Abstract

Four-wave mixing can be used to generate coherent output beams, with frequencies difficult to acquire in commercial lasers. Here, a single narrow external cavity diode laser locked to the two photon 5s5d transition in rubidium is combined with a tapered amplifier system to produce a high power cw beam at 778 nm and used to generate coherent light at 420 nm through parametric four-wave mixing. This process is analyzed in terms of the intensity and frequency of the incoming beam as well as the atomic density of the sample. The efficiency of the process is currently limited when on resonance due to the absorption of the 420 nm beam, and modifications should allow a significant increase in output power.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. M. Camacho, P. K. Vudyasetu, and J. C. Howell, Nat. Photonics 3, 103 (2009).
    [CrossRef]
  2. E. Brekke, J. Day, and T. G. Walker, Phys. Rev. A 78, 063830 (2008).
    [CrossRef]
  3. A. Kölle, G. Epple, H. Kübler, R. Löw, and T. Pfau, Phys. Rev. A 85, 063821 (2012).
    [CrossRef]
  4. W. C. Magno, R. B. Prandini, P. Nussenzveig, and S. S. Vianna, Phys. Rev. A 63, 063406 (2001).
    [CrossRef]
  5. R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 82, 053842 (2010).
    [CrossRef]
  6. C. J. Zhu, A. A. Senin, Z. H. Lu, J. Gao, Y. Xiao, and J. G. Eden, Phys. Rev. A 72, 023811 (2005).
    [CrossRef]
  7. R. K. Wunderlich, W. R. Garrett, R. C. Hart, M. A. Moore, and M. G. Payne, Phys. Rev. A 41, 6345 (1990).
    [CrossRef]
  8. C. V. Sulham, G. A. Pitz, and G. P. Perram, Appl. Phys. B 101, 57 (2010).
    [CrossRef]
  9. G. O. Ariunbold, M. M. Kash, V. A. Sautenkov, H. Li, Y. V. Rostovtsev, G. R. Welch, and M. O. Scully, J. Opt. Soc. Am. B 28, 515 (2011).
    [CrossRef]
  10. A. S. Zibrov, M. D. Lukin, L. Hollberg, and M. O. Scully, Phys. Rev. A 65, 051801(R) (2002).
    [CrossRef]
  11. A. A. Akulshin, R. J. McLean, A. I. Sidorov, and P. Hannaford, Opt. Express 17, 22861 (2009).
    [CrossRef]
  12. A. Vernier, S. Franke-Arnold, E. Riis, and A. S. Arnold, Opt. Express 18, 17020 (2010).
    [CrossRef]
  13. G. Walker, A. S. Arnold, and S. Franke-Arnold, Phys. Rev. Lett. 108, 243601 (2012).
    [CrossRef]
  14. J. T. Schultz, S. Abend, D. Döring, J. E. Debs, P. A. Altin, J. D. White, N. P. Robbins, and J. D. Close, Opt. Lett. 34, 2321 (2009).
    [CrossRef]
  15. A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, A. Luiten, and R. McLean, arXiv:1301.7117 (2013).
  16. T. Meijer, J. D. White, B. Smeets, M. Jeppesen, and R. E. Scholten, Opt. Lett. 31, 1002 (2006).
    [CrossRef]
  17. A. M. Akulshin, A. A. Orel, and R. J. McLean, J. Phys. B 45, 015401 (2012).
    [CrossRef]
  18. R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 79, 033814 (2009).
    [CrossRef]
  19. R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
    [CrossRef]
  20. A. J. Olson, E. J. Carlson, and S. K. Mayer, Am. J. Phys. 74, 218 (2006).
    [CrossRef]
  21. A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, R. McLean, and A. Luiten, J. Phys. B 45, 245503 (2012).
    [CrossRef]
  22. F. Villa, A. Chiummo, E. Giacobino, and A. Bramati, J. Opt. Soc. Am. B 24, 576 (2007).
    [CrossRef]
  23. U. Demirbas, R. Uecker, D. Klimm, and J. Wang, Appl. Opt. 51, 8440 (2012).
    [CrossRef]

