Abstract

We demonstrate a narrow-line fiber loop laser using erbium-doped fiber as the gain material, stabilized by using a microsphere as a transmissive frequency selective element. Stable lasing with a linewidth of 170kHz is observed, limited by the experimental spectral resolution. A linear increase in output power and a redshift of the lasing mode were also observed with increasing pump power. Its potential applications are discussed.

© 2009 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. S.-X. Qian, J. B. Snow, H.-M. Tzeng, and R. K. Chang, Science 231, 486 (1986).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. V. B. Braginsky, M. L. Gorodetsky, and V. S. Ilchenko, Phys. Lett. A 137, 393 (1989).
    [CrossRef]
  4. B. E. Little, S. T. Chu, H. A. Haus, J. Foresi, and J. Laine, J. Lightwave Technol. 15, 998 (1997).
    [CrossRef]
  5. T. Carmon, H. G. L. Schwefel, L. Yang, M. Oxborrow, A. D. Stone, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 100, 103905 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. I. S. Grudinin, A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, D. Strekalov, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Commun. 265, 33 (2006).
    [CrossRef]
  7. M. Pöllinger, D. O'Shea, F. Warken, and A. Rauschenbeutel, http://arxiv.org/abs/0901.4921 (2009).
  8. A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, N. Yu, and L. Maleki, J. Opt. Soc. Am. B 24, 1324 (2007).
    [CrossRef]
  9. J. Schäfer, J. P. Mondia, R. Sharma, Z. H. Lu, A. S. Susha, A. L. Rogach, and L. J. Wang, Nano Lett. 8, 1709 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. L. Yang, T. Carmon, B. Min, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 86, 091114 (2005).
    [CrossRef]
  11. K. Miura, K. Tanaka, and K. Hirao, J. Mater. Sci. Lett. 15, 1854 (1996).
    [CrossRef]
  12. K. Kieu and M. Mansuripur, Opt. Lett. 31, 3568 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. K. Kieu and M. Mansuripur, Opt. Lett. 32, 244 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. J. C. Knight, G. Cheung, F. Jacques, and T. A. Birks, Opt. Lett. 22, 1129 (1997).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. V. S. Ilchenko, X. S. Yao, and L. Maleki, Opt. Lett. 24, 723 (1999).
    [CrossRef]
  16. R. W. Boyd, Nonlinear Optics3rd ed. (Academic, 1992).
  17. S. J. M. Kuppens, M. P. van Exter, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 72, 3815 (1994).
    [CrossRef] [PubMed]
  18. M. P. van Exter, S. J. M. Kuppens, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 51, 809 (1995).
    [CrossRef] [PubMed]

2008 (2)

J. Schäfer, J. P. Mondia, R. Sharma, Z. H. Lu, A. S. Susha, A. L. Rogach, and L. J. Wang, Nano Lett. 8, 1709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. Carmon, H. G. L. Schwefel, L. Yang, M. Oxborrow, A. D. Stone, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 100, 103905 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2007 (2)

2006 (2)

K. Kieu and M. Mansuripur, Opt. Lett. 31, 3568 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

I. S. Grudinin, A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, D. Strekalov, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Commun. 265, 33 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

L. Yang, T. Carmon, B. Min, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 86, 091114 (2005).
[CrossRef]

2003 (1)

K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (1)

1997 (2)

J. C. Knight, G. Cheung, F. Jacques, and T. A. Birks, Opt. Lett. 22, 1129 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

B. E. Little, S. T. Chu, H. A. Haus, J. Foresi, and J. Laine, J. Lightwave Technol. 15, 998 (1997).
[CrossRef]

1996 (1)

K. Miura, K. Tanaka, and K. Hirao, J. Mater. Sci. Lett. 15, 1854 (1996).
[CrossRef]

1995 (1)

M. P. van Exter, S. J. M. Kuppens, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 51, 809 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

1994 (1)

S. J. M. Kuppens, M. P. van Exter, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 72, 3815 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

1989 (1)

V. B. Braginsky, M. L. Gorodetsky, and V. S. Ilchenko, Phys. Lett. A 137, 393 (1989).
[CrossRef]

1986 (1)

S.-X. Qian, J. B. Snow, H.-M. Tzeng, and R. K. Chang, Science 231, 486 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Birks, T. A.

Boyd, R. W.

R. W. Boyd, Nonlinear Optics3rd ed. (Academic, 1992).

Braginsky, V. B.

V. B. Braginsky, M. L. Gorodetsky, and V. S. Ilchenko, Phys. Lett. A 137, 393 (1989).
[CrossRef]

Carmon, T.

T. Carmon, H. G. L. Schwefel, L. Yang, M. Oxborrow, A. D. Stone, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 100, 103905 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

L. Yang, T. Carmon, B. Min, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 86, 091114 (2005).
[CrossRef]

Chang, R. K.

S.-X. Qian, J. B. Snow, H.-M. Tzeng, and R. K. Chang, Science 231, 486 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Cheung, G.

Chu, S. T.

B. E. Little, S. T. Chu, H. A. Haus, J. Foresi, and J. Laine, J. Lightwave Technol. 15, 998 (1997).
[CrossRef]

Foresi, J.

