Abstract

We measured the optical linewidths of a passively mode-locked quantum dot laser and show that, in agreement with theoretical predictions, the modal linewidth exhibits a parabolic dependence with the mode optical frequency. The minimum linewidth follows a Schawlow–Townes behavior with a rebroadening at high power. In addition, the slope of the parabola is proportional to the RF linewidth of the laser and can therefore provide a direct measurement of the timing jitter. Such a measurement could be easily applied to mode-locked semiconductor lasers with a fast repetition rate where the RF linewidth cannot be directly measured.

© 2009 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. Ye and S. T. Cundiff, Femtosecond Optical Frequency Comb: Principle, Operation, and Applications (Springer, 2004).
  2. P. J. Delfyett, S. Gee, M. Choi, H. Izadpanah, W. Lee, S. Ozharar, F. Quinlan, and T. Yilmaz, J. Lightwave Technol. 24, 2701 (2006).
    [CrossRef]
  3. X. D. Huang, A. Stintz, H. Li, L. F. Lester, J. Cheng, and K. J. Malloy, Appl. Phys. Lett. 78, 2825 (2001).
    [CrossRef]
  4. M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
    [CrossRef]
  5. E. U. Rafailov, M. A. Cataluna, and W. Sibbett, Nat. Photonics 1, 395 (2007).
    [CrossRef]
  6. J. K. Wahlstrand, J. T. Willits, C. R. Menyuk, and S. T. Cundiff, Opt. Express 16, 18624 (2008).
    [CrossRef]
  7. H. A. Haus and A. Mecozzi, IEEE J. Quantum Electron. 29, 983 (1993).
    [CrossRef]
  8. F. X. Kartner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Top. Appl. Phys. 95, 73 (2004).
  9. Y. Takushima, H. Sotobayashi, M. E. Grein, E. P. Ippen, and H. A. Haus, Proc. SPIE 5595, 213 (2004).
    [CrossRef]
  10. H. Su, L. Zhang, R. Wang, T. C. Newell, A. L. Gray, and L. F. Lester, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2206 (2004).
    [CrossRef]
  11. M. T. Todaro, J. P. Tourrenc, S. P. Hegarty, C. Kelleher, B. Corbett, G. Huyet, and J. G. McInerney, Opt. Lett. 31, 3107 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. F. Kéfélian, S. O'Donoghue, M. T. Todaro, J. G. McInerney, and G. Huyet, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 1405 (2008).
    [CrossRef]
  13. A. G. Vladimirov and D. Turaev, Phys. Rev. A 72, 033808 (2005).
    [CrossRef]
  14. Y.-C. Xin, D. J. Kane, and L. F. Lester, Electron. Lett. 44, 1255 (2008).
    [CrossRef]
  15. M. Ablowitz, B. Ilan, and S. T. Cundiff, Opt. Lett. 31, 1875 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]

2008

J. K. Wahlstrand, J. T. Willits, C. R. Menyuk, and S. T. Cundiff, Opt. Express 16, 18624 (2008).
[CrossRef]

F. Kéfélian, S. O'Donoghue, M. T. Todaro, J. G. McInerney, and G. Huyet, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 1405 (2008).
[CrossRef]

Y.-C. Xin, D. J. Kane, and L. F. Lester, Electron. Lett. 44, 1255 (2008).
[CrossRef]

2007

E. U. Rafailov, M. A. Cataluna, and W. Sibbett, Nat. Photonics 1, 395 (2007).
[CrossRef]

2006

2005

A. G. Vladimirov and D. Turaev, Phys. Rev. A 72, 033808 (2005).
[CrossRef]

2004

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

F. X. Kartner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Top. Appl. Phys. 95, 73 (2004).

Y. Takushima, H. Sotobayashi, M. E. Grein, E. P. Ippen, and H. A. Haus, Proc. SPIE 5595, 213 (2004).
[CrossRef]

H. Su, L. Zhang, R. Wang, T. C. Newell, A. L. Gray, and L. F. Lester, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2206 (2004).
[CrossRef]

2001

X. D. Huang, A. Stintz, H. Li, L. F. Lester, J. Cheng, and K. J. Malloy, Appl. Phys. Lett. 78, 2825 (2001).
[CrossRef]

1993

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

Ablowitz, M.

