Abstract

With the implementation of a fast-bandwidth servo, along with improved laser construction and associated better passive stability, we have achieved subfemtosecond relative timing jitter between two independent, actively synchronized, mode-locked Ti:sapphire lasers. Timing jitter of 0.58 fs is obtained with a 160-Hz observation bandwidth over several seconds. Within a 2-MHz observation bandwidth, the timing jitter is 1.75 fs. Excellent repeatability and rapid speed in setting an arbitrary time delay between two pulses are also demonstrated.

© 2002 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Th. Udem, J. Reichert, R. Holzwarth, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3568 (1999).
    [CrossRef]
  2. S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
    [CrossRef]
  4. J. Ye, L.-S. Ma, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 87, 270801 (2001).
    [CrossRef]
  5. D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. L.-S. Ma, R. K. Shelton, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, and J. Ye, Phys. Rev. A 64, 021802(R) (2001).
    [CrossRef]
  8. R. K. Shelton, L.-S. Ma, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, J. L. Hall, and J. Ye, Science 293, 1286 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. A. Leitenstorfer, C. Fürst, and A. Laubereau, Opt. Lett. 20, 916 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. K. Read, F. Blonigen, N. Riccelli, M. Murnane, and H. Kapteyn, Opt. Lett. 21, 489 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. J. Ye, J. L. Hall, and S. A. Diddams, Opt. Lett. 25, 1675 (2000).
    [CrossRef]
  12. R. J. Jones and J.-C. Diels, Phys. Rev. Lett. 86, 3288 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]

2001 (5)

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

J. Ye, L.-S. Ma, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 87, 270801 (2001).
[CrossRef]

L.-S. Ma, R. K. Shelton, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, and J. Ye, Phys. Rev. A 64, 021802(R) (2001).
[CrossRef]

R. K. Shelton, L.-S. Ma, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, J. L. Hall, and J. Ye, Science 293, 1286 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

R. J. Jones and J.-C. Diels, Phys. Rev. Lett. 86, 3288 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (4)

J. Ye, J. L. Hall, and S. A. Diddams, Opt. Lett. 25, 1675 (2000).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (1)

Th. Udem, J. Reichert, R. Holzwarth, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3568 (1999).
[CrossRef]

1996 (1)

1995 (1)

Apolonski, A.

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Bergquist, J. C.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

Blonigen, F.

Cundiff, S. T.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Curtis, E. A.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

Diddams, S. A.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

J. Ye, J. L. Hall, and S. A. Diddams, Opt. Lett. 25, 1675 (2000).
[CrossRef]

Diels, J.-C.

R. J. Jones and J.-C. Diels, Phys. Rev. Lett. 86, 3288 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Drullinger, R. E.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

Fürst, C.

Hall, J. L.

R. K. Shelton, L.-S. Ma, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, J. L. Hall, and J. Ye, Science 293, 1286 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

J. Ye, L.-S. Ma, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 87, 270801 (2001).
[CrossRef]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

J. Ye, J. L. Hall, and S. A. Diddams, Opt. Lett. 25, 1675 (2000).
[CrossRef]

Hänsch, T. W.

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Th. Udem, J. Reichert, R. Holzwarth, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3568 (1999).
[CrossRef]

Hollberg, L.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

Holzwarth, R.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Th. Udem, J. Reichert, R. Holzwarth, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3568 (1999).
[CrossRef]

Itano, W. M.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

Jones, D. J.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Jones, R. J.

R. J. Jones and J.-C. Diels, Phys. Rev. Lett. 86, 3288 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Kapteyn, H.

Kapteyn, H. C.

L.-S. Ma, R. K. Shelton, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, and J. Ye, Phys. Rev. A 64, 021802(R) (2001).
[CrossRef]

R. K. Shelton, L.-S. Ma, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, J. L. Hall, and J. Ye, Science 293, 1286 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Krausz, F.

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Laubereau, A.

Lee, W. D.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

Leitenstorfer, A.

