Narrowband photon pair generation and waveform reshaping

Abstract

In this article, we review on narrowband photon pairs producedin nonlinear crystals, and especially in atomic ensembles. In atomicensembles, “write-read” process in pulse mode andspontaneous four-wave mixing process (SFWM) in continuous mode aretwo popular photon pair generation schemes. We specifically discussthe experimental works with continuous SFWM scheme in cold atomicensembles. Photon pairs produced in these systems are characteristicof controllable long coherence time, and therefore are accessiblewith direct temporal modulation. We elaborate on the recent techniqueson modulation and waveform reshaping of narrow-band paired photons.

Keywords

narrowband photon pair / coldatomic ensembles / spontaneous four-wave mixing / waveform reshaping

References

[1] S. L. Braunstein and P. van Loock, Rev. Mod. Phys., 2005, 77(2): 513

[2] N. Gisin, G. Ribordy, W.Tittel, and H. Zbinden, Rev. Mod. Phys., 2002, 74(1): 145

[3] M. D’Angelo and Y. H. Shih, Laser Phys. Lett., 2005, 2: 567

[4] C. S. Wu and I. Shaknov, Phys. Rev., 1950, 77(1): 136

[5] C. A. Kocher and E. D. Commins, Phys. Rev. Lett., 1967, 18(15): 575

[6] A. Aspect, P. Grangier, and G. Roger, Phys. Rev.Lett., 1981, 47(7): 460

[7] S. E. Harris, M. K. Oshman, and R. L. Byer, Phys. Rev. Lett., 1967, 18(18): 732

[8] D. Burnham and D. Weinberg, Phys. Rev. Lett., 1970, 25(2): 84

[9] M. H. Rubin, D. N. Klyshko, Y. H. Shih, and A. V. Sergienko, Phys. Rev. A, 1994, 50(6): 5122

[10] Y. H. Shih, Rep. Prog. Phys., 2003, 66(6): 1009

[11] D. N. Klyshko, Photons and Nonlinear Optics, Gordon andBreach, 1998

[12] Z. Y. Ou and Y. J. Lu, Phys. Rev. Lett., 1999, 83(13): 2556

[13] H. Wang, T. Horikiri, and T. Kobayashi, Phys. Rev. A, 2004, 70(4): 043804

[14] C. E. Kuklewicz, F. N. C. Wong, and J. H. Shapiro, Phys. Rev. Lett., 2006, 97(22): 223601

[15] J. S. Neergaard-Nielsen, B. M. Nielsen, H. Takahashi, A. I. Vistnes, and E. S. Polzik, Opt. Express, 2007, 15(13): 7940

[16] X.-H. Bao, Y. Qian, J. Yang, H. Zhang, Z.-B. Chen, T. Yang, and J.-W. Pan, Phys. Rev. Lett., 2008, 101(19): 190501

[17] F.-Y. Wang, B.-S. Shi, and G.-C. Guo, Opt. Lett., 2008, 33(19): 2191

[18] L. M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature, 2001, 414(6862): 413

[19] C. H. van der Wal, M. D. Eisaman, A. André, R. L. Walsworth, D. F. Phillips, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Science, 2003, 301(5630): 196

[20] A. Kuzmich, W. P. Bowen, A. D. Boozer, A. Boca, C. W. Chou, L. M. Duan, and H. J. Kimble, Nature, 2003, 423(6941): 731

[21] V. Balić, D. A. Braje, P. Kolchin, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett., 2005, 94(18): 183601

[22] P. Kolchin, S. Du, C. Belthangady, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett., 2006, 97(11): 113602

[23] J. M. Wen, S. Du, and M. H. Rubin, Phys. Rev. A, 2007, 76: 013825

[24] S. Du, E. Oh, J. Wen, and M. H. Rubin, Phys. Rev. A, 2007, 76(1): 013803

[25] S. Du, P. Kolchin, C. Belthangady, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett., 2008, 100(18): 183603–

[26] X.-S. Lu, Q.-F. Chen, B.-S. Shi, and G.-C. Guo, Chin. Phys. Lett., 2009, 26(7): 064204

[27] P. Chen, S.-Y. Zhou, Z. Xu, Y.-F. Duan, G.-D. Cui, T. Hong, and Y.-Z. Wang, Chin. Phys. Lett., 2011, 28(7): 074214

[28] S. Du, J. Wen, M. H. Rubin, and G. Y. Yin, Phys. Rev. Lett., 2007, 98(5): 053601

[29] T. W. Hanschand A. L. Schawlow, Opt. Commun., 1975, 13: 68

[30] S. Chu, L. Hollberg, J. E. Bjorkholm, A. Cable, and A. Ashkin, Phys. Rev. Lett., 1985, 55(1): 48

