Abstract

We report on the experimental frequency conversion of a dim, coherent continuous-wave light field from 1550 to 532 nm with an external photon-number conversion efficiency of (84.4±1.5)%. In contrast to previous works, our conversion efficiency value incorporates all losses before the photoelectric detection, including those introduced by frequency filters. We used sum-frequency generation, which was realized in a standing-wave cavity built around a periodically poled type I potassium titanyl phosphate (PPKTP) crystal, pumped by an intense field at 810 nm. Our result is in full agreement with a numerical model. For optimized cavity coupler reflectivities, it predicts a conversion efficiency of up to 93% using the same PPKTP crystal.

© 2014 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. A. Albota and F. N. Wong, Opt. Lett. 29, 1449 (2004).
    [CrossRef]
  2. H. Pan, H. Dong, and H. Zeng, Appl. Phys. Lett. 89, 191108 (2006).
    [CrossRef]
  3. A. P. VanDevender and P. G. Kwiat, J. Opt. Soc. Am. B 24, 295 (2007).
    [CrossRef]
  4. P. Kumar, Opt. Lett. 15, 1476 (1990).
    [CrossRef]
  5. I. Ricciardi, M. De Rosa, A. Rocco, P. Ferraro, and P. De Natale, Opt. Express 18, 10985 (2010).
    [CrossRef]
  6. G. K. Samanta, S. Chaitanya Kumar, K. Devi, and M. Ebrahim-Zadeh, Opt. Lett. 35, 3513 (2010).
    [CrossRef]
  7. T. Meier, B. Willke, and K. Danzmann, Opt. Lett. 35, 3742 (2010).
    [CrossRef]
  8. S. Ast, R. Moghadas Nia, A. Schönbeck, N. Lastzka, J. Steinlechner, T. Eberle, M. Mehmet, S. Steinlechner, and R. Schnabel, Opt. Lett. 36, 3467 (2011).
    [CrossRef]
  9. E. S. Polzik, J. Carri, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 68, 3020 (1992).
    [CrossRef]
  10. C. M. Caves, Phys. Rev. D 23, 1693 (1981).
    [CrossRef]
  11. R. Schnabel, N. Mavalvala, D. E. McClelland, and P. K. Lam, Nat. Commun. 1, 121 (2010).
    [CrossRef]
  12. The LIGO Scientific Collaboration, Nat. Phys. 7, 962 (2011).
    [CrossRef]
  13. The LIGO Scientific Collaboration, Nat. Photonics 7, 613 (2013).
    [CrossRef]
  14. H. Grote, K. Danzmann, K. L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky, and H. Vahlbruch, Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013).
    [CrossRef]
  15. C. E. Vollmer, C. Baune, A. Samblowski, T. Eberle, V. Händchen, J. Fiurášek, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 112, 073602 (2014).
    [CrossRef]
  16. E. D. Black, Am. J. Phys. 69, 79 (2001).
    [CrossRef]
  17. T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet, H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010).
    [CrossRef]
  18. F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
    [CrossRef]
  19. N. Lastzka, “Numerical modelling of classical and quantum effects in non-linear optical systems,” Ph.D thesis (Gottfried Wilhelm Leibniz Universität, 2010).
  20. M. Mehmet, S. Ast, T. Eberle, S. Steinlechner, H. Vahlbruch, and R. Schnabel, Opt. Express 19, 25763 (2011).
    [CrossRef]
  21. H. Tsuchida, Opt. Lett. 20, 2240 (1995).
    [CrossRef]

2014 (1)

C. E. Vollmer, C. Baune, A. Samblowski, T. Eberle, V. Händchen, J. Fiurášek, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 112, 073602 (2014).
[CrossRef]

2013 (2)

The LIGO Scientific Collaboration, Nat. Photonics 7, 613 (2013).
[CrossRef]

H. Grote, K. Danzmann, K. L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky, and H. Vahlbruch, Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013).
[CrossRef]

2011 (3)

2010 (6)

R. Schnabel, N. Mavalvala, D. E. McClelland, and P. K. Lam, Nat. Commun. 1, 121 (2010).
[CrossRef]

T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet, H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010).
[CrossRef]

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

I. Ricciardi, M. De Rosa, A. Rocco, P. Ferraro, and P. De Natale, Opt. Express 18, 10985 (2010).
[CrossRef]

G. K. Samanta, S. Chaitanya Kumar, K. Devi, and M. Ebrahim-Zadeh, Opt. Lett. 35, 3513 (2010).
[CrossRef]

T. Meier, B. Willke, and K. Danzmann, Opt. Lett. 35, 3742 (2010).
[CrossRef]

2007 (1)

2006 (1)

H. Pan, H. Dong, and H. Zeng, Appl. Phys. Lett. 89, 191108 (2006).
[CrossRef]

2004 (1)

2001 (1)

E. D. Black, Am. J. Phys. 69, 79 (2001).
[CrossRef]

1995 (1)

1992 (1)

E. S. Polzik, J. Carri, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 68, 3020 (1992).
[CrossRef]

1990 (1)

1981 (1)

C. M. Caves, Phys. Rev. D 23, 1693 (1981).
[CrossRef]

Albota, M. A.