Ma, L.-S.

R. K. Shelton, L.-S. Ma, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, J. L. Hall, and J. Ye, Science 293, 1286 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

L.-S. Ma, R. K. Shelton, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, and J. Ye, Phys. Rev. A 64, 021802(R) (2001).
[CrossRef]

J. Ye, L.-S. Ma, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 87, 270801 (2001).
[CrossRef]

Murnane, M.

Murnane, M. M.

R. K. Shelton, L.-S. Ma, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, J. L. Hall, and J. Ye, Science 293, 1286 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

L.-S. Ma, R. K. Shelton, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, and J. Ye, Phys. Rev. A 64, 021802(R) (2001).
[CrossRef]

Oates, C. W.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

Poppe, A.

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Ranka, J. K.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Read, K.

Reichert, J.

Th. Udem, J. Reichert, R. Holzwarth, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3568 (1999).
[CrossRef]

Riccelli, N.

Shelton, R. K.

L.-S. Ma, R. K. Shelton, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, and J. Ye, Phys. Rev. A 64, 021802(R) (2001).
[CrossRef]

R. K. Shelton, L.-S. Ma, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, J. L. Hall, and J. Ye, Science 293, 1286 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Spielmann, C.

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Stentz, A.

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Tempea, G.

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Udem, Th.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Th. Udem, J. Reichert, R. Holzwarth, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3568 (1999).
[CrossRef]

Vogel, K. R.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

Windeler, R. S.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Wineland, D. J.

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

Ye, J.

J. Ye, L.-S. Ma, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 87, 270801 (2001).
[CrossRef]

L.-S. Ma, R. K. Shelton, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, and J. Ye, Phys. Rev. A 64, 021802(R) (2001).
[CrossRef]

R. K. Shelton, L.-S. Ma, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, J. L. Hall, and J. Ye, Science 293, 1286 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

J. Ye, J. L. Hall, and S. A. Diddams, Opt. Lett. 25, 1675 (2000).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Lett. (3)

Phys. Rev. A (1)

L.-S. Ma, R. K. Shelton, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, and J. Ye, Phys. Rev. A 64, 021802(R) (2001).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett. (5)

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, Th. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

R. J. Jones and J.-C. Diels, Phys. Rev. Lett. 86, 3288 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Th. Udem, J. Reichert, R. Holzwarth, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 82, 3568 (1999).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, Th. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

J. Ye, L.-S. Ma, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 87, 270801 (2001).
[CrossRef]

Science (3)

D. J. Jones, S. A. Diddams, J. K. Ranka, A. Stentz, R. S. Windeler, J. L. Hall, and S. T. Cundiff, Science 288, 635 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

S. A. Diddams, Th. Udem, J. C. Bergquist, E. A. Curtis, R. E. Drullinger, L. Hollberg, W. M. Itano, W. D. Lee, C. W. Oates, K. R. Vogel, and D. J. Wineland, Science 293, 826 (2001).
[CrossRef]

R. K. Shelton, L.-S. Ma, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, J. L. Hall, and J. Ye, Science 293, 1286 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

Timing jitter between two synchronized femtosecond lasers. (a) Time record of noise determined from fluctuations of the SFG intensity. (b) SFG intensity-noise power spectral density from dc to 100 Hz. (c) SFG intensity-noise power spectral density from dc to 100 kHz.

Fig. 2
Fig. 2

Power spectral density of the servo error signal and the intrinsic noise of the mixer from dc to 100 kHz (a) and from dc to 100 Hz (b). These results show that the present performance is limited by the intrinsic noise floor of the best mixer that we have at 14 GHz.

Fig. 3
Fig. 3

Controlled switching of time delays between the two pulse trains. (a) Switching dynamics showing a 6.3µs delay, a 10µs servo attack time, and 60µs settling time in the real signal after the control signal in the feedback loop is applied. (b) Cross-correlation signal between the two pulse trains. (c) 10-Hz switching sequences recorded in a 1-s period.

Metrics