Bimberg, D.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Cataluna, M. A.

E. U. Rafailov, M. A. Cataluna, and W. Sibbett, Nat. Photonics 1, 395 (2007).
[CrossRef]

Cheng, J.

X. D. Huang, A. Stintz, H. Li, L. F. Lester, J. Cheng, and K. J. Malloy, Appl. Phys. Lett. 78, 2825 (2001).
[CrossRef]

Choi, M.

Corbett, B.

Cundiff, S. T.

Delfyett, P. J.

Ell, R.

F. X. Kartner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Top. Appl. Phys. 95, 73 (2004).

Fiol, G.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Fujimoto, J. G.

F. X. Kartner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Top. Appl. Phys. 95, 73 (2004).

Gee, S.

Gray, A. L.

H. Su, L. Zhang, R. Wang, T. C. Newell, A. L. Gray, and L. F. Lester, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2206 (2004).
[CrossRef]

Grein, M. E.

Y. Takushima, H. Sotobayashi, M. E. Grein, E. P. Ippen, and H. A. Haus, Proc. SPIE 5595, 213 (2004).
[CrossRef]

Haus, H. A.

Y. Takushima, H. Sotobayashi, M. E. Grein, E. P. Ippen, and H. A. Haus, Proc. SPIE 5595, 213 (2004).
[CrossRef]

F. X. Kartner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Top. Appl. Phys. 95, 73 (2004).

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

Hegarty, S. P.

Huang, X. D.

X. D. Huang, A. Stintz, H. Li, L. F. Lester, J. Cheng, and K. J. Malloy, Appl. Phys. Lett. 78, 2825 (2001).
[CrossRef]

Huyet, G.

F. Kéfélian, S. O'Donoghue, M. T. Todaro, J. G. McInerney, and G. Huyet, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 1405 (2008).
[CrossRef]

M. T. Todaro, J. P. Tourrenc, S. P. Hegarty, C. Kelleher, B. Corbett, G. Huyet, and J. G. McInerney, Opt. Lett. 31, 3107 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Ilan, B.

Ippen, E. P.

F. X. Kartner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Top. Appl. Phys. 95, 73 (2004).

Y. Takushima, H. Sotobayashi, M. E. Grein, E. P. Ippen, and H. A. Haus, Proc. SPIE 5595, 213 (2004).
[CrossRef]

Izadpanah, H.

Kane, D. J.

Y.-C. Xin, D. J. Kane, and L. F. Lester, Electron. Lett. 44, 1255 (2008).
[CrossRef]

Kartner, F. X.

F. X. Kartner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Top. Appl. Phys. 95, 73 (2004).

Kéfélian, F.

F. Kéfélian, S. O'Donoghue, M. T. Todaro, J. G. McInerney, and G. Huyet, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 1405 (2008).
[CrossRef]

Kelleher, C.

Kovsh, A. R.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Kuntz, M.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Lammlin, M.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Lee, W.

Lester, L. F.

Y.-C. Xin, D. J. Kane, and L. F. Lester, Electron. Lett. 44, 1255 (2008).
[CrossRef]

H. Su, L. Zhang, R. Wang, T. C. Newell, A. L. Gray, and L. F. Lester, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2206 (2004).
[CrossRef]

X. D. Huang, A. Stintz, H. Li, L. F. Lester, J. Cheng, and K. J. Malloy, Appl. Phys. Lett. 78, 2825 (2001).
[CrossRef]

Li, H.

