 1253 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

J. L. Doumont, P. L. Mussche, and A. E. Siegman, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1960 (1989).
[CrossRef]

1984 (1)

M. J. Collet and C. Gardiner, Phys. Rev. A 30, 1386 (1984).
[CrossRef]

1979 (1)

K. Petermann, IEEE J. Quantum Electron. 15, 566 (1979).
[CrossRef]

Bardroff, P. J.

P. J. Bardroff and S. Stenholm, Phys. Rev. A 61, 023806 (2000).
[CrossRef]

Barnett, S. M.

A. Gatti, H. Wiedemann, L. A. Lugiato, I. Marzoli, G.-L. Oppo, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 56, 877 (1997).
[CrossRef]

Bretenaker, F.

O. Emile, M. Brunel, A. Le Floch, and F. Bretenaker, Europhys. Lett. 43, 153 (1998).
[CrossRef]

Brunel, M.

O. Emile, M. Brunel, A. Le Floch, and F. Bretenaker, Europhys. Lett. 43, 153 (1998).
[CrossRef]

Carmichael, H.

H. Carmichael, An Open System Approach to Quantum Optics (Springer-Verlag, Berlin, 1993).

Cheng, Y. J.

Y. J. Cheng, C. G. Fanning, and A. E. Siegman, Phys. Rev. Lett. 77, 627 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Cohadon, P. F.

C. Schwob, P. F. Cohadon, C. Fabre, M. A. M. Marte, H. Ritsch, A. Gatti, and L. Lugiato, Appl. Phys. B 66, 685 (1998).
[CrossRef]

Collet, M. J.

M. J. Collet and C. Gardiner, Phys. Rev. A 30, 1386 (1984).
[CrossRef]

Collett, M.

C. Lamprecht, M. K. Olsen, M. Collett, and H. Ritsch, Phys. Rev. A 64, 33811 (2001).
[CrossRef]

Doumont, J. L.

J. L. Doumont, P. L. Mussche, and A. E. Siegman, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1960 (1989).
[CrossRef]

Drummond, P. D.

C. Lamprecht, M. K. Olsen, P. D. Drummond, and H. Ritsch, submitted to Phys. Rev. A.

Emile, O.

O. Emile, M. Brunel, A. Le Floch, and F. Bretenaker, Europhys. Lett. 43, 153 (1998).
[CrossRef]

Fabre, C.

C. Schwob, P. F. Cohadon, C. Fabre, M. A. M. Marte, H. Ritsch, A. Gatti, and L. Lugiato, Appl. Phys. B 66, 685 (1998).
[CrossRef]

Fanning, C. G.

Y. J. Cheng, C. G. Fanning, and A. E. Siegman, Phys. Rev. Lett. 77, 627 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Gardiner, C.

M. J. Collet and C. Gardiner, Phys. Rev. A 30, 1386 (1984).
[CrossRef]

Gardiner, C. W.

C. W. Gardiner, Quantum Noise (Springer-Verlag, Berlin, 1991).
[CrossRef]

Gatti, A.

C. Schwob, P. F. Cohadon, C. Fabre, M. A. M. Marte, H. Ritsch, A. Gatti, and L. Lugiato, Appl. Phys. B 66, 685 (1998).
[CrossRef]

A. Gatti, H. Wiedemann, L. A. Lugiato, I. Marzoli, G.-L. Oppo, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 56, 877 (1997).
[CrossRef]

Grangier, P.

P. Grangier and J. P. Poizat, Eur. Phys. J. D 7, 99 (1999).
[CrossRef]

Kostenbauder, A.

A. Kostenbauder, Y. Sun, and A. E. Siegman, J. Opt. Soc. Am. A 14, (1997).
[CrossRef]

Lamprecht, C.

C. Lamprecht, M. K. Olsen, M. Collett, and H. Ritsch, Phys. Rev. A 64, 33811 (2001).
[CrossRef]

C. Lamprecht and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3787 (1999).
[CrossRef]

C. Lamprecht and H. Ritsch, Phys. Rev. A65, 023803 (2002).
[CrossRef]

C. Lamprecht, M. K. Olsen, P. D. Drummond, and H. Ritsch, submitted to Phys. Rev. A.

Le Floch, A.

O. Emile, M. Brunel, A. Le Floch, and F. Bretenaker, Europhys. Lett. 43, 153 (1998).
[CrossRef]

Lu, Y.

Z. Ou and Y. Lu, Phys. Rev. Lett. 83, 2556 (1999).
[CrossRef]

Lugiato, L.

C. Schwob, P. F. Cohadon, C. Fabre, M. A. M. Marte, H. Ritsch, A. Gatti, and L. Lugiato, Appl. Phys. B 66, 685 (1998).
[CrossRef]

Lugiato, L. A.

