Abstract

We report on nearly quantum-limited timing-jitter performance of two passively mode-locked Er:Yb:glass lasers with a repetition rate of 10GHz. The relative timing jitter of both lasers was measured to be 190fs (100Hz1.56MHz) root mean square. The remaining cavity-length fluctuations are below 7.5 pm in the 6Hz8kHz frequency range, indicating the stability of a rugged miniature cavity setup. By actively controlling the cavity length we reduced the timing jitter to 26fs (6Hz1.56MHz). We also discuss the influence of cavity length on the practically achievable timing jitter.

© 2005 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
    [CrossRef]
  2. M. J. W. Rodwell, D. M. Bloom, and K. J. Weingarten, IEEE J. Quantum Electron. 25, 817 (1989).
    [CrossRef]
  3. U. Keller, C. E. Soccolich, G. Sucha, M. N. Islam, and M. Wegener, Opt. Lett. 15, 974 (1990).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. H. Tsuchida, Opt. Lett. 24, 1641 (1999).
    [CrossRef]
  5. T. Yilmaz, C. M. DePriest, J. P. J. Delfyett, A. Braun, and J. Abeles, Opt. Lett. 27, 872 (2002).
    [CrossRef]
  6. K. Kobayashi, T. Miura, S. Ito, Z. Zhang, K. Torizuka, and A. Endo, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 455, 239 (2000).
    [CrossRef]
  7. E. Yoshida and M. Nakazawa, IEEE Photonics Technol. Lett. 11, 548 (1999).
    [CrossRef]
  8. S. Namiki, C. X. Yu, and H. A. Haus, J. Opt. Soc. Am. B 13, 2817 (1996).
    [CrossRef]
  9. M. E. Grein, L. A. Jiang, H. A. Haus, E. P. Ippen, C. McNeilage, J. H. Searls, and R. S. Windeler, Opt. Lett. 27, 957 (2002).
    [CrossRef]
  10. L. A. Jiang, M. E. Grein, E. P. Ippen, C. McNeilage, J. Searls, and H. Yokoyama, Opt. Lett. 27, 49 (2002).
    [CrossRef]
  11. D. E. Spence, J. M. Dudley, K. Lamb, W. E. Sleat, and W. Sibbet, Opt. Lett. 19, 481 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. L. Krainer, R. Paschotta, G. J. Spühler, I. Klimov, C. Y. Teisset, K. J. Weingarten, and U. Keller, Electron. Lett. 38, 225 (2002).
    [CrossRef]
  13. R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
    [CrossRef]
  14. D. von der Linde, Appl. Phys. B 39, 201 (1986).
    [CrossRef]
  15. R. Paschotta, Appl. Phys. B 79, 163 (2004).
    [CrossRef]
  16. H. A. Haus and A. Mecozzi, IEEE J. Quantum Electron. 29, 983 (1993).
    [CrossRef]
  17. M. E. Grein, L. A. Jiang, Y. Chen, H. A. Haus, and E. P. Ippen, Opt. Lett. 24, 1687 (1999).
    [CrossRef]

2005

R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
[CrossRef]

2004

R. Paschotta, Appl. Phys. B 79, 163 (2004).
[CrossRef]

2002

2001

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

2000

K. Kobayashi, T. Miura, S. Ito, Z. Zhang, K. Torizuka, and A. Endo, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 455, 239 (2000).
[CrossRef]

1999

1996

1994

1993

H. A. Haus and A. Mecozzi, IEEE J. Quantum Electron. 29, 983 (1993).
[CrossRef]

1990

1989

M. J. W. Rodwell, D. M. Bloom, and K. J. Weingarten, IEEE J. Quantum Electron. 25, 817 (1989).
[CrossRef]

1986

D. von der Linde, Appl. Phys. B 39, 201 (1986).
[CrossRef]

Abeles, J.

Betts, G. E.

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

Bloom, D. M.

