Abstract

A compact 2 kHz linewidth single frequency microfiber ring laser is demonstrated. Microfiber, with a diameter of 1.88 μm, which is drawn from an Er3+/Yb3+ co-doped phosphate glass fiber, serves as the gain medium. By using this microfiber, a double-knot resonator with a total length of 1.75 mm is constructed. Based on this resonator, a narrow linewidth single frequency laser with output power higher than 0.95 μW is obtained at the wavelength of 1536.1 nm. The linewidth of this microfiber laser is as narrow as 2 kHz, and the side-mode-suppression ratio is higher than 38 dB.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
    [CrossRef]
  2. H. G. Park, C. J. Barrelet, Y. Wu, B. Tian, F. Qian, and C. M. Lieber, Nat. Photonics 2, 622 (2008).
    [CrossRef]
  3. X. S. Jiang, Q. Yang, G. Vienne, Y. H. Li, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 89, 143513 (2006).
    [CrossRef]
  4. X. S. Jiang, Q. H. Song, L. Xu, J. Fu, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 90, 233501 (2007).
    [CrossRef]
  5. Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
    [CrossRef]
  6. B. Gayral, J. M. Gerard, A. Lemaitre, C. Dupuis, L. Manin, and J. L. Pelouard, Appl. Phys. Lett. 75, 1908 (1999).
    [CrossRef]
  7. N. B. Rex, R. K. Chang, and L. J. Guido, IEEE Photon. Technol. Lett. 13, 1 (2001).
    [CrossRef]
  8. M. Cai, O. Painter, K. J. Vahala, and P. C. Sercel, Opt. Lett. 25, 1430 (2000).
    [CrossRef]
  9. M. Sumetsky, Y. Dulashko, J. M. Fini, A. Hale, and D. J. DiGiovann, J. Lightwave Technol. 24, 242 (2006).
    [CrossRef]
  10. X. S. Jiang, Y. Chen, G. Vienne, and L. M. Tong, Opt. Lett. 32, 1710 (2007).
    [CrossRef]
  11. P. M. Kasili, J. M. Song, and T. Vo-Dinh, J. Am. Chem. Soc. 9, 2799 (2004).
    [CrossRef]
  12. K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
    [CrossRef]
  13. S. H. Xu, Z. M. Yang, T. Liu, W. N. Zhang, Z. M. Peng, Q. Y. Zhang, and Z. H. Jiang, Opt. Express 18, 1249 (2010).
    [CrossRef]
  14. L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
    [CrossRef]
  15. Y. H. Li, G. Vienne, X. S. Jiang, X. Y. Pan, X. Liu, P. F. Gu, and L. M. Tong, Opt. Express 14, 7073 (2006).
    [CrossRef]
  16. G. G. Vienne, J. E. Caplen, L. Dong, J. D. Minelly, J. Nilsson, and D. N. Pane, J. Lightwave Technol. 16, 1990 (1998).
    [CrossRef]
  17. L. M. Xiao, M. D. W. Grogan, S. G. Leon-Saval, R. Williams, R. England, W. J. Wadsworth, and T. A. Birks, Opt. Lett. 34, 2724 (2009).
    [CrossRef]

2011 (1)

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

2010 (1)

2009 (2)

L. M. Xiao, M. D. W. Grogan, S. G. Leon-Saval, R. Williams, R. England, W. J. Wadsworth, and T. A. Birks, Opt. Lett. 34, 2724 (2009).
[CrossRef]

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

H. G. Park, C. J. Barrelet, Y. Wu, B. Tian, F. Qian, and C. M. Lieber, Nat. Photonics 2, 622 (2008).
[CrossRef]

2007 (2)

X. S. Jiang, Q. H. Song, L. Xu, J. Fu, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 90, 233501 (2007).
[CrossRef]

X. S. Jiang, Y. Chen, G. Vienne, and L. M. Tong, Opt. Lett. 32, 1710 (2007).
[CrossRef]

2006 (3)

2004 (1)

P. M. Kasili, J. M. Song, and T. Vo-Dinh, J. Am. Chem. Soc. 9, 2799 (2004).
[CrossRef]

2003 (2)

K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
[CrossRef]

L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
[CrossRef]

2001 (1)

N. B. Rex, R. K. Chang, and L. J. Guido, IEEE Photon. Technol. Lett. 13, 1 (2001).
[CrossRef]

2000 (1)

1999 (1)

B. Gayral, J. M. Gerard, A. Lemaitre, C. Dupuis, L. Manin, and J. L. Pelouard, Appl. Phys. Lett. 75, 1908 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

Ashcom, J. B.

L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
[CrossRef]

Bakker, R.

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

Barrelet, C. J.

H. G. Park, C. J. Barrelet, Y. Wu, B. Tian, F. Qian, and C. M. Lieber, Nat. Photonics 2, 622 (2008).
[CrossRef]

Belgrave, A. M.

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

Birks, T. A.

Cai, M.

Caplen, J. E.

Chang, R. K.

