Abstract

An optical frequency comb is constructed using a semiconductor gain medium with a fiber-coupled external cavity and stabilized to an intracavity 10,000 finesse etalon, which is temperature stabilized and held in a vacuum chamber at 106Torr. Optical frequency stability measurements show that the comb has a reduced sensitivity to environmental fluctuations. An upper limit on the optical frequency variation of 100 kHz over >12min of continuous operation is measured using a real-time spectrum analyzer. This measurement is limited by the linewidth of the reference source, and further measurements with a frequency counter show a fractional deviation of 2×1011 at 50 ms. Furthermore, out-of-band ASE rejection is shown to be >36dB, a tenfold improvement over that of a laser with a 1000 finesse FPE.

© 2013 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. L. A. Jiang, E. P. Ippen, and H. Yokoyama, J. Opt. Fiber Comm. Rep. 2, 1 (2005).
    [CrossRef]
  2. V. J. Wittwer, R. van der Linden, B. W. Tilma, B. Resan, K. J. Weingarten, T. Sudmeyer, and U. Keller, IEEE Photon. J. 5, 1400107 (2013).
    [CrossRef]
  3. S. Gee, F. Quinlan, S. Ozharar, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, Opt. Lett. 30, 2742 (2005).
    [CrossRef]
  4. F. Quinlan, S. Gee, S. Ozharar, and P. J. Delfyett, Opt. Lett. 31, 2870 (2006).
    [CrossRef]
  5. F. Quinlan, S. Gee, S. Ozharar, and P. J. Delfyett, J. Opt. A 11103001 (2009).
    [CrossRef]
  6. D. A. Braje, M. S. Kirchner, S. Osterman, T. Fortier, and S. A. Diddams, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
    [CrossRef]
  7. T. Wilken, G. Lo Curto, R. A. Probst, T. Steinmetz, A. Manescau, L. Pasquini, J. I. González-Hernández, R. Rebolo, T. W. Haensch, T. Udem, and R. Holzwarth, Nature 485, 611 (2012).
    [CrossRef]
  8. S. T. Cundiff and A. M. Weiner, Nat. Photonics 4, 760766 (2010).
  9. I. Ozdur, M. Akbulut, N. Hoghooghi, D. Mandridis, S. Ozharar, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 431 (2010).
  10. J. Davila-Rodriguez, I. T. Ozdur, M. Bagnell, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 2159 (2012).
    [CrossRef]
  11. R. Wu, V. Torres-Company, D. E. Leaird, and A. M. Weiner, Opt. Express 21, 6045 (2013).
    [CrossRef]
  12. F. Quinlan, G. Ycas, S. Osterman, and S. A. Diddams, Rev. Sci. Instrum. 81, 063105 (2010).
    [CrossRef]

2013

V. J. Wittwer, R. van der Linden, B. W. Tilma, B. Resan, K. J. Weingarten, T. Sudmeyer, and U. Keller, IEEE Photon. J. 5, 1400107 (2013).
[CrossRef]

R. Wu, V. Torres-Company, D. E. Leaird, and A. M. Weiner, Opt. Express 21, 6045 (2013).
[CrossRef]

2012

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

J. Davila-Rodriguez, I. T. Ozdur, M. Bagnell, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 2159 (2012).
[CrossRef]

2010

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

S. T. Cundiff and A. M. Weiner, Nat. Photonics 4, 760766 (2010).

I. Ozdur, M. Akbulut, N. Hoghooghi, D. Mandridis, S. Ozharar, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 431 (2010).

2009

F. Quinlan, S. Gee, S. Ozharar, and P. J. Delfyett, J. Opt. A 11103001 (2009).
[CrossRef]

2008

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

2006

2005

Akbulut, M.

I. Ozdur, M. Akbulut, N. Hoghooghi, D. Mandridis, S. Ozharar, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 431 (2010).

Bagnell, M.

J. Davila-Rodriguez, I. T. Ozdur, M. Bagnell, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 2159 (2012).
[CrossRef]

Braje, D. A.

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

Cundiff, S. T.

S. T. Cundiff and A. M. Weiner, Nat. Photonics 4, 760766 (2010).

Davila-Rodriguez, J.

J. Davila-Rodriguez, I. T. Ozdur, M. Bagnell, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 2159 (2012).
[CrossRef]

Delfyett, P. J.

J. Davila-Rodriguez, I. T. Ozdur, M. Bagnell, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 2159 (2012).
[CrossRef]

I. Ozdur, M. Akbulut, N. Hoghooghi, D. Mandridis, S. Ozharar, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 431 (2010).

