Abstract

We demonstrate serrodyne frequency shifting of light from 200MHzto1.2GHz with an efficiency of better than 60%. The frequency shift is imparted by an electro-optic phase modulator driven by a high-frequency high-fidelity sawtooth waveform that is passively generated by a commercially available nonlinear transmission line. We also implement a push–pull configuration using two serrodyne-driven phase modulators, allowing for continuous tuning between 1.6GHz and +1.6GHz. Compared with competing technologies, this technique is simple and robust, and it offers the largest available tuning range in this frequency band.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. Kawanishi, T. Sakamoto, and M. Izutsu, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 13, 79 (2007).
    [CrossRef]
  2. J. L. Hall, L. Hollberg, T. Baer, and H. G. Robinson, Appl. Phys. Lett. 39, 680 (1981).
    [CrossRef]
  3. S. Chu, L. Hollberg, J. E. Bjorkholm, A. Cable, and A. Ashkin, Phys. Rev. Lett. 55, 48 (1985).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. K. K. Wong, R. M. De La Rue, and S. Wright, Opt. Lett. 7, 546 (1982).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. L. M. Johnson and C. H. Cox, J. Lightwave Technol. 6, 109 (1988).
    [CrossRef]
  6. L. Thylen, P. Sjoberg, and G. E. Lindqvist, IEE Proc. J. 132, 119 (1985).
  7. C. Laskoskie, H. Hung, T. El-Wailly, and C. L. Chang, J. Lightwave Technol. 7, 600 (1989).
    [CrossRef]
  8. S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, Proc. SPIE 5814, 79 (2005).
    [CrossRef]
  9. S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, I. Ozdur, and P. J. Delfyett, Electron. Lett. 43, 65 (2007).
    [CrossRef]
  10. M. Shen and R. A. Minasian, Electron. Lett. 40, 1545 (2004).
    [CrossRef]
  11. I. Y. Poberezhskiy, B. Bortnik, J. Chou, B. Jalali, and H. R. Fetterman, IEEE J. Quantum Electron. 41, 1533 (2005).
    [CrossRef]
  12. R. R. Reibel, T. Chang, M. Tian, and W. R. Babbitt, in IEEE Microwave Photonics Conference Proceedings (IEEE, 2004), pp. 197-200.
  13. R. R. Reibel, Z. W. Barber, J. A. Fischer, M. Tian, and W. R. Babbitt, J. Lumin. 107, 103 (2004).
    [CrossRef]
  14. M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
    [CrossRef]
  15. S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi, and M. Izutsu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 364 (2001).
    [CrossRef]
  16. D. W. van der Weide, Appl. Phys. Lett. 65, 881 (1994).
    [CrossRef]
  17. Tektronix AWG7122B, 35ps fall time @ 1Vpp, phase noise −85 dBc/Hz@10 kHz offset.
  18. R. Houtz, C. Chan, and H. Mueller, Opt. Express 17, 19235 (2009).
    [CrossRef]

2009 (1)

2007 (2)

T. Kawanishi, T. Sakamoto, and M. Izutsu, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 13, 79 (2007).
[CrossRef]

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, I. Ozdur, and P. J. Delfyett, Electron. Lett. 43, 65 (2007).
[CrossRef]

2005 (2)

I. Y. Poberezhskiy, B. Bortnik, J. Chou, B. Jalali, and H. R. Fetterman, IEEE J. Quantum Electron. 41, 1533 (2005).
[CrossRef]

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, Proc. SPIE 5814, 79 (2005).
[CrossRef]

2004 (2)

R. R. Reibel, Z. W. Barber, J. A. Fischer, M. Tian, and W. R. Babbitt, J. Lumin. 107, 103 (2004).
[CrossRef]

M. Shen and R. A. Minasian, Electron. Lett. 40, 1545 (2004).
[CrossRef]

2001 (1)

S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi, and M. Izutsu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 364 (2001).
[CrossRef]

1994 (2)

D. W. van der Weide, Appl. Phys. Lett. 65, 881 (1994).
[CrossRef]

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

1989 (1)

