Abstract

We consider pulse propagation through a Fabry–Perot cavity with silver mirrors that contain macroscopic samples of resonant absorbers. We show that the pulse velocity can be tuned from subluminal to superluminal in a strongly coupled atom–cavity system. We delineate the effects of the interplay of cavity and absorbers. We demonstrate the saturation effects of pulse advancement with increasing mirror thickness and atomic damping.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. W. Boyd and D. J. Gauthier, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, Amsterdam, 2002), Vol. 43, pp. 497–530.
    [CrossRef]
  2. R. Y. Chiao and A. M. Steinberg, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, Amsterdam, 1997), Vol. 37, pp. 345–405.
    [CrossRef]
  3. L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. S. Chu and S. Wong, Phys. Rev. Lett. 48, 738 (1982).
    [CrossRef]
  5. S. Longhi, P. Laporta, M. Belmonte, and E. Recami, Phys. Rev. E 65, 046610 (2002).
    [CrossRef]
  6. S. Esposito, Phys. Rev. E 67, 016609 (2003).
    [CrossRef]
  7. N. Liu, S. Zhu, H. Chen, and X. Wu, Phys. Rev. E 65, 046607 (2002).
    [CrossRef]
  8. M. T. Reiten, D. Grischkowsky, and R. A. Cheville, Phys. Rev. E 64, 036604 (2001).
    [CrossRef]
  9. L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
    [CrossRef]
  10. T. E. Hartman, J. Appl. Phys. 33, 3427 (1962).
    [CrossRef]
  11. H. G. Winful, Phys. Rev. Lett. 90, 023901 (2003).
    [CrossRef]
  12. Y. Zhu, D. J. Gauthier, S. E. Morin, Q. Wu, H. J. Carmichael, and T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 64, 2499 (1990).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. A. Armitage, M. S. Skolnick, A. V. Kavokin, D. S. Whittaker, V. N. Astratov, G. A. Gehring, and J. S. Roberts, Phys. Rev. B 58, 15367 (1998).
    [CrossRef]
  14. S. Dutta Gupta and G. S. Agarwal, Opt. Commun. 115, 597 (1995).
    [CrossRef]
  15. J. J. Sánchez Mondragón, N. B. Narozhny, and J. H. Eberly, Phys. Rev. Lett. 51, 550 (1983).
    [CrossRef]
  16. G. S. Agarwal, Phys. Rev. Lett. 53, 1732 (1984).
    [CrossRef]
  17. Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
    [CrossRef]
  18. E. P. Wigner, Phys. Rev. 98, 145 (1955).
    [CrossRef]
  19. M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon, New York, 1980), Chap. 1.6.
  20. P. Yeh, Optical Waves in Layered Media (Wiley, New York, 1988), Chap. 4.4.3.

2003 (3)

S. Esposito, Phys. Rev. E 67, 016609 (2003).
[CrossRef]

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

H. G. Winful, Phys. Rev. Lett. 90, 023901 (2003).
[CrossRef]

2002 (3)

N. Liu, S. Zhu, H. Chen, and X. Wu, Phys. Rev. E 65, 046607 (2002).
[CrossRef]

S. Longhi, P. Laporta, M. Belmonte, and E. Recami, Phys. Rev. E 65, 046610 (2002).
[CrossRef]

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

M. T. Reiten, D. Grischkowsky, and R. A. Cheville, Phys. Rev. E 64, 036604 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1998 (1)

A. Armitage, M. S. Skolnick, A. V. Kavokin, D. S. Whittaker, V. N. Astratov, G. A. Gehring, and J. S. Roberts, Phys. Rev. B 58, 15367 (1998).
[CrossRef]

1995 (1)

S. Dutta Gupta and G. S. Agarwal, Opt. Commun. 115, 597 (1995).
[CrossRef]

1990 (1)

Y. Zhu, D. J. Gauthier, S. E. Morin, Q. Wu, H. J. Carmichael, and T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 64, 2499 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

1984 (1)

G. S. Agarwal, Phys. Rev. Lett. 53, 1732 (1984).
[CrossRef]

1983 (1)

J. J. Sánchez Mondragón, N. B. Narozhny, and J. H. Eberly, Phys. Rev. Lett. 51, 550 (1983).
[CrossRef]

1982 (1)

S. Chu and S. Wong, Phys. Rev. Lett. 48, 738 (1982).
[CrossRef]

1962 (1)

T. E. Hartman, J. Appl. Phys. 33, 3427 (1962).
[CrossRef]

1955 (1)

E. P. Wigner, Phys. Rev. 98, 145 (1955).
[CrossRef]

Agarwal, G. S.

