Abstract

We show theoretically that a chirped quasi-phase-matching nonlinear crystal structure can significantly enhance the axial resolution in quantum optical coherence tomography by increasing the spectral width of the generated entangled photon pairs. For pulsed pumps we show how the pump-pulse duration affects the maximum resolution attainable.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. C. Youngquist, S. Carr, and D. E. N. Davies, Opt. Lett. 12, 158 (1987).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. K. Takada, I. Yokohama, K. Chida, and J. Noda, Appl. Opt. 26, 1603 (1987).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. A. F. Fercher and E. Roth, Proc. SPIE 658, 48 (1986).
    [CrossRef]
  4. D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. B. E. Bouma and G. J. Tearney, eds., Handbook of Optical Coherence Tomography (Marcel Dekker, New York, 2002).
  6. W. Drexler, J. Biomed. Opt. 9, 47 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. W. Drexler, U. Morgner, F. X. Kärtner, C. Pitris, S. A. Boppart, X. D. Li, E. P. Ippen, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 24, 1221 (1999).
    [CrossRef]
  8. A. M. Kowalevicz, T. Ko, I. Harlt, J. G. Fujimoto, M. Pollnau, and R. P. Salathé, Opt. Express 10, 349 (2002), http://www.opticsexpress.org .
    [CrossRef] [PubMed]
  9. C. K. Hitzenberger, A. Baumgartner, W. Drexler, and A. F. Fercher, J. Biomed. Opt. 4, 144 (1999).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. Y. Wang, J. S. Nelson, Z. Chen, B. J. Reiser, R. S. Chuck, and R. S. Windeler, Opt. Express 11, 1411 (2003), http://www.opticsexpress.org .
    [CrossRef] [PubMed]
  11. A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, R. Zawadzki, B. Karamata, and T. Lasser, Opt. Commun. 204, 67 (2002).
    [CrossRef]
  12. M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. Lett. 91, 0836011 (2003).
    [CrossRef]
  13. A. M. Steinberg, P. G. Kwiat, and R. Y. Chiao, Phys. Rev. Lett. 68, 2421 (1992).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. M. C. Booth, M. Atatüre, G. Di Giuseppe, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 023815 (2002).
    [CrossRef]
  15. A. De Rossi and V. Berger, Phys. Rev. Lett. 88, 043901 (2002).
    [CrossRef]
  16. G. Di Giuseppe, M. Atatüre, M. D. Shaw, A. V. Sergienko, B. E. A. Saleh, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 013801 (2002).
    [CrossRef]
  17. J. P. Torres, A. Alexandrescu, S. Carrasco, and L. Torner, Opt. Lett. 29, 376 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  18. B. E. A. Saleh, A. F. Abouraddy, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 62, 043816 (2000).
    [CrossRef]
  19. A. F. Abouraddy, M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 65, 053817 (2002).
    [CrossRef]
  20. A. G. Van Engen, S. A. Diddams, and T. S. Clement, Appl. Opt. 37, 5679 (1998).
    [CrossRef]
  21. R. Tripathi, N. Nassif, J. S. Nelson, B. H. Park, and J. F. de Boer, Opt. Lett. 27, 406 (2002).
    [CrossRef]

2004 (2)

2003 (2)

2002 (7)

A. F. Abouraddy, M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 65, 053817 (2002).
[CrossRef]

R. Tripathi, N. Nassif, J. S. Nelson, B. H. Park, and J. F. de Boer, Opt. Lett. 27, 406 (2002).
[CrossRef]

A. M. Kowalevicz, T. Ko, I. Harlt, J. G. Fujimoto, M. Pollnau, and R. P. Salathé, Opt. Express 10, 349 (2002), http://www.opticsexpress.org .
[CrossRef] [PubMed]

M. C. Booth, M. Atatüre, G. Di Giuseppe, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 023815 (2002).
[CrossRef]

A. De Rossi and V. Berger, Phys. Rev. Lett. 88, 043901 (2002).
[CrossRef]

G. Di Giuseppe, M. Atatüre, M. D. Shaw, A. V. Sergienko, B. E. A. Saleh, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 013801 (2002).
[CrossRef]

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, R. Zawadzki, B. Karamata, and T. Lasser, Opt. Commun. 204, 67 (2002).
[CrossRef]

2000 (1)

B. E. A. Saleh, A. F. Abouraddy, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 62, 043816 (2000).
[CrossRef]

1999 (2)

1998 (1)

1992 (1)

A. M. Steinberg, P. G. Kwiat, and R. Y. Chiao, Phys. Rev. Lett. 68, 2421 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

1991 (1)

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

1987 (2)

1986 (1)

A. F. Fercher and E. Roth, Proc. SPIE 658, 48 (1986).
[CrossRef]

Abouraddy, A. F.

A. F. Abouraddy, M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 65, 053817 (2002).
[CrossRef]

B. E. A. Saleh, A. F. Abouraddy, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 62, 043816 (2000).
[CrossRef]

Alexandrescu, A.

Atatüre, M.

