We examine the propagation of shaped (amplitude- and frequency-modulated) ultrafast laser pulses through optically dense rubidium vapor. Pulse reshaping, stimulated emission dynamics, and residual electronic excitation all strongly depend on the laser pulse shape. For example, frequency swept pulses, which produce adiabatic passage in the optically thin limit (independent of the sign of the frequency sweep), behave unexpectedly in optically dense samples. Paraxial Maxwell optical Bloch equations can model our ultrafast pulse propagation results well and provide insight.

A. M.
Weiner
,
Rev. Sci. Instrum.
71
,
1929
(
2000
);
W. S.
Warren
and
J. X.
Tull
,
Adv. Magn. Opt. Reson.
20
,
1
(
1997
).
2.
W. S.
Warren
and
A. H.
Zewail
,
J. Chem. Phys.
75
,
5956
(
1981
);
W. S.
Warren
and
A. H.
Zewail
,
J. Chem. Phys.
78
,
2279
(
1983
).
3.
F.
Spano
,
M.
Haner
, and
W. S.
Warren
,
Chem. Phys. Lett.
135
,
97
(
1987
).
4.
J. T.
Fourkas
,
W. L.
Wilson
,
G.
Wackerle
,
M. D.
Fayer
, and
A. E.
Frost
,
J. Opt. Soc. Am. B
6
,
1905
(
1989
).
5.
D. W.
Schumacher
and
P. H.
Bucksbaum
,
Phys. Rev. A
54
,
4271
(
1996
).
6.
C. J.
Bardeen
,
J. W.
Che
,
K. R.
Wilson
,
V. V.
Yakovlev
,
P. J.
Cong
,
B.
Kohler
,
J. L.
Krause
, and
M.
Messina
,
J. Phys. Chem. A
101
,
3815
(
1997
).
7.
A.
Assion
,
T.
Baumert
,
M.
Bergt
,
T.
Brixner
,
B.
Kiefer
,
V.
Seyfried
,
M.
Strehle
, and
G.
Gerber
,
Science
282
,
919
(
1998
);
[PubMed]
T.
Baumert
,
J.
Helbing
,
G.
Gerber
,
L.
Woste
,
A. H.
Zewail
,
J.
Troe
,
J.
Manz
,
T.
Kobayashi
,
V. S.
Letokhov
,
U.
Even
,
M.
Chergui
,
D. M.
Neumark
, and
S. A.
Rice
,
Adv. Chem. Phys.
101
,
47
(
1997
).
8.
J. C.
Davis
and
W. S.
Warren
,
J. Chem. Phys.
110
,
4229
(
1999
).
9.
N. F.
Scherer
,
R. J.
Carlson
,
A.
Matro
,
M.
Du
,
A. J.
Ruggiero
,
V.
Romero-Rochin
,
J.
Cina
,
G.
Fleming
, and
S.
Rice
,
J. Chem. Phys.
95
,
1487
(
1991
).
10.
P.
Tian
,
D.
Keusters
,
Y.
Suzaki
, and
W. S.
Warren
,
Science
300
,
1553
(
2003
);
[PubMed]
C.
Li
,
M.
Wagner
,
M.
Ciocca
, and
W. S.
Warren
,
J. Chem. Phys.
126
,
164307
(
2007
).
[PubMed]
11.
S.-H.
Shim
,
D. B.
Strasfeld
,
Y. L.
Ling
, and
M. T.
Zanni
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
104
,
14197
(
2007
).
12.
N. S.
Ginsberg
,
S. R.
Garner
, and
L. V.
Hau
,
Nature (London)
445
,
623
(
2007
);
M. J.
Wright
,
J. A.
Pechkis
,
J. L.
Carini
,
S.
Kallush
,
R.
Kosloff
, and
P. L.
Gould
,
Phys. Rev. A
75
,
051401
(
2007
);
E.
Frumker
,
E.
Tal
, and
Y.
Silberberg
,
Opt. Lett.
30
,
2796
(
2005
);
[PubMed]
M.
Dantus
and
V. V.
Lozovoy
,
Chem. Rev. (Washington, D.C.)
104
,
1813
(
2004
).
13.
M. R.
Fetterman
,
J. C.
Davis
,
D.
Goswami
,
W.
Yang
, and
W. S.
Warren
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
3984
(
1999
).
14.
