Abstract

We realize a femtosecond high-power spontaneous mode-locked operation with gigahertz oscillation in a vertical-external cavity surface-emitting laser under the condition of eliminating the internal and external unwanted reflection. We find that the reflectivity of the output coupler has a significant influence not only on the output power but also on the output pulse duration. With an incident pump power of 20W, we have achieved 2.35W of average output power with 778fs pulse duration at a repetition rate of 2.17GHz. The shortest pulse duration was 654fs at an average output power of 0.45W.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. Kuznetsov, F. Hakimi, R. Sprague, and A. Mooradian, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 1063 (1997).
    [CrossRef]
  2. T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
    [CrossRef]
  3. J. Chilla, Q.-Z. Shu, H. Zhou, E. Weiss, M. Reed, and L. Spinelli, Proc. SPIE 6451, 645109 (2007).
    [CrossRef]
  4. N. Schulz, J. M. Hopkins, M. Rattunde, D. Burns, and J. Wagner, Laser Photon. Rev. 2, 160 (2008).
    [CrossRef]
  5. S. Calvez, J. E. Hastie, M. Guina, O. G. Okhotnikov, and M. D. Dawson, Laser Photon. Rev. 3, 407 (2009).
    [CrossRef]
  6. M. Sargent, III, M. O. Scully, and W. E. Lamb, Jr., Laser Physics (Addison-Wesley, 1974).
  7. R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. V. L. Kalashnikov, E. Sorokin, and I. T. Sorokina, IEEE J. Quantum Electron. 39, 323 (2003).
    [CrossRef]
  9. B. G. Bale, K. Kieu, J. N. Kutz, and F. Wise, Opt. Express 17, 23137 (2009).
    [CrossRef]
  10. A. K. Komarov and K. P. Komarov, Opt. Commun. 183, 265 (2000).
    [CrossRef]
  11. H. C. Liang, Y. J. Huang, W. C. Huang, K. W. Su, and Y. F. Chen, Opt. Lett. 35, 4 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. P. Glas, M. Naumann, A. Schirrmacher, L. Däweritz, and R. Hey, Opt. Commun. 161, 345 (1999).
    [CrossRef]
  13. Y. Nomura, S. Ochi, N. Tomita, K. Akiyama, T. Isu, T. Takiguchi, and H. Higuchi, Phys. Rev. A 65, 043807 (2002).
    [CrossRef]
  14. L. Gil and L. Columbo, Phys. Rev. A 83, 013822 (2011).
    [CrossRef]
  15. B. Rudin, V. J. Wittwer, D. J. H. C. Maas, M. Hoffmann, O. D. Sieber, Y. Barbarin, M. Golling, T. Südmeyer, and U. Keller, Opt. Express 18, 27582 (2010).
    [CrossRef]
  16. M. Hoffmann, O. D. Sieber, V. J. Wittwer, I. L. Krestnikov, D. A. Livshits, Y. Barbarin, T. Südmeyer, and U. Keller, Opt. Express 19, 8108 (2011).
    [CrossRef] [PubMed]

2011 (2)

2010 (2)

2009 (2)

S. Calvez, J. E. Hastie, M. Guina, O. G. Okhotnikov, and M. D. Dawson, Laser Photon. Rev. 3, 407 (2009).
[CrossRef]

B. G. Bale, K. Kieu, J. N. Kutz, and F. Wise, Opt. Express 17, 23137 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

N. Schulz, J. M. Hopkins, M. Rattunde, D. Burns, and J. Wagner, Laser Photon. Rev. 2, 160 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

J. Chilla, Q.-Z. Shu, H. Zhou, E. Weiss, M. Reed, and L. Spinelli, Proc. SPIE 6451, 645109 (2007).
[CrossRef]

2006 (1)

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

2003 (1)

V. L. Kalashnikov, E. Sorokin, and I. T. Sorokina, IEEE J. Quantum Electron. 39, 323 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

Y. Nomura, S. Ochi, N. Tomita, K. Akiyama, T. Isu, T. Takiguchi, and H. Higuchi, Phys. Rev. A 65, 043807 (2002).
[CrossRef]

2000 (2)

A. K. Komarov and K. P. Komarov, Opt. Commun. 183, 265 (2000).
[CrossRef]

R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (1)

P. Glas, M. Naumann, A. Schirrmacher, L. Däweritz, and R. Hey, Opt. Commun. 161, 345 (1999).
[CrossRef]

1997 (1)

M. Kuznetsov, F. Hakimi, R. Sprague, and A. Mooradian, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 1063 (1997).
[CrossRef]

Akiyama, K.