2012 (5)

A. Kölle, G. Epple, H. Kübler, R. Löw, and T. Pfau, Phys. Rev. A 85, 063821 (2012).
[CrossRef]

G. Walker, A. S. Arnold, and S. Franke-Arnold, Phys. Rev. Lett. 108, 243601 (2012).
[CrossRef]

A. M. Akulshin, A. A. Orel, and R. J. McLean, J. Phys. B 45, 015401 (2012).
[CrossRef]

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, R. McLean, and A. Luiten, J. Phys. B 45, 245503 (2012).
[CrossRef]

U. Demirbas, R. Uecker, D. Klimm, and J. Wang, Appl. Opt. 51, 8440 (2012).
[CrossRef]

2011 (1)

2010 (3)

A. Vernier, S. Franke-Arnold, E. Riis, and A. S. Arnold, Opt. Express 18, 17020 (2010).
[CrossRef]

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 82, 053842 (2010).
[CrossRef]

C. V. Sulham, G. A. Pitz, and G. P. Perram, Appl. Phys. B 101, 57 (2010).
[CrossRef]

2009 (4)

2008 (1)

E. Brekke, J. Day, and T. G. Walker, Phys. Rev. A 78, 063830 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

2006 (3)

R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
[CrossRef]

A. J. Olson, E. J. Carlson, and S. K. Mayer, Am. J. Phys. 74, 218 (2006).
[CrossRef]

T. Meijer, J. D. White, B. Smeets, M. Jeppesen, and R. E. Scholten, Opt. Lett. 31, 1002 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

C. J. Zhu, A. A. Senin, Z. H. Lu, J. Gao, Y. Xiao, and J. G. Eden, Phys. Rev. A 72, 023811 (2005).
[CrossRef]

2002 (1)

A. S. Zibrov, M. D. Lukin, L. Hollberg, and M. O. Scully, Phys. Rev. A 65, 051801(R) (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

W. C. Magno, R. B. Prandini, P. Nussenzveig, and S. S. Vianna, Phys. Rev. A 63, 063406 (2001).
[CrossRef]

1990 (1)

R. K. Wunderlich, W. R. Garrett, R. C. Hart, M. A. Moore, and M. G. Payne, Phys. Rev. A 41, 6345 (1990).
[CrossRef]

Abend, S.

Akulshin, A.

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, R. McLean, and A. Luiten, J. Phys. B 45, 245503 (2012).
[CrossRef]

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, A. Luiten, and R. McLean, arXiv:1301.7117 (2013).

Akulshin, A. A.

Akulshin, A. M.

A. M. Akulshin, A. A. Orel, and R. J. McLean, J. Phys. B 45, 015401 (2012).
[CrossRef]

Altin, P. A.

Ariunbold, G. O.

Arnold, A. S.

G. Walker, A. S. Arnold, and S. Franke-Arnold, Phys. Rev. Lett. 108, 243601 (2012).
[CrossRef]

A. Vernier, S. Franke-Arnold, E. Riis, and A. S. Arnold, Opt. Express 18, 17020 (2010).
[CrossRef]

Aspect, A.

R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
[CrossRef]

Becerra, F. E.

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 82, 053842 (2010).
[CrossRef]

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 79, 033814 (2009).
[CrossRef]

Bouyer, P.

R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
[CrossRef]

Bramati, A.

Brekke, E.

E. Brekke, J. Day, and T. G. Walker, Phys. Rev. A 78, 063830 (2008).
[CrossRef]

Camacho, R. M.

R. M. Camacho, P. K. Vudyasetu, and J. C. Howell, Nat. Photonics 3, 103 (2009).
[CrossRef]

Carlson, E. J.

A. J. Olson, E. J. Carlson, and S. K. Mayer, Am. J. Phys. 74, 218 (2006).
[CrossRef]

Chiummo, A.

Close, J. D.

Day, J.

