Abstract

We demonstrate carrier-envelope phase (CEP) stabilization of a mode-locked Ti:sapphire oscillator with unprecedented timing jitter of eight attoseconds. The stabilization performance is obtained by a combination of two different stabilization approaches. In a first step the drift of the CEP is stabilized with a conventional feedback loop by means of controlling the oscillator pump power with an acousto-optic modulator (AOM). In a second step we utilize a recently developed feed-forward type stabilization scheme which has a much higher control bandwith. Here an acousto-optic frequency shifter (AOFS) produces the stabilized output in the first diffraction order. Moreover, we present numerical results on the optimization of the length of the photonic crystal fiber, which is used to generate an octave-spanning spectrum, in order to optimize the sensitivity in the f-to-2f interferometers.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H. R. Telle, G. Steinmeyer, A. E. Dunlop, J. Stenger, D. H. Sutter, and U. Keller, Appl. Phys. B 69, 327 (1999).
    [CrossRef]
  2. D. J. 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]
  3. T. Udem, R. Holzwarth, and T. W. Hänsch, Nature 416, 233 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. T. W. Hänsch, Rev. Mod. Phys. 78, 1297 (2006).
    [CrossRef]
  5. A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
    [CrossRef]
  8. H. M. Crespo, J. R. Birge, M. Y. Sander, E. L. Falcão Filho, A. Benedick, and F. X. Kärtner, J. Opt. Soc. Am. B 25, B147 (2008).
    [CrossRef]
  9. S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, and G. Steinmeyer, Nat. Photon. 4, 462 (2010).
    [CrossRef]
  10. B. Washburn and N. Newbury, Opt. Express 12, 2166(2004).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. A. Husakou and J. Herrmann, J. Opt. Soc. Am. B 19, 2171 (2002).
    [CrossRef]
  12. L. Matos, O. D. Mücke, J. Chen, and F. X. Kärtner, Opt. Express 14, 2497 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]

2010 (1)

S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, and G. Steinmeyer, Nat. Photon. 4, 462 (2010).
[CrossRef]

2008 (2)

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

H. M. Crespo, J. R. Birge, M. Y. Sander, E. L. Falcão Filho, A. Benedick, and F. X. Kärtner, J. Opt. Soc. Am. B 25, B147 (2008).
[CrossRef]

2006 (2)

2005 (1)

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

2003 (1)

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

2002 (2)

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

A. Husakou and J. Herrmann, J. Opt. Soc. Am. B 19, 2171 (2002).
[CrossRef]

2000 (1)

D. J. 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]

1999 (1)

H. R. Telle, G. Steinmeyer, A. E. Dunlop, J. Stenger, D. H. Sutter, and U. Keller, Appl. Phys. B 69, 327 (1999).
[CrossRef]

Anderson, A.

S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, and G. Steinmeyer, Nat. Photon. 4, 462 (2010).
[CrossRef]

Apolonski, A.

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

Aquila, A. L.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Assion, A.

S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, and G. Steinmeyer, Nat. Photon. 4, 462 (2010).
[CrossRef]

Attwood, D. T.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Baltuška, A.

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

Benedick, A.

Birge, J. R.

Chen, J.

Crespo, H. M.

Cundiff, S. T.

D. J. 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]

Diddams, S. A.

D. J. 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]

Dunlop, A. E.

H. R. Telle, G. Steinmeyer, A. E. Dunlop, J. Stenger, D. H. Sutter, and U. Keller, Appl. Phys. B 69, 327 (1999).
[CrossRef]

Filho, E. L. Falcão

Frei, H.

S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, and G. Steinmeyer, Nat. Photon. 4, 462 (2010).
[CrossRef]

Fuji, T.

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

Gagnon, J.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Gohle, C.

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

Goulielmakis, E.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

Grebing, C.

S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, and G. Steinmeyer, Nat. Photon. 4, 462 (2010).
[CrossRef]

Gullikson, E. M.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Hall, J. L.

D. J. 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]

Hänsch, T. W.

T. W. Hänsch, Rev. Mod. Phys. 78, 1297 (2006).
[CrossRef]

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

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

Hentschel, M.

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

Herrmann, J.

Hofstetter, M.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Holzwarth, R.

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

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

Husakou, A.

Jones, D. J.

D. J. 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]

Kärtner, F. X.

Keller, U.