[31] E. L. Raab, M. Prentiss, A. Cable, S. Chu, and D. E. Pritchard, Phys. Rev. Lett., 1987, 59(23): 2631

[32] P. D. Lett, R. N. Watts, C. I. Westbrook, W. D. Phillips, P. L. Gould, and H. J. Metcalf, Phys. Rev. Lett., 1988, 61(2): 169

[33] S. E. Harris, Phys. Today, 1997, 50(7): 36

[34] M. Fleischhauer, A. Imamoglu, and J. P. Manarangos, Rev. Mod. Phys., 2005, 77(2): 633

[35] U. Volz and H. Schmoranzer, Physica Scripta, 1996, T65: 48

[36] J. E. Simsarian, L. A. Orozco, G. D. Sprouse, and W. Z. Zhao, Phys. Rev. A, 1998, 57(4): 2448

[37] S. E. Harris and L. V. Hau, Phys. Rev. Lett., 1999, 82(23): 4611

[38] D. A. Braje, V. Balić, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. A, 2003, 68(4): 041801(R)

[39] P. Grangier, G. Roger, A. Aspect, A. Heidmann, and S. Reynaud, Phys. Rev. Lett., 1986, 57(6): 687

[40] A. Heidmann and S. Reynaud, J. Mod. Opt., 1987, 34(6-7): 923

[41] A. Aspect, G. Roger, S. Reynaud, J. Dalibard, and C. Cohen-Tannoudji, Phys. Rev. Lett., 1980, 45(8): 617

[42] M. W. Mitchell, C. I. Hancox, and R. Y. Chiao, Phys. Rev. A, 2000, 62(4): 043819

[43] A. Einstein, B. Podolsky, and N. Rosen, Phys. Rev., 1935, 47(10): 777

[44] J. S. Bell, Physics, 1964, 1: 195

[45] J. F. Clauser, M. A. Horne, A. Shimony, and R. A. Holt, Phys. Rev. Lett., 1969, 23(15): 880

[46] J. C. Howell, R. S. Bennink, S. J. Bentley, and R. W. Boyd, Phys. Rev. Lett., 2004, 92(21): 210403

[47] D. N. Matsukevich and A. Kuzmich, Science, 2004, 306(5696): 663

[48] P. G. Kwiat, K. Mattle, H. Weinfurter, A. Zeilinger, A. V. Sergienko, and Y. Shih, Phys. Rev. Lett., 1995, 75(24): 4337

[49] Y. H. Shih and C. O. Alley, Phys. Rev. Lett., 1988, 61(26): 2921

[50] Y. H. Shih, A. V. Sergienko, and H. Morton, Phys. Rev. A, 1994, 50(1): 23

[51] C. K. Law, I. A. Walmsley, and J. H. Eberly, Phys. Rev. Lett., 2000, 84(23): 5304

[52] M. N. O’Sullivan-Hale, I. Ali Khan, R. W. Boyd, and J. C. Howell, Phys. Rev. Lett., 2005, 94: 220501

[53] I. A. Khan and J. C. Howell, Phys. Rev. A, 2006, 73: 031801(R)

[54] B.-S. Shi, C. Zhai, F.-Y. Wang, and G.-C. Guo, Front. Phys. China, 2010, 5(2): 131

[55] C. S. Chuu and S. E. Harris, Phys. Rev. A, 2011, 83(6): 061803(R)

[56] R. H. Stolen, J. E. Bjorkholm, and A. Ashkin, Appl. Phys. Lett., 1974, 24(7): 308

[57] K. O. Hill, D. C. Johnson, B. S. Kawasaki, and R. I. Mac-Donald, J. Appl. Phys., 1978, 49(10): 5098

[58] K. Washio, D. Inoue, and S. Kishida, Electron. Lett., 1980, 16(17): 658

[59] C. L. Lin, W. A. Reed, A. D. Pearson, and H. T. Shang, Opt. Lett., 1981, 6(10): 493

[60] K. Tai, A. Hasegawa, and A. Tomita, Phys. Rev. Lett., 1986, 56(2): 135

[61] T. A. B. Kennedy, Phys. Rev. A, 1991, 44(3): 2113

[62] L. J. Wang, C. K. Hong, and S. R. Friberg, J. Opt. B, 2001, 3(5): 346

[63] J. K. Thompson, J. Simon, H. Loh, and V. Vuletić, Science, 2006, 313(5783): 74

[64] Q. F. Chen, B.-S. Shi, M. Feng, Y.-S. Zhang, and G.-C. Guo, Opt. Express, 2008, 16(26): 21708