F. Quinlan, S. Gee, S. Ozharar, and P. J. Delfyett, J. Opt. A 11103001 (2009).
[CrossRef]

F. Quinlan, S. Gee, S. Ozharar, and P. J. Delfyett, Opt. Lett. 31, 2870 (2006).
[CrossRef]

S. Gee, F. Quinlan, S. Ozharar, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, Opt. Lett. 30, 2742 (2005).
[CrossRef]

Diddams, S. A.

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. Diddams, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
[CrossRef]

Fortier, T.

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

Gee, S.

González-Hernández, J. I.

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

Haensch, T. W.

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

Hoghooghi, N.

I. Ozdur, M. Akbulut, N. Hoghooghi, D. Mandridis, S. Ozharar, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 431 (2010).

Holzwarth, R.

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

Ippen, E. P.

L. A. Jiang, E. P. Ippen, and H. Yokoyama, J. Opt. Fiber Comm. Rep. 2, 1 (2005).
[CrossRef]

Jiang, L. A.

L. A. Jiang, E. P. Ippen, and H. Yokoyama, J. Opt. Fiber Comm. Rep. 2, 1 (2005).
[CrossRef]

Juodawlkis, P. W.

J. Davila-Rodriguez, I. T. Ozdur, M. Bagnell, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 2159 (2012).
[CrossRef]

S. Gee, F. Quinlan, S. Ozharar, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, Opt. Lett. 30, 2742 (2005).
[CrossRef]

Keller, U.

V. J. Wittwer, R. van der Linden, B. W. Tilma, B. Resan, K. J. Weingarten, T. Sudmeyer, and U. Keller, IEEE Photon. J. 5, 1400107 (2013).
[CrossRef]

Kirchner, M. S.

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

Leaird, D. E.

Lo Curto, G.

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

Mandridis, D.

I. Ozdur, M. Akbulut, N. Hoghooghi, D. Mandridis, S. Ozharar, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 431 (2010).

Manescau, A.

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

Osterman, S.

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. Diddams, Eur. Phys. J. D 48, 57 (2008).
[CrossRef]

Ozdur, I.

I. Ozdur, M. Akbulut, N. Hoghooghi, D. Mandridis, S. Ozharar, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 431 (2010).

Ozdur, I. T.

J. Davila-Rodriguez, I. T. Ozdur, M. Bagnell, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 2159 (2012).
[CrossRef]

Ozharar, S.

I. Ozdur, M. Akbulut, N. Hoghooghi, D. Mandridis, S. Ozharar, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 431 (2010).

F. Quinlan, S. Gee, S. Ozharar, and P. J. Delfyett, J. Opt. A 11103001 (2009).
[CrossRef]

F. Quinlan, S. Gee, S. Ozharar, and P. J. Delfyett, Opt. Lett. 31, 2870 (2006).
[CrossRef]

S. Gee, F. Quinlan, S. Ozharar, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, Opt. Lett. 30, 2742 (2005).
[CrossRef]

Pasquini, L.

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

Plant, J. J.

J. Davila-Rodriguez, I. T. Ozdur, M. Bagnell, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 2159 (2012).
[CrossRef]

S. Gee, F. Quinlan, S. Ozharar, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, Opt. Lett. 30, 2742 (2005).
[CrossRef]

Probst, R. A.

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

Quinlan, F.

I. Ozdur, M. Akbulut, N. Hoghooghi, D. Mandridis, S. Ozharar, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 431 (2010).

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

F. Quinlan, S. Gee, S. Ozharar, and P. J. Delfyett, J. Opt. A 11103001 (2009).
[CrossRef]

F. Quinlan, S. Gee, S. Ozharar, and P. J. Delfyett, Opt. Lett. 31, 2870 (2006).
[CrossRef]

S. Gee, F. Quinlan, S. Ozharar, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, Opt. Lett. 30, 2742 (2005).
[CrossRef]

Rebolo, R.

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

Resan, B.

V. J. Wittwer, R. van der Linden, B. W. Tilma, B. Resan, K. J. Weingarten, T. Sudmeyer, and U. Keller, IEEE Photon. J. 5, 1400107 (2013).
[CrossRef]

Steinmetz, T.

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

Sudmeyer, T.

V. J. Wittwer, R. van der Linden, B. W. Tilma, B. Resan, K. J. Weingarten, T. Sudmeyer, and U. Keller, IEEE Photon. J. 5, 1400107 (2013).
[CrossRef]

Tilma, B. W.

V. J. Wittwer, R. van der Linden, B. W. Tilma, B. Resan, K. J. Weingarten, T. Sudmeyer, and U. Keller, IEEE Photon. J. 5, 1400107 (2013).
[CrossRef]

Torres-Company, V.

Udem, T.

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

van der Linden, R.

