Abstract

We demonstrate optical frequency combs using the fluorite whispering gallery mode resonator as a nonlinear Kerr medium. Two regimes of generation are observed, giving the record low repetition rate of 13GHz, equal to the cavity’s free spectral range (FSR) or high repetition rates of multiples of cavity FSR. An intermediate regime was also observed. Raman lasing spectrum similar to modulation instability in fibers was observed for the first time to the best of our knowledge.

© 2009 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Th. Udem, R. Holzwarth, and T. W. Haensch, Nature 416, 233 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. S. T. Cundiff and J. Ye, Rev. Mod. Phys. 75, 325 (2003).
    [CrossRef]
  3. J. D. 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. P. Del'Haye, A. Schliesser, O. Arcizet, T. Wilken, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nature 450, 1214 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 15, 6768 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, I. Solomatine, D. Seidel, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 101, 093902 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. D. V. Strekalov and N. Yu, arXiv:0807.1909v1.
  8. P. Del'Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. T. Carmon, L. Yang, and K. J. Vahala, Opt. Express 12, 4742 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 93, 243905 (2004).
    [CrossRef]
  12. A. A. Savchenkov, I. S. Grudinin, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Lett. 31, 1313 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  13. S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Nature 415, 621 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. I. S. Grudinin and L. Maleki, Opt. Lett. 32, 166 (2007).
    [CrossRef]
  15. S. Pitois and G. Millot, Opt. Commun. 226, 415 (2003).
    [CrossRef]
  16. G. P. Agrawal, P. L. Baldeck, and R. R. Alfano, Phys. Rev. A 39, 3406 (1989).
    [CrossRef] [PubMed]
  17. L. Maleki, A. A. Savchenkov, V. S. Ilchenko, and A. B. Matsko, Proc. SPIE 5104, 1 (2003).
    [CrossRef]
  18. A. A. Savchenkov, E. Rubiola, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 16, 4130 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]

2008 (3)

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, I. Solomatine, D. Seidel, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 101, 093902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Del'Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, E. Rubiola, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 16, 4130 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2007 (3)

2006 (1)

2004 (3)

T. Carmon, L. Yang, and K. J. Vahala, Opt. Express 12, 4742 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 93, 243905 (2004).
[CrossRef]

2003 (3)

S. T. Cundiff and J. Ye, Rev. Mod. Phys. 75, 325 (2003).
[CrossRef]

S. Pitois and G. Millot, Opt. Commun. 226, 415 (2003).
[CrossRef]

L. Maleki, A. A. Savchenkov, V. S. Ilchenko, and A. B. Matsko, Proc. SPIE 5104, 1 (2003).
[CrossRef]

2002 (2)

Th. Udem, R. Holzwarth, and T. W. Haensch, Nature 416, 233 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Nature 415, 621 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (1)

J. D. 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]

1989 (1)

G. P. Agrawal, P. L. Baldeck, and R. R. Alfano, Phys. Rev. A 39, 3406 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

Agrawal, G. P.

G. P. Agrawal, P. L. Baldeck, and R. R. Alfano, Phys. Rev. A 39, 3406 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

Alfano, R. R.

G. P. Agrawal, P. L. Baldeck, and R. R. Alfano, Phys. Rev. A 39, 3406 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

Arcizet, O.

P. Del'Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Del'Haye, A. Schliesser, O. Arcizet, T. Wilken, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nature 450, 1214 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Baldeck, P. L.

G. P. Agrawal, P. L. Baldeck, and R. R. Alfano, Phys. Rev. A 39, 3406 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

Carmon, T.

Cundiff, S. T.

S. T. Cundiff and J. Ye, Rev. Mod. Phys. 75, 325 (2003).
[CrossRef]

J. D. 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]

Del'Haye, P.

P. Del'Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Del'Haye, A. Schliesser, O. Arcizet, T. Wilken, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nature 450, 1214 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Diddams, S. A.

J. D. 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]

Grudinin, I. S.

Haensch, T. W.

Th. Udem, R. Holzwarth, and T. W. Haensch, Nature 416, 233 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Hall, J. L.

J. D. 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]

Holzwarth, R.

P. Del'Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Del'Haye, A. Schliesser, O. Arcizet, T. Wilken, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nature 450, 1214 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Th. Udem, R. Holzwarth, and T. W. Haensch, Nature 416, 233 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Ilchenko, V. S.

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, I. Solomatine, D. Seidel, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 101, 093902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, E. Rubiola, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 16, 4130 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 15, 6768 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, I. S. Grudinin, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Lett. 31, 1313 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 93, 243905 (2004).
[CrossRef]

L. Maleki, A. A. Savchenkov, V. S. Ilchenko, and A. B. Matsko, Proc. SPIE 5104, 1 (2003).
[CrossRef]

Jones, J. D.

J. D. 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]

Kippenberg, T. J.

P. Del'Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Del'Haye, A. Schliesser, O. Arcizet, T. Wilken, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nature 450, 1214 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Nature 415, 621 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Maleki, L.

A. A. Savchenkov, E. Rubiola, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 16, 4130 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, I. Solomatine, D. Seidel, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 101, 093902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 15, 6768 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

I. S. Grudinin and L. Maleki, Opt. Lett. 32, 166 (2007).
[CrossRef]

A. A. Savchenkov, I. S. Grudinin, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Lett. 31, 1313 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 93, 243905 (2004).
[CrossRef]

L. Maleki, A. A. Savchenkov, V. S. Ilchenko, and A. B. Matsko, Proc. SPIE 5104, 1 (2003).
[CrossRef]

Matsko, A. B.

