Abstract

We generated single-frequency pulses at kilowatt peak power from an all-fiber Tm-doped master oscillator power amplifier system, which is the first report of this kind (to the best of our knowledge) of a laser in the 2μm region. Compared with the laser linewidth of seed pulses, spectral broadening by a factor of 3 was observed with the amplified pulses. This was attributed to self-phase modulation in passive pigtail fibers of the components (isolator and wavelength division multiplexing) that were placed after the fiber amplifier. The short pulse width (7ns) of the kilowatt-level pulses prevents an onset of stimulated Brillouin scattering in the long fiber. When launching the pulses into several-meter single-mode fiber, significant nonlinear spectral broadening occurs due to modulation instability in the fiber. This reaction is beneficial for generation of a mid- and long-wavelength IR supercontinuum in nonlinear IR fibers.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. W. Henderson, P. J. M. Suni, C. P. Hale, S. M. Hannon, J. R. Magee, D. L. Bruns, and E. H. Yuen, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 31, 4 (1993).
    [CrossRef]
  2. J. Yu, U. N. Singh, N. P. Barnes, and M. Petros, Opt. Lett. 23, 780 (1998).
    [CrossRef]
  3. G. J. Koch, M. Petros, J. Yu, and U. N. Singh, Appl. Opt. 41, 1718 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. J. Yu, B. C. Trieu, E. A. Modlin, U. N. Singh, M. J. Kavaya, S. Chen, Y. Bai, P. J. Petzar, and M. Petros, Opt. Lett. 31, 462 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
    [CrossRef]
  6. M. Schellhorn, M. Eichhorn, C. Kieleck, and A. Hirth, C.R. Phys. 8, 1151 (2007).
    [CrossRef]
  7. C. Xia, M. Kumar, O. P. Kulkarni, M. N. Islam, F. L. Terry, Jr., M. J. Freeman, M. Poulain, and G. Maźe, Opt. Lett. 31, 2553 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. J. Geng, Q. Wang, T. Luo, F. Amzajerdian, and S. Jiang, Opt. Lett. 34, 3713 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. M. Leigh, W. Shi, J. Zong, Z. Yao, S. Jiang, and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 92, 181108 (2008).
    [CrossRef]
  10. Govind P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed.(Academic, 2001).

2009 (1)

2008 (1)

M. Leigh, W. Shi, J. Zong, Z. Yao, S. Jiang, and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 92, 181108 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

M. Schellhorn, M. Eichhorn, C. Kieleck, and A. Hirth, C.R. Phys. 8, 1151 (2007).
[CrossRef]

2006 (2)

2002 (1)

2001 (1)

Govind P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed.(Academic, 2001).

2000 (1)

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

1998 (1)

1993 (1)

S. W. Henderson, P. J. M. Suni, C. P. Hale, S. M. Hannon, J. R. Magee, D. L. Bruns, and E. H. Yuen, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 31, 4 (1993).
[CrossRef]

Agrawal, Govind P.

Govind P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed.(Academic, 2001).

Ahl, J. L.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Allik, T. H.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Amzajerdian, F.

Bai, Y.

Barnes, N. P.

Bruns, D. L.

S. W. Henderson, P. J. M. Suni, C. P. Hale, S. M. Hannon, J. R. Magee, D. L. Bruns, and E. H. Yuen, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 31, 4 (1993).
[CrossRef]

Budni, P. A.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Chandra, S.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Chen, S.

Chicklis, E. P.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Clayton, B.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Eichhorn, M.

M. Schellhorn, M. Eichhorn, C. Kieleck, and A. Hirth, C.R. Phys. 8, 1151 (2007).
[CrossRef]

Freeman, M. J.

Geiser, A. G.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Geng, J.

Hale, C. P.

S. W. Henderson, P. J. M. Suni, C. P. Hale, S. M. Hannon, J. R. Magee, D. L. Bruns, and E. H. Yuen, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 31, 4 (1993).
[CrossRef]

Hannon, S. M.

S. W. Henderson, P. J. M. Suni, C. P. Hale, S. M. Hannon, J. R. Magee, D. L. Bruns, and E. H. Yuen, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 31, 4 (1993).
[CrossRef]

Henderson, S. W.

S. W. Henderson, P. J. M. Suni, C. P. Hale, S. M. Hannon, J. R. Magee, D. L. Bruns, and E. H. Yuen, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 31, 4 (1993).
[CrossRef]

Hirth, A.

M. Schellhorn, M. Eichhorn, C. Kieleck, and A. Hirth, C.R. Phys. 8, 1151 (2007).
[CrossRef]

Hovis, W. W.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Hutchinson, J. A.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Islam, M. N.

Jiang, S.

