Abstract

We have performed systematic studies of intensity-related dynamics of the pulse repetition and carrier-envelope offset frequencies in mode-locked Ti:sapphire lasers. We compared the results for two laser systems that have different intracavity dispersion-compensation schemes. We found that the carrier-envelope phase noise and its dynamic response depend critically on the mode-locking conditions. An intensity-related shift of the laser spectrum was found to be instrumental in interpretations.

© 2003 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. T. 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, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  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]
  4. A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, T. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. J. Ye, L. S. Ma, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 87, 270801 (2001).
    [CrossRef]
  7. J. D. Jost, J. L. Hall, and J. Ye, Opt. Express 10, 515 (2002), http://opticsexpress.org .
    [CrossRef] [PubMed]
  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. S. T. Cundiff, J. Ye, and J. L. Hall, Rev. Sci. Instrum. 72, 3746 (2001).
    [CrossRef]
  10. L. Xu, C. Spielmann, A. Poppe, T. Brabec, F. Krausz, and T. W. Hänsch, Opt. Lett. 21, 2008 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. F. W. Helbing, G. Steinmeyer, U. Keller, R. S. Windeler, J. Stenger, and H. R. Telle, Opt. Lett. 27, 194 (2002).
    [CrossRef]

2002 (2)

2001 (4)

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

J. Ye, L. S. Ma, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 87, 270801 (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]

S. T. Cundiff, J. Ye, and J. L. Hall, Rev. Sci. Instrum. 72, 3746 (2001).
[CrossRef]

2000 (3)

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. 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, T. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (1)

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

1996 (1)

Apolonski, A.

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

Bergquist, J. C.

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Brabec, T.

Cundiff, S. T.

S. T. Cundiff, J. Ye, and J. L. Hall, Rev. Sci. Instrum. 72, 3746 (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, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Curtis, E. A.

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Diddams, S. A.

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. 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]

Drullinger, R. E.

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Hall, J. L.

J. D. Jost, J. L. Hall, and J. Ye, Opt. Express 10, 515 (2002), http://opticsexpress.org .
[CrossRef] [PubMed]

S. T. Cundiff, J. Ye, and J. L. Hall, Rev. Sci. Instrum. 72, 3746 (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, L. S. Ma, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 87, 270801 (2001).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. 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]

Hänsch, T. W.

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

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

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

L. Xu, C. Spielmann, A. Poppe, T. Brabec, F. Krausz, and T. W. Hänsch, Opt. Lett. 21, 2008 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Helbing, F. W.

Hollberg, L.

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Holzwarth, R.

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, T. 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, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

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

Itano, W. M.

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

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, T. 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]

Jost, J. D.

Kapteyn, H. C.

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

Keller, U.

Krausz, F.

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

L. Xu, C. Spielmann, A. Poppe, T. Brabec, F. Krausz, and T. W. Hänsch, Opt. Lett. 21, 2008 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Lee, W. D.

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

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]

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

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]

Oates, C. W.

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Poppe, A.

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

L. Xu, C. Spielmann, A. Poppe, T. Brabec, F. Krausz, and T. W. Hänsch, Opt. Lett. 21, 2008 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Ranka, J. K.

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, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Reichert, J.

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

Shelton, R. K.

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, T. Udem, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Phys. Rev. Lett. 85, 740 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

L. Xu, C. Spielmann, A. Poppe, T. Brabec, F. Krausz, and T. W. Hänsch, Opt. Lett. 21, 2008 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Steinmeyer, G.

Stenger, J.

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]

Telle, H. R.

Tempea, G.

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

Udem, T.

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

A. Apolonski, A. Poppe, G. Tempea, C. Spielmann, T. 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, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

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

Vogel, K. R.

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Windeler, R. S.

F. W. Helbing, G. Steinmeyer, U. Keller, R. S. Windeler, J. Stenger, and H. R. Telle, Opt. Lett. 27, 194 (2002).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. 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, T. 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, 825 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Xu, L.

Ye, J.

J. D. Jost, J. L. Hall, and J. Ye, Opt. Express 10, 515 (2002), http://opticsexpress.org .
[CrossRef] [PubMed]

S. T. Cundiff, J. Ye, and J. L. Hall, Rev. Sci. Instrum. 72, 3746 (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, L. S. Ma, and J. L. Hall, Phys. Rev. Lett. 87, 270801 (2001).
[CrossRef]

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

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. Lett. (4)

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

T. 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, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

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

Rev. Sci. Instrum. (1)

S. T. Cundiff, J. Ye, and J. L. Hall, Rev. Sci. Instrum. 72, 3746 (2001).
[CrossRef]

Science (3)

S. A. Diddams, T. 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, 825 (2001).
[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]

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 (6)

Fig. 1
Fig. 1

Shift of ωc and fceo with respect to the average output power from the 750-MHz laser cavity; squares, ωc; circles, fceo.

Fig. 2
Fig. 2

Directly measured Δfrep/ΔI and Δfceo/ΔI versus the average output power of the 750-MHz laser. Calculated Δfceo/ΔI based on a parameter derived from the measured Δfrep/ΔI data are also shown.

Fig. 3
Fig. 3

Dynamic response (transfer function) of fceo with respect to the laser power for the 750-MHz laser. Notice the change of the dynamic response when fceo goes through the turning point. Bottom, the true response (inverted from the magnitude plot) for the 763-mW laser.

Fig. 4
Fig. 4

Linewidth of fceo near the turning point Δfceo/ΔI=0 in the 750-MHz laser.

Fig. 5
Fig. 5

Comparison of the fceo linewidths of the 100 and 750-MHz lasers. The fceo linewidth is nearly independent of the pulse intensity for the 100-MHz laser, whereas the narrowest fceo line shape is shown for the 750-MHz laser. Inset, resolution-limited linewidth of the stabilized fceo for the 750-MHz laser. R. B., resolution bandwidth.

Fig. 6
Fig. 6

Dependence of Δfceo/ΔI on the laser bandwidth for the 100-MHz laser.

Equations (3)

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

dfrepdI=1lcdνgdI,dfceodI=12πωcI1-νgνp+ωc2πνgνp1νpdνpdI-1νgdνgdI,
dfrepdI=-1lcνg2cn¯2+ωcdn¯2dωωc+cωcIωc1νg,
dfceodI=ωc22πνg2c2n¯0dn¯2dωωc-n¯2dn¯0dωωc+12πωcI1-νgνp+ωcνg2νpωc1νg-ωcνgcn¯ωc.

Metrics