C. Laskoskie, H. Hung, T. El-Wailly, and C. L. Chang, J. Lightwave Technol. 7, 600 (1989).
[CrossRef]

1988 (1)

L. M. Johnson and C. H. Cox, J. Lightwave Technol. 6, 109 (1988).
[CrossRef]

1985 (2)

L. Thylen, P. Sjoberg, and G. E. Lindqvist, IEE Proc. J. 132, 119 (1985).

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

1982 (1)

1981 (1)

J. L. Hall, L. Hollberg, T. Baer, and H. G. Robinson, Appl. Phys. Lett. 39, 680 (1981).
[CrossRef]

Allen, S. T.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Ashkin, A.

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

Babbitt, W. R.

R. R. Reibel, Z. W. Barber, J. A. Fischer, M. Tian, and W. R. Babbitt, J. Lumin. 107, 103 (2004).
[CrossRef]

R. R. Reibel, T. Chang, M. Tian, and W. R. Babbitt, in IEEE Microwave Photonics Conference Proceedings (IEEE, 2004), pp. 197-200.

Baer, T.

J. L. Hall, L. Hollberg, T. Baer, and H. G. Robinson, Appl. Phys. Lett. 39, 680 (1981).
[CrossRef]

Barber, Z. W.

R. R. Reibel, Z. W. Barber, J. A. Fischer, M. Tian, and W. R. Babbitt, J. Lumin. 107, 103 (2004).
[CrossRef]

Bhattacharya, U.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Bjorkholm, J. E.

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

Bortnik, B.

I. Y. Poberezhskiy, B. Bortnik, J. Chou, B. Jalali, and H. R. Fetterman, IEEE J. Quantum Electron. 41, 1533 (2005).
[CrossRef]

Cable, A.

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

Carman, E.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Case, M. G.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Chan, C.

Chang, C. L.

C. Laskoskie, H. Hung, T. El-Wailly, and C. L. Chang, J. Lightwave Technol. 7, 600 (1989).
[CrossRef]

Chang, T.

R. R. Reibel, T. Chang, M. Tian, and W. R. Babbitt, in IEEE Microwave Photonics Conference Proceedings (IEEE, 2004), pp. 197-200.

Chou, J.

I. Y. Poberezhskiy, B. Bortnik, J. Chou, B. Jalali, and H. R. Fetterman, IEEE J. Quantum Electron. 41, 1533 (2005).
[CrossRef]

Chu, S.

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

Cox, C. H.

L. M. Johnson and C. H. Cox, J. Lightwave Technol. 6, 109 (1988).
[CrossRef]

De La Rue, R. M.

Delfyett, P. J.

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, I. Ozdur, and P. J. Delfyett, Electron. Lett. 43, 65 (2007).
[CrossRef]

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, Proc. SPIE 5814, 79 (2005).
[CrossRef]

El-Wailly, T.

C. Laskoskie, H. Hung, T. El-Wailly, and C. L. Chang, J. Lightwave Technol. 7, 600 (1989).
[CrossRef]

Fetterman, H. R.

I. Y. Poberezhskiy, B. Bortnik, J. Chou, B. Jalali, and H. R. Fetterman, IEEE J. Quantum Electron. 41, 1533 (2005).
[CrossRef]

Fischer, J. A.

R. R. Reibel, Z. W. Barber, J. A. Fischer, M. Tian, and W. R. Babbitt, J. Lumin. 107, 103 (2004).
[CrossRef]

Gee, S.

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, I. Ozdur, and P. J. Delfyett, Electron. Lett. 43, 65 (2007).
[CrossRef]

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, Proc. SPIE 5814, 79 (2005).
[CrossRef]

Hall, J. L.

J. L. Hall, L. Hollberg, T. Baer, and H. G. Robinson, Appl. Phys. Lett. 39, 680 (1981).
[CrossRef]

Hollberg, L.

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

J. L. Hall, L. Hollberg, T. Baer, and H. G. Robinson, Appl. Phys. Lett. 39, 680 (1981).
[CrossRef]

Houtz, R.

Hung, H.

