Abstract

We propose a new astro-comb mode-filtering scheme composed of two Fabry–Perot cavities (coined “conjugate Fabry–Perot cavity pair”). Simulations indicate that this new filtering scheme makes the accuracy of astro-comb spectral lines more robust against systematic errors induced by nonlinear processes associated with power-amplifying and spectral-broadening optical fibers.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
    [CrossRef]
  2. C.-H. Li, A. J. Benedick, P. Fendel, A. G. Glenday, F. X. Kärtner, D. F. Phillips, D. Sasselov, A. Szentgyorgyi, and R. L. Walsworth, Nature 452, 610 (2008).
    [CrossRef]
  3. T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
    [CrossRef]
  4. D. A. Braje, M. S. Kirchner, S. Osterman, T. Fortier, and S. A. Diddam, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
    [CrossRef]
  5. A. J. Benedick, G. Chang, J. R. Birge, L.-J. Chen, A. G. Glenday, C.-H. Li, D. F. Phillips, A. Szentgyorgyi, S. Korzennik, G. Furesz, R. L. Walsworth, and F. X. Kärtner, Opt. Express 18, 19175 (2010).
    [CrossRef]
  6. F. Quinlan, G. Ycas, S. Osterman, and S. A. Diddams, Rev. Sci. Instrum. 81, 063105 (2010).
    [CrossRef]
  7. G. G. Ycas, F. Quinlan, S. A. Diddams, S. Osterman, S. Mahadevan, S. Redman, R. Terrien, L. Ramsey, C. F. Bender, B. Botzer, and S. Sigurdsson, Opt. Express 20, 6631 (2012).
    [CrossRef]
  8. T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
    [CrossRef]
  9. D. F. Phillips, A. G. Glenday, C.-H. Li, C. Cramer, G. Furesz, G. Chang, A. J. Benedick, L.-J. Chen, F. X. Kärtner, S. Korzennik, D. Sasselov, A. Szentgyorgyi, and R. L. Walsworth, Opt. Express 20, 13711 (2012).
    [CrossRef]
  10. T. Udem, R. Holzwarth, and T. W. Hänsch, Nature 416, 233 (2002).
    [CrossRef]
  11. C.-H. Li, A. G. Glenday, A. J. Benedick, G. Chang, L.-J. Chen, C. Cramer, P. Fendel, G. Furesz, F. X. Kärtner, S. Korzennik, D. F. Phillips, D. Sasselov, A. Szentgyorgyi, and R. L. Walsworth, Opt. Express 18, 13239 (2010).
    [CrossRef]
  12. G. Chang, C.-H. Li, D. F. Phillips, R. L. Walsworth, and F. X. Kärtner, Opt. Express 18, 12736 (2010).
    [CrossRef]
  13. H. Hundertmark, S. Rammler, T. Wilken, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and P. St. J. Russell, Opt. Express 17, 1919 (2009).
    [CrossRef]
  14. G. P. Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, 3rd ed. (Academic, 2001).

2012 (3)

2010 (4)

2009 (1)

2008 (3)

C.-H. Li, A. J. Benedick, P. Fendel, A. G. Glenday, F. X. Kärtner, D. F. Phillips, D. Sasselov, A. Szentgyorgyi, and R. L. Walsworth, Nature 452, 610 (2008).
[CrossRef]

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

D. A. Braje, M. S. Kirchner, S. Osterman, T. Fortier, and S. A. Diddam, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

2002 (1)

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

Agrawal, G. P.

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

Araujo-Hauck, C.

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

Bender, C. F.

Benedick, A. J.

Birge, J. R.

Botzer, B.

Braje, D. A.

D. A. Braje, M. S. Kirchner, S. Osterman, T. Fortier, and S. A. Diddam, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
[CrossRef]

Chang, G.

Chen, L.-J.

Cramer, C.

Curto, G. L.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

D’Odorico, S.

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

Dekker, H.

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

Diddam, S. A.

D. A. Braje, M. S. Kirchner, S. Osterman, T. Fortier, and S. A. Diddam, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
[CrossRef]

Diddams, S. A.

Fendel, P.

Fischer, M.

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

Fortier, T.

D. A. Braje, M. S. Kirchner, S. Osterman, T. Fortier, and S. A. Diddam, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
[CrossRef]

Furesz, G.

Glenday, A. G.

Hänsch, T. W.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

H. Hundertmark, S. Rammler, T. Wilken, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and P. St. J. Russell, Opt. Express 17, 1919 (2009).
[CrossRef]

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

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

Hernandez, J. I. G.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Holzwarth, R.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

H. Hundertmark, S. Rammler, T. Wilken, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and P. St. J. Russell, Opt. Express 17, 1919 (2009).
[CrossRef]

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

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

Hundertmark, H.

Kärtner, F. X.

