Abstract

We report self-pulsation in an erbium-doped silica toroidal microcavity laser coupled to a tapered fiber and investigate the effects of pump power and taper-cavity coupling condition on the dynamic behaviors of the pulse train. The microcavity is pumped at 1444.8 nm, and lasing occurs at 1560.2 nm with a threshold of 12μW. Experimental results are interpreted within the framework of ion-pair induced self-quenching model.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. M. Spillane, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Nature 415, 621 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. L. Yang and K. J. Vahala, Opt. Lett. 28, 592 (2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. S. Koseki, B. Zhang, K. De Greve, and Y. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 94, 051110 (2009).
    [CrossRef]
  4. A. Polman, B. Min, J. Kalkman, T. J. Kippenberg, and K. Vahala, Appl. Phys. Lett. 84, 1037 (2004).
    [CrossRef]
  5. L. Yang, T. Carmon, B. Min, S. M. Spillane, and K. J. Vahala, Appl. Phys. Lett. 86, 091114 (2005).
    [CrossRef]
  6. H. Takashima, H. Fujiwara, S. Takeuchi, K. Sasaki, and M. Takahashi, Appl. Phys. Lett. 90, 101103 (2007).
    [CrossRef]
  7. S. Colin, E. Contesse, P. Le Boudec, G. Stephan, and F. Sanchez, Opt. Lett. 21, 1987 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. F. Sanchez, P. Le Boudec, P.-L. François, and G. Stephan, Phys. Rev. A 48, 2220 (1993).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. B. Min, T. J. Kippenberg, L. Yang, and K. Vahala, Phys. Rev. A 70, 033803 (2004).
    [CrossRef]
  10. J. C. Knight, G. Cheung, F. Jacques, and T. A. Birks, Opt. Lett. 22, 1129 (1997).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. T. Carmon, H. Rokhsari, L. Yang, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 94, 223902 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. L. Yang, T. Lu, T. Carmon, B. Min, and K. J. Vahala, in CLEO, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America, 2007), paper CMR2.
  13. 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]
  14. V. S. Ilchenko and M. L. Gorodetsky, Laser Phys. 2, 1004 (1992).
  15. A. E. Siegman, Lasers (University Science Books, 1986).
  16. A. Yariv, Quantum Electronics (Wiley, 1975).
  17. M. Cai, O. Painter, and K. Vahala, Phys. Rev. Lett. 85, 74 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]

2009

S. Koseki, B. Zhang, K. De Greve, and Y. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 94, 051110 (2009).
[CrossRef]

2008

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

H. Takashima, H. Fujiwara, S. Takeuchi, K. Sasaki, and M. Takahashi, Appl. Phys. Lett. 90, 101103 (2007).
[CrossRef]

2005

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

T. Carmon, H. Rokhsari, L. Yang, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 94, 223902 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

2004

B. Min, T. J. Kippenberg, L. Yang, and K. Vahala, Phys. Rev. A 70, 033803 (2004).
[CrossRef]

A. Polman, B. Min, J. Kalkman, T. J. Kippenberg, and K. Vahala, Appl. Phys. Lett. 84, 1037 (2004).
[CrossRef]

2003

2002

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

2000

M. Cai, O. Painter, and K. Vahala, Phys. Rev. Lett. 85, 74 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1997

1996

1993

F. Sanchez, P. Le Boudec, P.-L. François, and G. Stephan, Phys. Rev. A 48, 2220 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

1992

V. S. Ilchenko and M. L. Gorodetsky, Laser Phys. 2, 1004 (1992).

Birks, T. A.

Cai, M.

M. Cai, O. Painter, and K. Vahala, Phys. Rev. Lett. 85, 74 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

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]

T. Carmon, H. Rokhsari, L. Yang, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 94, 223902 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

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

L. Yang, T. Lu, T. Carmon, B. Min, and K. J. Vahala, in CLEO, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America, 2007), paper CMR2.

Cheung, G.

Colin, S.

Contesse, E.

De Greve, K.

S. Koseki, B. Zhang, K. De Greve, and Y. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 94, 051110 (2009).
[CrossRef]

François, P. -L.