B. E. Little, S. T. Chu, H. A. Haus, J. Foresi, and J. Laine, J. Lightwave Technol. 15, 998 (1997).
[CrossRef]

Gorodetsky, M. L.

V. B. Braginsky, M. L. Gorodetsky, and V. S. Ilchenko, Phys. Lett. A 137, 393 (1989).
[CrossRef]

Grudinin, I. S.

I. S. Grudinin, A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, D. Strekalov, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Commun. 265, 33 (2006).
[CrossRef]

Haus, H. A.

B. E. Little, S. T. Chu, H. A. Haus, J. Foresi, and J. Laine, J. Lightwave Technol. 15, 998 (1997).
[CrossRef]

Hirao, K.

K. Miura, K. Tanaka, and K. Hirao, J. Mater. Sci. Lett. 15, 1854 (1996).
[CrossRef]

Ilchenko, V. S.

I. S. Grudinin, A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, D. Strekalov, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Commun. 265, 33 (2006).
[CrossRef]

V. S. Ilchenko, X. S. Yao, and L. Maleki, Opt. Lett. 24, 723 (1999).
[CrossRef]

V. B. Braginsky, M. L. Gorodetsky, and V. S. Ilchenko, Phys. Lett. A 137, 393 (1989).
[CrossRef]

Jacques, F.

Kieu, K.

Knight, J. C.

Kuppens, S. J. M.

M. P. van Exter, S. J. M. Kuppens, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 51, 809 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

S. J. M. Kuppens, M. P. van Exter, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 72, 3815 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Laine, J.

B. E. Little, S. T. Chu, H. A. Haus, J. Foresi, and J. Laine, J. Lightwave Technol. 15, 998 (1997).
[CrossRef]

Little, B. E.

B. E. Little, S. T. Chu, H. A. Haus, J. Foresi, and J. Laine, J. Lightwave Technol. 15, 998 (1997).
[CrossRef]

Lu, Z. H.

J. Schäfer, J. P. Mondia, R. Sharma, Z. H. Lu, A. S. Susha, A. L. Rogach, and L. J. Wang, Nano Lett. 8, 1709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Maleki, L.

Mansuripur, M.

Matsko, A. B.

A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, N. Yu, and L. Maleki, J. Opt. Soc. Am. B 24, 1324 (2007).
[CrossRef]

I. S. Grudinin, A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, D. Strekalov, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Commun. 265, 33 (2006).
[CrossRef]

Min, B.

L. Yang, T. Carmon, B. Min, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 86, 091114 (2005).
[CrossRef]

Miura, K.

K. Miura, K. Tanaka, and K. Hirao, J. Mater. Sci. Lett. 15, 1854 (1996).
[CrossRef]

Mondia, J. P.

J. Schäfer, J. P. Mondia, R. Sharma, Z. H. Lu, A. S. Susha, A. L. Rogach, and L. J. Wang, Nano Lett. 8, 1709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

O'Shea, D.

M. Pöllinger, D. O'Shea, F. Warken, and A. Rauschenbeutel, http://arxiv.org/abs/0901.4921 (2009).

Oxborrow, M.

T. Carmon, H. G. L. Schwefel, L. Yang, M. Oxborrow, A. D. Stone, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 100, 103905 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Pöllinger, M.

M. Pöllinger, D. O'Shea, F. Warken, and A. Rauschenbeutel, http://arxiv.org/abs/0901.4921 (2009).

Qian, S.-X.

S.-X. Qian, J. B. Snow, H.-M. Tzeng, and R. K. Chang, Science 231, 486 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Rauschenbeutel, A.

M. Pöllinger, D. O'Shea, F. Warken, and A. Rauschenbeutel, http://arxiv.org/abs/0901.4921 (2009).

Rogach, A. L.

J. Schäfer, J. P. Mondia, R. Sharma, Z. H. Lu, A. S. Susha, A. L. Rogach, and L. J. Wang, Nano Lett. 8, 1709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Savchenkov, A. A.

A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, N. Yu, and L. Maleki, J. Opt. Soc. Am. B 24, 1324 (2007).
[CrossRef]

I. S. Grudinin, A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, D. Strekalov, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Commun. 265, 33 (2006).
[CrossRef]

Schäfer, J.

J. Schäfer, J. P. Mondia, R. Sharma, Z. H. Lu, A. S. Susha, A. L. Rogach, and L. J. Wang, Nano Lett. 8, 1709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Schwefel, H. G. L.

T. Carmon, H. G. L. Schwefel, L. Yang, M. Oxborrow, A. D. Stone, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 100, 103905 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Sharma, R.

J. Schäfer, J. P. Mondia, R. Sharma, Z. H. Lu, A. S. Susha, A. L. Rogach, and L. J. Wang, Nano Lett. 8, 1709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Snow, J. B.

S.-X. Qian, J. B. Snow, H.-M. Tzeng, and R. K. Chang, Science 231, 486 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Spillane, S. M.

L. Yang, T. Carmon, B. Min, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 86, 091114 (2005).
[CrossRef]

Stone, A. D.