E. Brekke, J. Day, and T. G. Walker, Phys. Rev. A 78, 063830 (2008).
[CrossRef]

Debs, J. E.

Demirbas, U.

Döring, D.

Eden, J. G.

C. J. Zhu, A. A. Senin, Z. H. Lu, J. Gao, Y. Xiao, and J. G. Eden, Phys. Rev. A 72, 023811 (2005).
[CrossRef]

Epple, G.

A. Kölle, G. Epple, H. Kübler, R. Löw, and T. Pfau, Phys. Rev. A 85, 063821 (2012).
[CrossRef]

Franke-Arnold, S.

G. Walker, A. S. Arnold, and S. Franke-Arnold, Phys. Rev. Lett. 108, 243601 (2012).
[CrossRef]

A. Vernier, S. Franke-Arnold, E. Riis, and A. S. Arnold, Opt. Express 18, 17020 (2010).
[CrossRef]

Gao, J.

C. J. Zhu, A. A. Senin, Z. H. Lu, J. Gao, Y. Xiao, and J. G. Eden, Phys. Rev. A 72, 023811 (2005).
[CrossRef]

Garrett, W. R.

R. K. Wunderlich, W. R. Garrett, R. C. Hart, M. A. Moore, and M. G. Payne, Phys. Rev. A 41, 6345 (1990).
[CrossRef]

Giacobino, E.

Hannaford, P.

Hart, R. C.

R. K. Wunderlich, W. R. Garrett, R. C. Hart, M. A. Moore, and M. G. Payne, Phys. Rev. A 41, 6345 (1990).
[CrossRef]

Hollberg, L.

A. S. Zibrov, M. D. Lukin, L. Hollberg, and M. O. Scully, Phys. Rev. A 65, 051801(R) (2002).
[CrossRef]

Howell, J. C.

R. M. Camacho, P. K. Vudyasetu, and J. C. Howell, Nat. Photonics 3, 103 (2009).
[CrossRef]

Jeppesen, M.

Kash, M. M.

Klimm, D.

Kölle, A.

A. Kölle, G. Epple, H. Kübler, R. Löw, and T. Pfau, Phys. Rev. A 85, 063821 (2012).
[CrossRef]

Kübler, H.

A. Kölle, G. Epple, H. Kübler, R. Löw, and T. Pfau, Phys. Rev. A 85, 063821 (2012).
[CrossRef]

Le Coq, Y.

R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
[CrossRef]

Li, H.

Löw, R.

A. Kölle, G. Epple, H. Kübler, R. Löw, and T. Pfau, Phys. Rev. A 85, 063821 (2012).
[CrossRef]

Lu, Z. H.

C. J. Zhu, A. A. Senin, Z. H. Lu, J. Gao, Y. Xiao, and J. G. Eden, Phys. Rev. A 72, 023811 (2005).
[CrossRef]

Luiten, A.

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, R. McLean, and A. Luiten, J. Phys. B 45, 245503 (2012).
[CrossRef]

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, A. Luiten, and R. McLean, arXiv:1301.7117 (2013).

Lukin, M. D.

A. S. Zibrov, M. D. Lukin, L. Hollberg, and M. O. Scully, Phys. Rev. A 65, 051801(R) (2002).
[CrossRef]

Magno, W. C.

W. C. Magno, R. B. Prandini, P. Nussenzveig, and S. S. Vianna, Phys. Rev. A 63, 063406 (2001).
[CrossRef]

Mayer, S. K.

A. J. Olson, E. J. Carlson, and S. K. Mayer, Am. J. Phys. 74, 218 (2006).
[CrossRef]

McLean, R.

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, R. McLean, and A. Luiten, J. Phys. B 45, 245503 (2012).
[CrossRef]

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, A. Luiten, and R. McLean, arXiv:1301.7117 (2013).

McLean, R. J.

A. M. Akulshin, A. A. Orel, and R. J. McLean, J. Phys. B 45, 015401 (2012).
[CrossRef]

A. A. Akulshin, R. J. McLean, A. I. Sidorov, and P. Hannaford, Opt. Express 17, 22861 (2009).
[CrossRef]

Meijer, T.