F. Sanchez, P. Le Boudec, P.-L. François, and G. Stephan, Phys. Rev. A 48, 2220 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Fujiwara, H.

H. Takashima, H. Fujiwara, S. Takeuchi, K. Sasaki, and M. Takahashi, Appl. Phys. Lett. 90, 101103 (2007).
[CrossRef]

Gorodetsky, M. L.

V. S. Ilchenko and M. L. Gorodetsky, Laser Phys. 2, 1004 (1992).

Ilchenko, V. S.

V. S. Ilchenko and M. L. Gorodetsky, Laser Phys. 2, 1004 (1992).

Jacques, F.

Kalkman, J.

A. Polman, B. Min, J. Kalkman, T. J. Kippenberg, and K. Vahala, Appl. Phys. Lett. 84, 1037 (2004).
[CrossRef]

Kippenberg, T. J.

T. Carmon, H. Rokhsari, L. Yang, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 94, 223902 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

B. Min, T. J. Kippenberg, L. Yang, and K. Vahala, Phys. Rev. A 70, 033803 (2004).
[CrossRef]

A. Polman, B. Min, J. Kalkman, T. J. Kippenberg, and K. Vahala, Appl. Phys. Lett. 84, 1037 (2004).
[CrossRef]

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

Knight, J. C.

Koseki, S.

S. Koseki, B. Zhang, K. De Greve, and Y. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 94, 051110 (2009).
[CrossRef]

Le Boudec, P.

S. Colin, E. Contesse, P. Le Boudec, G. Stephan, and F. Sanchez, Opt. Lett. 21, 1987 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

F. Sanchez, P. Le Boudec, P.-L. François, and G. Stephan, Phys. Rev. A 48, 2220 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Lu, T.

L. Yang, T. Lu, T. Carmon, B. Min, and K. J. Vahala, in CLEO, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America, 2007), paper CMR2.

Min, B.

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

A. Polman, B. Min, J. Kalkman, T. J. Kippenberg, and K. Vahala, Appl. Phys. Lett. 84, 1037 (2004).
[CrossRef]

B. Min, T. J. Kippenberg, L. Yang, and K. Vahala, Phys. Rev. A 70, 033803 (2004).
[CrossRef]

L. Yang, T. Lu, T. Carmon, B. Min, and K. J. Vahala, in CLEO, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America, 2007), paper CMR2.

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]

Painter, O.

M. Cai, O. Painter, and K. Vahala, Phys. Rev. Lett. 85, 74 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Polman, A.

A. Polman, B. Min, J. Kalkman, T. J. Kippenberg, and K. Vahala, Appl. Phys. Lett. 84, 1037 (2004).
[CrossRef]

Rokhsari, H.

T. Carmon, H. Rokhsari, L. Yang, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 94, 223902 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

Sanchez, F.

S. Colin, E. Contesse, P. Le Boudec, G. Stephan, and F. Sanchez, Opt. Lett. 21, 1987 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

F. Sanchez, P. Le Boudec, P.-L. François, and G. Stephan, Phys. Rev. A 48, 2220 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

Sasaki, K.

H. Takashima, H. Fujiwara, S. Takeuchi, K. Sasaki, and M. Takahashi, Appl. Phys. Lett. 90, 101103 (2007).
[CrossRef]

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]

Siegman, A. E.

A. E. Siegman, Lasers (University Science Books, 1986).

Spillane, S. M.

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

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

Stephan, G.

S. Colin, E. Contesse, P. Le Boudec, G. Stephan, and F. Sanchez, Opt. Lett. 21, 1987 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

F. Sanchez, P. Le Boudec, P.-L. François, and G. Stephan, Phys. Rev. A 48, 2220 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

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]

Takahashi, M.

H. Takashima, H. Fujiwara, S. Takeuchi, K. Sasaki, and M. Takahashi, Appl. Phys. Lett. 90, 101103 (2007).
[CrossRef]

Takashima, H.

H. Takashima, H. Fujiwara, S. Takeuchi, K. Sasaki, and M. Takahashi, Appl. Phys. Lett. 90, 101103 (2007).
[CrossRef]

Takeuchi, S.