J.-K.
Rhee
,
T. S.
Sosnowski
,
A.-C.
Tien
, and
T. B.
Norris
,
J. Opt. Soc. Am. B
13
,
1780
(
1996
).
15.
K. W.
DeLong
,
D. N.
Fittinghoff
, and
R.
Trebino
,
IEEE J. Quantum Electron.
32
,
1253
(
1996
);
J. N.
Sweetster
,
D. N.
Fittinghoff
, and
R.
Trebino
,
Opt. Lett.
22
,
519
(
1997
);
[PubMed]
T.
Tsang
,
M. A.
Krumbugel
,
K. W.
DeLong
,
D. N.
Fittinghoff
, and
R.
Trebino
,
Opt. Lett.
21
,
1381
(
1996
);
[PubMed]
B.
Kohler
,
V. V.
Yakovlev
,
K. R.
Wilson
,
J.
Squier
,
K. W.
DeLong
, and
R.
Trebino
,
Opt. Lett.
20
,
483
(
1995
);
[PubMed]
K. W.
DeLong
and
R.
Trebino
,
J. Opt. Soc. Am. B
11
,
1595
(
1994
);
K. W.
DeLong
,
R.
Trebino
,
J.
Hunter
, and
W. E.
White
,
J. Opt. Soc. Am. B
11
,
2206
(
1994
);
R.
Trebino
and
D. J.
Kane
,
J. Opt. Soc. Am. A
10
,
1101
(
1993
).
16.
C.
Iaconis
and
I. A.
Walmsley
,
Opt. Lett.
23
,
792
(
1998
);
[PubMed]
C.
Iaconis
and
I. A.
Walmsley
,
IEEE J. Quantum Electron.
35
,
501
(
1999
).
17.
For a review see
M.
Garwood
and
L.
Delabarre
,
J. Magn. Reson.
153
,
155
(
2001
).
18.
L.
Allen
and
J.
Eberly
,
Optical Resonance and Two-Level Atoms
(
Dover
,
New York
,
1987
).
19.
M. S.
Silver
,
R. I.
Joseph
,
C. N.
Chen
,
V. J.
Sank
, and
D. I.
Hoult
,
Nature (London)
310
,
681
(
1984
);
W. S.
Warren
and
M.
Silver
,
Adv. Magn. Reson.
12
,
248
(
1988
);
A.
Assion
,
T.
Baumert
,
M.
Bergt
,
T.
Brixner
,
B.
Kiefer
,
V.
Seyfried
,
M.
Strehle
, and
C.
Gerber
,
Science
282
,
919
(
1998
).
[PubMed]
21.
J. S.
Melinger
,
S. R.
Gandhi
,
A.
Hariharan
,
D.
Goswami
, and
W. S.
Warren
,
J. Chem. Phys.
101
,
6439
(
1994
);
S.
Chelkowski
and
A. D.
Bandrauk
,
J. Chem. Phys.
99
,
4279
(
1992
);
F.
Spano
and
W. S.
Warren
,
Phys. Rev. A
37
,
1013
(
1988
);
J. S.
Melinger
,
S. R.
Gandhi
,
A.
Hariharan
,
J. X.
Tull
, and
W. S.
Warren
,
Phys. Rev. Lett.
68
,
2000
(
1992
);
[PubMed]
J. S.
Melinger
,
A.
Hariharan
,
S. R.
Gandhi
, and
W. S.
Warren
, in
Ultrafast Phenomena VIII
, edited by
J.-L.
Martin
,
A.
Mingus
,
G. A.
Mourou
, and
A. H.
Zewail
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
1993
), p.
113
;
J. S.
Melinger
,
A.
Hariharan
,
S. R.
Gandhi
, and
W. S.
Warren
,
J. Chem. Phys.
95
,
2210
(
1991
);
J. S.
Melinger
,
D.
McMorrow
,
C.
Hillegas
, and
W. S.
Warren
,
Phys. Rev. A
51
,
3366
(
1995
).
[PubMed]
22.
M. R.
Fetterman
,
D.
Goswami
,
D.
Keusters
,
W.
Yang
,
J.-K.
Rhee
, and
W. S.
Warren
,
Opt. Express
3
,
366
(
1998
).
23.
J. S.
Melinger
,
D.
McMorrow
,
C.