Moore, M. A.

R. K. Wunderlich, W. R. Garrett, R. C. Hart, M. A. Moore, and M. G. Payne, Phys. Rev. A 41, 6345 (1990).
[CrossRef]

Moron, F.

R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
[CrossRef]

Nussenzveig, P.

W. C. Magno, R. B. Prandini, P. Nussenzveig, and S. S. Vianna, Phys. Rev. A 63, 063406 (2001).
[CrossRef]

Nyman, R. A.

R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
[CrossRef]

Olson, A. J.

A. J. Olson, E. J. Carlson, and S. K. Mayer, Am. J. Phys. 74, 218 (2006).
[CrossRef]

Orel, A. A.

A. M. Akulshin, A. A. Orel, and R. J. McLean, J. Phys. B 45, 015401 (2012).
[CrossRef]

Orozco, L. A.

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 82, 053842 (2010).
[CrossRef]

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 79, 033814 (2009).
[CrossRef]

Payne, M. G.

R. K. Wunderlich, W. R. Garrett, R. C. Hart, M. A. Moore, and M. G. Payne, Phys. Rev. A 41, 6345 (1990).
[CrossRef]

Perella, C.

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, R. McLean, and A. Luiten, J. Phys. B 45, 245503 (2012).
[CrossRef]

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, A. Luiten, and R. McLean, arXiv:1301.7117 (2013).

Perram, G. P.

C. V. Sulham, G. A. Pitz, and G. P. Perram, Appl. Phys. B 101, 57 (2010).
[CrossRef]

Pfau, T.

A. Kölle, G. Epple, H. Kübler, R. Löw, and T. Pfau, Phys. Rev. A 85, 063821 (2012).
[CrossRef]

Pitz, G. A.

C. V. Sulham, G. A. Pitz, and G. P. Perram, Appl. Phys. B 101, 57 (2010).
[CrossRef]

Prandini, R. B.

W. C. Magno, R. B. Prandini, P. Nussenzveig, and S. S. Vianna, Phys. Rev. A 63, 063406 (2001).
[CrossRef]

Riis, E.

Robbins, N. P.

Rolston, S. L.

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 82, 053842 (2010).
[CrossRef]

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 79, 033814 (2009).
[CrossRef]

Rostovtsev, Y. V.

Sacchet, D.

R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
[CrossRef]

Sautenkov, V. A.

Scholten, R. E.

Schultz, J. T.

Scully, M. O.

Senin, A. A.

C. J. Zhu, A. A. Senin, Z. H. Lu, J. Gao, Y. Xiao, and J. G. Eden, Phys. Rev. A 72, 023811 (2005).
[CrossRef]

Sidorov, A. I.

Smeets, B.

Sulham, C. V.

C. V. Sulham, G. A. Pitz, and G. P. Perram, Appl. Phys. B 101, 57 (2010).
[CrossRef]

Truong, G.

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, R. McLean, and A. Luiten, J. Phys. B 45, 245503 (2012).
[CrossRef]

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, A. Luiten, and R. McLean, arXiv:1301.7117 (2013).

Uecker, R.

Varoquaux, G.

R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
[CrossRef]

Vernier, A.

Vianna, S. S.

W. C. Magno, R. B. Prandini, P. Nussenzveig, and S. S. Vianna, Phys. Rev. A 63, 063406 (2001).
[CrossRef]

Villa, F.

Villier, B.

R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
[CrossRef]

Vudyasetu, P. K.

R. M. Camacho, P. K. Vudyasetu, and J. C. Howell, Nat. Photonics 3, 103 (2009).
[CrossRef]

Walker, G.

G. Walker, A. S. Arnold, and S. Franke-Arnold, Phys. Rev. Lett. 108, 243601 (2012).
[CrossRef]

Walker, T. G.

E. Brekke, J. Day, and T. G. Walker, Phys. Rev. A 78, 063830 (2008).
[CrossRef]

Wang, J.

