Abstract

In this paper we report on the active stabilization of the carrier envelope phase (CEP) of a Yb:KGW chirped pulse amplifier laser system seeded by a Yb-doped solid-state Kerr-lens mode-locked oscillator. The regenerative amplifier delivers 180fs CEP stable pulses of 30μJ1mJ energy at a repetition rate tunable from 1 to 200kHz. The bandwidth of the feedback loop was extended by a factor of 5 using a specially designed high-pass filter, which resulted in a dramatic decrease of CEP jitter below 0.45rad after the amplifier.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
    [CrossRef]
  2. A. Baltuška, T. Fuji, and T. Kobayashi, Phys. Rev. Lett. 88, 133901 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  3. A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
    [CrossRef]
  4. T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.
  5. P. Kubina, P. Adel, F. Adler, G. Grosche, T. Hänsch, R. Holzwarth, A. Leitenstorfer, B. Lipphardt, and H. Schnatz, Opt. Express 13, 904 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. S. A. Meyer, J. A. Squier, and S. A. Diddams, Eur. Phys. J. D 48, 19 (2008).
    [CrossRef]
  7. J. McFerran, W. Swann, B. Washburn, and N. Newbury, Appl. Phys. B 86, 219 (2007).
    [CrossRef]
  8. S. Cundiff, J. Phys. D 35, R43 (2002).
    [CrossRef]
  9. X. D. Wang, P. Basséras, R. J. D. Miller, J. Sweetser, and I. A. Walmsley, Opt. Lett. 15, 839 (1990).
    [CrossRef] [PubMed]

2010 (1)

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

2009 (1)

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

S. A. Meyer, J. A. Squier, and S. A. Diddams, Eur. Phys. J. D 48, 19 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

J. McFerran, W. Swann, B. Washburn, and N. Newbury, Appl. Phys. B 86, 219 (2007).
[CrossRef]

2005 (1)

2003 (1)

A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
[CrossRef]

2002 (2)

A. Baltuška, T. Fuji, and T. Kobayashi, Phys. Rev. Lett. 88, 133901 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

S. Cundiff, J. Phys. D 35, R43 (2002).
[CrossRef]

1990 (1)

Adel, P.

Adler, F.

Alisauskas, S.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Andriukaitis, G.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Balciunas, T.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Baltuska, A.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
[CrossRef]

Baltuška, A.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

A. Baltuška, T. Fuji, and T. Kobayashi, Phys. Rev. Lett. 88, 133901 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Basséras, P.

Cundiff, S.

S. Cundiff, J. Phys. D 35, R43 (2002).
[CrossRef]

Danielius, R.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Darmo, J.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Diddams, S. A.

S. A. Meyer, J. A. Squier, and S. A. Diddams, Eur. Phys. J. D 48, 19 (2008).
[CrossRef]

Dietze, D.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Fermann, M. E.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Fuji, T.

A. Baltuška, T. Fuji, and T. Kobayashi, Phys. Rev. Lett. 88, 133901 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Giniunas, L.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Goulielmakis, E.

A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
[CrossRef]

Grosche, G.

Hansch, T.

A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
[CrossRef]

Hänsch, T.

Holzwarth, R.

Irshad, A.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Ivanov, M.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Kienberger, R.

A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
[CrossRef]

Kobayashi, T.

A. Baltuška, T. Fuji, and T. Kobayashi, Phys. Rev. Lett. 88, 133901 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Krausz, F.

A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
[CrossRef]

Kubina, P.

Lai, W. J.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Leitenstorfer, A.

Li, H.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Li, R.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Lipphardt, B.

Lorenc, D.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Marcinkevicius, A.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

McFerran, J.

J. McFerran, W. Swann, B. Washburn, and N. Newbury, Appl. Phys. B 86, 219 (2007).
[CrossRef]

Meyer, S. A.

S. A. Meyer, J. A. Squier, and S. A. Diddams, Eur. Phys. J. D 48, 19 (2008).
[CrossRef]

Miller, R. J. D.

Newbury, N.

