Abstract

Transient birefringence can be induced in a gas of anisotropic molecules by an intense polarized laser pulse. We propose to use this birefringence to phase match nonlinear optical frequency-conversion processes. The conditions for anisotropic phase matching are derived, and experimental conditions required for phase-matched third-harmonic generation in a gas-filled hollow-core fiber are presented. We show that these conditions are experimentally feasible over a significant parameter range, making possible a new type of nonlinear optics.

© 2003 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. N. Bloembergen, Nonlinear Optics (World Scientific, Teaneck, N.J., 1996).
  2. P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).
    [CrossRef]
  3. N. Katzenellenbogen and D. Grischkowsky, Appl. Phys. Lett. 58, 222 (1991).
    [CrossRef]
  4. M. Nisoli, S. D. Silvestri, V. Magni, and O. Svelto, Opt. Lett. 19, 1973 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. A. McPherson, G. Gibson, H. Jara, U. Johann, T. S. Luk, I. A. McIntyre, K. Boyer, and C. K. Rhodes, J. Opt. Soc. Am. B 4, 595 (1987).
    [CrossRef]
  6. M. Ferray, A. L’Huillier, X. F. Li, L. A. Lompré, G. Mainfray, and C. Manus, J. Phys. B 21, L31 (1987).
    [CrossRef]
  7. A. Rundquist, C. G. Durfee, S. Bakus, C. Herne, Z. Chang, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 280, 1412 (1998).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. 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]
  9. A. H. Kung, J. F. Young, and S. E. Harris, Appl. Phys. Lett. 22, 301 (1973).
    [CrossRef]
  10. C. G. Durfee, S. Backus, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 22, 1565 (1997).
    [CrossRef]
  11. B. Friedrich and D. Herschbach, Phys. Rev. Lett. 74, 4623 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. R. A. Bartels, T. C. Weinacht, N. Wagner, M. Baertchy, C. Greene, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 88, 019303 (2002).
    [CrossRef]
  13. U. Hohm, Chem. Phys. 179, 533 (1994).
  14. D. Nikogasyan, Properties of Optical and Laser-Related Materials (Wiley, New York, 1997).

2002 (1)

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, N. Wagner, M. Baertchy, C. Greene, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 88, 019303 (2002).
[CrossRef]

2000 (1)

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]

1998 (1)

A. Rundquist, C. G. Durfee, S. Bakus, C. Herne, Z. Chang, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 280, 1412 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

1997 (1)

1995 (1)

B. Friedrich and D. Herschbach, Phys. Rev. Lett. 74, 4623 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

1994 (2)

1991 (1)

N. Katzenellenbogen and D. Grischkowsky, Appl. Phys. Lett. 58, 222 (1991).
[CrossRef]

1987 (2)

A. McPherson, G. Gibson, H. Jara, U. Johann, T. S. Luk, I. A. McIntyre, K. Boyer, and C. K. Rhodes, J. Opt. Soc. Am. B 4, 595 (1987).
[CrossRef]

M. Ferray, A. L’Huillier, X. F. Li, L. A. Lompré, G. Mainfray, and C. Manus, J. Phys. B 21, L31 (1987).
[CrossRef]

1973 (1)

A. H. Kung, J. F. Young, and S. E. Harris, Appl. Phys. Lett. 22, 301 (1973).
[CrossRef]

1961 (1)

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).
[CrossRef]

Backus, S.

Baertchy, M.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, N. Wagner, M. Baertchy, C. Greene, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 88, 019303 (2002).
[CrossRef]

Bakus, S.

A. Rundquist, C. G. Durfee, S. Bakus, C. Herne, Z. Chang, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 280, 1412 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

Bartels, R. A.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, N. Wagner, M. Baertchy, C. Greene, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 88, 019303 (2002).
[CrossRef]

Bloembergen, N.

N. Bloembergen, Nonlinear Optics (World Scientific, Teaneck, N.J., 1996).

Boyer, K.

Chang, Z.

A. Rundquist, C. G. Durfee, S. Bakus, C. Herne, Z. Chang, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 280, 1412 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

Durfee, C. G.

A. Rundquist, C. G. Durfee, S. Bakus, C. Herne, Z. Chang, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 280, 1412 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

C. G. Durfee, S. Backus, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 22, 1565 (1997).
[CrossRef]

Ferray, M.

M. Ferray, A. L’Huillier, X. F. Li, L. A. Lompré, G. Mainfray, and C. Manus, J. Phys. B 21, L31 (1987).
[CrossRef]

Franken, P. A.

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).
[CrossRef]

Friedrich, B.

B. Friedrich and D. Herschbach, Phys. Rev. Lett. 74, 4623 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Gibson, G.

Greene, C.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, N. Wagner, M. Baertchy, C. Greene, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 88, 019303 (2002).
[CrossRef]

Grischkowsky, D.

N. Katzenellenbogen and D. Grischkowsky, Appl. Phys. Lett. 58, 222 (1991).
[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]

A. H. Kung, J. F. Young, and S. E. Harris, Appl. Phys. Lett. 22, 301 (1973).
[CrossRef]

Herne, C.

A. Rundquist, C. G. Durfee, S. Bakus, C. Herne, Z. Chang, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 280, 1412 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

Herschbach, D.

B. Friedrich and D. Herschbach, Phys. Rev. Lett. 74, 4623 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Hill, A. E.