S. Dutta Gupta and G. S. Agarwal, Opt. Commun. 115, 597 (1995).
[CrossRef]

G. S. Agarwal, Phys. Rev. Lett. 53, 1732 (1984).
[CrossRef]

Armitage, A.

A. Armitage, M. S. Skolnick, A. V. Kavokin, D. S. Whittaker, V. N. Astratov, G. A. Gehring, and J. S. Roberts, Phys. Rev. B 58, 15367 (1998).
[CrossRef]

Astratov, V. N.

A. Armitage, M. S. Skolnick, A. V. Kavokin, D. S. Whittaker, V. N. Astratov, G. A. Gehring, and J. S. Roberts, Phys. Rev. B 58, 15367 (1998).
[CrossRef]

Belmonte, M.

S. Longhi, P. Laporta, M. Belmonte, and E. Recami, Phys. Rev. E 65, 046610 (2002).
[CrossRef]

Born, M.

M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon, New York, 1980), Chap. 1.6.

Boyd, R. W.

R. W. Boyd and D. J. Gauthier, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, Amsterdam, 2002), Vol. 43, pp. 497–530.
[CrossRef]

Carmichael, H. J.

Y. Zhu, D. J. Gauthier, S. E. Morin, Q. Wu, H. J. Carmichael, and T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 64, 2499 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Chen, H.

N. Liu, S. Zhu, H. Chen, and X. Wu, Phys. Rev. E 65, 046607 (2002).
[CrossRef]

Cheville, R. A.

M. T. Reiten, D. Grischkowsky, and R. A. Cheville, Phys. Rev. E 64, 036604 (2001).
[CrossRef]

Chiao, R. Y.

R. Y. Chiao and A. M. Steinberg, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, Amsterdam, 1997), Vol. 37, pp. 345–405.
[CrossRef]

Chu, S.

S. Chu and S. Wong, Phys. Rev. Lett. 48, 738 (1982).
[CrossRef]

Colocci, M.

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

Dal Negro, L.

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

Deng, L.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Dogariu, A.

L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Dutta Gupta, S.

S. Dutta Gupta and G. S. Agarwal, Opt. Commun. 115, 597 (1995).
[CrossRef]

Eberly, J. H.

J. J. Sánchez Mondragón, N. B. Narozhny, and J. H. Eberly, Phys. Rev. Lett. 51, 550 (1983).
[CrossRef]

Esposito, S.

S. Esposito, Phys. Rev. E 67, 016609 (2003).
[CrossRef]

Gaburro, Z.

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

Gauthier, D. J.

Y. Zhu, D. J. Gauthier, S. E. Morin, Q. Wu, H. J. Carmichael, and T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 64, 2499 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

R. W. Boyd and D. J. Gauthier, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, Amsterdam, 2002), Vol. 43, pp. 497–530.
[CrossRef]

Gehring, G. A.

A. Armitage, M. S. Skolnick, A. V. Kavokin, D. S. Whittaker, V. N. Astratov, G. A. Gehring, and J. S. Roberts, Phys. Rev. B 58, 15367 (1998).
[CrossRef]

Grischkowsky, D.

M. T. Reiten, D. Grischkowsky, and R. A. Cheville, Phys. Rev. E 64, 036604 (2001).
[CrossRef]

Hagley, E.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Hartman, T. E.

T. E. Hartman, J. Appl. Phys. 33, 3427 (1962).
[CrossRef]

Johnson, P.

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

Kavokin, A. V.

A. Armitage, M. S. Skolnick, A. V. Kavokin, D. S. Whittaker, V. N. Astratov, G. A. Gehring, and J. S. Roberts, Phys. Rev. B 58, 15367 (1998).
[CrossRef]

Kozuma, M.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Kuga, T.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Kuzmich, A.

