We present the theory and the selection procedure of phase-cycling schemes for phase coherent multidimension optical spectroscopy. We apply our selection procedure to determine the phase-cycling schemes with the least number of steps needed to measure the two-dimensional spectra of various time resolved four wave mixing optical processes. The phase-cycling scheme selection procedure presented in this paper can be applied to higher order nonlinear optical experiments involving more optical pulses that measure higher dimensional optical spectra.
REFERENCES
1.
S.
Mukamel
, Annu. Rev. Phys. Chem.
51
, 691
(2000
).2.
D. M.
Jonas
, Annu. Rev. Phys. Chem.
54
, 425
(2003
).3.
R. M.
Hochstrasser
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
104
, 14190
(2007
).4.
M. H.
Cho
, Chem. Rev. (Washington, D.C.)
108
, 1331
(2008
).5.
J. D.
Hybl
, A. W.
Albrecht
, S. M. G.
Faeder
, and D. M.
Jonas
, Chem. Phys. Lett.
297
, 307
(1998
).6.
J. D.
Hybl
, A. A.
Ferro
, and D. M.
Jonas
, J. Chem. Phys.
115
, 6606
(2001
).7.
T.
Brixner
, J.
Stenger
, H. M.
Vaswani
, M.
Cho
, R. E.
Blankenship
, and G. R.
Fleming
, Nature (London)
434
, 625
(2005
).8.
M. C.
Asplund
, M. T.
Zanni
, and R. M.
Hochstrasser
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
97
, 8219
(2000
).9.
O.
Golonzka
, M.
Khalil
, N.
Demirdoven
, and A.
Tokmakoff
, Phys. Rev. Lett.
86
, 2154
(2001
).10.
M. T.
Zanni
and R. M.
Hochstrasser
, Curr. Opin. Struct. Biol.
11
, 516
(2001
).11.
C. J.
Fecko
, J. D.
Eaves
, J. J.
Loparo
, A.
Tokmakoff
, and P. L.
Geissler
, Science
301
, 1698
(2003
).12.
J. B.
Asbury
, T.
Steinel
, C.
Stromberg
, K. J.
Gaffney
, I. R.
Piletic
, A.
Goun
, and M. D.
Fayer
, Chem. Phys. Lett.
374
, 362
(2003
).13.
J. B.
Asbury
, T.
Steinel
, C.
Stromberg
, K. J.
Gaffney
, I. R.
Piletic
, A.
Goun
, and M. D.
Fayer
, Phys. Rev. Lett.
91
, 237402
(2003
).14.
H. S.
Chung
, M.
Khalil
, A. W.
Smith
, Z.
Ganim
, and A.
Tokmakoff
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
102
, 612
(2005
).15.
Y. S.
Kim
and R. M.
Hochstrasser
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
102
, 11185
(2005
).16.
J. R.
Zheng
, K.
Kwak
, J.
Asbury
, X.
Chen
, I. R.
Piletic
, and M. D.
Fayer
, Science
309
, 1338
(2005
).17.
P.
Mukherjee
, I.
Kass
, I.
Arkin
, and M. T.
Zanni
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
103
, 8571
(2006
).18.
J. R.
Zheng
, K.
Kwak
, X.
Chen
, J. B.
Asbury
, and M. D.
Fayer
, J. Am. Chem. Soc.
128
, 2977
(2006
).19.
J. R.
Zheng
, K. W.
Kwak
, J.
Xie
, and M. D.
Fayer
, Science
313
, 1951
(2006
).20.
X. Q.
Li
, T. H.
Zhang
, C. N.
Borca
, and S. T.
Cundiff
, Phys. Rev. Lett.
96
, 057406
(2006
).21.
L. W.
Barbour
, M.
Hegadorn
, and J. B.
Asbury
, J. Phys. Chem. B
110
, 24281
(2006
).22.
I. J.
Finkelstein
, J. R.
Zheng
, H.
Ishikawa
, S.
Kim
, K.
Kwak
, and M. D.
Fayer
, Phys. Chem. Chem. Phys.
9
, 1533
(2007
).23.
S.
Mukamel
, Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy
(Oxford University Press
, New York
, 1995
).24.
S. M.
Gallagher
, A. W.
Albrecht
, T. D.
Hybl
, B. L.
Landin
, B.
Rajaram
, and D. M.
Jonas
, J. Opt. Soc. Am. B
15
, 2338
(1998
).25.
D.
Keusters
, H. S.
Tan
, and W. S.
Warren
, J. Phys. Chem. A
103
, 10369
(1999
).26.
P. F.
Tian
, D.
Keusters
, Y.
Suzaki
, and W. S.
Warren
, Science
300
, 1553
(2003
).27.
L. P.
DeFlores
, R. A.
Nicodemus
, and A.
Tokmakoff
, Opt. Lett.
32
, 2966
(2007
).28.
S. H.
Shim
, D. B.
Strasfeld
, Y. L.
Ling
, and M. T.
Zanni
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
104
, 14197
(2007
).29.
E. M.
Grumstrup
, S. H.
Shim
, M. A.
Montgomery
, N. H.
Damrauer
, and M. T.