A. A. Savchenkov, E. Rubiola, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 16, 4130 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, I. Solomatine, D. Seidel, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 101, 093902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 15, 6768 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, I. S. Grudinin, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Lett. 31, 1313 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 93, 243905 (2004).
[CrossRef]

L. Maleki, A. A. Savchenkov, V. S. Ilchenko, and A. B. Matsko, Proc. SPIE 5104, 1 (2003).
[CrossRef]

Millot, G.

S. Pitois and G. Millot, Opt. Commun. 226, 415 (2003).
[CrossRef]

Mohageg, M.

A. A. Savchenkov, I. S. Grudinin, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Lett. 31, 1313 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 93, 243905 (2004).
[CrossRef]

Pitois, S.

S. Pitois and G. Millot, Opt. Commun. 226, 415 (2003).
[CrossRef]

Ranka, J. K.

J. D. 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]

Rubiola, E.

Savchenkov, A. A.

A. A. Savchenkov, E. Rubiola, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 16, 4130 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, I. Solomatine, D. Seidel, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 101, 093902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Express 15, 6768 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, I. S. Grudinin, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Lett. 31, 1313 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 93, 243905 (2004).
[CrossRef]

L. Maleki, A. A. Savchenkov, V. S. Ilchenko, and A. B. Matsko, Proc. SPIE 5104, 1 (2003).
[CrossRef]

Schliesser, A.

P. Del'Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Del'Haye, A. Schliesser, O. Arcizet, T. Wilken, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nature 450, 1214 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Seidel, D.

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, I. Solomatine, D. Seidel, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 101, 093902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Solomatine, I.

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, I. Solomatine, D. Seidel, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 101, 093902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Spillane, S. M.

T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Nature 415, 621 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Stentz, A.

J. D. 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]

Strekalov, D.

A. A. Savchenkov, I. S. Grudinin, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Opt. Lett. 31, 1313 (2006).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 93, 243905 (2004).
[CrossRef]

Strekalov, D. V.

D. V. Strekalov and N. Yu, arXiv:0807.1909v1.

Udem, Th.

Th. Udem, R. Holzwarth, and T. W. Haensch, Nature 416, 233 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Vahala, K. J.

T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

T. Carmon, L. Yang, and K. J. Vahala, Opt. Express 12, 4742 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Nature 415, 621 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Wilken, T.

P. Del'Haye, A. Schliesser, O. Arcizet, T. Wilken, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nature 450, 1214 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Windeler, R. S.

J. D. 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]

Yang, L.

Ye, J.

S. T. Cundiff and J. Ye, Rev. Mod. Phys. 75, 325 (2003).
[CrossRef]

Yu, N.

D. V. Strekalov and N. Yu, arXiv:0807.1909v1.

Nature (3)

P. Del'Haye, A. Schliesser, O. Arcizet, T. Wilken, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Nature 450, 1214 (2007).
[CrossRef] [PubMed]

Th. Udem, R. Holzwarth, and T. W. Haensch, Nature 416, 233 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Nature 415, 621 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Commun. (1)

S. Pitois and G. Millot, Opt. Commun. 226, 415 (2003).
[CrossRef]

Opt. Express (3)

Opt. Lett. (2)

Phys. Rev. A (1)

G. P. Agrawal, P. L. Baldeck, and R. R. Alfano, Phys. Rev. A 39, 3406 (1989).
[CrossRef] [PubMed]

Phys. Rev. Lett. (4)

P. Del'Haye, O. Arcizet, A. Schliesser, R. Holzwarth, and T. J. Kippenberg, Phys. Rev. Lett. 101, 053903 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, V. S. Ilchenko, I. Solomatine, D. Seidel, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 101, 093902 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. J. Kippenberg, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 93, 083904 (2004).
[CrossRef] [PubMed]

A. A. Savchenkov, A. B. Matsko, D. Strekalov, M. Mohageg, V. S. Ilchenko, and L. Maleki, Phys. Rev. Lett. 93, 243905 (2004).
[CrossRef]

Proc. SPIE (1)

L. Maleki, A. A. Savchenkov, V. S. Ilchenko, and A. B. Matsko, Proc. SPIE 5104, 1 (2003).
[CrossRef]

Rev. Mod. Phys. (1)

S. T. Cundiff and J. Ye, Rev. Mod. Phys. 75, 325 (2003).
[CrossRef]

Science (1)

J. D. 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]

Other (1)

D. V. Strekalov and N. Yu, arXiv:0807.1909v1.

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 (5)

Fig. 1
Fig. 1

Experimental scheme. FC, input and output angle polished fiber couplers; WGMR, fluorite resonator.

Fig. 2
Fig. 2

Optical frequency comb generated in a fluorite resonator. Comb lines are spaced 0.112 nm apart, which translates into cavity FSR of 13.81 GHz and resonator diameter of 4.85 mm . The input optical power at 1560 nm is 25 mW .

Fig. 3
Fig. 3

Frequency comb generated by a fluorite resonator in a selective regime. Generation is enhanced at frequency offsets equal to 15 cavity FSRs.

Fig. 4
Fig. 4

Frequency comb generated in a mixed regime. Besides components regularly spaced by cavity FSR, selectively enhanced generation is observed at 26 cavity FSRs.

Fig. 5
Fig. 5

Intensity envelope spectrum recorded by the periodic excitation of the WGM. Raman lasing Stokes intensity spectrum exhibits two sidebands at 1635 and 1650 nm . Pump power is 20 mW . The inset shows the resonator with two fiber couplers. The sidebands may be explained by modulation instability.

Metrics