Kentischer, T.

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

Kirchner, M. S.

D. A. Braje, M. S. Kirchner, S. Osterman, T. Fortier, and S. A. Diddam, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
[CrossRef]

Korzennik, S.

Li, C.-H.

Mahadevan, S.

Manescau, A.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

Murphy, M. T.

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

Osterman, S.

G. G. Ycas, F. Quinlan, S. A. Diddams, S. Osterman, S. Mahadevan, S. Redman, R. Terrien, L. Ramsey, C. F. Bender, B. Botzer, and S. Sigurdsson, Opt. Express 20, 6631 (2012).
[CrossRef]

F. Quinlan, G. Ycas, S. Osterman, and S. A. Diddams, Rev. Sci. Instrum. 81, 063105 (2010).
[CrossRef]

D. A. Braje, M. S. Kirchner, S. Osterman, T. Fortier, and S. A. Diddam, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
[CrossRef]

Pasquini, L.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

Phillips, D. F.

Probst, R. A.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Quinlan, F.

Rammler, S.

Ramsey, L.

Rebolo, R.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

Redman, S.

Russell, P. St. J.

Sasselov, D.

Schmidt, W.

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

Sigurdsson, S.

Sizmann, A.

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

Steinmetz, T.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

Szentgyorgyi, A.

Terrien, R.

Udem, T.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

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

Walsworth, R. L.

Wilken, T.

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

H. Hundertmark, S. Rammler, T. Wilken, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, and P. St. J. Russell, Opt. Express 17, 1919 (2009).
[CrossRef]

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

Ycas, G.

F. Quinlan, G. Ycas, S. Osterman, and S. A. Diddams, Rev. Sci. Instrum. 81, 063105 (2010).
[CrossRef]

Ycas, G. G.

Eur. Phys. J. D (1)

D. A. Braje, M. S. Kirchner, S. Osterman, T. Fortier, and S. A. Diddam, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
[CrossRef]

Mon. Not. R. Astron. Soc. (1)

M. T. Murphy, T. Udem, R. Holzwarth, A. Sizmann, L. Pasquini, C. Araujo-Hauck, H. Dekker, S. D’Odorico, M. Fischer, T. W. Hänsch, and A. Manescau, Mon. Not. R. Astron. Soc. 380, 839 (2007).
[CrossRef]

Nature (3)

C.-H. Li, A. J. Benedick, P. Fendel, A. G. Glenday, F. X. Kärtner, D. F. Phillips, D. Sasselov, A. Szentgyorgyi, and R. L. Walsworth, Nature 452, 610 (2008).
[CrossRef]

T. Wilken, G. L. Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernandez, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
[CrossRef]

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

Opt. Express (6)

Rev. Sci. Instrum. (1)

F. Quinlan, G. Ycas, S. Osterman, and S. A. Diddams, Rev. Sci. Instrum. 81, 063105 (2010).
[CrossRef]

Science (1)

T. Steinmetz, T. Wilken, C. Araujo-Hauck, R. Holzwarth, T. W. Hänsch, L. Pasquini, A. Manescau, S. D’Odorico, M. T. Murphy, T. Kentischer, W. Schmidt, and T. Udem, Science 321, 1335 (2008).
[CrossRef]

Other (1)

G. 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 (3)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Transmission and (b) phase shift imposed on incident light of wavelength λ by a Fabry–Perot cavity (FPC), as a function of cavity roundtrip phase delay, δ (mod2π). Plots are for a FPC composed of two identical mirrors of reflectivity R=98.8%. Critical to conjugate FPC (cFPC) performance is that FPC transmission (phase shift) be an even (odd) function of δ.

Fig. 2.
Fig. 2.

Roundtrip phase delay imposed by conjugate Fabry–Perot cavity (cFPC) pair on (desired) astro-comb mode and (unwanted) side modes. Dashed red and dotted blue curves are cavity phases imposed by first and second FPCs, respectively. For all side modes, roundtrip phase delays and cavity phases of the two FPCs are equal in magnitude but opposite in sign. As a result, overall cavity phase imposed by the cFPC pair is zero for all side modes. (Phase shifts are shown for M=8.)

Fig. 3.
Fig. 3.

Simulation of astro-comb accuracy for two different filtering schemes: (a), (b) two identical FPCs, and (c), (d) conjugate FPC (cFPC) pair. cFPC pair provides 30-fold improvement in side mode filtering after spectral broadening, compared to two identical FPCs, because cFPC suppression degradation on blue and red side modes is nearly identical.

Equations (3)

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

δRVc=δfAfAfrfAk=M/2M/2k·Ik/k=M/2M/2Ik,
Iout/Iin=(1R)2/[(1R)2+4Rsin2(δ(λ)/2)],
ψ=tan1(Rsinδ/(1Rcosδ))

Metrics