M. C. Booth, M. Atatüre, G. Di Giuseppe, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 023815 (2002).
[CrossRef]

G. Di Giuseppe, M. Atatüre, M. D. Shaw, A. V. Sergienko, B. E. A. Saleh, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 013801 (2002).
[CrossRef]

Baumgartner, A.

C. K. Hitzenberger, A. Baumgartner, W. Drexler, and A. F. Fercher, J. Biomed. Opt. 4, 144 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Berger, V.

A. De Rossi and V. Berger, Phys. Rev. Lett. 88, 043901 (2002).
[CrossRef]

Booth, M. C.

M. C. Booth, M. Atatüre, G. Di Giuseppe, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 023815 (2002).
[CrossRef]

Boppart, S. A.

Carr, S.

Carrasco, S.

Chang, W.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Chen, Z.

Chiao, R. Y.

A. M. Steinberg, P. G. Kwiat, and R. Y. Chiao, Phys. Rev. Lett. 68, 2421 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Chida, K.

Chuck, R. S.

Clement, T. S.

Davies, D. E. N.

de Boer, J. F.

De Rossi, A.

A. De Rossi and V. Berger, Phys. Rev. Lett. 88, 043901 (2002).
[CrossRef]

Di Giuseppe, G.

M. C. Booth, M. Atatüre, G. Di Giuseppe, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 023815 (2002).
[CrossRef]

G. Di Giuseppe, M. Atatüre, M. D. Shaw, A. V. Sergienko, B. E. A. Saleh, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 013801 (2002).
[CrossRef]

Diddams, S. A.

Drexler, W.

W. Drexler, J. Biomed. Opt. 9, 47 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

C. K. Hitzenberger, A. Baumgartner, W. Drexler, and A. F. Fercher, J. Biomed. Opt. 4, 144 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

W. Drexler, U. Morgner, F. X. Kärtner, C. Pitris, S. A. Boppart, X. D. Li, E. P. Ippen, and J. G. Fujimoto, Opt. Lett. 24, 1221 (1999).
[CrossRef]

Fercher, A. F.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, R. Zawadzki, B. Karamata, and T. Lasser, Opt. Commun. 204, 67 (2002).
[CrossRef]

C. K. Hitzenberger, A. Baumgartner, W. Drexler, and A. F. Fercher, J. Biomed. Opt. 4, 144 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

A. F. Fercher and E. Roth, Proc. SPIE 658, 48 (1986).
[CrossRef]

Flotte, T.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Fujimoto, J. G.

Gregory, K.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Harlt, I.

Hee, M. R.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Hitzenberger, C. K.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, R. Zawadzki, B. Karamata, and T. Lasser, Opt. Commun. 204, 67 (2002).
[CrossRef]

C. K. Hitzenberger, A. Baumgartner, W. Drexler, and A. F. Fercher, J. Biomed. Opt. 4, 144 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Huang, D.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Ippen, E. P.

Karamata, B.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, R. Zawadzki, B. Karamata, and T. Lasser, Opt. Commun. 204, 67 (2002).
[CrossRef]

Kärtner, F. X.

Ko, T.

Kowalevicz, A. M.

Kwiat, P. G.

A. M. Steinberg, P. G. Kwiat, and R. Y. Chiao, Phys. Rev. Lett. 68, 2421 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Lasser, T.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, R. Zawadzki, B. Karamata, and T. Lasser, Opt. Commun. 204, 67 (2002).
[CrossRef]

Li, X. D.

Lin, C. P.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Morgner, U.

Nasr, M. B.

M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. Lett. 91, 0836011 (2003).
[CrossRef]

A. F. Abouraddy, M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 65, 053817 (2002).
[CrossRef]

Nassif, N.

Nelson, J. S.

Noda, J.

Park, B. H.

Pitris, C.

Pollnau, M.

Puliafito, C. A.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Reiser, B. J.

Roth, E.

A. F. Fercher and E. Roth, Proc. SPIE 658, 48 (1986).
[CrossRef]

Salathé, R. P.

Saleh, B. E. A.

M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. Lett. 91, 0836011 (2003).
[CrossRef]

A. F. Abouraddy, M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 65, 053817 (2002).
[CrossRef]

M. C. Booth, M. Atatüre, G. Di Giuseppe, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 023815 (2002).
[CrossRef]

G. Di Giuseppe, M. Atatüre, M. D. Shaw, A. V. Sergienko, B. E. A. Saleh, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 013801 (2002).
[CrossRef]

B. E. A. Saleh, A. F. Abouraddy, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 62, 043816 (2000).
[CrossRef]

Schuman, J. S.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Sergienko, A. V.

M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. Lett. 91, 0836011 (2003).
[CrossRef]

A. F. Abouraddy, M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 65, 053817 (2002).
[CrossRef]

G. Di Giuseppe, M. Atatüre, M. D. Shaw, A. V. Sergienko, B. E. A. Saleh, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 013801 (2002).
[CrossRef]

M. C. Booth, M. Atatüre, G. Di Giuseppe, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 023815 (2002).
[CrossRef]

B. E. A. Saleh, A. F. Abouraddy, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 62, 043816 (2000).
[CrossRef]

Shaw, M. D.