Y. Nomura, S. Ochi, N. Tomita, K. Akiyama, T. Isu, T. Takiguchi, and H. Higuchi, Phys. Rev. A 65, 043807 (2002).
[CrossRef]

Baillargeon, J. N.

R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Bale, B. G.

Barbarin, Y.

Burns, D.

N. Schulz, J. M. Hopkins, M. Rattunde, D. Burns, and J. Wagner, Laser Photon. Rev. 2, 160 (2008).
[CrossRef]

Calvez, S.

S. Calvez, J. E. Hastie, M. Guina, O. G. Okhotnikov, and M. D. Dawson, Laser Photon. Rev. 3, 407 (2009).
[CrossRef]

Capasso, F.

R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Chen, Y. F.

Chilla, J.

J. Chilla, Q.-Z. Shu, H. Zhou, E. Weiss, M. Reed, and L. Spinelli, Proc. SPIE 6451, 645109 (2007).
[CrossRef]

Cho, A. Y.

R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Cho, S.

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

Columbo, L.

L. Gil and L. Columbo, Phys. Rev. A 83, 013822 (2011).
[CrossRef]

Däweritz, L.

P. Glas, M. Naumann, A. Schirrmacher, L. Däweritz, and R. Hey, Opt. Commun. 161, 345 (1999).
[CrossRef]

Dawson, M. D.

S. Calvez, J. E. Hastie, M. Guina, O. G. Okhotnikov, and M. D. Dawson, Laser Photon. Rev. 3, 407 (2009).
[CrossRef]

Gil, L.

L. Gil and L. Columbo, Phys. Rev. A 83, 013822 (2011).
[CrossRef]

Glas, P.

P. Glas, M. Naumann, A. Schirrmacher, L. Däweritz, and R. Hey, Opt. Commun. 161, 345 (1999).
[CrossRef]

Gmachl, C.

R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Golling, M.

Guina, M.

S. Calvez, J. E. Hastie, M. Guina, O. G. Okhotnikov, and M. D. Dawson, Laser Photon. Rev. 3, 407 (2009).
[CrossRef]

Hakimi, F.

M. Kuznetsov, F. Hakimi, R. Sprague, and A. Mooradian, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 1063 (1997).
[CrossRef]

Hastie, J. E.

S. Calvez, J. E. Hastie, M. Guina, O. G. Okhotnikov, and M. D. Dawson, Laser Photon. Rev. 3, 407 (2009).
[CrossRef]

Hey, R.

P. Glas, M. Naumann, A. Schirrmacher, L. Däweritz, and R. Hey, Opt. Commun. 161, 345 (1999).
[CrossRef]

Higuchi, H.

Y. Nomura, S. Ochi, N. Tomita, K. Akiyama, T. Isu, T. Takiguchi, and H. Higuchi, Phys. Rev. A 65, 043807 (2002).
[CrossRef]

Hoffmann, M.

Hopkins, J. M.

N. Schulz, J. M. Hopkins, M. Rattunde, D. Burns, and J. Wagner, Laser Photon. Rev. 2, 160 (2008).
[CrossRef]

Huang, W. C.

Huang, Y. J.

Hutchinson, A. L.

R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Isu, T.

Y. Nomura, S. Ochi, N. Tomita, K. Akiyama, T. Isu, T. Takiguchi, and H. Higuchi, Phys. Rev. A 65, 043807 (2002).
[CrossRef]

Kalashnikov, V. L.

V. L. Kalashnikov, E. Sorokin, and I. T. Sorokina, IEEE J. Quantum Electron. 39, 323 (2003).
[CrossRef]

Keller, U.