M. J. W. Rodwell, D. M. Bloom, and K. J. Weingarten, IEEE J. Quantum Electron. 25, 817 (1989).
[CrossRef]

Braun, A.

Chen, Y.

Delfyett, J. P. J.

DePriest, C. M.

Dudley, J. M.

Endo, A.

K. Kobayashi, T. Miura, S. Ito, Z. Zhang, K. Torizuka, and A. Endo, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 455, 239 (2000).
[CrossRef]

Grein, M. E.

Hargreaves, J. J.

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

Haus, H. A.

Haverkamp, N.

R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
[CrossRef]

Ippen, E. P.

Islam, M. N.

Ito, S.

K. Kobayashi, T. Miura, S. Ito, Z. Zhang, K. Torizuka, and A. Endo, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 455, 239 (2000).
[CrossRef]

Jiang, L. A.

Juodawlkis, P. W.

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

Keller, U.

R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
[CrossRef]

L. Krainer, R. Paschotta, G. J. Spühler, I. Klimov, C. Y. Teisset, K. J. Weingarten, and U. Keller, Electron. Lett. 38, 225 (2002).
[CrossRef]

U. Keller, C. E. Soccolich, G. Sucha, M. N. Islam, and M. Wegener, Opt. Lett. 15, 974 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Klimov, I.

L. Krainer, R. Paschotta, G. J. Spühler, I. Klimov, C. Y. Teisset, K. J. Weingarten, and U. Keller, Electron. Lett. 38, 225 (2002).
[CrossRef]

Kobayashi, K.

K. Kobayashi, T. Miura, S. Ito, Z. Zhang, K. Torizuka, and A. Endo, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 455, 239 (2000).
[CrossRef]

Krainer, L.

R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
[CrossRef]

L. Krainer, R. Paschotta, G. J. Spühler, I. Klimov, C. Y. Teisset, K. J. Weingarten, and U. Keller, Electron. Lett. 38, 225 (2002).
[CrossRef]

Lamb, K.

McNeilage, C.

Mecozzi, A.

H. A. Haus and A. Mecozzi, IEEE J. Quantum Electron. 29, 983 (1993).
[CrossRef]

Miura, T.

K. Kobayashi, T. Miura, S. Ito, Z. Zhang, K. Torizuka, and A. Endo, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 455, 239 (2000).
[CrossRef]

Nakazawa, M.

E. Yoshida and M. Nakazawa, IEEE Photonics Technol. Lett. 11, 548 (1999).
[CrossRef]

Namiki, S.

O’Donnell, F. J.

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

Paschotta, R.

R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
[CrossRef]

R. Paschotta, Appl. Phys. B 79, 163 (2004).
[CrossRef]

L. Krainer, R. Paschotta, G. J. Spühler, I. Klimov, C. Y. Teisset, K. J. Weingarten, and U. Keller, Electron. Lett. 38, 225 (2002).
[CrossRef]

Ray, K. G.

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

Rodwell, M. J. W.

M. J. W. Rodwell, D. M. Bloom, and K. J. Weingarten, IEEE J. Quantum Electron. 25, 817 (1989).
[CrossRef]

Rudin, B.

R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
[CrossRef]

Schlatter, A.

R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
[CrossRef]

Searls, J.

Searls, J. H.

Sibbet, W.

Sleat, W. E.

Soccolich, C. E.

Spence, D. E.

Spühler, G. J.

R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
[CrossRef]

L. Krainer, R. Paschotta, G. J. Spühler, I. Klimov, C. Y. Teisset, K. J. Weingarten, and U. Keller, Electron. Lett. 38, 225 (2002).
[CrossRef]

Sucha, G.

Teisset, C. Y.

L. Krainer, R. Paschotta, G. J. Spühler, I. Klimov, C. Y. Teisset, K. J. Weingarten, and U. Keller, Electron. Lett. 38, 225 (2002).
[CrossRef]

Telle, H. R.

R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
[CrossRef]

Torizuka, K.