X. D. Huang, A. Stintz, H. Li, L. F. Lester, J. Cheng, and K. J. Malloy, Appl. Phys. Lett. 78, 2825 (2001).
[CrossRef]

Malloy, K. J.

X. D. Huang, A. Stintz, H. Li, L. F. Lester, J. Cheng, and K. J. Malloy, Appl. Phys. Lett. 78, 2825 (2001).
[CrossRef]

Marinelli, C.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

McInerney, J. G.

F. Kéfélian, S. O'Donoghue, M. T. Todaro, J. G. McInerney, and G. Huyet, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 1405 (2008).
[CrossRef]

M. T. Todaro, J. P. Tourrenc, S. P. Hegarty, C. Kelleher, B. Corbett, G. Huyet, and J. G. McInerney, Opt. Lett. 31, 3107 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Mecozzi, A.

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

Menyuk, C. R.

Morgner, U.

F. X. Kartner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Top. Appl. Phys. 95, 73 (2004).

Newell, T. C.

H. Su, L. Zhang, R. Wang, T. C. Newell, A. L. Gray, and L. F. Lester, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2206 (2004).
[CrossRef]

O'Donoghue, S.

F. Kéfélian, S. O'Donoghue, M. T. Todaro, J. G. McInerney, and G. Huyet, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 1405 (2008).
[CrossRef]

Ozharar, S.

Penty, R. V.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Quinlan, F.

Rafailov, E. U.

E. U. Rafailov, M. A. Cataluna, and W. Sibbett, Nat. Photonics 1, 395 (2007).
[CrossRef]

Schibli, T.

F. X. Kartner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Top. Appl. Phys. 95, 73 (2004).

Shernyakov, Y. M.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Sibbett, W.

E. U. Rafailov, M. A. Cataluna, and W. Sibbett, Nat. Photonics 1, 395 (2007).
[CrossRef]

Sotobayashi, H.

Y. Takushima, H. Sotobayashi, M. E. Grein, E. P. Ippen, and H. A. Haus, Proc. SPIE 5595, 213 (2004).
[CrossRef]

Stintz, A.

X. D. Huang, A. Stintz, H. Li, L. F. Lester, J. Cheng, and K. J. Malloy, Appl. Phys. Lett. 78, 2825 (2001).
[CrossRef]

Su, H.

H. Su, L. Zhang, R. Wang, T. C. Newell, A. L. Gray, and L. F. Lester, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2206 (2004).
[CrossRef]

Takushima, Y.

Y. Takushima, H. Sotobayashi, M. E. Grein, E. P. Ippen, and H. A. Haus, Proc. SPIE 5595, 213 (2004).
[CrossRef]

Tan, K. T.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Thompson, M. G.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Todaro, M. T.

F. Kéfélian, S. O'Donoghue, M. T. Todaro, J. G. McInerney, and G. Huyet, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 1405 (2008).
[CrossRef]

M. T. Todaro, J. P. Tourrenc, S. P. Hegarty, C. Kelleher, B. Corbett, G. Huyet, and J. G. McInerney, Opt. Lett. 31, 3107 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

Tourrenc, J. P.

Turaev, D.

A. G. Vladimirov and D. Turaev, Phys. Rev. A 72, 033808 (2005).
[CrossRef]

Ustinov, V. M.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Vladimirov, A. G.

A. G. Vladimirov and D. Turaev, Phys. Rev. A 72, 033808 (2005).
[CrossRef]

Wahlstrand, J. K.

Wang, R.

H. Su, L. Zhang, R. Wang, T. C. Newell, A. L. Gray, and L. F. Lester, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2206 (2004).
[CrossRef]

White, I. H.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Willits, J. T.

Xin, Y. -C.

Y.-C. Xin, D. J. Kane, and L. F. Lester, Electron. Lett. 44, 1255 (2008).
[CrossRef]

Ye, J.