V. J. Wittwer, R. van der Linden, B. W. Tilma, B. Resan, K. J. Weingarten, T. Sudmeyer, and U. Keller, IEEE Photon. J. 5, 1400107 (2013).
[CrossRef]

Weiner, A. M.

R. Wu, V. Torres-Company, D. E. Leaird, and A. M. Weiner, Opt. Express 21, 6045 (2013).
[CrossRef]

S. T. Cundiff and A. M. Weiner, Nat. Photonics 4, 760766 (2010).

Weingarten, K. J.

V. J. Wittwer, R. van der Linden, B. W. Tilma, B. Resan, K. J. Weingarten, T. Sudmeyer, and U. Keller, IEEE Photon. J. 5, 1400107 (2013).
[CrossRef]

Wilken, T.

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

Wittwer, V. J.

V. J. Wittwer, R. van der Linden, B. W. Tilma, B. Resan, K. J. Weingarten, T. Sudmeyer, and U. Keller, IEEE Photon. J. 5, 1400107 (2013).
[CrossRef]

Wu, R.

Ycas, G.

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

Yokoyama, H.

L. A. Jiang, E. P. Ippen, and H. Yokoyama, J. Opt. Fiber Comm. Rep. 2, 1 (2005).
[CrossRef]

Eur. Phys. J. D

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

IEEE Photon. J.

V. J. Wittwer, R. van der Linden, B. W. Tilma, B. Resan, K. J. Weingarten, T. Sudmeyer, and U. Keller, IEEE Photon. J. 5, 1400107 (2013).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett.

I. Ozdur, M. Akbulut, N. Hoghooghi, D. Mandridis, S. Ozharar, F. Quinlan, and P. J. Delfyett, IEEE Photon. Technol. Lett. 22, 431 (2010).

J. Davila-Rodriguez, I. T. Ozdur, M. Bagnell, P. J. Delfyett, J. J. Plant, and P. W. Juodawlkis, IEEE Photon. Technol. Lett. 24, 2159 (2012).
[CrossRef]

J. Opt. A

F. Quinlan, S. Gee, S. Ozharar, and P. J. Delfyett, J. Opt. A 11103001 (2009).
[CrossRef]

J. Opt. Fiber Comm. Rep.

L. A. Jiang, E. P. Ippen, and H. Yokoyama, J. Opt. Fiber Comm. Rep. 2, 1 (2005).
[CrossRef]

Nat. Photonics

S. T. Cundiff and A. M. Weiner, Nat. Photonics 4, 760766 (2010).

Nature

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

Opt. Express

Opt. Lett.

Rev. Sci. Instrum.

F. Quinlan, G. Ycas, S. Osterman, and S. A. Diddams, Rev. Sci. Instrum. 81, 063105 (2010).
[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 (7)

Fig. 1.
Fig. 1.

Schematic of the mode-locked laser utilized in this experiment. CIR, circulator; DBM, double balanced mixer; DCF, dispersion compensating fiber; FPE, Fabry–Pérot etalon; IM, intensity modulator, ISO, isolator; OC, output coupler; PC, polarization controller; PD, photodetector; PBS, polarizing beam splitter; PM, electro-optic phase modulator; PZT, piezoelectric fiber stretcher; SOA, semiconductor optical amplifier; VOD, variable optical delay.

Fig. 2.
Fig. 2.

Characterization of the laser output. (a) Optical spectrum measured at port B (black) and port C (red). (b) Autocorrelation traces with the pulses passing through 20m of SMF and 90m of SMF. In blue, the calculated transform-limited autocorrelation.

Fig. 3.
Fig. 3.

ASE suppression in a laser with (a) 1000 finesse FPE and (b) 10,000 finesse FPE.

Fig. 4.
Fig. 4.

Multiheterodyne experimental setup. RT-RFSA, real-time spectrum analyzer.

Fig. 5.
Fig. 5.

Single trace of the multiheterodyne spectrum. Each comb-line is clearly resolved. The following measurements are the result of tracking the 14 comb-lines in the blue box. The measurement resolution bandwidth is 1 kHz.

Fig. 6.
Fig. 6.

Long-term tracking of the comb-line frequency. The data on the left side was taken on December 13, 2012, and on the right on December 14, 2012. The laser operated continuously between measurements, with only occasional adjustment to the locking conditions of the stabilization loop. The plotted data shows the beat-note centroid, and the error bars correspond to ±1σ. Notice that the centroid always remains within a 100 kHz window, and the average value of σ is 80kHz.

Fig. 7.
Fig. 7.

Allan deviation measurements. (a) Experimental setup and (b) measured deviation. The red line corresponds to 2×1012/τ+7×1011τ and is shown for visual aid only. An Allan deviation, which decreases as τ1, is indicative of white frequency noise.

Metrics