Ast, S.

Bauchrowitz, J.

T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet, H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010).
[CrossRef]

Baune, C.

C. E. Vollmer, C. Baune, A. Samblowski, T. Eberle, V. Händchen, J. Fiurášek, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 112, 073602 (2014).
[CrossRef]

Black, E. D.

E. D. Black, Am. J. Phys. 69, 79 (2001).
[CrossRef]

Britzger, M.

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

Brückner, F.

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

Burmeister, O.

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

Carri, J.

E. S. Polzik, J. Carri, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 68, 3020 (1992).
[CrossRef]

Caves, C. M.

C. M. Caves, Phys. Rev. D 23, 1693 (1981).
[CrossRef]

Chaitanya Kumar, S.

Clausnitzer, T.

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

Danzmann, K.

H. Grote, K. Danzmann, K. L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky, and H. Vahlbruch, Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013).
[CrossRef]

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

T. Meier, B. Willke, and K. Danzmann, Opt. Lett. 35, 3742 (2010).
[CrossRef]

De Natale, P.

De Rosa, M.

Devi, K.

Dong, H.

H. Pan, H. Dong, and H. Zeng, Appl. Phys. Lett. 89, 191108 (2006).
[CrossRef]

Dooley, K. L.

H. Grote, K. Danzmann, K. L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky, and H. Vahlbruch, Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013).
[CrossRef]

Eberle, T.

C. E. Vollmer, C. Baune, A. Samblowski, T. Eberle, V. Händchen, J. Fiurášek, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 112, 073602 (2014).
[CrossRef]

M. Mehmet, S. Ast, T. Eberle, S. Steinlechner, H. Vahlbruch, and R. Schnabel, Opt. Express 19, 25763 (2011).
[CrossRef]

S. Ast, R. Moghadas Nia, A. Schönbeck, N. Lastzka, J. Steinlechner, T. Eberle, M. Mehmet, S. Steinlechner, and R. Schnabel, Opt. Lett. 36, 3467 (2011).
[CrossRef]

T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet, H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010).
[CrossRef]

Ebrahim-Zadeh, M.

Ferraro, P.

Fiurášek, J.

C. E. Vollmer, C. Baune, A. Samblowski, T. Eberle, V. Händchen, J. Fiurášek, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 112, 073602 (2014).
[CrossRef]

Friedrich, D.

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

Grote, H.

H. Grote, K. Danzmann, K. L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky, and H. Vahlbruch, Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013).
[CrossRef]

Händchen, V.

C. E. Vollmer, C. Baune, A. Samblowski, T. Eberle, V. Händchen, J. Fiurášek, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 112, 073602 (2014).
[CrossRef]

T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet, H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010).
[CrossRef]

Kimble, H. J.

E. S. Polzik, J. Carri, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 68, 3020 (1992).
[CrossRef]

Kley, E.-B.

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

Kumar, P.

Kwiat, P. G.

Lam, P. K.

R. Schnabel, N. Mavalvala, D. E. McClelland, and P. K. Lam, Nat. Commun. 1, 121 (2010).
[CrossRef]

Lastzka, N.

S. Ast, R. Moghadas Nia, A. Schönbeck, N. Lastzka, J. Steinlechner, T. Eberle, M. Mehmet, S. Steinlechner, and R. Schnabel, Opt. Lett. 36, 3467 (2011).
[CrossRef]

N. Lastzka, “Numerical modelling of classical and quantum effects in non-linear optical systems,” Ph.D thesis (Gottfried Wilhelm Leibniz Universität, 2010).

Mavalvala, N.

R. Schnabel, N. Mavalvala, D. E. McClelland, and P. K. Lam, Nat. Commun. 1, 121 (2010).
[CrossRef]

McClelland, D. E.

R. Schnabel, N. Mavalvala, D. E. McClelland, and P. K. Lam, Nat. Commun. 1, 121 (2010).
[CrossRef]

Mehmet, M.

Meier, T.

Moghadas Nia, R.

Müller-Ebhardt, H.

T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet, H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010).
[CrossRef]

Pan, H.

H. Pan, H. Dong, and H. Zeng, Appl. Phys. Lett. 89, 191108 (2006).
[CrossRef]

Polzik, E. S.

E. S. Polzik, J. Carri, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 68, 3020 (1992).
[CrossRef]

Ricciardi, I.

Rocco, A.

Samanta, G. K.

Samblowski, A.

C. E. Vollmer, C. Baune, A. Samblowski, T. Eberle, V. Händchen, J. Fiurášek, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 112, 073602 (2014).
[CrossRef]

Schnabel, R.