K. Kobayashi, T. Miura, S. Ito, Z. Zhang, K. Torizuka, and A. Endo, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 455, 239 (2000).
[CrossRef]

Tsuchida, H.

Twichell, J. C.

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

von der Linde, D.

D. von der Linde, Appl. Phys. B 39, 201 (1986).
[CrossRef]

Wasserman, J. L.

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

Wegener, M.

Weingarten, K. J.

L. Krainer, R. Paschotta, G. J. Spühler, I. Klimov, C. Y. Teisset, K. J. Weingarten, and U. Keller, Electron. Lett. 38, 225 (2002).
[CrossRef]

M. J. W. Rodwell, D. M. Bloom, and K. J. Weingarten, IEEE J. Quantum Electron. 25, 817 (1989).
[CrossRef]

Williamson, R. C.

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

Windeler, R. S.

Yilmaz, T.

Yokoyama, H.

Yoshida, E.

E. Yoshida and M. Nakazawa, IEEE Photonics Technol. Lett. 11, 548 (1999).
[CrossRef]

Younger, R. D.

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

Yu, C. X.

Zhang, Z.

K. Kobayashi, T. Miura, S. Ito, Z. Zhang, K. Torizuka, and A. Endo, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 455, 239 (2000).
[CrossRef]

Appl. Phys. B

R. Paschotta, B. Rudin, A. Schlatter, G. J. Spühler, L. Krainer, N. Haverkamp, H. R. Telle, and U. Keller, Appl. Phys. B 80, 185 (2005).
[CrossRef]

D. von der Linde, Appl. Phys. B 39, 201 (1986).
[CrossRef]

R. Paschotta, Appl. Phys. B 79, 163 (2004).
[CrossRef]

Electron. Lett.

L. Krainer, R. Paschotta, G. J. Spühler, I. Klimov, C. Y. Teisset, K. J. Weingarten, and U. Keller, Electron. Lett. 38, 225 (2002).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

H. A. Haus and A. Mecozzi, IEEE J. Quantum Electron. 29, 983 (1993).
[CrossRef]

M. J. W. Rodwell, D. M. Bloom, and K. J. Weingarten, IEEE J. Quantum Electron. 25, 817 (1989).
[CrossRef]

IEEE Photonics Technol. Lett.

E. Yoshida and M. Nakazawa, IEEE Photonics Technol. Lett. 11, 548 (1999).
[CrossRef]

IEEE Trans. Microwave Theory Tech.

P. W. Juodawlkis, J. C. Twichell, G. E. Betts, J. J. Hargreaves, R. D. Younger, J. L. Wasserman, F. J. O’Donnell, K. G. Ray, and R. C. Williamson, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1840 (2001).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B

Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A

K. Kobayashi, T. Miura, S. Ito, Z. Zhang, K. Torizuka, and A. Endo, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 455, 239 (2000).
[CrossRef]

Opt. Lett.

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 (2)

Fig. 1
Fig. 1

Experimental setup for our jitter measurements: ml, mode locked; PDs, fast photodiodes. The photodiode signals are downconverted to low frequencies, low-pass filtered, and digitally recorded.

Fig. 2
Fig. 2

Power spectral densities of the measured timing phase noise of the free-running and the timing-stabilized lasers. Each curve shows the average of four measurements with a measurement time of 0.17 s each. The dashed line is the quantum limit for relative timing fluctuations [ = 2 S φ t qn ( f ) ] . The vertical axis shows 10 log 10 [ S φ t ( f ) × 1 Hz ] in units of decibels relative to carrier per hertz.

Equations (4)

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

S φ t qn ( f ) 0.3607 h ν E p θ g T rt τ p 2 ( f rep f ) 2 .
S Δ t ( f ) = ( 2 π f rep ) 2 S φ t ( f ) .
Δ t rms 2 = 2 f 1 f 2 S Δ t ( f ) d f ;
Δ f rep , inst = c ( 2 l 2 ) Δ l = f rep Δ l l

Metrics