A. Gatti, H. Wiedemann, L. A. Lugiato, I. Marzoli, G.-L. Oppo, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 56, 877 (1997).
[CrossRef]

Marte, M. A. M.

C. Schwob, P. F. Cohadon, C. Fabre, M. A. M. Marte, H. Ritsch, A. Gatti, and L. Lugiato, Appl. Phys. B 66, 685 (1998).
[CrossRef]

Marzoli, I.

A. Gatti, H. Wiedemann, L. A. Lugiato, I. Marzoli, G.-L. Oppo, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 56, 877 (1997).
[CrossRef]

Mieremet, A. L.

A. M. Van der Lee, A. L. Mieremet, M. P. van Exter, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 61, 033812-1 (2000).
[CrossRef]

A. M. Van der Lee, M. P. van Exter, A. L. Mieremet, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 81, 5121 (1998).
[CrossRef]

Mussche, P. L.

J. L. Doumont, P. L. Mussche, and A. E. Siegman, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1960 (1989).
[CrossRef]

Olsen, M. K.

C. Lamprecht, M. K. Olsen, M. Collett, and H. Ritsch, Phys. Rev. A 64, 33811 (2001).
[CrossRef]

C. Lamprecht, M. K. Olsen, P. D. Drummond, and H. Ritsch, submitted to Phys. Rev. A.

Oppo, G.-L.

A. Gatti, H. Wiedemann, L. A. Lugiato, I. Marzoli, G.-L. Oppo, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 56, 877 (1997).
[CrossRef]

Ou, Z.

Z. Ou and Y. Lu, Phys. Rev. Lett. 83, 2556 (1999).
[CrossRef]

Petermann, K.

K. Petermann, IEEE J. Quantum Electron. 15, 566 (1979).
[CrossRef]

Poizat, J. P.

P. Grangier and J. P. Poizat, Eur. Phys. J. D 7, 99 (1999).
[CrossRef]

Ritsch, H.

C. Lamprecht, M. K. Olsen, M. Collett, and H. Ritsch, Phys. Rev. A 64, 33811 (2001).
[CrossRef]

C. Lamprecht and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3787 (1999).
[CrossRef]

C. Schwob, P. F. Cohadon, C. Fabre, M. A. M. Marte, H. Ritsch, A. Gatti, and L. Lugiato, Appl. Phys. B 66, 685 (1998).
[CrossRef]

C. Lamprecht, M. K. Olsen, P. D. Drummond, and H. Ritsch, submitted to Phys. Rev. A.

C. Lamprecht and H. Ritsch, Phys. Rev. A65, 023803 (2002).
[CrossRef]

Schwob, C.

C. Schwob, P. F. Cohadon, C. Fabre, M. A. M. Marte, H. Ritsch, A. Gatti, and L. Lugiato, Appl. Phys. B 66, 685 (1998).
[CrossRef]

Siegman, A. E.

A. Kostenbauder, Y. Sun, and A. E. Siegman, J. Opt. Soc. Am. A 14, (1997).
[CrossRef]

Y. J. Cheng, C. G. Fanning, and A. E. Siegman, Phys. Rev. Lett. 77, 627 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

A. E. Siegman, Phys. Rev. A 39, 1253 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

J. L. Doumont, P. L. Mussche, and A. E. Siegman, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1960 (1989).
[CrossRef]

A. E. Siegman, Lasers (University Science, Mill Valley, Calif., 1986).

Simon, C.

C. Simon, G. Weihs, and A. Zeilinger, Phys. Rev. Lett. 84, 4729 (2000).
[CrossRef]

Stenholm, S.

P. J. Bardroff and S. Stenholm, Phys. Rev. A 61, 023806 (2000).
[CrossRef]

Sun, Y.

A. Kostenbauder, Y. Sun, and A. E. Siegman, J. Opt. Soc. Am. A 14, (1997).
[CrossRef]

Van der Lee, A. M.

A. M. Van der Lee, A. L. Mieremet, M. P. van Exter, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 61, 033812-1 (2000).
[CrossRef]

A. M. Van der Lee, M. P. van Exter, A. L. Mieremet, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 81, 5121 (1998).
[CrossRef]

van Druten, N. J.

A. M. Van der Lee, A. L. Mieremet, M. P. van Exter, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 61, 033812-1 (2000).
[CrossRef]

A. M. Van der Lee, M. P. van Exter, A. L. Mieremet, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 81, 5121 (1998).
[CrossRef]

van Exter, M. P.

A. M. Van der Lee, A. L. Mieremet, M. P. van Exter, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 61, 033812-1 (2000).
[CrossRef]

A. M. Van der Lee, M. P. van Exter, A. L. Mieremet, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 81, 5121 (1998).
[CrossRef]

Weihs, G.

C. Simon, G. Weihs, and A. Zeilinger, Phys. Rev. Lett. 84, 4729 (2000).
[CrossRef]

Wiedemann, H.