Welch, G. R.

White, J. D.

Willis, R. T.

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 82, 053842 (2010).
[CrossRef]

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 79, 033814 (2009).
[CrossRef]

Wunderlich, R. K.

R. K. Wunderlich, W. R. Garrett, R. C. Hart, M. A. Moore, and M. G. Payne, Phys. Rev. A 41, 6345 (1990).
[CrossRef]

Xiao, Y.

C. J. Zhu, A. A. Senin, Z. H. Lu, J. Gao, Y. Xiao, and J. G. Eden, Phys. Rev. A 72, 023811 (2005).
[CrossRef]

Zhu, C. J.

C. J. Zhu, A. A. Senin, Z. H. Lu, J. Gao, Y. Xiao, and J. G. Eden, Phys. Rev. A 72, 023811 (2005).
[CrossRef]

Zibrov, A. S.

A. S. Zibrov, M. D. Lukin, L. Hollberg, and M. O. Scully, Phys. Rev. A 65, 051801(R) (2002).
[CrossRef]

Am. J. Phys. (1)

A. J. Olson, E. J. Carlson, and S. K. Mayer, Am. J. Phys. 74, 218 (2006).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. B (1)

C. V. Sulham, G. A. Pitz, and G. P. Perram, Appl. Phys. B 101, 57 (2010).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (2)

J. Phys. B (2)

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, R. McLean, and A. Luiten, J. Phys. B 45, 245503 (2012).
[CrossRef]

A. M. Akulshin, A. A. Orel, and R. J. McLean, J. Phys. B 45, 015401 (2012).
[CrossRef]

Nat. Photonics (1)

R. M. Camacho, P. K. Vudyasetu, and J. C. Howell, Nat. Photonics 3, 103 (2009).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. A (8)

E. Brekke, J. Day, and T. G. Walker, Phys. Rev. A 78, 063830 (2008).
[CrossRef]

A. Kölle, G. Epple, H. Kübler, R. Löw, and T. Pfau, Phys. Rev. A 85, 063821 (2012).
[CrossRef]

W. C. Magno, R. B. Prandini, P. Nussenzveig, and S. S. Vianna, Phys. Rev. A 63, 063406 (2001).
[CrossRef]

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 82, 053842 (2010).
[CrossRef]

C. J. Zhu, A. A. Senin, Z. H. Lu, J. Gao, Y. Xiao, and J. G. Eden, Phys. Rev. A 72, 023811 (2005).
[CrossRef]

R. K. Wunderlich, W. R. Garrett, R. C. Hart, M. A. Moore, and M. G. Payne, Phys. Rev. A 41, 6345 (1990).
[CrossRef]

R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A 79, 033814 (2009).
[CrossRef]

A. S. Zibrov, M. D. Lukin, L. Hollberg, and M. O. Scully, Phys. Rev. A 65, 051801(R) (2002).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (1)

G. Walker, A. S. Arnold, and S. Franke-Arnold, Phys. Rev. Lett. 108, 243601 (2012).
[CrossRef]

Rev. Sci. Instrum. (1)

R. A. Nyman, G. Varoquaux, B. Villier, D. Sacchet, F. Moron, Y. Le Coq, A. Aspect, and P. Bouyer, Rev. Sci. Instrum. 77, 033105 (2006).
[CrossRef]

Other (1)

A. Akulshin, C. Perella, G. Truong, A. Luiten, and R. McLean, arXiv:1301.7117 (2013).

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) Energy levels for the PFWM process. (b) A schematic diagram of the setup.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Output power at 420 nm versus input power. (b) Output power at 420 nm versus atomic density.

Fig. 3.
Fig. 3.

Output power at 420 nm versus excitation frequency for (a) varying atomic densities with I=4.0×104W/cm2 and (b) varying laser intensities with η=2.5×1015cm3.

Equations (1)

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

gPM=4πη|D5d,6p||D6p,5s|Ω2c|Δ5d||Δ6d|[ω3ω4n(ω3)n(ω4)]1/2,

Metrics