G. Di Giuseppe, M. Atatüre, M. D. Shaw, A. V. Sergienko, B. E. A. Saleh, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 013801 (2002).
[CrossRef]

Steinberg, A. M.

A. M. Steinberg, P. G. Kwiat, and R. Y. Chiao, Phys. Rev. Lett. 68, 2421 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Sticker, M.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, R. Zawadzki, B. Karamata, and T. Lasser, Opt. Commun. 204, 67 (2002).
[CrossRef]

Stinson, W. G.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Swanson, E. A.

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Takada, K.

Teich, M. C.

M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. Lett. 91, 0836011 (2003).
[CrossRef]

A. F. Abouraddy, M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 65, 053817 (2002).
[CrossRef]

G. Di Giuseppe, M. Atatüre, M. D. Shaw, A. V. Sergienko, B. E. A. Saleh, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 013801 (2002).
[CrossRef]

M. C. Booth, M. Atatüre, G. Di Giuseppe, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 023815 (2002).
[CrossRef]

B. E. A. Saleh, A. F. Abouraddy, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 62, 043816 (2000).
[CrossRef]

Torner, L.

Torres, J. P.

Tripathi, R.

Van Engen, A. G.

Wang, Y.

Windeler, R. S.

Yokohama, I.

Youngquist, R. C.

Zawadzki, R.

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, R. Zawadzki, B. Karamata, and T. Lasser, Opt. Commun. 204, 67 (2002).
[CrossRef]

Appl. Opt. (2)

J. Biomed. Opt. (2)

W. Drexler, J. Biomed. Opt. 9, 47 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

C. K. Hitzenberger, A. Baumgartner, W. Drexler, and A. F. Fercher, J. Biomed. Opt. 4, 144 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Commun. (1)

A. F. Fercher, C. K. Hitzenberger, M. Sticker, R. Zawadzki, B. Karamata, and T. Lasser, Opt. Commun. 204, 67 (2002).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (4)

Phys. Rev. A (4)

G. Di Giuseppe, M. Atatüre, M. D. Shaw, A. V. Sergienko, B. E. A. Saleh, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 013801 (2002).
[CrossRef]

B. E. A. Saleh, A. F. Abouraddy, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 62, 043816 (2000).
[CrossRef]

A. F. Abouraddy, M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 65, 053817 (2002).
[CrossRef]

M. C. Booth, M. Atatüre, G. Di Giuseppe, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. A 66, 023815 (2002).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (3)

A. De Rossi and V. Berger, Phys. Rev. Lett. 88, 043901 (2002).
[CrossRef]

M. B. Nasr, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, and M. C. Teich, Phys. Rev. Lett. 91, 0836011 (2003).
[CrossRef]

A. M. Steinberg, P. G. Kwiat, and R. Y. Chiao, Phys. Rev. Lett. 68, 2421 (1992).
[CrossRef] [PubMed]

Proc. SPIE (1)

A. F. Fercher and E. Roth, Proc. SPIE 658, 48 (1986).
[CrossRef]

Science (1)

D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman, W. G. Stinson, W. Chang, M. R. Hee, T. Flotte, K. Gregory, C. A. Puliafito, and J. G. Fujimoto, Science 254, 1178 (1991).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

B. E. Bouma and G. J. Tearney, eds., Handbook of Optical Coherence Tomography (Marcel Dekker, New York, 2002).

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

(a) Calculated spectral width of Φ2 and (b) QOCT axial resolution versus chirp parameter Δp/p0 for cw pump excitation at λp=412 nm. The twin-photon source is taken to be a PPKTP crystal of length L=1 mm with chirp parameter Δp/p0. The open circles indicate calculations for p0=p0, pL=p0+Δp. The filled circles are calculations for p0=p0-Δp/2, pL=p0+Δp/2. The hypothetical sample under study is formed by two membranes with reflection coefficients r1=r2=0.2 separated by a distance Ls=5 µm and filled with water. The insets in (a) and (b) are sketches of the chirped QPM crystal and the probed sample, respectively.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Calculated spectrum Φ2 and (b) coincidence interferogram for the points labeled in Fig. 1. Results for a uniform crystal (A) are shown in all the figures for easy comparison as a thick curve; B, p0=p0, Δp=0.5 µm; C, p0=p0, Δp=-0.5 µm; D, pL/2=p0, Δp=0.5 µm.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Axial resolution versus the pump-pulse duration for A, unchirped crystal (squares) and two selected chirped crystals with B, p0=p0, Δp=0.5 µm (open circles) and C, p0=p0, Δp=-0.5 µm (filled circles). The dashed curves represent the corresponding resolution for cw excitation in each case. (b) Coincidence interferogram for pulse durations of 0.5 ps and 10 fs in the unchirped crystal case.

Equations (2)

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

|Ψ=dωsdωiΦωs,ωiaˆsωsaˆiωi|0,0,
CτdωsdωiHωiΦωi,ωs-HωsΦωs,ωiexp-iωs-ωiτ2,

Metrics