Abstract

The feed-forward technique has recently revolutionized carrier-envelope phase (CEP) stabilization, enabling unprecedented values of residual phase jitter. Nevertheless, its demonstrations have hitherto remained in a proof-of-principle state. Here we show that pulse quality and power issues can be solved, leading to few-cycle pulses with good beam quality. Making use of stable interferometers, we achieve day-long CEP-stable operation of the setup. Out-of-loop RMS phase noise amounts to less than 30 mrad in 20 s, with more than 24 h of CEP-locked operation being demonstrated.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. L. Xu, Ch. Spielmann, A. Poppe, T. Brabec, F. Krausz, and T. W. Hänsch, Opt. Lett. 21, 2008 (1996).
    [CrossRef]
  2. S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
    [CrossRef]
  3. A. Poppe, R. Holzwarth, A. Apolonski, G. Tempea, Ch. Spielmann, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Appl. Phys. B 72, 373 (2001).
    [CrossRef]
  4. A. L. Wolf, J. Morgenweg, J. C. J. Koelemeij, S. A. van den Berg, W. Ubachs, and K. S. E. Eikema, Opt. Lett. 36, 49 (2011).
    [CrossRef]
  5. S.-C. Kim, J.-H. Jin, Y.-J. Kim, I.-Y. Park, Y.-S. Kim, and S.-W. Kim, Nature 453, 757 (2008).
    [CrossRef]
  6. S. Rausch, T. Binhammer, A. Harth, E. Schulz, M. Siegel, and U. Morgner, Opt. Express 17, 20282 (2009).
    [CrossRef]
  7. T. Eidam, S. Hanf, E. Seise, T. V. Andersen, T. Gabler, C. Wirth, T. Schreiber, J. Limpert, and A. Tünnermann, Opt. Lett. 35, 94 (2010).
    [CrossRef]
  8. P. Russbüldt, T. Mans, G. Rotarius, J. Weitenberg, H. D. Hoffmann, and R. Poprawe, Opt. Express 17, 12230(2009).
    [CrossRef]
  9. S. Koke, C. Grebing, H. Frei, A. Anderson, A. Assion, and G. Steinmeyer, Nat. Photon. 4, 462 (2010).
    [CrossRef]
  10. B. Borchers, S. Koke, A. Husakou, J. Herrmann, and G. Steinmeyer, Opt. Lett. 36, 4146 (2011).
    [CrossRef]
  11. T. Fuji, J. Rauschenberger, A. Apolonski, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. Udem, C. Gohle, T. W. Hänsch, W. Lehnert, M. Scherer, and F. Krausz, Opt. Lett. 30, 332 (2005).
    [CrossRef]

2011

2010

2009

2008

S.-C. Kim, J.-H. Jin, Y.-J. Kim, I.-Y. Park, Y.-S. Kim, and S.-W. Kim, Nature 453, 757 (2008).
[CrossRef]

2005

2001

A. Poppe, R. Holzwarth, A. Apolonski, G. Tempea, Ch. Spielmann, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Appl. Phys. B 72, 373 (2001).
[CrossRef]

2000

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

1996

Andersen, T. V.

Anderson, A.

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

Apolonski, A.

Assion, A.

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

Binhammer, T.

Borchers, B.

Brabec, T.

Cundiff, S. T.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Diddams, S. A.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Eidam, T.

Eikema, K. S. E.

Frei, H.

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

Fuji, T.

Gabler, T.

Gohle, C.

Grebing, C.

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

Hall, J. L.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Hanf, S.

Hänsch, T. W.

T. Fuji, J. Rauschenberger, A. Apolonski, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. Udem, C. Gohle, T. W. Hänsch, W. Lehnert, M. Scherer, and F. Krausz, Opt. Lett. 30, 332 (2005).
[CrossRef]

A. Poppe, R. Holzwarth, A. Apolonski, G. Tempea, Ch. Spielmann, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Appl. Phys. B 72, 373 (2001).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

L. Xu, Ch. Spielmann, A. Poppe, T. Brabec, F. Krausz, and T. W. Hänsch, Opt. Lett. 21, 2008 (1996).
[CrossRef]

Harth, A.

Herrmann, J.

Hoffmann, H. D.

Holzwarth, R.

A. Poppe, R. Holzwarth, A. Apolonski, G. Tempea, Ch. Spielmann, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Appl. Phys. B 72, 373 (2001).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Husakou, A.

Jin, J.-H.

S.-C. Kim, J.-H. Jin, Y.-J. Kim, I.-Y. Park, Y.-S. Kim, and S.-W. Kim, Nature 453, 757 (2008).
[CrossRef]

Jones, D. J.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Kim, S.-C.