Kieu, K.

Kim, G.

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

Kim, J.

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

Kim, K.

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

Kim, T.

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

Komarov, A. K.

A. K. Komarov and K. P. Komarov, Opt. Commun. 183, 265 (2000).
[CrossRef]

Komarov, K. P.

A. K. Komarov and K. P. Komarov, Opt. Commun. 183, 265 (2000).
[CrossRef]

Krestnikov, I. L.

Kutz, J. N.

Kuznetsov, M.

M. Kuznetsov, F. Hakimi, R. Sprague, and A. Mooradian, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 1063 (1997).
[CrossRef]

Lamb, W. E.

M. Sargent, III, M. O. Scully, and W. E. Lamb, Jr., Laser Physics (Addison-Wesley, 1974).

Lee, J.

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

Lee, S.

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

Liang, H. C.

Lim, S.

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

Liu, H. C.

R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Livshits, D. A.

Maas, D. J. H. C.

Mooradian, A.

M. Kuznetsov, F. Hakimi, R. Sprague, and A. Mooradian, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 1063 (1997).
[CrossRef]

Naumann, M.

P. Glas, M. Naumann, A. Schirrmacher, L. Däweritz, and R. Hey, Opt. Commun. 161, 345 (1999).
[CrossRef]

Nomura, Y.

Y. Nomura, S. Ochi, N. Tomita, K. Akiyama, T. Isu, T. Takiguchi, and H. Higuchi, Phys. Rev. A 65, 043807 (2002).
[CrossRef]

Ochi, S.

Y. Nomura, S. Ochi, N. Tomita, K. Akiyama, T. Isu, T. Takiguchi, and H. Higuchi, Phys. Rev. A 65, 043807 (2002).
[CrossRef]

Okhotnikov, O. G.

S. Calvez, J. E. Hastie, M. Guina, O. G. Okhotnikov, and M. D. Dawson, Laser Photon. Rev. 3, 407 (2009).
[CrossRef]

Paiella, R.

R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Park, Y.

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

Rattunde, M.

N. Schulz, J. M. Hopkins, M. Rattunde, D. Burns, and J. Wagner, Laser Photon. Rev. 2, 160 (2008).
[CrossRef]

Reed, M.

J. Chilla, Q.-Z. Shu, H. Zhou, E. Weiss, M. Reed, and L. Spinelli, Proc. SPIE 6451, 645109 (2007).
[CrossRef]

Rudin, B.

Sargent, M.

M. Sargent, III, M. O. Scully, and W. E. Lamb, Jr., Laser Physics (Addison-Wesley, 1974).

Schirrmacher, A.

P. Glas, M. Naumann, A. Schirrmacher, L. Däweritz, and R. Hey, Opt. Commun. 161, 345 (1999).
[CrossRef]

Schulz, N.

N. Schulz, J. M. Hopkins, M. Rattunde, D. Burns, and J. Wagner, Laser Photon. Rev. 2, 160 (2008).
[CrossRef]

Scully, M. O.

M. Sargent, III, M. O. Scully, and W. E. Lamb, Jr., Laser Physics (Addison-Wesley, 1974).

Shu, Q.-Z.

J. Chilla, Q.-Z. Shu, H. Zhou, E. Weiss, M. Reed, and L. Spinelli, Proc. SPIE 6451, 645109 (2007).
[CrossRef]

Sieber, O. D.

Sivco, D. L.

R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Sorokin, E.

V. L. Kalashnikov, E. Sorokin, and I. T. Sorokina, IEEE J. Quantum Electron. 39, 323 (2003).
[CrossRef]

Sorokina, I. T.

V. L. Kalashnikov, E. Sorokin, and I. T. Sorokina, IEEE J. Quantum Electron. 39, 323 (2003).
[CrossRef]

Spinelli, L.

J. Chilla, Q.-Z. Shu, H. Zhou, E. Weiss, M. Reed, and L. Spinelli, Proc. SPIE 6451, 645109 (2007).
[CrossRef]

Sprague, R.

M. Kuznetsov, F. Hakimi, R. Sprague, and A. Mooradian, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 1063 (1997).
[CrossRef]

Su, K. W.