H. Takashima, H. Fujiwara, S. Takeuchi, K. Sasaki, and M. Takahashi, Appl. Phys. Lett. 90, 101103 (2007).
[CrossRef]

Vahala, K.

B. Min, T. J. Kippenberg, L. Yang, and K. Vahala, Phys. Rev. A 70, 033803 (2004).
[CrossRef]

A. Polman, B. Min, J. Kalkman, T. J. Kippenberg, and K. Vahala, Appl. Phys. Lett. 84, 1037 (2004).
[CrossRef]

M. Cai, O. Painter, and K. Vahala, Phys. Rev. Lett. 85, 74 (2000).
[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]

T. Carmon, H. Rokhsari, L. Yang, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 94, 223902 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

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

L. Yang and K. J. Vahala, Opt. Lett. 28, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

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

L. Yang, T. Lu, T. Carmon, B. Min, and K. J. Vahala, in CLEO, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America, 2007), paper CMR2.

Yamamoto, Y.

S. Koseki, B. Zhang, K. De Greve, and Y. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 94, 051110 (2009).
[CrossRef]

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]

T. Carmon, H. Rokhsari, L. Yang, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 94, 223902 (2005).
[CrossRef] [PubMed]

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

B. Min, T. J. Kippenberg, L. Yang, and K. Vahala, Phys. Rev. A 70, 033803 (2004).
[CrossRef]

L. Yang and K. J. Vahala, Opt. Lett. 28, 592 (2003).
[CrossRef] [PubMed]

L. Yang, T. Lu, T. Carmon, B. Min, and K. J. Vahala, in CLEO, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America, 2007), paper CMR2.

Yariv, A.

A. Yariv, Quantum Electronics (Wiley, 1975).

Zhang, B.

S. Koseki, B. Zhang, K. De Greve, and Y. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 94, 051110 (2009).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett.

S. Koseki, B. Zhang, K. De Greve, and Y. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 94, 051110 (2009).
[CrossRef]

A. Polman, B. Min, J. Kalkman, T. J. Kippenberg, and K. Vahala, Appl. Phys. Lett. 84, 1037 (2004).
[CrossRef]

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

H. Takashima, H. Fujiwara, S. Takeuchi, K. Sasaki, and M. Takahashi, Appl. Phys. Lett. 90, 101103 (2007).
[CrossRef]

Laser Phys.

V. S. Ilchenko and M. L. Gorodetsky, Laser Phys. 2, 1004 (1992).

Nature

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

Opt. Lett.

Phys. Rev. A

F. Sanchez, P. Le Boudec, P.-L. François, and G. Stephan, Phys. Rev. A 48, 2220 (1993).
[CrossRef] [PubMed]

B. Min, T. J. Kippenberg, L. Yang, and K. Vahala, Phys. Rev. A 70, 033803 (2004).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

T. Carmon, H. Rokhsari, L. Yang, T. J. Kippenberg, and K. J. Vahala, Phys. Rev. Lett. 94, 223902 (2005).
[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]

M. Cai, O. Painter, and K. Vahala, Phys. Rev. Lett. 85, 74 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Other

A. E. Siegman, Lasers (University Science Books, 1986).

A. Yariv, Quantum Electronics (Wiley, 1975).

L. Yang, T. Lu, T. Carmon, B. Min, and K. J. Vahala, in CLEO, OSA Technical Digest Series (CD) (Optical Society of America, 2007), paper CMR2.

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 setup: PC, polarization controller; OSA, optical spectrum analyzer; WDM, wavelength division multiplexer; PD, photodetector.

Fig. 2
Fig. 2

Typical single-mode laser spectrum and pulse train from an Er-doped sol-gel silica microtoroid laser. Inset shows the measured output laser power as a function of the launched pump power into the fiber.

Fig. 3
Fig. 3

Dependence of pulse repetition time and pulse width on pump ratio r = P in / P th , where P in and P th are the input and threshold pump powers, respectively. Vertical bars denote the standard deviations.

Fig. 4
Fig. 4

Output laser power versus air gap (left) and Gaussian fitting of single pulses at various air gaps (right).

Fig. 5
Fig. 5

Dependence of pulse repetition time and pulse width on air gap.

Metrics