S.-C. Kim, J.-H. Jin, Y.-J. Kim, I.-Y. Park, Y.-S. Kim, and S.-W. Kim, Nature 453, 757 (2008).
[CrossRef]

Kim, S.-W.

S.-C. Kim, J.-H. Jin, Y.-J. Kim, I.-Y. Park, Y.-S. Kim, and S.-W. Kim, Nature 453, 757 (2008).
[CrossRef]

Kim, Y.-J.

S.-C. Kim, J.-H. Jin, Y.-J. Kim, I.-Y. Park, Y.-S. Kim, and S.-W. Kim, Nature 453, 757 (2008).
[CrossRef]

Kim, Y.-S.

S.-C. Kim, J.-H. Jin, Y.-J. Kim, I.-Y. Park, Y.-S. Kim, and S.-W. Kim, Nature 453, 757 (2008).
[CrossRef]

Koelemeij, J. C. J.

Koke, S.

B. Borchers, S. Koke, A. Husakou, J. Herrmann, and G. Steinmeyer, Opt. Lett. 36, 4146 (2011).
[CrossRef]

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

Krausz, F.

Lehnert, W.

Limpert, J.

Mans, T.

Morgenweg, J.

Morgner, U.

Park, I.-Y.

S.-C. Kim, J.-H. Jin, Y.-J. Kim, I.-Y. Park, Y.-S. Kim, and S.-W. Kim, Nature 453, 757 (2008).
[CrossRef]

Poppe, A.

A. Poppe, R. Holzwarth, A. Apolonski, G. Tempea, Ch. Spielmann, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Appl. Phys. B 72, 373 (2001).
[CrossRef]

L. Xu, Ch. Spielmann, A. Poppe, T. Brabec, F. Krausz, and T. W. Hänsch, Opt. Lett. 21, 2008 (1996).
[CrossRef]

Poprawe, R.

Ranka, J. K.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Rausch, S.

Rauschenberger, J.

Rotarius, G.

Russbüldt, P.

Scherer, M.

Schreiber, T.

Schulz, E.

Seise, E.

Siegel, M.

Spielmann, Ch.

A. Poppe, R. Holzwarth, A. Apolonski, G. Tempea, Ch. Spielmann, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Appl. Phys. B 72, 373 (2001).
[CrossRef]

L. Xu, Ch. Spielmann, A. Poppe, T. Brabec, F. Krausz, and T. W. Hänsch, Opt. Lett. 21, 2008 (1996).
[CrossRef]

Steinmeyer, G.

B. Borchers, S. Koke, A. Husakou, J. Herrmann, and G. Steinmeyer, Opt. Lett. 36, 4146 (2011).
[CrossRef]

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

Tempea, G.

Tünnermann, A.

Ubachs, W.

Udem, T.

T. Fuji, J. Rauschenberger, A. Apolonski, V. S. Yakovlev, G. Tempea, T. Udem, C. Gohle, T. W. Hänsch, W. Lehnert, M. Scherer, and F. Krausz, Opt. Lett. 30, 332 (2005).
[CrossRef]

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

van den Berg, S. A.

Weitenberg, J.

Windeler, R. S.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Wirth, C.

Wolf, A. L.

Xu, L.

Yakovlev, V. S.

Ye, J.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

Appl. Phys. B

A. Poppe, R. Holzwarth, A. Apolonski, G. Tempea, Ch. Spielmann, T. W. Hänsch, and F. Krausz, Appl. Phys. B 72, 373 (2001).
[CrossRef]

Nat. Photon.

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

Nature

S.-C. Kim, J.-H. Jin, Y.-J. Kim, I.-Y. Park, Y.-S. Kim, and S.-W. Kim, Nature 453, 757 (2008).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Phys. Rev. Lett.

S. A. Diddams, D. J. Jones, J. Ye, S. T. Cundiff, J. L. Hall, J. K. Ranka, R. S. Windeler, R. Holzwarth, T. Udem, and T. W. Hänsch, Phys. Rev. Lett. 84, 5102 (2000).
[CrossRef]

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.

Experimental setup for phase noise characterization. IF, interferometer; CM, chirped mirror.

Fig. 2.
Fig. 2.

Frequency analysis of 20 s phase noise time series. Blue curve (left axis), phase noise density; red curve (right axis), integrated phase noise (IPN).

Fig. 3.
Fig. 3.

Phase error recorded over more than one full working day. Artifacts around phase π are due to the wrap-around of the phase detection. Blue curve (left axis), phase error; red curve (right axis), relative humidity of environment air.

Equations (6)

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

ΔΦ=2πfrepfCE
fCE,IL+fRF=fAOFS.
fCE,OOL=fCE,ILfAOFS
=fCE,IL(fCE,IL+fRF)
=fRF,
IPN=(1/Tfn[PND(f)]2df)12,

Metrics