N. B. Rex, R. K. Chang, and L. J. Guido, IEEE Photon. Technol. Lett. 13, 1 (2001).
[CrossRef]

Chen, Y.

Dai, L.

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

DiGiovann, D. J.

Dong, L.

Dulashko, Y.

Dupuis, C.

B. Gayral, J. M. Gerard, A. Lemaitre, C. Dupuis, L. Manin, and J. L. Pelouard, Appl. Phys. Lett. 75, 1908 (1999).
[CrossRef]

England, R.

Fini, J. M.

Fu, J.

X. S. Jiang, Q. H. Song, L. Xu, J. Fu, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 90, 233501 (2007).
[CrossRef]

Gattass, R. R.

L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
[CrossRef]

Gayral, B.

B. Gayral, J. M. Gerard, A. Lemaitre, C. Dupuis, L. Manin, and J. L. Pelouard, Appl. Phys. Lett. 75, 1908 (1999).
[CrossRef]

Gerard, J. M.

B. Gayral, J. M. Gerard, A. Lemaitre, C. Dupuis, L. Manin, and J. L. Pelouard, Appl. Phys. Lett. 75, 1908 (1999).
[CrossRef]

Grogan, M. D. W.

Gu, F. X.

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

Gu, P. F.

Guido, L. J.

N. B. Rex, R. K. Chang, and L. J. Guido, IEEE Photon. Technol. Lett. 13, 1 (2001).
[CrossRef]

Hale, A.

He, S. L.

L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
[CrossRef]

Herz, E.

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

Jiang, X. S.

X. S. Jiang, Q. H. Song, L. Xu, J. Fu, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 90, 233501 (2007).
[CrossRef]

X. S. Jiang, Y. Chen, G. Vienne, and L. M. Tong, Opt. Lett. 32, 1710 (2007).
[CrossRef]

X. S. Jiang, Q. Yang, G. Vienne, Y. H. Li, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 89, 143513 (2006).
[CrossRef]

Y. H. Li, G. Vienne, X. S. Jiang, X. Y. Pan, X. Liu, P. F. Gu, and L. M. Tong, Opt. Express 14, 7073 (2006).
[CrossRef]

Jiang, Z. H.

Kasili, P. M.

P. M. Kasili, J. M. Song, and T. Vo-Dinh, J. Am. Chem. Soc. 9, 2799 (2004).
[CrossRef]

Lemaitre, A.

B. Gayral, J. M. Gerard, A. Lemaitre, C. Dupuis, L. Manin, and J. L. Pelouard, Appl. Phys. Lett. 75, 1908 (1999).
[CrossRef]

Leon-Saval, S. G.

Li, Y. H.

Y. H. Li, G. Vienne, X. S. Jiang, X. Y. Pan, X. Liu, P. F. Gu, and L. M. Tong, Opt. Express 14, 7073 (2006).
[CrossRef]

X. S. Jiang, Q. Yang, G. Vienne, Y. H. Li, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 89, 143513 (2006).
[CrossRef]

Lieber, C. M.

H. G. Park, C. J. Barrelet, Y. Wu, B. Tian, F. Qian, and C. M. Lieber, Nat. Photonics 2, 622 (2008).
[CrossRef]

Liu, T.

Liu, X.

Lou, J. Y.

L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
[CrossRef]

Manin, L.

B. Gayral, J. M. Gerard, A. Lemaitre, C. Dupuis, L. Manin, and J. L. Pelouard, Appl. Phys. Lett. 75, 1908 (1999).
[CrossRef]

Maxwell, I.

L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
[CrossRef]

Mazur, E.

L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
[CrossRef]

Meng, C.

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

Minelly, J. D.

Narimanov, E. E.

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

Nilsson, J.

Noginov, M. A.

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

Painter, O.

Pan, X. Y.

Pane, D. N.

Park, H. G.

H. G. Park, C. J. Barrelet, Y. Wu, B. Tian, F. Qian, and C. M. Lieber, Nat. Photonics 2, 622 (2008).
[CrossRef]

Pelouard, J. L.

B. Gayral, J. M. Gerard, A. Lemaitre, C. Dupuis, L. Manin, and J. L. Pelouard, Appl. Phys. Lett. 75, 1908 (1999).
[CrossRef]

Peng, Z. M.

Qian, F.

H. G. Park, C. J. Barrelet, Y. Wu, B. Tian, F. Qian, and C. M. Lieber, Nat. Photonics 2, 622 (2008).
[CrossRef]

Rex, N. B.

N. B. Rex, R. K. Chang, and L. J. Guido, IEEE Photon. Technol. Lett. 13, 1 (2001).
[CrossRef]

Sercel, P. C.

Shalaev, V. M.

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

Shen, M. Y.

L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
[CrossRef]

Song, J. M.

P. M. Kasili, J. M. Song, and T. Vo-Dinh, J. Am. Chem. Soc. 9, 2799 (2004).
[CrossRef]

Song, Q. H.