[65] R. T. Willis, F. E. Becerra, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, Phys. Rev. A, 2010, 82(5): 053842

[66] D.-S. Ding, Z.-Y. Zhou, B.-S. Shi, X.-B. Zou, and G.-C. Guo, Opt. Express, 2012, 20: 11433

[67] D. N. Matsukevich and A. Kuzmich, Science, 2004, 306(5696): 663

[68] M. D. Eisaman, A. André, F. Massou, M. Fleischhauer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature, 2005, 438(7069): 837

[69] T. Chanelière, D. N. Matsukevich, S. D. Jenkins, S. Y. Lan, T. A. B. Kennedy, and A. Kuzmich, Nature, 2005, 438(7069): 833

[70] A. G. Radnaev, Y. O. Dudin, R. Zhao, H. H. Jen, S. D. Jenkins, A. Kuzmich, and T. A. B. Kennedy, Nat. Phys., 2010, 6(11): 894

[71] A. M. Steinberg, P. G. Kwiat, and R. Y. Chiao, Phys. Rev. Lett., 1993, 71(5): 708

[72] P. Kolchin, C. Belthangady, S. Du, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett., 2008, 101(10): 103601

[73] C. Belthangady, S. Du, C. S. Chuu, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. A, 2009, 80(3): 031803(R)

[74] J. F. Chen, S. Zhang, H. Yan, M. M. T. Loy, G. K. L. Wong, and S. Du, Phys. Rev. Lett., 2010, 104(18): 183604

[75] P. Kolchin, Phys. Rev. A, 2007, 75(3): 033814

[76] J. Wen and M. H. Rubin, Phys. Rev. A, 2006, 74(2): 023808

[77] J. Wen and M. H. Rubin, Phys. Rev. A, 2006, 74(2): 023809

[78] S. Du, J. M. Wen, and M. H. Rubin, J. Opt. Soc. Am. B, 2008, 25(12): C98

[79] H. Yan, S. Zhang, J. F. Chen, M. M. T. Loy, G. K. L. Wong, and S. Du, Phys. Rev. Lett., 2011, 106(3): 033601

[80] A. Pe’er, B. Dayan, A. A. Friesem, and Y. Silberberg, Phys. Rev. Lett., 2005, 94(7): 073601

[81] S. Viciani, A. Zavatta, and M. Bellini, Phys. Rev. A, 2004, 69(5): 053801

[82] M. Hendrych, X. Shi, A. Valencia, and J. P. Torres, Phys. Rev. A, 2009, 79(2): 023817

[83] S. Carrasco, J. P. Torres, L. Torner, A. Sergienko, B. E. Saleh, and M. C. Teich, Opt. Lett., 2004, 29(20): 2429

[84] A. Valencia, A. Ceré, X. Shi, G. Molina-Terriza, and J. P. Torres, Phys. Rev. Lett., 2007, 99(24): 243601

[85] S. E. Harris, Phys. Rev. Lett., 2007, 98(6): 063602

[86] S. Sensarn, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett., 2010, 104(25): 253602

[87] M. B. Nasr, S. Carrasco, B. E. A. Saleh, A. V. Sergienko, M. Teich, J. Torres, L. Torner, D. Hum, and M. Fejer, Phys. Rev. Lett., 2008, 100(18): 183601

[88] J. D. Franson, Phys. Rev. A, 1992, 45(5): 3126

[89] S. E. Harris, Phys. Rev. A, 2008, 78(2): 021807(R)

[90] S. Sensarn, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett., 2009, 103(16): 163601

[91] P. Kolchin, C. Belthangady, S. Du, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. Lett., 2008, 101(10): 103601

[92] C. Belthangady, S. Du, C. S. Chuu, G. Y. Yin, and S. E. Harris, Phys. Rev. A, 2009, 80(3): 031803(R)

[93] P. Grangier, G. Roger, and A. Aspect, Europhys. Lett., 1986, 1(4): 173

[94] S. Du, J. M. Wen, and C. Belthangady, Phys. Rev. A, 2009, 79(4): 043811

[95] J. F. Chen, S. Zhang, H. Yan, M. M. T. Loy, G. K. L. Wong, and S. Du, Phys. Rev. Lett., 2010, 104(18): 183604

[96] C. H. Monken, P. H. Souto Ribeiro, and S. Pádua, Phys. Rev. A, 1998, 57(4): 3123

[97] S. Zhang, J. F. Chen, C. Liu, M. M. T. Loy, G. K. L. Wong, and S. Du, Phys. Rev. Lett., 2011, 106(24): 243602

[98] H. Yan, S. L. Zhu, and S. Du, Chin. Phys. Lett., 2011, 28(7): 070307

RIGHTS & PERMISSIONS

Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg