Abstract

We demonstrate 40 W coherently combined output power in a single diffraction-limited beam from a one-dimensional 47-element array of angled-facet slab-coupled optical waveguide amplifiers at 1064 nm. The output from each emitter was collimated and overlapped onto a diffractive optical element combiner using a common transform lens. Phase locking was achieved via active feedback on each amplifier’s drive current to maximize the power in the combined beam. The combining efficiency at all current levels was nearly constant at 87%.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. C. X. Yu and T. Y. Fan, High Power Laser Handbook (McGraw-Hill, 2011), pp. 533–571.
  2. G. D. Goodno, C. Shih, and J. E. Rothenberg, Opt. Express 18, 25403 (2010).
    [CrossRef]
  3. J. Leger, G. J. Swanson, and W. B. Veldkamp, Appl. Phys. Lett. 48, 888 (1986).
    [CrossRef]
  4. J. Levy and K. Roh, Proc. SPIE 2382, 58 (1995).
    [CrossRef]
  5. L. Bartelt-Berger, U. Brauch, A. Giesen, H. Huegel, and H. Opower, Appl. Opt. 38, 5752 (1999).
    [CrossRef]
  6. G. Hergenhan, B. Lücke, and U. Brauch, Appl. Opt. 42, 1667 (2003).
    [CrossRef]
  7. T. M. Shay, Opt. Express 14, 12188 (2006).
    [CrossRef]
  8. M. A. Vorontsov and V. P. Sivokon, J. Opt. Soc. Am. A 15, 2745 (1998).
    [CrossRef]
  9. E. C. Cheung, J. G. Ho, G. D. Goodno, R. R. Rice, J. Rothenberg, P. Thielen, M. Weber, and M. Wickham, Opt. Lett. 33, 354 (2008).
    [CrossRef]
  10. S. M. Redmond, D. J. Ripin, C. X. Yu, S. J. Augst, T. Y. Fan, P. A. Thielen, J. E. Rothenberg, and G. D. Goodno, Opt. Lett. 37, 2832 (2012).
    [CrossRef]
  11. S. Menzel, L. Diehl, C. Pflügl, A. Goyal, C. Wang, A. Sanchez, G. Turner, and F. Capasso, Opt. Express 19, 16229 (2011).
    [CrossRef]
  12. J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
    [CrossRef]
  13. S. M. Redmond, K. J. Creedon, J. E. Kansky, S. J. Augst, L. J. Missaggia, M. K. Connors, R. K. Huang, B. Chann, T. Y. Fan, G. W. Turner, and A. Sanchez-Rubio, Opt. Lett. 36, 999 (2011).
    [CrossRef]
  14. G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
    [CrossRef]

2012 (2)

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

S. M. Redmond, D. J. Ripin, C. X. Yu, S. J. Augst, T. Y. Fan, P. A. Thielen, J. E. Rothenberg, and G. D. Goodno, Opt. Lett. 37, 2832 (2012).
[CrossRef]

2011 (2)

2010 (1)

2008 (1)

2006 (1)

2003 (1)

2002 (1)

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

1999 (1)

1998 (1)

1995 (1)

J. Levy and K. Roh, Proc. SPIE 2382, 58 (1995).
[CrossRef]

1986 (1)

J. Leger, G. J. Swanson, and W. B. Veldkamp, Appl. Phys. Lett. 48, 888 (1986).
[CrossRef]

Augst, S. J.

Bailey, R. J.

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Bartelt-Berger, L.

Brauch, U.

Capasso, F.

Chann, B.

Cheung, E. C.

Chinn, S. R.

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Connors, M. K.

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

S. M. Redmond, K. J. Creedon, J. E. Kansky, S. J. Augst, L. J. Missaggia, M. K. Connors, R. K. Huang, B. Chann, T. Y. Fan, G. W. Turner, and A. Sanchez-Rubio, Opt. Lett. 36, 999 (2011).
[CrossRef]

Creedon, K. J.

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

S. M. Redmond, K. J. Creedon, J. E. Kansky, S. J. Augst, L. J. Missaggia, M. K. Connors, R. K. Huang, B. Chann, T. Y. Fan, G. W. Turner, and A. Sanchez-Rubio, Opt. Lett. 36, 999 (2011).
[CrossRef]

Diehl, L.

Donnelly, J. P.

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Fan, T. Y.

Giesen, A.

Goodno, G. D.

Goyal, A.

Groves, S. H.

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Harris, C. T.

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Hergenhan, G.

Ho, J. G.

Huang, R.

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Huang, R. K.

Huegel, H.

Kansky, J. E.

Leger, J.

J. Leger, G. J. Swanson, and W. B. Veldkamp, Appl. Phys. Lett. 48, 888 (1986).
[CrossRef]

Levy, J.

J. Levy and K. Roh, Proc. SPIE 2382, 58 (1995).
[CrossRef]

Lücke, B.

Mathewson, D. C.

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

Menzel, S.

Missaggia, L. J.

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

S. M. Redmond, K. J. Creedon, J. E. Kansky, S. J. Augst, L. J. Missaggia, M. K. Connors, R. K. Huang, B. Chann, T. Y. Fan, G. W. Turner, and A. Sanchez-Rubio, Opt. Lett. 36, 999 (2011).
[CrossRef]

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Napoleone, A.

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Opower, H.

Pflügl, C.

Plant, J.

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Redmond, S. M.

Rice, R. R.

Ripin, D. J.

Roh, K.

J. Levy and K. Roh, Proc. SPIE 2382, 58 (1995).
[CrossRef]

Rothenberg, J.

Rothenberg, J. E.

Sanchez, A.

Sanchez-Rubio, A.

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

S. M. Redmond, K. J. Creedon, J. E. Kansky, S. J. Augst, L. J. Missaggia, M. K. Connors, R. K. Huang, B. Chann, T. Y. Fan, G. W. Turner, and A. Sanchez-Rubio, Opt. Lett. 36, 999 (2011).
[CrossRef]

Shay, T. M.

Shih, C.

Sivokon, V. P.

Smith, G. M.

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

Swanson, G. J.

J. Leger, G. J. Swanson, and W. B. Veldkamp, Appl. Phys. Lett. 48, 888 (1986).
[CrossRef]

Swint, R. B.

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

Taylor, P. J.

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Thielen, P.

Thielen, P. A.

Turner, G.

Turner, G. W.

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

S. M. Redmond, K. J. Creedon, J. E. Kansky, S. J. Augst, L. J. Missaggia, M. K. Connors, R. K. Huang, B. Chann, T. Y. Fan, G. W. Turner, and A. Sanchez-Rubio, Opt. Lett. 36, 999 (2011).
[CrossRef]

Veldkamp, W. B.

J. Leger, G. J. Swanson, and W. B. Veldkamp, Appl. Phys. Lett. 48, 888 (1986).
[CrossRef]

Vorontsov, M. A.

Walpole, J. N.

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

Wang, C.

Weber, M.

Wickham, M.

Yu, C. X.

Appl. Opt. (2)

Appl. Phys. Lett. (1)

J. Leger, G. J. Swanson, and W. B. Veldkamp, Appl. Phys. Lett. 48, 888 (1986).
[CrossRef]

IEEE Photonics Technol. Lett. (1)

J. N. Walpole, J. P. Donnelly, P. J. Taylor, L. J. Missaggia, C. T. Harris, R. J. Bailey, A. Napoleone, S. H. Groves, S. R. Chinn, R. Huang, and J. Plant, IEEE Photonics Technol. Lett. 14, 756 (2002).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. A (1)

Opt. Express (3)

Opt. Lett. (3)

Proc. SPIE (2)

G. M. Smith, J. P. Donnelly, L. J. Missaggia, M. K. Connors, S. M. Redmond, K. J. Creedon, D. C. Mathewson, R. B. Swint, A. Sanchez-Rubio, and G. W. Turner, Proc. SPIE 8241, 82410S (2012).
[CrossRef]

J. Levy and K. Roh, Proc. SPIE 2382, 58 (1995).
[CrossRef]

Other (1)

C. X. Yu and T. Y. Fan, High Power Laser Handbook (McGraw-Hill, 2011), pp. 533–571.

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.

Schematic of single-pass semiconductor CBC setup. A single-frequency source is amplified and split into 48 beams, which are butt-coupled to an array of 47 amplifiers. The SCOWA output beams are combined using a single lens and DOE, and the output is sent to diagnostics. Only three SCOWA beams are shown for clarity. DFB MO, distributed feedback laser master oscillator.

Fig. 2.
Fig. 2.

Detailed view of the CBC module. Seed light is split and delivered to the input facet of a tilted amplifier array. The output beams are collimated and transformed by a common optical system onto a 1×47 DOE with the relative order power distribution when used as a splitter shown, compared to theory. The module fits within a volume of about 12×12×30cm.

Fig. 3.
Fig. 3.

Combined power and combining efficiency versus average drive current per element. Raw power was measured at the DOE with control loops open.

Fig. 4.
Fig. 4.

M2 of the combined beam as a function of average drive current per element. Typical mode profiles at 1.4 A are shown (inset). NF, near field; FF, far field.

Metrics