Abstract

We report a spatial heterodyne Fourier-transform spectrometer implemented with an array of optical fiber interferometers. This configuration generates a wavelength-dependent stationary interferogram from which the input spectrum is retrieved in a single shot without scanning elements. Furthermore, fabrication and experimental deviations from the ideal behavior of the device are corrected by spectral inversion algorithms. The spectral resolution of our system can be readily scaled up by incorporating longer optical fiber delays, providing a pathway toward surpassing current spectroscopy resolution limits.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. P. R. Griffiths and J. A. de Haseth, Fourier Transform Infrared Spectrometry (Wiley, 2007).
  2. N. De Oliveira, M. Roudjane, D. Joyeux, D. Phalippou, J. C. Rodier, and L. Nahon, Nat. Photonics 5, 149 (2011).
    [CrossRef]
  3. E. Schwartz, S. G. Lipson, and E. N. Ribak, Astron. J. 144, 71 (2012).
    [CrossRef]
  4. S. Albert, K. K. Albert, and M. Quack, Handbook of High-Resolution Spectroscopy (Wiley, 2011).
  5. J. Mandon, G. Guelachvili, and N. Picqué, Nat. Photonics 3, 99 (2009).
    [CrossRef]
  6. A. A. Michelson and E. Morley, Am. J. Sci. 34, 333 (1887).
  7. P. Jacquinot, J. Opt. Soc. Am. 44, 761 (1954).
    [CrossRef]
  8. G. A. Mourou, G. Korn, W. Sandner, and J. L. Collier, Extreme Light Infrastructure Whitebook (THOSS Media GmbH, 2011).
  9. S. Albert, K. K. Albert, P. Lerch, and M. Quack, Faraday Discuss. 150, 71 (2011).
    [CrossRef]
  10. T. Wilken, G. Lo Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. G. Hernández, R. Rebolo, T. W. Hänsch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
    [CrossRef]
  11. Corning SMF-28e+ LL Optical Fiber, 2011, http://www.corning.com/WorkArea/showcontent.aspx?id=49145 .
  12. P. Cheben, I. Powell, S. Janz, and D.-X. Xu, Opt. Lett. 30, 1824 (2005).
    [CrossRef]
  13. J. M. Harlander, F. L. Roesler, J. G. Cardon, C. R. Englert, and R. R. Conway, Appl. Opt. 41, 1343 (2002).
    [CrossRef]
  14. J. Pelayo, F. Villuendas, C. D. Heras, and E. Pellejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 855 (2005).
    [CrossRef]
  15. M. Florjańczyk Miroslaw, P. Cheben, S. Janz, A. Scott, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Express 15, 18176 (2007).
    [CrossRef]
  16. K. Okamoto, H. Aoyagi, and K. Takada, Opt. Lett. 35, 2103 (2010).
    [CrossRef]
  17. M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
    [CrossRef]
  18. A. V. Velasco, P. Cheben, P. J. Bock, A. Delâge, J. H. Schmid, J. Lapointe, S. Janz, M. L. Calvo, D.-X. Xu, M. Florjańczyk, and M. Vachon, Opt. Lett. 38, 706 (2013).
    [CrossRef]
  19. P. Cheben, J. H. Schmid, A. Delâge, A. Densmore, S. Janz, B. Lamontagne, J. Lapointe, E. Post, P. Waldron, and D.-X. Xu, Opt. Express 15, 2299 (2007).
    [CrossRef]
  20. V. I. Kopp and A. Z. Genack, Nat. Photonics 5, 470 (2011).
    [CrossRef]
  21. K. Takada, H. Aoyagi, and K. Okamoto, Opt. Lett. 36, 1044 (2011).
    [CrossRef]
  22. G. H. Golub and C. Reinsch, Numer. Math. 14, 403 (1970).
    [CrossRef]