C. E. Vollmer, C. Baune, A. Samblowski, T. Eberle, V. Händchen, J. Fiurášek, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 112, 073602 (2014).
[CrossRef]

H. Grote, K. Danzmann, K. L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky, and H. Vahlbruch, Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013).
[CrossRef]

S. Ast, R. Moghadas Nia, A. Schönbeck, N. Lastzka, J. Steinlechner, T. Eberle, M. Mehmet, S. Steinlechner, and R. Schnabel, Opt. Lett. 36, 3467 (2011).
[CrossRef]

M. Mehmet, S. Ast, T. Eberle, S. Steinlechner, H. Vahlbruch, and R. Schnabel, Opt. Express 19, 25763 (2011).
[CrossRef]

R. Schnabel, N. Mavalvala, D. E. McClelland, and P. K. Lam, Nat. Commun. 1, 121 (2010).
[CrossRef]

T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet, H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010).
[CrossRef]

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

Schönbeck, A.

Slutsky, J.

H. Grote, K. Danzmann, K. L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky, and H. Vahlbruch, Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013).
[CrossRef]

Steinlechner, J.

Steinlechner, S.

Tsuchida, H.

Tünnermann, A.

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

Vahlbruch, H.

H. Grote, K. Danzmann, K. L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky, and H. Vahlbruch, Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013).
[CrossRef]

M. Mehmet, S. Ast, T. Eberle, S. Steinlechner, H. Vahlbruch, and R. Schnabel, Opt. Express 19, 25763 (2011).
[CrossRef]

T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet, H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010).
[CrossRef]

VanDevender, A. P.

Vollmer, C. E.

C. E. Vollmer, C. Baune, A. Samblowski, T. Eberle, V. Händchen, J. Fiurášek, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 112, 073602 (2014).
[CrossRef]

Willke, B.

Wong, F. N.

Zeng, H.

H. Pan, H. Dong, and H. Zeng, Appl. Phys. Lett. 89, 191108 (2006).
[CrossRef]

Am. J. Phys. (1)

E. D. Black, Am. J. Phys. 69, 79 (2001).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (1)

H. Pan, H. Dong, and H. Zeng, Appl. Phys. Lett. 89, 191108 (2006).
[CrossRef]

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

Nat. Commun. (1)

R. Schnabel, N. Mavalvala, D. E. McClelland, and P. K. Lam, Nat. Commun. 1, 121 (2010).
[CrossRef]

Nat. Photonics (1)

The LIGO Scientific Collaboration, Nat. Photonics 7, 613 (2013).
[CrossRef]

Nat. Phys. (1)

The LIGO Scientific Collaboration, Nat. Phys. 7, 962 (2011).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (6)

Phys. Rev. D (1)

C. M. Caves, Phys. Rev. D 23, 1693 (1981).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (5)

E. S. Polzik, J. Carri, and H. J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 68, 3020 (1992).
[CrossRef]

T. Eberle, S. Steinlechner, J. Bauchrowitz, V. Händchen, H. Vahlbruch, M. Mehmet, H. Müller-Ebhardt, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 251102 (2010).
[CrossRef]

F. Brückner, D. Friedrich, T. Clausnitzer, M. Britzger, O. Burmeister, K. Danzmann, E.-B. Kley, A. Tünnermann, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 104, 163903 (2010).
[CrossRef]

H. Grote, K. Danzmann, K. L. Dooley, R. Schnabel, J. Slutsky, and H. Vahlbruch, Phys. Rev. Lett. 110, 181101 (2013).
[CrossRef]

C. E. Vollmer, C. Baune, A. Samblowski, T. Eberle, V. Händchen, J. Fiurášek, and R. Schnabel, Phys. Rev. Lett. 112, 073602 (2014).
[CrossRef]

Other (1)

N. Lastzka, “Numerical modelling of classical and quantum effects in non-linear optical systems,” Ph.D thesis (Gottfried Wilhelm Leibniz Universität, 2010).

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.

Schematic of the core setup for frequency upconversion of a weak signal beam at 1550–532 nm. SFG, sum-frequency generation; BS, balanced beam splitter; PBS, polarizing beam splitter; DBS, dichroic beam splitter (high reflectivity for one wavelength and high transmissivity for other wavelengths); λ/2, waveplate for power variation; P, power meter; PD, photodiode for relative power measurements. Details of the setup are provided in the main text.

Fig. 2.
Fig. 2.

Measurement results. The conversion efficiency (blue) and relative depletion (yellow) are shown over the pump power. The conversion efficiency reaches its maximum of (84.4±1.5)% at 81.5 mW pump power. The solid lines correspond to a numerical simulation of the system.

Equations (2)

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

η=n532n1550=γ·532·P5321550·P1550.
δ=1(Prefl+PtransPin)=1(PreflPrefl,max+Ptrans,maxPrefl,maxκ·PtransPtrans,max),

Metrics