A. Gatti, H. Wiedemann, L. A. Lugiato, I. Marzoli, G.-L. Oppo, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 56, 877 (1997).
[CrossRef]

Woerdman, J. P.

A. M. Van der Lee, A. L. Mieremet, M. P. van Exter, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 61, 033812-1 (2000).
[CrossRef]

A. M. Van der Lee, M. P. van Exter, A. L. Mieremet, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 81, 5121 (1998).
[CrossRef]

Zeilinger, A.

C. Simon, G. Weihs, and A. Zeilinger, Phys. Rev. Lett. 84, 4729 (2000).
[CrossRef]

Appl. Phys. B (1)

C. Schwob, P. F. Cohadon, C. Fabre, M. A. M. Marte, H. Ritsch, A. Gatti, and L. Lugiato, Appl. Phys. B 66, 685 (1998).
[CrossRef]

Eur. Phys. J. D (1)

P. Grangier and J. P. Poizat, Eur. Phys. J. D 7, 99 (1999).
[CrossRef]

Europhys. Lett. (1)

O. Emile, M. Brunel, A. Le Floch, and F. Bretenaker, Europhys. Lett. 43, 153 (1998).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (2)

K. Petermann, IEEE J. Quantum Electron. 15, 566 (1979).
[CrossRef]

J. L. Doumont, P. L. Mussche, and A. E. Siegman, IEEE J. Quantum Electron. 25, 1960 (1989).
[CrossRef]

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

A. Kostenbauder, Y. Sun, and A. E. Siegman, J. Opt. Soc. Am. A 14, (1997).
[CrossRef]

Phys. Rev. A (6)

A. M. Van der Lee, A. L. Mieremet, M. P. van Exter, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 61, 033812-1 (2000).
[CrossRef]

A. Gatti, H. Wiedemann, L. A. Lugiato, I. Marzoli, G.-L. Oppo, and S. M. Barnett, Phys. Rev. A 56, 877 (1997).
[CrossRef]

M. J. Collet and C. Gardiner, Phys. Rev. A 30, 1386 (1984).
[CrossRef]

C. Lamprecht, M. K. Olsen, M. Collett, and H. Ritsch, Phys. Rev. A 64, 33811 (2001).
[CrossRef]

P. J. Bardroff and S. Stenholm, Phys. Rev. A 61, 023806 (2000).
[CrossRef]

A. E. Siegman, Phys. Rev. A 39, 1253 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

Phys. Rev. Lett. (5)

A. M. Van der Lee, M. P. van Exter, A. L. Mieremet, N. J. van Druten, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 81, 5121 (1998).
[CrossRef]

Y. J. Cheng, C. G. Fanning, and A. E. Siegman, Phys. Rev. Lett. 77, 627 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

C. Lamprecht and H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3787 (1999).
[CrossRef]

C. Simon, G. Weihs, and A. Zeilinger, Phys. Rev. Lett. 84, 4729 (2000).
[CrossRef]

Z. Ou and Y. Lu, Phys. Rev. Lett. 83, 2556 (1999).
[CrossRef]

Other (5)

H. Carmichael, An Open System Approach to Quantum Optics (Springer-Verlag, Berlin, 1993).

C. Lamprecht, M. K. Olsen, P. D. Drummond, and H. Ritsch, submitted to Phys. Rev. A.

C. Lamprecht and H. Ritsch, Phys. Rev. A65, 023803 (2002).
[CrossRef]

A. E. Siegman, Lasers (University Science, Mill Valley, Calif., 1986).

C. W. Gardiner, Quantum Noise (Springer-Verlag, Berlin, 1991).
[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 (2)

Fig. 1
Fig. 1

Steady-state intensity distribution for different cavity geometries and 0=κ0/2, Δ0=0, LG=L/10, and N=5. The resonator is geometrically unstable if L/f<0 or L/f>4.

Fig. 2
Fig. 2

Amplitude quadrature spectrum SXω and phase quadrature spectrum SYω for unstable resonators K=2 compared with the stable cavity result K=1, assuming the parameters 0=κ/2 and Δ=0.

Equations (10)

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

Hint=ig2dxA0Ax,t2-A0*Ax,t2,
Hint=i2nKnbn2-*Knan2,
a·b·=-κ-iΔK*/K-κ+iΔab-ainbin,
aωb-ω=102-Δ2-κ-iω2,k-iω+ΔK*/Kκ-iω-Δainωbin-ω,
Iss=nmanamun*um=nmfnmBmnun*um,
fnm=dω2π×02κn+κm02-Δn2-κn+iω202-Δm2-κm-iω2
IssxK0022κ02+Δ02-02u0x2.
g20=1+1Kκ202.
SX=40κΔ2-02+κ-iω220+κK,
SY=40κΔ2-02+κ-iω220-κK.

Metrics