J. McFerran, W. Swann, B. Washburn, and N. Newbury, Appl. Phys. B 86, 219 (2007).
[CrossRef]

Paulus, G. G.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Phua, P. B.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Pugzlys, A.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Pugžlys, A.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Rathje, T.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Schnatz, H.

Sidorov, D.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Smirnova, O.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Squier, J. A.

S. A. Meyer, J. A. Squier, and S. A. Diddams, Eur. Phys. J. D 48, 19 (2008).
[CrossRef]

Su, L.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Swann, W.

J. McFerran, W. Swann, B. Washburn, and N. Newbury, Appl. Phys. B 86, 219 (2007).
[CrossRef]

Sweetser, J.

Udem, T.

A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
[CrossRef]

Uiberacker, M.

A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
[CrossRef]

Unterrainer, K.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Walmsley, I. A.

Wang, X. D.

Washburn, B.

J. McFerran, W. Swann, B. Washburn, and N. Newbury, Appl. Phys. B 86, 219 (2007).
[CrossRef]

Xu, J.

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

Yakovlev, V.

A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
[CrossRef]

Zheltikov, A. M.

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

Appl. Phys. B (2)

A. Pugzlys, G. Andriukaitis, D. Sidorov, A. Irshad, A. Baltuska, W. J. Lai, P. B. Phua, L. Su, J. Xu, H. Li, R. Li, S. Alisauskas, A. Marcinkevicius, M. E. Fermann, L. Giniunas, and R. Danielius, Appl. Phys. B 97, 339 (2009).
[CrossRef]

J. McFerran, W. Swann, B. Washburn, and N. Newbury, Appl. Phys. B 86, 219 (2007).
[CrossRef]

Eur. Phys. J. D (1)

S. A. Meyer, J. A. Squier, and S. A. Diddams, Eur. Phys. J. D 48, 19 (2008).
[CrossRef]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. (1)

A. Baltuska, M. Uiberacker, E. Goulielmakis, R. Kienberger, V. Yakovlev, T. Udem, T. Hansch, and F. Krausz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 9, 972 (2003).
[CrossRef]

J. Phys. D (1)

S. Cundiff, J. Phys. D 35, R43 (2002).
[CrossRef]

Opt. Express (1)

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. Lett. (1)

A. Baltuška, T. Fuji, and T. Kobayashi, Phys. Rev. Lett. 88, 133901 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

T. Balčiūnas, D. Lorenc, M. Ivanov, O. Smirnova, A. Pugžlys, A. M. Zheltikov, D. Dietze, J. Darmo, K. Unterrainer, T. Rathje, G. G. Paulus, and A. Baltuška, in International Conference on Ultrafast Phenomena (Optical Society of America, 2010), paper PDP4.

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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

Scheme of CEP stabilization of the Yb:KGW CPA amplifier. FI, Faraday isolator; PLL, phase-lock-loop electronics; BS, beam splitter.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Spectrum of the oscillator after broadening in a PCF. Inset: spectrum of the oscillator before the fiber. (b) Dependence of the f ceo sensitivity on the output power of the oscillator (left) and corresponding measured integrated phase jitter (right); (c) single-side power spectral density of f ceo phase noise. The right axis shows the integrated phase jitter calculated using Eq. (1). (d) Amplitude and (e) phase transfer functions of the oscillator output power alone and with an active high-pass filter connected in series.

Fig. 3
Fig. 3

CEP stability after amplification in RA. (a) Interference pattern of the f 2 f spectrum of the amplified pulses measured using an out-of-loop f 2 f interferometer; (b) comparison of the phase calculated from the interference pattern to the set-point of the phase. A sawtooth modulation was applied to distinguish between the intrinsic modulation in the supercontinuum spectrum and the CEP-sensitive interference fringes. (c) Single-shot measurement of the CEP of the amplified with oscillator stabilization only; (d) CEP with compensation of drift with a slow loop; (e) distribution of the CEPs with slow loop switched on. r.m.s width is σ = 0.45 rad .

Equations (1)

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

Δ ϕ ( f ) = [ 2 f 10 MHz S ( f ) d f ] 1 / 2 .

Metrics