2013

2012

E. Schwartz, S. G. Lipson, and E. N. Ribak, Astron. J. 144, 71 (2012).
[CrossRef]

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

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

2011

K. Takada, H. Aoyagi, and K. Okamoto, Opt. Lett. 36, 1044 (2011).
[CrossRef]

V. I. Kopp and A. Z. Genack, Nat. Photonics 5, 470 (2011).
[CrossRef]

N. De Oliveira, M. Roudjane, D. Joyeux, D. Phalippou, J. C. Rodier, and L. Nahon, Nat. Photonics 5, 149 (2011).
[CrossRef]

S. Albert, K. K. Albert, P. Lerch, and M. Quack, Faraday Discuss. 150, 71 (2011).
[CrossRef]

2010

2009

J. Mandon, G. Guelachvili, and N. Picqué, Nat. Photonics 3, 99 (2009).
[CrossRef]

2007

2005

J. Pelayo, F. Villuendas, C. D. Heras, and E. Pellejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 855 (2005).
[CrossRef]

P. Cheben, I. Powell, S. Janz, and D.-X. Xu, Opt. Lett. 30, 1824 (2005).
[CrossRef]

2002

1970

G. H. Golub and C. Reinsch, Numer. Math. 14, 403 (1970).
[CrossRef]

1954

1887

A. A. Michelson and E. Morley, Am. J. Sci. 34, 333 (1887).

Albert, K. K.

S. Albert, K. K. Albert, P. Lerch, and M. Quack, Faraday Discuss. 150, 71 (2011).
[CrossRef]

S. Albert, K. K. Albert, and M. Quack, Handbook of High-Resolution Spectroscopy (Wiley, 2011).

Albert, S.

S. Albert, K. K. Albert, P. Lerch, and M. Quack, Faraday Discuss. 150, 71 (2011).
[CrossRef]

S. Albert, K. K. Albert, and M. Quack, Handbook of High-Resolution Spectroscopy (Wiley, 2011).

Alonso-Ramos, C.

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

Aoyagi, H.

Bock, P.

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

Bock, P. J.

Bogdanov, A.

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

Calvo, M. L.

Cardon, J. G.

Cheben, P.

Collier, J. L.

G. A. Mourou, G. Korn, W. Sandner, and J. L. Collier, Extreme Light Infrastructure Whitebook (THOSS Media GmbH, 2011).

Conway, R. R.

de Haseth, J. A.

P. R. Griffiths and J. A. de Haseth, Fourier Transform Infrared Spectrometry (Wiley, 2007).

De Oliveira, N.

N. De Oliveira, M. Roudjane, D. Joyeux, D. Phalippou, J. C. Rodier, and L. Nahon, Nat. Photonics 5, 149 (2011).
[CrossRef]

Delâge, A.

Densmore, A.

Englert, C. R.

Florjanczyk, M.

A. V. Velasco, P. Cheben, P. J. Bock, A. Delâge, J. H. Schmid, J. Lapointe, S. Janz, M. L. Calvo, D.-X. Xu, M. Florjańczyk, and M. Vachon, Opt. Lett. 38, 706 (2013).
[CrossRef]

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

Florjanczyk Miroslaw, M.

Genack, A. Z.

V. I. Kopp and A. Z. Genack, Nat. Photonics 5, 470 (2011).
[CrossRef]

Golub, G. H.

G. H. Golub and C. Reinsch, Numer. Math. 14, 403 (1970).
[CrossRef]

Griffiths, P. R.

P. R. Griffiths and J. A. de Haseth, Fourier Transform Infrared Spectrometry (Wiley, 2007).

Guelachvili, G.

J. Mandon, G. Guelachvili, and N. Picqué, Nat. Photonics 3, 99 (2009).
[CrossRef]

Hänsch, T. W.

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

Harlander, J. M.

Heras, C. D.

J. Pelayo, F. Villuendas, C. D. Heras, and E. Pellejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 855 (2005).
[CrossRef]

Hernández, J. I. G.

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

Holzwarth, R.

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

Jacquinot, P.

Janz, S.

Joyeux, D.

N. De Oliveira, M. Roudjane, D. Joyeux, D. Phalippou, J. C. Rodier, and L. Nahon, Nat. Photonics 5, 149 (2011).
[CrossRef]

Kopp, V. I.

V. I. Kopp and A. Z. Genack, Nat. Photonics 5, 470 (2011).
[CrossRef]

Korn, G.

G. A. Mourou, G. Korn, W. Sandner, and J. L. Collier, Extreme Light Infrastructure Whitebook (THOSS Media GmbH, 2011).

Lamontagne, B.

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

P. Cheben, J. H. Schmid, A. Delâge, A. Densmore, S. Janz, B. Lamontagne, J. Lapointe, E. Post, P. Waldron, and D.-X. Xu, Opt. Express 15, 2299 (2007).
[CrossRef]

Lapointe, J.

Lerch, P.

S. Albert, K. K. Albert, P. Lerch, and M. Quack, Faraday Discuss. 150, 71 (2011).
[CrossRef]

Lipson, S. G.

E. Schwartz, S. G. Lipson, and E. N. Ribak, Astron. J. 144, 71 (2012).
[CrossRef]

Lo Curto, G.

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

Mandon, J.

J. Mandon, G. Guelachvili, and N. Picqué, Nat. Photonics 3, 99 (2009).
[CrossRef]

Manescau, A.

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

Michelson, A. A.

A. A. Michelson and E. Morley, Am. J. Sci. 34, 333 (1887).

Molina-Fernández, Í.

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

Morley, E.

A. A. Michelson and E. Morley, Am. J. Sci. 34, 333 (1887).

Mourou, G. A.

G. A. Mourou, G. Korn, W. Sandner, and J. L. Collier, Extreme Light Infrastructure Whitebook (THOSS Media GmbH, 2011).

Nahon, L.

N. De Oliveira, M. Roudjane, D. Joyeux, D. Phalippou, J. C. Rodier, and L. Nahon, Nat. Photonics 5, 149 (2011).
[CrossRef]

Okamoto, K.

Ortega-Moñux, A.

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

Pasquini, L.

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

Pelayo, J.

J. Pelayo, F. Villuendas, C. D. Heras, and E. Pellejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 855 (2005).
[CrossRef]

Pellejer, E.

J. Pelayo, F. Villuendas, C. D. Heras, and E. Pellejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 855 (2005).
[CrossRef]

Phalippou, D.

N. De Oliveira, M. Roudjane, D. Joyeux, D. Phalippou, J. C. Rodier, and L. Nahon, Nat. Photonics 5, 149 (2011).
[CrossRef]

Picqué, N.

J. Mandon, G. Guelachvili, and N. Picqué, Nat. Photonics 3, 99 (2009).
[CrossRef]

Post, E.

Powell, I.

Probst, R. A.

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

Quack, M.

S. Albert, K. K. Albert, P. Lerch, and M. Quack, Faraday Discuss. 150, 71 (2011).
[CrossRef]

S. Albert, K. K. Albert, and M. Quack, Handbook of High-Resolution Spectroscopy (Wiley, 2011).

Rebolo, R.

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

Reinsch, C.

G. H. Golub and C. Reinsch, Numer. Math. 14, 403 (1970).
[CrossRef]

Ribak, E. N.

E. Schwartz, S. G. Lipson, and E. N. Ribak, Astron. J. 144, 71 (2012).
[CrossRef]

Rodier, J. C.

N. De Oliveira, M. Roudjane, D. Joyeux, D. Phalippou, J. C. Rodier, and L. Nahon, Nat. Photonics 5, 149 (2011).
[CrossRef]

Roesler, F. L.

Roudjane, M.

N. De Oliveira, M. Roudjane, D. Joyeux, D. Phalippou, J. C. Rodier, and L. Nahon, Nat. Photonics 5, 149 (2011).
[CrossRef]

Sandner, W.

G. A. Mourou, G. Korn, W. Sandner, and J. L. Collier, Extreme Light Infrastructure Whitebook (THOSS Media GmbH, 2011).

Schmid, J. H.