Zanni
, Opt. Express
15
, 16681
(2007
).30.
A. B.
Fedotov
, F.
Giammanco
, A. N.
Naumov
, P.
Marsili
, A.
Ruffini
, D. A.
Sidorov-Biryukov
, and A. M.
Zheltikov
, Appl. Phys. B: Lasers Opt.
72
, 575
(2001
).31.
32.
A. M.
Weiner
, Rev. Sci. Instrum.
71
, 1929
(2000
).33.
H. S.
Tan
, W. S.
Warren
, and E.
Schreiber
, Opt. Lett.
26
, 1812
(2001
).34.
H. S.
Tan
, E.
Schreiber
, and W. S.
Warren
, Opt. Lett.
27
, 439
(2002
).35.
36.
M.
Roth
, M.
Mehendale
, A.
Bartelt
, and H.
Rabitz
, Appl. Phys. B: Lasers Opt.
80
, 441
(2005
).37.
C.
Schriever
, S.
Lochbrunner
, M.
Optiz
, and E.
Riedle
, Opt. Lett.
31
, 543
(2006
).38.
S. H.
Shim
, D. B.
Strasfeld
, and M. T.
Zanni
, Opt. Express
14
, 13120
(2006
).39.
S. H.
Shim
, D. B.
Strasfeld
, E. C.
Fulmer
, and M. T.
Zanni
, Opt. Lett.
31
, 838
(2006
).40.
R. R.
Ernst
, G.
Bodenhausen
, and A.
Wokaun
, Principles of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions
(Oxford University Press
, Oxford
, 1987
).41.
W.
Wagner
, P.
Tian
, C. Q.
Li
, J.
Semmlow
, and W. S.
Warren
, J. Mod. Opt.
51
, 2655
(2004
).42.
W.
Wagner
, C. Q.
Li
, J.
Semmlow
, and W. S.
Warren
, Opt. Express
13
, 3697
(2005
).43.
E. C.
Fulmer
, P.
Mukherjee
, A. T.
Krummel
, and M. T.
Zanni
, J. Chem. Phys.
120
, 8067
(2004
).44.
W. M.
Zhang
, V.
Chernyak
, and S.
Mukamel
, J. Chem. Phys.
110
, 5011
(1999
).45.
M. H.
Cho
, N. F.
Scherer
, G. R.
Fleming
, and S.
Mukamel
, J. Chem. Phys.
96
, 5618
(1992
).46.
W. S.
Warren
and A. H.
Zewail
, J. Chem. Phys.
75
, 5956
(1981
).47.
F.
Spano
, M.
Haner
, and W. S.
Warren
, Chem. Phys. Lett.
135
, 97
(1987
).48.
J. T.
Fourkas
, W. L.
Wilson
, G.
Wackerle
, A. E.
Frost
, and M. D.
Fayer
, J. Opt. Soc. Am. B
6
, 1905
(1989
).49.
N. F.
Scherer
, R. J.
Carlson
, A.
Matro
, M.
Du
, A. J.
Ruggiero
, V.
Romerorochin
, J. A.
Cina
, G. R.
Fleming
, and S. A.
Rice
, J. Chem. Phys.
95
, 1487
(1991
).50.
H. S.
Tan
, Generation, Measurement and Applications of Amplified Visible, Near Infrared, and Mid Infrared Shaped Ultrashort Pulses
(Princeton University
, Princeton, NJ
, 2003
).51.
A. W.
Albrecht
, J. D.
Hybl
, S. M. G.
Faeder
, and D. M.
Jonas
, J. Chem. Phys.
111
, 10934
(1999
).52.
D. F.
Elliot
and K. R.
Rao
, Fast Transforms: Algorithms, Analyses, Applications
(Academic
, Orlando, FL
, 1982
).53.
M.
Khalil
, N.
Demirdoven
, and A.
Tokmakoff
, Phys. Rev. Lett.
90
, 047401
(2003
).54.
55.
L.
Allen
, and J.
Eberly
, Optical Resonance and Two-Level Atoms
(Dover
, New York
, 1987
).56.
O.
Golonzka
, M.
Khalil
, N.
Demirdoven
, and A.
Tokmakoff
, J. Chem. Phys.
115
, 10814
(2001
).57.
M. T.
Zanni
, S.
Gnanakaran
, J.
Stenger
, and R. M.
Hochstrasser
, J. Phys. Chem. B
105
, 6520
(2001
).58.
E. C.
Fulmer
, F.
Ding
, P.
Mukherjee
, and M. T.
Zanni
, Phys. Rev. Lett.
94
, 067402
(2005
).59.
E. C.
Fulmer
, F.
Ding
, and M. T.
Zanni
, J. Chem. Phys.
122
, 034302
(2005
).60.
P.
Nuernberger
, G.
Vogt
, T.
Brixner
, and G.
Gerber
, Phys. Chem. Chem. Phys.
9
, 2470
(2007
).61.
T.
Witte
, D.
Zeidler
, D.
Proch
, K. L.
Kompa
, and M.
Motzkus
, Opt. Lett.
27
, 131
(2002
).© 2008 American Institute of Physics.
2008
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