C. Laskoskie, H. Hung, T. El-Wailly, and C. L. Chang, J. Lightwave Technol. 7, 600 (1989).
[CrossRef]

Izutsu, M.

T. Kawanishi, T. Sakamoto, and M. Izutsu, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 13, 79 (2007).
[CrossRef]

S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi, and M. Izutsu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 364 (2001).
[CrossRef]

Jalali, B.

I. Y. Poberezhskiy, B. Bortnik, J. Chou, B. Jalali, and H. R. Fetterman, IEEE J. Quantum Electron. 41, 1533 (2005).
[CrossRef]

Johnson, L. M.

L. M. Johnson and C. H. Cox, J. Lightwave Technol. 6, 109 (1988).
[CrossRef]

Kamegawa, M.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Kawanishi, T.

T. Kawanishi, T. Sakamoto, and M. Izutsu, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 13, 79 (2007).
[CrossRef]

S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi, and M. Izutsu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 364 (2001).
[CrossRef]

Konishi, Y.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Kubodera, K.

S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi, and M. Izutsu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 364 (2001).
[CrossRef]

Laskoskie, C.

C. Laskoskie, H. Hung, T. El-Wailly, and C. L. Chang, J. Lightwave Technol. 7, 600 (1989).
[CrossRef]

Lindqvist, G. E.

L. Thylen, P. Sjoberg, and G. E. Lindqvist, IEE Proc. J. 132, 119 (1985).

Minasian, R. A.

M. Shen and R. A. Minasian, Electron. Lett. 40, 1545 (2004).
[CrossRef]

Mitsugi, N.

S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi, and M. Izutsu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 364 (2001).
[CrossRef]

Mueller, H.

Oikawa, S.

S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi, and M. Izutsu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 364 (2001).
[CrossRef]

Ozdur, I.

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, I. Ozdur, and P. J. Delfyett, Electron. Lett. 43, 65 (2007).
[CrossRef]

Ozharar, S.

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, I. Ozdur, and P. J. Delfyett, Electron. Lett. 43, 65 (2007).
[CrossRef]

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, Proc. SPIE 5814, 79 (2005).
[CrossRef]

Poberezhskiy, I. Y.

I. Y. Poberezhskiy, B. Bortnik, J. Chou, B. Jalali, and H. R. Fetterman, IEEE J. Quantum Electron. 41, 1533 (2005).
[CrossRef]

Pullela, R.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Pusl, J.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Quinlan, F.

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, I. Ozdur, and P. J. Delfyett, Electron. Lett. 43, 65 (2007).
[CrossRef]

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, Proc. SPIE 5814, 79 (2005).
[CrossRef]

Reddy, M.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Reibel, R. R.

R. R. Reibel, Z. W. Barber, J. A. Fischer, M. Tian, and W. R. Babbitt, J. Lumin. 107, 103 (2004).
[CrossRef]

R. R. Reibel, T. Chang, M. Tian, and W. R. Babbitt, in IEEE Microwave Photonics Conference Proceedings (IEEE, 2004), pp. 197-200.

Robinson, H. G.

J. L. Hall, L. Hollberg, T. Baer, and H. G. Robinson, Appl. Phys. Lett. 39, 680 (1981).
[CrossRef]

Rodwell, M. J. W.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Saitou, T.

S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi, and M. Izutsu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 364 (2001).
[CrossRef]

Sakamoto, T.

T. Kawanishi, T. Sakamoto, and M. Izutsu, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 13, 79 (2007).
[CrossRef]

Shen, M.

M. Shen and R. A. Minasian, Electron. Lett. 40, 1545 (2004).
[CrossRef]

Shimotsu, S.

S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi, and M. Izutsu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 364 (2001).
[CrossRef]

Sjoberg, P.

L. Thylen, P. Sjoberg, and G. E. Lindqvist, IEE Proc. J. 132, 119 (1985).

Thylen, L.

L. Thylen, P. Sjoberg, and G. E. Lindqvist, IEE Proc. J. 132, 119 (1985).

Tian, M.