Schwartz, E.

E. Schwartz, S. G. Lipson, and E. N. Ribak, Astron. J. 144, 71 (2012).
[CrossRef]

Scott, A.

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

M. Florjańczyk Miroslaw, P. Cheben, S. Janz, A. Scott, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Express 15, 18176 (2007).
[CrossRef]

Sinclair, K.

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

Solheim, B.

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

M. Florjańczyk Miroslaw, P. Cheben, S. Janz, A. Scott, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Express 15, 18176 (2007).
[CrossRef]

Steinmetz, T.

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

Takada, K.

Udem, T.

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

Vachon, M.

Velasco, A. V.

Villuendas, F.

J. Pelayo, F. Villuendas, C. D. Heras, and E. Pellejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 855 (2005).
[CrossRef]

Waldron, P.

Wilken, T.

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

Xu, D.-X.

Am. J. Sci.

A. A. Michelson and E. Morley, Am. J. Sci. 34, 333 (1887).

Appl. Opt.

Astron. J.

E. Schwartz, S. G. Lipson, and E. N. Ribak, Astron. J. 144, 71 (2012).
[CrossRef]

Faraday Discuss.

S. Albert, K. K. Albert, P. Lerch, and M. Quack, Faraday Discuss. 150, 71 (2011).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett.

J. Pelayo, F. Villuendas, C. D. Heras, and E. Pellejer, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 855 (2005).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am.

Nat. Photonics

J. Mandon, G. Guelachvili, and N. Picqué, Nat. Photonics 3, 99 (2009).
[CrossRef]

V. I. Kopp and A. Z. Genack, Nat. Photonics 5, 470 (2011).
[CrossRef]

N. De Oliveira, M. Roudjane, D. Joyeux, D. Phalippou, J. C. Rodier, and L. Nahon, Nat. Photonics 5, 149 (2011).
[CrossRef]

Nature

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

Numer. Math.

G. H. Golub and C. Reinsch, Numer. Math. 14, 403 (1970).
[CrossRef]

Opt. Express

Opt. Lett.

Opt. Quantum Electron.

M. Florjańczyk, C. Alonso-Ramos, P. Bock, A. Bogdanov, P. Cheben, Í. Molina-Fernández, S. Janz, B. Lamontagne, A. Ortega-Moñux, A. Scott, K. Sinclair, B. Solheim, and D.-X. Xu, Opt. Quantum Electron. 44, 549 (2012).
[CrossRef]

Other

Corning SMF-28e+ LL Optical Fiber, 2011, http://www.corning.com/WorkArea/showcontent.aspx?id=49145 .

G. A. Mourou, G. Korn, W. Sandner, and J. L. Collier, Extreme Light Infrastructure Whitebook (THOSS Media GmbH, 2011).

P. R. Griffiths and J. A. de Haseth, Fourier Transform Infrared Spectrometry (Wiley, 2007).

S. Albert, K. K. Albert, and M. Quack, Handbook of High-Resolution Spectroscopy (Wiley, 2011).

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) Schematic of the optical fiber SHFT spectrometer. Input light is collected by a multiaperture input (B) comprising two sets of 24 optical fibers (C).

Fig. 2.
Fig. 2.

Calibration map of the fabricated optical fiber SHFT spectrometer in a FSR of 50 pm starting at 1550 nm. The rows of the matrix represent the normalized power of the output interferogram for each wavelength (top), whereas the columns comprise the spectral response of each interferometer (right).

Fig. 3.
Fig. 3.

Spectra of a single narrowband laser source (solid) and two doublets of two monochromatic lines separated 5.5 pm(dashed) and 11 pm (dotted), retrieved from experimental measurements with the optical fiber SHFT spectrometer. A FWHM resolution of 3 pm is demonstrated.

Equations (1)

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

ϒ(xi)=0FSRB(σ¯)cos2πσ¯xidσ¯,

Metrics