L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Lagendijk, A.

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

Laporta, P.

S. Longhi, P. Laporta, M. Belmonte, and E. Recami, Phys. Rev. E 65, 046610 (2002).
[CrossRef]

Liu, N.

N. Liu, S. Zhu, H. Chen, and X. Wu, Phys. Rev. E 65, 046607 (2002).
[CrossRef]

Longhi, S.

S. Longhi, P. Laporta, M. Belmonte, and E. Recami, Phys. Rev. E 65, 046610 (2002).
[CrossRef]

Morin, S. E.

Y. Zhu, D. J. Gauthier, S. E. Morin, Q. Wu, H. J. Carmichael, and T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 64, 2499 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Mossberg, T. W.

Y. Zhu, D. J. Gauthier, S. E. Morin, Q. Wu, H. J. Carmichael, and T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 64, 2499 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Narozhny, N. B.

J. J. Sánchez Mondragón, N. B. Narozhny, and J. H. Eberly, Phys. Rev. Lett. 51, 550 (1983).
[CrossRef]

Oton, C. J.

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

Pavesi, L.

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

Recami, E.

S. Longhi, P. Laporta, M. Belmonte, and E. Recami, Phys. Rev. E 65, 046610 (2002).
[CrossRef]

Reiten, M. T.

M. T. Reiten, D. Grischkowsky, and R. A. Cheville, Phys. Rev. E 64, 036604 (2001).
[CrossRef]

Righini, R.

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

Roberts, J. S.

A. Armitage, M. S. Skolnick, A. V. Kavokin, D. S. Whittaker, V. N. Astratov, G. A. Gehring, and J. S. Roberts, Phys. Rev. B 58, 15367 (1998).
[CrossRef]

Sánchez Mondragón, J. J.

J. J. Sánchez Mondragón, N. B. Narozhny, and J. H. Eberly, Phys. Rev. Lett. 51, 550 (1983).
[CrossRef]

Shimizu, Y.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Shiokawa, N.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Skolnick, M. S.

A. Armitage, M. S. Skolnick, A. V. Kavokin, D. S. Whittaker, V. N. Astratov, G. A. Gehring, and J. S. Roberts, Phys. Rev. B 58, 15367 (1998).
[CrossRef]

Steinberg, A. M.

R. Y. Chiao and A. M. Steinberg, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, Amsterdam, 1997), Vol. 37, pp. 345–405.
[CrossRef]

Wang, L. J.

L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Whittaker, D. S.

A. Armitage, M. S. Skolnick, A. V. Kavokin, D. S. Whittaker, V. N. Astratov, G. A. Gehring, and J. S. Roberts, Phys. Rev. B 58, 15367 (1998).
[CrossRef]

Wiersma, D. S.

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

Wigner, E. P.

E. P. Wigner, Phys. Rev. 98, 145 (1955).
[CrossRef]

Winful, H. G.

H. G. Winful, Phys. Rev. Lett. 90, 023901 (2003).
[CrossRef]

Wolf, E.

M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon, New York, 1980), Chap. 1.6.

Wong, S.

S. Chu and S. Wong, Phys. Rev. Lett. 48, 738 (1982).
[CrossRef]

Wu, Q.

Y. Zhu, D. J. Gauthier, S. E. Morin, Q. Wu, H. J. Carmichael, and T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 64, 2499 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Wu, X.

N. Liu, S. Zhu, H. Chen, and X. Wu, Phys. Rev. E 65, 046607 (2002).
[CrossRef]

Yamamoto, N.

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Yeh, P.

P. Yeh, Optical Waves in Layered Media (Wiley, New York, 1988), Chap. 4.4.3.

Zhu, S.

N. Liu, S. Zhu, H. Chen, and X. Wu, Phys. Rev. E 65, 046607 (2002).
[CrossRef]

Zhu, Y.

