Abstract

Using a broadband femtosecond laser and a simple optical setup, we demonstrate narrow-bandwidth-tunable excitation of vibrational modes in CCl4 and CHBr3 liquids. The resolution obtained is 80 times higher than the laser bandwidth. A pair of time-shifted, linearly chirped pulses is created by use of a high-order dispersion-compensated prism–interferometer setup. We use this pulse pair to selectively excite Raman-active transitions. Our setup represents a significant simplification with improved resolution, of previous approaches to the use of ultrashort pulses for chemically selective spectroscopy.

© 2003 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. B. Schrader, Infrared and Raman Spectroscopy (VCH, Weinheim, Germany, 1995).
    [CrossRef]
  2. M. D. Levenstein, Introduction to Nonlinear Laser Spectroscopy (Academic, San Diego, Calif., 1982).
  3. M. D. Fayer, Ultrafast Infrared and Raman Spectroscopy (Marcel Dekker, New York, 2001).
    [CrossRef]
  4. A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
    [CrossRef]
  5. S. De Silvestri, J. G. Fujimoto, E. P. Ippen, E. B. Gamble, L. R. Williams, and K. A. Nelson, Chem. Phys. Lett. 116, 146 (1985).
  6. A. M. Weiner, D. E. Leaird, G. P. Wiederrecht, and K. A. Nelson, Science 247, 1317 (1990).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. D. Oron, N. Dudovich, D. Yelin, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 88, 063004 (2002).
    [CrossRef]
  8. L. Dhar, J. A. Rogers, and K. A. Nelson, Chem. Rev. 94, 157 (1994).
    [CrossRef]
  9. T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).
  10. R. A. Bartels, T. C. Weinacht, S. R. Leone, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 88, 033001 (2002).
    [CrossRef]
  11. A. S. Weling, Appl. Phys. Lett. 64, 137 (1994).
    [CrossRef]
  12. N. Dudovich, D. Oron, and Y. Silberberg, Nature 416, 512 (2002).
    [CrossRef]
  13. M. T. Asaki, C. P. Huang, D. Garvey, J. Zhou, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Opt. Lett. 18, 977 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. J. P. Zhou, G. Taft, C. P. Huang, M. M. Murnane, H. C. Kapteyn, and I. P. Christov, Opt. Lett. 19, 1149 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. C. P. Huang, H. C. Kapteyn, J. W. McIntosh, and M. M. Murnane, Opt. Lett. 17, 139 (1992).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. R. K. Shelton, S. M. Foreman, L. S. Ma, J. L. Hall, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, M. Notcutt, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 313 (2002).
    [CrossRef]

2002 (4)

D. Oron, N. Dudovich, D. Yelin, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 88, 063004 (2002).
[CrossRef]

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, S. R. Leone, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 88, 033001 (2002).
[CrossRef]

N. Dudovich, D. Oron, and Y. Silberberg, Nature 416, 512 (2002).
[CrossRef]

R. K. Shelton, S. M. Foreman, L. S. Ma, J. L. Hall, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, M. Notcutt, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 313 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

1999 (1)

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

1994 (3)

L. Dhar, J. A. Rogers, and K. A. Nelson, Chem. Rev. 94, 157 (1994).
[CrossRef]

A. S. Weling, Appl. Phys. Lett. 64, 137 (1994).
[CrossRef]

J. P. Zhou, G. Taft, C. P. Huang, M. M. Murnane, H. C. Kapteyn, and I. P. Christov, Opt. Lett. 19, 1149 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

1993 (1)

1992 (1)

1990 (1)

A. M. Weiner, D. E. Leaird, G. P. Wiederrecht, and K. A. Nelson, Science 247, 1317 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

1985 (1)

S. De Silvestri, J. G. Fujimoto, E. P. Ippen, E. B. Gamble, L. R. Williams, and K. A. Nelson, Chem. Phys. Lett. 116, 146 (1985).

Asaki, M. T.

Backus, S.

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

Bartels, R.

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

Bartels, R. A.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, S. R. Leone, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 88, 033001 (2002).
[CrossRef]

Bucksbaum, P. H.

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

Christov, I. P.

De Silvestri, S.

S. De Silvestri, J. G. Fujimoto, E. P. Ippen, E. B. Gamble, L. R. Williams, and K. A. Nelson, Chem. Phys. Lett. 116, 146 (1985).

Dhar, L.

L. Dhar, J. A. Rogers, and K. A. Nelson, Chem. Rev. 94, 157 (1994).
[CrossRef]

Dudovich, N.