H. R. Telle, G. Steinmeyer, A. E. Dunlop, J. Stenger, D. H. Sutter, and U. Keller, Appl. Phys. B 69, 327 (1999).
[CrossRef]

Kienberger, R.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Kleineberg, U.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Koke, S.

S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, and G. Steinmeyer, Nat. Photon. 4, 462 (2010).
[CrossRef]

Krausz, F.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

Matos, L.

Mücke, O. D.

Newbury, N.

Ranka, J. K.

D. J. 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]

Rauschenberger, J.

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

Sander, M. Y.

Schultze, M.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Scrinzi, A.

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

Steinmeyer, G.

S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, and G. Steinmeyer, Nat. Photon. 4, 462 (2010).
[CrossRef]

H. R. Telle, G. Steinmeyer, A. E. Dunlop, J. Stenger, D. H. Sutter, and U. Keller, Appl. Phys. B 69, 327 (1999).
[CrossRef]

Stenger, J.

H. R. Telle, G. Steinmeyer, A. E. Dunlop, J. Stenger, D. H. Sutter, and U. Keller, Appl. Phys. B 69, 327 (1999).
[CrossRef]

Stentz, A.

D. J. 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]

Sutter, D. H.

H. R. Telle, G. Steinmeyer, A. E. Dunlop, J. Stenger, D. H. Sutter, and U. Keller, Appl. Phys. B 69, 327 (1999).
[CrossRef]

Telle, H. R.

H. R. Telle, G. Steinmeyer, A. E. Dunlop, J. Stenger, D. H. Sutter, and U. Keller, Appl. Phys. B 69, 327 (1999).
[CrossRef]

Tempea, G.

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

Udem, T.

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

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

Uiberacker, M.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

Washburn, B.

Windeler, R. S.

D. J. 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]

Yakovlev, V. S.

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

Appl. Phys. B (1)

H. R. Telle, G. Steinmeyer, A. E. Dunlop, J. Stenger, D. H. Sutter, and U. Keller, Appl. Phys. B 69, 327 (1999).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (2)

Nat. Photon. (1)

S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, and G. Steinmeyer, Nat. Photon. 4, 462 (2010).
[CrossRef]

Nature (2)

A. Baltuška, T. Udem, M. Uiberacker, M. Hentschel, E. Goulielmakis, C. Gohle, R. Holzwarth, V. S. Yakovlev, A. Scrinzi, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Nature 421, 611(2003).
[CrossRef] [PubMed]

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

New J. Phys. (1)

T. Fuji, J. Rauschenberger, C. Gohle, A. Apolonski, T. Udem, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. W. Hänsch, and F. Krausz, New J. Phys. 7, 116 (2005).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Rev. Mod. Phys. (1)

T. W. Hänsch, Rev. Mod. Phys. 78, 1297 (2006).
[CrossRef]

Science (2)

D. J. 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]

E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, and U. Kleineberg, Science 320, 1614 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

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

Dependence of the FOM on the propagation length for 15 fs input pulse at 770 nm with peak power of 22 kW . The inset illustrates the dependence of the optimum fiber length on the input power.

Fig. 2
Fig. 2

Recorded beat signals (resolution bandwidth 100 kHz ) in the (a) in-loop and (b) out-of-loop interferometer. Approximately 250 mW oscillator output power were used for the experiment.

Fig. 3
Fig. 3

Experimental setup used for the CEP stabilization. The red dashed box contains all elements employed for feed-forward stabilization whereas the green dotted box represents feedback stabilization. AOM, acousto-optic modulator; PCF, photonic crystal fiber; AOFS, acousto-optic frequency shifter; BS, dichroic beam splitter; PPLN, periodic poled lithium niobate crystal; OBF, optical bandpass filter; APD, avalanche photo diode; DSO, digital sampling oscilloscope; RF, radio frequency input; LO, local oscillator input; IF, intermediate frequency output.

Fig. 4
Fig. 4

(a) Measured 5 s traces of the phase noise for feed-forward stabilization (gray trace) and for double stabilization (red trace) (b) Spectral analysis of the 5 s traces. Phase noise density (PND) is plotted for the two cases as well as the detection PND (black trace). (c) Integrated phase noise (IPN) for both cases.

Equations (2)

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

FOM = E SHG E 530 E SHG + E 530 .
d ϕ ac d f CEO = 2 π Δ x v ac 2 rad / MHz

Metrics