X. S. Jiang, Q. H. Song, L. Xu, J. Fu, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 90, 233501 (2007).
[CrossRef]

Stout, S.

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

Sumetsky, M.

Suteewong, T.

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

Tian, B.

H. G. Park, C. J. Barrelet, Y. Wu, B. Tian, F. Qian, and C. M. Lieber, Nat. Photonics 2, 622 (2008).
[CrossRef]

Tong, L. M.

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

X. S. Jiang, Q. H. Song, L. Xu, J. Fu, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 90, 233501 (2007).
[CrossRef]

X. S. Jiang, Y. Chen, G. Vienne, and L. M. Tong, Opt. Lett. 32, 1710 (2007).
[CrossRef]

Y. H. Li, G. Vienne, X. S. Jiang, X. Y. Pan, X. Liu, P. F. Gu, and L. M. Tong, Opt. Express 14, 7073 (2006).
[CrossRef]

X. S. Jiang, Q. Yang, G. Vienne, Y. H. Li, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 89, 143513 (2006).
[CrossRef]

L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
[CrossRef]

Vahala, K. J.

Vienne, G.

Vienne, G. G.

Vo-Dinh, T.

P. M. Kasili, J. M. Song, and T. Vo-Dinh, J. Am. Chem. Soc. 9, 2799 (2004).
[CrossRef]

Wadsworth, W. J.

Wang, P.

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

Wang, S. S.

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

Wiesner, U.

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

Williams, R.

Wu, Y.

H. G. Park, C. J. Barrelet, Y. Wu, B. Tian, F. Qian, and C. M. Lieber, Nat. Photonics 2, 622 (2008).
[CrossRef]

Xiao, L. M.

Xiao, Y.

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

Xu, L.

X. S. Jiang, Q. H. Song, L. Xu, J. Fu, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 90, 233501 (2007).
[CrossRef]

Xu, S. H.

Yang, Q.

X. S. Jiang, Q. Yang, G. Vienne, Y. H. Li, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 89, 143513 (2006).
[CrossRef]

Yang, Z. M.

Ye, Y.

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

Yu, H. K.

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

Zhang, Q. Y.

Zhang, W. N.

Zhu, G.

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (3)

X. S. Jiang, Q. Yang, G. Vienne, Y. H. Li, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 89, 143513 (2006).
[CrossRef]

X. S. Jiang, Q. H. Song, L. Xu, J. Fu, and L. M. Tong, Appl. Phys. Lett. 90, 233501 (2007).
[CrossRef]

B. Gayral, J. M. Gerard, A. Lemaitre, C. Dupuis, L. Manin, and J. L. Pelouard, Appl. Phys. Lett. 75, 1908 (1999).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (1)

N. B. Rex, R. K. Chang, and L. J. Guido, IEEE Photon. Technol. Lett. 13, 1 (2001).
[CrossRef]

J. Am. Chem. Soc. (1)

P. M. Kasili, J. M. Song, and T. Vo-Dinh, J. Am. Chem. Soc. 9, 2799 (2004).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (2)

Nano Lett. (1)

Y. Xiao, C. Meng, P. Wang, Y. Ye, H. K. Yu, S. S. Wang, F. X. Gu, L. Dai, and L. M. Tong, Nano Lett. 11, 1122 (2011).
[CrossRef]

Nat. Photonics (1)

H. G. Park, C. J. Barrelet, Y. Wu, B. Tian, F. Qian, and C. M. Lieber, Nat. Photonics 2, 622 (2008).
[CrossRef]

Nature (3)

M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Nature 460, 1110 (2009).
[CrossRef]

K. J. Vahala, Nature 424, 839 (2003).
[CrossRef]

L. M. Tong, R. R. Gattass, J. B. Ashcom, S. L. He, J. Y. Lou, M. Y. Shen, I. Maxwell, and E. Mazur, Nature 426, 816 (2003).
[CrossRef]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (3)

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 (6)

Fig. 1.
Fig. 1.

Configuration of the microfiber laser (a) schematic diagram, (b) optical microscope image of the double-knot resonator with green upconverted photoluminescence, and (c) the scanning electron microscope image of the coupling region of the double-knot structure.

Fig. 2.
Fig. 2.

Gain characteristics of the Er3+/Yb3+ co-doped phosphate glass fiber.

Fig. 3.
Fig. 3.

Output power of the microfiber laser versus the pump power.

Fig. 4.
Fig. 4.

Output spectra of the Er3+/Yb3+ co-doped phosphate microfiber laser (a) optical spectrum of the microfiber laser and (b) optical spectrum of the microfiber laser after amplified by an EDFA. Inset: the detailed view.

Fig. 5.
Fig. 5.

Single frequency characteristics of the microfiber laser investigated by the scanning Fabry–Perot interferometer.

Fig. 6.
Fig. 6.

Lineshape of the homodyne signal measured with 48.8 km fiber delay.

Equations (1)

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

L2L1=m2m1;Δν=m1cnL1=m2cnL2,

Metrics