T. Carmon, H. G. L. Schwefel, L. Yang, M. Oxborrow, A. D. Stone, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 100, 103905 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Strekalov, D.

I. S. Grudinin, A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, D. Strekalov, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Commun. 265, 33 (2006).
[CrossRef]

Susha, A. S.

J. Schäfer, J. P. Mondia, R. Sharma, Z. H. Lu, A. S. Susha, A. L. Rogach, and L. J. Wang, Nano Lett. 8, 1709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Tanaka, K.

K. Miura, K. Tanaka, and K. Hirao, J. Mater. Sci. Lett. 15, 1854 (1996).
[CrossRef]

Tzeng, H.-M.

S.-X. Qian, J. B. Snow, H.-M. Tzeng, and R. K. Chang, Science 231, 486 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Vahala, K. J.

T. Carmon, H. G. L. Schwefel, L. Yang, M. Oxborrow, A. D. Stone, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 100, 103905 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

L. Yang, T. Carmon, B. Min, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 86, 091114 (2005).
[CrossRef]

K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

van Exter, M. P.

M. P. van Exter, S. J. M. Kuppens, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 51, 809 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

S. J. M. Kuppens, M. P. van Exter, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 72, 3815 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Wang, L. J.

J. Schäfer, J. P. Mondia, R. Sharma, Z. H. Lu, A. S. Susha, A. L. Rogach, and L. J. Wang, Nano Lett. 8, 1709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Warken, F.

M. Pöllinger, D. O'Shea, F. Warken, and A. Rauschenbeutel, http://arxiv.org/abs/0901.4921 (2009).

Woerdman, J. P.

M. P. van Exter, S. J. M. Kuppens, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 51, 809 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

S. J. M. Kuppens, M. P. van Exter, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 72, 3815 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

Yang, L.

T. Carmon, H. G. L. Schwefel, L. Yang, M. Oxborrow, A. D. Stone, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 100, 103905 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

L. Yang, T. Carmon, B. Min, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 86, 091114 (2005).
[CrossRef]

Yao, X. S.

Yu, N.

Appl. Phys. Lett. (1)

L. Yang, T. Carmon, B. Min, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 86, 091114 (2005).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

B. E. Little, S. T. Chu, H. A. Haus, J. Foresi, and J. Laine, J. Lightwave Technol. 15, 998 (1997).
[CrossRef]

J. Mater. Sci. Lett. (1)

K. Miura, K. Tanaka, and K. Hirao, J. Mater. Sci. Lett. 15, 1854 (1996).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Nano Lett. (1)

J. Schäfer, J. P. Mondia, R. Sharma, Z. H. Lu, A. S. Susha, A. L. Rogach, and L. J. Wang, Nano Lett. 8, 1709 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Nature (1)

K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Commun. (1)

I. S. Grudinin, A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, D. Strekalov, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Commun. 265, 33 (2006).
[CrossRef]

Opt. Lett. (4)

Phys. Lett. A (1)

V. B. Braginsky, M. L. Gorodetsky, and V. S. Ilchenko, Phys. Lett. A 137, 393 (1989).
[CrossRef]

Phys. Rev. A (1)

M. P. van Exter, S. J. M. Kuppens, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. A 51, 809 (1995).
[CrossRef] [PubMed]

Phys. Rev. Lett. (2)

S. J. M. Kuppens, M. P. van Exter, and J. P. Woerdman, Phys. Rev. Lett. 72, 3815 (1994).
[CrossRef] [PubMed]

T. Carmon, H. G. L. Schwefel, L. Yang, M. Oxborrow, A. D. Stone, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 100, 103905 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Science (1)

S.-X. Qian, J. B. Snow, H.-M. Tzeng, and R. K. Chang, Science 231, 486 (1986).
[CrossRef] [PubMed]

Other (2)

M. Pöllinger, D. O'Shea, F. Warken, and A. Rauschenbeutel, http://arxiv.org/abs/0901.4921 (2009).

R. W. Boyd, Nonlinear Optics3rd ed. (Academic, 1992).

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

Stabilized fiber loop laser setup. A distributed-feedback (DFB) laser (LD) pumps the erbium loop laser through a WDM. An isolator prevents backward lasing, and polarization is controlled (PC) before coupling into a microsphere using a tapered fiber and out using an angle-polished fiber. 10% of the 1550 nm emission is coupled out. Inset, microscope image of the taper, microsphere, angle-polished fiber configuration.

Fig. 2
Fig. 2

Transmission of tapered fiber coupling to a microsphere. A grating stabilized diode laser is scanned across the resonance, scanning step 60 kHz . The Q factor is about 10 8 . Inset, microscope image of microsphere coupling to taper.

Fig. 3
Fig. 3

Heterodyne beat signal between a grating stabilized diode laser and the stabilized fiber laser. The 3 dB linewidth of 170 kHz corresponds to a Q factor of 10 9 . Inset, stable lasing observed with an optical spectrum analyzer with a resolution of 0.01 nm .

Fig. 4
Fig. 4

Pump power dependence of lasing emission shows a linear increase in output intensity, as well as a redshift. Inset, wavelength as a function of output power showing the linear redshift.

Metrics