D. Oron, N. Dudovich, D. Yelin, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 88, 063004 (2002).
[CrossRef]

N. Dudovich, D. Oron, and Y. Silberberg, Nature 416, 512 (2002).
[CrossRef]

Fayer, M. D.

M. D. Fayer, Ultrafast Infrared and Raman Spectroscopy (Marcel Dekker, New York, 2001).
[CrossRef]

Foreman, S. M.

R. K. Shelton, S. M. Foreman, L. S. Ma, J. L. Hall, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, M. Notcutt, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 313 (2002).
[CrossRef]

Fujimoto, J. G.

S. De Silvestri, J. G. Fujimoto, E. P. Ippen, E. B. Gamble, L. R. Williams, and K. A. Nelson, Chem. Phys. Lett. 116, 146 (1985).

Gamble, E. B.

S. De Silvestri, J. G. Fujimoto, E. P. Ippen, E. B. Gamble, L. R. Williams, and K. A. Nelson, Chem. Phys. Lett. 116, 146 (1985).

Garvey, D.

Geremia, J. M.

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

Hall, J. L.

R. K. Shelton, S. M. Foreman, L. S. Ma, J. L. Hall, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, M. Notcutt, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 313 (2002).
[CrossRef]

Holtom, G. R.

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Huang, C. P.

Ippen, E. P.

S. De Silvestri, J. G. Fujimoto, E. P. Ippen, E. B. Gamble, L. R. Williams, and K. A. Nelson, Chem. Phys. Lett. 116, 146 (1985).

Kapteyn, H. C.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, S. R. Leone, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 88, 033001 (2002).
[CrossRef]

R. K. Shelton, S. M. Foreman, L. S. Ma, J. L. Hall, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, M. Notcutt, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 313 (2002).
[CrossRef]

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

J. P. Zhou, G. Taft, C. P. Huang, M. M. Murnane, H. C. Kapteyn, and I. P. Christov, Opt. Lett. 19, 1149 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

M. T. Asaki, C. P. Huang, D. Garvey, J. Zhou, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Opt. Lett. 18, 977 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

C. P. Huang, H. C. Kapteyn, J. W. McIntosh, and M. M. Murnane, Opt. Lett. 17, 139 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Leaird, D. E.

A. M. Weiner, D. E. Leaird, G. P. Wiederrecht, and K. A. Nelson, Science 247, 1317 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Leone, S. R.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, S. R. Leone, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 88, 033001 (2002).
[CrossRef]

Levenstein, M. D.

M. D. Levenstein, Introduction to Nonlinear Laser Spectroscopy (Academic, San Diego, Calif., 1982).

Ma, L. S.

R. K. Shelton, S. M. Foreman, L. S. Ma, J. L. Hall, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, M. Notcutt, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 313 (2002).
[CrossRef]

McIntosh, J. W.

Murnane, M. M.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, S. R. Leone, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 88, 033001 (2002).
[CrossRef]

R. K. Shelton, S. M. Foreman, L. S. Ma, J. L. Hall, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, M. Notcutt, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 313 (2002).
[CrossRef]

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

J. P. Zhou, G. Taft, C. P. Huang, M. M. Murnane, H. C. Kapteyn, and I. P. Christov, Opt. Lett. 19, 1149 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

M. T. Asaki, C. P. Huang, D. Garvey, J. Zhou, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Opt. Lett. 18, 977 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

C. P. Huang, H. C. Kapteyn, J. W. McIntosh, and M. M. Murnane, Opt. Lett. 17, 139 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Nelson, K. A.

L. Dhar, J. A. Rogers, and K. A. Nelson, Chem. Rev. 94, 157 (1994).
[CrossRef]

A. M. Weiner, D. E. Leaird, G. P. Wiederrecht, and K. A. Nelson, Science 247, 1317 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

S. De Silvestri, J. G. Fujimoto, E. P. Ippen, E. B. Gamble, L. R. Williams, and K. A. Nelson, Chem. Phys. Lett. 116, 146 (1985).

Notcutt, M.

R. K. Shelton, S. M. Foreman, L. S. Ma, J. L. Hall, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, M. Notcutt, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 313 (2002).
[CrossRef]

Oron, D.

N. Dudovich, D. Oron, and Y. Silberberg, Nature 416, 512 (2002).
[CrossRef]

D. Oron, N. Dudovich, D. Yelin, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 88, 063004 (2002).
[CrossRef]

Pearson, B.