Y. Zhu, D. J. Gauthier, S. E. Morin, Q. Wu, H. J. Carmichael, and T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 64, 2499 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

J. Appl. Phys. (1)

T. E. Hartman, J. Appl. Phys. 33, 3427 (1962).
[CrossRef]

Nature (1)

L. J. Wang, A. Kuzmich, and A. Dogariu, Nature 406, 277 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Commun. (1)

S. Dutta Gupta and G. S. Agarwal, Opt. Commun. 115, 597 (1995).
[CrossRef]

Phys. Rev. (1)

E. P. Wigner, Phys. Rev. 98, 145 (1955).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (1)

A. Armitage, M. S. Skolnick, A. V. Kavokin, D. S. Whittaker, V. N. Astratov, G. A. Gehring, and J. S. Roberts, Phys. Rev. B 58, 15367 (1998).
[CrossRef]

Phys. Rev. E (4)

S. Longhi, P. Laporta, M. Belmonte, and E. Recami, Phys. Rev. E 65, 046610 (2002).
[CrossRef]

S. Esposito, Phys. Rev. E 67, 016609 (2003).
[CrossRef]

N. Liu, S. Zhu, H. Chen, and X. Wu, Phys. Rev. E 65, 046607 (2002).
[CrossRef]

M. T. Reiten, D. Grischkowsky, and R. A. Cheville, Phys. Rev. E 64, 036604 (2001).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (7)

L. Dal Negro, C. J. Oton, Z. Gaburro, L. Pavesi, P. Johnson, A. Lagendijk, R. Righini, M. Colocci, and D. S. Wiersma, Phys. Rev. Lett. 90, 055501 (2003).
[CrossRef]

S. Chu and S. Wong, Phys. Rev. Lett. 48, 738 (1982).
[CrossRef]

H. G. Winful, Phys. Rev. Lett. 90, 023901 (2003).
[CrossRef]

Y. Zhu, D. J. Gauthier, S. E. Morin, Q. Wu, H. J. Carmichael, and T. W. Mossberg, Phys. Rev. Lett. 64, 2499 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

J. J. Sánchez Mondragón, N. B. Narozhny, and J. H. Eberly, Phys. Rev. Lett. 51, 550 (1983).
[CrossRef]

G. S. Agarwal, Phys. Rev. Lett. 53, 1732 (1984).
[CrossRef]

Y. Shimizu, N. Shiokawa, N. Yamamoto, M. Kozuma, T. Kuga, L. Deng, and E. Hagley, Phys. Rev. Lett. 89, 233001 (2002).
[CrossRef]

Other (4)

M. Born and E. Wolf, Principles of Optics (Pergamon, New York, 1980), Chap. 1.6.

P. Yeh, Optical Waves in Layered Media (Wiley, New York, 1988), Chap. 4.4.3.

R. W. Boyd and D. J. Gauthier, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, Amsterdam, 2002), Vol. 43, pp. 497–530.
[CrossRef]

R. Y. Chiao and A. M. Steinberg, in Progress in Optics, E. Wolf, ed. (Elsevier, Amsterdam, 1997), Vol. 37, pp. 345–405.
[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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the Fabry–Perot cavity with silver mirrors. The parameters are d1=0.02 µm, d=5.3 µm, ϵAg=-57.8+0.6i.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Absolute values of (a) amplitude transmission T, (b) delay τp-τf, (c) group index ng as functions of frequency f. Curves from top to bottom (close to 280 THz) are for ωp/ω02=0.0,2.0×10-6, 1.0×10-4, respectively, with γ/ω0=10-3. Dashed curves show the results for the slab of resonant absorbers (no mirrors) for ωp/ω02=1.0×10-4. Other parameters are as in Fig. 1.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Absolute value of amplitude reflection coefficient R and (b) delay τp-τf for reflected light as functions of frequency f. Curves from bottom to top are for ωp/ω02=0.0,2.0×10-6, 1.0×10-4, respectively. Other parameters are as in Fig. 2.

Fig. 4
Fig. 4

Phase time τp for the transmitted wave as functions of (a) normalized atomic decay γ/ω0 and (b) mirror thickness d1 for ωp/ω02=1.0×10-4. The pulse carrier is tuned to the empty-cavity resonance. Other parameters are as in Fig. 1.

Equations (2)

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

ϵω=1+ωp2ω02-ω2-2iγω,
τpT,R=ϕT,Rωω=ωc,

Metrics