R. R. Reibel, Z. W. Barber, J. A. Fischer, M. Tian, and W. R. Babbitt, J. Lumin. 107, 103 (2004).
[CrossRef]

R. R. Reibel, T. Chang, M. Tian, and W. R. Babbitt, in IEEE Microwave Photonics Conference Proceedings (IEEE, 2004), pp. 197-200.

van der Weide, D. W.

D. W. van der Weide, Appl. Phys. Lett. 65, 881 (1994).
[CrossRef]

Wong, K. K.

Wright, S.

Yu, R. Y.

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (2)

D. W. van der Weide, Appl. Phys. Lett. 65, 881 (1994).
[CrossRef]

J. L. Hall, L. Hollberg, T. Baer, and H. G. Robinson, Appl. Phys. Lett. 39, 680 (1981).
[CrossRef]

Electron. Lett. (2)

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, I. Ozdur, and P. J. Delfyett, Electron. Lett. 43, 65 (2007).
[CrossRef]

M. Shen and R. A. Minasian, Electron. Lett. 40, 1545 (2004).
[CrossRef]

IEE Proc. J. (1)

L. Thylen, P. Sjoberg, and G. E. Lindqvist, IEE Proc. J. 132, 119 (1985).

IEEE J. Quantum Electron. (1)

I. Y. Poberezhskiy, B. Bortnik, J. Chou, B. Jalali, and H. R. Fetterman, IEEE J. Quantum Electron. 41, 1533 (2005).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. (1)

T. Kawanishi, T. Sakamoto, and M. Izutsu, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 13, 79 (2007).
[CrossRef]

IEEE Photonics Technol. Lett. (1)

S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi, and M. Izutsu, IEEE Photonics Technol. Lett. 13, 364 (2001).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (2)

L. M. Johnson and C. H. Cox, J. Lightwave Technol. 6, 109 (1988).
[CrossRef]

C. Laskoskie, H. Hung, T. El-Wailly, and C. L. Chang, J. Lightwave Technol. 7, 600 (1989).
[CrossRef]

J. Lumin. (1)

R. R. Reibel, Z. W. Barber, J. A. Fischer, M. Tian, and W. R. Babbitt, J. Lumin. 107, 103 (2004).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. Lett. (1)

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

Proc. IEEE (1)

M. J. W. Rodwell, S. T. Allen, R. Y. Yu, M. G. Case, U. Bhattacharya, M. Reddy, E. Carman, M. Kamegawa, Y. Konishi, J. Pusl, and R. Pullela, Proc. IEEE 82, 1037 (1994).
[CrossRef]

Proc. SPIE (1)

S. Ozharar, S. Gee, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, Proc. SPIE 5814, 79 (2005).
[CrossRef]

Other (2)

R. R. Reibel, T. Chang, M. Tian, and W. R. Babbitt, in IEEE Microwave Photonics Conference Proceedings (IEEE, 2004), pp. 197-200.

Tektronix AWG7122B, 35ps fall time @ 1Vpp, phase noise −85 dBc/Hz@10 kHz offset.

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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Experimental setup. (a) Single phase modulator ( φ M ) measured with a Fabry–Perot cavity. (b) Two phase modulators in a push–pull configuration measured via a heterodyne beat with the reference beam shifted 194 MHz by an AOM.

Fig. 2
Fig. 2

Optical spectrum with and without serrodyne modulation normalized to the unmodulated carrier. The center (blue) curve shows the optical spectrum with no rf modulation. The right (red) and left (yellow) curves are the spectrum with a serrodyne modulation of + 1.1 GHz and 1.1 GHz , respectively. The inset shows the applied 1.1 GHz serrodyne waveform in volts versus time in nanoseconds as measured by a 63 GHz oscilloscope.

Fig. 3
Fig. 3

Serrodyne modulation efficiency. The upper and lower curves show η and SF, respectively.

Fig. 4
Fig. 4

Heterodyne spectra of push–pull frequency shift. (a) No modulation. (b) Δ ν = + 1 MHz . (c) Δ ν = 5 MHz .

Equations (1)

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

φ ( t ) = ( m δ ) t [ mod ] 2 π m ,

Metrics