J. Ye and S. T. Cundiff, Femtosecond Optical Frequency Comb: Principle, Operation, and Applications (Springer, 2004).

Yilmaz, T.

Zhang, L.

H. Su, L. Zhang, R. Wang, T. C. Newell, A. L. Gray, and L. F. Lester, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2206 (2004).
[CrossRef]

Zhukov, A. E.

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

X. D. Huang, A. Stintz, H. Li, L. F. Lester, J. Cheng, and K. J. Malloy, Appl. Phys. Lett. 78, 2825 (2001).
[CrossRef]

M. Kuntz, G. Fiol, M. Lammlin, D. Bimberg, M. G. Thompson, K. T. Tan, C. Marinelli, R. V. Penty, I. H. White, V. M. Ustinov, A. E. Zhukov, Y. M. Shernyakov, and A. R. Kovsh, Appl. Phys. Lett. 85, 843 (2004).
[CrossRef]

Electron. Lett.

Y.-C. Xin, D. J. Kane, and L. F. Lester, Electron. Lett. 44, 1255 (2008).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron.

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

IEEE Photon. Technol. Lett.

H. Su, L. Zhang, R. Wang, T. C. Newell, A. L. Gray, and L. F. Lester, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 2206 (2004).
[CrossRef]

F. Kéfélian, S. O'Donoghue, M. T. Todaro, J. G. McInerney, and G. Huyet, IEEE Photon. Technol. Lett. 20, 1405 (2008).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol.

Nat. Photonics

E. U. Rafailov, M. A. Cataluna, and W. Sibbett, Nat. Photonics 1, 395 (2007).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. A

A. G. Vladimirov and D. Turaev, Phys. Rev. A 72, 033808 (2005).
[CrossRef]

Proc. SPIE

Y. Takushima, H. Sotobayashi, M. E. Grein, E. P. Ippen, and H. A. Haus, Proc. SPIE 5595, 213 (2004).
[CrossRef]

Top. Appl. Phys.

F. X. Kartner, U. Morgner, T. Schibli, R. Ell, H. A. Haus, J. G. Fujimoto, and E. P. Ippen, Top. Appl. Phys. 95, 73 (2004).

Other

J. Ye and S. T. Cundiff, Femtosecond Optical Frequency Comb: Principle, Operation, and Applications (Springer, 2004).

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

RF linewidth measurement (gray curve) and the Lorentzian fit (black curve) for 150 mA gain current and −1.0 V absorber bias. Inset, RF linewidth for the first four harmonics and predicted quadratic fit for 120 mA (circles, solid curve) and 160 mA (triangles, dotted curve) gain currents and −1.0 V absorber bias.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Individual mode linewidths of passively MLL in the vicinity of the mode number (filled circles) at a gain current of 120 mA and −2.0 V absorber bias, parabolic fit (dotted curve), and theoretical linewidth (solid curve). (b) Corresponding optical spectrum. Inset, longitudinal-mode linewidth measurement (gray curve) and the Lorentzian fit (black curve) for 150 mA gain current and −1.0 V absorber bias.

Fig. 3
Fig. 3

Fitted (squares) and measured (circles, solid curve) RF linewidths for −2.0 V absorber bias.

Fig. 4
Fig. 4

Minimum value of optical linewidth for −1.0 V (diamonds, dotted curve) and −2.0 V (circles, solid curve) absorber biases versus total optical power.

Equations (4)

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

A ( t ) = m = a ( t m T r Δ t ( m ) ) e i ω 0 ( t m T r ) i ϕ ,
S ( ω ) | a ̂ ( ω ω 0 ) | 2 n = 2 Δ ω n ( ω ω n ) 2 + Δ ω n 2 ,
S RF ( ω ) m = 2 Δ ω RF , m ( ω m ω r ) 2 + Δ ω RF , m 2 .
Δ ω n = Δ ω 0 + Δ ω RF , 1 ( n n 0 ) 2 ,

Metrics