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).
[CrossRef]

Hohm, U.

U. Hohm, Chem. Phys. 179, 533 (1994).

Jara, H.

Johann, U.

Kapteyn, H. C.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, N. Wagner, M. Baertchy, C. Greene, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 88, 019303 (2002).
[CrossRef]

A. Rundquist, C. G. Durfee, S. Bakus, C. Herne, Z. Chang, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 280, 1412 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

C. G. Durfee, S. Backus, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 22, 1565 (1997).
[CrossRef]

Katzenellenbogen, N.

N. Katzenellenbogen and D. Grischkowsky, Appl. Phys. Lett. 58, 222 (1991).
[CrossRef]

Kung, A. H.

A. H. Kung, J. F. Young, and S. E. Harris, Appl. Phys. Lett. 22, 301 (1973).
[CrossRef]

L’Huillier, A.

M. Ferray, A. L’Huillier, X. F. Li, L. A. Lompré, G. Mainfray, and C. Manus, J. Phys. B 21, L31 (1987).
[CrossRef]

Li, X. F.

M. Ferray, A. L’Huillier, X. F. Li, L. A. Lompré, G. Mainfray, and C. Manus, J. Phys. B 21, L31 (1987).
[CrossRef]

Lompré, L. A.

M. Ferray, A. L’Huillier, X. F. Li, L. A. Lompré, G. Mainfray, and C. Manus, J. Phys. B 21, L31 (1987).
[CrossRef]

Luk, T. S.

Magni, V.

Mainfray, G.

M. Ferray, A. L’Huillier, X. F. Li, L. A. Lompré, G. Mainfray, and C. Manus, J. Phys. B 21, L31 (1987).
[CrossRef]

Manus, C.

M. Ferray, A. L’Huillier, X. F. Li, L. A. Lompré, G. Mainfray, and C. Manus, J. Phys. B 21, L31 (1987).
[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]

McIntyre, I. A.

McPherson, A.

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]

Murnane, M. M.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, N. Wagner, M. Baertchy, C. Greene, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 88, 019303 (2002).
[CrossRef]

A. Rundquist, C. G. Durfee, S. Bakus, C. Herne, Z. Chang, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 280, 1412 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

C. G. Durfee, S. Backus, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Opt. Lett. 22, 1565 (1997).
[CrossRef]

Nikogasyan, D.

D. Nikogasyan, Properties of Optical and Laser-Related Materials (Wiley, New York, 1997).

Nisoli, M.

Peters, C. W.

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).
[CrossRef]

Rhodes, C. K.

Rundquist, A.

A. Rundquist, C. G. Durfee, S. Bakus, C. Herne, Z. Chang, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 280, 1412 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

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]

Silvestri, S. D.

Svelto, O.

Wagner, N.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, N. Wagner, M. Baertchy, C. Greene, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 88, 019303 (2002).
[CrossRef]

Weinacht, T. C.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, N. Wagner, M. Baertchy, C. Greene, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 88, 019303 (2002).
[CrossRef]

Weinreich, G.

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).
[CrossRef]

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]

Young, J. F.

A. H. Kung, J. F. Young, and S. E. Harris, Appl. Phys. Lett. 22, 301 (1973).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (2)

N. Katzenellenbogen and D. Grischkowsky, Appl. Phys. Lett. 58, 222 (1991).
[CrossRef]

A. H. Kung, J. F. Young, and S. E. Harris, Appl. Phys. Lett. 22, 301 (1973).
[CrossRef]

Chem. Phys. (1)

U. Hohm, Chem. Phys. 179, 533 (1994).

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

J. Phys. B (1)

M. Ferray, A. L’Huillier, X. F. Li, L. A. Lompré, G. Mainfray, and C. Manus, J. Phys. B 21, L31 (1987).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. Lett. (4)

P. A. Franken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, Phys. Rev. Lett. 7, 118 (1961).
[CrossRef]

B. Friedrich and D. Herschbach, Phys. Rev. Lett. 74, 4623 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, N. Wagner, M. Baertchy, C. Greene, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Phys. Rev. Lett. 88, 019303 (2002).
[CrossRef]

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]

Science (1)

A. Rundquist, C. G. Durfee, S. Bakus, C. Herne, Z. Chang, M. M. Murnane, and H. C. Kapteyn, Science 280, 1412 (1998).
[CrossRef] [PubMed]

Other (2)

D. Nikogasyan, Properties of Optical and Laser-Related Materials (Wiley, New York, 1997).

N. Bloembergen, Nonlinear Optics (World Scientific, Teaneck, N.J., 1996).

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

Measured phase of the first rotational revival in CO2 for a probe polarized parallel (solid curve) and perpendicularly (dashed curve) to the alignment pulse polarization direction. The inset shows the alignment geometry.

Fig. 2
Fig. 2

Phase-matching curves for type IIα (solid curves) and type IIβ (dashed curves) THG processes for the molecular gases listed in Table 1. (a) Free-space alignment required for THG in molecular gases across a broad frequency range. (b) Gas pressure needed for THG with an 800-nm fundamental beam in a 175µm hollow fiber.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 Conditions Required for Phase Matching Third-Harmonic Frequency Conversion of 800-nm Light with Aligned Linear Molecules in a Hollow-Core Fiber for Peak Intensities (in femtoseconds) of 3×1013 (τa), 6×1013 (τb), and 9×1013 (τc) W/cm2

Metrics