Hillegas
, and
W. S.
Warren
,
Phys. Rev. A
51
,
3366
(
1995
).
24.
L.
McCall
and
E. L.
Hahn
,
Phys. Rev.
183
,
457
(
1969
).
25.
S. E.
Harris
,
Phys. Today
50
(
7
),
36
(
1997
).
26.
E.
Arimondo
,
Prog. Opt.
35
,
259
(
1996
).
27.
P. R.
Hemmer
,
G. P.
Ontai
, and
S.
Ezekiel
,
J. Opt. Soc. Am. B
3
,
219
(
1986
).
28.
C. H.
van der Wal
,
M. D.
Eisman
,
A.
Andre
,
R. L.
Walsworth
,
D. F.
Phillips
,
A. S.
Zibro
, and
M. D.
Lukin
,
Science
301
,
196
(
2003
);
[PubMed]
M. D.
Lukin
and
A.
Imamoglu
,
Nature (London)
413
,
273
(
2001
).
29.
K.
Bergmann
,
H.
Theuer
, and
B. W.
Shore
,
Rev. Mod. Phys.
70
,
1003
(
1998
).
30.
M.
Fleishchhauer
,
A.
Imamoglu
, and
J. P.
Marangos
,
Rev. Mod. Phys.
77
,
633
(
2005
).
31.
L. V.
Hau
,
C. H.
Behroozi
,
S. E.
Harris
,
Z.
Dutton
, and
C. H.
Behroozi
,
Nature (London)
398
,
594
(
1999
).
32.
T. G.
Walker
and
W.
Happer
,
Rev. Mod. Phys.
69
,
629
(
1997
).
33.
I. C.
Ruset
,
S.
Ketel
, and
F. W.
Hersman
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
053002
(
2006
).
34.
J.
Macomber
,
The Dynamics of Spectroscopic Transitions
(
Wiley
,
New York
,
1976
).
35.
D.
Rosenfeld
and
Y.
Zur
,
J. Magn. Reson.
132
,
102
(
1998
).
36.
M.
Fetterman
,
J. C.
Davis
,
D.
Goswami
,
W.
Yang
, and
W. S.
Warren
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
3984
(
1999
).
37.
J. K.
Ranka
,
R. W.
Schirmer
, and
A. L.
Gaeta
,
Phys. Rev. A
57
,
R36
(
1998
).
38.
S. A.
Diddams
,
H. K.
Eaton
,
A. G.
Van Engen
,
T. S.
Clement
, and
A. A.
Zozulya
,
Opt. Photonics News
9
,
37
(
1998
).
39.
F.
Spano
and
W. S.
Warren
,
Phys. Rev. A
37
,
1013
(
1988
).
40.
S. T.
Hendow
and
S. A.
Shakir
,
Appl. Opt.
25
,
1759
(
1986
).
41.
A. A.
Radzig
and
B. M.
Smirnov
,
Reference Data on Atoms, Molecules, and Ions
(
Springer-Verlag
,
New York
,
1985
).
42.
M. D.
Lukin
,
M.
Fleischhauer
,
A. S.
Zibrov
,
H. G.
Robinson
,
V. L.
Velichansky
,
L.
Hollberg
, and
M. O.
Scully
,
Phys. Rev. Lett.
79
,
2959
(
1997
).
43.
M. V.
Romalis
,
E.
Miron
, and
G. D.
Cates
,
Phys. Rev. A
56
,
4569
(
1997
);
44.
B. E. A.
Saleh
and
M. C.
Teich
,
Fundamentals of Photonics
(
Wiley
,
New York
,
1991
).
45.
C.
Hillegas
,
J. X.
Tull
,
D.
Goswami
,
D.
Strickland
, and
W. S.
Warren
,
Opt. Lett.
19
,
737
(
1994
);
[PubMed]
J. X.
Tull
,
M. A.
Dugan
,
C. W.
Hillegas
, and
W. S.
Warren
,
Ultrafast Phenomena IX
, edited by
P. F.
Barbara
,
W. H.
Knox
,
G. A.
Mourou
, and
A. H.
Zewail
(
Springer-Verlag
,
New York
,
1994
), p.
219
.
46.
M. A.
Dugan
,
J. X.
Tull
, and
W. S.
Warren
,
J. Opt. Soc. Am. B
14
,
1
(
1997
).
You do not currently have access to this content.