Südmeyer, T.

Takiguchi, T.

Y. Nomura, S. Ochi, N. Tomita, K. Akiyama, T. Isu, T. Takiguchi, and H. Higuchi, Phys. Rev. A 65, 043807 (2002).
[CrossRef]

Tomita, N.

Y. Nomura, S. Ochi, N. Tomita, K. Akiyama, T. Isu, T. Takiguchi, and H. Higuchi, Phys. Rev. A 65, 043807 (2002).
[CrossRef]

Wagner, J.

N. Schulz, J. M. Hopkins, M. Rattunde, D. Burns, and J. Wagner, Laser Photon. Rev. 2, 160 (2008).
[CrossRef]

Weiss, E.

J. Chilla, Q.-Z. Shu, H. Zhou, E. Weiss, M. Reed, and L. Spinelli, Proc. SPIE 6451, 645109 (2007).
[CrossRef]

Wise, F.

Wittwer, V. J.

Yoo, J.

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

Zhou, H.

J. Chilla, Q.-Z. Shu, H. Zhou, E. Weiss, M. Reed, and L. Spinelli, Proc. SPIE 6451, 645109 (2007).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

V. L. Kalashnikov, E. Sorokin, and I. T. Sorokina, IEEE J. Quantum Electron. 39, 323 (2003).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (1)

M. Kuznetsov, F. Hakimi, R. Sprague, and A. Mooradian, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 1063 (1997).
[CrossRef]

Laser Photon. Rev. (2)

N. Schulz, J. M. Hopkins, M. Rattunde, D. Burns, and J. Wagner, Laser Photon. Rev. 2, 160 (2008).
[CrossRef]

S. Calvez, J. E. Hastie, M. Guina, O. G. Okhotnikov, and M. D. Dawson, Laser Photon. Rev. 3, 407 (2009).
[CrossRef]

Opt. Commun. (2)

A. K. Komarov and K. P. Komarov, Opt. Commun. 183, 265 (2000).
[CrossRef]

P. Glas, M. Naumann, A. Schirrmacher, L. Däweritz, and R. Hey, Opt. Commun. 161, 345 (1999).
[CrossRef]

Opt. Express (3)

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. A (2)

Y. Nomura, S. Ochi, N. Tomita, K. Akiyama, T. Isu, T. Takiguchi, and H. Higuchi, Phys. Rev. A 65, 043807 (2002).
[CrossRef]

L. Gil and L. Columbo, Phys. Rev. A 83, 013822 (2011).
[CrossRef]

Proc. SPIE (2)

T. Kim, J. Lee, S. Lee, J. Yoo, K. Kim, J. Kim, S. Cho, S. Lim, G. Kim, and Y. Park, Proc. SPIE 6132, 61320K (2006).
[CrossRef]

J. Chilla, Q.-Z. Shu, H. Zhou, E. Weiss, M. Reed, and L. Spinelli, Proc. SPIE 6451, 645109 (2007).
[CrossRef]

Science (1)

R. Paiella, F. Capasso, C. Gmachl, D. L. Sivco, J. N. Baillargeon, A. L. Hutchinson, A. Y. Cho, and H. C. Liu, Science 290, 1739 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Other (1)

M. Sargent, III, M. O. Scully, and W. E. Lamb, Jr., Laser Physics (Addison-Wesley, 1974).

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

Experimental setup of an SML optically pumped semiconductor laser system. The inset shows the refractive index profile and E-field distribution in the gain medium.

Fig. 2
Fig. 2

Average output power versus incident pump power for the stable CW mode locking.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Real-time trace of pulse train. (b) Autocorrelation trace for showing the single-pulse trains. (c) RF power spectrum of the pulse train. (d) Power spectrum with a high resolution of 10 kHz and a span of 50 MHz .

Fig. 4
Fig. 4

(a)–(c) Lasing spectra for the SML operations obtained with the output reflectivities of 97.5%, 99.0%, and 99.8%, respectively. (a′)–(c′) Autocorrelation traces corresponding to the optical spectra shown in (a)–(c), respectively.

Metrics