J. Geng, Q. Wang, T. Luo, F. Amzajerdian, and S. Jiang, Opt. Lett. 34, 3713 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

M. Leigh, W. Shi, J. Zong, Z. Yao, S. Jiang, and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 92, 181108 (2008).
[CrossRef]

Kavaya, M. J.

Ketteridge, P. A.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Kieleck, C.

M. Schellhorn, M. Eichhorn, C. Kieleck, and A. Hirth, C.R. Phys. 8, 1151 (2007).
[CrossRef]

Koch, G. J.

Kulkarni, O. P.

Kumar, M.

Lanier, K. G.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Leigh, M.

M. Leigh, W. Shi, J. Zong, Z. Yao, S. Jiang, and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 92, 181108 (2008).
[CrossRef]

Luo, T.

Magee, J. R.

S. W. Henderson, P. J. M. Suni, C. P. Hale, S. M. Hannon, J. R. Magee, D. L. Bruns, and E. H. Yuen, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 31, 4 (1993).
[CrossRef]

Maze, G.

Miller, C. R.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Modlin, E. A.

Petros, M.

Petzar, P. J.

Peyghambarian, N.

M. Leigh, W. Shi, J. Zong, Z. Yao, S. Jiang, and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 92, 181108 (2008).
[CrossRef]

Poulain, M.

Schellhorn, M.

M. Schellhorn, M. Eichhorn, C. Kieleck, and A. Hirth, C.R. Phys. 8, 1151 (2007).
[CrossRef]

Shi, W.

M. Leigh, W. Shi, J. Zong, Z. Yao, S. Jiang, and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 92, 181108 (2008).
[CrossRef]

Singh, U. N.

Suni, P. J. M.

S. W. Henderson, P. J. M. Suni, C. P. Hale, S. M. Hannon, J. R. Magee, D. L. Bruns, and E. H. Yuen, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 31, 4 (1993).
[CrossRef]

Terry, F. L.

Trieu, B. C.

Wager, M. E.

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Wang, Q.

Xia, C.

Yao, Z.

M. Leigh, W. Shi, J. Zong, Z. Yao, S. Jiang, and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 92, 181108 (2008).
[CrossRef]

Yu, J.

Yuen, E. H.

S. W. Henderson, P. J. M. Suni, C. P. Hale, S. M. Hannon, J. R. Magee, D. L. Bruns, and E. H. Yuen, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 31, 4 (1993).
[CrossRef]

Zong, J.

M. Leigh, W. Shi, J. Zong, Z. Yao, S. Jiang, and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 92, 181108 (2008).
[CrossRef]

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (1)

M. Leigh, W. Shi, J. Zong, Z. Yao, S. Jiang, and N. Peyghambarian, Appl. Phys. Lett. 92, 181108 (2008).
[CrossRef]

C.R. Phys. (1)

M. Schellhorn, M. Eichhorn, C. Kieleck, and A. Hirth, C.R. Phys. 8, 1151 (2007).
[CrossRef]

IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing (1)

S. W. Henderson, P. J. M. Suni, C. P. Hale, S. M. Hannon, J. R. Magee, D. L. Bruns, and E. H. Yuen, IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing 31, 4 (1993).
[CrossRef]

Opt. Lett. (4)

Proc. SPIE (1)

S. Chandra, M. E. Wager, B. Clayton, A. G. Geiser, T. H. Allik, J. L. Ahl, C. R. Miller, P. A. Budni, P. A. Ketteridge, K. G. Lanier, E. P. Chicklis, J. A. Hutchinson, and W. W. Hovis, Proc. SPIE 4036, 200 (2000).
[CrossRef]

Other (1)

Govind P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed.(Academic, 2001).

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

Schematic of a single-frequency pulsed Tm-doped fiber MOPA system: ISO, isolator; WDM, wavelength division multiplexing; FFPI, fiber Fabry–Perot interferometer; OSA, optical spectrum analyzer.

Fig. 2
Fig. 2

Average output power of the laser oscillator as a function of pulse repetition rate at a pump power of 300 mW . Inset, oscilloscope trace of typical laser pulses with a measured pulse width of 6.89 ns .

Fig. 3
Fig. 3

Average output power (solid curve) and its corresponding peak power (dotted curve) of the amplified laser pulses as a function of pump power. Inset, optical spectrum of the amplified pulses.

Fig. 4
Fig. 4

Laser spectrum over one free spectral range ( FSR = 800 MHz ) of a Fabry–Perot interferometer, showing the spectral linewidth of (a) the single-frequency oscillator pulses and (b) after amplification. Spectral broadening of the amplified pulses is attributed to SPM in the long passive pigtail fiber after the fiber amplifier.

Fig. 5
Fig. 5

Optical spectra of laser pulses after propagation in a long piece of Corning SMF-28 fiber: (a)  300 W peak power pulses in a 75 m fiber and (b)  1 kW peak power pulses in a 5 m fiber.

Metrics