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

Rabitz, H.

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

Rogers, J. A.

L. Dhar, J. A. Rogers, and K. A. Nelson, Chem. Rev. 94, 157 (1994).
[CrossRef]

Schrader, B.

B. Schrader, Infrared and Raman Spectroscopy (VCH, Weinheim, Germany, 1995).
[CrossRef]

Shelton, R. K.

R. K. Shelton, S. M. Foreman, L. S. Ma, J. L. Hall, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, M. Notcutt, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 313 (2002).
[CrossRef]

Silberberg, Y.

N. Dudovich, D. Oron, and Y. Silberberg, Nature 416, 512 (2002).
[CrossRef]

D. Oron, N. Dudovich, D. Yelin, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 88, 063004 (2002).
[CrossRef]

Taft, G.

Weinacht, T. C.

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, S. R. Leone, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 88, 033001 (2002).
[CrossRef]

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

Weiner, A. M.

A. M. Weiner, D. E. Leaird, G. P. Wiederrecht, and K. A. Nelson, Science 247, 1317 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Weling, A. S.

A. S. Weling, Appl. Phys. Lett. 64, 137 (1994).
[CrossRef]

Wiederrecht, G. P.

A. M. Weiner, D. E. Leaird, G. P. Wiederrecht, and K. A. Nelson, Science 247, 1317 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Williams, L. R.

S. De Silvestri, J. G. Fujimoto, E. P. Ippen, E. B. Gamble, L. R. Williams, and K. A. Nelson, Chem. Phys. Lett. 116, 146 (1985).

Xie, X. S.

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Ye, J.

R. K. Shelton, S. M. Foreman, L. S. Ma, J. L. Hall, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, M. Notcutt, and J. Ye, Opt. Lett. 27, 313 (2002).
[CrossRef]

Yelin, D.

D. Oron, N. Dudovich, D. Yelin, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 88, 063004 (2002).
[CrossRef]

Zhou, J.

Zhou, J. P.

Zumbusch, A.

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

A. S. Weling, Appl. Phys. Lett. 64, 137 (1994).
[CrossRef]

Chem. Phys. Lett. (2)

S. De Silvestri, J. G. Fujimoto, E. P. Ippen, E. B. Gamble, L. R. Williams, and K. A. Nelson, Chem. Phys. Lett. 116, 146 (1985).

T. C. Weinacht, R. Bartels, S. Backus, P. H. Bucksbaum, B. Pearson, J. M. Geremia, H. Rabitz, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Chem. Phys. Lett. 344, 333 (2001).

Chem. Rev. (1)

L. Dhar, J. A. Rogers, and K. A. Nelson, Chem. Rev. 94, 157 (1994).
[CrossRef]

Nature (1)

N. Dudovich, D. Oron, and Y. Silberberg, Nature 416, 512 (2002).
[CrossRef]

Opt. Lett. (4)

Phys. Rev. Lett. (3)

R. A. Bartels, T. C. Weinacht, S. R. Leone, H. C. Kapteyn, and M. M. Murnane, Phys. Rev. Lett. 88, 033001 (2002).
[CrossRef]

A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, Phys. Rev. Lett. 82, 4142 (1999).
[CrossRef]

D. Oron, N. Dudovich, D. Yelin, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett. 88, 063004 (2002).
[CrossRef]

Science (1)

A. M. Weiner, D. E. Leaird, G. P. Wiederrecht, and K. A. Nelson, Science 247, 1317 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Other (3)

B. Schrader, Infrared and Raman Spectroscopy (VCH, Weinheim, Germany, 1995).
[CrossRef]

M. D. Levenstein, Introduction to Nonlinear Laser Spectroscopy (Academic, San Diego, Calif., 1982).

M. D. Fayer, Ultrafast Infrared and Raman Spectroscopy (Marcel Dekker, New York, 2001).
[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

Experimental setup for mode-selective excitation in liquids: APD, avalanche photodiode.

Fig. 2
Fig. 2

Kerr effect signals in CCl4, as a function of pump–probe delay, for two pump pulse sequences that preferentially excite the v2 or v4 modes.

Fig. 3
Fig. 3

Kerr effect signal in CHBr3, as a function of pump–probe delay. The curves represent different time delays between the two pulses that were used to generate the pump pulse sequence, and hence different excitation pulse sequences. Inset, experimentally measured resolution.

Equations (1)

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

dQ2dt2+2γdQdt+Ωv2Q=N2dαdQ0At2,

Metrics